Фейнман - 03. Излучение. Волны. Кванты (1055663), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Пока, впрочем, это выглядит лишь как техническая подробность, потому что формулы с виду одни и те же. А поскольку вероятность прохода сквозь оба отверстия выражается столь просто (хотя и не равна сумме Р, + Р»), то 207 больше по этому поводу сказать нечего. Но имеется еще множество тонкостей, связанных с таким поведением природы.
Хотелось бы рассказать о некоторых из них. Во-первых, раз число частиц, достигающих определенной точки, не,равно числу прохождений сквозь отверстие 1 плюс число прохождений через отверстие 2 (как этого моя'но было ожидать, основываясь на «Утвер«кденпи Л»), то, несомненно, «Утзерлсдеяие А» неверно. Негерно, что электроны проходят либо сквозь отверстие 1, либо сквозь отверстие 2. Но этот вывод моя'но проверить и плаче. Ваыа«миа Г ,Эа гг Оаа впав 1Т шва ..., ааата - л о Ф и в. Эт.в. другой опыт а влввтпраиами. Я 6.
Бам»»рогнеда«»»»ь еа эа»ея»»«ро»»оэ«Р Попытаемся проделать такой опыт. В наш электронный прибор как раз за стенкой между двумя отверстиями поместим сильный источник света (фиг. 37.4). Известно, что электрические заряды рассеивают свет. Поэтому, каким бы путем электрон ни прошел к детектору, он обязательно рассеет немного света в наш глаз, и мы увидим, где он проскочил. Скажем, если оя проскользнет сквозь отверстие 2, как это показано на рисунке, то мы увидим, как где-то около точки А что-то блеснуло. Гели же он проскочит сквозь верхнее отверстие, то блеснет где-то поблизости от отверсткя 1. Л если бы случилось так, что свет блеснет сразу в двух местах, потому что электрон разделился пополам, то ...
Но лучше приступим к опыту! Вот что мы увидим: всякий раг, когда мы слышим из детектора «щелк», мы таз ке видим вспышку света или у отверстия 1, и.ли у отверстия 2, но никогда у обоих отверстий сразу! Так лроисходит прн любом положении детектора. Отсюда мы делаем вывод, что когда мы смотрим на электрон, то обнарун исаем, что он проходит или через одно отверстие, или через другое. «Утверждение А», как показывает эксперимент, выполняется с необходимостью. Что же в таком случае неверно в наших доводах против правильности «Утверя«дения А»7 Почему же все-таки Ры не равна Р1 + Р»7 Продолжим наш опыт! Давайте проследим за электронами п посмотрим, что онн поделывают. Для каждого положения детектора (для каждого фиксированного х) мы подсчитаем, сколько электронов в него попало, н одно«де»ленво проследим (наблюдая вспышки), через какие отверстия онп прошли.
Следить мы будем так: услышав «щелк», мы поставим палочку в первом столбце, если заметим вспы1пйу у первого отверстия; если же вспьппка блеснет у отверстия 2, то мы о»»кь тпм это палочкой во второй колонке. Каждьш попада»ощнй з детектор электрон будет отнесен к одному нз двух классов: либо к классу электронов, проникших сквозь отверстие 1, либо к классу электронов, проникших сквозь отверстпо 2.
Количество палочек, накопившихся в первой колонке, даст нам Р, — вероятность того, что электрон пройдет к детектору сквозь отверстие 1; точно так же вторая колонка даст Р, — вероятносгь того,что электрон воспользовался отверстием 2. Повторив этн измерения для многих значений х, мы получим кривые Р, н Р„ показанные на фпг. 37.4,б. Ну что ж, ничего неожиданного в нпх нет! Кривая Р, вьпола похожей на кривую Р„которая получалась, когда отверстие 2 закрывали, а кривая Р, похожа на то, что мы получалп, когда закрывали отверстие 1. Итак, никаких блужданий от дырки к дырке пе гуи!есп»гуеп». Когда мы следим за электронами, то оказывается, что онн пронина»от сквозь стенку со щелями в точностя так, как мы ожидали. Закрыты ли отверстяя или открыты, все равно те электроны, которые мы внделп проникающими сквозь отверстие 1, распределены одинаково, Но погодите! Какова же теперь полная вероятносгь — вероятность того, что электрон попал в детектор любым дутому У нас уя«е есть сведения об этом.
Сделаем впд, что мы не замечали световых вспышек, т. е. ело:ким палочки, стоящие в обеих колонках. Нам нужно только сложить чисш. Для вероятности того, что электрон попал в поглотитель, пройдя через любое из отверстий, мы депствнтельно получим Р„= Р, + Рз. Выходят, что, хоть нам и удалось проследить, через какое отверстие проходят электроны, никакой прея;ней тштерференционной кривой Р,з не вышло, получилась новая кривая Є— кривая без интерференции! А выключите свет — и снова возникнет Ркь Мы приходим к заключению, что, когда з»ь» смол»рил яа злеяп»роны, распределение их на экране совсем не такое, как тогда, когда на них не смотрят. Уж не от включения ли света меняется ход событий? Должно быть, электроны — вощь очень деликатная; свет, рассеиваясь на элеятронах, толкает их и меняет их движение.
Мы ведь знаем, что электрическое поле, действуя на заряд, прилагает к нему силу. От этого, по-видимому, ' и следует ожидать изменения дви»кения, Во всяком случае, свет оказывает на электроны болыное влияние. Пытаясь «ироследить» за электронами, мы изменили их движение. Толчки, испытываемые электронами при рассеянии фотонов, очевидно, таковы, что двн«кение электронов сильно изменяется: электрон, которыи прежде люг попасть в максимум Ргп теперь приземляется в минимуме Рм, вот поэтому никако!1 интерференции и не заметно. «Но к чему же такой яркий источник света? — можете вы подумать.— Сбавьте яркость! Световые волны ослабнут и не смогут так сильно возмущать электроны; ослабляя свет все больше и больше, можно в принципе добиться того, что воздействием света на электрон можно будет воооще пренебречь».
Будь по-вашему. Давайте попробуем. Первое, что мы замечаем, это что блеск света, рассеянного на электронах, не слабеет. Сила вспышек остается прежней. От того, что свет стал тускнеть, измонилось лишь одно: временами, усльппав щелчок детектора, мы никакой вспышки не замечаем; электрон прошел незамеченным. й(ы просто обнаруживаем, что свет ведет себя так же, как электроны: мы знаем, что он «волнист», а теперь убеждаемся, что он к тому же распространяется «порциями».
Он доставляется — или рассеивается— порциями, которые мы называем «фотонами». Понижая интенсивность источника света, мы не меняем величин»» фотонов, а меняем только темп, с каким они испускаются. Этим и объясняется, почему при притушенном сне~с некоторые электроны проскальзывают к детектору незаметно. Просто как раз в тот момент, когда электрон двигался к детектору, фотона в нужном месте не оказалось. Все это немного нас обескураживает. Если правильно, что всякий раз, когда мы «видим» злектроя, получа|отся одинаковые вспышки, то все увиденные нами до сего времеви электроны оыли возмущенными электронамя.
Давайте тогда опыт с тускль|и светом проведем иначе. Теперь, услышав щелчок в детекторе, мы будем ставить палочку в одну из тпрех колонок; в первую, если электрон замечен у отверстия 1, во вторую, если его видели у отверстия 2, и в третью, если его вообще не видели. Обработав данные (рассчитав вероятности), мы получим следующие результаты: «виденные у отверстия 1» будут распределены по закону Р,, «виденные у отверстия 2» — по закону Р, (так что «виденные либо у отверстия 1,либо у отверстия 2» распределяются по закону Р„), а «незамеченные» распределены «вол- ноподобно», как Р,з на фиг.
37.3! Если электроны нв видимы, возникает иктвр4ерекиия! Это уже можно понять. Когда мы не видим электрон, значит, фотон не возмутил его; а если уж мы его заметили, значит, он возмущен фотоном. Степень возмущения всегда одна н та же, потому что все фотоны света производят эффекты одинаковой величины, достаточной для того, чтобы смазать любые интерференционные эффекты. Но нет ли хоть каково-нибудь способа увидеть электрон, не возмущая его? Мы уже говорили о том, что импульс, уносимый фотоном, обратно пропорционален его длине волны (р=й!л).
т1ем больше импульс у фотона, том сильнее он толкает электрон, когда рассеивается на нем. Ага! Раз мы хотим как мо«кно слабее возмущать электроны, то не стоит снижать интенсивность света, лучше снизить его частоту (или, что то же самое, увеличить длину волны). Нужно осветить электроны красным светом. Можно воспользоваться даже инфракрасным светом или радиоволнами (как в радаре).
Прн помощи оборудования, приспособленного для восприятия длннноволнового света, можно тоже разглядеть. куда направился электрон. Можот быть, более «мягкий» свет помо'кег нам избежать сильного возмущения электронов. Ну что ж, примемся экспериментировать с длинными волнаин. Будем повторять наш опыт, увеличивая все больше и больше длину волны. На первых порах ничего не изменится, все результаты будут прежними. Л потом произойдет ужасно неприятная вещь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
