1612725063-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (828996), страница 24

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 24)

В наши дни техника электронной дифракцин достигла столь высокого развития, что в промышленности для определения структуры различных материалов пользуются уже этим методом вместо старого метода дифракции рентгеновских лучей. Преимущество электронной методики состоит, во-первых, в том, что она позволяет получать гораздо большие интенсивности, чем могут дать рентгеновские лучи, Так, например, интерференционная фотография структуры, которая, в рентгейовских лучах потребовала бы, возможно, многочасовой экспозиции, в электронных лучах при прочих равных условиях может быть сделана за время около одной секунды. Во-вторых, новая техника имеет то преимущество.

что длину волны электронного пучка можно произвольно менять, варьируя ускоряющий потенциал У. Сдвигая ручку потенциометра, можно сразу видеть на экране, как дифракционная картина сжимается или расширяется при изменениях длины волны. Третье и наиболее важное преимущество электронных пучков обязано их способности отклоняться под действием электрических и магнитных полей. Никто пока не научился делать линзы для рентгеновских лучей.

Электронный же пучок можно без труда фокусировать (Буш, 1927 г.) с помощью системы специально подобранных индукционных катушек и конденсаторов, что позволяет конструировать различные электронные линзы и электронные микроскопы. Благодаря малости длины волны разрешающая способность кх гораздо выше, чем у оптических приборов, причем достигнутьье в настоящее время на практике разрешающие способности электронных микроскопов еще очень далеки от теоретически достижимого предела. Гл. /К Волин — частица Аналогичным образом можно убедиться в волновой природе вещества на примере медленных нейтронов. Дифракционная картина, возникающая в результате рассеяния нейтронов, дает, конечно, богатую информацию о кристаллической структуре твердых тел. Для тепловых нейтронов (т.

е. нейтронов, энергия которых соответствует температуре 300' К) де-бройлевская длина волны равна А=1,81 А. Очень важным и впечатляющим было открытие Штерна и его сотрудников (1932 г.). Оказалось, что отражение молекулярных пучков (состоящих из Нз и Не) от поверхности кристаллов также сопровождается дифракционными явлениями, Удалось даже с помощью приспособления, по своей конструкции аналогичного прибору для измерения скорости света, т.

е, с помощью двух зубчатых колес, насаженных на одну ось, выделить пучок молекул, имеющих почти одинаковую скорость, Правильность соотношения де-Бройля для таких частиц была подтверждена с точностью до 1%. А здесь-то мы уже во всяком случае имеем дело с материальными частицами; ведь именно из таких частиц, как известно, состоят не только газы, но также и жидкости, и твердые тела. Если перехватить молекулярный пучок, уже претерпевший дифракцию на кристаллической решетке, и направить его в собирающий сосуд, то в сосуде окажется все тот же газ с самыми обычными свойствами. Эти дифракционные эксперименты с целыми атомами показывают, что волновые свойства отнюдь не являются просто индивидуальной особенностью одних лишь электронных пучков.

Напротив, здесь речь идет о новом принципиальном явлении всеобщего характера — классическая механика в целом уступает место новой волновой механике. В самом деле, ясно, что в случае дифракции атома именно его центр инерции (центр инерции составляющих атом частиц — ядра и электронов), т. е некая абстрактная точка, подчиняется тем же волновым законам„ что н отдельный свободный электрон. Волновая механика в своей законченной форме действительно описывает этот факт. 8) 7. Протиеореиие между волковой и кориускулярной теориями.

Уетранение этого иротиеореиия В предшествующих параграфах перед нашим взором прошел целый ряд фактов, которые, по-видимому, недвусмыслен но указывают, что не только свет, но и электроны, и частицы вещества вообще в одних процессах ведут себя как волны, а в других — как обычные корпускулы. Как совместить эти два противоречащих друг другу аспекта~ у У. Противоречие мемеду волиовой и иороуекулириой теориями 11Т Первоначально Шредингер предпринял попытку истолковать корпускулы, и в частности электроны, как волновые цикуты.

Хотя формулы Шредингера совершенно правильны, его интерпретация все же не могла выстоять. Действительно, с одной стороны, как мы уже выяснили, волновые пакеты с течением времени расплываются. С другой стороны, описание взаимодействия между двумя электронами как взаимодействия двух волновых пакетов в обычном трехмерном пространстве наталкивается на непреодолимые трудности. Общепринятая в настоящее время интерпретация была предложена Борном.

С позиций этого толкования весь ход событий' в физической системе определяется вероятностными законами Тому или иному положению частицы в пространстве соо1ветствует некоторая вероятность, определяемая ассоциируемой с состоянием частицы волной де-Бройля. Таким образом, механический процесс сопряжен с волновым процессом — процессом. распространения вероятностной волны. Последняя подчиняется уравнению Шредингера, значение которого состоит в том, что оно определяет вероятность любого варианта хода событий в.

механическом процессе. Если, к примеру, в какой-то точке пространства волна вероятности имеет нулевую амплитуду, то это означает, что вероятность обнаружить электрон в этой точке. исчезающе мала. Физическое обоснование выдвинутой гипотезы вытекает из: рассмотрения процессов рассеяния с двух точек зрения — корпускулярной н волновой. Проблема рассеяния света на небольших пылинках или на молекулах была хорошо разработана— с классических позиций — уже очень давно.

Если же применить к этой проблеме концепцию световых квантов, то становится сразу же ясно, что число квантов в той или иной точке следует считать пропорциональным интенсивности света, как ее определяет классическая волновая теория. В этом смысле вполне естественной кажется попытка рассчитать рассеяние электронов на атомах с помощью волновой механики (Борн, 1926 г.). При этом исходный электронный пучок мы мыслим себе в ассоциации с соответствующей волной де-Бройля. Падая на атом, эта волна дает начало вторичной сферической волне.

Исходя из оптической аналогии, мы ожидаем, что определенного вида квадратичная форма, образованная нз амплитуды волны, может быть истолкована как плотность потока или, иначе говоря, число рассеянных электронов. Когда были проделаны соответствующие вычисления (Вентцель, Гордон), оказалось, что для рассеяния на ядре получается как раз формула Резерфорда (стр. 80; приложения 9 и 20). Б дальнейшем были проделаны аналогичные расчеты н для многих других процессов рассеяния.

118 Гл 1У. Волли — «аатичм Полученные результаты хорошо согласуются с опытом (Борн, Бете, Мотт, Месси). Это дает все основания верить в правильность принятого нами принципа, связывающего амплитуду волны с числом частиц (иначе говоря, с вероятностью). Эта простая схема цредполагает, что отдельные частицы не зависят друг от друга. Если же принять во внимание н взаимодействие между частицами, то наглядность снова в какой-то мере утрачивается. Здесь возникают две возможности Во-первых, можно расаматривать волны в пространстве более чем трех измерений (скажем, для двух взаимодействующих частиц будут 2ХЗ 6 координат). Другая возможность позволяет остаться в рамках трехмерного просвранства, но лишь ценой отказа от простого представления об амплитуде волны как об обычной физической величине в в пользу чисто абстрактной математической концепции (вторичное квантование; Дирак, Иордан), входить в детали которой мы здесь не будем.

Мы не станем также обсуждать здесь обширный математический аппарат квантовой теории, который возник первоначально из теории про.цессов рассеяния и впоследствии достиг такого развития, что в принципе любую проблему атомной механики, имеющую разумный физический смысл, можно теперь разрешить чисто теоретически (приложение 26). Однако что значит «проблема, имеющая разумный физический смыслэР Для нас это в самом деле очень серьезный вопрос, ибо едва ли можно сомневаться, что корпускулярные и волновые идеи нельзя совместить в пределах монолитного и непротиворечивого формализма, не поступившись некоторыми фундаментальнымн классияескими'принцкпамн. В качестве обьединяющей основы выступает концепция вероятности, причем здесь она гораздо глубже связана с фундаментальными фнзическимя принципами, чем в классической теории, например в кинетической теории газов (гл.

Характеристики

Список файлов книги