 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
90
Е= h
; р = h/
?.
Смелость гипотезы де Бройля заключалась именно в том, что приведенные формулы
постулировались не только для фотонов, но и для других микрочастиц, в частности для таких,
которые обладают массой покоя. Таким образом, с любой частицей, обладающей импульсом,
сопоставляется волновой процесс с длиной волны, определяемой формулой де Бройля:
Эта формула справедлива для любой частицы с импульсом р.
Вскоре гипотеза де Бройля была подтверждена экспериментально американскими физиками К.
Дэвиссоном (1881–1958) и Л. Джермером (1896–1971), которые обнаружили, что пучок
электронов, рассеивающийся от естественной дифракционной решетки кристалла никеля, дает
отчетливую дифракционную картину.
Подтвержденная экспериментально гипотеза де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме
свойств вещества коренным образом изменила представления о свойствах микрообъектов. Всем
микрообьектам присущи и корпускулярные, и волновые свойства: для них существуют
потенциальные возможности проявить себя в зависимости от внешних условий либо в виде
волны, либо в виде частицы.
Принципы неопределенности и дополнительности
Согласно двойственной корпускулярно-волновой природе частиц вещества для описания
свойств микрочастиц используются либо волновые, либо корпускулярные представления.
Приписать им все свойства частиц и все свойства волн нельзя. Возникает необходимость введения
некоторых ограничений в применении к объектам микромира понятий классической механики.
В классической механике всякая частица движется по определенной траектории, так что в
любой момент времени точно фиксированы ее координата и импульс. Микрочастицы из-за
наличия у них волновых свойств существенно отличаются от классических частиц. Одно из
основных различий заключается в том, что нельзя говорить о движении микрочастицы по
определенной траектории и об одновременных точных значениях ее координаты и импульса. Это
следует из корпускулярно-волнового дуализма. Так, понятие «длина волны в данной точке»
лишено физического смысла, а поскольку импульс выражается через длину волны, то
микрочастица с определенным импульсом имеет полностью неопределенную координату. И
наоборот, если микрочастица находится в состоянии с точным значением координаты, то ее
импульс является полностью неопределенным.
Немецкий физик В. Гейзенберг, учитывая волновые свойства микрочастиц и связанные с
волновыми свойствами ограничения в их поведении, пришел в 1927 г. к выводу:
объект микромира невозможно одновременно с любой наперед заданной точностью
характеризовать и координатой, и импульсом. Согласно соотношению неопределенностей
Гейзенберга микрочастица (микрообъект) не может иметь одновременно координату х и
определенный импульс р, причем неопределенности этих величин удовлетворяют условию
?x · ?p ? h
(h –
постоянная Планка), т. е. произведение неопределенностей координаты и импульса не
может быть меньше постоянной Планка.
Невозможность одновременно точно определить координату и соответствующую ей
составляющую импульса не связана с несовершенством методов измерения или измерительных
приборов. Это следствие специфики микрообъектов, отражающей особенности их объективных
свойств, их двойственной корпускулярно-волновой природы. Соотношение неопределенностей
получено при одновременном использовании классических характеристик движения частицы
(координаты, импульса) и наличия у нее волновых свойств. Поскольку в классической механике
принято, что измерение координаты и импульса может быть произведено с любой точностью, то
соотношение неопределенностей является, таким образом, квантовым ограничением
применимости классической механики к микрообьектам.
Соотношение неопределенностей, отражая специфику физики микрочастиц, позволяет оценить,
например, в какой мере можно применять понятия классической механики к микрочастицам, в
частности, с какой степенью точности можно говорить о траекториях микрочастиц. Известно, что