Методологическая физика. Очиров Д.Д-Э. - 96 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

191
стороны, намек на гибридность (метафоричность, парадоксальность или
полуклассичность”) этой теоретической системы. Несмотря на это,
главным достоинством теории Бора является то, что она объясняет
известные эмпирические законы Бальмера, Ридберга, Ритца и др., но, в то
же время, предсказывает новые эмпирические законы Пикеринга и др.
(при z=3 закон для дважды ионизированного атома лития).
Волны материи Луи де Бройля. Теперь перейдем к обсуждению тех
эвристических процедур, которые помогли физикам в построении и
интерпретации так называемой новой квантовой теории,
нерелятивистской квантовой механики (НКМ), обозначенной нами в
начале главы. Начало НКМ в его волновом варианте было положено
исследованиями Луи де Бройля (1923–1924 гг.). Эвристическими
ориентирами становления концепции волн материи де Бройля,
направлявшими его размышления, послужили следующие обстоятельства:
1)влияние Мориса де Бройлястаршего брата Луи и его взгляды на
природу рентгеновских лучей (т.е. взгляды Брэгга); 2) труды Анри
ПуанкареЦенность науки иНаука и гипотезаи блестящие лекции
Поля Ланжевена о природе времени в теории относительности; 3) серия
статей по гидродинамической модели колеблющегося атома Марселя
Бриллюэна (“истинный предшественник волновой механики” (Л. де
Бройль)) и 4) работы А. Эйнштейна по световым квантам.
Если первые два обстоятельства помогли сделать выбор Л. де
Бройлем в пользу физики в ущерб гуманитарным наукам (т.е. изменить
профессию бывшему лиценциату литературы по разделу истории; его
гуманитарная склонность, как нам кажется, помогла де Бройлю сделать
открытиеволн материи”), то последние два обстоятельствапрощупать
ему внутренний механизм корпускулярно-волновых процессов. На первом
этапе своего исследования он постарался связать световые кванты
Эйнштейна с явлениями интерференции и дифракции, воспользовавшись
математической аналогией между аналитической механикой и волновой
теорией.
В итоге Л. де Бройль, введя пробное понятиефиктивной волны,
связанной с движущимся телом”, после определенных математических
выкладок приходит к выводу: “…быть может, каждое движущее тело
сопровождается волной и что невозможно разделить движение тела и
распространение волны
1
.
На втором этапе исследования Л. де Бройль приходит к утверждению,
что скорость частицы равна групповой скорости фазовых волн и, что
1
Де Бройль Л. Попытка построения теорий квантов // Вариационные принципы механики. – М.:
Физматгиз, 1959. С. 631–640.
192
очень любопытно, в каждой точке своей траектории она (частица) следует
по лучу ее фазовой волны
1
. Данное постулативное положение де Бройля
выбрано им на основе формального отождествления принципа Ферма и
вариационного принципа Мопертюи, т.е. оптико-механической аналогии
Гамильтона. “Идея глубокой связи между этими принципами, — пишет,
подчеркивая селективную роль этой идеи, Л. де Бройль, — является
чрезвычайно ценной для отыскания пути к синтезу волн и квантов
2
.
Стало быть, траектория частицы будет определяться вариационными
принципами Ферма-Мопертюи. Чрезвычайно плодотворной была догадка
де Бройля, выраженная в форме вопроса: “не связан ли этот странный
дуализм волн и частиц, примером которого так замечательно и
несомненно явился свет, с глубокой и скрытой природой действия?”
3
. С
помощью этой догадки он смог представить волнообразное
распространение действия, иначе говоря, представил действие как фазу
некоторой волны, распространяющейся из источника во все стороны, что
позволило де Бройлю ввести в формулу постоянную Планка, имеющую
размерность действия. Надо полагать, что высшим взлетом обобщающей
мысли де Бройля было предположение, что коэффициент, связывающий
энергию и частоту, с одной стороны и импульс и волновой вектор, с
другой стороны, совпадает с постоянной Планкаквантом действия.
E=hλ,
khp
ρ
ρ
=
Отсюда выводится выражение для длины λ де-бройлевских волн.
Абсолютная величина волнового вектора обратная длине волны, поэтому,
подставляя в выражение для импульса вместо k=
λ
1
, получаем p=
λ
h
,
откуда
mV
h
p
h
==
λ
, т.е. известное соотношение де Бройля. Позже Л.
де Бройль писал, что возникновение этих идей придавало волнующую
остроту мысли о том, что в классической аналитической механике
формальная аналогия между траекториями частиц и световыми лучами
устанавливается через посредство понятий действия, т.е. в точности того
самого понятия, которое послужило основой для введения квантов. Не
подтверждает ли это в самом деле мысль, что квант действия служит
соединительным звеном между корпускулярным и волновым
1
Де Бройль Л. Кванты света, дифракция и интерференция // УФН, 1967. Т. 93. С. 180–181. Так же
см.: Де Бройль Л. Кванты, кинетическая теория газов и принцип Ферма. Там же. С. 182–183.
2
Де Бройль Л. Исследования по теории квантов // Вариационные принципы механики. С. 659.
3
Де Бройль Л. Революция в физике. – М., 1965. С. 135.
стороны, намек на гибридность (метафоричность, парадоксальность или                        очень любопытно, в каждой точке своей траектории она (частица) следует
“полуклассичность”) этой теоретической системы. Несмотря на это,                           по лучу ее фазовой волны1. Данное постулативное положение де Бройля
главным достоинством теории Бора является то, что она объясняет                            выбрано им на основе формального отождествления принципа Ферма и
известные эмпирические законы Бальмера, Ридберга, Ритца и др., но, в то                    вариационного принципа Мопертюи, т.е. оптико-механической аналогии
же время, предсказывает новые эмпирические законы Пикеринга и др.                          Гамильтона. “Идея глубокой связи между этими принципами, — пишет,
(при z=3 закон для дважды ионизированного атома лития).                                    подчеркивая селективную роль этой идеи, Л. де Бройль, — является
                                                                                           чрезвычайно ценной для отыскания пути к синтезу волн и квантов”2.
     Волны материи Луи де Бройля. Теперь перейдем к обсуждению тех                         Стало быть, траектория частицы будет определяться вариационными
эвристических процедур, которые помогли физикам в построении и                             принципами Ферма-Мопертюи. Чрезвычайно плодотворной была догадка
интерпретации      так    называемой     новой    квантовой     теории,                    де Бройля, выраженная в форме вопроса: “не связан ли этот странный
нерелятивистской квантовой механики (НКМ), обозначенной нами в                             дуализм волн и частиц, примером которого так замечательно и
начале главы. Начало НКМ в его волновом варианте было положено                             несомненно явился свет, с глубокой и скрытой природой действия?”3. С
исследованиями Луи де Бройля (1923–1924 гг.). Эвристическими                               помощью этой догадки он смог представить волнообразное
ориентирами становления концепции волн материи де Бройля,                                  распространение действия, иначе говоря, представил действие как фазу
направлявшими его размышления, послужили следующие обстоятельства:                         некоторой волны, распространяющейся из источника во все стороны, что
1)влияние Мориса де Бройля — старшего брата Луи и его взгляды на                           позволило де Бройлю ввести в формулу постоянную Планка, имеющую
природу рентгеновских лучей (т.е. взгляды Брэгга); 2) труды Анри                           размерность действия. Надо полагать, что высшим взлетом обобщающей
Пуанкаре “Ценность науки” и “Наука и гипотеза” и блестящие лекции                          мысли де Бройля было предположение, что коэффициент, связывающий
Поля Ланжевена о природе времени в теории относительности; 3) серия                        энергию и частоту, с одной стороны и импульс и волновой вектор, с
статей по гидродинамической модели колеблющегося атома Марселя                             другой стороны, совпадает с постоянной Планка — квантом действия.
Бриллюэна (“истинный предшественник волновой механики” (Л. де                                             ρ       ρ
                                                                                               E=hλ, p = hk
Бройль)) и 4) работы А. Эйнштейна по световым квантам.
     Если первые два обстоятельства помогли сделать выбор Л. де                                Отсюда выводится выражение для длины λ де-бройлевских волн.
Бройлем в пользу физики в ущерб гуманитарным наукам (т.е. изменить                         Абсолютная величина волнового вектора обратная длине волны, поэтому,
профессию бывшему лиценциату литературы по разделу истории; его                                                                                               1                      h
                                                                                           подставляя в выражение для импульса вместо k=                          , получаем p=          ,
гуманитарная склонность, как нам кажется, помогла де Бройлю сделать                                                                                           λ                      λ
открытие “волн материи”), то последние два обстоятельства — прощупать
                                                                                                           h   h
ему внутренний механизм корпускулярно-волновых процессов. На первом                        откуда   λ=       =   , т.е. известное соотношение де Бройля. Позже Л.
этапе своего исследования он постарался связать световые кванты                                            p mV
Эйнштейна с явлениями интерференции и дифракции, воспользовавшись                          де Бройль писал, что возникновение этих идей придавало волнующую
математической аналогией между аналитической механикой и волновой                          остроту мысли о том, что в классической аналитической механике
теорией.                                                                                   формальная аналогия между траекториями частиц и световыми лучами
     В итоге Л. де Бройль, введя пробное понятие “фиктивной волны,                         устанавливается через посредство понятий действия, т.е. в точности того
связанной с движущимся телом”, после определенных математических                           самого понятия, которое послужило основой для введения квантов. Не
выкладок приходит к выводу: “…быть может, каждое движущее тело                             подтверждает ли это в самом деле мысль, что квант действия служит
сопровождается волной и что невозможно разделить движение тела и                           соединительным звеном между корпускулярным и волновым
распространение волны”1.
     На втором этапе исследования Л. де Бройль приходит к утверждению,
что скорость частицы равна групповой скорости фазовых волн и, что                          1
                                                                                             Де Бройль Л. Кванты света, дифракция и интерференция // УФН, 1967. Т. 93. С. 180–181. Так же
                                                                                           см.: Де Бройль Л. Кванты, кинетическая теория газов и принцип Ферма. Там же. С. 182–183.
1                                                                                          2
 Де Бройль Л. Попытка построения теорий квантов // Вариационные принципы механики. – М.:     Де Бройль Л. Исследования по теории квантов // Вариационные принципы механики. С. 659.
                                                                                           3
Физматгиз, 1959. С. 631–640.                                                                 Де Бройль Л. Революция в физике. – М., 1965. С. 135.

                                         191                                                                                           192