Дифракция электронов. Волна де Бройля

Наглядной демонстрацией корпускулярно-волнового дуализма считается опыт дифракции электронов. Если в этом опыте детектором электронов служит люминесцирующий экран или фотопластинка, то каждый отдельный электрон отмечается на них точечной вспышкой или засветкой, а их совокупность образует картину чередования сильно и слабо засвеченных полос, характерную для дифракции некоей волны. Принято объяснять это тем, что электрон обладает свойствами и волны и частицы, что он дуалистичен. Когда опыт производится в геометрии Юнга (возможность прохождения электронов по двум сближенным путям — "через две щели") и регистрируется интерференционная картина, это "объясняют" так: "неделимый электрон одновременно проходит по двум различным путям и интерферирует сам с собой". Это пример тех нелепостей, с которыми физикам приходится мириться, отказавшись от эфира. Их обилие привело Р. Фейнмана к мысли, что "поведение вещества в малых масштабах отличается от всего, к чему мы привыкли, и по истине весьма странно. Добиться приятного чувства "естественности" квантово-механических правил невозможно" [71 ], 7. Современной физикой охотно тпринимаются на вооружение положения, не имеющие разумного объяснения, лишь бы они соответствовали общепринятой в настоящее время идее.

Опыт показал, что дуализм — универсальное свойство вещества. Исходя из идеи корпускулярно-волнового дуализма, Н. Бор пришел к отказу в микромире от причинности и к утверждению принципиального антидетерминизма квантовой механики ("Копенгагенская интерпретация" ее). В. Гейзенберг считал, что дуализма по существу нет, что материя попеременно выступает то в корпускулярной, то в волновой форме. Теперь же полагают, что обе ипостаси проявляются одновременно. Волну, присущую корпускулам вещества, называют волной де Бройля. Принято предложенное М. Борном представление, что волна де Бройля — это волновая функция, квадрат которой определяет вероятность нахождения частицы в различных точках пространства в различные моменты времени ("волна де Бройля — волна вероятности"). Таким образом устанавливается равенство между реально наблюдаемым волновым процессом и математическим понятием (вероятностью), отождествляются несопоставимые категории понятий¹. Все корпускулы считаются квантами своих волновых полей: фотон — электромагнитного, электрон и позитрон — электроннопозитронного, мезон-мезонного и т.д. [БСЭ ]. Их взаимодействие объясняют обменом "промежуточными" частицами — например, фотонами при электромагнитном взаимодействии. В неверности этого представления можно убедиться путем прямого опыта, поместив в вакууме два разноименных электрических заряда и между ними — детектор фотонов, ожидаемая энергия которых может быть вычислена; поток фотонов не будет отмечен (В-14). Вариант опыта — введение между полюсами тонкой, непрозрачной для фотонов пленки, не изменяющей существенно емкость системы.

Все натяжки и нелепости исчезают, если учесть наличие среды, передающей взаимодействия — эфира. В этом случае волну де Бройля естественно понимать, как волнение эфира, сопровождающее движение в нем следа корпускулы — подобие головной "спутной" волны, "pilot wave", упреждающей движение следа и вызывающей его колебания, а значит и колебания связанной с ним корпускулы, уподобляющейся поплавку, делающему лучше зримым волнение воды. При наличии двух путей волна расщепляется, проходит по обоим путям и интерферирует, электрон же следует по тому или другому из них. Из опытов дифракции частиц установлено, что длина волны де Бройля обратно пропорциональна импульсу частицы λ = h/P и уменьшается с ростом ее энергии: λ = h (2mE)^-1/2, а при наличии потенциальной энергии (u)λ = h{2m (E_Σ - u)}^-1/2, где E_Σ — общая энергия частицы. При наличии у частицы заряда (Q)λ = h{Qu/c(2 + Qu/m₀c²)}^-1/2. Присутствие в качестве параметра постоянной hнаводит на мысль о роли структуры эфира в формировании колебаний. О том же свидетельствует зависимость частоты от скорости (частота толчков при тряске растет со скоростью). Зависимость от массы заставляет вспомнить о том, что корпускула "упруго" связана со своим следом — чем больше т, тем "жестче" связь и тем больше частота резонансных колебаний. Следует заметить, что целый ряд независимых явлений подтверждает ранее выдвинутое положение о неразрывной связи корпускулы со своим следом: это возникновение инфракрасного излучения при тепловом движении корпускул вещества, черепковского излучения быстро движущихся частиц и, наконец, волн де Бройля, направляющих корпускулы при их движении.

Все за то, что волна де Бройля продольна — сам механизм ее образования в процессе перемещения упругой деформации эфира, каковой является след корпускулы, а также то, что равномерное движение тел не сопровождается генерацией электромагнитного излучения. Возможно, хотя и мало вероятно, что опыт (В-17) даст этому наглядное подтверждение. Во всяком случае, волна де Бройля — это реальный физический процесс, а дуализм электрона и других корпускул — это не их таинственное "внутреннее свойство", характеризующее их способность к "перевоплощению", а демонстрация двух взаимосвязанных явлений — движения вещественного объекта и связанного с ним волнового процесса в эфире. Как следует из теоремы Эренфеста, соотношения классической механики справедливы для средних значений квантово-механических величин [79], 2: при усреднении волновое движение корпускулы сглаживается и выявляется корпускулярная составляющая движения. Поскольку фаза волны де Бройля остается всегда неопределенной, то становится неопределенным и положение в пространстве частицы, движением которой руководит эта волна. Вероятность обнаружения частицы в той или иной точке пространства становится зависимой от волны де Бройля, которая выступает поэтому в качестве амплитуды вероятности обнаружения [71 ], 5.

Волна де Бройля упреждает движение частицы, отличаясь этим от излучения Черенкова, возникающего, когда скорость частицы превышает скорость света в веществе, и являющегося излучением запаздывающим. Это электромагнитные волны, как известно, являющиеся поперечными. Известно, что скорость продольных волн в упругих средах больше, чем поперечных. В. Дубровский в работе [26] показал, что в эфире различие их скоростей очень велико. Это укрепляет представление о волне де Бройля, как об упреждающей продольной волне, генерируемой движущимся следом корпускулы. Косвенное подтверждение этого можно видеть в явлениях "квантовой нелокальности", наблюдавшихся в ряде опытов. Для этих опытов характерно "мгновенное" влияние одного разобщенного микрообъекта на другой, что можно объяснить связующим действием быстро распространяющихся продольных волн. Подробнее этот вопрос будет рассмотрен в дальнейшем.

Направляющее действие волн де Бройля зримо проявляется при туннельном эффекте — проникновении электронов и других корпускул через энергетические барьеры. Считается, что туннелирование электрона возможно, если величина порога не превышает длины волны де Бройля [13]. Туннельный эффект обусловлен тем, что в моменты пучностей волны значение импульса частицы превышает его среднее значение. На использовании эффекта туннелирования основана работа многих электронных приборов, в частности, сверхпроводящих переходов Джозефсона. Через туннельный контакт Джозефсона, образованный двумя различными сверхпроводниками, спонтанно возникает течение переменного тока плотностью j₀Sinφ, где φ — фаза волновой функции, иначе говоря, волны де Бройля. Это — прямое свидетельство реальности волнового дебройлевского движения электрона и демонстрация обусловленности им туннельного эффекта.

Поскольку длина волны де Бройля полностью определяется массой и скоростью частицы, то, исходя из принципа неопределенности (см. след, главу) , принято считать, что координаты волны неопределенны, что она "распространяется на все пространство". Это, конечно, схоластическое умозаключение, но оно отражает способность волн взаимодействовать на значительном удалении от вызывающих их частиц (при "нелокальных" явлениях), а также способность волны расщепиться и пройти через две близкорасположенные щели и затем интерферировать. Соответствует это и математическому описанию волны де Бройля, как плоской волны в пространственно-волновом континууме:

ψ (х, у, z, t ) = Q₀e^i/h (xP_x + уР_у + zP_z - Ht)

Изложенные представления развивают положения исходной концепции де Бройля 1926 — 1927 гг., от которой он затем отказался под влиянием господствовавших в физике представлений и вновь вернулся к ней лишь в 1951 г., присовокупив идею Вигьера и Бома о существовании скрытого субквантового термостата, с которым частицы могут обмениваться энергией. Таким путем он приблизился к правильному представлению о существовании эфира. Но лишь учет -пограничности сопространств СП_В и СП_Э снимает выдвинутое Д. Беллом ограничение и делает идею о "волнах материи" неуязвимой.

Выяснение сущности волны де Бройля позволяет уточнить интерпретацию результатов опыта, предложенного Аароновым и Бомом (см. главу 6) . При пропускании тока через соленоид² возникает деформация гравитационного типа, воздействующая на прохождение волн де Бройля — периодических изменений напряженности эфира — что и приводит к изменению интерференционной картины. При видоизменении опыта, когда между путями пролета электронов вводился магнит, заэкранированный от них магнитно, получался сходный результат — интерференционная картина изменялась. Помещение на одном из путей пролета электронов полуволновой пластинки, рассчитанной на волну де Бройля, приводило к соответствующему сдвигу фазы волны и изменению характера интерференции. Процедура квантово-механического расчета показывает, что интерферирует волна де Бройля "несущая" корпускулу: складываются не плотности вероятности для электрона пройти через ту или иную щель (тогда не было бы интерференции), а суммируются волновые функции, связанные с волнами де Бройля [79], 2. Как показали опыты (например, В. Фабриканта, Н. Сушкина и Л. Бибермана [79], I, интерференция наблюдается при пролете не только потока электронов, но и отдельных электронов.

Волна де Бройля и вещество

Волны де Бройля играют определяющую роль в строении вещества. Это связано с тем, что лишь те орбиты электронов в атомах оказываются стабильными, на длине 2πr которых укладывается целое число волн де Бройля n λ = 2πr. Квантовое число n указывает на число стоячих волн на разрешенной орбите электрона. Циркуляция электрона по разрешенной орбите стационарна по отношению к структуре эфира и не создает в нем возмущений, приводящих к бурному излучению энергии. Но движение следа электрона совершенно без затраты энергии не может иметь места — электрон должен терять энергию при перемещении по разрешенной орбите. Эта потеря очень мала — можно предполагать, что она того же порядка величины, что и расход энергии фотонами при их перемещении в космическом пространстве, характеризуемый постоянной Хаббла. Не исключено, что опыт (В-18) позволит в этом убедиться, если удастся разработать его методику.

Неспособность электронов, находящихся на разрешенных орбитах, излучать проявляется в "помутнении" вещества при переходе его из-за нагрева до (3 ÷ 4)10³К в плазму, свободные электроны которой обретают возможность рассеивать фотоны. При переходе атомарного электрона с одной разрешенной орбиты на другую он "задевает струны эфира" и создает в нем "всплеск": избыток энергии уносится электромагнитной волной. При ядерных превращениях, где энергии значительно выше, наряду с "всплеском" в эфире создается турбулентность — излучается нейтрино. Величина уносимой порции энергии (кванта) ΔЕ = hγ не связана с "атомарностью" энергии, как некоторые думают, а определяется изменением скорости электрона при смене орбит и сопровождается изменением длины волны де Бройля. Отсутствие атомарности энергии подтверждается тем, что в величинах квантов энергии (для разных атомов) не прослеживается присутствие общего делителя [79 ], 2. Эти порции энергии, по-видимому, образованы множеством существенно меньших долей. Поглощение энергии атомом при "набегании" на него электромагнитной волны подчинено тем же закономерностям: волна "подстегивает" электрон, его скорость, энергия и размеры орбиты возрастают. В лабораторном эксперименте наблюдались высокие степени возбуждения атомов, когда размер их становился громадным (у атома водорода при n = 30 площадь орбиты электрона возрастает в 10⁶ раз и это не предел возбуждения) [89 ]. Возможность управления парметрами этих ридберговских атомов путем регулирования возбуждения подкрепляет достоверность выводов теории.

Основой квантования энергетических уровней атомов является соотношение разрешенных электронных орбит, на которых укладывается целое число волн де Бройля. Результаты квантования распространяются на другие характеристики, зависящие от энергии электрона, такие, как импульс, орбитальный момент, спин и т.д. Принцип запрета Паули, играющий определяющую роль в строении атомов, отражает влияние волн де Бройля, а именно указывает на невозможность нахождения на одной орбите без нарушения стационарности более двух стоячих волн, притом сдвинутых по фазе на 180°. В этом случае на одной орбите находятся два электрона с антипараллельными спинами, вследствие электростатического отталкивания располагающиеся на концах одного диаметра орбиты, чему соответствует минимальная энергия системы. Лишний электрон выталкивается с орбиты теми, у которых оказывается большим импульс (определяется соотношением фаз волн де Бройля электронов в момент столкновения). Об этих процессах, в простоте душевной, часто говорят, как о "вызываемом принципом Паули расталкивании электронов" [72]. Это пример характерного для квантовой механики смешения идеального с материальным. Расталкивает электроны не принцип, а противодействие корпускул — вихрей сближению "при параллельности спинов", т.е. при одинаковом направлении осей их вращения, а также электростатические силы. Принципом запрета объясняется невозможность образования ядра из двух протонов без участия нейтронов: он исключает возможность параллельности спинов протонов, а при антипараллельности энергия связи оказывается недостаточной для преодоления взаимного отталкивания. Этот же принцип объясняет парное сочетание свободных электронов с равными импульсами и противоположными спинами в сверхпроводнике, а длина волны де Бройля — саму возможность сверхпроводимости: если эта длина меньше среднего расстояния между электронами, то волны каждой пары не перекрываются, и электроны не становятся "квантовыми объектами" [72].

Длины волн де Бройля для атомов и молекул подчиняются общей закономерности λ = h/P. В газовой фазе для них λ = h (3mKT)^-1/2, поскольку средняя кинетическая энергия корпускулы газа Е = 3/2 KT , где К — постоянная Больцмана и Т— абсолютная температура. Движение нуклонов в ядре также регламентируется волнами де Бройля. Поскольку нуклоны в -2.10³ раз массивнее электронов, соответственно меньше и длины связанных с ними волн де Бройля и значительнее порции энергии, выделяемой при переходах между энергетическими уровнями — кванты рентгеновских и гамма-лучей. По-видимому, нуклоны вращаются в ядре по орбитам вокруг общего центра тяжести с релятивистскими скоростями. Расположение их орбит обнаруживает закономерности, характерные для обол очечной модели ядра: ядро — не капля, а сложная динамическая система. В то время, как нуклоны выступают в ядре, как отдельные объекты, партоны не являются таковыми: судя по невозможности их отдельного обнаружения, это, скорее всего, неразделимые ингредиенты структуры нуклона, прекращающие свое существование вместе с его разрушением.

Замечательный инструмент — однокристальный интерферометр нейтронов — позволяет "воочию" убедиться в том, что "руководящая" роль волн де Бройля сохраняется и для столь тяжелых корпускул, как нуклоны. Опыт показал, что для возвращения интерференционной картины в исходное состояние требуется повернуть спин нейтронов в одном из интерферирующих пучков (путем введения в него электромагнита) не на 360°, а на 720° [100], 242, 1980. №5. Это соответствует изменению фазы волны де Бройля ("амплитуды вероятности" по Борну) на 360°—в соответствии с правилом квантовой механики следует складывать амплитуды интерферирующей волновой функции и сумму возводить в квадрат, а не складывать квадраты амплитуд. В этом опыте наглядно проявляется, что интерферирует "несущая" корпускулы волна де Бройля и что квантовые характеристики корпускулы (спин в данном случае) закономерно подчиняются правилам квантования.

Закономерности, присущие волнам де Бройля, прослеживаются и на макроскопическом уровне. Так, образование квантовых вихрей в сверхтекучем гелии происходит по правилам формирования стоячих волн де Бройля, целое число которых укладывается на окружности вихря [72 ]. Длина волны рассчитывается для атома гелия массой т, исходя из его скорости V и радиуса r орбиты в вихре, связанных соотношением Бора mvr = nh, где vr = h/m = "квант циркуляции", и величина r ~ 1 см в 10⁸ раз больше, чем в атоме. Однако, так как скорость мала, то и квант невелик. Как уже говорилось, указанные закономерности прослеживаются и в сверхпроводниках. Сила кольцевого сверхпроводящего тока и напряженность создаваемого им магнитного поля могут изменяться только скачками. Кольцевой ток образует как бы гигантскую электронную орбиту. Ввиду малости волны де Бройля и обширности кольца, многие электроны находят для себя пути, содержащие целое число стоячих волн, а парная связь электронов удерживает их от переходов — все электроны движутся стационарно и совместно перемещаются с уровня на уровень, лишь получив энергию, равную сумме квантов, полагающихся для этого каждому электрону.

Интерференция фотонов

Об интерференции фотонов современная наука говорит столь же загадочно,, как и об интерференции электронов: "неделимый фотон одновременно проходит по каждому из открытых для него двух путей и интерферирует сам с собой". Дело разъясняется, если учесть, что каждый фотон представляет собой не элементарное образование, а солитонную волну в эфире, охватывающую множество его структурных элементов, поэтому его делимость в принципе не исключена. Кроме того, обладая массой движения, фотон образует связанную с ним волну де Бройля. Эта продольная волна предшествует фотону, поскольку скорость продольных волн больше, чем скорость поперечных, электромагнитных. Поэтому, в принципе, возможны два объяснения того, как фотон может "интерферировать сам с собой":

1) фотон расщепляется на две интерферирующие друг с другом составляющие;

2) проходит двумя путями и создает интерференционную картину волна де Бройля фотона, который следует по одному из путей, а далее, направляемый этой волной, "прорисовывает" ту или иную деталь интерференционной картины.

При опытах было обнаружено, что интерференционная картина сохраняется при поочередном пропускании через интерферометр единичных фотонов [24, 93 J. Это подтверждает вывод, что каждый фотон интерферирует только с самим собой — вывод, неизбежный при учете того, что обычный свет — не монохроматичный и не когерентный — является собранием фотонов, излученных различными атомами в случайных, взаимонесвязанных процессах.

Имеющиеся опытные данные допускают оба толкования. Таков, например, опыт, когда отдельные фотоны разделялись полупрозрачным зеркалом на две части, которые проходили по двум разным путям, а затем интерферировали [88 ]. Квантовая механика объясняет этот результат так. Фотон представляет собой суперпозицию двух его состояний, каждое из которых проходит через одну из щелей интерферометра (?). При наблюдении (например, при падении на экран) они "схлопываются" воедино, "возмущенные наблюдением", и пространственное положение фотона из вероятностного становится определенным. Если измерить энергию одной из компонент, будет получено либо нулевое, либо полное значение, распределенные по вероятностному закону, так как измерение вызывает суммирование компонент и интерференция в этом случае не наблюдается [24]. Надо ли говорить, что это объяснение не разъясняет вопроса? Современная физика уходит от его разъяснения, маскируясь абсурдом, как это обычно в квантовой механике: "Между собой взаимодействуют части фотона, прошедшие через разные щели, хотя фотон и неделим" [24 ].

Известно, что расстояние между щелями интенферометра должно быть порядка длина волны фотона. Если следовать первому из намеченных выше объяснений, этот факт можно рассматривать, как свидетельство компактности фотона, а сам факт интерференции — как свидетельство определенной фронтальной протяженности фотона. Влияние на интерференционную картину величины площади дифракционной решетки подтверждает волновую природу фотона. Следуя этому объяснению, надо заключить, что квант способен делиться на части, подобно обычной солитонной волне, встретившей преграду. Очевидно, что для интерференции фотон должен "накрыть" обе щели и что множество фотонов не войдет из-за этого в процесс. Поэтому, в принципе, мыслима проверка справедливости первого объяснения интерференции путем сравнения расчетной и фактической эффективностей образования интерференционной картины в опыте с поочередным испусканием единичных квантов (В-19). Вряд ли можно рассчитывать на положительный результат из-за явной шаткости первого объяснения, особенно при учете следующих его слабых мест.

Если следовать этому объяснению, возникает вопрос — чему будет равна энергия долей фотона после его разделения? Величина энергии фотона hγ возникла из опытов и основанных на них расчетов (М. Планка и др.), как нечто неделимое. Частота у не может измениться при разделении, значит, речь может идти лишь о дроблении постоянной h. Эта константа выявилась, как величина, характеризующая закономерность энергетических переходов в атомах, всегда связанных с выделением энергии порциями, кратными произведению hγ. Значит ли это, что невозможно дальнейшее дробление? Принципиальным ограничением может только послужить тонкость структуры эфира. Ранее уже отмечалось, что постоянная h связана с неизвестными нам особенностями его структуры, в некотором смысле играя роль минимально передаваемой амплитуды действия. Если это так, если величина h определяется строением эфира, то возможность ее дробления представляется маловероятной. Но более убедительным доводом против первого объяснения и в пользу второго является наличие той "странности" явлений микромира, которую принято называть их "нелокальностью". Гипотеза делимости квантов бессильна ее объяснить, тогда как она естественно объясняется в рамках гипотезы, предполагающей, что делится и интерферирует волна де Бройля, оказывающая пилотирующее воздействие на фотон, на его "корпускулоподобную" природу, связанную с наличием у фотона массы движения.

Пбнятию о нелокальности сопутствуют представления о "целостности квантовых систем" и "неразложимости квантовых источников излучения". Они представляют собой утверждение об органической присущности микрообъектам тех следующих из квантовой механики свойств, на неизбежность которых Эйнштейн, Подольский и Розен указывали, как на свидетельство неполноты квантовой механики, получившее в дальнейшем название эффекта или парадокса ЭПР³. Реальность нелокальности получила подтверждение в опытах Ааронова-Бома (он обсуждался выше), Брауна-Твисса, А. Аспекта и др. [68], 271, 1984, №4. Имеет смысл остановиться на опыте А. Аспекта, освещенном в статье [77] и характерном по своим выводам для всей группы этих опытов.

Источником фотонов служили возбужденные атомы кальция, которые при переходе в основное состояние излучали пары идентичных фотонов, разлетавшихся в противоположных направлениях. На пути каждого из фотонов стоял переключатель, который направлял его то на один, то на другой поляризатор с различной ориентацией, за каждым из которых стоял детектор фотонов. Все четыре детектора подключались к счетчику совпадений. Время срабатывания переключателей было меньше времени пролета фотонов от них до детекторов. Тем не менее была выявлена реакция каждого из фотонов на состояние поляризации другого, создаваемое во время пролета первого. Это типичное проявление нелокальности. Нелокальность была выявлена и другими исследователями (Д. Кла-узером, К. Аллеем и др.) в опытах, различавшихся аппаратурным воплощением, но сходным по их целям. В статье [77 ], на основании указанных опытов, сделаны следующие выводы:

"Многие ученые, в том числе и Эйнштейн, полагали, что кван-товомеханическое описание физических систем неполно... Эксперименты приводят к выводу, что такое мнение скорее всего ошибочно... Мы живем в странном "квантовом мире", не поддающемся интерпретации на основе очевидного здравого смысла... Два объекта, разделенные многометровым расстоянием и никак между собой не связанные, тем не менее "чувствуют" присутствие друг друга... Одно из самых странных свойств квантового мира — нелокальность... Измерения, проводимые над одним фотоном, по-видимому, мгновенно влияют на результаты измерений над другим фотоном".

Некоторые ученые (Уилер, Фейнман...) перед лицом подобных "странностей" квантовой механики отступают от основной парадигмы современной физики — близкодействия — и склоняются к откровенному или завуалированному объяснению нелокальных явлений дальнодействием. Однако, вся эта мистика и все "странности" естественно разъясняются, если признать существование эфира и реальность волны де Бройля в нем. Перемещаясь со скоростью С фотоны непрерывно возбуждают продольные вольны де Бройля, распространяющиеся с гораздо большей скоростью. В обсуждаемом опыте образуется система из двух разобщенных электромагнитных солитонов и двух взаимовлияющих волн де Бройля. Влияние состояния одного солитона практически мгновенно передается волной де Бройля второму солитону, что и обнаруживается в опыте. Сходные эффекты имеют место и при всех других проявлениях нелокальности. Это разъясняет таинственные вещания квантовой механики о "неразложимости квантовых источников"; о "целостности квантовых явлений"; о "неделимости вместе возникших частиц, имеющих общую волновую функцию" (их взаимодействия с приборами — одно событие); о "предсказуемости поведения ансамбля при непредсказуемости поведения отдельных объектов" (предсказывается исход события, не имеющего причины) и т.п. Примиряется противоречие между разумными предположениями сторонников теорий "скрытых переменных" о наличии "субквантово-механического движения" на глубинном уровне, позволяющего детерминистично описывать отдельные микрособытия с сохранением квантовых законов на уровне атомов — с одной стороны, и ограничениями, налагаемыми неравенством Белла, утверждающим обязательную нелокальность теорий скрытых параметров, воспроизводящих результаты квантовой механики — с другой [4, 82 ]. Субстратом "субквантово-механического движения" оказывается эфир, а нелокальность объясняется выяснением роли волн де Бройля.

Зафиксированный опытами факт существования "нелокальности" приводит к убеждению, что из двух предположенных выше механизмов интерференции фотонов вероятен второй, утверждающий направляющее действие волны де Бройля, основанный на наличии у фотона массы движения, что приравнивает его к другим корпускулам. Убедиться в этом можно было бы, осуществив исследование, реализация которого не представляется невозможной (В-20):

используется источник излучения пар квантов; один квант пары направляется на счетчик, фиксирующий число пар; второму кванту, после прохода через расщепитель, открываются пути к двум счетчикам числа квантов; сопоставление показаний этих счетчиков с показанием счетчика числа пар решает вопрос о расщеплении квантов; заменив счетчики квантов болометрами, можно проверить баланс энергий; для суждения о "геометрии фотона" привлекается зависимость четкости интерференции от расстояния между щелями интерферометра при различных энергиях и интенсивностях излучения (В-21).

Неясным остается механизм прохождения фотона через поляризатор. Квантовая механика описывает его следующим образом [24]: Наклон плоскости поляризации фотона относительно оптической оси поляризатора (например, кристалла турмалина) есть следствие наложения двух его состояний — с поляризацией, перпендикулярной оси и параллельной ей. Наблюдение за выходом фотона из поляризатора переводит его полностью в одно из этих состояний и он либо с вероятностью N Sin² α проходит через кристалл, приобретая параллельную оси поляризацию и сохраняя свою энергию, либо с вероятностью N Cos² α поглощается кристаллом (N — общее число случаев, α — угол между плоскостью поляризации фотона и оптической осью кристалла). Это — в среднем, индивидуальный же результат непредсказуем. Вопросы о том, пройдет ли через кристалл данный фотон и каков механизм поворота плоскости его поляризации при проходе, нерешимы опытом, значит эти вопросы за пределами науки (позитивизм!).

Действительно, в настоящее время можно строить лишь предположения на этот счет, сохраняя, однако, надежду, что они будут решены, когда выяснятся взаимодействия между фотонами и их волнами де Бройля, геометрия фотона и структура эфира.

Обменные взаимодействия

При изложенном понимании роли волн де Бройля изменяется взгляд на тождественность частиц и обменные взаимодействия. Принято объяснять обменные взаимодействия перекрытием областей пространства, где "размазаны" частицы. Из их нелокальности выводят, как это принято в квантовой механике, очередной "принцип", якобы управляющий явлениями — в данном случае принцип тождественности, принципиальной неразличимости частиц [72, с. 39]. В действительности же частицы — это отдельные, индивидуально определенные сущности, но поскольку фазы их волн де Бройля не определены, а трассы движений пространственно совпадают, то нет признаков для их различения. В этом заключается объяснение "присущего квантовой механике и не имеющего аналога в классической физике" обменного взаимодействия тождественных частиц. Как и в случае интерференции, при взаимодействии тождественных частиц складываются и затем возводятся в квадрат амплитуды вероятностей (т.е. волны де Бройля) и вероятность детектирования частицы оказывается значительно (приблизительно вдвое) большей, чем при выявлении разных частиц, когда складываются квадраты амплитуд. В результате обменного взаимодействия фермионы дополнительно отталкиваются, а бозоны притягиваются, силы, действующие между фермионами, ослабляются, а между бозонами — усиливаются, и все это в тем большей степени, чем больше перекрытие совпадающих областей нелокальности. Таким образом, обменные взаимодействия стимулируют фермионы к разобщению, а бозоны — к скоплению⁴. В частности, поэтому электростатические отталкивания между электронами в атомах меньше, чем следовало бы без учета обменного взаимодействия [72].

Существование обменного взаимодействия предполагает наличие обменной энергии Е_об. Его объясняют так: "Добавление еще одного члена к обычной кулоновской энергии обусловлено лишь спецификой квантовых законов движения..." [72]. Сейчас мы видим, что обменная энергия связана с отклонениями положений частиц, вызванными их дебройлевским движением, от принятого при кулоновском расчете. Существование обменной энергии является свидетельством в пользу истолкования волн де Бройля, как реальных колебаний эфира.

Обменом объясняют гомеополярную связь атомов в молекулах, используя модель резонанса на комбинационной частоте E_об/h. Но обмен электронами между атомами считают невозможным, "так как электроны по законам квантовой механики неотличимы", поэтому величину E_об/h связывают с частотой изменения направлений спинов. Однако, сознавая, что резонанс — лишь модель явления, а не его объяснение, заключают: "Природа обмена целиком квантово-механическая. Лучше принимать обмен, как один из фундаментальных фактов, лежащих в основе квантовой механики" [12]. Это типичное для квантовой механики отступление от объяснения (объяснение мы дали выше).

Направляющая роль волн де Бройля в движении корпускул видна в закономерностях рассеяния частиц. Сечения процессов рассеяния связаны с волнами де Бройля и существует дифракционное упругое рассеяние частиц, имеющее сходные черты с дифракцией фотонов и электронов [72 ]. Можно думать, что колебания по де Бройлю способствуют прохождению частиц сквозь вещество вслед за этой волной, обтекающей препятствия, какими являются для нее следы корпускул. Это соображение представляется более резонным, чем такое "объяснение": электрон свободно проходит сквозь кристалл "даже сталкиваясь с атомами" потому, что "его амплитуды вероятности, перетекая от одного атома на другой, прокладывают ему путь" [71 ], 9.

Говорят, что "вблизи абсолютного нуля затвердению гелия препятствуют законы квантовой физики" (!). Причину этого можно видеть в колебаниях его атомов, связанных с неспокойствиями эфира, воздействующими на следы корпускул. Эти "нулевые" колебания атомов гелия обусловлены воздействием фоновых колебаний эфира (в том числе так называемого "реликтового излучения"). Некоторый вклад вносят в них и волны де Бройля, возникающие в связи с перемещением корпускул относительно эфира с галактической скоростью (сотни километров в секунду).

Классическую механику считают неполным приближением к механике квантовой. Это действительно так и обусловлено тем, что в квантовой механике, в отличие от классичской, учитывается движение корпускул по де Бройлю. Однако, при этом антидетерминизм и случайность, являющиеся результатом неполного определения параметров волны де Бройля, приписываются микромиру в качестве его врожденных, определяющих черт. На самом же деле они являются следствием неучтенной неполноты расчета. Неполнота приводит к появлению вероятностных результатов вместо точных.

¹ Так, Р. Фейнман трактует вероятность, как физическую величину, говоря о "поле вероятности", "потоке вероятности" [71], 4. Математическая категория выступает у него в роли реального, пространственно-временного объекта, чем подчеркивается неправомерность представления Борна.

² Или при помещении между щелями тонкого магнита, эквивалентного соленоиду.

³ Исходящая из принципа неопределенности возможность изменить значение волновой функции системы, воздействуя на другую, не связанную с ней систему [68] 1936, №4.

⁴ Для фермионов подсчет вероятности состояний производится по статистике Ферми-Дирака (система антисимметрична, ее состояние не изменяется при четной и изменяет знак при нечетной перестановке частиц), а для бозонов — по статистике Бозе-Эйнштейна (система симметрична, ее состояние не изменяется при любой перестановке частиц).

Глава 31. Принцип неопределенности математически обусловлен

Принципы неопределенности и дополнительности — это знамена современной физики, под сенью которых она совершает свое отступление от необходимости объяснения "странностей" природы. При выработке этих принципов прояви<