naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru
 
Поиск по сайту
 

Волновые свойства электрона


репетитор,гдз,преподователь,учитель
Что такое спин К содержанию Строение атома. Часть первая. Начало
Page copy protected against web site content infringement by Copyscape

В 1923 году французский физик Луи де Бройль высказал предположение, что электрон наряду с корпускулярными свойствами, т.е. свойствами частиц, обладает также волновыми свойствами. Это предположение подтвердилось опытами. Так, например, если направить пучок электронов на экран с маленьким отверстием, а за экраном поместить фотографическую пластинку, то каждый отдельный электрон, пройдя сквозь отверстие в экране, оставит на пластинке черное пятнышко. Если пучок электронов падает на экран достаточно долго, на фотографической пластинке получается вот такая картина:


Дифракционные кольца

Рис. 1 - Дифракционные кольца

Такие, как на рисунке, кольца называются дифракционными. Эти кольца получаются и в том случае, если на отверстие в экране падает не пучок электронов, а луч монохроматического света. Кроме того, хоть какое-то внятное объяснение может быть дано в том, и только в том случае, если на отверстие в экране направлять какие-нибудь электромагнитные волны, например, световые. Кольца получаются в результате дифракции - взаимодействия друг с другом волн, перемещающихся в пространстве.

После окончательного подтверждения гипотезы де Бройля в мире физиков, да и не только, поднялась невообразимая шумиха: электрон - частица, он же - волна. Если волна, то в чем? В общем, будем разбирать факты, а они на сей день делятся на две группы.

Для первой группы характерно следующее. Если направлять пучок электронов на различные препятствия с различными отверстиями, всегда будет получаться дифракционная картина. Теперь уже известно, что этим свойством обладают не только электроны, но и все объекты без исключения.

Если описывать все опыты первой группы, исходя из предположения, что на экран с отверстием падают не частицы, а волны, то такое описание будет совпадать с реально наблюдаемыми явлениями не только качественно, но и количественно. Для количественного совпадения достаточно лишь положить, что частице с импульсом p соответствует волна длиной:


Соотношение де Бройля

Вот эта формула и есть знаменитое соотношение де Бройля.

Свойства волны длиной λ ставятся в соответствие электрону, движущемуся в пространстве со скоростью v и, следовательно, обладающему импульсом (количеством движения) p=mэv. Слова "электрон движется в пространстве со скоростью v" можно понимать только так: все мельчайшие порции электрического поля, в том числе и расположенные на сколь угодно большом расстоянии, движутся с одной и той же скоростью в одном и том же направлении. Такое движение когда-то должно было начаться. Предположим, что у электрона можно определить точку, принимаемую за центр масс и под словами "электрон начал двигаться" понимается, что начала двигаться именно эта точка (центр масс). Но тогда любая другая точка, отстоящая от центра масс на расстоянии R, может начать двигаться лишь через промежуток времени Δt, равный расстоянию R, деленному на скорость света c. Поскольку электрон занимает бесконечное пространство, получается, что сколь бы давно он ни начал двигаться, какие-то части его электромагнитного поля, а следовательно, какие-то части его полной энергии, а значит, и массы, уже вовлечены в движение, а какие-то - еще нет. Части уже движущиеся, как бы напирают на части, еще неподвижные.

Ахтунг! Во всем вышеописанном не усматривайте намека или аналогии на какие-либо волны. Процесс движения электрона весьма сложный. Он охватывает все окружающее пространство и ни в коем случае не может быть сведен к движению точки вдоль заданной траектории.

Трудности, связанные с гипотезой о волновой природе электрона, заставляли многих ученых высказывать другие гипотезы и заниматься их проверкой. Высказывалась, например, такая гипотеза, что у электрона никакой волновой природы нет, а дифракционные картины получаются вследствие того, что отдельные электроны в пучке определенным образом взаимодействуют друг с другом. Проверкой этой гипотезы занялись советские ученые Фабрикант, Сушкин, Биберман. Они поставили опыт, ничем не отличающийся от опыта на рис. 1, за исключением того, что в отверстие направляли не пучок электронов, а по одному электрону за раз. Опыт был повторен неоднократно и дал следующий результат. Дифракционная картина получается даже в том случае, если промежуток времени между двумя последовательными пролетами электронов в 10 000 превышает время пролета каждого из них.

Результат опыта Фабриканта, Сушкина и Бибермана до сих пор являются лучшим подтверждением гипотезы о волновой природе электрона. Но результаты того же опыта можно трактовать и по-другому. Волновая теория, развитая, к слову сказать, Эрвином Шредингером, предполагает, что движущемуся электрону соответствует волна, простирающаяся на сколь угодно большие расстояния вдоль траектории движения. Такое, хотя и с трудом, можно допустить. Однако, результаты опыта заставляют считать, что волна сохраняется и после того, как электрон уже ударился о фотографическую пластинку и, по всей вероятности, попал на орбиту одного из атомов эмульсии. Можно, правда, было бы предположить и другое: каждый отдельный электрон, будучи волной, взаимодействует сам с собой и дает дифракционную картину. Иными словами, каждый электрон, проходя сквозь отверстие в экране, попадает затем сразу во много различных мест на поверхности фотографической пластинки. Однако результаты многочисленных опытов на этот счет свидетельствуют только об одном: каждый электрон попадает в одно определенное место и оставляет там черную точку (если это фотографическая пластинка) или световую вспышку (сцинтилляцию), если это люминесцентный экран. Следовательно, действительно приходится допускать, что электрона уже нет, а волна еще остается.

Если электрона нет, то оставшаяся после него волна связана не с электроном, а с пространством, в котором он пролетел. Так и скажем: каждый пролетающий электрон определенным образом воздействует на свойства физического вакуума - поляризует его. По всей вероятности, это воздействие состоит в том, что физический вакуум на какое-то время приобретает периодическую структуру.

Что же касается другой группы фактов, то действительно, многие явления, связанные с электронами и другими частицами, хорошо описываются в рамках волновой теории так называемыми волновыми уравнениями. Но тот факт, что нечто описывается каким-то уравнением, совсем не означает, что это нечто есть волна. Так, например, поведение пьяного человека, без цели бродящего по пустырю и не могущего найти дорогу, хорошо описывается неким дифференциальным уравнением, и на этом факте основан даже универсальный математический метод, называемый методом Монте-Карло. Но разве синяк - это волна?

В общем, всякие процессы, происходящие с электроном, подчиняются соотношению неопределенностей, иначе называемым соотношением Гейзенберга и в некоторых случаях могут быть описаны волновыми уравнениями. Существует, однако, много случаев, когда оказывается удобнее и правильнее описывать происходящие с электроном процессы как процессы движения точечной массы, из чего отнюдь не следует, что электрон частица, так же, как и из того, что некоторые процессы описываются волновыми уравнениями, не следует, что электрон волна.

Page copy protected against web site content infringement by Copyscape
Что такое спин К содержанию Строение атома. Часть первая. Начало
репетитор,гдз,преподователь,учитель
Новости:




 

copyright © 2003-2017 naf-st.ru, info@naf-st.ru
При полном, либо частичном цитировании материалов сайта naf-st.ru ссылка (для интернет изданий гиперссылка) обязательна!!! Будьте взаимовежливы!

Хостинг «Джино»
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь