Интерференция волн де Бройля и корпускулярно-волновой дуализм. Опыт показывает, что при прохождении пучка электронов через одно малое отверстие в экране (А или В) пучок испытывает дифракцию, т. е. ведет себя как поток волн де Бройля (рис. 7.5, а, б). Какой будет картина на экране фотопластинки, если на пути пучка электронов в экране будут открыты оба близко расположенных отверстия А я В? Так как почернение фотопластинки вызывается ударами электронов, то можно ожидать, что потемнение усилится в тех местах, где дифракционные пятна от двух отверстий налагаются друг на друга (рис. 7.6). В действительности наблюдается иная картина с чередованием темных и светлых полос (рис. 7.7). Результат получается таким же, как в опыте Юнга по наблюдению интерференции света от двух отверстий.
Но как могут интерферировать электроны? Электрический заряд каждого электрона неделим, каждый электрон проходит только через одно из двух отверстий и попадает только в одну точку на фотопластинке. Другой электрон, попав на близко расположенную точку, может вызвать только дальнейшее потемнение фотопластинки, но не посветление, так как процесс взаимодействия электронов с фотопластинкой необратим.
Одно из возможных объяснений интерференции пучка электронов — взаимодействие электронов после их прохождения через два отверстия. Однако В. А. Фабрикант, Л. Г. Биберман, Н. Б. Сушкин в 1949 г. выполнили опыт с пучками электронов такой малой интенсивности, при которой во время полета между отверстиями в экране и фотопластинкой находится лишь один электрон. Поэтому интерференционная картина не является следствием взаимодействия электронов между собой после их прохождения через разные отверстия.
|
Рис. 7.5 |
Рис. 7.5 |
|
Рис. 7.6 |
Рис. 7.7 |
Полученный результат можно объяснить, если считать, что дебройлевская волна данного электрона проходит одновременно через оба отверстия, что приводит к интерференции (см. опыт Юнга). Но как сочетать представления о прохождении деброилевскои волны одновременно через два отверстия с несомненными фактами неделимости электрона, локализации его в одной определенной точке при попадании на фотопластинку?
Разрешение этого противоречия заключается в признании корпускулярно-волновой двойственности свойств частиц вещества. Природа электрона, как и других частиц вещества, не может быть описана полностью с использованием только корпускулярных или только волновых представлений. Бесплодными оказались и попытки механического соединения корпускулярных и волновых свойств в одном объекте. Идея корпускулярно-волнового дуализма заключается не в механическом соединении двух взаимоисключающих моделей, а в признании такой сложности свойств микрообъектов, для полного описания которых не пригодны только одни корпускулярные или только одни волновые представления. Описание свойств микрообъектов с использованием представлений о локализованных в пространстве частицах или о непрерывных волнах является упрощением реальности.