AA

2.14. Механизмы квантовых эффектов и корпускулярно-волновой дуализм

Вооружившись нашими новыми представлениями о динамике единой полевой среды, мы можем достаточно четко представить себе протекание многих квантовых процессов. При этом нам не придется прибегать к философии и понятиям квантовой теории, и мы сможем оставаться в рамках классической терминологии. Рассмотрим наиболее простые эффекты.

Во многих экспериментах с микрочастицами возникает иллюзия существования двойственности их поведения. Частица может одновременно проявлять как корпускулярные свойства, то есть походить на бильярдный шар, так и волновые свойства, уподобляясь колебательному процессу – волне. Это обстоятельство привело к появлению понятия корпускулярно-волнового дуализма и представлениям о двойственности природы материи. В свою очередь поведение электромагнитного излучения также нередко создает иллюзию движения частицы, что еще больше поддерживает мнение о реальности дуализма.

В полевой физике природа мистического корпускулярно-волнового дуализма квантовой теории становится полностью прозрачной, потому что в наших представлениях не существует отдельно частиц и отдельно полей. Каждый объект представляет собой связанное состояние материальной частицы – носителя корпускулярных свойств и полевой среды – носителя волновых свойств. А любые движения объектов происходят с перемещением обоих этих сущностей.

Корпускулярные свойства проявляются тогда, когда определяющим является движение самой частицы. Подобно движению резинового шара по спокойной воде, когда вода слабо влияет на движение и сама подвергается возмущению. Этот случай характерен для макрообъектов, которые в большей степени сами определяют динамику полевой среды. Их полевые оболочки в этом случае подобны обособленным бильярдным шарам и подчиняются классической механике. Микрочастицы также могут вести себя классическим образом, когда складываются схожие условия.

Но в большинстве случаев движение микрочастиц, напротив, полностью определяется динамикой единой полевой среды. В этих условиях частица движется под ее влиянием, повторяя все особенности движения среды. Подобно резиновому шару, брошенному в неспокойную воду, в которой он уже не предоставлен сам себе, а движется вместе с общим потоком. А полевая среда, в свою очередь, может испытывать естественные для нее эффекты интерференции или дифракции, а также другие эффекты волнового характера. Экспериментатор не видит полевую среду, но он видит частицу, повторяющую все волновые движения среды, и у него возникает ощущение, что волновыми свойствами обладает сама частица! И это еще одна яркая иллюзия нашего Мира!

Например, свободный электрон, пролетая в очень узкое отверстие, временно попадает под влияние сильной полевой связи. Ведь он должен как бы «протиснуться» через единую полевую оболочку всех атомов преграды, окружающих отверстие. А само отверстие создает определенный дефект в этой единой полевой оболочке, своеобразную полость для колебаний и других волновых эффектов.

Движение электрона в окрестности щели определяется как раз динамикой единой полевой среды окружающего щель материала. А эта полевая среда проявляет естественные для нее волновые свойства, в том числе возникает явление дифракции. Во время пролета через щель интенсивная полевая среда окружающего материала сообщает электрону дополнительную скорость, неестественную для классического движения. Его собственная полевая оболочка на время пролета через отверстие как бы «встраивается» в единую полевую среду этой области, в результате чего влияние полевой среды на электрон оказывается гораздо более сильным, а результат получается значительно более сложным, чем при похожем пролете бильярдного шара через отверстие в стене. В результате электрон меняет направление своего движения при пролете через щель. Он как бы дифрагирует вместе с полевой средой таким же образом, как это произошло бы с электромагнитной волной!

Движение электрона через узкую щель можно проиллюстрировать на наглядном примере движения лодки через речные пороги. На спокойном участке реки лодка движется по прямой вместе с равномерным течением. Ее движение полностью соответствует классическим законам. Но в узком месте между камней движение воды становится нерегулярным, появляется турбулентность и боковые течения. При проходе лодки через такой порог вода может сильно изменить направление ее движения. А сама лодка уже не слушается весел и несется вместе с потоком воды. В результате прохода через пороги лодка может совершить очень сложный маневр и оказаться выброшенной на спокойную воду вдалеке от предполагаемого прямого классического маршрута.

А теперь представим себе, что мы наблюдаем за лодкой не с берега, когда видны все детали, а с самолета, благодаря чему мы видим только лодку и пороги, но уже не можем разглядеть нерегулярное течение воды, брызги, водовороты и прочие детали. Мы увидим забавную картину. Движущаяся по прямой лодка проходя мимо камней вдруг испытывает явление дифракции и направление ее движения меняется самым удивительным образом. Причем это совсем не похоже на отражение бильярдного шара от края стола. Да лодка и не ударяется о пороги и очевидно проходит мимо них. Но траектория ее движения при формальном подходе совсем не соответствует классической и требует от нас приписать лодке волновые свойства!

Нечто подобное и происходит с электронами и другими частицами при пролете через узкие щели или вблизи краев других объектов. Именно благодаря видимому появлению волновых эффектов с участием частиц ученые решили приписать им волновые свойства. Однако, как мы уже стали понимать, все волновые свойства частиц являются кажущимися и обусловлены исключительно их связью с единой полевой средой.

Мы можем даже оценить величину кажущихся волновых свойств частиц на основании степени влияния на них единой полевой среды. Влияние полевой среды будет тем больше, чем дольше частица будет в ней находиться, то есть лететь с меньшей скоростью u. А также влияние полевой среды будет сильнее, если мала инертность частицы или ее масса m. Таким образом, мы можем написать:

(2.14.1)

или в терминах квантовой механики с учетом постоянной Планка и импульса частицы p это условие примет вид определения «длины волны» частицы:

(2.14.2)

Другими словами, величина волновых свойств корпускулярного объекта – частицы, будет тем больше, чем больше λ — так называемая длина волны Де-Бройля. В полевой физике суть этого соотношения состоит лишь в том, что чем больше длина волны Де-Бройля, тем сильнее влияние полевой среды на частицу по описанным выше причинам. А значит, движение частицы в меньшей степени носит самостоятельный характер и является повторением волнового движения единой полевой среды.

Нечто подобное мы можем сказать и про наличие корпускулярных свойств у электромагнитных волн. Как уже неоднократно упоминалось, частицы не взаимодействуют напрямую – этот процесс происходит посредством возмущений полевой среды. Одна частица возмущает полевую среду, и это возмущение, распространяясь в виде волны, изменяет характер движения другой частицы. Но аналогичные возмущения полевой среды могут быть созданы не только непосредственно другой частицей, но и каким-либо иным возмущением поля в виде электромагнитной волны! Вот почему электромагнитные волны создают эффект движения корпускулы. Их влияние на частицы регистрации может создавать эффект, полностью аналогичный влиянию другой реальной частицы, потому что частицы как раз и влияют друг на друга посредством волн в полевой среде!

Интенсивность взаимодействий между частицами тем выше, чем сильнее возмущение в полевой среде. Или другими словами, меньше время, за которое это изменение происходит. Наибольшая интенсивность взаимодействий отвечает сильному возбуждению полевой среды за малый промежуток времени τ. Чтобы создать такое же возмущение посредством волны, а не движения частицы, требуется быстроменяющаяся волна. Волна большой частоты ν. Тогда ее влияние на частицы регистрации можно выразить соотношением:

(2.14.3)

Или в квантовых обозначениях

(2.14.4)

мы получаем связь между частотой волн ν и их энергией E. В полевой физике это обстоятельство означает лишь тот факт, что волны большей частоты сильнее влияют на движение частиц. Их влияние перестает носить характер слабого фона и становится сравнимым с влиянием других реальных частиц. Поэтому такие волны приобретают видимость корпускулярных свойств. Другими словами, воздействие высокочастотной волны на пробную частицу является похожим на взаимодействие с другой материальной частицей.

Корпускулярно-волновой дуализм является только видимым эффектом. Его природа состоит в том, что большинство объектов представляют собой связанное состояние частицы и полевой среды. Когда определяющим является движение самой частицы (классическое поведение), она проявляет корпускулярные свойства. Если же частица полностью подвержена влиянию полевой среды и повторяет ее динамику (квантовое поведение), то волновые. Длина волны Де-Бройля представляет собой выражение степени влияния полевой среды на частицу.

Аналогичную природу имеют корпускулярные свойства полей. Рост частоты волн приводит к тому, что влияния таких возмущений в среде перестают носить роль фона и становятся аналогичными возмущениям, созданным другими частицами. В результате влияние волны полностью подменяет влияние корпускулярной частицы.

Аналогичную природу имеют и другие квантовые эффекты, например, эффект Комптона и фотоэффект. Падающая на вещество электромагнитная волна не состоит из корпускул. Не существует фотона, который бы выбивал из вещества электрон путем прямого механического удара. Или передавал бы импульс электронам вещества подобно шарам в бильярде. Внешнее возмущение в виде падающей электромагнитной волны воздействует только на полевую оболочку атома и деформирует ее. Все остальные явления представляют собой следствия релаксации этой деформации.

В зависимости от условий такая деформация может вообще не привести ни к каким изменениям в атоме, и падающий свет окажется просто отраженным со своими прежними свойствами. Но изменения полевой оболочки атома могут оказаться и более значительными. В результате ее перестроения отдельный электрон или атом в целом может приобрести определенный импульс, а падающая волна окажется рассеянной под некоторым углом. Так возникает эффект Комптона. Но может случиться, что возбужденная полевая оболочка окажется неустойчивой, и ее возможное стабильное состояние возникнет только после выброса одного из электронов. Так происходит фотоэффект.

Этот механизм мы могли бы назвать эффектом «Троянского коня». Потому что неверно представление о том, что электромагнитная волна может выбить из атома электрон или сообщить ему импульс путем прямого механического удара, будто бы она — частица. Так же, как оказалось невозможным взять стены Трои путем прямого штурма. Внешняя волна изменяет или разрушает атом не путем прямого удара — в этом случае она просто отражается, а путем проникновения в его полевую оболочку, своеобразного «встраивания» в нее. Подобно проникновению коня в Трою. А уже в результате своего вливания в полевую оболочку атома она видоизменяет его и может даже разрушить, вызвав выброс одной или даже нескольких частиц.

Мы упомянули несколько частиц, потому что подобный механизм имеет место и при ядерном распаде, и в ядерных реакциях. Примечательно, что развал ядер происходит не под действием быстрых нейтронов, которые, казалось бы, могут ударить посильнее. Ядра атомов распадаются под воздействием именно медленных нейтронов благодаря тому, что они вместо быстрого отражения успевают встроиться в структуру ядра и вызвать его нестабильность, которая заканчивается распадом. В этом отношении влияние как волн, так и частиц идентично. Потому что не существует прямого взаимодействия частиц или волн посредством механических ударов, а все определяется деформациями полевых оболочек. В этом смысле и волны, и частицы ведут себя похожим образом, создавая иллюзию корпускулярно-волнового дуализма.