§ 4.11 Волновые свойства частиц
Его богатое воображение, его оптимистическая готовность овладеть проблемой, не затруднённые слишком критическим подходом, были бы здесь весьма уместны.
Вальтер Ритц, подобно Шерлоку Холмсу, был непревзойдённым мастером по простому рациональному объяснению, на первый взгляд, сверхъестественных явлений и загадочных фактов, оказавшихся не по зубам представителям официальных структур. Так, Ритц классически объяснил результат опыта Майкельсона, спектры атомов, излучение чёрного тела. И, в объяснении волновых свойств частиц, пожалуй, именно Ритц, которому было многое по плечу, благодаря его оптимизму и смелому воображению, предложил бы разгадку. Однажды он уже сделал это, объяснив на базе корпускулярной теории истечения света и баллистического принципа волновые свойства света, переносимого частицами-реонами. Несомненно, Ритц предложил бы разумное наглядное классическое объяснение и волновым свойствам всех других частиц.
Так, волновые свойства были обнаружены не только у электронов, но и у других частиц, — нейтронов, атомов и молекул. Но, совершенно так же, как в случае реонов и электронов, эти опыты можно объяснить классически, не прибегая к гипотезе корпускулярно-волнового дуализма, а продолжая считать частицы простыми телами, корпускулами.
Рис. 166. Схема работы селектора скоростей, пропускающего молекулы со скоростями V=d/t.
Рассмотрим, например, дифракцию молекулярных пучков на поверхности кристалла. Сначала прибор, называемый "селектором скоростей" и представляющий собой два вращающихся диска с прорезями [134], выделяет из пучка частицы, обладающие заданной скоростью и соответствующей длиной волны де Бройля (Рис. 166). Этот пучок падает на кристалл и отражается, подобно электронному (Рис. 161). При этом, кроме пучка, отражённого под углом падения φ, возникают два побочных пучка, — два вторичных максимума, как от дифракции (Рис. 167). Эти максимумы отстоят от главного тем дальше, чем ниже скорость молекул и больше длина волны. Кажется, этот опыт уверенно доказывает волновые свойства частиц. Но это только кажется, поскольку он тоже имеет простую классическую трактовку. Прежде всего, селектор пропускает помимо молекул со скоростью V=d/t, частицы, летящие со скоростями d/(t+nT), где n — целое число, T — период обращения дисков. То есть, в кристалл попадают и сравнительно медленные частицы, за время пролёта которых селектор делает один или n оборотов.
Рис. 167. Картина рассеяния пучка атомов кристаллом напоминает дифракционную, но объясняется классически.
Теперь рассмотрим частицу, падающую на поверхность кристалла. Атом отскакивает не от отдельных атомов кристалла, а от взаимодействия с их общим электрическим полем. Поле атомной плоскости имеет волнистые эквипотенциальные поверхности, горбы которых расположены напротив атомов, а впадины — между ними. При этом, чем дальше от границы кристалла, тем более плоскими и гладкими становятся плоскости равного потенциала. От этих эквипотенциальных поверхностей и отскакивают, отражаются атомы или молекулы газа. Чем выше энергия частиц газа, тем от более глубокой поверхности они отразятся, словно от жёсткой, то есть, — под углом равным углу падения. Если сечение поверхности изобразить синусоидой с предельной крутизной α, то видно, что атомы будут отражаться под любыми углами, заключёнными в пределах от φ–2α до φ+2α. Причём интенсивней всего идёт отражение именно под этими крайними углами: каждый пучок создаёт по два максимума (Рис. 168). У медленных частиц они отстоят мало, поскольку частицы отражаются внешними эквипотенциальными слоями, почти плоскими, — с малым α. Эти медленные молекулы с V=d/(t+nT), которых в газе больше всего, и создают высокий главный пик возле угла φ — максимумы слиты в один (Рис. 167). Зато быстрые молекулы c V=d/t доходят до более глубоких слоёв с большей волнистостью и крутизной α. Именно они создают возле главного два побочных максимума, ошибочно принятых за дифракционные.