Этот выдающийся результат вселил в де Бройля глубокую уверенность в то, что он на правильном пути. Будущее показало справедливость гипотезы де Бройля. Но, увы, идея де Бройля, бывшего в те годы всего лишь аспирантом, не встретила поддержки ведущих физиков и могла быть заброшена на многие годы, если бы не счастливая случайность. Читатель может спросить: как же так? Гипотеза де Бройля позволяет теоретически вывести важнейшую формулу для энергии электрона в атоме, подтверждаемую экспериментом. И она не была встречена с энтузиазмом?!
Против гипотезы де Бройля «сработал» обычный в науке консерватизм — ученые меняют свою точку зрения на научные положения только под влиянием особо важных фактов. Именно благодаря такому консерватизму удается построить прочное здание науки. Революционная гипотеза де Бройля требовала от физиков изменения всего мировоззрения: волна — частица?! Однако одних теоретических аргументов, объясняющих известные экспериментальные факты и еще не предсказавших новые, недостаточно для изменения точки зрения физиков. Для этого есть объективные причины, связанные с незавершенностью системы положений всякой развивающейся научной дисциплины. В ней всегда имеются некоторые «степени свободы» (или математически — свободные параметры), устранение которых как раз и является задачей науки. При объяснении явлений иногда приходится восполнять незнание таких параметров каким-либо частным допущением. Поэтому до опыта логически непротиворечивыми кажутся иногда и несовместимые предположения. У физиков бытует даже анекдотическая история о том, что однажды теоретику предложили объяснить новый экспериментальный результат, и он успешно с этим справился. Однако через некоторое время выяснилось, что опыт был ошибочен и исправленный результат прямо противоположен первоначальному. Теоретик нашел, что новый результат еще более очевиден! В такой компрометирующей ситуации оказывался, наверное, не один теоретик, хотя и не каждый сознается в этом. А уж специальный тест такого рода не выдержит никто! История физики знает много примеров ошибочных предсказаний.
В связи с наличием «степеней свободы» теоретическая модель, давшая правильные количественные предсказания, обладает значительно большей вероятностью оказаться достоверной, чем та, которая объясняет известные факты. Об этом, к сожалению, часто забывают. У каждой модели находятся приверженцы, и в теоретическом споре истину оказывается невозможно установить. Обычно в сильнейшей теории можно предсказать неожиданный новый факт, не следующий из других моделей. Экспериментальная проверка предсказания и его подтверждение в решающем эксперименте позволяют завершить теоретический спор (правда, у Планка на этот счет была более пессимистическая точка зрения).
Хотя в случае гипотезы де Бройля нам не известно, чтобы существовала альтернативная теория, количественно получающая закономерности спектров излучения атомов, тем не менее у нее практически не было сторонников до решающего эксперимента.
Такой эксперимент не был поставлен специально, а оказался выполненным по счастливой случайности. В 1927 г. была опубликована статья Клинтона Джозефа. Дэвиссона и Лестера Альберта Джермера, работавших в лабораториях фирмы «Белл-телефон» в Нью-Йорке. В статье авторы писали о том, что они занимались изучением углового распределения электронов, рассеянных мишенью из обычного поликристаллического никеля. В результате случившейся аварии (взрыва сосуда с жидким воздухом) мишень окислилась. Чтобы ее восстановить, пришлось поликристаллический никель продолжительное время прогревать при высокой температуре, в результате чего произошла рекристаллизация: мишень стала представлять собой совокупность (около десяти) больших кристаллов вместо множества мелких кристаллов. Картина углового распределения электронов, рассеянных на этих кристаллах, оказалась принципиально отличной от наблюдавшейся ранее на поликристалле. Поразительное ее свойство заключалось в том, что она совпала с картиной дифракции и интерференции на кристалле рентгеновского излучения с длиной волны l = h/mv, сопоставляемой электронам де Бройлем! В опыте менялась скорость электронов путем ускорения их разностью потенциалов. Картина интерференции возникала только тогда, когда длина волны де Бройля электрона l = h/mv укладывалась целое число раз в разности хода лучей, интерферирующих на кристаллической решетке: пl = 2d sinj, где d — постоянная решетки, j — угол падения электронов, п — целые числа. Но это и есть условие интерференции электромагнитных волн с длиной волны l на кристалле! Таким образом, электрон можно трактовать как волну, в соответствии с предсказанием (а не просто объяснением!) де Бройля. Лучший экспериментальный довод в пользу идеи де Бройля трудно было придумать.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.