Читатель может спросить: а что же, если бы не случайность, не опыт Дэвиссона и Джермера, то волновые свойства электрона не были бы открыты? Нет. Это не так. Когда в физике назревает революционная ситуация, г. е. накапливается достаточное число экспериментальных фактов, находящихся в видимом логическом противоречии друг с другом или с принятыми теоретическими положениями, начинается разностороннее теоретическое и экспериментальное исследование утверждений, вступивших в противоречие, и всегда изучаемый предмет поворачивается перед исследователями новыми гранями, позволяющими разрешить возникшие вопросы. От исследователя только требуется обратить внимание на случайно открывшуюся новую сторону изучаемого явления и придать ей должное значение. Эта черта как раз и выделяет выдающихся ученых.
Итак, важное следствие гипотезы де Бройля, касающееся электрона, доказано. Но доказана ли этим сама гипотеза? Нет. Если читатель помнит, то, согласно гипотезе, все микрочастицы должны обладать волновыми свойствами. Но есть ли это свойство у частиц, отличных от электрона?
Получить ответ на этот вопрос решил Отто Штерн и его сотрудники. В 1930 г. в опыте по рассеянию пучков молекул гелия, водорода на кристаллах фторида лития они наблюдали дифракционную картину и доказали, что не только электроны, но и молекулы обладают волновыми свойствами. С тех пор гипотеза де Бройля подтвердилась и для протона, нейтрона, мезонов — для всех микрочастиц любых доступных сейчас энергий. Так, при рассеянии частиц высоких энергий на протоне оказалось, что точно в направлении вперед, т. е. за протоном-мишенью, имеется максимум в интенсивности рассеяния частиц. Это явление дифракции частиц на протоне. Гипотезу де Бройля о волновых свойствах всех известных микрочастиц можно считать доказанной.
Несмотря на оппозицию многих ведущих физиков, идея де Бройля была энергично подхвачена начинающим физиком-теоретиком Эрвином Шредингером. Идею де Бройля он обобщает следующим образом: движение материальной точки в пространстве должно быть изображено некоторым волновым движением, составленным из волн с частотой n = E/h и волновым числом k = 1/l = p/h. Математически всякое волновое движение, распространение волн изображается некоторой функцией Y(x, у, z, t) от координат х, у, z и времени t. Например, амплитуда распространяющейся волны может иметь вид sin а(х — vt), где v — скорость волны; а — произвольная постоянная. Так как для волны имеет место соотношение
v = l /Т = n /k
(Т — период колебания), то волна может описываться и функцией sin [(Et — px)/h]. Всегда можно найти дифференциальное уравнение в частных производных, которому удовлетворяет эта функция ф. Шредингер составил такое уравнение для волны де Бройля частицы и затем постулировал, что оно имеет место для всех физических микросистем. Это уравнение получило имя своего создателя и стало с тех пор основным уравнением квантовой механики для расчета состояний физических систем. Оно имеет вид линейного однородного дифференциального уравнения в частных производных по переменным х, у, z и t с комплексными коэффициентами. В уравнении Шредингера параметрами оказываются энергия Е и импульс р, входящие в определение волны де Бройля. Уравнение имеет решение только при определенных значениях этих параметров, которым и отвечают допустимые дискретные энергетические состояния физической микросистемы. Решение Y(x, у, z, t) уравнения Шредингера называется волновой функцией. Поскольку уравнение имеет комплексные коэффициенты, то и его решение комплексное. Поэтому волновая функция не является амплитудой реальной волны, распространяющейся в физической среде. Каков же тогда физический смысл этого решения?
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.