АннотацияПоказано, что для объяснения экспериментальных результатов по дифракции микрочастиц не требуется использовать концепцию волн де Бройля.Эти результаты описываются на основе соотношения неопределенностей Гейзенберга.В качестве примеров рассматриваются известные результаты экспериментов Дэвиссона и Джермера по дифракции электронов и Резерфорда по рассеянию -частиц.Ключевые слова: Соотношение неопределенностей Гейзенберга, эксперименты Дэвиссона и Джермера, дифракция электронов, рассеяние альфа-частиц. ВведениеСогласно одному из постулатов Бора для стационарных состояний электрона в атоме водорода имеет место соотношение где p = mv -импульс электрона (m -его масса, v -скорость), r -радиус орбиты, ħ = h/2, h -постоянная Планка.Здесь n -квантовое число, а само соотношение является следствием воздействия на электрон электрического поля ядра атома.Аналогичное соотношение, в котором квантовое число n определяет движение частицы при дифракции на кристаллических структурах, можно получить на основании соотношения неопределенностей Гейзенберга
Квантовая частица рассматривается как сплошная среда, обладающая рядом специфических свойств. Эти свойства сформулированы так, чтобы основные постулаты традиционной квантовой механики были прямым следствием механического движения такой сплошной среды. Представлено детерминистическое описание процесса взаимодействия квантовой частицы с измерительным прибором при измерении координаты. Показана природа возникновения случайности в процессе измерения и выведено правило Борна для пространственной плотности вероятности. Волновая функция интерпретируется как специфическая объемная сила, с которой сплошная среда квантового объекта воздействует на измеритель, а квантовое волновое уравнение выводится из уравнения непрерывности для этой среды. Предложенный подход к представлению микроявлений позволяет исключить ограничения, связанные с принципом неопределeнности, и описывать динамику процессов недоступных для рассмотрения методами квантовой механики.
1983 г. Август Том 140, вып. 4 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСЕЙX НАУВ МЕТОДИЧЕСКИЕ ЗАМЕТКИ .535О ПРИРОДЕ СПОНТАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В. Л. Гинзбург1. Спонтанное излучение, наряду с поглощением и индуцированным (вынужденным) излучением, принадлежит к числу основных, наиболее элементарных процессов, и с ним приходится иметь дело, особенно в оптике, буквально на каждом шагу.Как найти вероятность или интенсивность •спонтанного излучения, скажем, в случае атома при переходе электрона из какого-либо верхнего состояния в более низкое, хорошо известно: для этого нужно лишь вычислить некоторый матричный элемент, зависящий от волновых функций верхнего и нижнего состояний.Какова, однако, природа спонтанного излучения?Чем оно вызвано, является ли оно квантовым или классическим эффектом?Если читатель знает правильный ответ, который в достаточной мере тривиален, то пусть все же не спешит обвинить автора настоящей заметки в том, что он ломится в широко открытую дверь.Для того чтобы убедиться в существовании ^весьма распространенных недоразумений в вопросе о природе спонтанного излучения, достаточно, вероятно, будет «спросить соседа».Прежде чем решиться написать эту заметку, я и сам произвел такой «опрос», причем -с тем же результатом, о котором недавно сообщалось в литературе 1 .Именно, значительная часть опрошенных считает, что спонтанное излучение представляет собой результат существования нулевых колебаний электромагнитного поля, т. е. является квантовым эффектом.Между тем подобное мнение представляется неверным, поскольку спонтанное излучение света заведомо имеет место в классической теории и, вообще говоря, не может считаться квантовым явлением в большей мере, чем поглощение или индуцированное испускание.Недоразумения, с которыми приходится сталкиваться в вопросе о природе спонтанного излучения, порождены ходом исторического развития квантовой теории в целом и квантовой теории излучения в частности.Несколько конкретнее можно также отметить роль того факта, что в классической и квантовой теории излучения часто применяются разные методы, иначе ставится задача.Поэтому классический характер того или иного результата, получаемого квантовым путем (скажем, методом теории возмущений), может оказаться завуалированным.Вот почему нижеследующие замечания, быть может, представят известный интерес в историческом и методическом отношениях.2. Квантовые представления, особенно понятие о фотонах, пробивали •себе путь с исключительным трудом а > 3 .Достаточно напомнить, что введенная Эйнштейном в 1905 г.4 гипотеза о квантах света, развитая им 5
РАССЕЯНИЕ И ИЗЛУЧЕНИЕ КВАНТОВОЙ СИСТЕМОЙ В СИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЕ *) Я. Б. Зельдович СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 139 2. Эволюция системы 141 3. Излучение собственных состояний 3ϋ (г) 143 4. Двухуровневая система 145 5. Спонтанные переходы 147 6. Квазиэнергия и линейный штарк-эффект 147 7. Численные оценки 149 8. Заключительные замечания 149 'Список обозначений 150 Цитированная литература 151 1. ВВЕДЕНИЕВзаимодействие сильной монохроматической электромагнитной волны с квантовомеханической системой (атомом, молекулой) представляет особый интерес в связи с развитием мазеров и лазеров.Когерентное рассеяние монохроматической волны, зависимость сечения рассеяния и показателя преломления от амплитуды, когерентная тенерация гармоник, некогерентное излучение на собственных частотах атома, изменение этих частот под.влиянием волны -вот краткий неполный перечень возникающих вопросов.Эти эффекты рассмотрены в целом ряде работ, из которых назовем наиболее интересные 1 , в которых приведены также ссылки на предыдущие работы.При этом использовались различные методы: теория возмущений (с зависящим от времени потенциалом), матрица плотности (с учетом диссипации) и другие.В последнее время подробный и строгий обзор нестационарной теории возмущений дан Лангхоффом и др.2 .Вопросы излучения возмущенных состояний в обзоре 2 не рассматриваются.Однако наиболее последовательным, систематическим и в то же время простым методом является использование квазиэнергии и квазиэнергетических состояний (ниже кратко -КЭС).Поэтому в качестве методического усовершенствования, не претендуя на новые результаты, изложим метод квазиэнергии.В этом методе влияние классической электромагнитной волны на атом учитывается точно (по крайней мере в принципе), а спонтанное излучение -как малое диссипативное возмущение.Такой метод в точности эквивалентен стандартной теории свободного атома,
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ С АТОМНЫМИ И МОЛЕКУЛЯРНЫМИ ПУЧКАМИA t o m i c a n d M o l e c u l a r B e a m M e t h o d s .V. 1/Ed.G. Scol es.-Oxford:University Press, 1988.-721p.Двухтомная книга «Методы исследований с атомными и молекуляр ными пучками», издаваемая под общей редакцией проф.Дж.Скоулса, представляет собой энциклопедического типа обзор последних достиже ний в этой области (выход второго тома намечен на вторую половину 1990 г.).По занимаемому положению среди физических исследований исследования с молекулярными пучками следует рассматривать как синтетическую область экспериментальной физики, охватывающую ин тересы атомной и молекулярной физики, газовой и химической кинети ки, физики поверхности, спектроскопии (в том числе лазерной) и др.Реальнo они составляют экспериментальную основу тех направлений, объектами которых являются либо индивидуальные свойства атомных частиц, либо макроскопические свойства газов и конденсированной сре ды, обусловленные взаимодействием атомных частиц.Начало развитию систематических исследований на основе метода молекулярных пучков в двадцатые годы дали такие яркие люди как Фриш, Штерн, Герлах, Эстерман и др.в Германии и Н. Н. Семенов, Ю. Б. Харитон в нашей стране.В последовавшие десятилетия и особен но после 50 х годов достигнут поистине гигантский прогресс в реализа ции возможностей этого метода.В значительной мере это обусловлено достижениями методического и инструментального характера.В аппа ратном обеспечении этих исследований в последние десятилетия акку мулируются лучшие достижения техники физического экспериментавакуумной техники, сверхчувствительного детектирования, электроники (в том числе цифровой), лазерной техники и др.Убедительным под тверждением ведущего места этих исследований является и присуж дение Нобелевской премии по физике Н. Рэмси и др.Материал, включенный в книгу «Методы исследований с атомными и молекулярными пучками», делится на две части -методика исследо ваний и ее приложения к задачам изучения столкновительных взаимо действий в газовой фазе (том I), а также к задачам взаимодействия с поверхностью и спектроскопическим исследованиям, обсуждаемым во втором томе.Рассмотрению методических проблем посвящено 17 глав первого тома, написанных ведущими исследователями и отражающих уровень достижений вплоть до 1987 г. Обсуждаемые здесь аспекты охватывают детальный анализ методов получения непрерывных и импульсных пуч ков атомов, молекул и кластеров, принципы и практические реализации детектирующих систем, включая спектроскопические и лазерные, спо собы и практические достижения в технике приготовления состояний (поступательные, внутренние энергии, спин) сталкивающихся частиц.Весьма ценным дополнением этой методической части является обсуж дение приложений техники молекулярных пучков в задачах эпитаксии и создания проточных мишеней для исследований в физике высоких энергий.Особую ценность для читателя этого раздела книги представляют включенные в текст свыше 200 рисунков и схем конкретных устройств.В разделе, посвященном исследованиям молекулярного рассеяния, под робно обсуждаются многочисленные аппаратные реализации экспери ментов по измерению полных и дифференциальных сечений упругого рассеяния и теоретические основы обработки и интерпретации измере
основанные понятия квантовой механики, такие как «волны материи» де Бройля, «принцип неопределенности» Гейзенберга, отсутствие размеров и траектории движения у элементарных частиц, универсальность постоянной Планка, а также уравнение Шредингера, до сих пор недостаточно логически обоснованы. Интерес к истокам квантовой механики обусловлен еще тем, что передовые рубежи науки в области изучения структурной организации материи – струнные теории, базирующиеся на квантовой механике, – находятся в практически непреодолимых, по мнению автора статьи, затруднениях. Это заставляет вернуться к переосмыслению основ квантовой физики. В данной работе предложена модель хаотически блуждающей материальной частицы (обладающей размером и траекторией движения), на основании которой удалось выразить постоянную Планка ħ через основные характеристики стационарного случайного процесса; обосновать переход от координатного представления состояния частицы к ее импульсному представлению без привлечения идеи о существовании «волн материи» де Бройля и «принципа неопределенности» Гейзенберга; вывести уравнение Шредингера на основании принципа экстремума усредненного действия хаотически блуждающей частицы. При этом выявлены условия и границы применения обобщённого уравнения Шредингера к описанию явлений как микромира, так и макромира. Промежуточный результат «определение плотности распределения вероятности производной n-го порядка для n раз дифференцируемого, случайного, стационарного процесса» может быть применим во многих областях теории вероятности и статистической физики.