Сергей Суворов - О чем рассказывает свет

Французский физик Луи де-Бройль (родился в 1892 году) высказал предположение, что это положение справедливо не только для одной формы материи — электромагнитных излучений, но и для другой — вещества, и можно ожидать, что поток микрочастиц вещества будет обладать волновыми свойствами. В 1927 году американские физики Дэвисон и Джермер проверили это предположение. Они направили поток электронов на кристаллическую решетку и получили на экране типично волновую интерференционную картину. Так было установлено, что поток микрочастиц обладает не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Если в случае света представления развивались от волновых к корпускулярным, то в случае вещества наоборот — от корпускулярных к волновым.

Таким образом, в XX веке физика показала, что любое одностороннее представление о свойствах природы оказывается неправильным.

Необходимо указать, что открытие фотонных свойств света ни в коей мере не означает возврата к ньютонианским представлениям о свете как о потоке частиц (корпускул). Новые представления о свете значительно более сложны, они точнее отражают объективные свойства света. Фотоны — это не корпускулы Ньютона; их отличает от корпускул Ньютона уже то, что фотонные свойства являются лишь одной стороной света, другой неотрывной стороной которого являются его волновые свойства.

Выводы о том, что свет обладает и волновыми и корпускулярными свойствами, доказаны опытом.

И все-таки эти выводы плохо укладывались в сознании: ведь мы привыкли считать эти свойства взаимоисключающими, а выходит, что в одном и том же объекте они сосуществуют и не исключают друг друга. Это трудно понять. И эту гносеологическую трудность попытались использовать некоторые физики-идеалисты (Филипп Франк, Паскуаль Иордан и другие).

Все трудности, говорят они, происходят оттого, что думают, что свет есть нечто, существующее вне нас и независимо от нас. Разумные философы давно предупреждали, что вне нас ничего нет, что свет, электроны, протоны и т. п. существуют только в наших представлениях. Мы придумали их, чтобы было удобнее работать с математическими уравнениями. Многие физики не слушали разумных философов и говорили о свете, электронах и т. п. как об объектах. До поры до времени это заблуждение сходило им с рук, с явной нелепостью раньше они не встречались. А теперь встретились. Что же из этого получилось?

Рассматривая явление дифракции или интерференции, эти физики говорят: из этого опыта следует, что свет, существующий вне нас, обладает волновыми свойствами. А наблюдая фотоэффект, заключают: стало быть, свет, существующий вне нас, обладает не только свойствами волн, но и свойствами частиц. Вот и возникают трудности, потому что противоречивые, взаимоисключающие свойства приходится относить к одному итому же объекту — свету. А надо рассуждать так, учат идеалисты-физики: нет света как объекта, существующего независимо от нас. Мы имеем дело лишь с показаниями приборов; в одних приборах мы действительно наблюдаем волновые явления, а в других — корпускулярные. Но это не страшно: ведь налицо два различныхприбора (точнее: два различных класса приборов), два различных опыта. В одном же опыте взаимоисключающие свойства никогда вместе не встречаются. А то, что различные классы приборов дают показания, исходя из которых человек строит различные, взаимоисключающиепредставления — либо волновые, либо же корпускулярные, вполне допустимо. Не делайте вывода о необходимости относить эти наблюдения к одному объекту, и все будет благополучно.

Так рассуждают физики-идеалисты.

Итак, на вопрос о том, что такое свет, идеалисты отвечают: свет — это лишь наше представление, фантазия нашей мысли. Правда, эту фантазию мы строим не произвольно, а на основе показаний приборов (точнее, на основе наших чувственных восприятий показаний этих приборов), которые мы как-то комбинируем удобным для нас образом. Свет — не материя, а создание нашей мысли, не больше.

Академик Сергей Иванович Вавилов (1891—1951), выдающийся советский ученый, всю жизнь посвятивший исследованию свойств света, открывший немало его закономерностей, не согласился с утверждениями физиков-идеалистов, будто волновые и корпускулярные свойства света встречаются лишь в различных опытах (в показаниях разных приборов) и никогда не встречаются вместе в одном опыте. Напротив, утверждает С. И. Вавилов, природа не разъединяет, а соединяет эти свойства в одном опыте. В последнем прижизненном издании своей популярной книжки «Глаз и Солнце» он писал: «Весьма распространено мнение, что в опытах одного типа (например, в опыте с кольцами Ньютона) свет полностью ведет себя как волновое движение, а в опытах другого типа (например, выцветание окрашенной ткани) свет целиком проявляет себя как поток частиц. Это, однако, ошибочно. Если опыт Ньютона производить с чрезвычайно слабым светом, то при некоторых условиях есть возможность наблюдать систематические беспорядочные колебания яркости светлых колец, свидетельствующие о том, что энергия света и в этом типично волновом явлении сосредоточена в отдельных центрах — фотонах. С другой стороны, если освещать окрашенную ткань через узкие отверстия, то при выцветании обнаруживаются дифракционные явления».

Вавилов привел здесь, как видим, пример с уже известными нам кольцами Ньютона. Физика считала их типично волновыми явлениями; Вавилов же указывает, при каких условиях (чрезвычайно слабый свет) это типично волновое явление обнаруживает одновременно и свойства фотонов. В случае же сильного светового потока его корпускулярные (фотонные) свойства скрадываются, не отмечаются нами, хотя и существуют.

Таков же и второй пример Вавилова: сначала физики рассматривали процесс выцветания тканей как процесс, в котором проявляются только фотонные свойства света, а Вавилов показывает, при каких условиях можно наблюдать в том же процессе и волновые свойства («дифракционные явления»).

В этой книжке показывалось, как физики неоднократно обсуждали вопрос: что такое свет — волны или частицы? О чем шел спор? Спор шел о физическом строениисвета. Физики же идеалисты вопрос о физическом строении света подменили вопросом философским:существует ли свет как нечто объективное, независимо от познающего человека? Они пытались разрешить известные трудности познания сложной природы света (также и вещества) путем отказа от признания существования вне нас объективного, материального мира.