Сергей Семиков - Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Рис. 168. Рассеяние атомов поверхностью кристалла под избранными углами — результат отражения атомов эквипотенциальными поверхностями.

Чем выше скорости быстрейших молекул, пропущенных селектором, тем глубже лежат отражающие их эквипотенциальные поверхности, имеющие большую крутизну α. И тем дальше отстоят побочные максимумы от главного. Впрочем, с углублением угол α может и снижаться. Вот почему результаты таких опытов неоднозначны, и не приводится их количественный анализ. Ведь, если эффект — классический и не связан с дифракцией, то опыт и не может дать согласия с формулами квантовой механики, доказав ложность волн де Бройля.

Бесполезность волновых свойств частиц и "дифракции" для объяснения эффекта следует и из того, что эффект удалось наблюдать лишь у лёгких атомов гелия и молекул водорода. Если же применялись более тяжёлые инертные газы и пары металлов, то "дифракционная" картина не возникала. Как показали опыты 1971 г., вместо трёх максимумов получался либо один пик, либо два симметричных горба ( "Техника — Молодёжи" № 4, 2001). Видимо, это связано с низкой скоростью тяжёлых атомов, отчего через селектор проходили лишь самые быстрые из них, а все прочие рассеивались. Как показано выше, именно такие атомы, летящие со скоростью V = d/t , и образуют два симметрично рассеянных горба. Если же угол φ близок к углу предельной крутизны α, то из этих двух горбов остаётся только один горб-лепесток, соответствующий отражению пучка атомов под углом φ+2α. А второй горб, отвечающий углу отражения φ–2α, не может возникнуть или имеет ничтожную интенсивность, подобно пику, отвечающему зеркальному отражению под углом φ. Тем самым, доказано, что отражение атомных и молекулярных пучков носит не дифракционный характер, "предсказанный" квантовой механикой, а вполне классический.

Последний убедительный, по мнению физиков, довод в пользу волновых свойств частиц — это дифракция нейтронов. Поток нейтронов, равно как поток электронов, при падении на кристалл рождает дифракционные картины. Однако, причина их вряд ли в дифракции нейтронов. Скорее дело в том, что нейтроны, как известно, тоже генерируют при попадании в вещество электромагнитные волны рентгеновского и гамма-диапазона. Нейтроны, сталкиваясь с ядром, переводят его в возбуждённое состояние, подобно электронам, возбуждающим атом (именно по такому принципу накачки нейтронами работает, к примеру, γ-лазер). Вспомним, что нуклоны (протон и нейтрон) играют ту же роль в генерации ядерных спектров, что и электрон с позитроном — в генерации атомных спектров (§ 3.7). Ядро, поглотившее нейтрон, возбуждается и начинает излучать электромагнитные волны, частота f которых связана с энергией E падающего нейтрона. Возможно, в ядре он распадается до протона и электрона, которые, получив всю энергию нейтрона, начинают вращаться в магнитном поле ядра с частотой f = E/h , излучая на длине волны, близкой к дебройлевской λ= h/ ( E/c )≈ h/p , где p — импульс падающего нейтрона (§ 4.3). И, наоборот, излучение частоты f способно резонансно выбить из ядра нейтрон энергии E=hf , скажем, — в результате удара по ядру фотоэлектрона энергии E или вылета крутящегося с частотой f протона, захватившего при вылете из ядра электрон [135, с. 64]. Такой резонансный вылет протонов и нейтронов, под действием гамма-излучения соответствующей частоты, давно известен [19] и называется "ядерным фотоэффектом" (фотоядерными реакциями). То есть, аналогия проявления "волновых" свойств электронов и нейтронов при взаимодействии с атомами — это ещё один пример родства свойств атома и ядра, а также единого механизма генерации атомных и ядерных спектров (§ 3.1, § 3.7).

Таким образом, снова имеем классическую картину: падающие нейтроны возбуждают излучение соответствующей длины волны, которое и дифрагирует на кристалле. Затем, в тех точках дифракционной картины, где излучение наиболее интенсивное, из ядер вылетают нейтроны (в ходе ядерного фотоэффекта § 4.6), которые регистрируются приборами. Рентгено-, электроно- и нейтронография потому и стали самыми популярными методами анализа структуры вещества, что в каждом из них создаётся рентгеновское излучение, удобное для изучения кристаллов. Разнятся лишь способы генерации и регистрации этого излучения. Таким образом, ни к чему считать частицы ещё и волнами. Все их так называемые "волновые" свойства — это иллюзия. Принцип Оккама снова оправдал себя!

Явления и законы природы жёстко детерминированы и вполне познаваемы. Поэтому, учёный, желающий добиться настоящего успеха в науке, должен быть, прежде всего, оптимистом, обладать безграничной уверенностью в возможности понять и объяснить явления природы на рациональной основе, с позиций наглядных классических, а не мистических представлений. Если по-настоящему захотеть и постараться, то удастся найти простое естественное объяснение любым загадкам природы. Именно в таком оптимизме, смелости воображения, как верно заметил Зоммерфельд, и состояла одна из причин успеха Ритца в понимании явлений природы. Не зря, именно Ритц, в согласии с законами диалектики, непротиворечиво соединив волновые и корпускулярные представления о свете, впервые дал наглядное адекватное классическое описание потока волн материи — образуемых реонами кинематических волн, аналогичных классическим электронным "волнам" в клистронах (§ 1.11).

Чтобы окончательно доказать адекватность и достаточность классического описания движения частиц, рассмотрим напоследок туннельный эффект. Туннельный эффект — это последнее важное "проявление волновых свойств" электронов и других частиц, которое тоже легко истолковать классически. Электроны образуют в металле электронный газ, который, как всякий газ, не имеет резких границ и, потому, частично выходит за пределы металла. Именно так электроны и "туннелируют" сквозь границу без помощи волновых свойств.