В одном из недавних комментариев к статьям о природе света наконец-то был задан давно ожидаемый вопрос: а зачем вообще надо было городить весь этот огород с «воскрешением» корпускулярной теории света? Ведь волновая теория света достаточно уверенно описывает все основные оптические эксперименты, явно запинаясь лишь на немногих из них, например, на явлении фотоэффекта или эффекте Комптона. Приведенная в комментарии аргументация была настолько убедительной, что мне сразу же захотелось поставить жирную точку в этой истории со светом.
Однако к публикации практически была готова еще одна - последняя статья из данной серии, содержащая ряд пояснений и дополнений к материалу, изложенному ранее. Поскольку статья и без того была заключительной, постольку, несмотря на разумное предложение закрыть тему, я все же предлагаю ее вашему вниманию в качестве некой коды. Не пропадать же добру))) Кроме того, главная причина публикации данного текста – моя готовность дать здесь и сейчас ответ на вопрос: зачем я все-таки делаю то, что делаю.
… Думаю, не ошибусь, предположив, что в детстве, как в моем, так и в детстве многих из вас, существовала одна увлекательная настольная игра. Играющие по очереди с помощью специального устройства запускали металлические шарики на поле с лунками. Закатывание шарика в лунку приносило определенное количество очков, которых в итоге нужно было набрать больше соперника. Теперь я знаю, что эта игра называется пинбол, и оказывается, ее можно, немного видоизменив, привлечь к иллюстрации той довольно рискованной затеи с корпускулярной интерпретацией дифракции света, начало которой было положено предыдущей статьей («Оптический угорь» Гримальди-Ньютона).
Пинбол, приспособленный к нуждам демонстрационного эксперимента, известен как доска Гальтона. С ее помощью можно смоделировать, например, нормальное распределение (или распределение Гаусса) какого-либо множества случайных величин. Скатывающиеся один за другим сверху вниз, вдоль центральной вертикали шарики, случайным образом натыкаются на расположенные треугольником небольшие металлические штырьки. На выходе из этой области шарики попадают в ту или иную из ячеек, набор которых расположен ниже. В итоге ячейки оказываются неравномерно заполненными преодолевшими препятствие шариками. Максимальное количество шариков обнаруживается в центральной ячейке, минимальное – в крайних. Это и есть визуализация нормального распределения объектов по месту их прибытия.
Воспользуемся подобным устройством для рассмотрения дифракции потока частиц света на крае непрозрачного препятствия, и сравним полученное изображение с интерференционной картиной, построенной с использованием волновой модели света.
В отсутствие на пути фотонов препятствия, регистрирующий экран освещен равномерно в соответствии с интенсивностью светового потока I = I0.
Появление препятствия вызывает перераспределение световых корпускул, такое, что на экране формируются области с избытком и недостатком фотонов. Первые из таких областей освещены сильнее, чем это было, пока препятствие еще отсутствовало. Соответственно другие становятся темнее как раз из-за потери определенной части «своих» фотонов, переброшенных в результате их отклонения в образующиеся таким образом места скопления частиц.
Поскольку освещенность регистрирующего экрана пропорциональна количеству частиц света, попавших в ту или иную его область, постольку она оказывается то больше, то меньше значения соответствующего первоначальной интенсивности света I= I0. То есть корпускулярная теория света приводит к той же картине чередования светлых и темных полос на экране, что и волновая теория. С той лишь разницей, что расчет интерференционной картины в рамках волновой концепции предполагает наличие определенных знаний и некоторых умственных усилий. Требуется выполнить разбиение волнового фронта на зоны Шустера и построить спираль Корню, что представляет собой не совсем тривиальную задачу. Все это не только впечатляюще звучит, но и немного пугает новичка в оптике, хотя отлично работает и довольно красиво смотрится. Вот, например, одна из шести страниц соответствующего параграфа стандартного учебника по оптике, в котором анализируется наблюдаемая дифракционная картина.
Найти же результат перераспределения количества фотонов на экране после отклонения их препятствием сможет даже предельно далекий от любой математики человек. То есть корпускулярная концепция природы света, по крайней мере, в данном конкретном случае, несравнимо проще волновой, что никоим образом не мешает первой из этих концепций приходить к тем же выводам и результатам, что и вторая.
Теперь о главном. Итак, поставлен логичный вопрос: зачем извлекать из небытия корпускулярную теорию света? На мой взгляд, здесь все очевидно. Дело в том, что волновая теория света хороша и практически безупречна лишь в одном разделе физики – в оптике. Однако ее, не задумываясь о возможных негативных последствиях, наскоро приспособили к совершенно другому разделу – квантовой механике, обеспечив последней массу скрытых и явных проблем, которые, в конце концов, буквально насквозь мифологизировали ее.
В своем современном состоянии квантовая механика, ничуть не сомневаясь
в своей непогрешимости, слишком часто оперирует самыми нелепыми выдумками, не имеющими никакого отношения к науке.
Тем не менее, есть все основания утверждать, что выше упомянутые проблемы физики будут устранены, если прекратится преимущественное и безоговорочное использование волновой парадигмы в ущерб корпускулярной концепции.
В завершение, напомню, что начало всему этому невообразимому физическому перформансу положила волновая интерпретация результатов опыта Юнга
с двумя щелями, в котором на экран с прорезями вместо светового потока падал поток электронов. В итоге, вследствие использования классических волновых представлений, совершенно недопустимых в области анализа квантовых явлений и процессов, на свет появился пресловутый корпускулярно-волновой дуализм, а электрон и другие вещественные объекты физики стали по мере необходимости произвольно объявлять то волной, то частицей. Так электрон проходит сразу через обе щели в экране, прикинувшись волной,
а регистрируется на втором экране в виде точки, мгновенно вернув себе облик частицы. Прямо оборотень какой-то, а не сохраняющий собственную идентичность объект наблюдения!
Думаю, многие согласятся с тем, что изложенную выше точку зрения имеет смысл развить и обсудить в отдельной серии статей, так что объявленная в первом абзаце данного текста столь желанная «жирная точка в истории со светом» на поверку оказалась требующим продолжения многоточием. Одним словом, поживем, увидим, но в любом случае: «Карфаген должен быть разрушен».