> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Этим путём были подтверждены теоретически основные количественные характеристики туннельного эффекта

Этим путём были подтверждены теоретически основные количественные характеристики туннельного эффекта

Этим путём были подтверждены теоретически основные количественные характеристики туннельного эффекта, полученные экспериментально. Например, так был объяснен эмпирически установленный закон радиоактивности Гейгера — Неттола.

Современная теория электропроводности в значительной мере основана на квантовой теории туннельного эффекта. Квантовое обоснование теории электропроводности развито было в 1 928—1930 гг. в целом ряде работ.. Большое значение имеет туннельный эффект в явлениях химической кинетики и катализа, а также в вопросах строения молекул.

2. Дуализм волн и частиц. Другим примером отличий квантового ансамбля от классического может служить ягление диф-фракции потока независимых частиц, идущих последовательно друг эа другом черев диффракционный прибор (смотрите XXXVII, 558/62). Рассмотрим простейший случай, несколько схематизируя соотношения для того, чтобы с большей ясностью выступили отличия квантовых ансамблей от классических. Пусть диффракционный прибор состоит из двух щелей, на которые падают частицы, имеющие почти одно и то же начальное значение вектора импульса.. Сравним поведение потока классических частиц (дробинки) и частиц квантовых. Рассмотрим сначала классический случай. Пусть опыт осуществляется в двух следующих вариантах.

A. Оба отверстия открыты, и 8а диффрак-ционным прибором поставлен экран, на котором отмечаются попадания частиц (фиксируется точка, в которую она попала).

B. Около прибора имеется наблюдатель, остающийся нам неизвестным, который следит за частицами, подходящими к прн-бору, и, видя частицу, подходящую к одной из щелей, закрывает другую, т. е. ту, черев которую частица не проходит.

В классическом случае, очевидно, этот процесс закрывания щели, через которую не проходит частица, ничем не может повлиять на частицу, проходящую черев другую щель, и результат обоих опытов А и В будет одинаковым: распределение точек попаданий частиц на экране будет одинаковым, и наблюдатель, закрывавший щель, нам останется неизвестным.

Совсем другое получается для квантового ансамбля, т. е. для серии независимых прохождений через диффракционный прибор квантовых частиц. Пусть в этом случае также осуществляются два варианта опыта:

A. Оба отверстия открыты, и за диффрак-ционным прибором поставлен экран, на котором отмечаются попадания частиц (фиксируется точка, в которую она попала).

B. Производится серия опытов—прохождений отдельных частиц через диффракционный прибор с закрыванием то одной, то другой щели. Результаты этих опытов, т. е. точки попаданий частицы на экран, перечерчиваются на одну сводную таблицу (изображение экрана).

Вариант (В) является тогда аналогом варианта (В) в вышеприведённом классическом случае. Опыт: показывает, что в отличие от классического случая между обоими вариантами в квантовом случае имеется резкое отличие: в случае (А) имеет место так называемое когерентное диффракцион-ное распределение от двух щелей, в случае (В) получается два независимых, не-когереытных друг с другом, диффракцион-ных распределения. Попадания частиц на экран будут распределены вполне определённым образом. В случае одной щели распределение, при очень большом числе частиц, прошедших через щели, будет иметь характер распределения интенсивности диффрагировавших волн; мы получим светлое пятно и диффракционные картины от краев щели. В случае двух щелей распределение будет таким, как если бы оно создавалось интерференцией волн, прошедших через обе щели; будут иметься максимумы и минимумы попаданий частиц, вполне соответствующие интерференционной картине. Когда же речь идет о попадании одной квантовой частицы, то она всегда дает «точечное» воздействие, т. е. попадает во вполне определённое место экрана.

Характер распределения частиц, выявляющий все черты интерференционной картины, привел к представлению о волнах, сопровождающих эти частицы и как бы направляющих их движения (теория «волны-пилота“ Де-Бройля и Э. Шредингера). Однако такая концепция находится в противоречии с упоминавшимися выше основными свойствами квантовых ансамблей (нерасчлененность) и, таким образом, физически неправильна. Е самом деле, если бы эта теория была верной, то тогда, принципиально было бы возможно рассматривать ансамбль прохождений частиц через щель как классический, а это означало бы невозможность интерференционных ярлений.

Необходимость изменения представления о механическом дрижении частицы иногда выражают термином «дуализм волн-частиц», однако надо заметить, что этот термин может быть осмыслен только после того, как дано представление об особенностях квантовых ансамблей. В противном случае он может повести к неверным представлениям о квантовых процессах как имеющих две стороны — волновую и корпускулярную, чего на самом деле нет. Действительно волновые свойства, т. е. интерференционная картина, реализуется только как свойство ансамбля квантовых отдельных процессов, например, процессов прохождения отдельного электрона через диффракцион-ный барьер, вылета а-частицы из ядрами так далее Корпускулярные же свойства являются, в сущности, выражением законов сохранения энергии и импульса для отдельного элементарного квантового процесса: отдельное попадание электрона в ту или иную точку экрана, отдельный акт столкновения (опыты Комптона — Симона, Боте и Гейгера и тому подобное.),

Для анализа связи волновых свойств и корпускулярных существенно усмотреть, что в первых выражается свойство квантового ансамбля, а именно его нерасчленённость на различные подансамбли, и что, таким образом, статистические закономерности имеют для волновых свойств основное значение,

Таким образом, для квантового ансамбля закрывание щели, через которую не проходит частица (если пользоваться классическим языком), существенно влияет на Результат опыта, так как этот процесс, который, казалось бы, не имеет никакого значения, уничтожает возможность создания определённой картины распределения попаданий частиц на экран. Это значит, что понятие о частице, движущейся по определенной траектории, т. е. классическая концепция механического движения, не соответствует действительности, т. е. квантовый индивидуальный процесс прохождения атомной частицы через диффракцион-ный прибор существенным образом отличен от этой концепции. Ситуация в этом случае, следовательно, аналогична рассмотренному ранее случаю прохождения частицы через силовой барьер и должна быть рассмотрена аналогичным образом. Квантовая теория этого процесса заключается в формулировке свойств ансамбля, образованного из серии независимых индивидуальных прохождений. Ансамбль характеризуется тем, что частицы начально имеют определенное значение вектора импульса р и, таким образом, флюктуация др может считаться равной нулю. Если бы имелась возможность классического описания процесса (как это имеет место в случае дробинок), то отбором частиц можно было бы выделить из данного ансамбля подансамбль, характеризуемый как прежним условием Др-ч, 0, так и условием ДгО. Отличие ансамбля от классического описания показывает, что эти условия несовместны и, таким образом, распределение частиц, получающееся в Результате на экране, является выражением квантового рассеяния и описывается квантовой флюктуацией дг. Характер распределения, законы его, т. е. полная характеристика рассматриваемого ансамбля, и в этом случае, так же как и в предыдущем примере прохождения частиц через силовой барьер, может быть установлена, если нам будут известны общие свойства квантового ансамбля, которые имеются у него вместо классических свойств, изучавшихся и установленных при допущении принципиальной возможности образовать подансамбль с нулевым рассеянием любых двух величин, описывающих ансамбль.

Литература: Планк М., «Принцип сохранения энергии», пер. с 4 нем. изд.,

М. — Л., 1938; Абрагам-Беккер, «Теория электричества», пер. с нем., 2 изд. [т. I],

Л. — М., 1939; Беккер Р., «Электронная теория», пер. с нем., Л. — М., 1936; Дирак П. А. М., «Основы квантовой механики», пер. с англ., 2 изд., М. — Л., 1937; Weyl H.t «Gruppentheorie und Quantenme-ehanik», 2 Aufl-, Lpz., 1931; Pauli W.f «Quantenmechanik», в кн.: «Handbuch dei Physik», Bd XXIV, 2 Aufl., B., 1933; Neumann/.yon,«Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik», B., 1932. Теория гравит тации и понятие энергии электромагнитного поля: Einstein A., Grommer J. Гста-тъи в] «Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften», Jahrg. 1927. Physikmathemat.-Klasse. B., 1927; Darmois G-, «Les equations de la grayitation einstei-nienne», P., 1927; Hilbert D>, «Gesammelte Abhandlungen», Bd_III, B., 1935.

h Никольский,

Энергия атомного ядра, см.

ядро атомное. ..