|
развитии идеи, выдвинутой Эйнштейном также в 1905 г., - идеи квантов света, или
фотонов. Первоначально речь шла также о торжестве "классического идеала". Но
развитие идей, высказанных Эйнштейном в теории фотонов, в конце концов стало
угрожать "классическому идеалу" в целом. Когда же принципы теории
относительности и принципы квантовой теории света объединились, картина
взаимного перемещения тождественных себе тел потеряла свой титул исходного,
наиболее глубокого представления о мире.
В 1900 г. Макс Планк разрешил некоторые, очень тяжелые, противоречия теории
излучения, предположив, что энергия электромагнитных волн, т.е. света,
излучается и поглощается дискретными, далее неделимыми количествами, квантами.
Эйнштейн в 1905 г. выдвинул теорию, согласно которой свет не только излучается
и
поглощается, но и состоит из дискретных, далее неделимых порций, квантов света.
Они представляют собой частицы, которые движутся в пустоте со скоростью 300 000
километров в секунду. Впоследствии (в двадцатые годы) эти частицы получили
название фотонов.
Существование фотонов - квантов света - само по себе не следует из
существования
неделимых порций излучения и поглощения. Эйнштейн разъяснил соотношение
гипотезы
фотонов и теории Планка следующим сравнением:
"Если пиво всегда продают в бутылках, содержащих пинту, отсюда вовсе не следует,
что пиво состоит из неделимых частей, равных пинте". Филипп Франк развил эту
аналогию [1]. Чтобы проверить, состоит ли пиво в бочонке из неделимых далее
частей, разольем его из бочонка в некоторое число сосудов, например в десять
сосудов. Разливать мы будем пиво совершенно произвольным образом, предоставляя
случаю определить, сколько попадет в каждый сосуд. Измерим, сколько пива ока-
107
залось в каждом сосуде, и потом выльем его обратно в бочонок. Повторим такую
операцию некоторое большое число раз. Если пиво не состоит из неделимых частей,
среднее количество пива в каждом сосуде будет одно и то же для всех этих
сосудов. Если же пиво состоит из неделимых частей, между сосудами появятся
различия в среднем количестве пива. Представим себе в качестве крайнего случая,
что бочонок содержит только одну неделимую порцию пива. Тогда вся эта порция
будет вылита каждый раз только в один сосуд и различие между содержимым сосудов
будет наибольшим: в одном сосуде окажется все пиво из бочонка, остальные сосуды
останутся пустыми. Если бочонок состоит из двух, трех и так далее неделимых
порций, отклонения от среднего значения станут все меньше. Таким образом, по
величине отклонений от среднего значения, т.е. по величине флюктуаций, можно
судить о величине неделимых порций пива.
1 См.: Frank, 72.
Перейдем теперь к изучению электромагнитных волн. Пусть они заполняют
ограниченный стенками "бочонок" - некоторый объем пространства, состоящий из
отдельных клеток. Можно ли разделить энергию этих волн на сколь угодно большое
число частей или мы натолкнемся на неделимые далее "порции"? И если излученное
электромагнитное поле дискретно, то какова величина его наименьших "порций"?
На эти вопросы можно ответить, измеряя отклонения количества энергии в клетках
от среднего значения - вариации этого количества при переходе от одной клетки к
другой. Если минимальные "порции" велики, то и вариации велики; если "порции"
малы, то и вариации малы.
Измерения дают следующий результат. В фиолетовом свете (более высокие частоты
электромагнитных колебаний), заполняющем некоторый объем, мы встречаемся со
сравнительно большими вариациями количеств энергии в различных клетках. В
красном свете (менее высокие частоты колебаний) флюктуации количества энергии,
т.е. вариации при переходе из одной клетки в другую, меньше. Отсюда следует,
что
фиолетовый свет (колебания с большей частотой) состоит из более крупных
неделимых порций энергии, чем красный свет (колебания с меньшей частотой).
|
|