СУПЕРПОЗИЦІЯ ПОЛІВ І ЧАСТИНОК

Інтерференція світла. Після того як ми розглянули взаємодію між квантами електромагнітного поля і частинками речовини, постає питання про те, як же динамічні поля взаємодіють між собою?

Повсякденний досвід використання освітлювальних приладів показує, що в звичайних умовах пучки світла проходять один через одного без будь-якого розсіювання або взаємовпливу, що свідчить про можливість застосування для них принципу суперпозиції. У простіших ситуаціях, для хвиль на поверхні рідини, ми також спостерігаємо незалежне проходження один через одного хвиль з різною і однаковою довжиною хвилі.

У місцях зустрічі складаються коливальні рухи, викликані хвилями. Для поверхневих хвиль результатом суперпозиції можуть бути:

  • • довільний розподіл енергії по простору, змінюється з часом;
  • • періодично повторювані в часі биття;
  • • стаціонарна картина упорядкованого розподілу енергії хвиль у просторі.

Останній випадок представляє найбільший інтерес. Він реалізується тільки за певних умов, які називаються умовами когерентності (узгодженості) хвиль. Їх три:

  • 1) має виконуватися рівність довжин хвиль А,) = "кг,
  • 2) різниця фаз джерел не повинна змінюватися з часом,

Лер = const;

3) складаються хвилі повинні бути одного типу - або поздовжні, або поперечні, тоді буде складання коливань одного напрямку.

У всьому величезному діапазоні електромагнітних хвиль (від 1000 м до 10 " | 2 м) зір людини розрізняє тільки вузеньку смужку спектра, від 0,41 мкм до 0,76 мкм.

Проте, інтерференцію світла можна спостерігати безпосередньо. Досліди Юнга і Френеля описані в кожному підручнику фізики, тому ми торкнемося тут лише основних моментів.

  • 1. Поширення і суперпозиція електромагнітних хвиль в просторі не створює будь-якого механічного руху. В даному випадку змінюються фізичні стану точок простору - в одних напруженість електричного (і пов'язаного з ним магнітного) поля зростає до максимуму, в інших - зменшується до мінімуму.
  • 2. За допомогою світлофільтрів можна створити два джерела світла з однаковим кольором, тобто з однаковою довжиною хвилі. Чому такі джерела не будуть когерентними?

Справа в тому, що неможливо узгодити процеси збудження і подальшого випускання квантів світла у атомів, що належать різним тілам, різним освітлювальних приладів. Тому в дослідах Френеля, наприклад, за допомогою дзеркал або біпрізми поділяють на дві компоненти кожну порцію випромінювання одного і того ж атома, змушують компоненти-хвилі пройти різні шляхи для створення певної різниці ходу і з'єднують їх в загальній точці спостереження. Важливо тільки, щоб з'єднувалися дві частини однієї і тієї ж порції випромінювання атома, так як навіть два послідовно випромінюють фотони будуть когерентні між собою - у них не будуть збігатися площині коливань векторів Е. А це одна з умов когерентності.

Через це інтерференція світлових хвиль від природних джерел світла вимагає додаткового умови: різниця ходу не повинна перевищувати приблизно трьох метрів. Чому саме трьох? Вище ми помстилися, що від моменту порушення до моменту повернення в нормальний стан атому потрібно приблизно 10 -8 с. Будемо вважати цю величину часом випромінювання цуга хвиль. Тоді излученная хвиля займе в просторі область з лінійними розмірами порядку трьох метрів L = з t = 3 м (з = 3 10 s м). Наступні 3 м буде займати вже інша порція випромінювання. Тому при Д> 3 м в точці N зійдуться дві частини різних фотонів, які не будуть когерентні.

3. При спостереженні інтерференції світлових хвиль ми зустрічаємося з явищем, де Світло + Світло = Темрява (але областям мінімумів). Темрява відзначає відсутність будь-якої енергії. Куди «зникла» енергія? Нс порушується при інтерференції закон збереження енергії?

Відповімо. Звичайно не порушується! Просто при інтерференції відбувається перерозподіл енергії з місць мінімумів в місця максимумів. Тому можна сказати, що потоки когерентних фотонів все ж взаємодіють між собою в процесі суперпозиції так, що відбувається просторове перерозподіл енергії загального динамічного поля. Його енергія-маса концентрується в окремих місцях простору і ці стани можуть бути стаціонарними.

Суперпозиція структур мікрочастинок. У різних розділах нашого курсу ми відзначали дуалізм властивостей мікрочастинок. Вводячи динамічну масу, ми починаємо описувати зміни стану динамічного поля як рух об'єктів, як потік частинок. З іншого боку, використовуючи хвилю Дебройля, ми зіставляємо потоку мікрооб'єктів динамічне хвильове поле станів.

Свідомо чи несвідомо, але образи інтерференції і дифракції електромагнітних полів дали поштовх до виникнення концепції мікрочастинок як полів енергетичних станів в просторі.

З цієї точки зору кожна елементарна частинка являє собою невелику ділянку енергетичного поля, в межах якого потужність поля досягає величезних величин. Тут, в дуже малому обсязі простору, зосереджена величезна енергія. Такий згусток енергії-маси чітко виділяється на тлі решти поля, подібно максимуму інтерференції або дифракції.

Оскільки для динамічних полів «природна» суперпозиція, то і мікрочастинки можна описувати як суперпозицію декількох динамічних полів. Причому кожне динамічне поле має свою структурну частку. У підсумку, суперпозиція полів еквівалентна суперпозиції структурних частинок цих полів. Таким чином, сучасне природознавство розвиває загальну ідею (принцип) суперпозиції, від її застосування для складання сил в механіці до мережі структур- процесів.

Нові експерименти показують, що протон може перетворюватися в інші елементарні частинки по різних каналах реакцій. Більш повний опис, яке це враховує, дає кілька спрощена схема, наведена на рис. 62 (тут не показані нейтрино і антинейтрино, щоб не перевантажувати деталями малюнок).

Схема віртуальних структур (станів) протона

Мал. 62. Схема віртуальних структур (станів) протона

Точки розгалуження мережі позначають приватні реакції перетворення елементарних частинок. наприклад:

Античастинки відрізняє також зворотний напрямок стрілок на схемі. Частинки До і Я + є античастинками по відношенню один до одного, л 0 мезон тотожний своєї античастинки.

Те, що ми звикли називати стабільної мікрочастинок, може бути стійким (стаціонарним) станом суперпозиції декількох динамічних структур. При певних умовах експерименту ми спостерігаємо такі властивості протона, як його маса спокою, заряд, спін. Але це опис є неповним, одностороннім, як мікрочастинки-об'єкта.

Концепція суперпозиції структур мікрочастинок, на новому рівні розуміння, повертає нас до античних уявленням про загальний взаємозв'язок частинок всього сущого. Класичне уявлення мікрочастинки як об'єкта, ізольованого від всього іншого навколишнього світу, є груба модель, дружній шарж (якщо не сказати карикатура) на дійсний стан речей. Більш адекватне уявлення дає концепція мікрочастинок як мережі динамічних процесів, мережі віртуальних станів для кожної даної частинки. Розглядаючи пі плюс-мезон, необхідно мати на увазі можливість сто віртуального перетворення в антинейтрон і протон, з подальшим відновленням

вихідного стану. Але і мережу структур протона включає в себе л + - мезон. Так що дійсно є зв'язок «всіх з усіма».

В якійсь мірі перебільшуючи, можна порівняти віртуальну мережу динамічних процесів окремої мікрочастинки з живим організмом. Щоб пояснити аналогію, наведемо слова Н. Бора. У статті «Світло і життя» він зауважує:

Безперервний обмін речовин між організмом і навколишнім середовищем необхідний для підтримки життя, внаслідок чого чітке виділення організму як фізико-хімічної системи не представляється можливим. Тому можна вважати, що будь-яка спроба провести різку грань, що дозволяє здійснити вичерпний физикохимических аналіз, викличе зміна обміну речовин в неприпустимій для життя організму ступеня ....

Згідно з принципом суперпозиції структур, неможливо провести різку грань, що дозволяє дати вичерпний аналіз будь-якої елементарної частинки, не викликавши змін всієї мережі обміну віртуальними станами.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >