Читать «Стивен Хокинг» онлайн - страница 27

В исследованиях оптических явлений Исаак Ньютон исходил из того, что свет представляет собой поток частиц, корпускул. Джеймс Клерк Максвелл, в свою очередь, работая над объедине-нием электричества и магнетизма, подтвердил в 70-е годы XIX века вывод Кристиана Гюйгенса, который еще за 200 лет до этого говорил, что свет имеет волновую природу. Но Эйнштейн проница-тельно распознал несовершенство волновой теории Максвелла. В своей работе о фотоэффекте он дока-зал, что луч света при определенных условиях ведет себя подобно потоку мелких частиц ( их назвали фо-тонами). При попадании фотонов на атом металла из него выбиваются электроны. Эйнштейн показал, что этот процесс зависит от свойств, характеристик фотонов, при этом совсем не нужно рассматривать свет по Максвеллу как волну, поток электромагнит-ной энергии (APh).

Кроме того, оказалось, что свет отражается в виде определенных элементов, а не произвольных мельчайших колебаний, как предполагалось до на-чала ХХ столетия. Энергия этих «пакетов света» пропорциональна их частоте. Тем самым Эйнштейн подтвердил концепцию Макса Планка, который в 1900 году принял в качестве исходного положения существование таких пакетов и назвал их кванта-ми. За каждый электрон, вылетающий из атома ме-талла, отвечает один квант света, который можно Квантовая теория, или какие осложнения... 61 наблюдать. Именно за эту работу 1905 года, а не за теорию относительности, Эйнштейн получил Нобе-левскую премию в 1922 году.

И ВОЛНА, И ЧАСТИЦА

Итак, свет — и волна, и частица. Поначалу при-знать это было далеко не просто, но оказалось, что такая двойственность, дуализм свойств, присущая свету, на атомном уровне — норма. Она проявляет-

ся и у электронов, и у всех других объектов кван-тового мира. Электрон может вести себя подобно волне и внезапно появиться там, где, собственно го-воря, быть не должен.

Пол Дэвис, автор популярных книг о науке, весьма образно описывает так называемый туннель-ный эффект. Если бросить камень в окно, результат будет зависеть от энергии, которую мы вкладываем в бросок. Камень либо отскочит от стекла, либо ра-зобьет его, и мы услышим характерный звон оскол-ков. В квантовом мире в качестве эквивалента окон-ного стекла можно рассматривать атомную решетку или электрическое напряжение. При приближении электрона точно так же от его энергии зависит, от-скочит ли он от этого барьера или пройдет сквозь него. При соответствующих уровнях энергии проис-ходит и то, и другое. Правда, в мире квантов есть и другие, не менее удивительные вещи. Дэвис пишет: «Еще более странным кажется, что электрон хотя и не обладает достаточной энергией для преодоления барьера, но, тем не менее, как по мановению волшеб-ной палочки, оказывается по другую его сторону! Представим себе, что мы легко бросаем булыжник в окно и видим, как он попадает по ту сторону стек-ла, не разбив его при этом! Точно такие же трюки 62 Х УБЕРТ М АНИЯ | Стивен Хокинг проделывают и электроны. Они умеют проскаль-зывать, как через туннель, сквозь непреодо-лимые барьеры» (DUr: 33).