§ 163. Флуктуации светового потока
Серьезным опытным доказательством фотонной теории являются опыты С. И. Вавилова, посвященные изучению флуктуации слабых световых потоков.
Оказывается, что порог чувствительности глаза к свету лежит исключительно низко. Глаз способен видеть примерно 100 фотонов, попадающих в одну секунду на роговицу. Если световой поток колеблется около этой величины, то свет не будет восприниматься глазом, когда число фотонов будет падать ниже порогового значения.
В опытах Вавилова исследователь наблюдал пучок света, который выпускался через каждую секунду на промежуток времени 0,1 с. Если величина светового потока превышала порог чувствительности, то глаз наблюдал каждую вспышку света. При уменьшении интенсивности света некоторые вспышки уже не оказывали действия на наблюдателя. Чем меньше интенсивность света, тем больше оказывалось пропусков. Таким образом были непосредственно обнаружены флуктуации числа фотонов в световом потоке. Трудно предложить более непосредственное доказательство корпускулярной природы света.
Другие опыты Вавилова ярко показывают невозможность объяснения фотонной гипотезой таких типично волновых явлений как интерференция. Вавилов разделял световой пучок на два когерентных луча (бипризмой Френеля). Эти лучи давали интерференционную картину. В то же время флуктуации обоих световых пучков оказались совершенно независимыми. Это обстоятельство еще раз указывает на полную невозможность объяснения интерференции каким-то статистическим распределением фотонов.
Волновые свойства присущи не потоку фотонов, а каждому фотону. Таким образом, никак нельзя считать фотон «обычной» частицей.
Здесь необходимо некоторое отступление. Создавая модели невидимого мира, мы наделяем элементарные частицы свойствами, заимствованными в мире окружающих нас вещей или, как говорят физики, в макромире. Так, например, мы говорим об атомах как о шариках. Не приходится и говорить, что шарик-атом лишь частично отражает свойства шарика-вещи. Каждому, например, ясно, что присущие шарику-вещи такие свойства как цвет, шероховатость, запах, невозможно перенести на шарик-атом. По мере проникновения в микромир перенесение свойств вещей на свойства элементарных частиц становится все более затруднительным.
Части атома, части атомного ядра, частицы света еще в меньшей степени напоминают шарики-вещи, чем атом. На примере фотона мы столкнулись с возможностью сочетания в микрочастице противоречивых свойств вещей нашего большого мира. Конечно, в макромире частица — это частица, а волна — это волна. Частица занимает ограниченную область пространства и движется по определенной траектории, волна распределена в пространстве непрерывно и энергия передается в той или иной доле всеми точками пространства. Примирить эти два представления для вещей нельзя. Но мы не имеем права навязывать поведение вещей частицам микромира.
Познание микромира состоит не в создании модели, похожей на знакомые глазу человека картины. Изучение закономерностей явления, нахождение объективно существующих причинных связей между явлениями — в этом состоит бесконечный процесс познания. Таким путем и происходит становление сложной картины микромира, сущность которой не может быть передана никакими хитроумными моделями, заимствованными из мира вещей.
