Интерференция волн де Бройля.

Если трудно представить себе, что свет обладает одновременно и корпускулярными и волновыми свойствами, то еще труднее представить электрон как волну. Трудности увеличиваются потому, что электрон в отличие от фотона обладает массой покоя и электрическим зарядом. И масса, и электрический заряд электрона не могут делиться на части и не могут исчезать. Отсюда возникает необходимость введения статистического истолкования результатов опытов по наблюдению дифракции электронов и интерференции электронных пучков. Каждый электрон при прохождении через малое отверстие не делится на части и не исчезает при встрече с другим электроном в тех местах, где по условию интерференции волн де Бройля находится минимум. Условия максимумов и минимумов при интерференции дебройлевских волн определяют

Рис. 129

места, в которые электроны после прохождения через отверстие попадают с максимальной или минимальной вероятностью.

Вероятностная трактовка волновых свойств электрона не снимает всех принципиальных трудностей. Если явление дифракции электронов при прохождении через узкую щель рассматривать как результат взаимодействия частиц с краями экрана, то в опытах с двумя щелями должны наблюдаться следующие результаты. При открывании одной щели А на фотопластинке Ф электроны Должны вызвать потемнение в виде полосы, плотность потемнения из-за явления дифракции должна плавно уменьшаться от центра полосы против отверстия Л к ее краям. Распределение плотности потемнения на фотопластинке Ф представлено графиком за пластинкой (рис. 129, а). При открытой щели В на фотопластинке должна появиться другая размытая полоса, наиболее темная напротив центра щели В (рис. 129, б). Если и далее рассматривать электрон как частицу, взаимодействующую с краями экрана, то при одновременном открывании двух щелей на фотопластинке следует ожидать появления темной полосы, получающейся простым наложением двух полос, возникающих при поочередном открывании щелей Л и В (рис. 129, в). Однако в действительности от двух щелей наблюдается значительно более сложная интерференционная картина с чередованием максимумов и минимумов (рис. 129, г). Этот результат нельзя объяснить, если считать, что каждый электрон взаимодействует только с одной щелью, так как в этом случае открывание второй щели не могло бы привести к такому результату.

Можно было предположить, что сложная картина дифракции электронов возникает в результате взаимодействия частиц в пучке за экраном. Советские физики Л. Г. Биберман, Н. Б. Сушкин и В. А. Фабрикант выполнили опыты с пучками электронов столь низкой интенсивности, что их можно было рассматривать как поочередно летящие отдельные частицы. Однако и в случае прохождения через отверстие индивидуальных электронов получается такая же картина, как и в интенсивных пучках.

Интерференционная картина от двух щелей получает объяснение только в том случае, если принять, что каждый отдельный электрон обладает волновыми свойствами и взаимодействует сразу с двумя открытыми щелями. Этот пример убедительно показывает, что законы квантовой физики не могут получить полного и непротиворечивого описания в наглядных образах и понятиях классической физики.