Экспериментальное открытие «эффекта Комптона»

Предметом любого экспериментального исследования или физического наблюдения служат материальные тела, находящиеся между собой в таком взаимодействии, что в результате него наши органы чувств получают от этих тел определенные сигналы прямо, непосредственно или через какие-либо измерительные инструменты, например, через оптические приборы. При зрительном наблюдении объекта мы всегда имеем перед собой тело, взаимодействующее так или иначе с падающим на него световым лучом или испускающее само свет. Это означает, что объектом нашего наблюдения, строго говоря, служит не «само по себе» отдельное тело, например, какой-нибудь кристалл, а взаимодействие этого кристалла с лучом видимого света или, например, с рентгеновским лучом.

 

Такое взаимодействие существует всегда, коль скоро мы пользуемся оптическими приборами и смотрим на наш объект исследования. Но обычно оно не оказывает заметного, возмущающего влияния на самый объект; в таком случае мы можем от этого взаимодействия абстрагироваться и считать, что видимое нами тело мы наблюдаем таким, каким оно существует «само по себе».

 

Но, подчеркиваем еще раз, этот вывод есть результат известной абстракции; в действительности же нашим объектом служит не тело «само по себе», а тело, взаимодействующее с лучом света той или иной длины волны. Мы не можем игнорировать этого факта хотя бы потому, что для составления того или иного представления о предмете, т. е. для его познания, мы должны получить от него каким угодно путем определенные сведения и воспринять их в форме ощущений.

 

Для этого наблюдаемый предмет должен как-либо сообщить часть своей энергии нашим органам чувств или вызвать определенное изменение в энергии, поступающей в них из другого источника. Без этого невозможно никакое наблюдение и, следовательно, никакое действительное научное познание, достоверной основой которого могут служить только вызванные у нас изучаемым предметом непосредственно или опосредованно ощущения. Недаром Ленин писал, что для всякого материалиста ощущение есть действительно непосредственная связь сознания с внешним миром, есть превращение энергии внешнего раздражения в факт сознания ио.

 

Это означает, в частности, что все, что мы видим, все это посылает нам рассеянную отраженную или излученную лучистую энергию, а следовательно, находится во взаимодействии с этой последней. Раз так, то действительным предметом нашего познания служит и может служить только взаимодействие различных тел и различных форм движения.

 

Но не всегда это взаимодействие таково, что мы можем его влиянием на изучаемый предмет пренебречь.

 

В самом деле, луч света, падая на какое-либо тело, оказывает на него давление. Чем больше масса тела, тем ничтожнее действие светового давления. Напротив, чем масса тела меньше, тем заметнее становится давление падающего на него света. Допустим, что в пределе уменьшения размеров и массы исследуемого объекта мы дошли до электрона. Для наблюдения отдельного электрона мы точно так же вынуждены, теоретически говоря, «освещать» его, т. е. заставлять его взаимодействовать с квантами света (фотонами). Простейший мыслимый случай такого взаимодействия — это столкновение электрона с одним фотоном.

 

Таким образом, и здесь объектом нашего исследования продолжает служить не «сам по себе» изолированно взятый электрон, а его взаимодействие с фотоном. Этим подтверждается вновь положение Энгельса, что предметом естествознания является взаимодействие тел и форм движения 1П.

 

В данном случае нет никаких возможностей, по крайней мере на современном уровне развития науки, абстрагироваться от взаимодействия электрона с фотоном и переходить от представления о взаимодействующем электроне к представлению об электроне «самом по себе». Короче говоря, мы здесь имеем дело с «элементарным взаимодействием», по нашей терминологии.

 

При попытке «осветить» электрон, т. е. воздействовать на него фотоном, происходит взаимодействие: благодаря этому образуется новый фотон (обладающий иной длиной волны и летящий в ином направлении), а электрон соответственно меняет свою скорость и по величине и по направлению. Это замечательное открытие было сделано в 1923 г. Комптоном и получило название эффекта Комптона.

 

Таким образом, если мы зададимся вопросом, где находится электрон и с какой скоростью он движется, то определенного, однозначного ответа на этот вопрос мы получить не можем, так как, действуя на него фотоном, мы вызываем одновременное изменение и в скорости и в положении электрона.

 

Если же мы совсем не будем действовать на электрон фотоном, то электрон вообще окажется вне поля действия наших оптических приборов и в конечном счете вне поля наших органов чувств; поскольку никакого изменения энергии он тогда вызывать не будет, то о таком электроне, разумеется, никто ничего сказать не сможет.

 

Итак, коль скоро встает задача познания электрона (его положения и скорости), то предметом этого познания должен мыслиться не просто электрон «сам по себе», а его взаимодействие со светом, в простейшем случае с одним фотоном, дабы у наблюдателя могла возникнуть энергия внешнего раздражения, которая далее перешла бы в факт сознания. Иного, более точного пути познания предмета путем его оптического исследования до сих пор не существует.

 

Поэтому, изучая микрочастицы материи в данном направлении с помощью данных физических средств, мы всегда перед собой имеем в качестве предмета познания взаимодействие между обычными массовидными частицами и световыми квантами. При больших значениях массы тел мы можем отвлекаться от этого взаимодействия; мы можем считать, что тело, освещенное лучом света, остается точно таким же и после того, как взаимодействие его со светом прекратится; на этом основании мы можем мысленно выключать его из данного взаимодействия.

 

Напротив, при малых значениях массы оказывается, что от этого взаимодействия отвлекаться уже принципиально нельзя, что здесь обнаруживается эффект Комптона, свидетельствующий о том, что предметом нашего познания служит не «сама по себе» взятая частица, а именно ее взаимодействие с фотонами; соответственно с этим выясняется, что нашим объектом служит взаимодействие между различными формами движения. Поскольку, производя оптические наблюдения, мы тем самым остаемся в рамках квантовых явлений, т. е. имеем все время объектом исследования взаимодействие тел с квантами света, постольку акт взаимодействия электрона с фотоном, т. е. эффект Комптона, является объективно тем элементарным актом данного типа взаимодействия, дальше которого и мы не можем продвинуться при изучении данного объекта познания с помощью данного способа исследования. Эта невозможность обусловлена тем, что названный акт представляет собой границу самого предмета исследования, на которой этот предмет кончается и дальше которой нечего уже познавать, если двигаться в данном направлении, т. е. если оставаться в кругу микро-механических процессов.

 

Таким образом, эффект Комптона позволяет экспериментально установить исходную «ячейку» микропроцессов.

 

Из рассмотренного «элементарного взаимодействия» между электроном и фотоном вытекают важные следствия.

 

Во-первых, при попытке отвлечься от наличия взаимодействия и при попытке вывести из него значения координат и скорости частицы того же порядка, как и сам фотон, должны получаться неопределенные величины, причем порядок соотношения этих неопределенностей должен лимитироваться «элементарным взаимодействием», т. е. порядком величин, характеризующих свойства самого фотона, как обязательного компонента данного взаимодействия.

 

Во-вторых, при попытке расчленить самый акт взаимодействия на отдельные стороны и представить их в виде отношения типа механической причинности должна обнаруживаться неопределенность; в силу невозможности определить точно начальные механические условия (координаты, импульсы) предсказание будущих событий, например поведения частиц после их столкновения, не может быть сделано с абсолютной точностью, как этого требует понятие механической причинности, но лишь приблизительно, с известной долей вероятности, причем и здесь степень этой приблизительности (вероятности) определяется рамками самого взаимодействия.

 

В-третьих, влияние «элементарного взаимодействия» должно уменьшаться по мере усложнения всего взаимодействия в целом, и прежде всего по мере увеличения массы и размеров той частицы, с которой взаимодействует фотон; благодаря этому на известной ступени увеличения массы частицы возникает возможность отвлечения от самого факта светового взаимодействия и возможность расчленения всего процесса на отдельные его стороны; в результате этого неопределенность получаемых величин (начальных значений координат и импульсов и выводимых отсюда отношений механической причинности) должна практически убывать до нуля, так что в итоге вместо неопределенности отдельных частей, характерной для не поддающегося расчленению элементарного акта, должна возникать их определенность, характерная для более сложного случая того же взаимодействия, когда оно поддается уже расчленению.

 

В-четвертых, признание «элементарного взаимодействия», не поддающегося дальнейшему расчленению, и выражение его в виде неопределенности величин, которые мы все же пытаемся получить путем их мысленного вычленения, должно было сыграть роль исходного «принципа», на котором можно построить определенную теорию, освещающую данный круг физических процессов.

 

Наконец, в-пятых, следует ожидать, что выведенный «принцип» будет иметь объективной границей своей приложимости отражаемое им «элементарное взаимодействие» фотона с частицей, причем этим еще не утверждается, будто иным путем вообще нельзя двигаться дальше в познании физических микрообъектов, так как не исключена возможность открытия новых типов взаимодействия. В иной связи «элементарное взаимодействие», учитываемое как эффект Комптона, окажется уже не элементарным, а сложным и перестанет быть наиболее низкой из познанных ступеней взаимодействия; но по отношению к данному типу взаимодействия его первичной формой, из которой нужно исходить при теоретических построениях, всегда будет служить данный элементарный процесс, составляющий содержание комптонового эффекта.

 

Отсюда, в частности, следует вывод, что поскольку речь идет об измерении координат и скорости электрона или какой-нибудь иной микрочастицы, мы никогда не сможем определять их одновременно с любой точностью по той причине, что самые понятия координаты и скорости имеют свою границу, такая граница как раз и обнаруживается в элементарном акте взаимодействия соответствующих микрочастиц. Таковы умозаключения, которые можно было бы сделать, рассматривая эффект Комптона как случай «элементарного взаимодействия».

Категория: Философия | Добавил: fantast (22.01.2019)
Просмотров: 68 | Рейтинг: 0.0/0