2. Корпускулярно-волновой дуализм в оптике

Со времени Юнга, Френеля и Коши вплоть до рождения фотонной гипотезы в 1905 году в оптике господствовало нёсколькр волновых теорий. С 1905 года и до создания квантовой электродинамики в 1927 году для объяснения фактов в области оптических явлений использовались две взаимно несовместимые совокупности идей: полевая теория Максвелла и множество предположений (едва ли их можно назвать гипотетико-дедуктив- ными системами), группировавшихся вокруг фотонной гипотезы.

Предполагали, что природа света должна быть дуальной, и эта дуальность часто рассматривалась как несводимая к чему-либо более фундаментальному.

Квантовая электродинамика была построена с целью приведения корпускулярно-волнового дуализма к непротиворечивой совокупности идей. Широко распространено мнение, что квантовая электродинамика эту задачу успешно выполнила, поскольку она приписывает фотону

1 М. Bunge, Foundations of Physics, New York, 1967, і

і 46 І

как импульс, так и момент импульса (или, скорее, квантовые аналоги таковых). Конечно, это не свидетельствует о том, что квантовая электродинамика рассматривает фотон как частицу. Во-первых, квантовая электродинамика отрицает два корпускулярных свойства фотона, а именно: точную локализацию (следовательно, и определенную траекторию) и массу. Во-Вторых, квантовая электродинамика не содержит никакого уравнения движения в собственном Ыысле слова. Все ее основные уравнения, включая перестановочные соотношения, являются полевыми уравнениями, ни одно из которых не содержит траекторий фотона в обычном пространстве. (Правда, любая формула для скорости изменения во времени динамической переменной называется уравнением движения, но это только метафора, ибо нет необходимости связывать ее с каким-либо движением.) В-третьих, свойства, которые квантовая электродинамика приписывает полю излучения, являются немеханическими. Например, электрическая и магнитная составляющие, фазы и независимость скорости распространения поля от системы отсчета.

Во всяком случае, квантовая электродинамика остается более близкой к теории поля Максвелла, чем к механике.

В конце концов, она является результатом квантования уравнений Максвелла. Квантовые свойства поля не следует ошибочно принимать за его механические или корпускулярные свойства. Так, тот факт, что импульс фотона можно прибавить к механическому импульсу кусочка вещества (matter) и получить в итоге сохраняющуюся величину, отнюдь не доказывает механической природы фотонов, как не доказывает он и электромагнитной природы кусочка вещества, как и возможность сложения энергии различных видов не дока- швает их тождества с механической работой. Все это -оворит о том, что четырехмерный вектор энергии-импульса, в отличие от массы и заряда, является не специфическим свойством, то есть свойством, характеризую- цим любую известную ранее физическую систему. Подобным же образом возможность разложения энергии юля на энергию излучения осцилляторов доказывает не о, что поле представляет собой механическую систему, і что гамильтонов формализм является неопределенным [noncommitai) и допускает механические аналогии, которые иногда вводят в заблуждение Если мы воплощаем различные теории в одну и ту же математическую форму, скажем в гамильтонову, то мы должны получить и формальные аналогии. Но нам не следует гипостазировать это математическое подобие, утверждая, что Природа, например, вся механическая (или вся электромагнитная).

Короче говоря, корпускулярно-волновой дуализм, нарушивший в 1905 году единство электромагнитной теории, стимулировал создание другой теории — квантовой электродинамики, элиминирующей дуализм. Даже в своих наиболее утонченных вариантах квантовая электродинамика является полевой теорией, не содержащей никаких гипотез о корпускулярной природе фотонов. Дуализм света в таком случае просто пережиток междуцарствия 1905—1927 годов, реликвия, служащая главным образом тому, чтобы укрепить студентов в ошибочном мнении, будто бы свет может быть одновременно и волной, и не волной, более того, что он вообще выглядит так, как того пожелает всемогущий Наблюдатель.

<< | >>

↑

Источник: Бунте Марно. Философия физики: Пер, с англ. Изд. 2-е, стереотипное. 2003

Еще по теме 2. Корпускулярно-волновой дуализм в оптике: