Кентавры

Луи де Бройль родился принцем. Ну, бывает. И у королей Франции бывают дети. Несколько менее привычно то, что вместо того, чтобы скучать от монотонной жизни, он выбрал себе дело по душе – стал работать в лаборатории своего старшего брата Мориса - тоже, по случайному совпадению, принца Французской короны. Морис изучал рентгеновские спектры атомов, то есть облучал вещества рентгеновским излучением и смотрел – какие длины волн поглощаются. Морис был неплохо знаком с ведущими физиками того времени, и в его лаборатории были в курсе последних открытий.

Луи не был слишком занят, от него никто ничего не требовал, не ставил ему планов, не выставлял оценок, не угрожал увольнением. Поэтому он просто получал удовольствие от физики, то есть занимался тем же, чем и ты сейчас. И особенно занимал его все тот же сакраментальный вопрос: «почему же она вертится»?? Ой… нет, это сюда попало из другой главы… сейчас… вот – все тот же значит сакраментальный вопрос занимал его: «почему же все-таки атомы устойчивы? Почему электрон не излучает»?

Ему хотелось не просто бухнуть постулат в массы, а придумать какой-то такой понятный, простой образ, который вносил бы больше ясности, ну что-то хотелось найти более живое, более зримое, чем констатация того факта, что он мол не падает и точка – таково мол свойство материи.

К двадцатым годам XX века было поставлено уже множество опытов, которые неопровержимо доказывали, что свет иногда проявляет себя в точности так, как частицы. Световые кванты непреложно и реально существуют, и им соответствуют определенные длины волн и определенный импульс. Но черт возьми – но как все-таки это можно понять: «частице соответствует длина волны», или «световые кванты соответствуют световой волне».

Я и де Бройль в чем-то похожи. Он получил Нобелевскую премию, и я… еще не получил, нет, не то. Он принц, и я… нет, и тут промах. Нас объединяет другой – здравый смысл в взгляде на природу вещей. Когда я смотрю на прыгающего котенка, я понимаю – это живое существо. Рыбы тоже живые. Растения живые. Бактерии живые. Клетки живые. Митохондрии – органелла клетки – тоже живая. Все мы получились друг из друга в результате того, что живые существа проходили через естественный отбор. А вот органические молекулы и атомы, которые тоже прошли через свой этап естественного отбора, значит «неживые»? Вот, значит мертвая материя, а потом бац – и она стала живая? Ерунда. И молекулы, и атомы, и электроны и кварки – живые и обладающие сознанием. Вопрос лишь в том, чтобы понять – каково это сознание, какие у него отличительные признаки. Луи тоже посмотрел на эти самые кентавры – кванты-волны, и понял, что не может такого быть, что луч света – что-то принципиально выдернутое из общей картины мира. И он, не очень беспокоясь о своей репутации физика, предположил, что ВСЁ в природе должно обладать и свойствами частиц, и свойствами волн. Вот такую вот ерунду сморозил. Совершенно совесть потерял, ей богу! Куда смотрит эта, ну… школа… институт… профессура… академики и редакторы. А ему все равно – он от них не зависит – он кайф получает, а не за кафедрой бегает.

Утверждение дикое, ну в самом деле. Что, так и хочется спросить, усмехнувшись, и вот эта от моя компьютерная мышь – тоже обладает свойством волны? Так может мне ее за хвост привязать, пока не утекла? Я думаю, что такого рода саркастических вопросов Луи услышал немало.

И вот, Луи представил себе, что когда электрон носится вокруг ядра, он ведь не перестает быть тем, что он есть, а что он есть – он есть нечто поразительно сложное, что иногда может проявлять себя как частица, а иногда – как волна. Но ведь мы уже знаем, что крутясь вокруг атома он проявляет себя именно как частица… а откуда мы знаем, что он не может проявлять себя и как волна при этом? А что это нам дает? О, очень многое! Если электрону соответствует определенная длина волны, а он при этом крутится по орбите… ну представим, что некая волна бегает по орбите, хорошо… хорошо уже тем, что излучать обязана частица, которая движется с ускорением, а про кентавриков нам ничего неизвестно, что они должны. Еще что хорошо – что не на каждой орбите уложится целое число длин волн!! Если взять живую селедку и уложить ее несколько раз на кровати, причем чтобы уложить ее в последний раз, придется отрезать ей голову. Далеко она потом уплывет? Это будет дохлая селедка. А дохлый электрон быть не может, стало быть электрон может существовать только на таких орбитах, на которых укладывается целое число длин его волн! И перескочить он может только с одной такой орбиты на другую такую же.

Длина окружности «L» вычисляется по формуле L=2πr, где «r» - радиус окружности. Значит, если длина волны обозначается как «λ», а «n» - целое число (то есть 1,2,3 и т.д.), то верна следующая формула:

2πr=nλ

Возьмем теперь формулу первого постулата Бора mvr = nh/2π, и получим из нее: 2πmvr = nh или 2πr = nh/mv

Сопоставим обе формулы: 2πr=nλ и 2πr = nh/mv, и получим итоговое поразительное уравнение:

nλ = nh/mv или λ = h/mv

Это офигительное уравнение! Оно вытекает из того, что:

а) Нильс Бор разрешил вращающемуся вокруг ядра электрону иметь только определенные орбиты, то есть иметь только определенные величины орбитального момента

б) Луи де Бройль сказал, что смысл этого ограничения в том, что на орбите должно укладываться только целое число длин волн, иначе волна, пробежав один круг, просто навалится сама на себя несинхронно и самоуничтожится – пробежав один круг волна должна так побежать дальше, чтобы максимум ее хвоста наложился именно на максимум ее начала.

И в итоге мы получили формулу, связывающую массу (!) и длину волны (!). Эта формула так же гениально проста, как формула Эйнштейна E = mc², которая связывает массу и энергию, и как формула Планка E=h×ν, которая связывает энергию волны с ее частотой.

Из этой формулы видно, что чем больше масса объекта, тем меньше соответствующая ему длина волны, так что даже уже для протона обнаружить соответствующую ему волну довольно сложно, не говоря уже о более массивных объектах.

Естественно, что как и приснившаяся Менделееву таблица не свалилась ему на голову в качестве случайного приза, а явилась результатом большой 20-летней работы по изучению свойств химических веществ, так и идея Бройля пришла к нему не вдруг – с того самого Сольвеевского конгресса 1911 года, на котором присутствовал Морис и услышал о квантовой гипотезе Планка и рассказал об этом брату, Луи испытывал изумление и размышлял об устройстве материи. Эти размышления не оставляли его и в довоенные годы, и в годы войны, и после войны, пока вдруг в 1923 году они не прорвались вдруг кристальной ясностью, когда Луи де Бройль смог дать ясное физическое определение того – что же это такое – стационарная орбита – это такая орбита, на которой укладывается целое число длин волн. Отпала проблема объяснения устойчивости атома, ведь идея колеблющейся в вакууме без трения самоподдерживающейся стационарной струны выглядит гораздо более убедительно и ясно.

Дальше дело было за экспериментаторами, ведь если «волны материи» существуют, их можно экспериментально обнаружить. Что впоследствии и было сделано. Спустя два года после открытия де Бройля, Шрёдингер и Гейзенберг придумали «квантовую механику» - математический аппарат, который позволял проводить точные расчеты поведения элементарных частиц в атоме.

Поиск по сайту: