Реферат: Волны де Бройля
Физическая энциклопедия. ЧЕРЕНКОВА - ВАВИЛОВА ИЗЛУЧЕНИЕ.
Чтобы парциальные волны могли создать излучение, они должны быть либо некогерентными, либо иметь общую огибающую. Т.е., согласно физике волновых процессов, если парциальные волны когерентны и не имеют общей огибающей, то излучение возникнуть не может. Данное правило, представляя по сути закон излучения, действует во всех случаях независимо от того, происходит движение с ускорением или нет. Когда же в учебной литературе встречается утверждение, что при движении заряженных частиц с ускорением всегда возникает излучение, то это на самом деле неверно, так как в некоторых случаях при движении с ускорением может сохраняться когерентность парциальных волн и излучение не возникает. С другой стороны, при движении без ускорения не всегда парциальные волны когерентны и может возникать излучение, например, если среда неоднородна и в ней изменяется скорость распространения волн. Таким образом, излучение возникает не от того, какое движение - с ускорением или нет, а от того, нарушается или нет когерентность парциальных волн и имеется ли у них общая огибающая. Хотя когерентные парциальные волны, не имеющие общей огибающей, нельзя наблюдать в виде излучения, но они, как и любые когерентные волны, могут образовывать интерференционную картину, что можно наблюдать экспериментально, например, при прохождении парциального волнового пакета через отверстия.
«Если же разность фаз постоянна во времени, то такие колебания (и волны) называют когерентными.»
Волновые процессы. И.Е.Иродов. 1999. С.81.
«... когерентностью называют согласованное протекание колебательных (волновых) процессов.»
Волновые процессы. И.Е.Иродов. 1999. С.85.
Любое движение электрических зарядов образует электромагнитные волны, но из-за интерференции они не всегда могут излучаться. Такие присоединенные электромагнитные волны, представляя присоединенную электромагнитную энергию, могут начать распространяться самостоятельно (излучаться), например, при торможении заряженных частиц или когда частицы движутся по орбитам, на которых не укладывается целое число длин волн, т.е. когда движение волн несинфазное - нет когерентности.
«... стационарными являются лишь те орбиты, на которых укладывается целое число волн ...»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.357.
Синфазные орбиты, на которых укладывается целое число волн, называются боровскими. Скорость движения по таким орбитам равномерная и возникающие вторичные волны оказываются когерентными, т.е. каждая точка орбиты является источником парциальных волн, которые когерентны. Согласно принципу Гюйгенса, эти парциальные волны, не имея общей огибающей, не могут излучаться. При переходе с орбиты на орбиту когерентность нарушается - возникает излучение. Таким образом, согласно принципу Гюйгенса, стационарными являются лишь те орбиты, на которых укладывается целое число волн, так как возникающие при этом вторичные волны полностью гасят друг друга, не излучаясь. Такие орбиты с замкнутыми волнами называются боровскими.
Свойства парциальных волн гасить друг друга часто используется на практике, например, направленные вибраторные антенны. Электромагнитное возмущение распространяется вдоль вибраторов и каждый вибратор является источником когерентных парциальных волн, которые, гася друг друга, почти не создают излучения в боковом направлении. Если вибраторы расположить по кругу, так чтобы укладывалось целое число длин волн, то в идеале излучаться электромагнитные волны не будут, так как, интерферируя в окружающем пространстве, полностью погасят друг друга. Т.е. электромагнитные колебания вокруг вибраторов представляют движущуюся по кругу (замкнутую) присоединенную электромагнитную волну, которую можно наблюдать только в окружающем пространстве вблизи вибраторов. Присоединенная электромагнитная волна состоит из электрических и магнитных потоков индукции и, как все волны, обладает энергией. Распределение плотности электромагнитной энергии в пространстве представляет интерференционную картину, образованную парциальными волнами и зависит от числа волн, которое укладывается на орбите. Возникающая интерференционная картина идентична распределению электронной плотности вокруг ядра атома.
Движение электрона сопровождается электромагнитным возмущением, образующим присоединенную электромагнитную волну, т.е. полевые потоки индукции, окружающие частицу, при движении образуют волну - волновое электромагнитное поле (волновой пакет). Поэтому при прохождении электронов, например, через отверстия может наблюдаться интерференция электромагнитных потоков, что индукционно отражается на движении электронов (изменить направление движения частицы может только полевой поток).
«Явление же дифракции доказывает, что в прохождении каждого электрона участвуют оба отверстия - и первое и второе.»
Курс физики. И.В.Савельев. 1989. Т.3. С.55.
Рассмотрим волновые процессы наглядно, например, проведем эксперименты в водяной ванне: движением объекта создается возмущение на поверхности воды - если объект движется быстрее скорости распространения волн, то от него расходятся волны (как от корабля), т.е. возникает излучение (излучение Черенкова), так как у парциальных волн появляется общая огибающая. Когда же объект движется равномерно со скоростью, не превышающей скорости распространения волн, то возмущение в виде волны, сопровождая движущийся объект, не образует расходящихся волн - парциальные волны гасят друг друга, не излучаясь. Т.е. возникает интерференция волн между собой и они гасят друг друга в окружающем пространстве, не излучаясь, образуя присоединенную волну, которая в зависимости от интерференционной картины может представлять как цуг волн, так и одиночное возмущение. Чтобы возникло излучение, движение должно быть либо быстрее скорости распространения волн, либо переменным. Длина присоединенной волны зависит от скорости движения объекта и присоединенной массы - чем выше скорость, тем больше напряженность возмущения среды и тем быстрее среда возвращается в исходное состояние, т.е. длина волны обратно пропорциональна скорости (импульсу) объекта, а энергия растет вместе с частотой. Такая зависимость присуща всем присоединенным волнам. Движущийся объект, кроме основного центрального возмущения, состоящего из двух разноименных областей, за счет интерференции вторичных волн может образовывать соседние возмущения (цуг парциальных волн), амплитуда которых убывает с увеличением расстояния от объекта. Т.е. присоединенная волна имеет определенную длину когерентности. Особенность присоединенной волны в том, что она при равномерном движении не излучается, представляя присоединенную энергию. Присоединенные волны, как и любые волны, могут образовывать дифракцию и интерференцию. Аналогичным образом в полевом пространстве возникают присоединенные волны де Бройля, которые сопровождают любую движущуюся микрочастицу (согласно современным представлениям, частицы - это возбужденные состояния поля).
«В таком подходе частицы выступают как возбужденные состояния системы (поля).»
Физическая энциклопедия. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ.
«Волны де Бройля - волны, связанные с любой движущейся микрочастицей, ...»
Физическая энциклопедия. ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ.
Любое движущееся возмущение поля образует парциальные волны. Так как частицы - это возбужденные состояния поля, то при их движении всегда будут возникать полевые парциальные волны, которые при равномерном движении из-за интерференции не излучаются и движутся с частицами как единое целое в виде нерасплывающихся волновых пакетов - присоединенных волн. Все поля являются квантовыми, соответственно, и волновой пакет, имея полевую природу, также будет обладать квантовыми свойствами.
Такие явления, как присоединенная масса и присоединенная волна давно уже рассмотрены в физике, поэтому присоединенные волны де Бройля не являются чем-то необычным. Т.е. с точки зрения физики - это обычный волновой процесс как, например, дифракция или интерференция и для объяснения которого не требуется придумывать каких-либо интерпретаций. Волны де Бройля - это вторичные волны, которые возникают при движении, но которые из-за интерференции не могут излучаться и представляют присоединенные волны, т.е. переносятся с частицами как единое целое. Волны де Бройля, представляя волновые поля, отражают полевую структуру движущихся частиц.
«При равномерном движении объекта в однородной среде излучение возможно, только если он движется со скоростью, превышающей скорость распространения волн в этой среде, т.е. при "сверхволновом" - сверхзвуковом, "сверхсветовом" и т.д. движении. Возмущение, создаваемое движущимся телом, как бы "сдувается" средой. ... При движении в однородной среде со скоростью V < vф эти возмущения переносятся с телом как единое целое.»
Физическая энциклопедия. ВОЛНЫ.
Т.е. эти возмущения, представляя волновой пакет парциальных волн, движутся с телом как единое целое, не излучаясь, в виде присоединенной волны. Таким образом, с точки зрения физики волновых процессов, волна де Бройля - это обычный волновой пакет полевого происхождения. Частица и присоединенная волна де Бройля как единое целое представляют взаимосвязь вещества и волнового поля, т.е. частицы могут иметь не только потенциальные, но и волновые поля, которые неразрывно связаны с ними при равномерном движении.
«Корпускулярно-волновой дуализм есть проявление наиболее общей взаимосвязи двух основных форм материи, изучаемых физикой, - вещества и поля.»
Физика. В.Ф.Дмитриева. 2001. С.270.
«Волной называются распространяющиеся в пространстве возмущения состояния вещества или поля. Колебания вещества порождают упругую волну, а колебания электромагнитного поля - электромагнитную волну.»
Основы физики. Б.М.Яворский, А.А.Пинский. 2000. Т.2. С.62.
«... электромагнитное поле может быть представлено как совокупность бесконечно большого числа гармонических осцилляторов.»