Файл: Кляус, Е. М. Гендрик Антон Лоренц, 1853-1928.pdf

материей начинает происходить крайне медленно, как: только он переходит к коротким волнам, означала, что» то состояние, к которому относится формула, наступает' лишь через бесконечно большое время; с эксперименталь­ ной точки зрения конечным является другое состояние,-

После докладов Варбурга и Рубенса, изложивших результаты работ по экспериментальной проверке формулы Планка, последний выступил с докладом «Закон черного излучения и гипотеза элементарного кванта действия». Коротко охарактеризовав состояние вопроса и еще раз оттенив «поразительное противоречие между опытом и классической теорией», Планк соглашается с выводом Лоренца, что все известные теории ведут к формуле Рэ­ лея — Джинса. Он пытается глубже рассматривать физи­ ческую природу постоянной /г, получившей название кван­ та действия. Дальнейшее построение теории существенно зависело от того, играет ли h определенную роль только в процессах излучения и поглощения или и при распростра­ нении лучистой энергии в вакууме. Вторая точка зрения, выдвинутая в 1905 г. Эйнштейном, создателем квантовой теории света, не могла быть принята Планком да и осталь­ ными участниками конгресса. Они просто не были готовы к восприятию тех коренных изменений, которых требова­ ла гипотеза фотонов. Ведь дело заключалось в отказе от электродинамики Максвелла или любой другой электро­ динамики, предполагающей непрерывный характер элек­ тромагнитного поля.

Более того, Планк предлагает так называемый «второй: вариант» своей теории, где испускание еще предполагает­ ся дискретным, но поглощение уже считается непрерыв­ ным. Для выяснения физического смысла кванта энергии Плаик считал необходимым найти динамический закон колебания осциллятора, видоизменив уравнения электрон­ ной теории так, чтобы в этот закон входил квант действия. Но ранее предлагавшиеся модели не могли удовлетворить этому требованию, так как, будучи классическими, при­ водили к формуле Рэлея. Более подробно Планк остано­ вился на модели Гааза. За основу здесь взята видоизменен­ ная модель атома Томсона: электрон колеблется вокруг центра положительно заряженной сферы. Максимальной

179

4

К 1912 г. Лоренц уже не сомневался, что гипотеза Планка не только справедлива, но и требует отказа от многих классических представлений. В этом смысле он высказался как в статье «О теории элементов энергии», где присоединялся к квантовой теории теплоемкости Эйнштейна, так и в цикле лекций «Статистические теории в термодинамике», прочитанных в том же году в Коллеж де Франс. В своих лекциях Лоренц подробно остановился на флуктуациях энергии излучения. Чем же был обус­ ловлен такой особый интерес к довольно частному, каза­ лось, вопросу?

Стремясь выявить, какие скрытые свойства поля из­ лучения обусловливают верность формулы Планка и в какой мере они противоречат классической электроди­ намике, Эйнштейн в 1909 г. воспользовался следующим оригинальным приемом. Он принимает закон излучения заданным из опыта и выясняет, к каким заключениям он приводит относительно структуры излучения. Поль­ зуясь своими прежними результатами по теории броу­ новского движения, он вычисляет среднее значение квад­

С точки зрения волновой теории флуктуации энергии поля можно объяснить случайной интерференцией раз­ личных волн с произвольными амплитудами и фазами, в результате которой энергия, локализованная в данной области, может быть как больше, так и меньше суммы энергий отдельных воли. Из соображений размерности Эйнштейн показал, что подобным механизмом флуктуа­ ций можно объяснить лишь второе слагаемое приведенной формулы. Что касается первого слагаемого, то (пользуясь аналогией с формулой для числа молекул идеального газа) его можно интерпретировать как результат флуктуаций числа независимых квантов света, каждый из которых обладает энергией 7гѵ. Поскольку в случае независимых причин средний квадрат флуктуаций аддитивен, полу-

181

ченная Эйнштейном формула содержит фактически под­ тверждение идеи о том, что в основе формулы Планка лежат двойственные, корпускулярно-волновые свойства излучения. Свои соображения Эйнштейн изложил в ряде статей, а также в докладе на Сольвеевском конгрессе. Еще тогда проблема заинтересовала Лоренца; выступая в прениях по докладу Эйнштейна, он отметил несовмести­ мость слагаемого h v E с уравнениями Максвелла и господ­ ствующими представлениями об электромагнитных яв­ лениях. Вообще ход идей Эйнштейна произвел на Лоренца глубокое впечатление: «Становясь на эту точку зрения, можно сказать, что флуктуации — не только необходи­ мое следствие из современных теорий, но что они еще дают ключ к пониманию всей теории черного излучения» 12.

5

После конгресса Лоренц стремился решить две задачи: первая состояла в строгом доказательстве интерференци­ онного происхождения флуктуаций, представленных вто­

первого слагаемого. Результаты он изложил в своих лекциях в Коллеж де Франс. С первой задачей Лоренц справился блестяще, и его доказательство обычно приво­ дится в курсах статистической физики. Аргументы Эйн­ штейна были очень убедительными, и создатель электрон­

его, полагая, что обмен энергией сквозь поверхность раз­ дела происходит квантами. Но так как только волны служат переносчиками этого обмена, мы вынуж дены до­ пуст ит ъ (курсив наш.— А в т .), что волны эти имеют разрывное строение, такое, что энергия собрана в кван­ ты» 13. Но Лоренц еще не сдается: «Хотя такое представле­ ние дает простое толкование некоторым явлениям (фото­ электричество, лучи Рентгена и т. д.), но, по-видимому его никак нельзя примирить с явлениями интерференции».

18 Лоренц. Статистические теории в термодинамике. М.— Л., 1935,

стр. 64.

м Там же, стр, 80,

1 8 2

Как это напоминает Вора, который через двадцать лет писал: «...несмотря на свою эвристическую ценность, гипотеза световых квантов, будучи совершенно несов­ местимой с так называемыми явлениями интерференции, не может помочь и в выяснении вопроса о природе из­ лучения» 14*. А через два-три года он тоже вынужден был признать: «Однако надежда получить указанным способом общую формулировку законов квантовой теории была бы лишена основания после доказательства связи отдельных атомарных процессов. Эта связь в соответствии с кван­ товой теорией света Эйнштейна навязывает нам (курсив наш.— А вт .) корпускулярную картину распространения света» 1В.

Амежду тем события разворачиваются стремительно.

Виюле и сентябре 1913 г. вышли в свет первые две части знаменитой статьи Бора «О строении атомов и молекул»,

иуже в сентябре квантовая теория строения атомов под­ верглась обсуждению на собрании Британской ассоциа­ ции содействия развитию науки в Бирмингаме. На нем присутствовали ведущие физики Англии (Рэлей, Дж. Дж. Томсон, Лармор, Резерфорд, Пойнтинг, Лодж, Джинс

идр.), а также ряд иностранных ученых, среди них

Лоренц и Мария Кюри. После большого обзорного до­ клада Джинса «Излучение и теория квантов», в котором значительное место было уделено теории Бора, выступил сам Бор, подчеркнувший два основных момента: вве­ дение стационарных состояний и отсутствие непосредст­ венной связи между частотой излучения и частотой об­ ращения электрона вокруг ядра. Можно представить себе, насколько кощунственной должна была показаться Лоренцу последняя мысль! Опубликованный отчет о дискуссии не дает возможности узнать, дал ли тогда Лоренц определенную оценку теории Бора, но в своем выступлении, изложив известные возражения против существования световых квантов, он поставил перед Бо­ ром вопрос, какова связь между его теорией и классичес­ кой механикой. Поскольку в первых статьях идея прин­ ципа соответствия лишь намечалась, Бор вынужден был ответить, что эта часть его теории еще не завершена, но если квантовая теория будет принята, то схема такой

183