28 мая 2018 г. | Автор: Евгений Фёдоров
Электрон — волна или частица?

Природа электрона двойственная – иными словами, корпускулярно-волновая. То есть электрон – одновременно и волна, и частица. Как учёные выяснили это? Заглянем более, чем на 100 лет назад.

XX век — это время войн и катастроф, с одной стороны, и революционных научных открытий, с другой. К началу столетия учёные открыли множество явлений и эффектов, ставших неразрешимыми для классической физики. К примеру, планетарная модель атома Эрнеста Резерфорда для 1911 года вообще была невозможна по канонам электродинамики, так как вращающийся вокруг ядра электрон должен был просто-напросто упасть на ядро атома. Но раз старая физика не подходит, будем придумывать новую. Именно под таким лозунгом учёные вступили в век величайших квантовых открытий.

Началось всё с Юлиуса Плюккера, впервые описавшего зеленоватое свечение в стеклянных трубках, способное перемещаться под действием магнитного поля. А 30 апреля 1897 года будущий нобелевский лауреат Джозеф Джон Томсон с помощью специально сконструированной катодно-­лучевой трубки доказал научному сообществу, что зелёные лучи не что иное, как отрицательно заряженные частицы — электроны. 

Вакуумная трубка Томсона была прямой предшественницей телевизионных кинескопов и компьютерных мониторов, в которой под высоким напряжением из катода выбивались электроны, а затем под действием магнитного поля их поток отклонялся от отрицательно заряженной пластины. Это и стало прямым доказательством «минусовой» природы электрона.

Стоит сделать небольшое отступление и упомянуть об авторстве термина «электрон», которое принадлежит ирландскому физику Дж. Джонсону Стоуни, датируется 1891 годом и в его трактовке означает «фундаментальную единицу измерения электроэнергии». Томсон же пошёл гораздо дальше и вычислил примерную динамику электронов — 1/10 скорости света, а также возможность частицы возникать из любого вещества. Стало понятно, что атомы элементов различаются фактически только набором абсолютно одинаковых электронов. 

Эрвин Шрёдингер 

1887–1961

Австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1933). Член ряда академий наук мира. Шрёдингеру принадлежат множество фундаментальных результатов в области квантовой теории, которые легли в основу волновой механики.

Вернер Гейзенберг 

1901–1976

Всемирно известный немецкий физик, создатель «матричной квантовой механики», лауреат Нобелевской премии за создание квантовой механики. Работы относятся к квантовой механике, квантовой электродинамике, релятивистской квантовой теории поля, теории ядра, магнетизму, физике космических лучей, теории элементарных частиц, философии естествознания.

Период открытия субатомных частиц стал судьбоносным в истории — все лучшие умы ринулись на детальное изучение нового, неизведанного ранее мира. Наиболее важным оказалось противостояние двух великих физиков XX века — Шрёдингера и Гейзенберга, которые насчёт природы электрона имели диаметрально противоположные мнения. Эрвин Шрёдингер утверждал, что электрон является волной и никакого отношения к частицам не имеет, а Вернер ­Гейзенберг говорил об электроне как о частице. Они оба оказались и правы, и неправы одновременно: как волна электрон способен на преломление, интерференцию и отражение (дифракцию), а как частица электрон обладает массой и электрическим зарядом.

Квантовые величины невероятно малы. Например, если увеличить кота настолько, что его глаз стал бы размером с Солнце, то при таком же увеличении, электрон будет примерно с кошачий глаз.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №9(25). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.