Читать онлайн «Симметрия в микромире»

Доктор физико-математических наук А. С. КОМПАНЕЕЦ СИММЕТРИЯ В МИКРОМИРЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО «ЗНАНИЕ* Москва 1965 К ЧИТАТЕЛЮ Настоящая брошюра «Симметрия в микромире» является второй частью работы профессора А* С Компа- нейца, посвященной вопросам симметрии в физике* В ней рассматриваются микросистемы, не подчиняющиеся классической механике. В некоторых местах автор ссылается на разделы и рисунки первой части, составляющей предыдущую брошюру «О симметрии» и рассматривающей вопросы симметрии в классической механике Ньютона, Это^ облегчает усвоение более сложных вопросов симметрии MHKpoMnpaj составляющих предмет второй части работы. I. Волновые свойства движения "IT" ервая половина XX века ознаменовалась величайшими -"- сдвигами в области физического мышления. Один из них связан с теорией относительности. Другой, не менее важный — с квантовой теорией; ее подтверждает (как и докван- товую, ньютоновскую механику) огромная совокупность опытных фактов. Но из всех опытов мы начнем с того, который «наиболее прямым и наглядным образом обосновывает важнейшие представления квантовой теории. В 1926 году Дэвиссон и Джермер показали, что электроны, проходя сквозь кристаллическую решетку, рассеиваются в ней точно так же, как рентгеновские лучи, т. е. электромагнитные волны. Частицы движутся как волны! Здесь не образное сравнение, а физический закон. Чтобы разъяснить его, рассмотрим сначала, как проходят сквозь кристаллическую решетку рентгеновские лучи. Пространственную решетку кристалла можно представить себе в виде стопки плоских решеток, наложенных одна на другую. Когда волна проходит сквозь кристалл, она последовательно частично отражается от каждой плоскости. Волны, отраженные от всех плоскостей, накладываются друг на друга. При этом между ними все время сохраняется постоянная разность фаз, соответственно расстоянию между плоскостями кристалла. При известных условиях отраженные волны взаимно усиливаются. Чтобы произошло взаимное усиление волн, их гребни и впадины должны совпадать. Если бы гребни наложились на впадины, произошло бы не усиление, а гашение волн. Но для того чтобы между волнами существовала опреде^ •ленная разность фаз, они должны проходить через кристалл ттод соответствующим углом. Расстояние между плоскостями —■ постоянная для данного кристалла величина, не кратная длине волны. Волна должна идти не перпендикулярно плоскости, а под углом, так, чтобы разность путей, пройденная между двумя соседними плоскостями, равнялась как раз λ, 3 или 2 λ, или 3 λ и т. д. Тогда, и только тогда, отраженные волны окажутся в фазе, взаимно усилятся. Именно эта особенность отражения рентгеновских лучей от кристаллов, открытая в 1913 году М. Лауэ, позволила расшифровать атомное строение кристаллов и подвела экспериментальную базу под систематику Шенфлиса и Федорова· Обычные световые волны гораздо длиннее рентгеновских, им было бы «тесно» между плоскостями кристалла. Если бы электрон двигался сквозь кристалл, как должна двигаться в нашем представлении частица вроде дробинки, картина его рассеяния на кристалле была бы очень сложной и смазанной.