Эксперимент с электронами
Теперь представим себе аналогичный эксперимент с электронами. Он представлен схематически на рис. 6.3. Мы будем использовать электронную пушку, состоящую из вольфрамовой спирали, нагретой электрическим током и помещенной в металлический корпус с отверстием в нем. Если на проволоку подано отрицательное напряжение, а на корпус — положительное, то электроны, испущенные проволокой, будут ускоряться стенками корпуса, и некоторые из них проскочат через отверстие. Все электроны, испускаемые пушкой, будут иметь (приблизительно) одинаковую энергию. Напротив пушки снова поместим стену (просто тонкую металлическую пластину) с двумя отверстиями. За ней разместим еще одну пластинку, которая будет поглощать все электроны. Перед второй стеной поместим подвижный детектор. Это может быть счетчик Гейгера или, пожалуй, лучше — электронный умножитель, присоединенный к динамику.
Рис. 6.3. Интерференционный эксперимент с электронами
Сразу должен предупредить вас: не пытайтесь самостоятельно провести этот эксперимент (в отличие от двух предыдущих, которые вы могли бы провести сами). Этот эксперимент никогда не проводился так, как мы здесь его описываем. Трудность заключается в том, что прибор должен иметь чересчур миниатюрные размеры для получения интересующих нас эффектов. То есть, мы производим лишь «мысленный эксперимент», потому что так легче его обдумать. Мы знаем, какие результаты дал бы этот эксперимент, потому что уже проделано много опытов на приборах, размеры и пропорции которых давали возможность наблюдать такие эффекты.
Первое, с чем мы сталкиваемся в эксперименте с электронами, — то, что мы слышим отрывистые «щелчки» из детектора (то есть, из динамика), причем все щелчки одинаковой громкости. Нет никаких «полущелчков».
Мы замечаем также, что щелчки возникают очень нерегулярно. Что-то наподобие щелк.....щелк-щелк . . . щелк.....
щелк.......щелк-щелк......щелк . . . и т. д. — очень похоже на звук действующего счетчика Гейгера, который вы вероятно слышали. Если подсчитать количество щелчков за достаточно длительное время — скажем, за несколько минут — а затем подсчитать еще раз за такой же период, то окажется, что эти два числа отличаются друг от друга очень незначительно. Поэтому мы можем говорить о средней частоте возникновения щелчков (столько-то щелчков в минуту в среднем).
Перемещая детектор, мы обнаружим, что частота щелчков то растет, то падает, в то время как размер (громкость) каждого щелчка остается всегда одинаковой. Если мы охладим проволоку в электронной пушке, то частота щелчков понизится, но громкость щелчков останется неизменной. Кроме этого, мы бы заметили, что, поместив два независимых детектора на задней стенке, мы бы слышали щелчки от одного либо от другого из них, но никогда от обоих вместе. (За исключением тех редких случаев, когда два щелчка на разных детекторах происходят с такой малой разницей во времени, что для нашего слуха они сливаются в один звук.) Из этого мы заключаем: что бы ни поступало в детектор, оно поступает туда «порциями». Все «порции» имеют одинаковый размер: поступают только целые «порции», в каждый момент в поглотитель попадает только одна порция. Скажем так: «Электроны всегда поступают одинаковыми порциями».
Точно так же, как в опыте с пулями, мы можем теперь приступить к поиску ответа на вопрос: «Какова относительная вероятность того, что электронная «порция» поступит в поглотитель на различных расстояниях х от середины?» Как и раньше, мы получим относительную вероятность, подсчитывая частоту щелчков при стабильно работающей электронной пушке. Вероятность того, что порции окажутся на определенном расстоянии х, пропорциональна средней частоте щелчков в этом х.
Результат нашего эксперимента — интересная кривая Р12, изображенная на рис. 6.3, в. Да! Именно так ведут себя электроны.
