Корпускулярно-волнового дуализма не существует в природе, или
Почему электрон не падает на ядро атома?
Корпускулярно-волновой дуализм – это парадоксальное представление о том, что некоторые материальные объекты одновременно проявляют корпускулярные и волновые свойства. На самом деле, увидеть нечто парадоксальное в этом очень трудно. Действительно, мы, одновременно, видим вокруг себя все вещественные тела как нечто «корпускулярное», но ведь при этом мы можем измерить и силу гравитационного поля, создаваемого ими. Естественно, гравитационное поле, как и любое другое, носит волновой характер. Правда, это поле, как принято считать, никак не проявляет своих волновых свойств, поскольку гравитационные волны – прямо или косвенно – до сих пор не обнаружены.
Заметим, однако: во-первых, не проявляет свойств – это не значит, что не обладает ими. Во-вторых, пытаясь найти волновые свойства материи, мы ищем всего два эффекта: интерференцию и дифракцию. А ведь есть еще и нелокальность – неотъемлемое свойство любого свободного поля, упоминания о котором лишний раз современная физика избегает (вот уж, где скрыт реальный парадокс, объяснить досконально который, ох, как нелегко). Почему мы в принципе не можем наблюдать интерференцию, дифракцию и нелокальность гравитационного поля, вы узнаете из статей «Нелокальность…» и «Как обнаружить гравитационные волны».
Но есть еще один эффект, сопутствующий всем волновым процессам. Это эффект Доплера! В книгах серии "Фрактальная философия природы" показано, что волновые свойства гравитации проявляют себя в нашем мире только через ГРАВИТАЦИОННЫЙ эффект Доплера. Там же описаны его особенности и связь с известным Доплер-эффектом для ЭМП.
Но вернемся к корпускулярно-волновому дуализму (КВД). Как мы только что выяснили, в самом сочетании волновых и корпускулярных свойств материи нет ничего парадоксального! Парадоксальным его сделали сами изобретатели КВД, произведя некоторую подмену понятий. Свой парадокс они должны были бы сформулировать следующим образом: существуют объекты, способные к интерференции-дифракции и одновременно обладающие массой (импульсом), то есть, являющиеся частицами. Однако, подобной одновременности уж точно в природе не бывает. Те объекты, на которые при этом указывают авторы парадокса в природе не существуют и никогда не существовали – разве что в мозгу у приверженцев принципа дополнительности. Действительно, есть свободное ЭМП, которое, не обмениваясь с веществом энергией, может, существуя автономно, квази-изолированно, интерферировать или дифрагировать на вещественных объектах, оставаясь при этом невидимым. Естественно, ни о какой массе или импульсе, то есть, вещественных свойствах этого поля или его элементов речи идти не может. Даже если имеется отражение поля от вещества (при полном отсутствии поглощения), обмена энергии между ними не происходит (см. «Давит ли свет на пластину …» в книге "Теория относительности..." серии ФФП) и говорить о корпускулярных свойствах рассматриваемого поля неуместно. Но вот вдруг, неожиданно произошло поглощение некой части свободного поля веществом. Поглощение! Это значит, что часть этого поля стало веществом! Естественно, поглощенная часть материи поменяла статус, свое состояние: было свободным ЭМП – стало веществом (частью вещественного объекта), обретя массу (импульс). Что и зафиксировал измерительный прибор, если таковой имелся.
Таким образом, никакого дуализма материи в природе не существует: имеются два принципиально различных состояния материи и переход ее из одного состояния в другое! Чтобы прочувствовать ситуацию до конца, представим себе, например, кристалл йода, помещенный в небольшой замкнутый объем. При этом йод будет сублимировать, и между газообразной и твердой фазами будет происходить обмен. Молекулы йода в кристалле будут совершать волнообразные колебания около кристаллического узла, молекулы газообразного – будут двигаться поступательно (между столкновениями), как и полагается частице. Как вы считаете, можем ли мы на этом основании утверждать, что йод обладает «корпускулярно-волновым дуализмом», или «колебательно-поступательным дуализмом» или, хотя бы, «дуализмом твердотельно-газообразным»?
Итак, существует вполне реальная, хотя и неощутимая граница между двумя фундаментальными уровнями организации материи – свободным ЭМП и веществом, своего рода энтропийный барьер (вероятность переходов «вверх» и «вниз» неодинакова). И вот переход этой границы материей, сопровождающийся естественной для фазового перехода (3-го рода!) сменой этой материей своего состояния, создает полную иллюзию пресловутого дуализма. Конечно, если не понимать физики происходящего.
Но кроме свободного ЭМП парадоксально ведет себя и электрон. Мы еще вернемся к обсуждению его «корпускулярно-волнового» поведения в этой главе (см. «Нелокальность …»). В основе его «аномального» поведения, как и в случае со свободным ЭМП лежит фазовый переход из одного состояния в другое. В случае с электроном речь идет о переходе из своего обычного «фермионного» состояния в «бозонное». Это становится возможным при объединении в пару двух электронов с противоположным спином. Именно в этом случае электроны обретают волновые свойства и способность к интерференции, дифракции, сверхпроводимости… Кстати, на орбите атома, сцепленный со своим спин-антиподом, электрон тоже ведет себя исключительно как волна, а не как электрически заряженная частица: в последнем случае он был бы обязан сам излучать электромагнитное поле!
Почему электрон не падает на ядро атома? Или, что то же самое, почему он не подчиняется уравнениям Максвелла? Да именно потому, что никакого корпускулярно-волнового дуализма в природе не существует! Электрон, который мы привыкли считать вещественной частицей, находясь на орбите атома, превращается (в совокупности со своим собратом-антиподом) в единое волновое целое. Пара таких электронов с антипараллельными спинами образуют своего рода колебательный контур без потерь, кстати, весьма устойчивый и не способный куда-либо «упасть». Чтобы яснее представить себе, как могут происходить колебания в таком контуре (кстати, напрямую необнаружимые: любое приборное вмешательство, разрушило бы эту орбитальную гармонию), надо понять что из себя представляет весьма непростое явление, известное в физике как нелокальность (см. «Нелокальность – это…», а также книгу Янчилина [ ] и книги данной серии [ ]). Однако, кратко мы здесь все же изложим самую суть. Движение электронов, находящихся в «волновом» состоянии, является дискретным, то есть, скачкообразным. Через чрезвычайно малые, равные промежутки времени (вспомни предсказанную Зеноном «дискрету времени», без которой невозможно дискретное движение) пара практически меняется местами. Но не совсем: каждый раз при этом происходит малый дискретный сдвиг пары (остающейся единым целым) – небольшой поворот вокруг их воображаемой орбитальной оси. Именно поэтому вещественному наблюдателю процессы, происходящие в свободном поле, всегда представляются как вероятностные, а сами электроны (в данном случае) – в виде «привидения»: размытого "квантового облака". На самом деле и электроны, и их «дискретные танцы» вокруг ядра вполне конкретны и постижимы. Хотя и не доступны нашему глазу или прибору…