Из всех явлений о квантовой, корпускулярной природе света может свидетельствовать разве что планковский закон излучения абсолютно чёрного тела. Этот закон и привёл некогда к мысли о квантовой структуре света. Но и его легко понять с классических позиций и волновых представлений о свете, если верно интерпретировать процесс теплового излучения. Как было показано ранее [3], тепловое излучение возникает в результате поглощения атомами электронов. Когда атом металла, газа захватывает электрон, тот начинает вращаться в атоме, излучая на частоте своего вращения
f=E/h,
где E - энергия поглощённого электрона.
Электроны, как и любые другие частицы при температуре T, подчиняются распределению Максвелла. То есть доля, концентрация электронов со скоростью V есть
n~Ee-E/kT,
где E=MV2/2. Спектральная плотность энергии u - энергия, излучаемая на данной частоте f, пропорциональна NE, где N - частота захвата атомами электронов энергии E=hf. Для быстрых, высокоэнергичных электронов частота столкновений и захватов определяется их концентрацией n и скоростью V, много большей скорости атомов:
N~nE.
В итоге энергия, излучаемая атомом на частоте f, будет u~E3e-E/kT=(hf)3e-hf/kT, что совпадает с законом излучения Вина и с формулой Планка для высоких частот. Ну а низкие частоты возникают от ударов медленных электронов, имеющих малую энергию. Скорости этих электронов уже меньше средней скорости атомов, и частота их столкновений, захватов зависит уже не от энергии E, а определяется скоростью, энергией атомов N~nkT. Поэтому энергия, излучаемая атомом на низких частотах, есть
u~E2kTe-E/kT=(hf)2kTe-hf/kT или u~(hf)2kT,
если учесть близость e-hf/kT к единице. Но это есть в точности формула Релея-Джинса или формула Планка для низких частот (рис. 7).
Выходит, формула Планка имеет классическое объяснение в обоих предельных случаях. Критерий перехода между ними даёт соотношение тепловой энергии атомов и электронов - соотношение энергии kT и E=hf. При kT>>hf получаем формулу Джинса, а при kT<<hf - формулу Вина. Можно рассчитать и промежуточный случай, и он даст близкое, но неточное совпадение с формулой Планка. Но ведь и она не вполне точна, давая порой заметные расхождения с опытом, хотя это и объясняют тем, что в природе нет абсолютно чёрных тел.
Так что световую волну ни к чему считать фотоном, частицей. Не существует опытов, для объяснения которых нужны частицы света. Введение фотонов, когда все свойства света легко объяснить классическими волнами, - это то самое преумножение сущностей, против которого предостерегал Оккам. Впрочем, есть всё же одно опытно найденное (скажем в опытах с радиолокацией) свойство света, которое трудно объяснить, считая его волной. Это сложение скорости света со скоростью источника, аналогичное сложению скорости испускания частиц (скажем радиоактивным изотопом) со скоростью их источника. Считали, что это невозможно для волн, скорость которых определяется не источником, а исключительно средой.
Тем не менее, как показал Вальтер Ритц ещё век назад, в 1908 г, свет - это всё же волна, но волна особая. Эта волна не расходится в неподвижной среде, а движется вместе со средой - с потоком частиц-реонов, испущенных колеблющимися зарядами источника и потому заимствующих скорость источника. Поток частиц имеет волновое распределение в пространстве, смещающееся вместе с потоком. Этот экзотический вид волн, сопровождаемых переносом среды, встречается ещё в плазме, в клистронах. Да и пресловутые волны де Бройля, как считают, движутся вместе с материей, частицами. Выходит, квантовая механика в чём-то повторила ритцеву модель света, но лишь эта последняя дала свойствам света наглядное рациональное объяснение. Только Ритц сумел при объяснении свойств света пройти по лезвию бритвы, ни на йоту не уклонившись ни в сторону частиц, ни в сторону волн, оставаясь на высоте здравого смысла. Все другие кренились в стороны и падали в бездну мистики и обскурантизма. Так возникли сотни НИИ ЧАВО (ЧАстиц-ВОлн), занятых вместо науки мистикой.
Итак, частицы всегда остаются частицами, а волны - волнами. Поэтому бессмысленно вести двойную бухгалтерию волн-частиц. Наш мир устроен просто и ясно. И лишь нежелание или неумение разобраться в сути происходящего, в природе явлений, побуждает учёных выдумывать запутанные теоретические схемы. Эти схемы противоречат принципу Оккама, ибо вводят столько новых, абсурдных, ниоткуда не следующих допущений, что их шанс оказаться верными ничтожен. Ещё Ритц предупреждал, что нельзя вводить новых сложных фундаментальных гипотез, покуда нет уверенности, что исчерпаны более простые и естественные. Остро отточенная бритва Оккама должна быть главным орудием учёного. Именно она позволяет отсечь всё лишнее, мистическое, абсурдное и разделить частицы с волнами.
Источники
волна частица гипотеза оккама
1. Электрон - волна ли? // "Инженер", 2005, №6.
2. Свет - частица ли? // "Инженер", 2006, №6.
3. Революция в учении о свете // "Инженер", 2006, №12.
4. Тайное сопротивление // "Инженер", 2007, №11.
5. Сивухин Д.В. Атомная и ядерная физика. Ч.1, М.: Наука, 1986.
6. Займан Дж. Принципы теории твёрдого тела. М.: Мир, 1974.
7. Матвеев А.Н. Атомная физика. - М.: Высшая школа, 1989.
8. Барашенков В.С. Вселенная в электроне. - М., 1988.