В. Мантуров

Фотоны и волны де Бройля. Что у них общего? Они тороидальны

Появился человек (разумный). Жарко, и он вошел в тень ближайшего дерева. Отдохнув, вышел из тени и заметил, что рядом с ним тоже тень. И она движется вместе с ним, если Солнце где-то позади. Его тень. И дубина, что в его руке, образует тень. Тень же одинокого высохшего деревца, из которого он недавно смастерил свою дубину, почему-то не остается на месте. Утром она длинная и смотрит на еще не погасший костер. Днем почти исчезает, чтобы к вечеру стать опять длинной и повернутой в иную сторону. Странно. Но понятно, что тень как бы копирует и его самого с дубинкой, и деревце, сломленное им. Если острой веточкой обвести границы тени, то получится рисунок. Но тень, видимо, не любит заключения: неспешно уходит из рисунка.

Так впервые пришла мысль, что свет от солнца, да и от костра ночью, приходит или уходит по прямой. И камень летит в зазевавшуюся косулю – по прямой, иначе как бы он попал в косулю... Расфилософствовался. Но об этом полезном наблюдении следует теперь рассказать детям.

Сотни тысяч лет потребовались еще, чтобы подобные наблюдения и философия привели к твердому убеждению: лучи света распространяются прямолинейно. Как будто свет – частички. К такому именно выводу пришел и Ньютон. Его мнение оспаривали и его современник Гюйгенс, и веком позже – Юнг, Френель и другие. Они отстаивали идею, согласно которой свет – это волны, распространяющиеся как и волны на воде, но только в эфире, и они поперечны. Их теорию признали и надолго. Эту точку зрения разделяли и Фарадей и Максвелл. Однако Герц в опытах «предоткрыл» фотоэффект, а Столетов и Ленард исследовали это явление и установили необычные его закономерности. Теперь они известны каждому старшекласснику.

Планк перевернул представления о свете и свои и наши, придя к мысли, что свет излучается только порциями, а затем превращаются снова в волны. Эйнштейн же убедил всех, что свет – это не просто целочисленные порции энергии, а корпускулы, которые остаются ими и при распространении. И поэтому “Наблюдая луч света, довольно трудно себе представить, что тонкий, «как бритва», луч – совокупность бесконечно протяженных волн. Скорее хочется согласиться, что это поток частиц, летящих по прямолинейной траектории” – (М. Каганов. Электроны. Фононы. Магноны М 1979). Но Эйнштейн не отверг убеждения и в том, что световые кванты – это электромагнитные волны.

Физики все больше склонялись к тому, что свет – это и волны и корпускулы, что он двойствен. Возникла идея о корпускулярно-волновом дуализме: невозможно отказаться ни от волновой атрибутики света, ни от корпускулярной. Дуализм распространили и на частицы. Эта идея возникла в голове де Бройля. С тех пор физики иногда вспоминают и о волнах де Бройля и чаще всего, как это ни странно, применительно к ядерной физике. Но почти не вспоминают -- применительно к оптике. Почему?