Избранные научные труды

Один из путей решения задачи основан на требовании, чтобы общие законы, как, например, законы сохранения импульса и энергии, выполнялись и при единичных процессах. Это требование отчётливее всего выражено в так называемой «гипотезе световых квантов» Эйнштейна. Чтобы в процессах эмиссии и поглощения излучения выполнялся, например, закон сохранения энергии, принимается, что даже в пустом пространстве процессы излучения в принципе не могут быть описаны с помощью классических представлений. Согласно гипотезе световых квантов, распространение излучения происходит не путём обычного волнового движения, а так, что энергия излучения во время его распространения постоянно сконцентрирована на небольшом участке пространства и в процессах поглощения оно выступает как целое. Содержащееся в этих световых квантах количество энергии должно быть постоянным и равным h.

Хотя эта точка зрения имеет большое значение для понимания некоторых классов явлений, например, фотоэлектрического эффекта, с позиций квантовой теории обсуждаемая гипотеза не может всё же рассматриваться как удовлетворительное решение. Как известно, именно эта гипотеза приводит к непреодолимым трудностям при объяснении явлений интерференции, представляющих собой основное средство при исследовании свойств излучения ¹. Во всяком случае можно утверждать, что лежащее в основе гипотезы световых квантов положение принципиально исключает возможность осмысления понятия частоты , играющей главную роль в этой теории. Поэтому гипотеза световых квантов непригодна для того, чтобы дать общую картину процессов, которая могла бы включать всю совокупность явлений, рассматриваемых при применениях квантовой теории. Напротив, способ объяснения, при котором гипотеза передаёт лишь некоторые стороны явлений, пригоден для обоснования воззрения, рассматриваемого с различных сторон; В противоположность принятому в классической физике описанию явлений природы, где всегда имеют дело только со статистическими результатами большого числа единичных процессов, полное пространственно-временное описание процессов в атомах не может быть произведено с помощью понятий, заимствованных из классической электродинамики. Следует отметить, что до настоящего времени эти понятия являлись единственным средством для определения принципов, лежащих в основе применений квантовой теории.

¹ См.: Н. A. Lorentz. Phys. Zs., 1910, 11, 349.

В этой связи можно было бы указать на ряд весьма остроумных попыток, в том числе на недавние исследования Уиттекера ², направленные на разработку механизма, воспроизводящего характерные черты квантовой теории. Эти попытки, пожалуй, могут указать, в каком направлении в будущем надо искать полное обобщённое описание процессов, однако следует подчеркнуть, что при современном состоянии теории они едва ли могут быть пригодны для освещения фактических применений квантовой теории.

² Е. Т. Whillаkеr. Proceed. Roy. Soc. of Edinburgh, 1922, 42, p. II, 129.

§ 2. Принцип связи

Другой способ рассмотрения состоит в том, что для законов квантовой теории, определяющих стационарные состояния атомных систем, и законов, регулирующих процессы излучения, чисто формально пытаются найти единое выражение. Это достигается тем, что прежде всего отказываются от рассмотрения излучения в свободном пространстве и рассматривают поле излучения в замкнутом пустом пространстве с отражающими стенками. Согласно классической электродинамике, такое поле имеет формальную аналогию с движением многократно периодической системы, состоящей из материальных частиц, тогда как поле излучения, как известно, может быть представлено состоящим из чисто гармонических собственных колебаний, независимых друг от друга. Поэтому в данном случае можно, по крайней мере формально, применить теорию определения стационарных состояний многократно периодических систем. Очевидно, что энергия, приходящаяся при этом на каждое собственное колебание, равна целому, кратному h, где — частота соответствующего собственного колебания. Как известно, эта идея положена в основу попыток Эренфеста ¹ и Дебая ² вывести закон теплового излучения Планка без применения специальной гипотезы относительно процессов испускания и поглощения. Значение этой точки зрения для нашей цели заключается в том, что условие частот (В) формально можно трактовать так же, как и правила квантования (А) ³. Поскольку как атомная система, так и пустое пространство после обмена энергией снова находятся в стационарных состояниях, можно принять, что этот обмен энергией подчиняется тем же законам, что и обмен энергией при взаимодействии со второй атомной системой, не сопровождающемся излучением, которое мы рассмотрели в § 4 гл. 1. При этом в соответствии с обычным способом выражения под связью мы будем понимать возможность переноса энергии между двумя, в первом приближении независимыми формами движения; мы назовём это положение «принципом связи».

¹ Р. Ehrenfest. Phys. Zs., 1906, 7, 528.

² Р. Dеbуе. Ann. d. Phys., 1910, 33, 1427.