Опровержение теории Бора, Крамерса, Слэтера

Квантовая теория дисперсии явилась большим успехом квантовой теории. Но, понятно, в теории Ладенбурга-Крамерса фигурируют реальные электромагнитные волны, а не виртуальные волны Бора-Крамерса-Слэтера. О теории Бора-Крамерса-Слэтера Гейзенберг в цитированной нами статье писал: "Исключительные идейные трудности, с которыми боролась в ту эпоху теория, нашли наиболее яркое выражение в известной работе Бора, Крамерса и Слэтера по теории излучения. Это исследование представляло, собственно, высшую точку кризиса квантовой теории и, несмотря на то что оно не смогло дать правильного выхода из затруднений, способствовало, более чем какая-либо другая работа, уяснению ситуации в квантовой теории. Прежде всего Бор, Крамере и Слэтер подчеркнули со всей резкостью невозможность отказа от результатов классической теории интерференционных и дифракционных явлений. Поэтому для объяснения фотоэлектрического эффекта они отказались от закона сохранения энергии; волны следует рассматривать как волны вероятности поглощения и испускания носителей энергии. На первый взгляд как будто кажется, что можно соединить закон сохранения энергии с интерференционными явлениями, если только потребовать, что "волновые поля определяют вероятность траекторий световых квантов". Но такое понимание является поверхностным и может легко привести к абсурду, если предварительно не заняться подробной теоретико-познавательной критикой понятий, примененных в только что высказанном положении. Все же теория Бора-Крамерса-Слэтера была только одним из двух равноправных выходов из трудностей. Можно сохранить принцип энергии, но зато отказаться в некоторых пунктах от классической теории интерференции. Эта возможность долгое время защищалась Эйнштейном и позже была отклонена. В действительности же оба рассмотренные здесь выхода оказались несовместимыми с опытом".

Опыты, которые отвергли теорию Бора-Крамерса-Слэтера, принадлежали Боте и Гейгеру (1925) и Боте (1926). В опытах Боте и Гейгера пучок рентгеновских лучей проходил через камеру, заполненную водородом между двумя счетчиками, один из которых закрыт платиновой фольгой, защищающей его от проникновения электронов, кванты же рассеянных рентгеновских лучей вырывают из фольги фотоэлектроны, регистрируемые счетчиками. Если произошло рассеяние, то электроны отдачи регистрируются счетчиком электронов, рассеянный квант регистрируется счетчиком с фольгой по производимым фотоэлектронам. Из геометрии установки и регистрации квантов и электронов вытекало, что если рассеяние происходит по законам сохранения, то примерно из 10 отбросов счетчика квантов один совпадает с регистрацией электрона отдачи. По теории же Бора, вероятность совпадения регистрации должна быть 10^-10, т. е. ее фактически вообще нет. Опыты Боте и Гейгера показали, что закон сохранения энергии и импульса для единичного счета рассеяния выполняется. В опыте Боте внутри латунного цилиндра помещались друг против друга два счетчика Z₁ и Z₂, острия которых для большей чувствительности снабжались платиновыми шариками диаметра 0,1 мм. Крышки счетчиков были снабжены окошками, закрытыми алюминиевой фольгой. Между окошками на расстоянии 1 мм от каждого из них помещалась медная или железная фольга, на которую падал узкий пучок рентгеновских лучей, под действием которого фольга испускала вторичное рентгеновское излучение (рентгенолюминесценция). По Бору, виртуальная волна в среднем обусловливает соответствие между актами поглощения и испускания так, что каждому акту поглощения рентгеновских лучей соответствует один акт испускания их в виде вторичного излучения. С точки зрения квантовой теории излучения отдельные кванты летят по дискретным направлениям случайным образом. Появления фотоэлектронов то в одном, то в другом счетчике являются случайными, независимыми событиями. Опыты Боте подтвердили квантовую точку зрения. Так, в случае независимости отклонений обоих счетчиков из общего числа отбросов на каждый счетчик 2760 случайных совпадений должно быть 42, по теории Бора-Крамерса-Слэтера их должно быть больше-167, наблюдения Боте дали 44 совпадения. Таким образом, теория Бора-Крамерса-Слэтера противоречит опытам. Наблюдения Комптона и Симона, опубликованные в том же, 1925 г., что и опыты Боте и Гейгера, в которых изучался эффект Комптона в камере Вильсона, показали, что в каждом элементарном акте рассеяния направления рассеянного кванта и электрона отдачи полностью соответствуют закону сохранения энергии и импульса. Надо было искать другой выход из трудностей в теории света.