Если событие происходит только в результате последовательных этапов, то амплитуда вероятности события – это произведение амплитуд вероятностей каждого отдельного этапа.

φ =φ _а·φ _b·φ _с.

Указанные выше принципы кажутся весьма абстрактными. Но самым изумительным является то, что с их помощью удаётся объяснить абсолютно все оптические явления. Именно все без исключения! Квантовая электродинамика с высочайшей точностью описывает и то, что удаётся описать с помощью геометрической и волновой оптики, и то, что не удаётся описать с помощью геометрической и волновой оптики. А самым существенным является то, что квантовая электродинамика, будучи превосходной современной теорией, позволяет предсказывать новые эффекты. Так лазер – современный оптический прибор – был бы невозможен без квантовой физики. Хочу особо подчеркнуть: без знания квантовой физики невозможно ни объяснить принцип его действия, ни «изобрести» его, так как квантовая физика требует иного взгляда на окружающий нас мир, взгляда плохо согласующегося с нашими повседневными представлениями. И опять, как и в случае с теорией относительности, следует иметь в виду, что, несмотря на всю экзотичность квантовомеханических представлений об окружающем нас мире, именно они являются верными, так как подтверждаются экспериментально. Существование лазера – яркое тому подтверждение[4].

Сильное впечатление производит квантовомеханическое толкование таких привычных и кажущихся простыми явлений, как отражение и преломление света, а также интерференция и дифракция. Об этом можно прочитать в восхитительной книге: Р.Фейнман. КЭД. Странная теория света и вещества. НАУКА, М., 1988. В частности, можно понять, как получается, что скорость света в веществе меньше чем скорость света в вакууме. Ведь это утверждение противоречит теории относительности! Но квантовая электродинамика снимает это противоречие. Действительно, скорость света, т.е. скорость фотона всегда равна с, даже в веществе. Но, попадая в вещество, фотон многократно поглощается и вновь испускается электронами атомов, из которых и состоит вещество. Таким образом, получается, что пока фотон летит от атома к атому, его скорость равна с, но часть времени он проводит «в желудке у электрона» (на самом деле первоначально летевший фотон поглощается электроном и перестаёт существовать, а потом электроном испускается уже другой фотон, но такой же как и прежний). И поэтому мы регистрируем как бы «среднюю» скорость фотона (время чистого полёта и время «сидения в желудке у электрона» мы разделить не можем), которая и оказывается меньше с.

Можно также утверждать, что волновые свойства света проявляются только как коллективный эффект, обусловленный прилётом невообразимо большого числа фотонов. Тогда их совместное действие можно описать волновым уравнением. Там, где само физическое явление принципиально носит однофотонный характер (например, фотоэффект, эффект Комптона), ни о какой волновой природе света говорить не приходится.

Следует признать, что идейно геометрическая и волновая оптика – ущербны, не выдерживают никакой критики, так как не могут описать все оптические явления. Квантовая электродинамика в состоянии описать всё, и идейно она безупречна. Тогда какой же смысл в изучении геометрической и волновой оптики? Смысл есть. Квантовая механика позволяет безупречно просчитывать лишь некоторые физические ситуации, чаще всего с небольшим количеством частиц. Там же, где в процессе участвует много частиц, математический аппарат квантовой механики, гораздо более сложный, чем в случае геометрической и волновой оптики, пробуксовывает, расчёты становятся невозможными. А расчёты в рамках геометрической и волновой оптики проще, и там, где это возможно, для расчётов следует пользоваться геометрической и волновой оптикой. Но именно для расчётов. Мыслить надо в рамках квантовой механики!

20 октября 2003 года Д.т.н. Гребёнкин М.Ф.

[1] Заметим, что сначала была создана теория (превосходная!), написаны уравнения Максвелла, потом было предсказано существование электромагнитных волн, а ещё позднее эти волны были обнаружены экспериментально. Яркий пример научного (единственно возможного) предвидения, всё остальное – гадание.

[2] Такой фиктивный источник света конечно должен быть точечным, а соседние источники должны находиться на расстоянии примерно равном длине волны света.

[3] Фейнман, нобелевский лауреат, создатель квантовой электродинамики (40-вые годы прошлого века). Это всё ещё современность, первой версии квантовой механики – более 75 лет, теории относительности – скоро 100 лет, теории Максвелла – почти 150 лет, теории Ньютона – более 300 лет.

[4] Вообще, вся современная электроника, все эти компьютеры, мобильные телефоны, плоские телевизоры и множество других современных электронных приборов – всё это прямое следствие успехов квантовой механики.