Диалоги (август 2003 г.) - Гордон Александр - Страница 32

В чём же этот критерий заключается? Пожалуйста, будьте добры, картинку четыре. Оказалось, что феноменологические представления совершенно не в состоянии описывать процессы повторного рассеивания волны на одном и том же рассеивателе, которые изображаются петлями. Когда волна начинает движение на одном рассеивателе, потом испытывает рассеивание на каких-то других рассеивателях и потом возвращается опять к первому, исходному рассеивателю. Так вот такие петли феноменологическое представление учесть совершенно не в состоянии. Это просто понять – потому что эти петли мешают введению представления об эффективной рассеивающей неоднородности среды, таким образом, чтобы можно было разделить элементарные акты рассеивания на неоднородности и свободный пробег излучения между отдельными неоднородностями. Когда же петель нет, то тогда роль отдельной эффективной неоднородности играет просто отдельная частица. Но этого мало – нужно ещё, чтобы эти частицы были в основном расположены относительно друг друга в дальней волновой зоне так, чтобы волна, рассеянная на какой-то частице, приходила бы к другой частице после свободного пробега с достаточно хорошо сформированным волновым фронтом, каждый элемент которого можно рассматривать как плоскую волну.

При соблюдении этих условий можно ввести основную величину феноменологического подхода, лучевую интенсивность, которая определяет поток энергии излучения в заданном направлении, и эти лучевые интенсивности, согласно феноменологическому подходу, действительно можно просто складывать между собой, не учитывая фазы волн. Но, тем не менее, эта лучевая интенсивность определяет не только поток энергии излучения, но является и угловым спектром волнового поля, и таким образом позволяет определить, каким образом свойства когерентности излучения изменяются при распространении в рассеивающую среду.

При таком микроскопическом обосновании феноменологических представлений удалось детально проследить за тем, как происходит дифракция волны при многократном рассеивании на неоднородностях и как при этом изменяется свойство когерентности волнового поля. Собственно говоря, здесь упомянутый результат Ван Циттерта и Цирника, касающийся свойств когерентности источника теплового излучения был как бы вмонтирован в феноменологические представления о переносе излучения на основе микроскопических представлений.

Но здесь нужно, пожалуй, опять вернуться к сформулированному критерию применимости феноменологических представлений о переносе излучения в рассеивающей среде. Как было уже сказано, можно выбросить все петли с повторным рассеянием на одном и том же рассеивателе. Но спрашивается: можно ли их действительно выбросить? А не дают ли они всё-таки большой вклад? Тогда феноменологические представления могут оказаться просто не обоснованными.

Но как показывает рассмотрение, большинство петель действительно дают маленький вклад, и в этом можно убедиться таким образом. Ведь у нас частицы имеют случайное распределение в пространстве. Мы можем их случайно сдвинуть в каждой петле. При этом случайно изменяются набеги фаз волн, которые рассеиваются на частицах петли, и вклад петли становится малым. Однако всё-таки существуют такого рода петли, вклад которых остаётся заметным даже при таком случайном смещении частиц, которые входят в петлю. И анализ этих специальных процессов повторного рассеивания излучения на одном и том же рассеивателе привёл в 69-73-м годах к предсказанию нового явления – слабой локализации излучения в рассеивающей среде. А это явление слабой локализации излучения оказалось предвестником так называемой сильной локализации Андерсона, и вызвало большой интерес как с точки зрения теоретического рассмотрения, так и с точки зрения эксперимента, и вообще заставило пересмотреть основные представления феноменологической теории переноса излучения – и даже в целом представления о переносе излучения в рассеивающих средах.

Дальше я хотел бы остановиться на некоторых вопросах, связанных с локализацией излучения с точки зрения опять-таки феноменологических представлений. В 58-ом году, как известно, была опубликована работа американского физика Андерсона, который показал, что в некоторых решётках, в некоторых решётчатых системах, в узлах которой расположены притягивающие потенциалы, электроны перестают диффундировать, если внесён достаточный беспорядок в распределение этих потенциалов в узлах решётки. То есть электрон остаётся на том месте, где он был в начальный момент. Андерсон показал, что в трёхмерных решётках это явление, получившее название локализации Андерсона, наступает только в том случае, если беспорядок достаточно большой. Но вслед за Андерсоном вскоре было показано, что в одномерных цепочках такое состояние локализации существует при любом, сколь угодно малом беспорядке.

Интересно ещё вот что. Работа Андерсона была опубликована в 58-ом году, а через год, в 59-ом году (на что как-то не очень обращают внимание в западной литературе) появилась хорошая работа Герценштейна и Васильева о распространении излучения через волновод со случайными неоднородностями. При этом Герценштейн и Васильев показали, что в таком случае коэффициент отражения волны от куска волновода стремится к единице, а коэффициент прохождения стремится к нулю – в соответствии с законом сохранения энергии – с увеличением длины волновода. Причём существенно, чтобы коэффициент прохождения стремился к нулю не обратно пропорционально длине куска волновода, как можно было ожидать согласно феноменологическим представлениям, а экспонциально быстро.

Наконец в 69-ом году Газарян примерно такого же рода задачу рассмотрел без всякого волновода, а просто в одномерной, случайной единородной среде в неограниченном пространстве. Газарян рассматривал совокупность тонких диэлектрических экранов, которые были случайно расположены вдоль направления распространения волны. Вот такая одномерная, случайная единородная среда, и Газарян в ней тоже получил явление, тоже получил результат, согласно которому коэффициент прохождения становился экспонциально мал с увеличением толщины такой среды.

Эти явления локализации, которые были предсказаны в работах Андерсона, Герценштейна и Васильева, Газяряна, в обстоятельных работах Кляцкина, сделали проблему условий применимости феноменологических представлений о переносе излучения в рассеивающей среде весьма актуальной. Действительно, эти результаты показывали, что в одномерных средах эти феноменологические представления о переносе излучения совершенно не применимы. Хотя до работ Герценштейна и Васильева, Газаряна феноменологические представления без всяких оговорок применялись и к одномерным средам, то есть исследователи не предполагали, что в одномерных-то средах эти феноменологические представления совершенно непригодны. Но как же быть с трехмерными средами, к которым обычно эти феноменологические представления и применяются? Есть ли там какие-нибудь аналоги такого рода явлений локализации? Из работ Герценштейна и Васильева, Газаряна относительно трехмерных сред об этом ничего сказать нельзя было, эти работы ничего относительно трехмерных сред не говорили. В работе Андерсона говорилось относительно трехмерных решёток, но всё-таки эта работа относилась скорее к физике твёрдого тела, а не к распространению волн в рассеивающих средах.

В то время создавалось впечатление, что должно существовать новое физическое явление, удовлетворяющее следующим условиям. С одной стороны, конечно, это явление должно происходить в трехмерной рассеивающей среде, и оно должно быть аналогично явлению локализации в одномерной среде, хотя бы в слабой форме. А с другой стороны, это явление должно было бы примыкать всё-таки к феноменологическим представлениям о переносе излучения. И такое явление, которое впоследствии получило название «слабой локализации в трехмерных рассеивающих средах», действительно было найдено в работах 69-73 годов.

Я хочу попросить ещё раз показать картинку четыре. Поскольку в этом явлении как раз играют существенную роль эти повторные рассеяния излучения на одном и том же рассеивателе. Пожалуйста, подержите эту картинку подольше, пока я не дам отбой, она имеет принципиальное значение.