Даниил Данин - Нильс Бор

Только НАБЛЮДАЕМЫЕ величины — вот чем должна оперировать теория микромира! Это —было его исходным пунктом.

Не оттого ли все затруднения, что теоретики стараются описать в деталях картины механического движения, возможно, вовсе не отражающие микродействительности? Молодой Гейзенберг по-новому оценил серьезность этого старого подозрения.

Ясная параллель обнаруживала, в чем тут корень зла.

…Когда астрономы обсуждают положения и скорости планет, они в общем-то знают, о чем говорят: движения освещенных солнцем планет наблюдаемы. И потому величины, входящие в формулы астрономов, доступны проверке. Но когда похожим математическим процедурам подвергаются электроны на атомных орбитах, физики не знают, о чем они говорят: эти орбиты наблюдению недоступны. Увидеть — значит сначала осветить. Однако в первом же измерении квант собьет электрон с его пути. Так и астрономы не смогли бы наблюдать орбиты планет, если бы потоки солнечного света способны были сталкивать их с предписанных механикой небесных дорог. И эта небесная механика потеряла бы физический смысл.

Зачем же теоретикам микромира оперировать с величинами, быть может лишенными физического содержания?

С этой простой идеи начал Гейзенберг.

Он полагал, что с ним заодно сама история физики XX века. Разве не отказался Эйнштейн рассматривать абсолютное время — единое для всех движущихся тел — именно потому, что никакое наблюдение не могло бы подтвердить его существование? Все доступные измерению времена относительны. Они и должны содержаться в формулах механики. А Бор с его отказом описывать в координатах времени и пространства квантовые скачки? Что заставило датчанина пойти на этот шаг, чуждый прежнему духу естественнонаучного понимания хода вещей в природе? Да ведь только то и заставило, что в квантовых событиях никак не проследить постепенный «ход вещей». Ненаблюдаемость скачков с орбиты на орбиту вынудила изменить традициям.

Так отчего же не сделать еще один шаг: раз нельзя наблюдать и орбиты, не надо описывать движение электрона вокруг ядра! Резерфордовский образ электронов-планет, может быть, чистая иллюзия. Известно лишь, что атом изменяет свою энергию прерывисто и потому последовательность разрешенных уровней образует лестницу. О недробимых прыжках по этой лестнице свидетельствуют испускаемые кванты. Частота и амплитуда «чего-то колеблющегося» в атоме — вот все, что доподлинно наблюдаемо в эксперименте. Частота обнаруживается в цвете спектральных линий, амплитуда — в их яркости. Много это или мало — посмотрим…

Так полагал Гейзенберг. (Если оголить суть до схемы.)

Знания частот достаточно, чтобы судить об энергии квантов. Знания амплитуд достаточно, чтобы судить о вероятности их испускания. Наборы таких наблюдаемых величин дают необманную информацию о главных событиях атомной жизни — о квантовых скачках-переходах. А если так, то лишь этими наборами должна оперировать искомая КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА.

Идея стала программой действий.

Еще до бегства на Гельголанд Гейзенберг принялся строить по этой программе теорию атома водорода. И потерпел неудачу. Запутался. Открылось, что надо было еще научиться оперировать с наборами наблюдаемых величин. Прежний опыт физики помочь не мог: она такими вещами не занималась. Неизвестно было даже, в какой форме записывать эти наборы и по каким правилам пускаться с ними в математическую игру.

В общем, следовало придумать свою математику. Уже в Геттингене, бедствуя с атомом водорода, он нащупал основу.

…Как в единой записи охватить все варианты квантовых скачков, если возможны переходы между любыми двумя стационарными состояниями? Это напоминало задачу о записи всех результатов турнира, когда каждый играет с каждым. Тут участники турнира — стационарные состояния: первое, второе… десятое… энное… Результаты матчей между ними — испускание или поглощение квантов. Это как игры на своем и на чужом поле. Нужна квадратная турнирная таблица, чтобы сразу отразить все варианты. Одна таблица для частот. Другая — для амплитуд.

Он начал придумывать новый язык для разговора о событиях в мире квантовых прерывностей.' Нашлись нужные слова — должен был найтись нужный синтаксис. На математический лад: своя алгебра этих квадратных таблиц.

И был на Гельголанде день — ветер, море, одиночество, тишина — из числа счастливейших в его жизни.

Гейзенберг (историкам): Я пришел в невероятное возбуждение, потому что увидел, как отлично все получается. Вспоминаю, у меня появилась схема, из которой можно было выводить сохранение энергии (для каждого матча. — Д. Д.), и я работал всю ночь, делая ошибку за ошибкой в арифметических подсчетах. Было два или три часа утра, когда я убедился, что закон сохранения выполняется. Моя взбудораженность не имела предела, а уже занималось утро. Я решил, что надо бы проветриться. Возбуждение погнало меня к одной из гельголандских скал… Я чувствовал: «Сейчас случилось что-то важное!» Немного погодя вернулся домой и замертво уснул. Ну а потом принялся писать статью.

Это был один из последних майских дней 25-го года. И случилось «что-то важное» на крошечном островке совсем неподалеку от устья Эльбы — от Гамбурга, где как раз в то время овладело Вольфгангом Паули чувство тупика.

Был час смятения, когда все достигнутое показалось Гейзенбергу полнейшей ерундой. Открылось, что в алгебре квадратных таблиц не всегда действителен извечный закон: А на В равняется В на А. Это называлось перестановочностью умножения. И в делах природы почиталось самоочевидным. А тут вдруг обнаружилось, что для разных наблюдаемых величин результат простого умножения вовсе не один и тот же, если множители поменять местами:

А*В <> В*А!

— Это встревожило меня ужасно, — говорил он. — …Но потом я сказал себе: «К счастью, мне не понадобится такое умножение, к счастью, это не очень существенно».

Но беспокойство, конечно, не прошло. Были для тревоги и другие поводы. И на обратном пути в Геттинген он остановился у Паули в Гамбурге. А тот устроил ему дружеский прием с отменным угощением и такой же критикой. Еще яснее стало, что набросок новой механики требовал работы и работы.

Весь июнь и начало июля ушли на эту работу. И дома Гейзенбергу пришлось побороться с искушением «бросить в огонь» никак не дозревающую статью. 9 июля он послал все написанное к Паули, как посылают к черту то, что мучит и не отпускает. Критическая манера Паули вполне заменяла огонь и скалу.

Гейзенберг: Право, я не мог бы сосчитать, как часто он выговаривал мне: «Ты совершеннейший балда» или что-нибудь в этаком роде… И, знаете ли, это очень помогало. И мы всегда оставались добрыми друзьями. И никогда не возражали против взаимной критической хулы.