Юрий Апенченко - Пути в незнаемое

Он потом рассказывал Бору, что в первый же вечер уселся на балконе с бескрайним видом на море, и ему вспомнилось их посещение Эльсинора, и он сызнова ощутил, как зрелище морского простора дает нам долю бесконечности в обладание.

Может быть, и это ему помогло?

Его идея физически выглядела так просто, а философски — так простодушно, что, выскажи он ее заранее как программу построения атомной механики, никто не поверил бы в возможный успех.

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 Бора.

…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 нужный для дела световой квант, осветив электрон, вышвырнет его из атома…

Зачем оперировать с величинами, быть может лишенными физического содержания? «Быть может…» — тут одного сомнения довольно, чтобы не вводить такие величины в формулы.

С этой простой идеи начал Гейзенберг.

Он полагал, что на его стороне 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? Абсолютно покоящиеся часы невозможны. А Бор с его отказом описывать во времени и пространстве квантовые скачки? Что заставило его решиться на этот шаг? 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 и движение электрона вокруг ядра! Резерфордовский образ электронов-планет, может быть, чистая иллюзия. Известно лишь, что атом изменяет свою энергию прерывисто — скачками — и потому последовательность реальных состояний атома образует лестницу. О недробимых прыжках по этой лестнице свидетельствуют испускаемые кванты света. Частота и амплитуда «чего-то колеблющегося» в атоме — только это доподлинно наблюдаемо в эксперименте. Частота обнаруживается в цвете спектральных линий, амплитуда — в их яркости, когда излучают мириады атомов. Много это или мало — посмотрим…

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

Знания частот (цвета) достаточно, чтобы судить об энергии квантов: чем больше частота света, тем энергичней его кванты. Знания амплитуд (яркости) достаточно, чтобы судить о вероятности их испускания: чем выше яркость света, тем вероятней рождение именно его квантов. Наборы таких наблюдаемых величин дают необманную информацию о главных событиях атомной жизни — о квантовых переходах. А если так, то лишь этими наборами частот и амплитуд 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. 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 допустимы переходы между любыми двумя возможными состояниями атома? Это напоминало задачу о записи всех результатов турнира, когда каждый играет с каждым. Тут участники турнира — устойчивые состояния: первое, второе… десятое… энное… Результаты матчей между ними — испускание или поглощение световых 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.

Гейзенберг начал придумывать новый язык для разговора о событиях в мире атомных 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. Одуряющий день.

Гейзенберг(историкам). Я пришел в невероятное возбуждение, потому что увидел, как отлично все получается. Вспоминаю, как у меня появилась схема, из которой можно было выводить сохранение энергии (в каждом матче. — Д. Д. ), и я работал всю ночь, делая арифметические ошибки. 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 выйти 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 1925 года. И случилось «что-то важное» на крошечном островке совсем неподалеку от устья Эльбы — от Гамбурга, где в то время работал доцентом Паули — университетский друг-погодок Гейзенберга.

Был час смятения, когда все достигнутое показалось юнцу 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 может измениться, если множители поменять местами: A · B ≠ B · A !

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

Так тремя десятилетиями раньше один экспериментатор отмахнулся от непонятного зачернения фотопластинок, когда поблизости работала разрядная трубка, и, пряча подальше свои пластинки, спас их от порчи, но упустил верный шанс открыть лучи Рентгена до Рентгена. Однако на сей раз история поступила хитрей и милостивей. Физике повезло, что Гейзенберг сначала отмахнулся: «…это не очень существенно». Иначе, чего доброго, он скомкал бы кипу исписанных листков и швырнул ее в море с той самой скалы, где твердил себе: «…случилось что-то важное!» И, возвращаясь с Гельголанда на материк, он не вез бы с собой первый набросок будущей КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ.