Грегори Гбур - Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

До сих пор это просто история детской любви к домашнему любимцу. Но далее история принимает отчетливо научный оборот:

Теперь я должен рассказать вам о странном и незабываемом случае, который запомнился мне на всю жизнь. Наш дом располагался на высоте около 550 м над уровнем моря, и, как правило, погода у нас зимой стояла сухая. Но иногда теплый ветер с Адриатики задувал надолго, снег под его воздействием таял, и начиналось наводнение, вызывавшее гибель людей и потерю имущества. Мы тогда становились свидетелями ужасающего зрелища: могучая бурлящая река несла мимо обломки и срывала с места на своем пути все что могла. Я часто представляю эти события моей юности, и, когда думаю об этой сцене, уши мои наполняет грохот волн и я вижу, так же живо, как тогда, бурный поток и бешеную пляску обломков. Но мои воспоминания о зиме с ее сухим морозом и нетронутым белым снегом всегда приятны.

Так случилось, что однажды холод был суше, чем когда-либо прежде. Люди, проходя по снегу, оставляли за собой светящийся след, а снежок, брошенный в цель, сверкал на солнце, как отколотый ножом кусок сахара. В вечерних сумерках я погладил Мацака по спине — и потерял голос от изумления, увидев чудо. Спина Мацака отчетливо светилась, а рука моя вызвала водопад искр, достаточно громких, чтобы их слышно было по всему дому.

Юный Тесла впервые стал свидетелем такого явления, как статическое электричество. Для многих детей, включая и меня, именно статическое электричество становится первым знакомством со странностями физического мира.

У меня знакомство с этим явлением произошло примерно так же, хотя и гораздо болезненнее. Когда мне было лет шесть, бабушка подарила мне на Рождество пару шерстяных шлепанцев. Хождение по ковру в шерстяных тапочках работает почти так же, как поглаживание кошачьего меха, при этом вырабатывается статическое электричество. Однажды, когда сестра решила меня подразнить, я начал гоняться за ней по дому. Кухня, столовая и гостиная образовали кольцевой маршрут, и я долго носился за ней кругами. Рождественская елка у нас стояла в гостиной внутри моего маршрута. Оборота через четыре статического электричества на мне накопилось достаточно, чтобы металлический «дождик» с елки потянулся ко мне и произошел разряд. Я упал на пол. Сестра начала надо мной смеяться, и это заставило меня встать и снова побежать за ней. Через четыре оборота я получил новый электрический удар, потом опять и опять.

Но вернемся к рассказу Теслы:

Отец мой был очень ученым человеком; у него имелся ответ на любой вопрос. Но это явление оказалось новым даже для него. «Ну, — в конечном итоге заметил он, — это всего лишь электричество, ничего больше, это то, что ты видишь в грозу сквозь деревья».

Мама выглядела встревоженной. «Перестань играть с котом, — сказала она. — Может начаться пожар». Но я отрешенно думал. Неужели природа — это гигантский кот? Если так, то кто гладит его по спинке? Это может быть только Бог, решил я. Вот так, мне было всего три года, а я уже философствовал.

Каким бы поразительным ни было то первое наблюдение, самое чудесное оказалось впереди. Темнело, и вскоре в доме зажгли свечи. Мацак сделал несколько шагов по комнате. Он отряхивал лапки, будто шагал по мокрой земле. Я посмотрел на него внимательно. Правда я вижу что-то или это иллюзия? Я напряг глаза и ясно разглядел, что его тело окружено сиянием, подобным нимбу святого!

Невозможно преувеличить действие, которое оказала эта чудесная ночь на мое детское воображение. День за днем я задавал себе вопрос «Что такое электричество?» и не находил на него ответа. Восемьдесят лет прошло с той поры, я до сих задаю себе этот вопрос и не могу на него ответить. Какой-нибудь псевдоученый, которых вокруг полно, скажет вам, вероятно, что он может на него ответить, но не верьте ему. Если бы кто-то из них знал, что это такое, я бы тоже знал, и мои шансы выше, чем у любого из них, поскольку моя лабораторная работа и практический опыт шире, а моя жизнь перекрывает три поколения научных исследований.

Ведущий вопрос Теслы поразительно напоминает вопрос Альберта Эйнштейна в 1951 г., когда он, оглянувшись назад на 50 лет размышлений о «квантах света», понял, что по-прежнему не знает, что это такое. Как он писал одному из друзей, те, кто считает, что знает это, обманывают себя {8} . Кванты света, о которых писал Эйнштейн, — это то, что мы сегодня называем фотонами, дискретные частицы света. Как мы уже отмечали, Эйнштейн предложил концепцию фотонов в своей статье 1905 г. о фотоэлектрическом эффекте, которая принесла ему Нобелевскую премию по физике в 1921 г.

Утверждения Эйнштейна и Теслы подчеркивают важный момент в философии физики: физика, возможно, хорошо умеет объяснять при помощи формул и наблюдений, как работают те или иные вещи, но она совершенно не обязательно говорит, почему эти вещи работают именно так. И Тесла, и Эйнштейн признавали, что существуют глубокие вопросы, поднятые их исследованиями, к пониманию которых им не удалось даже приблизиться.

Эйнштейн и сам любил животных, в какой-то момент у него был кот по имени Тигр, который всегда грустил, когда шел дождь. Эйнштейн, как говорят, сказал как-то коту: «Я знаю, что это неправильно, дорогой мой, но я не знаю, как это выключить». В 1924 г. Эйнштейн написал в письме друзьям, вероятно все про того же кота: «Я испытываю желание послать вам, в кои-то веки, привет из своего приюта отшельника. Здесь так хорошо, что я готов едва ли не позавидовать сам себе в этом. Я один занимаю целый этаж. Никого, кроме меня, здесь нет, только иногда еще громадный кот, который также определяет в основном запах в моей комнате, поскольку я не в состоянии успешно с ним конкурировать в этом отношении» {9} .

Эйнштейна, однако, куда сильнее занимал другой кот, которого никогда не существовало в действительности, но которого тем не менее можно назвать самым знаменитым котом в истории физики: это кот Шрёдингера . Этого странного зверя представил ученой публике австрийский физик Эрвин Шрёдингер (1887–1961), чтобы подчеркнуть абсурдные, на первый взгляд, следствия из теоретической квантовой физики — теории, в разработке которой сам Шрёдингер сыграл не последнюю роль.

Если бы мы захотели сформулировать всю квантовую физику в нескольких словах, то сказали бы, что она заявляет, что все существующее вокруг имеет одновременно природу волны и частицы: это, как мы видели ранее, называется корпускулярно-волновым дуализмом. В 1905 г. Эйнштейн успешно доказал, что свет, который с начала XIX в. считали волной, ведет себя так же, как поток частиц. В 1924 г. французский физик Луи де Бройль, вдохновленный наблюдениями Эйнштейна, предположил, что обратное верно для любого вещества: все атомы и все элементарные частицы, такие как электроны, обладают волновыми свойствами. Всего через несколько лет эта гипотеза де Бройля была подтверждена экспериментально, что стало подлинным началом эры квантовой физики. В 1926 г. Эрвин Шрёдингер составил математическую формулу — уравнение Шрёдингера , — которая описывала, как волновые свойства вещества изменяются во времени и пространстве. Эйнштейн принял его статью к публикации.