Даниил Данин - Неизбежность странного мира

В эксперименте наших физиков электроны падали так редко, что промежуток времени между двумя очередными падениями был в 30 тысяч раз больше, чем время, какое требовалось электрону на то, чтобы проскочить весь прибор — пройти от источника до пластинки. А мёжду тем волновая картина дифракции решительно ничем не отличалась от картины массового падения электронов, когда сразу 10 миллионов частиц устремлялись к пластинке. Гуськом ли, потоком ли шли микрокентавры — результат был один и тот же!

Каждый приземлился на пластинку, как частица . Но каждый по воле случая использовал одно из возможных мест приземления, предоставленных ему, как волне . Мириады частиц — мириады возможностей. И действительно, оказалось, что чередующиеся горбики пси-волновой картины — это наиболее вероятные места встречи электронов с пластинкой.

Что же означает расширение волновой упаковки частиц — размазывание волнового пакета? Ничего другого, кроме как расширение той области пространства, где есть вероятность найти частицу. И вообще все, что в разных условиях движения микрокентавров происходит с их волновыми пакетами, это только изменение вероятностей разных событий, которые могут случиться с частицами.

Вот что почувствовал, сначала только почувствовал, Макс Борн: шредингеровские пси-волны — это не «волны материи», это волны вероятности в поведении частиц.

Сознаете ли вы, как ответственна была догадка Борна? Как ответственна и как величественна!

Она заслуживала бы любого количества слов, сравнений, разъяснений, лишь бы открылась неизбежность этой догадки и обнажился ее смысл. В конце концов дело тут не в уравнении Шредингера и не в пси-функциях, не в волновых пакетах и вообще не в математических хитростях. Право, все это забывается легче, чем узнается. Но потрясает воображение и навсегда остается в сознании суть хитросплетений квантовой механики. Эта суть неожиданна и немногословна: физики открыли, что в недрах материи, в микромире, господствуют вероятностные законы случая. (Оттого и заслужил он раньше написания с большой буквы.)

Может быть, это самое глубокое и самое странное открытие в естествознании нашего века. А может быть, и не только нашего века. Обнаружилось, что мир природы — вероятностный мир!

В это трудно вникнуть, еще труднее с этим примириться. Академик Фок рассказывает, как Эйнштейн выражал свое несогласие с таким толкованием законов микродействительности: «Он не раз полушутя, полусерьезно говорил, что никак не может поверить, чтобы господь бог играл в кости».

Игра в кости… Одна из тех игр, где все решает случай. Пока кости не брошены, в них дремлют любые возможности сочетания чисел на гранях. И пока они лежат в горсти азартного мальчишки, лишено всякого смысла спрашивать: каково там сейчас сочетание чисел? Это безответный вопрос. И не потому, что мы не видим костей, а мальчишка не хочет разжать ладоней, но потому, что они, эти наброшенные кости, капризно привалясь одна к другой углами да ребрами, могут вообще не давать там, в темноте горсти, никакого читаемого сочетания граней. И, даже открыв ладони, мальчишка не открыл бы нам этой тайны, ибо самой тайны нет: есть кости, есть все таящиеся в их комбинациях возможности, но нет осуществившихся сочетаний — кости лежат беспорядочной кучкой и ничего не показывают. Их надо бросить на стол — нужно произвести опыт, чтобы одна из возможностей превратилась в действительность! Какая осуществится? Это дело случая. Управляет случаем закон распределения вероятностей.

Вот так же не имеет ответа естественный, казалось бы, вопрос: где находится сейчас частица на дне волнового пакета? Это пакет еще не осуществившихся ее возможностей — «пакет вероятностей». Конечно, хотелось бы думать, что где-то пребывает она там в точно определимом месте, да только мы по несовершенству наших знаний указать это место не можем и потому довольствуемся вычислением вероятностей. А завтра, когда знаний у нас прибавится, эта тайна перестанет быть тайной: физики научатся без запинки указывать координату частицы всегда, когда им этого захочется. Такая надежда представляется вполне основательной, мысль о ней — абсолютно законной. До такой степени законной, что на протяжении тридцати пяти лет, со времени «чуда 26-го года» и до наших дней, многие физики — всемирно известные и совсем неизвестные, многие философы — материалисты и нематериалисты, безуспешно пытаются разжать ладони азартного мальчишки, веря, что там всегда лежит готовая комбинация граней — надо только увидеть ее и прочитать.

Вся трудность примирения с квантовой механикой в том и состоит, что она запрещает питать эту надежду и нянчить эту мысль! Она утверждает, что никакой «тайны точной координаты» нет. Ее нет у самой природы, и поэтому тут решительно нечего открывать.

И снова — все оттого, что любая микрочастица по природе своей «волница», а вовсе не корпускула, у которой есть жесткая однозначная линия поведения. Надо создать физические условия, чтобы электрон проявил себя как частица, чтобы из всех возможностей, скрытых в его волновом пакете, какая-нибудь действительно осуществилась. Нужно втянуть электрон во взаимодействие с прибором или с другой частицей, которая «измерит» его координату (как фотопластинка за щелью в экране).

Нужно произвести опыт.

«Нужно бросить кости!»

Какая из возможностей станет на сей раз действительностью, а какая станет действительностью в другой раз? Тут в игру вступает случай. Вернее всего, он отдаст предпочтение наиболее вероятному варианту события. Но оттого, что это произойдет, не надо думать, будто вариант был единственно возможным.

Природа, все бытие которой как бы непрерывное экспериментирование, непрерывно «бросает кости». В это-то и не хотел поверить Эйнштейн, в шутку ссылаясь на бога.

…Здесь все время шел разговор о местонахождении частицы — об ее координате. Но это только потому, что обо всем другом рассказывать гораздо труднее. У физиков, конечно, кроме этого первого вопроса к частице, есть множество иных и часто несравненно более важных вопросов. И главное — не только к отдельной частице (к электрону, например), а и к системе частиц (скажем, к атому). Это вопросы о скорости и энергии движения, о квантах и спектрах излучения, о распадах неустойчивых частиц и временах их жизни, об ионизации атомов и превращениях атомных ядер… Словом, вся атомная и ядерная физика, вся микрофизика вообще, — это цепная реакция вопросов, которые задают ученые «волницам» и систёмам «волниц». И как в атомном котле, реакция эта разветвленная: вопросы нарастают лавиной. И всякий раз физики получают ответы в вероятностной форме! Всякий раз они теоретически выясняют, как распределяются шансы между различными возможностями, а результаты опытов рассматривают как претворение возможностей в действительность.