Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Нет. Хотя там и господствуют случайности, произвола там нет. Случайности подчиняются своей дисциплине. И потому в предсказаниях квантовой механики есть и своя высшая математическая точность.

…В любых спектрах натрия все-таки наиболее ярко горит желтая линия, а не какая-нибудь другая.

…Во всех залежах урановых руд за равные сроки претерпевает альфа-распад одна и та же доля атомов урана, и средняя продолжительность жизни его ядер — 2,04·10 17секунд, или 6,5 миллиарда лет, — всюду одинакова.

…Поток электронов, пролетевших сквозь узкую щель, прорисовывает на пластинке ясную волновую картину дифракции, а не располагается как попало.

Суть в том, что корпускулярные и волновые свойства частиц связаны закономерно. И для каждой возможности в любом микроявлении возникает своя вероятность осуществления. И когда случай может хорошо поработать, когда излучают сразу триллионы возбужденных атомов, когда перед перспективой альфа-распада оказываются триллионы триллионов неустойчивых ядер, когда к пластинке устремляется через щель бесчисленное множество частиц, тогда каждый шанс успевает сбыться, и в результате каждая возможность становится действительностью в своей статистически закономерной доле.

Здесь как нельзя более кстати можно вспомнить прекрасные слова Маркса о необходимости, которая пробивает себе дорогу сквозь толпу случайностей!

Около ста лет назад были сказаны эти слова. И, разумеется, Маркс произнес их совсем по другому поводу. Не только до принципа неопределенности, но даже до открытия электрона было еще далеко. Однако мысль Маркса звучит поразительно современно. Она словно бы специально приурочена к тридцатилетним непрекращающимся спорам вокруг квантовой механики.

Вероятности разрешенных природой — возможных! — событий в микромире пробивают себе дорогу сквозь толпу случайностей. Закономерным распределениям вероятностей в конце концов подчиняется случай. Это та необходимость, которая заменяет в микромире классическую однозначную причинность.

Квантовая механика в своих предсказаниях дает именно эти закономерные распределения вероятностей . Она дает их с полной и строгой математической точностью.

Может быть, самый убедительный пример надежности ее предсказаний — убедительный для любого человека — исправная работа атомных электростанций. Благодаря высочайшей точности вероятностных расчетов физики научились управлять стихийно-случайным и чудовищно-грозным процессом деления ядер урана и тория. Атомные реакторы — это, в сущности, квантовомеханические машины, вырабатывающие ядерную энергию.

Нет, нет, физики, мечтавшие и мечтающие о возвращении к старой однозначной причинности, никогда не выражали недовольства квантовыми законами из-за их «неточности». Не было для этого оснований! И не о свержении квантовой механики они помышляли. Это было бы вопиющей несуразицей. Меньше всего можно было бы заподозрить в таких намерениях Эйнштейна и де Бройля — людей, давших квантовой механике ее первые революционные идеи. Нет, они хотели только одного: спасти свою «философию природы».

Это было трудное испытание: от собственных физических идей спасать свою веру в классический детерминизм. Веру — снова надо повторить — именно веру! Не существовало никаких научных и философских оснований предпочитать однозначную причинность многозначной, вероятностной. Ход вещей в природе не становился от этого менее закономерным.

Может быть, Эйнштейн в глубине души соглашался с этим? Он ведь ограничивался, в сущности, только критикой вероятностного истолкования законов квантовой механики, он словно бы дразнил ее создателей своими парадоксами, но не тратил усилий на поиски какого-нибудь иного толкования. Может быть, он чувствовал безнадежность таких усилий?

Де Бройль посвятил им лучшие годы жизни и занят этого рода исканиями сейчас, на склоне лет. И надо ли удивляться, что он сам назвал собственное открытие, с которого все началось — открытие двойственности волн-частиц, — «наиболее драматическим событием современной микрофизики»?!

Нас это удивить уже не может, но вместе с тем и не удивляться тут нельзя. Вдумайтесь в смысл его слов: драматическим названо не заблуждение, а глубокое прозрение, не отход от правды природы, а приближение к истине!

Разве не значит это, что великое научное достижение ученого стало для него источником настоящей внутренней смуты? Оно заставило его как бы поссориться с самим собой. Де Бройль произнес приведенные выше слова сравнительно недавно — в октябре 1952 года. В сущности, у его личной драмы идей тот же. возраст, что и у самой квантовой механики. И раз уж начался наш рассказ о рождении микромеханики с надежд и сомнений де Бройля, то, пожалуй, естественно бедами де Бройля его и окончить: это будет означать, что конца нет. Знавшая столько бурь и незнакомая с затишьями, история квантовой механики продолжается…

Уже ясен смысл сомнений французского физика. Но в чем же смысл его надежд на возвращение к старой однозначной причинности? Он сам предупреждает, что в этих поисках путей назад — к механистическому детерминизму — «в конечном счете не исключена возможность неудачи». Однако добавляет: «В науке, как и в повседневной жизни, счастье часто улыбается смелым».

Заметьте, как на протяжении творческой жизни одного человека решительно изменилось положение в физике! В начале 20-х годов, когда он работал над своей знаменитой диссертацией, нужна была смелость, чтобы старым классическим представлениям противопоставить новые — небывалые. Нужна была не только смелость мысли, но и смелость характера, дабы не убояться критики, недоверчивых улыбок, насмешливых слов. А теперь, через тридцать с лишним лет, смелость оказывается необходимой уже для прямо противоположного дела: для попыток вернуться вспять — от небывалого к бывалому. Это лучшее свидетельство того, как прочно победила «квантовая революция» в физике. Теперь требует отваги уже посягательство на ее принципы.

Так на что же надеялся и надеется Луи де Бройль?

Оттянем еще немного ответ на этот вопрос. Надо сначала, хоть в общих чертах, рассказать, как было дело.

В одной из первых главок этого долгого повествования упоминался 4-й Сольвеевский конгресс физиков, а в одной из последних — 5-й — Нужна маленькая справка.

Сольвеевских конгрессов было семь. Первый состоялся в 1911 году, последний — в 1933-м. Они были названы так по имени Эрнеста Сольвея, человека, несомненно, выдающегося. В молодости рабочий, он самоучкой стал инженером-химиком. Он был наделен незаурядным талантом изобретателя. Прямой способ получения соды из поваренной соли принес ему с годами, кроме известности, громадные деньги. Но и превратившись в крупного промышленника, он не утратил глубокого интереса к инженерным исканиям, и шире — к науке вообще. Видимо, всего больше его волновали вопросы строения материи. И он верно почувствовал великую потребность физиков нашего стремительного века в регулярном интернациональном общении — в разностороннем обговаривании новых идей и новых результатов. Он предназначил часть своих средств для созыва в Брюсселе — бельгийской столице — международных физических конгрессов. Эйнштейн был восхищен этим замыслом Сольвея, Резерфорд назвал превосходной идею бельгийца. Три конгресса состоялись при жизни Сольвея и четыре после его смерти (он умер в 1922 году глубоким стариком). Эти конгрессы обессмертили его имя, потому что едва ли не каждый из них остался памятной вехой в истории современной физики.