Даниил Данин - Неизбежность странного мира

В самом деле, если всерьез задуматься, то разве это понятней? И все-таки опыт сознания восставал и восстает против реальности квантовых скачков — против непонятных провалов в непонятной непрерывности, против наименьших — но не нулевых! — уровней энергии в атоме, против прерывистости ряда разрешенных природой состояний атомной «солнечной системы». А ведь девочка на банке, каким бы тонким грифелем ее ни рисовать, не сможет стать меньше той сотни атомов углерода, какая нужна, чтобы набросать ее контуры и контуры банки. Если мы захотим сделать эту девочку еще меньше, ничего уже не выйдет — нечем будет ее рисовать, просто нечем! А классическая идея непрерывности этого предела «не чувствует». Она не признает, что есть физические границы, за которыми уже не сможет уместиться никакая девочка с банкой в руках. Отчего же с этой классической идеей нам все-таки «легче жить»?

Классические образы в физике возникали и возникают на почве нашего «большого опыта», с изучения которого некогда началась наука. Но этот опыт —. лишь маленький участок на бесконечной шкале необъятного опыта природы. Так участочек видимого света — от красного до фиолетового — занимает лишь крошечный интервал на шкале всех возможных частот электромагнитных колебаний — от самых коротковолновых гамма-лучей до неограниченно длинных радиоволн.

По обе стороны видимого спектра есть у природы свои цвета, которых мы не различаем.

Фантазируя, можно вообразить себе гигантов, обитающих где-нибудь в глуши вселенной, которые видят радиоизлучение звезд и туманностей и с глубочайшим недоумением поглядывают в сторону нашей Земли с ее широковещательными станциями. Земля им видится единственным в своем роде источником радиорадуг над их головой. И если где-нибудь еще есть планеты или звезды с такой же высокой радиоцивилизацией, как у нас, эти гиганты догадываются о существовании иных населенных земель тоже по их странному «радиоцвету». Какие краски существуют на палитре художников того неведомого мира радиогигантов? Гадать бессмысленно — это не наши краски.

И с таким же успехом можно вообразить себе карликов из Галактики гамма-квантов с особым, решительно не похожим на наш, физическим опытом жизни. Академики из мира радиогигантов и гамма-карликов, вероятно, очень долго не могли бы найти общего языка с нашими земными учеными. И еще труднее им было бы договориться между собой. Но в конце концов договорились бы, потому что природа едина!

С открытием электрона и фотона физики вторглись в мир иных масштабов и иного опыта, чем тот, в котором, веками вырабатывали люди свои представления о движении материи. Для ученых этот иной опыт, конечно, явился неожиданностью. И потому был горек плод познания.

Но стоит повторить, что в природе этот новый для наших физиков микроопыт равноправно располагается на естественной шкале ее неограниченного разнообразия по соседству с земным макроопытом, как невидимая область ультрафиолета соседствует со спектром видимых лучей. И природа не поставила нигде грозного пограничного знака — «оставь по ту сторону свой земной опыт, здесь начинается микромир!».

Оттого-то даже непоследовательная, еще наполовину классическая модель Малой вселенной атома, построенная Резерфордом и объясненная Бором, смогла принести поначалу замечательные успехи физикам. Стало ясным происхождение прерывистых спектров и открылся смысл чередования элементов в периодической системе Менделеева: элемент следовал за элементом в порядке возрастания заряда атомного ядра, а поведение семейства самых далеких от ядра — наружных — электронов объяснило химические свойства элементов. Впечатление от этих успехов было огромно.

«Мы ожидали работ Бора, — рассказывал сравнительно недавно Гейзенберг, вспоминая пору своего студенчества, — по меньшей мере с тем же напряжением и с таким же пылом дискутировали о них, с каким сегодня ожидаются и обсуждаются последние известия из Кореи. Будучи студентами, мы в известной мере бессознательно ощущали, что и здесь, в работах Планка, Эйнштейна и Бора, разыгрывается кусочек мировой истории — правда, без заголовков в газетах и радиосообщений, но все-таки такой эпизод мировой истории, который должен был оставить свои следы на столетия».

Гейзенберг имел в виду мировую историю человеческого познания. Но, право же, не случайно пришло ему в голову сравнить тот давний интерес к отвлеченным исканиям теоретиков с недавним интересом к «последним известиям из Кореи». К середине XX века от былой отвлеченности изысканий физиков-атомников не осталось и следа. Он мог бы напомнить своим слушателям, что через 30 лет после появления основополагающей идеи квантовых скачков, в 1943 году, союзники увозили Нильса Бора из оккупированной немцами Дании тайком, как величайшую «военную ценность». Его переправляли через Северное море в бомбовом отсеке боевого самолета и, как всякую военную ценность, которая не должна достаться врагу, предполагали одним движением рукоятки сбросить в море, если гитлеровские истребители окружат и поведут на посадку бомбардировщик. Могла ли Нильсу Бору — «юноше довольно хрупкого вида» — пригрезиться такая перспектива в 1913 году, когда дал он первую расшифровку квантовых законов атома! Он еще не знал, как станет звучать со временем невинное слово «атомник»!

Мировая история познания природы и просто мировая история никогда еще не переплетались столь тесно, как в нашу эпоху.

Начиная с 1913 года целое десятилетие совершала свое победное шествие теория Бора, хотя ее двойственность была всем ясна: вращение по орбитам уподобляло электроны в атоме классическим планетам большого мира, а квантовые скачки навсегда уводили из этого мира. И временно оправдывало такую двойственность только понимание того, что между Большой и Малой вселенными нет и не может быть пропасти.

…Представьте себе высоченную лестницу, но такую, что ступеньки ее становятся с высотой все ниже. Тогда — чем дальше вверх, тем они делаются неразличимее, а лестница менее крутой. Постепенно она превращается в пологий пандус — гладкий въезд, какие бывают под театральными колоннадами. И вот сверху катится мячик. Сначала на ровном спуске он непрерывно меняет свою скорость, не замечая слившихся воедино ступенек. Но потом начинаются вынужденные перескоки со ступеньки на ступеньку — сперва едва заметные, затем все более резкие, оттого что ступеньки делаются все круче. Повиснуть меж ступенек мячик не может — это ясно.

Разрешенные природой уровни энергии в атоме — такая лестница. И в положение мячика попадает свободный электрон, когда из большого мира он переходит в малое атомное пространство. А встречи вольных электронов с «обломками» атомов — с ионами или голыми ядрами — происходят всюду: в воздухе, в камере Вильсона, в любом веществе. Электрон попадает под власть ядерного притяжения, и непрерывная смена состояний по классическим законам постепенно переходит в смену состояний по законам квантовым — в скачки по лестнице, которая перестает быть пологим пандусом. И наоборот, когда электрон покидает атом, скачки со ступеньки одного разрешенного уровня энергии на ступеньку другого уровня постепенно превращаются для электрона в непрерывный подъем по гладкому пандусу слившихся ступенек. Из-под власти квантовых законов электрон незаметно въезжает во власть законов классики.