Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Представьте, что де Бройль сказал бы лишь одну фразу: «Я почему-то думаю, что электрон не только частица, но и волна». Вероятно, никто не обратил бы на это ни малейшего внимания. Если бы далее он привел серьезные соображения в, пользу этой мысли, она наверняка произвела бы большое впечатление на одних физиков и показалась бы нелепостью другим. Но даже сторонники его идеи все-таки не рискнули бы еще объявить, что в науке о микромире сделано важное открытие. Знаменитый Петр Николаевич Лебедев в одном письме, к Тимирязеву вспоминал слава Менделеева: «Оно, конечно, сказать все можно, а ты пойди демонстрируй!»

Сколько удивительных предвидений похоронено в лекциях и речах, дневниках и письмах ученых всех стран и времен! Проходят десятилетия и века — историки находят эти брошенные наудачу зерна и, как правило, видят одну и ту же картину: не было подходящей почвы, чтобы случайный посев взошел. Они видят: поразительно верные догадки не могли еще отлиться в строгие формулы и подсказать нужные эксперименты. Они видят: науке еще нечего было делать с этими прозрениями.

Герцен в «Былом и думах» восхищался талантливым московским профессором физики Михаилом Павловым. Его восхищение стократно возросло бы, если б он мог оценить, что Павлов за сто лет до Резерфорда говорил о планетарном строении атома. Это ли не пророчество? Но совсем не случайно оно не оставило никакого следа в науке. В начале прошлого века оно не могло стать руководящей идеей для физиков — вот и вся причина забвения. Ни Павлов, ни его современники не знали об атомах решительно ничего достоверного, ничего не ведали о повадках излучения, не имели представления даже о законе сохранения энергии. Павлов ничего не мог ни сосчитать, ни измерить. Он так же бессилен был бы доказать свою правоту, как другие его опровергнуть.

А Лебедев? Он за тридцать лет до Резерфорда тоже пришел к мысли о планетарном атоме. Но снова — рано было, слишком рано еще было! И он доверил свое удивительное прозрение только личному дневнику: всю жизнь он считал и измерял , а Дут к расчетам и измерениям нельзя было даже подступиться. Переполненный идеями и замыслами, он недаром так хорошо помнил замечательно точные и сердитые слова Менделеева: «Пойди демонстрируй!»

Де Бройль высказал свою догадку не рано и не поздно, а на редкость вовремя. Хотя летел он к необитаемому острову, физика уже приготовила для такого полета навигационные карты. Он смог облечь свою мысль в предположительные формулы и смог подсказать экспериментаторам возможные измерения.

А что, собственно, надо было теоретически рассчитать и потом в лаборатории измерить? Это само собой вытекало из идеи двуликого электрона — частицы-волны. Как у создания корпускулярного, у него есть свой импульс в движении: произведение массы на скорость (вспомните киносъемки частиц в физических лабораториях). Как у создания волнового, если только догадка верна, у него должна быть своя длина волны и частота какого-то связанного с ним колебательного процесса (вспомните фотоны — световые кванты). Электрон — един в этих двух лицах. Так, стало быть, должна же существовать какая-то связь — точная количественная связь! — между обеими его ипостасями? Безусловно. Скажем, когда импульс электрона велик, длина его предполагаемой волны мала… Или что-нибудь в таком роде. Словом, мудреная или простенькая — какая-то связь тут должна быть!

Вот ее-то и надо было найти — ее надо было продемонстрировать сначала чисто математически, выкладками на бумаге, опыт здесь помочь еще не мог.

Де Бройль это сделал. В мирной тишине рабочего кабинета этот принц, недавно вернувшийся с военной службы, человек совсем не героической внешности, ничем не прославивший французскую армию и флот, одержал бескорыстную рыцарскую победу над невидимым и ускользающим противником — победу более нужную людям, чем все подвиги его предков на всех турнирах и полях сражений старой Европы.

На протяжении десяти лет Эйнштейн имел случай дважды восхититься ходом физического мышления двух своих младших современников. Это чувство вызвала в нем «музыкальность мысли» Бора, расчислившего в 1913 году электронные орбиты. И такое же чувство пробудила в нем простота, с какою де Бройль в 1923 году вычислил длину никому не известных электронных волн. (Вклад молодого француза в современную физику он назвал гениальным.)

Получилось так, что для обычных «лабораторных» электронов — не слишком быстрых и не слишком медленных — их волны должны по малости длины соревноваться с рентгеновскими. Вскоре в разных странах экспериментаторы взялись за опыты, которые прежде показались бы полной бессмыслицей, — за ловлю каких-то «волн материи».

Можно подумать: а зачем было их ловить? Разве для подтверждения странной волнообразность электрона мало было уже одного того, что она хорошо объясняла прерывистый ряд воровских орбит в атомах? Мало! Кто поручился бы, что у природы нет в запасе вместо непонятной двуликости электрона какой-нибудь другой — более правдоподобной — причины для квантовых скачков по лестнице разрешенных уровней энергии в атоме? Кто присягнул бы, что образ «частица-волна» не праздная выдумка теоретика, ловкая, удачная, но все же только выдумка?

Двуликость электрона надо было проверить прямыми опытами.

Электрон-частица… Это в проверке не нуждалось: он был открыт, как частица, как «атом электричества».

Электрон-волна… Это можно было установить, посмотрев в лаборатории, способен ли он на поступки, допустимые только для волн. Нагляднейший из таких поступков — огибание препятствий: та самая дифракция, которая в свое время помогла восторжествовать волновой теории света.

Как всегда, когда в естествознании происходят события громадной важности, об успехах мало кому понятных исследований время от времени громогласно сообщали в конце 20-х и начале 30-х годов даже ежедневные газеты. Дифракция электронов была обнаружена — они огибали препятствия с такой же бесспорностью, как световые лучи. Или рентгеновские. Они огибали атомы в кристаллических решетках с такой же наглядностью, с какою морские волны огибают мол.

Сегодня в любой книге по атомной физике, в которой рассказывается «все по порядку», можно увидеть рядом две фотографии: на одной — дифракционный рентгеновский снимок кристалла, на другой — дифракционный снимок того же кристалла в электронных «лучах». Они похожи почти как два отпечатка с одного негатива. Это удивительное сходство и сейчас производит большое впечатление. Тридцать лет назад оно производило впечатление ошеломляющее. И это легко понять.

Де Бройль вспоминает, что его диссертация была принята «сначала с удивлением, к которому, несомненно, примешивалась какая-то доля скептицизма». Да и вправду: легко Ли было согласиться с мыслью, что все вещество вокруг нас и в нас самих — словом, всюду в природе — состоит из частичек, у которых есть еще и второе лицо — какая-то волнообразность?! Физики еще не успели освоиться до конца с двойственностью света: уже Два десятилетия существовавшее в науке представление о квантах излучения — световых частицах — еще не оформилось в слове «фотон» (помните, оно появилось, это слово, лишь в 1926 году). А тут уже предлагалось принять за истину и двойственность вещества! Нет, пока эта истина оставалась кабинетной, выведенной на бумаге математическими значками, душевно легче было не принимать ее всерьез как физическую истину. Еще можно было позволить себе отшучиваться — мало ли какая фантастика может пригрезиться в математических видениях!