Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Ничего подобного не знала классическая физика. Она никогда не имела дела с миром таких причудливых сущностей. Не потому ли, что она раскрывала законы природы в явлениях других — несравненно больших — масштабов?

Да, именно поэтому. Прежде всего поэтому. Тут очень ярок переход количества в качество.

Когда де Бройль искал связь между свойствами электрона, как частицы и как волны, он имел право не интересоваться никакими иными характерными чертами этой микродетальки любого вещества. Заряд? Возможные размеры? Вероятная форма?.. Все это было не важно для его цели. Так не важны были Кеплеру красноватый цвет Марса или температура Солнца для установления законов обращения планет. Электрон был для де Бройля движущимся образованием из материи и больше ничем — кусочком материи в двух проявлениях: корпускулярном и волновом. Любой другой кусочек материи равный электрону по массе — например, еще не открытый в ту пору позитрон, — должен был бы обладать и волновыми свойствами электрона. Если бы мы могли отковырять от стула щепочку электронного веса, то и ей была бы свойственна та же мера волнообразности.

Короче говоря, для предсказанных де Бройлем волновых свойств вещества индивидуальные особенности движущейся массы не имели решительно никакого значения. В его знаменитой формуле длина «волн материи» была связана только с величиною массы и скорости тела.

Но ведь и протон — тело, и свинцовая дробинка — тело, и Земля — тело. Все это кусочки материи, крупицы массы. Протон в две тысячи раз массивней электрона. Дробинка в миллиарды триллионов раз массивней протона. Земля, со всеми ее горами и океанами, городами и людьми, невообразимо массивней дробинки. Однако для механики и она — только движущаяся масса . Так что же, стало быть, и Земле, и дробинке, и протону должна быть присуща раскрытая де Бройлем некая волнообразность?

Несомненно!

Природа не знает жестких границ. Нет оснований думать, что она могла прикомандировать волновые свойства только каким-то очень маленьким движущимся массам, а тем, что побольше, сказала — «обойдетесь и так». Маленькая масса, побольше, очень большая — все это наши, человеческие, земные мерки, а в хозяйстве вселенной такие оценки — чистейшая условность. Так ли мал электрон, если он в сотни тысяч раз массивней квантов видимого света?

Да, это было не так уж громко сказано, что открытие двойственности электрона явилось как бы вторым открытием вещества: двуликость — волна-частица — лежит в природе всех физических тел. Электрон — не исключение, а только нагляднейшее подтверждение правила.

Так, значит, классическая механика была слепа. Сама того не подозревая, она уже имела дело с причудливыми кентаврами? Конечно. Но вернее было бы сказать, что ньютонова механика была не слепой, а лишь наполовину зрячей: она прекрасно видела корпускулярность всех тел и не замечала только их волновых свойств. Однако как же могло случиться, что такая фундаментальная черта движущейся материи ускользнула от ее внимания?

Нам уже пришлось задаться похожим вопросом в рассказе о теории относительности. Там тоже возникло недоумение: как могло укрыться от проницательности физиков прошлых веков такое естественнейшее и вместе с тем удивительнейшее, на каждом шагу происходящее и вместе с тем незримое событие, как возрастание массы тел при возрастании их скорости? Ответ был прост и неотразим: в нашем мире медленных вещей такое увеличение массы столь ничтожно, что не могло ощутимо проявиться и дать знать о себе ни в одном реальном опыте. Все видимые события на Земле, даже самые быстрые, протекают так, словно скорость ни в малейшей степени не влияет на массу. Формулы Эйнштейна наглядно показали это. В них содержалось не только новое знание, но и безусловное оправдание прежнего неведения физиков. Массивность земных тел никогда не позволяла им разгоняться до скоростей, даже отдаленно приближающихся к световой. Иначе секрет был бы давно разгадан! Лишь в легком и быстром атомном мире, где околосветовые скорости — явление обычное, этот всеобщий закон природы заговорил о себе громким голосом. И физики-атомники каждый день явственно слышат его в своих лабораториях.

Это наводит на очевидную мысль: не так же ли обстоит дело и с волновыми свойствами земных тел, планет, звезд? Наверное, мера их дебройлевской волнообразности тоже слишком ничтожна и потому никогда и никем не могла быть замечена прежде.

Да. И формула де Бройля для длины «волн материи» показала это с полнейшей наглядностью. В ней тоже содержалось не только новое знание, но еще и абсолютно убедительное объяснение невольной слепоты классической механики. Длина «волн материи» у разных тел, движущихся с одинаковой скоростью, очень просто зависит от их массы: чем больше масса, тем она короче, эта длина дебройлевских волн. Для громадных масс она становится исчезающе малой.

И очень занятно, хотя бы ради оправдания Ньютона и всех экспериментаторов всех веков, представить себе, какою мерой волнообразности обладает наша Земля, летящая вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Впрочем, реально представить себе длину «земной волны», — хотя бы только представить, а отнюдь не измерить на опыте! — намерение совершенно невыполнимое: так неотличима она от нуля.

В самом деле, прикиньте:

Масса Земли — 6 000 000 000 000 000 000 000 000 000 граммов.

Это число с 27 нулями. А масса электронов столь невелика, что на один грамм их пошло бы столь же неимоверное количество, измеряемое по чистой случайности тоже числом с 27 нулями. Перемножьте эти два числа: вы узнаете, во сколько раз Земля массивней электрона, — примерно в 10 54раз!

Но именно во столько же раз «земная волна» короче «электронной волны», когда электрон летит с земною скоростью — 30 километров в секунду. Правда, с такими медленными электронами физикам практически редко приходится иметь дело. Однако для нас это не существенно. Нам важно только, что длина дебройлевской волны у столь ленивых электронов подобна длине невидимых ультрафиолетовых волн. Она измеряется сотнями ангстрем — специально введенных спектроскопистами крошечных единиц длины: один ангстрем — 10 -8 см, или — стомиллионная долька сантиметра. (Эта единица длины была названа так по имени шведского физика Андерса Ангстрема, который в прошлом веке очень точно измерил длины волн в солнечном спектре.)

В ангстремах физики измеряют и величину атомов. Вот этот-то атомный масштаб «электронных волн» позволил на прямом опыте проверить волнообразность электронов.

Однако даже ничтожно малую величину, каких-нибудь 100 ангстрем, надо разделить на число с 54 нулями для того, чтобы узнать примерную длину «земных волн»: это 10 –60сантиметра! В каких же явлениях может играть роль этакая нулевая малость? Как могла она быть замечена и учтена при изучении законов движения небесных тел?