Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Их имена одновременно стали равно знаменитыми. Мы их уже встречали недавно: Вернер Гейзенберг и Эрвин Шредингер.

Кажется, до 1926 года они даже не были знакомы друг с другом. Работали в разных городах, занимали далеко не одинаковое положение в науке, принадлежали к разным поколениям: один родился в прошлом веке, другой — в нынешнем. Словом, внешне ничто не связывало почти сорокалетнего, уже имевшего собственных учеников цюрихского профессора Шредингера и ассистента при кафедре физики, которому не было и двадцати пяти, начинающего геттингенского ученого Гейзенберга. Вы ожидаете, что зато между ними существовала глубокая внутренняя связь, раз оба явились создателями механики микромира. Однако и это не так.

Они не только работали врозь и независимо друг от друга, но и питали разные надежды. Им рисовались совсем несхожие между собой картины микродействительности. Они одновременно делали одно великое дело. Не сговариваясь, они были соратниками по цели. Но оказалось, что они противники по убеждениям — по физическим взглядам на природу атомных явлений. Вот уже более тридцати пяти лет их имена стоят неизменно рядом на страницах «трактатов по квантовой механике». И ровно столько же лет продолжался [11] Эрвин Шредингер умер в апреле 1961 года в Дублине (Ирландия). то явный, то скрытый спор между ними.

Как бы его обнажить и сделать понятным?

Грубо, конечно, но все же не настолько грубо, чтобы от истинной сути дела ничего не осталось, можно так передать смысл их начальных исканий: оба надеялись построить микромеханику, на разные лады разоблачив странную двойственность волн-корпускул или корпускул-волн. В сущности, каждый из них со своей точки зрения хотел показать, что у элементарных частиц только одно лицо подлинное, а другое — маска. Одно соответствует их материальному естеству, а другое — лишь отражает характер их сложного поведения.

Говоря уже совсем не грубо, а только образно, события в атомном мире представлялись обоим физикам как бы карнавалом, на котором либо частицы надевают личину волн, либо волны выступают под маской частиц. Был выбор: рисовать себе дело так или этак. Был выбор: отдать предпочтение волнам или отдать предпочтение частицам.

Когда сегодня студенты решают практические задачи по квантовой механике, они с легкостью делают этот выбор, думая только об удобстве рассуждений и об упрощении математических выкладок. А принципиально для них вообще не существенна эта проблема — что предпочесть: они уже знают, что и так и этак получится одинаково хорошо. В первой же лекции они узнали и на всю жизнь усвоили, что симметрия волн-частиц в микромире полная! Но пусть не покажется, что и первосоздатели микромеханики могли решать для себя этот вопрос беззаботной жеребьевкой: кинули монету, посмотрели — «орел» или «решка», сказали: «Так тому и быть». И не стоит думать также, что каждый из них сделал свой выбор по трезвому расчету: осмотрелся, прикинул трудности, решил. «Так будет лучше!» Один решил: «Буду рассматривать частицы, держа в уме волны». Другой решил: «Буду рассматривать волны, держа в уме частицы».

Тут работала интуиция. В ту начальную пору выбор между волнами и частицами затрагивал глубины физического мировоззрения. Он определялся складом мышления и души. Тут боролись под спудом XIX и XX века в естествознании. Это не преувеличение.

«Волны материи»! В их смутном еще образе оживала надежда вернуться к старой, испытанной непрерывности движения в природе.

Частицы и квантовые скачки! В их образе, тоже отнюдь не ясном для воображения, подчеркнуто утверждала себя чуждая старой картине природы прерывистость процессов в микромире.

Надо бы подробно проследить все извивы ранней научной биографии обоих ученых, чтобы безошибочно объяснить, почему Шредингер стал работать под девизом — «Волны и непрерывность!», а Гейзенберг под девизом — «Прерывность и частицы!». Но нам, пожалуй, довольно заметить, что цюрихский профессор был на четырнадцать лет старше и, следовательно, геттингенский ассистент был на четырнадцать лет моложе… Оба шли вперед, но Шредингер оглядывался на классические представления о непрерывном течении физических процессов, а Гейзенберг готов был к любой новизне, самой диковинной.

Из таких-то разных устремлений родились в 1925–1926 годах две разные механики микрособытий. Это не домысел. Есть верное свидетельство выдающегося теоретика Макса Борна (его имя уже попалось однажды на нашем пути), что дело обстояло именно так, а не иначе.

Каковы же были две эти механики? Здесь об их премудростях можно сказать только два слова, но нам этого и достаточно.

Гейзенберг раздумывал о прерывистом ряде устойчивых состояний атома, о правилах движения по боровской лестнице квантовых скачков. Его не смущала полная невозможность ни вообразить, ни описать, как протекает каждый такой скачок. Он видел: они реальны , эти скачки! И был убежден, что пытаться раскрыть их механизм — бесцельно: внутренне они не членятся на более мелкие события. А если как-то и членятся, то физически это не обнаруживается: скачок сопровождается испусканием целого кванта. Или поглощением, когда энергия приходит извне.

Уже шла речь о том, какая большая неприятность для нашего сознания эти квантовые скачки. Прежде природа нигде и никогда не демонстрировала настоящей прерывности в ходе физических процессов. Но достаточное ли это основание для того, чтобы пытаться любой ценой очистить от квантовых скачков картину внутриатомной жизни?! Прерывность — подлинное лицо многих событий в микромире. Так думал Гейзенберг. Волнообразность микрочастиц он считал маской. И вначале надеялся вообще от нее избавиться.

Он хотел проникнуть в математические закономерности, по которым одни квантовые переходы в атомах осуществляются чаще, другие — реже. Он искал способ предсказывать вероятности всех возможных скачков с уровня на уровень. Тогда можно было бы ответить на вопрос, почему в спектре натрия так ярко горит именно желтая линия, а в атомах возбужденного стронция чаще всего происходит скачок с испусканием кванта красного света.

Тогда вообще можно было бы математически описывать поведение квантовых систем из микрочастиц.

Он был в ту пору ассистентом Макса Борна — «очень талантливым, но еще очень молодым и не очень образованным» (так писал Борн). Можно добавить: настолько талантливым и настолько необразованным, что он сам придумал для своих физических идей особый математический аппарат, не зная, что такой аппарат под именем «матричного исчисления» давно придуман математиками. (О домашнем изобретателе изобретенного говорят — «он придумывает велосипед». Согласитесь, что к случаю с Гейзенбергом эта шутка не очень подходит.)