Даниил Данин - Неизбежность странного мира

А тем временем Шредингер в Цюрихе продолжал де Бройля. Но не просто продолжал: он намеревался так разработать идею «волн материи», чтобы ничего не осталось от корпускулярности элементарных частиц и от прерывистости атомных состояний. Другими словами, ему хотелось показать, что непрерывность нерушима и в микропроцессах, а прерывистый ряд разрешенных уровней энергии в атомах — только маска: за нею прячутся закономерности поведения непрерывных волн, которые могут гасить или усиливать друг друга. Тут лежала в подоплеке та же мысль, что помогла де Бройлю объяснить волновыми свойствами электрона, почему раздвинуты и образуют прерывистый ряд боровские разрешенные орбиты в атоме; поведение электронной волны отражало состояние движения электрона-частицы.

Но Шредингер пошел гораздо дальше. Он был глубоко убежден, что все события в микромире — это волновые процессы, и только волновые процессы!

Он вывел знаменитое волновое уравнение, опираясь на классическую (теорию волновых явлений и основную идею де Бройля. Это уравнение давало закон изменения во времени и пространстве неких волн, или, как чаще говорят физики, волновых функций. С их помощью можно было математически описывать разные состояния атома и смену этих состояний, влияние разных условий на движение микрокентавров.

Когда весною 1926 года Шредингер прислал из Цюриха в Париж де Бройлю рукопись своих работ, автор «вздорной, но изящной» диссертации испытал, как он сам признается, чувство восторженного удивления: его поразила красота построений Шредингера, и он увидел, какое глубокое и неожиданное завершение получили вдруг его первоначальные волновые идеи. Он даже назвал их теперь «примитивными». Но, конечно, то была «примитивность» зерна, из которого со временем вырастает колос.

Математики давно оккупировали для своих символов весь греческий и весь латинский алфавиты. Свободных букв совсем уже не было, когда появились волновые функции Шредингера. Он назвал их сравнительно мало «затасканной» буквой «пси». С тех пор это греческое название для шредингеровских волн стало едва ли не самым частым гостем на страницах всех теоретических исследований по микрофизике. С ним могло соревноваться в популярности только еще одно слово — «матрица», перекочевавшее из высшей алгебры в теорию микромира благодаря Гейзенбергу.

Холодом бесстрастной научности веет от математической вязи нескончаемых операций с пси-функциями и матрицами. Какой-нибудь не очень научный фантаст когда-нибудь еще скажет, что это, может быть, шифр, забытый на земле марсианами. Так пугающе неприступна, так безлична, так не похожа на живой, беспокойный человеческий язык эта символическая канитель интернационального словаря атомников. Но рождался этот словарь не в бесстрастных трудах затворников, а в бурных спорах, в часы бессонниц — не фигуральных, а подлинных, — в приступах негодования и даже, как мы помним, в часы отчаяния.

Так было с самого начала. Макс Борн уверяет, что Шредингер весь отдался разработке своей волновой механики из-за «отвращения к боровским внезапным квантовым скачкам». (Вы не забыли, как цюрихский профессор называл эти скачки «проклятыми» и кричал, что будет жалеть о своей возне с квантовой теорией, если придется сохранить прерывность в картине микромира!) И тогда, и позже, и совсем недавно Шредингер, по словам Макса Борна, «страстно призывал к изгнанию из физики…». Кого? Нет, не надо ждать здесь перечисления каких-нибудь неугодных имен — настоящие ученые борются с идеями, а не с их носителями. Шредингер призывал к изгнанию из физики всяких представлений о частицах, о разрешенных устойчивых состояниях и квантовых переходах между ними. Вот кто были его «личные враги».

А матричная механика Гейзенберга как раз на эти-то представления и опиралась. Мог ли геттингенский ассистент оставаться равнодушным? Нет, и он был настроен резко непримиримо. Нужен был только повод, чтобы эта непримиримость прорвалась наружу. Повод нашелся. Когда появилась волновая механика, Макс Борн стал размышлять над простейшим, но и самым трудным вопросом: а что такое эти шредингеровские пси-волны? Каков их физический смысл? Понимаете, он не отверг их, как того хотелось бы его молодому ассистенту, а увидел и в волновых построениях то, что Эйнштейн называл «краешком истины». Этого оказалось достаточно, чтобы между учеником и учителем впервые возникло принципиальное несогласие. Со всем азартом своих двадцати пяти лет Гейзенберг обвинил Борна «в измене духу матричной механики». В измене — не меньше!

Таковы были страсти — односторонние страсти.

Они-то и помогают нам теперь кое-что уловить в самой сути новой, рождавшейся тогда, а сегодня еще не состарившейся странной картины микродействительности.

Итак, физики ссорились втайне. Их построения соперничали явно. А природа — неужели она безмолвствовала?

Обычно, когда в естествознании появлялись две теории «про одно и то же», какая-нибудь из них непременно побеждала другую. Сразу или в долгой борьбе ей, победительнице, удавалось, хотя бы на время, доказать, что она полней и надежней отражает реальность. На ее сторону становился опыт!

Так два века с переменным успехом боролись две теории света — корпускулярная и волновая. Ни в XVIII, ни в XIX столетиях не признавалось, что обе могут оказаться справедливыми одновременно.

Когда — в 1925–1926 годах появились две разные механики микромира — матричная и волновая — «механика прерывности» и «механика непрерывности», в физике возникло, казалось бы, абсурдное, единственное в своем роде положение. Теории были противоположны, а опыт тотчас стал на сторону обеих!

Расчисленный по законам механики Шредингера и рассчитанный по правилам механики Гейзенберга водородный атом был совершенно таким, каким его уже знали во многих деталях физики-экспериментаторы и прежде всего — спектроскописты. И такое согласие предсказаний обеих механик с лабораторными сведениями о микромире было всегда одинаковым: обе давали один и тот же ответ на одни и те же вопросы. Словом, природа не только не отмолчалась, но вопреки привычным ожиданиям ученых в равных объемах подтвердила правоту двух взаимно враждующих точек зрения.

В равных объемах! — это очень важно. Ведь любая физическая теория — лишь приближение к действительности. Большее или меньшее. Из двух теорий «про одно и то же» более точная и тонкая еще говорит о природе правду, когда другая уже начинает врать. Так о движениях с малыми скоростями законы Ньютона и законы Эйнштейна рассказывают одно и то же, но о движениях быстрых ньютоновы формулы дают уже совершенно ложное представление хотя бы потому, что не считаются с изменением массы от скорости. Тут классические предсказания не сбываются.