Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Туман приблизительности не рассеивается от заклинаний. А слова об ограниченности классических представлений часто звучат именно как заклинание: «Не суйся с ними в микромир — они там не годятся!» Но физика не вероучение: ей с заклинаниями нечего делать. И квантовой механики не существовало бы, если б за признанием ограниченности классических понятий и образов не последовало выяснения границ этой ограниченности.

Внутриатомный мир изучается человеком в лабораториях большого мира, и другого пути нет. Движутся стрелки приборов, сигналят счетчики, вздрагивают перья самописцев, кинопленка запечатлевает туманные треки, выстраиваются частоколы спектральных линий… Все незримое, что совершается на микроуровне бытия материи, становится доступным наблюдению не раньше, чем оно сумело проявиться в событиях большого масштаба. Неслышный атомный лепет делается явственным, лишь усиленный до громогласной речи больших явлений. А ведь классические понятия возникли при изучении как раз такой крупномасштабной действительности природы.

Так вообразите на минуту, что все физические представления, извлеченные из вековечного земного опыта, оказались бы начисто лишенными смысла при распознании закономерностей микродействительности. Вообразите, что представления о прерывности и непрерывности, о частицах и волнах, о заряде и массе, об импульсе и энергии, наконец, о времени и пространстве, вообразите, что все это стало совершенно бесполезным для научного рассказа о поведении и свойствах материи в ее глубинах. Разве это не значило бы, что между микро- и макромирами нет никакой преемственности — никакой реальной связи? Между ними выросла бы непроницаемая стена без единой щелочки, сквозь которую макросущества в своих макролабораториях могли бы заглянуть в недра атома. Все старания экспериментаторов и теоретиков превратились бы в бессмысленные мытарства. Они не сумели бы даже узнать, что микромира странен, потому что не знали бы о нем ничего.

К счастью, это очередное предложение «вообразить себе» так же нелепо, как и другие предложения того же рода, уже испытанные нами на вздорность (вроде попытки «представить себе» ракету, летящую со световою скоростью). Не будь постепенного перехода от микро- к макромиру, непроницаемую стену между ними просто некому было бы воображать: мыслящее существо — макроконструкция из микромиров — никогда не возникло бы.

Само существование вселенной свидетельствует: стены нет! Природа едина. Это не философское предположение, а физический факт.

И вот мы уже обязаны думать не только об ограниченности классических представлений, но и об их великом могуществе. Ограниченность-то сразу бросается в глаза: в глубинах материи корпускулы — не корпускулы, и волны — не волны, элементарные частицы словно бы что-то третье, и у старой физики не нашлось непротиворечивого образа, чтобы охватить их необычную сущность. Но и могущество классических понятий очевидно, хотя и кажется сначала, что дело обстоит не так.

Ведь оказалось же, что арсенала основных классических представлений все-таки достаточно, чтобы механику микромира раскусить — взять эту крепость если не прямым вторжением, так обходным маневром с двух противоположных сторон. Отыскались же такие небывалые сочетания испытанных представлений, которые позволили с успехом отобразить странности микродействительности! С точки зрения «большого опыта» человечества такие гибриды противоестественны. Но важно, что созданы они были физиками из понятий и образов, взращенных наукой на почве этого самого, отвергающего их «большого опыта».

Не такая уж беда, что при этом пришлось расстаться с удобством наглядных моделей: нельзя мастерить из шариков и проволочек копию-макет настоящего атома, сделанного природой из микрокентавров. (Впрочем, многие физики уверяют, что они уже так свыклись с частицами-волнами, с прерывностью-непрерывностью и другими непредставимыми вещами, что видят их мысленно!)

Не такая уж беда, что страшно усложнились доказательства, формулы, расчеты и трудно стало простым смертным разговаривать на досуге о высоких материях. (Впрочем, трудно — это еще не безнадежно: ведем же мы сейчас с вами такой разговор!)

Замечательно — и это покрывает все протори и убытки, — что небывалые гибриды из ограниченно годных в микромире классических представлений прекрасно служат свою службу: вот уже три с лишним десятилетия они помогают ученым собирать все новые урожаи надежных знаний. И, конечно, это не какая-нибудь счастливая случайность, а яркое выражение глубокого единства природы, о котором вам, наверное, уже надоело слушать на этих страницах.

Да, запросто объясняться на языке классической физики в микромире невозможно. Но не запросто, а мудрено — на особый квантовый лад, — пожалуйста!

…Там нет траекторий. «Как же у тебя движется электрон?»

В самом деле — как же?

Нет вопроса, который звучал бы естественней. А между тем нельзя дать на него никакого точного ответа. В это трудно поверить. Или, вернее, это трудно понять. Но допустите, что нашелся бы точный ответ. Тогда можно было бы в каждый момент с полной определенностью сказать, где пребывает электрон и куда, с какою скоростью движется он из этого места своего пребывания. Ведь именно такой смысл должен иметь точный ответ, которого мы жаждем! Так будь он в запасе у природы, разве нельзя было бы шаг за шагом проследить вполне определенную линию движения электрона да еще и нарисовать ее в пространстве?

Существование точного ответа немедленно вернуло бы нас к обычным классическим траекториям движения. А эти траектории — к обычным частицам-шарикам без всяких волновых свойств. А эти шарики отбросили бы нас… — надо ли продолжать? Ясно, что микродействительность стала бы снова загадочной — тьма неведения вновь окружила бы устройство атома и рождение излучения, опять можно было бы только разводить руками перед фактом корпускулярного поведения света и волнового поведения вещества. Словом, как это ни удивительно, но именно точный ответ на назойливый и естественный наш вопрос сделал бы физику на голову ниже!

Вот дорогая цена любопытства, которое не может быть природой удовлетворено.

И все-таки нельзя заставить себя отказаться от этого законнейшего вопроса: «Как же движется электрон?» Ведь движется же он! А раз движется, то как? Нам не успокоиться, не узнав этого. Однако давайте дадим себе отчет: чего мы, собственно, добиваемся?

Надо честно признаться — мы жаждем лишь одного: суметь увидеть, начертить на бумаге или показать отчетливым жестом, как перемещаются в пространстве частицы-волны, образующие атомный мир. Без этого нам не мило никакое физическое знание. Без этого наша мысль чувствует себя беспомощно. Безотчетно мы просим у науки того же, чего требуем по праву от искусства: изображения познаваемого.