Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Вот так же пришлось бы смириться экспериментатору, пожелавшему одновременно свести до предельной малости неточность в измерении координаты и неточность в измерении скорости элементарной частицы.

Все, что было рассказано про идеальный сверхмикроскоп — его иногда называют микроскопом Гейзенберга, — к тому и сводится, что, оказывается, существует «каморка неточностей», меньше которой не бывает . Никаким экспериментальным насилием над природой нельзя убавить площадь этой каморки: уменьшение ее «ширины» — неточности в координате — по необходимости автоматически приводит к возрастанию «длины» — неточности в скорости. (Или неточности в импульсе, том самом импульсе, который только что мелькнул перед нами. Физики предпочитают вместо скорости говорить об этой механической величине, потому что она более содержательна: ее недаром называют еще «количеством движения» — имея направление скорости, импульс включает в себя, кроме скорости, массу частицы.)

В минимальной «каморке неточностей», как в клетке, бьются крайние возможности эксперимента.

Конечно, реальные измерения всегда обладают погрешностями.

Когда Петр Николаевич Лебедев измерял давление света, он старался работать ночами и радовался глубокому снегу за окнами: ночами редко мимо стен лаборатории проезжали экипажи, а снег смягчал сотрясение мостовой, росла надежда на точность тонких опытов. Если физик беззаботен, приборы его скверны, а опыты небрежны, в измерениях могут быть чудовищные ошибки, и подопытная частица — скажем, атомный электрон — может поселиться у такого физика не в «каморке неточностей», а в просторном «зале небрежностей». Тогда должен прийти другой физик — он усовершенствует приборы, улучшит опыты. Сразу сократится в размерах зал. Он станет скромной «комнатой погрешностей», до поры до времени не преодолимых чисто технически. Потом пройдут годы, техника эксперимента еще усовершенствуется, талантливый физик найдет новые пути измерений. Но все равно — большего, чем может дать идеальный мысленный опыт, он не достигнет. И выселить электрон из минимальной «каморки неточностей» будет уже не в его власти.

Какова же эта минимальная каморка, «меньше которой не бывает»? Конечно, это необыкновенно интересно. Но ясно, что в лабораториях экспериментальным путем физики никак не могли бы установить ее величины: ведь к ее площади всегда прибавлялся бы избыток от ошибок, вызванных просто несовершенством опытов. Только теоретически можно было найти эту величину.

Ее нашел в 1927 году Вернер Гейзенберг.

Манипуляции, которые проделывал он пером на бумаге, нам не важны. А ход его размышлений мы на ощупь уже проследили. Величина же «каморки неточностей» получилась у «его поистине замечательной. И право же, стоит понять происхождение этой величины.

Мы видели: все дело в том, что физик любым процессом измерения обязательно вторгается в естественный распорядок жизни микромира. Уточняя одно, он неизбежно искажает другое. Устранить такое искажение можно только ценой отказа от измерений. Но физик уплатить эту цену не может. Она для него слишком дорога, не так ли? Он хочет знать, а для этого вынужден узнавать .

И вместо отказа от измерений физик задается вопросом: какая же черта в явлениях природы не позволяет сделать нулевым или сколь угодно малым искажающее влияние неизбежного вторжения в микромир?

В течение тридцати лет многие философы и физики — у нас и на Западе — считали это недостатком квантовой механики, а не свойством природы.

Они полагали, что классическая механика была гораздо совершенней: она допускала в принципе одновременную абсолютную точность любых измерений. Она признавала просто никуда не годным эксперимент, при котором измеряемое хоть как-то зависело от процесса измерения. Астроном глядел в телескоп на Луну и, конечно, понимал, что от его глядения с Луной решительно ничего не происходит. И он действительно был вправе не задумываться над тем, что кто-то Луну освещает, давая ему тем самым возможность воочию ее наблюдать. Этот «кто-то» — свет Солнца, прямо падающий на Луну или сначала отраженный от Земли. Но астроном был вправе не задумываться над этой стороной дела только потому, что потоки солнечных фотонов никакого заметного влияния на движение Луны оказать не могли. (Тут та же история, что с волнообразностью Земли или дробинки.)

Так неужели ученые-мечтатели, тоскующие по классической «точности знания», не понимали этого простого обстоятельства? Конечно, понимали. Однако они думали еще о том, что классическая физика никогда не запрещала с абсолютной точностью учитывать любые вынужденные неточности экспериментов. Хотя бы в принципе! Разумеется, астроном пренебрегает давлением света на Луну и прочими деталями взаимодействия ее громады с фотонами. Но в принципе, теоретически, он может абсолютно точно знать, чем пренебрегает. Не приблизительно, а совершенно точно! Стоит только подсчитать это. Технические трудности не важны — важно, что никакие законы природы, познанные классической физикой, этому не мешают.

Так рассуждали и рассуждают тоскующие мечтатели. Их не устраивает, что вдруг появилась наука, которая утверждает, что абсолютной точности астроному при всем желании ни практически, ни теоретически не добиться. Его ждет у заветной цели хоть и малая, но уже не уменьшаемая «каморка неточностей». И как бы ни были скрупулезны его поправки, движущаяся Луна раньше или позже поселится в этой каморке и пригвоздить ее к абсолютно точной орбите уже не удастся. Правда, тут возникает чудовищно малая по астрономическим масштабам неточность. знания, до смешного малая, но не в размерах ее дело: в принципе «нехорошо получается». Наука словно бы сама ограничивает свои возможности. Вот что смущает. Смущает многих — всех, кто привык в старой, мудрой и «такой понятной» классической физике видеть идеальный образец постижения законов природы. А ведь к этому с детства, со школы, привыкают все.

Сколько раз мы убеждались на предыдущих страницах, как тяжко расставаться с извечными убеждениями! И нам легко понять, отчего философы-механисту и физики-классики объявили внутренней слабостью квантовой механики ее откровенное признание, что она вовсе не всегда может считать и измерять абсолютно точно. И вот уже тридцать лет «квантовики» вынуждены объяснять неверующим, что незачем их, теоретиков, побивать камнями: тут не их вина — тут открылись глубинные свойства самой материи, которые можно было заметить только на микроуровне бытия природы. Это с предельной ясностью отразилось именно в размере минимальной «каморки неточностей».

Оценить, ее величину можно совсем просто. И для этого вовсе не надо снова обращаться к какому-нибудь воображаемому опыту, вроде разглядывания, электрона под сверхмикроскопом Гейзенберга.