Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Если сразу сказать, вы не поверите. Сначала смутитесь — потом взбунтуетесь. Но все-таки лучше сразу сказать:

— Вероятность!

Удивительно, что это прояснилось еще до того, как Вернер Гейзенберг открыл соотношение неопределенностей. Правда, совсем незадолго до этого, но все же — до, а не после.

Казалось бы, что, кроме «каморки неточностей», могло навести на мысль о новом типе закономерностей! А между тем эта мысль словно бы витала воздухе, которым дышали физики в середине 20-х годов. Нехотя с тех пор прошло, по историческим масштабам, не так уж много времени, хотя живы еще почти все главные действующие лица и каждый может сказать, как было дело , говорятся по этому поводу разные вещи. В учебных курсах и монографиях чаще всего не указывается, кто же первый высказал вслух смущающую мысль о новой, небывало великой роли Случая.

Это любопытная подробность в квантовой драме идей. Появилась фундаментальная идея и зажила в науке безыменной — совсем как изобретение колеса.

Отчего же? Не оттого ли, что родилась она естественно, как фольклор, и имела сразу многих авторов, пришедших к ней независимо друг от друга? Или, может быть, все было сложнее: не показалась ли она сначала такою спорной и необязательной, что никому и в голову не приходило увековечивать нелепость? Ну, а позже, когда соотношение неопределенностей было уже найдено и странная идея стала неизбежной, не показалось ли, что уж теперь-то она и вовсе не нуждается в авторском свидетельстве? (Когда что-нибудь добывается логически «само собой», об авторе не говорят.) Наверное, все вместе и есть правда.

Но автор был. В полемических статьях, в воспоминаниях все; как правило, называют Макса Борна. Однако иногда, как это делает де Бройль, добавляют осторожное — «по-видимому». Во всяком случае, Борн с удовольствием принимает на себя вину. Не без гордости рассказывает он, как первым посягнул на прежнее физическое законодательство. Произошло это в те самые дни 1926 года, когда молодой Гейзенберг обвинил его в измене, так как он проявил «непонятный» интерес к волновой механике Шредингера.

В сущности, Макс Борн хотел получить разумный ответ на простейший вопрос: что это за волны, для которых Шредингер написал свое замечательное уравнение? Или — еще яснее и резче — волны чего?

Разумеется, сразу приходят на ум «волны материи» — волны де Бройля. И даже думается: да о чем тут, собственно, надо было гадать? Разве тайной было, что Шредингер прямо исходил из дебройлевской идеи волнообразности частиц? Нет, тайны из этого никто не делал. Но уж мы-то с вами не раз имели случай убедиться, как далеко уходят ученые в своих исканиях от первоначальных идей. И как они сами не могут предвидеть, куда заведет их логика открытия… Так началось с разрешенных боровских орбит в планетарном атоме, а кончилось гибелью этих орбит. Пожалуй, прав был де Бройль, когда жаловался, что дети становятся слишком самостоятельными и перестают слушаться своих родителей. В науке это происходит так же часто, как и в жизни.

Нечто похожее испытал и Шредингер.

В душе создателя волновой механики жил неумирающий классик с наследственным доверием только к непрерывности физических процессов. Он-то, этот классик, и питал отвращение к прерывности квантовых скачков. И, право же, тут будет над чем задуматься писателю, который пожелает со временем написать научно-художественный портрет Шредингера. Тайный консерватор в гениальном новаторе сыграл необычную роль. Он не сделал новатора осторожней и трусливей. Напротив, удвоил его неистовость. Во имя спасения в картине природы — спасения любою ценой — классической, нигде не нарушимой непрерывности, он, этот недремлющий классик, заставил Шредингера не только возненавидеть новую идею скачков, но и отступиться от старого образа корпускул. «Пожертвуй всем!» — сказал ему классик. И Шредингер отважился на сверхноваторскую надежду — всю материю мира свести к непрерывным волнам!

Ой в самом деле мечтал избавить картину природы от двойственного лика элементарных частиц. Он верил, что из неких волн можно теоретически смастерить корпускулы, то есть показать, что они — волновые образования и, следовательно, «вначале были волны». Де Бройль, впервые заговоривший о «волнах, материи», никогда не заходил так далеко. (Он писал недавно, разбирая тонкости старых споров: «Шредингер, который не верил в существование частиц, не мог следовать за мною».)

Вообще-то говоря, конструирование из любых волн подобия частиц дается физикам без особого труда. Волны ведь умеют гасить одна другую, когда их гребни и впадины не совпадают, и они умеют взаимно усиливаться, когда гребень приходится на гребень. Не надо ничего воображать, надо лишь вспомнить зрелище реки, взбудораженной разными волнами — высокими и низкими, длинными и короткими: в этой разнобойной мешанине волн нет-нет да и выплеснется где-нибудь непомерно вздыбленный гребень, а вблизи от него водяная поверхность окажется на мгновенье гладкой, точно притихшей и обессиленной, отдавшей все свое беспокойство этому единственному гребню. Так наложение множества простых волн разного ритма и размаха колебаний создает новую сложную волну. У нее может быть любая форма — это давно доказано математиками. Наложившись одна на другую, составляющие волны могут погаситься взаимно во всем пространстве, кроме одной маленькой области, где отдельные горбики соединенными усилиями поднимут единственный высокий гребень.

Так математически достигается желаемое. Волны с их «размазанностью» по пространству словно бы исчезают совсем. Остается сжатое в кулачок волновое образование — волновой пакет , по образному выражению физиков. Всплеск материи! Корпускула!

Вот о чем-то в этом роде Шредингер и мог мечтать.

Надо и нам признаться: образ волнового пакета очень соблазнителен — он выручает из беды нашу мысль и наше воображение, которым так трудно осилить противоречивое сочетание «волна-частица». Ведь и вправду — образ волнового пакета просто снимает это противоречие: частица сделана природой из волн, вот и все. А тут еще на счастье — волновое уравнение Шредингера для описания движения в микромире. Ведь Шредингер вывел его для некоей величины, которая волнообразно меняется во времени и пространстве, и назвал эту величину не слишком затасканной греческой буквой «пси», как бы предупреждая, что с такой физической величиной наука еще не имела дела. Сразу возник соблазн: думать, что его уравнение как раз и показывает, «из чего и как» природа мастерит корпускулы. Пакет из пси-волн — вот и частица!

Шредингер вначале так и думал. Электрон в атоме водорода представлялся ему облачком, волнообразно меняющим в атомном пространстве свою плотность — плотность электрического заряда. Иными словами, шредингеровские пси-волны сперва действительно могли показаться реальными «волнами материи». И на первый взгляд все так хорошо получалось, что даже в толк взять нельзя, зачем надо было физикам доискиваться какого-то таинственного смысла волновых построений Шредингера? Непонятно — над чем тут голову ломал Макс Борн?