О. Деревенский - Фокусы-покусы квантовой теории

Кстати, в дальнейшем выяснилось, что аргумент «это квантово-механический эффект!» производит на спорщиков почти волшебное просветляющее действие. «С какой это радости в сверхпроводнике электроны соединены в пары Купера?» - «Ну, это чисто квантово-механический эффект!» - «А почему возникает сверхтекучесть?» - «Это тоже чисто квантово-механический эффект!» И так далее – до полного просветления. Студентам рекомендуем: научите попугая чирикать «Это кванта-механический эффект!» - и он сможет вполне квалифицированно отвечать на любые вопросы по проблемам физики микромира.

Но вернёмся к вероятностной интерпретации! Ведь теоретиков озарило, что вероятностный-то подход и даёт заветный ключик к пониманию сути той загадочной границы, которая разделяет классический и квантовый миры. Интересно у них получилось! В макромире законы, как известно, проявляются через взаимно-однозначные соответствия: при конкретных начальных условиях результат выйдет тоже конкретный. Когда же исследователи пытались влезть в микромир, они неизменно нарывались на отсутствие однозначности. Ну, и наконец-то придумали, как из наличия однозначности получить её отсутствие: однозначные законы действуют, мол, и в микромире – но они определяют не сами физические величины, а только вероятности их значений! Вот, оказывается, почему в микромире всё так зыбко и склизко, всё расплывается и ускользает между пальцами! Вот, оказывается, откуда берётся неопределённость ! И дело, оказывается, не в том, что, по любому поводу для изменения состояния микрообъекта, у него имеется богатый выбор других состояний, в которые можно перейти – с той или иной вероятностью. И, какое из них реализуется в каждом конкретном случае – заранее предсказать невозможно. Нет, переход из одного чистого состояния в другое – это было бы слишком просто. Всё гораздо веселей: микрообъекты, уверяют нас, норовят пребывать в смешанных состояниях, т.е. в нескольких чистых состояниях сразу. Например, иметь сразу пять различных энергий. Или быть сразу в трёх различных местах. Ну, типа, сразу и рядом с женой, и у любовницы, и в библиотеке. Главное, чтобы у смешанного состояния сумма вероятностей пребывания во всех его чистых состояниях была равна единице. А в результате взаимодействий, мол, происходят всего лишь перераспределения вероятностей чистых состояний. Ну, типа, заедет жена сковородкой между глаз – и вероятности пребывания у любовницы и в библиотеке несколько уменьшатся. Но полная сумма всё равно останется равна единице. Представляете, красотища какая! Наконец-то теоретики создали могучий и универсальный инструмент познания, который легко рассеивал недоумение по поводу любых чудес, получавшихся в экспериментах с микрообъектами! Осознавши это, они заговорили о том, что квантовая механика достигла своего логического завершения, добравшись до самых фундаментальных основ устройства физического мира.

Ну, это само собой. Было время, когда все проблемы мироустройства объясняли тем, что «Бог так сотворил». А теперь стали всё объяснять тем, что, мол, «вероятности такие». Но – наверное, от радости – не заметили, что второе из этих объяснений, в сущности, тождественно первому. Поясняем. Как ни крути, а закономерности в микромире действуют: атомы имеют характерные структуры и характеристические свойства, обмениваются друг с другом квантами энергии отнюдь не хаотически, и т.д. Если всё это обусловлено вероятностями, то закономерностям должны подчиняться сами вероятности – иначе в микромире был бы полный бардак. А если закономерностям подчинены вероятности, то это означает, что вероятности изначально заданы ! Кто же потрудился их задать, господа теоретики? Или вы до сих пор от радости плохо соображаете?

Кстати, и радовались-то поначалу далеко не все. Эйнштейн, например, вообще перепугался. Дело и впрямь выходило нешуточное: если на фундаментальном уровне миром правят вероятности, то что же станет с теорией относительности, которая выстроена на детерминистских преобразованиях Лорентца, появившихся благодаря детерминистским уравнениям Максвелла? Вэй, вэй, непорядок! Если раньше Эйнштейн, на правах доброго дядюшки, лишь слегка подтрунивал над квантовой механикой, то теперь, когда дело дошло до вероятностной интерпретации, дядюшку словно подменили: он был готов прихлопнуть обнаглевшую соплячку на месте. И то в ней стало не так, и это – не этак! Судьба бедняжки висела на волоске: Эйнштейн упорно выискивал всё новые возможности, чтобы заклеймить её как неисправимо порочную – но плеяда копенгагенцев, под предводительством Бора, талантливо отвергала все притязания Эйнштейна, как недостаточно обоснованные… Вконец охрипнув, высокие стороны уже шёпотом озвучили мирное соглашение: «Пусть живут и теория относительности, и квантовая механика, хотя они принципиально несовместимы друг с другом. А ежели кто попытается их совместить и получит, знамо дело, чушь собачью – так пусть это будут его, идиота, трудности!»

Мало кто слышал этот зловещий шёпот, и уж наверняка его не слышал Дирак. Иначе он и не взялся бы соорудить релятивистское квантово-механическое уравнение для электрона – зачем стараться, если заранее известно, что получится «чушь собачья»? Впрочем, Дирак был на редкость целеустремлённым, и чушь в итоге получилась не такая уж и собачья. Вот, посудите сами. Из теории Дирака прямо следовало, что свободные электроны могут иметь не только положительные энергии – суммы собственных и кинетических энергий – но и точно такие же по величине, только… отрицательные. Причём, немедленно получалось, что электроны, имеющие отрицательную энергию, должны иметь отрицательную массу. Представляете? Все приколы «Страны чудес» Кэррола – это детский лепет по сравнению с одним таким приколом, как «отрицательная масса». Смотрите: электрон, испытывающий силу притяжения к положительному заряду, из-за своей отрицательной массы ускоряется не туда, куда его тянут, а в противоположном направлении! Про таких говорят – если в реке утонет, то искать его нужно будет выше по течению. Представили? Ну, вот ещё примерчик: бьёт электрон, имеющий отрицательную массу, теоретика по башке. Натурально, передаёт этой башке импульс. Только импульс этот направлен не так, как казалось бы, а наоборот. Хлоп теоретика – что в лоб, что по лбу – а башка его, вместо того, чтобы откинуться назад, клюёт вперёд! «Слушайте, - тактично обращались к Дираку оппоненты, - давайте не будем доводить маразм до абсурда!» - «Чего-чего? – вскидывался Дирак. – Теорию относительности и квантовую механику вы называете маразмом, а их прямые следствия – абсурдом?! Так и запишем…» И оппоненты моментально испарялись с горизонта. «Наскоком Дирака не ущучить, - прикидывали они, - уж больно он талантлив! Ладушки, мы вот что тебе устроим…» И устроили. Понимаете, согласно релятивистским воззрениям, энергия свободного электрона может быть как угодно большой – вплоть до бесконечности. С лёгкой руки Дирака, энергии электронов с отрицательной массой тоже могли забираться в бесконечность – только в отрицательную. Но это значит, что состояния с наинизшей энергией не существует, а тогда неустойчивы состояния нормальных электронов, имеющих положительные энергии: все эти электроны, через квантовые скачки, сваливались бы в бездонную пропасть отрицательных энергий. Довольно скоро мир остался бы без нормальных электронов! Что, мол, на это скажете, Дирак Вы наш?.. Ха-ха! С этой проблемой Дирак разделался одним плевком, выдав дополнительное предположение: все состояния с отрицательной энергией уже заняты, господа! Бездонная пропасть уже заполнена, так что некуда сваливаться нормальным электронам! Пусть живут и радуются! «Так это что же, - обалдевали коллеги, - мы живём в бесконечном океане отрицательной энергии, и не замечаем этого?» - «Ну, зачем вы так, - приводил их в чувство Дирак. – Если присмотреться, то можно кое-что заметить». И начинал ликбез: если, мол, электрон с отрицательной энергией возьмёт да поглотит себе достаточно энергичный гамма-квант… (в этом месте у слушателей отваливались нижние челюсти: по всем раскладам, поглотить квант свободный электрон не может) …то, мол, этот электрон забросится в состояние с положительной энергией. И получится в итоге что? А вот, мол, такая парочка: нормальный электрон и – на месте прежнего – «дырка» в океане отрицательных энергий, чуете? Причём, эта «дырка», мол, не простая, а вся из себя положительная: и по заряду, и по массе! Коллеги чуяли и цепенели от ужаса, и вправду кое-что замечая: у Дирака внаглую нарушались законы сохранения и заряда, и массы. Но уж так запугал своих оппонентов талантливый Дирак, что никто и пикнуть не смел. В довершение к этому кошмару, Андерсону удалось сфотографировать след частицы, которая ионизировала газ так же, как и электрон, но имела, несомненно, положительный заряд. Дираковская «дырка от бублика» оставляла трек в камере Вильсона! «Ну, что я вам говорил ещё год назад?!» - ухахатывался Дирак.