Даниил Данин - Вероятностный мир

Да, была она на первых порах дважды непонятной. В обоих ее вариантах физиков встречала за порогом еще не рассеявшаяся тьма.

В волновой механике это была неразгаданность шредиигеровских пси–волн. В матричной механике—неразгаданность матричного умножения. Только математически все обстояло благополучно, а физический смысл того и другого пребывал нерасшифрованным или спорным.

«Нужно указать, что развитие математического аппарата квантовой механики предшествовало физическому пониманию атомной физики».

На это счел нужным указать Вернер Гейзенберг, когда впервые читал лекции за океаном. Легко вообразить недоверчивое смущение американских студентов: сам ход преподавания во всех дисциплинах всегда внушал мысль о другой очередности — сперва суть, а потом форма. Но в этой новейшей дисциплине все поразительным образом было не как всегда — все навыворот!

2

Мечта Эрвина Шредингера — слепить из пси–волн частицы — развеялась быстро. Хотя формулы волновой механики работали безотказно, его собственное истолкование этих формул, как выразился Макс Борн, «не могло выстоять». Все оттого, что не могли выстоять волновые пакеты — они расползались.

Однако нашелся один случай, когда и математически, и физически получалась дорогая сердцу Шредингера картина: в особо простых обстоятельствах волновой пакет мог двигаться по прямой линии, действительно устойчиво сохраняясь.

Но то был совсем не типичный — очень частный — случай. И между прочим, доказать его исключительность постарался Гейзенберг. Наверное, он испытал немалое удовлетворение, если не удовольствие, когда нанес этот удар по волновым иллюзиям. А Шредингер такие иллюзии на том и основывал, что вот ведь реален случай, когда волны создают подобие частицы. Он надеялся, что с развитием теории исключительное обернется всеобщим и мечта его сбудется.

…В отличие от электромагнитных волн математические пси–волны не могли бы произвести никакого физического действия: в них не содержалось энергии–массы. Они не были порождением силового поля. С их помощью нельзя было бы передавать информацию на расстояние. Никто не сумел бы изобрести излучающей пси–станции или принимающей пси–антенны. Ну разве что фантаст осмелился бы на такое изобретение, рискнув стать ненаучным.

Так и хочется спросить: если они бесплотны, то зачем заботиться об их физическом смысле?

Но разве не бесплотны классические орбиты планет или траектории капелек дождя? Там, где только что побывали планета или капелька, их плоти уже нет, да зато последовательность этих бесплотных «нет» прорисовывает в пространстве линию механического поведения планеты или дождинки. Закономерную линию! И потому физического смысла тут хоть отбавляй .

У волн–частиц классических линий поведения обнаружить нельзя. Этому мешает их двойственная природа. Допустим, можно сказать про электрон–частицу, что в данный момент он находится здесь и только «здесь». Но как сказать это же про электрон–волну? Волна не локализована в одном каком–нибудь месте: она и «здесь» и «там» одновременно.

Неспроста наше классически воспитанное и классически ограниченное воображение отказывается зримо представить себе движение микрокентавров. Глубины материи — это мир утраченных траекторий!

Однако что–то должно было стать на их место, поскольку движение–то не исчезает?

Трудно было расставаться с наглядностью. Создателям новой картины природы это было столь же трудно, как и нам. И даже труднее, поскольку на нас — никакой ответственности, а на них она лежала тяжким грузом. Им это давалось ценою глубокой внутренней неурядицы: традиционному взгляду на вещи не хотелось отступать и приходилось уступать. Для иных из ветеранов квантовой революции такая неурядица оборачивалась пожизненной духовной смутой.

Ее поныне переживает де Бройль, по–прежнему стремящийся с надеждой на успех доказательно развить свое понимание пси–волн, которое полвека назад показалось ему таким спасительным…

Он вспоминал, как «пришел в восторг от прекрасных работ Шредингера». Тот по–дружески показал ему эти работы еще до опубликования, как родоначальнику идеи волн материи. Но растворять частицы в волнах де Бройль никогда не предполагал: ему дорога была волнообразность именно частиц. И поверить в образ волновых пакетов он не мог: «эта гипотеза не представлялась мне удовлетворительной».

Какую же роль в движении частиц отвела природа пси–волнам Шредингера? Размышляя об этом, Луи де Бройль придумал очень красивое построение — такое наглядное, что для него нашлось и очень поэтичное название: «теория волны–лоцмана» или «теория волны–пилота».

В обзоре своих работ к собственному шестидесятилетию он объяснил:

«…Я умышленно поместил частицу в лоно непрерывной волны и предположил, что распространение волны увлекает за собой частицу».

И еще прозрачней описал он это:

«Пси–волна в некотором роде «указывает дорогу» движущейся частице».

Какова же она, эта дорога? Последовательность точек пространства, где побывало и побывает «лоно волны», а с ним вместе и покоящаяся там частица? Так не получалось ли, что привлекательный образ волны–пилота действительно умышленно возвращал микрочастицам вполне определенные пути? Под волновой маской вновь появлялись на атомной сцене невозможные для микрокентавров четкие траектории.

Разумеется, де Бройль, ожидавший этой критики, выразил свою идею осмотрительно: он сказал ведь, что пси–волна только «в некотором роде» указывает дорогу. Однако неизбежно получалось, что «в классическом роде». Так ему того и хотелось! Он сам говорил, что жаждал сохранить для частиц «строго детерминированное движение». В переводе с философского языка: строго определенное — классическое.

Он жаловался на непреодолимые математические трудности. Они обступили его, когда он попытался сделать свою теорию обоснованней — тоньше и правдивей. Но не потому ли те трудности и оказались непреодолимыми, что в самом замысле не было правды природы?

Еще летом 1926 года эту правду первым уловил, или уж во всяком случае первым доказательно выразил, Макс Борн.

3

Можно недоверчиво пожать плечами… Как же так? Ведь не кто иной, как Макс Борн, распознавший в гейзенберговских квадратных таблицах известные математикам матрицы, с минувшего лета 25–го года разрабатывал аппарат матричной механики — механики частиц и скачков. Ведь это он вместе со сверходаренным своим ассистентом только что — весной 26–го — стал мишенью веселых насмешек Гильберта за пренебрежение добрым советом поискать волновое уравнение для матриц. И вдруг, именно ему такая участь и честь: стать первооткрывателем физического смысла пси–волн!