Под знаком кванта. - Леонид Иванович Пономарёв

которое входит квант действия h, он безошибочно заключает отсюда, что перед ним уравнение квантовой механики.

На этом основании квантовую механику можно было бы определить как систему уравнений, в которых присутствует постоянная Планка h. Однако такое определение может лишь успокоить наше стремление к однозначности и формальной строгости, но ничего не может дать по существу — название науки должно указывать на предмет ее изучения, а не только на метод, которым эта цель достигается.

Мы могли бы определить атом как физический объект, волновые и корпускулярные свойства которого одинаково существенны для полной его характеристики. Однако и такой подход заведомо не исчерпывает всех свойств квантового объекта, хотя и фиксирует изначально присущий ему дуализм. После многочисленных попыток ответить на вопросы о сущности атома можно было бы, например, сказать, наконец: «Атом — это все то, что мы теперь о нем знаем». Но, конечно, и это не определение, а благовидный предлог его избежать.

Какими словами коротко и без разночтений можно определить понятие «атом»? Мы неоднократно убеждались, что ни одно слово нашей речи не в состоянии вместить все его многообразие и сложность. Тогда мы обратились к уравнениям квантовой механики и с помощью формул, минуя слова и строгие определения, построили для себя образ атома. При этом мы сознательно следовали принципам квантовой физики.

Один из них предписывает по возможности избегать разговоров о явлениях самих по себе, безотносительно к способу их наблюдения. Понятия «явление» и «наблюдение» существуют независимо только в нашем сознании, да и то с ограниченной точностью. Для физика оба эти понятия — две стороны одной и той же физической реальности, которую он изучает и в объективное существование которой безусловно верит. Они несовместимы: наблюдение разрушает первозданное явление. Но они равно необходимы: без наблюдения мы вообще ничего не знаем о явлении. Их сложное единство и взаимодействие не позволяет нам постигнуть суть явления самого по себе, но оно помогает нам раскрыть связи между явлениями.

Эти связи мы можем записать с помощью формул и рассказать о них словами. Однако слова повисают в воздухе, если рядом с ними не написаны формулы. А формулы мертвы до тех пор, пока мы не нашли способа объяснить, что они на самом деле означают. Для полного объяснения «явления — наблюдения» необходимо гармоничное сочетание понятий и формул. Лишь после этого можно создать для себя удовлетворительный образ физического явления.

На этом этапе цепочка познания новой физики

явление образ←понятие←формула ←опыт

↓→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→↑

еще раз видоизменяется, усложняется и приобретает вид

В продолжение всех попыток определить понятие «атом» мы бессознательно стремились к этой схеме.

Нынешние физики начинают свое обучение с формул. Наверное, это разумно: при изучении любого иностранного языка лучше сразу учиться говорить, а не выяснять каждый раз, почему то или иное слово произносится так, а не иначе. Вслед за формулами физики усваивают слова, которые необходимо при этом произносить и без которых общение между людьми затруднительно. Однако формулы не имеют точных словесных эквивалентов. Поэтому обучение современной

физике состоит в том, чтобы излагать непривычные вещи привычными словами, но каждый раз немного с новой точки зрения. Тем самым добиваются погружения новых понятий из сферы логической и сознательной в сферу интуитивную и подсознательную — необходимое условие всякого творчества.

Такой способ обучения физиков неуловимо деформирует систему их образов, понятий и даже систему ассоциаций. Как всякого человека, хорошо владеющего иностранным языком, физиков коробят безукоризненно правильные словесные конструкции большинства научно-популярных книг: в них они безошибочно различают еле уловимый чужеродный акцент. Невозможно адекватно передать смысл иностранной фразы, не разрушив при этом ее первоначальную структуру. Язык, на котором общаются между собой физики, только по названию и отдельным словам русский, английский или еще какой-то. В действительности это особый язык, словарь и грамматические конструкции которого приводят в отчаяние литературных редакторов. Но при всякой попытке «причесать» корявую физическую фразу по нормам литературного языка она что-то теряет — как иностранные стихи даже в хорошем переводе.

Непричесанная физическая правда состоит в том, что: квантовая механика — это система формул, понятий и образов, которая позволяет объяснить и предсказать наблюдаемые свойства квантовых объектов;

квантовый объект — это физическая реальность, дуальная в своей первооснове, свойства которой можно описать с помощью уравнений квантовой механики.

Два приведенных определения, поставленные рядом, выглядят как насмешка над здравым смыслом. Их точный смысл и в самам деле нельзя вполне понять, если использовать их порознь: только взятые вместе они становятся осмысленными. Конечно, для того чтобы понять и представить себе все многообразие и единство квантовых явлений, одних формальных определений недостаточно: нужно знать их истоки и эволюцию. Именно поэтому мы так долго и тщательно знакомились с опытами, из которых впоследствии выкристаллизовалось понятие «квантовый объект». Само по себе, в отрыве от этих опытов, оно ничего не означает; оно лишь закрепляет на языке формальной логики тот интуитивный образ, который постепенно формируется в нашем сознании во многом помимо нашей воли. Наше теперешнее определение квантовой механики почти дословно совпадает с тем, которое мы привели в самом начале книги. И если теперь оно звучит для вас совсем по-другому, значит, все остальное вы прочли не напрасно.

Рассказ о квантовой механике на этом можно было бы закончить, если бы не одно важное обстоятельство. Дело в том, что, сказав слова: «Атом — это физическая реальность...», мы невольно коснулись обширной пограничной области между физикой и философией.

Физическая реальность — последнее понятие, к которому неизбежно приходят при любой серьезной попытке объяснить что-либо в физике. В силу своей универсальности оно настолько обширно и всеобъемлюще, что определить его только средствами физики оказывается невозможным. Для этого необходимо привлечь философию с ее понятием объективной реальности.

Как известно, объективная реальность — это все то, что есть и было, независимо от нашего сознания. Однако для науки такое определение недостаточно конкретно, поскольку оно ни к чему не обязывает, кроме веры в объективную сущность познаваемого мира. А в это все ученые верят — иначе они не отдавали бы всю свою жизнь познанию этой реальности. Мнения расходятся лишь о природе физической реальности, ее истинности и однозначности. Большая часть физиков признает, что физическая реальность — это та часть объективной реальности, которую мы познаем с помощью опыта и нашего сознания, то есть все те факты и числа, которые мы получаем