Под знаком кванта. - Леонид Иванович Пономарёв

Понятия возникают на основе новых фактов,— с этим согласны все. Однако не все отдают себе отчет в том, насколько смысл новых фактов зависит от понятий, которые используются для их толкования. Гармонию явлений атомного мира мы можем оценить лишь благодаря теории: всякое описание только экспериментальной установки будет безнадежно скучным и неинтересным. Теория делает картину природы не только связной, но также эстетически приемлемой. «Лишь идеи делают экспериментатора — физиком, хронолога — историком, исследователя рукописей — филологом»,— писал и говорил Планк.

Теория — это интуитивное проникновение в сущность наблюдаемых явлений. Она позволяет описать те их свойства, которые лежат по ту сторону нашего сознания и чувственного опыта, и с их помощью объяснить видимую сложность явлений их невидимой простотой. Именно эта форма мышления гением ученых, подобных Дальтону и Бору, создала современную атомистику.

Сложное переплетение фактов, понятий, формул и образов науки очень трудно, да, пожалуй, и невозможно распутать. При всех попытках подобного рода мы неизбежно придем к сакраментальному вопросу: «Что возникло раньше: яйцо или курица?» Никто никогда не узнает тот первый научный факт и то первое научное понятие, с которых началась нынешняя наука. Поэтому все чаще вместо «объяснения природы» естествоиспытатели говорят об описании природы.

«Мы теперь лучше, чем прежнее естествознание, сознаем, что не существует такого надежного исходного пункта, от которого бы шли пути во все области нашего познания, но что все познание, в известной мере, вынуждено парить над бездонной пропастью. Нам приходится всегда начинать где-то с середины и, обсуждая действительность, употреблять понятия, которые лишь постепенно приобретают определенный смысл благодаря их применению...» Эти слова Гейзенберга близки и понятны каждому физику. «Единственная загадка мира — его познаваемость»,— часто повторял Эйнштейн.

Физическая реальность — очень глубокое понятие и, как все глубокие понятия нашего языка, не имеет однозначного смысла. Это понятие первично, и его нельзя достаточно строго определить логически через более простые. Его необходимо принять, предварительно вложив в него тот смысл, который диктует нам вся наша прежняя жизнь и приобретенные в ней знания. Очевидно, с развитием науки смысл этот меняется — точно так же, как и смысл понятия «атом».

С приходом науки понятие реальности изменилось неузнаваемо, и реальность человека XX века так же далека от реальности древних греков, как современный атом от атома Демокрита. Решающие штрихи в новой картине физической реальности дорисовала квантовая физика. Пожалуй, это главная причина, которая будит желание людей понять, «что такое квантовая механика». Как правило, стремление это глубже, чем естественный профессиональный интерес. Дело в том, что при изучении квантовой механики человек приобретает не только специальные навыки, позволяющие ему рассчитать лазер или атомный котел. Знакомство с квантовой механикой — это некоторый эмоциональный процесс, который заставляет заново пережить всю ее историю. Как всякий нелогический процесс, он строго индивидуален и оставляет неистребимые следы в сознании человека. Это абстрактное знание, приобретенное однажды, необратимо влияет на всю последующую жизнь человека — на его отношение к физике, к другим наукам и даже на его нравственные критерии. Вероятно, так же изменяет человека изучение музыки.

Прочитав предыдущие главы, вы узнали только первые ноты квантовой механики и, быть может, научились брать несколько звучных аккордов. Конечно, только музыкант вполне оценит глубину музыкального замысла, и только физик способен испытывать эстетическое удовлетворение от красоты формул и принципов, и те из вас, кто посвятит себя науке, быть может, поймут это со временем. Однако если, не вникая в «законы гармонии» квантовой механики, вы все же почувствовали красоту ее «мелодии» — задача предыдущего рассказа выполнена.

ВОКРУГ КВАНТА

В поисках последних понятий

На Сольвеевском конгрессе 1927 г., том самом, где квантовая механика в докладе Бора предстала как новая законченная теория атомных явлений, Лоренц говорил: «Для меня электрон является частицей, которая в каждый данный момент находится в определенной точке пространства; и если я воображаю, что эта частица в следующий момент будет находиться в другой точке, то я должен представить себе ее траекторию в виде линии в пространстве... Мне хотелось бы сохранить этот прежний научный идеал — описывать всё происходящее в мире при помощи ясных образов».

Лоренц — выдающийся голландский физик на рубеже веков — выразил общее умонастроение ученых того времени. Само по себе такое направление мыслей легко понять: всякая новая теория неизбежно должна преодолевать инерцию устоявшихся стереотипов мышления. Удивительно другое: как много великих физиков, включая и создателей квантовой механики, сомневались в ее основах и законченности. Среди них Планк, Эйнштейн, Шрёдингер, де Бройль, Лауэ, Ланде... Причем с годами их сомнения крепли — несмотря на впечатляющие успехи квантовой механики. (Вероятно, это было одной из причин, по которой Максу Борну Нобелевская премия была присуждена лишь в 1954 г. — через 28 лет после его знаменитой работы о статистической интерпретации волновой функции.)

Летом 1926 г. Эйнштейн писал Бессо: «К квантовой механике я отношусь восхищенно-недоверчиво». Уже в следующем году, на Сольвеевском конгрессе, его позиция вполне определилась и с годами становилась все более непримиримой.

31 мая 1928 г. он писал Шрёдингеру: «Философия успокоения Гейзенберга — Бора (или религия?) так тонко придумана, что предоставляет верующему до поры до времени мягкую подушку, с которой его не так легко спугнуть. Пусть спит...»

7 ноября 1944 г. он пишет Борну: «Большой первоначальный успех квантовой теории не может заставить меня поверить в лежащую в основе всего игру в кости». («Gott würfelt nicht!» — «Бог не играет в кости!» — повторял Эйнштейн до конца жизни.)

За три года до смерти, 12 декабря 1951 г., он напишет Бессо: «Все эти пятьдесят лет бесконечных размышлений ни на йоту не приблизили меня к ответу на вопрос: что же такое кванты света? В наши дни любой мальчишка воображает, что ему это известно. Но он глубоко ошибается...» В своих сомнениях Эйнштейн был не одинок.

«Квантовую механику нельзя считать полностью завершенной»,— писал Планк в 1941 г.

Лауэ уже в начале 30-х годов считал толкование Бора основ квантовой механики «дурным паллиативом», а в апреле 1950 г. писал Эйнштейну: «Ты и Шрёдингер — единственные из известных современников, которые в этом деле являются моими единоверцами». Шрёдингер соглашался с ним, и когда ему указывали на успехи квантовой механики и ее повсеместное признание, сердился: «С каких это пор верность научного положения решается большинством голосов?» — писал он Борну в 1950 г.

Знаменательно, что все эти утверждения так