Под знаком кванта. - Леонид Иванович Пономарёв

или иначе содержат упоминание о вере. Эйнштейн и Шрёдингер, Планк и Лауэ — все они признавали могущество квантовой механики, но не верили в ее завершенность, хотя все их попытки доказать ее неполноту или противоречивость заканчивались неудачей. Их позиция требовала мужества: копенгагенская интерпретация довольно быстро стала догмой и любая попытка усомниться в ее основах могла стоить физику его профессиональной репутации. И тем не менее споры о квантовой физике продолжаются по сей день, издается даже несколько специализированных журналов, целиком посвященных проблеме интерпретации квантовой механики.

Своей ожесточенностью и непримиримостью споры эти напоминают иногда вражду религиозных сект внутри одной и той же религии. Никто из спорящих не подвергает сомнению существование бога квантовой механики, но каждый мыслит себе своего бога, и только своего. И, как всегда в религиозных спорах, логические доводы здесь бесполезны, ибо противная сторона их просто не в состоянии воспринять: существует первичный эмоциональный барьер, акт веры, о который разбиваются все неотразимые доводы оппонентов, так и не успев проникнуть в сферу сознания.

Сомнения физиков в основах квантовой механики отнюдь не способствуют укреплению доверия к ней у массы неспециалистов. Но задача истинного ученого не в том, чтобы любой ценой утвердить свои взгляды и авторитет, а в том, чтобы отыскать истину и подчиниться ей, даже если она противоречит его априорным убеждениям.

В чем суть этого нескончаемого спора? Он сродни попыткам отыскать главную истину и последнее понятие, из которых логически следуют все остальные. При всем многообразии сомнений противников ортодоксальной теории и изощренности обсуждаемых ими парадоксов суть их возражений сводится к отрицанию вероятностной интерпретации квантовой механики и принятого в ней определения «состояние физической системы».

Например, хорошо известно, что каждому радиоактивному элементу можно сопоставить характеристику — его период полураспада, то есть время, за которое распадается половина имеющихся ядер. С этим фактом согласны все — благо он легко проверяется. Однако при этом сторонники существующей квантовой механики убеждены, что период полураспада — одновременно и характеристика каждого отдельного ядра; точно так же, как 1/2 — вероятность появления герба в каждом отдельном бросании монеты. Оппоненты не согласны с этим и апеллируют к очевидности: ведь каждое индивидуальное ядро распадается хотя и в случайное, но вполне определенное, свое время, не совпадающее со средним временем жизни ядра, которое поэтому — не более, чем удобная фикция, не имеющая отношения к физической реальности. Им отвечают, что квантовая механика запрещает использовать понятия, соответствующие ненаблюдаемым свойствам, подобным времени жизни индивидуального ядра. Но оппоненты отказываются принять это объяснение: для них оно выглядит как насмешка над здравым смыслом.

Одно из наиболее часто дискутируемых явлений — дифракция электронов при прохождении их через два близко расположенных отверстия. Обе стороны соглашаются, что след на фотопластинке может оставить только электрон-частица. Но тогда — и это рассуждение вполне логично — он должен пройти только через одно из отверстий, то есть интерференционная картина становится невозможной, поскольку она является результатом одновременного прохождения волны через оба отверстия. Сторонники традиционной квантовой механики напоминают о дуализме волна — частица и о дополнительных типах приборов. С их точки зрения два отверстия — это прибор, выделяющий волновые свойства электрона, а фотопластинка — прибор, фиксирующий его корпускулярные свойства.

Противников такое объяснение ни в коей мере не убеждает, поскольку квантовая теория в принципе не позволяет проследить, как же происходит этот переход от корпускулярной картины к волновой. Им объясняют, что это — чисто статистический процесс, которым управляют законы теории вероятностей. На это они отвечают словами Карла Поппера, который писал, что Гейзенберг пытается «дать причинное объяснение невозможности причинных объяснений», противопоставляют авторитет Лауэ, который отказался принять принцип неопределенности Гейзенберга, ибо «он ставит предел поискам более глубоких причин», и точку зрения Эйнштейна, который всегда настаивал, что вероятность — это наш способ представлять экспериментальные факты, а не внутреннее свойство квантовых систем.

Многочисленные оппоненты до сих пор не могут смириться с тем, что в рамках квантовой механики все вопросы об истинных характеристиках индивидуальных квантовых объектов и ненаблюдаемых явлений строго запрещены. Чтобы преодолеть этот запрет, было сделано множество попыток ввести в теорию так называемые скрытые параметры, детально описывающие «истинные» свойства объектов, знание о которых мы потом утрачиваем, усредняя по введенным параметрам. (Такую возможность, как и сам термин «скрытые параметры», обсуждал уже Макс Борн в своей статье 1926 г.). Все эти попытки, однако, до сих пор остались бесплодными и ничем не обогатили квантовую теорию.

Спорам об интерпретации квантовой механики не видно конца: гордость человека и его вера во всемогущество разума нелегко смиряются с открытыми им же пределами знания. Не все относятся к этим спорам одинаково серьезно: «Великая армия в своем движении в неизвестное дискутирует с интересом, а порой забавляясь канителью споров о том, что такое реальность и что такое истина»,— говорил Резерфорд в 1932 г.

Характерно, что никто из оппонентов не отрицает плодотворности и истинности заключений квантовой механики в области ее применимости. Нильс Бор хорошо сознавал этот слабый пункт позиции несогласных и с присущим ему мягким юмором любил рассказывать историю о своем соседе по загородному дому в Тисвилле. У этого соседа на двери была прибита подкова. Однажды кто-то спросил его, неужели он и в самом деле верит, что она приносит в дом счастье. «Нет, конечно,— ответил сосед,— но, говорят, она помогает даже тем, кто в нее не верит».

Но — «не хлебом единым жив человек», и, пока не исчезли бескорыстные сомнения, спор этот нельзя считать законченным. Он, конечно, не изменит основ существующей теории, но, быть может, облегчит поиски новых путей и понимание вновь открываемых явлений.

Итоги

«Те, кто знает истину, отличаются от тех, кому она нравится, а те, кто предпочитают ее, не всегда находят в ней удовольствие».

Китайская пословица

«Реальность предоставляет нам факты столь романтичные, что воображение бессильно добавить что-либо к ним.»

Жюль Верн

ГЛАВА 12

Вильгельм Конрад Рентген. Анри Антуан Беккерель. Пьер и Мария Кюри. Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди. Энергия радия. Вокруг кванта

ГЛАВА 13

Химия радиоэлементов. Изотопы. Радиоактивное семейство урана. Стабильные изотопы. Энергия радиоактивного распада. Энергия связи ядер. Вокруг кванта

ГЛАВА 14

В глубь ядра. Нейтрон. Искусственная радиоактивность. Медленные нейтроны. Деление ядер. Вокруг кванта

ГЛАВА 15

Туннельный эффект. Эффективные сечения реакций. Нейтронные сечения. Деление ядер. Вокруг кванта

ГЛАВА 16

Цепная реакция. Ядерный реактор. Вокруг кванта

ГЛАВА 17

Атомная энергия. Плутоний. Атомная бомба. Атомная проблема. Вокруг кванта

ГЛАВА 18

Свет Солнца. Тигли элементов. Судьба