Драма науки? Возможно ли такое?
Эйнштейн в разговоре с Леопольдом Инфельдом, когда они вместе работали в 30-х годах над популярной книгой «Эволюция физики», воскликнул однажды: «Это драма, драма идей…» Эйнштейн знал, что говорил!
Квантовая механика микромира ушла далеко вперед от своих истоков, стала многоводной рекой, а де Бройль все возвращается в ее верховья, к началу начал — к собственным исходным мыслям. Он все заглядывает в их подводную глубину, словно на протяжении прошедших десятилетий что-то не давало ему покоя — что-то не раскрытое там, в верховьях, что-то не понятое до конца, не найденное или упущенное.
То, что он говорит и пишет в последние годы, проникнуто двойственным чувством: наука, в создании которой так велика и неоспорима его роль, ведет образцовую, полную непрерывных успехов жизнь, и это вызывает в нем глубокое удовлетворение: оно сродни отцовскому чувству; но вместе с тем что-то главное в этой науке ему не по душе, томит и огорчает, и заставляет думать, что в самом начале он не досказал «наследникам» каких-то решающе-важных напутственных слов. И потому-то возвращается он назад, чтобы снова там, в истоках первоначальных идей, попробовать отыскать неотысканное. А дети тем временем стали слишком самостоятельными и, по выражению де Бройля, «больше не хотят признавать своих родителей». Есть привкус горечи и, пожалуй, досады во фразе де Бройля, брошенной им совсем недавно — в 1956 году: «Авторы, пишущие сейчас трактаты по квантовой механике, почти уже не говорят о тех основных идеях, которые ее породили».
Откуда же этот привкус горечи? И это полуироническое слово — «трактаты»? И эта досада на авторов, забывающих первоистоки квантовой механики?
Не думайте, тут не в честолюбии дело. Тут действительно смута в душе ученого.
Когда-то верное чутье природы привело де Бройля к этим первоистокам. А потом та же его интуиция физика не согласилась признать правдоподобной картину микромира, которую с годами так искусно и математически изощренно нарисовала квантовая механика. Это спор с самим собой — самый мучительный из конфликтов, выпадающих на долю ученого. В этот спор стоит вникнуть, стоит его понять. Вы увидите, что это вовсе не личная беда де Бройля.
Мир утраченных траекторий! — вот как выглядит микромир в современной физике.
Земля летит вокруг Солнца по строго определенной орбите. Футбольный мяч поднимается в воздух и опускается на поле, прочерчивая невидимую, но в случае нужды точно определимую линию в пространстве. Сильная струя бьет из шланга, и в ее сверкающем изгибе запечатлены точные кривые полета капель воды. Все это — движения тел в макромире, перемещения по строгим траекториям. Мы в этом уверены. Мы уверены, что эти перемещения можно в принципе абсолютно точно рассчитать и надежно проследить их от точки к точке, от одного момента времени до другого. Законы Ньютона для малых скоростей, законы Эйнштейна для скоростей громадных позволят в каждом случае предсказать и заранее начертить линии движения планеты, мяча, водяной струи.
Мы не можем себе вообразить, чтобы окружающий мир был устроен как-нибудь по-другому! Ни один футбольный матч не состоялся бы, если б у мяча был капризный выбор непредвиденной линии полета. Нам представляется немыслимым, чтобы нельзя было в любой момент сказать с любою точностью, где находится мяч и куда он движется. Конечно, ответить на такие вопросы, покуривая в праздности на трибунах, нам крайне трудно, но если бы заставить заговорить центр тяжести этого мяча, он бы уж наверняка дал нам однозначные ответы! И скажи нам сосед по трибуне: «А знаете, это ведь не совсем так!» — мы только отмахнулись бы: «Не мешайте следить за игрой!» Правда, может быть, дома, по-» том, мы бы вспомнили, что у нелепого соседа был университетский значок на груди. Но и это не примирило бы нас с мыслью, что мы, оказывается, присутствовали на матче «несуществующих траекторий мяча».
А квантовая механика говорит нам, что именно таков мир атома — мир элементарных частиц. Она утверждает, что бессмысленно говорить об электронных орбитах в атомном пространстве. Она утверждает, что поведение «первооснов материи» вообще не подчиняется точным однозначным законам, Вот в это-то де Бройль и не поверил. Он попытался опровергнуть такой взгляд на микромир. Но из его опровержений ничего не вышло. Тогда он смирился. Двадцать пять лет продолжалось это смирение — двадцать пять лет он преподавал парижским студентам, как истинное знание, то, в чем сам никогда нс был уверен до конца. Преподавал, как все профессора-теоретики во всем мире. Но через двадцать пять лет — в начале 50-х годов — он снова восстал. Снова сказал: «Не верю!»
Мир утраченных траекторий казался математической выдумкой и физической нелепостью не ему одному. У него был союзник — Альберт Эйнштейн. С самого начала и до последних своих дней Эйнштейн не соглашался признать, что микромир таков, каким изображают его уравнения и неравенства квантовой механики. Точнее — не сами эти формулы, а их физическое истолкование, утвердившееся в науке. Как и де Бройль, он видел, что формулы верны, радовался их широчайшему подтверждению на опыте, восхищался сбывающимися предсказаниями новой механики. Однако, как и де Бройль, он полагал, что эта механика «не понимает» событий в микромире. Описывает их верно, но не понимает.
Какая физическая реальность скрывается за ее формулами — вот что хотел он знать.
Такой вопрос может показаться незаконным, раз опыт уже сказал свое решающее слово. Между тем это самый обычный вопрос в естествознании. И — самый главный.
…Ньютон. Закон тяготения. Простая формула для взаимного притяжения двух масс. Небесная механика. Точнейшие совпадения с наблюдениями над ходом светил. И — столетние споры: как устроен мир, в котором действуют силы гравитации? Что это за силы? Ведь если бы Земля вращалась вокруг Солнца на стальном тросе толщиной с земной диаметр, этот трос ее не удержал бы, он лопнул бы от перегрузки и Земля улетела бы в мировое пространство, как камень, сорвавшийся с пращи. Это подсчитал один физик, дабы ясно показать, как удивительна мощь тяготения, привязывающая планеты к Солнцу без посредства какого бы то ни было вещества. Так что же, массы плавают в пустоте? Через непостижимое ничто с чудесной мгновенностью действуют тела друг на друга? Математически ньютонов закон тяготения допускал это. Но можно ли было поверить в истинность такой картины природы — в такую физическую реальность?!
Квантовая механика, пробравшись в глубины атома, привела оттуда толпу новых физических загадок и непонятностей. Действительных и мнимых. Эйнштейн умер в 1955 году, оставив на полях трактатов по квантовой физике нестертые знаки вопросов, не доказав основательности многих одолевавших его сомнений и не опровергнув того, с чем не мог смириться. Помните его письмо де Бройлю о «гадких квантах»? Он написал его всего за два года до смерти.
Как раз в ту пору — в начале 50-х годов, кроме уже стареющего де Бройля, еще и молодые теоретики из разных стран выступили со своими попытками нового физического истолкования математических законов квантовой механики. Ими руководила та же надежда, что и де Бройлем, — надежда обрести в микромире утраченные траектории. И как некогда в 20-х годах, в эпоху рождения новой механики, академические аудитории и страницы научных изданий вновь стали в наши дни ареной споров «на старые темы».
Вообще-то говоря, эти споры никогда надолго не затихали на протяжении последних тридцати лет. Спорили физики и математики, философы и публицисты, люди дела и люди слова. Новизна открывшейся картины движения в Малой вселенной атома взбудоражила все умы. Но в этой непрерывной борьбе вокруг механики микромира, пожалуй, всего замечательней был именно духовный союз Эйнштейна и де Бройля, потому что никто из физиков не сделал больше, чем они, для самого зарождения новой механики с ее миром утраченных траекторий. Они дали ей первые идеи.
Так была ли неизбежность в появлении этого странного мира? Что лежало в начале начал?
Эйнштейн теоретически открыл, что у световых волн есть свойства частиц. Это произошло в 1905 году.
Де Бройль теоретически предсказал, что у частиц вещества есть свойства волн. Это произошло в 1923 году.
Косвенные, отдаленные, очень смутные и отнюдь не экспериментальные данные намекали учёным, что природа, быть может, снабдила материю во всех ее проявлениях симметрией этих противоположных свойств — волн и корпускул. В убеждении, что такая симметрия или равноправие существуют не «быть может», а на самом деле, и лежало начало начал.
«Для того чтобы рискнуть сделать этот вывод, требовалось так много мужества… что, по-видимому, только два физика — сам Эйнштейн и Луи де Бройль — решились на это». Так говорил известный теоретик Паскуаль Иордан — один из тех истолкователей микромеханики, которых де Бройль относит сейчас к разряду «авторов трактатов», забывающих своих идейных родителей. Тут, кстати, видно, что этот упрек не очень справедлив: столь смиренно и восхищенно не говорят о заслугах отцов неблагодарные дети.
«Эйнштейн долго вынашивал эту идею, не опубликовывая ее, — читаем мы дальше, — так как он не получил никаких результатов, которые дали бы возможность формулировать ее количественно». Де Бройль такие результаты получил. Он и вправду решился на шаг, редкий по мужеству даже в отчаянно-смелом естествознании нашего века.
…Обычно физические идеи возникают так: ученого загоняют в тупик необъяснимые факты — он предполагал, что кривая будет ползти вверх, а она опускается вниз; он не ожидал, что спектральная линия вдруг окажется почему-то раздвоенной; он заметил, что стрелки приборов систематически скачут без всяких видимых причин. Как понять непонятное? Может быть, выдвинуть предположение, что тут замешаны новые силы, или неизвестные частицы, или какие-то «дикие» законы природы? Но, наверное, эта догадка покажется коллегам нелепостью. А все же попробуем — посмотрим, не помо