Холодом бесстрастной научности веет от математической вязи нескончаемых операций с пси-функциями и матрицами. Какой-нибудь не очень научный фантаст когда-нибудь еще скажет, что это, может быть, шифр, забытый на земле марсианами. Так пугающе неприступна, так безлична, так не похожа на живой, беспокойный человеческий язык эта символическая канитель интернационального словаря атомников. Но рождался этот словарь не в бесстрастных трудах затворников, а в бурных спорах, в часы бессонниц — не фигуральных, а подлинных, — в приступах негодования и даже, как мы помним, в часы отчаяния.
Так было с самого начала. Макс Борн уверяет, что Шредингер весь отдался разработке своей волновой механики из-за «отвращения к боровским внезапным квантовым скачкам». (Вы не забыли, как цюрихский профессор называл эти скачки «проклятыми» и кричал, что будет жалеть о своей возне с квантовой теорией, если придется сохранить прерывность в картине микромира!) И тогда, и позже, и совсем недавно Шредингер, по словам Макса Борна, «страстно призывал к изгнанию из физики…». Кого? Нет, не надо ждать здесь перечисления каких-нибудь неугодных имен — настоящие ученые борются с идеями, а не с их носителями. Шредингер призывал к изгнанию из физики всяких представлений о частицах, о разрешенных устойчивых состояниях и квантовых переходах между ними. Вот кто были его «личные враги».
А матричная механика Гейзенберга как раз на эти-то представления и опиралась. Мог ли геттингенский ассистент оставаться равнодушным? Нет, и он был настроен резко непримиримо. Нужен был только повод, чтобы эта непримиримость прорвалась наружу. Повод нашелся. Когда появилась волновая механика, Макс Борн стал размышлять над простейшим, но и самым трудным вопросом: а что такое эти шредингеровские пси-волны? Каков их физический смысл? Понимаете, он не отверг их, как того хотелось бы его молодому ассистенту, а увидел и в волновых построениях то, что Эйнштейн называл «краешком истины». Этого оказалось достаточно, чтобы между учеником и учителем впервые возникло принципиальное несогласие. Со всем азартом своих двадцати пяти лет Гейзенберг обвинил Борна «в измене духу матричной механики». В измене — не меньше!
Таковы были страсти — односторонние страсти.
Они-то и помогают нам теперь кое-что уловить в самой сути новой, рождавшейся тогда, а сегодня еще не состарившейся странной картины микродействительности.
Итак, физики ссорились втайне. Их построения соперничали явно. А природа — неужели она безмолвствовала?
Обычно, когда в естествознании появлялись две теории «про одно и то же», какая-нибудь из них непременно побеждала другую. Сразу или в долгой борьбе ей, победительнице, удавалось, хотя бы на время, доказать, что она полней и надежней отражает реальность. На ее сторону становился опыт!
Так два века с переменным успехом боролись две теории света — корпускулярная и волновая. Ни в XVIII, ни в XIX столетиях не признавалось, что обе могут оказаться справедливыми одновременно.
Когда — в 1925–1926 годах появились две разные механики микромира — матричная и волновая — «механика прерывности» и «механика непрерывности», в физике возникло, казалось бы, абсурдное, единственное в своем роде положение. Теории были противоположны, а опыт тотчас стал на сторону обеих!
Расчисленный по законам механики Шредингера и рассчитанный по правилам механики Гейзенберга водородный атом был совершенно таким, каким его уже знали во многих деталях физики-экспериментаторы и прежде всего — спектроскописты. И такое согласие предсказаний обеих механик с лабораторными сведениями о микромире было всегда одинаковым: обе давали один и тот же ответ на одни и те же вопросы. Словом, природа не только не отмолчалась, но вопреки привычным ожиданиям ученых в равных объемах подтвердила правоту двух взаимно враждующих точек зрения.
В равных объемах! — это очень важно. Ведь любая физическая теория — лишь приближение к действительности. Большее или меньшее. Из двух теорий «про одно и то же» более точная и тонкая еще говорит о природе правду, когда другая уже начинает врать. Так о движениях с малыми скоростями законы Ньютона и законы Эйнштейна рассказывают одно и то же, но о движениях быстрых ньютоновы формулы дают уже совершенно ложное представление хотя бы потому, что не считаются с изменением массы от скорости. Тут классические предсказания не сбываются.
Не было бы ничего удивительного, если бы две механики микромира оказались обе справедливыми, но в разных объемах. Это значило бы только, что одна точнее другой, то есть тоньше и глубже отражает микродействительность. Тогда необычным было бы лишь то, что они появились на свет одновременно: как правило, нужен немалый срок и горы новых исследований, чтобы более грубая теория сменилась более тонкой.
Но «чудо 1926 года» в том и состояло, что столь несхожие между собой по духу и по математической форме две механики микромира обнаружили свою истинность в равных объемах. Не было такого микрособытия, которое волновая механика в принципе могла бы описать, а матричная — нет.
Или — наоборот. Обе работали, или обе пасовали. Иными словами, обе давали одинаковое приближение к реальности. Обе равно хорошо служили познанию атомного мира, совершенно независимо от односторонних страстей, которые обуревали их создателей. (Так хорошие часы разных систем с одинаковой точностью исправно показывают, который час, независимо от того, что думали о природе Времени сработавшие их мастера.)
…Теперь я вижу, что поступил опрометчиво. Надо было из этого «чуда 1926 года» сделать интригующую тайну, а потом вместе с тобою, читатель, доискиваться ее корня. Вот так из таинственного факта, что свет нельзя остановить, из достоверной энциклопедической справки, что масса частицы света в покое была бы равна нулю, мы вытянули, как шприцем из ампулы, основное содержание физических идей теории относительности. И вынуждены — именно вынуждены! — были согласиться, что природа устроена очень странно: в ней есть предельная скорость, а безотносительного времени, так же как и абсолютного пространства, нет; в ней масса тел зависит от их скорости и энергия во всякой форме обладает массой.
Может быть, лучше было бы нам и сейчас двигаться таким же путем: начать с исторической справки об удивительном совпадении механики частиц и механики волн, механики прерывности и механики непрерывности, а затем приняться за логическое распутывание этой «нелепости». Тогда странная картина микромира, как мира несуществующих траекторий, возникла бы перед нами быстрее и с логической неизбежностью.
Вот схема пути, который мы бы прошли…
Таинственный факт совпадения несовместимых механик обязательно привел бы нас к железному выводу, что в самом микромире каким-то образом совмещаются такие несовместимые вещи, как частицы и волны, прерывность и непрерывность событий.
Не осталось бы даже такой утешающей возможности, как предположить, что частицами там являются одни детальки микромира, а волнами — другие. Не осталось бы и такой надежды, как решить, что прерывными или непрерывными тамошние события выглядят в зависимости «от точки зрения» — от глубины проникновения в их суть. Тогда две механики вовсе не совпадали бы: они рассказывали бы каждая свою правду — правду о разных вещах и в разных объемах. В общем принудительная логика заставила бы нас сделаться такими же бесстрашно-проницательными, как Эйнштейн и де Бройль. Мы сами заговорили бы о волнообразности корпускул или о корпускулярности волн — о странных микрокентаврах, как о единственно возможных обитателях микромира.
Конечно, наше воображение тут же взбунтовалось бы: как ему соединить в одном образе твердую неизменяемость частиц с гибкой изменчивостью волн? Но перед лицом логической необходимости бедному воображению пришлось бы в конце концов сдаться. А потом и неоценимо помочь нам!
Оно ведь отказалось бы дать и наглядную картину движения непредставимых микрокентавров. И вправду: атомный электрон, как частица, мог бы в каждый момент быть привязан к определенной точке пространства и двигался бы от этой точки в определенном направлении с определенной скоростью. Для электрона-частицы боровокие орбиты были бы совершенно реальны. Но электрон, как волна, не может быть сосредоточен в одной точке ни в данный момент, ни в следующий и ни в какой другой: волнообразность электрона заставляет его, подобно музыке в зале, каким-то образом заливать собою все пространство атома. А с внеатомным — свободным! — электроном воображению справиться было бы еще несравненно труднее: как частица он должен где-то пребывать, но как свободная волна почему бы не мог он размазаться по всему безграничному пространству?
Разумеется, и материальная точка и безграничная волна — математические абстракции. Их не найти в природе. Но они и образы реального: они рождены обобщением невыдуманного физического опыта. И ведь не оскорбляется же наше «чувство реальности» рисунками солнечной системы, где центры тяжести планет изображены точками, описывающими эллипсы вокруг Солнца, которое тоже принимается за материальную точку?! Наше воображение легко мирится с любыми абстракциями, когда чувствует или знает их реальную основу. Но с образом «частица-волна» оно не может смириться потому, что никогда не соприкасалось ни с чем, что могло бы послужить этому образу реальной первоосновой. Отдельно — волна и отдельно — частица, пожалуйста. Но вместе?!
По этой же причине воображение не в силах нарисовать такого кентавра в движении. Двигаться подобно классической частице — от определенной точки к строго определенной соседней точке со строго определенной скоростью — электрону мешает его волнообразность, а двигаться подобно волне, — свободно распространяясь по всему доступному пространству, — ему мешает корпускулярность.
Вот этим-то отказом наглядно представить себе движение микрокентавров воображение сослужило бы нам неоценимую службу на нашем пути от «чуда 1926 года» к его корням: стал бы сразу неизбежным логический вывод —