в микромире классических траекторий нет!
Так, отправляясь от факта совпадения двух противоположных механик микромира, мы действительно довольно быстро пришли бы к тому, к чему вела нас долгая дорога. Но, выиграв в пути, мы проиграли бы во впечатлениях, как торопливые туристы, выбирающие кратчайший маршрут. (А по условию эта книга продолжает оставаться чем-то вроде путевых заметок.) Так что повторять логический эксперимент с фотоном, пожалуй, не стоило.
Теперь надо развязаться с «чудом 1926 года», чтобы увидеть, наконец, подстерегавшую физиков крутизну.
Прежде всего ясно, что чуда не было: образ «частицы-волны» появился до Гейзенберга и Шредингера. Если только он соответствовал правде природы, механики должны были совпасть. Этого не могло не случиться: ведь опорой обеим теориям служила одна и та же микродействительность. Обе теории пытались объяснить опытные данные, а эти причудливые данные были такими, какими они были: с фактами никакие односторонние пристрастия поделать ничего не могут.
Механики совпадали при проверке делом. Казалось бы, что еще нужно? Но нет, теоретикам этого, конечно, было мало. Они не слишком доверчивы: а вдруг найдутся в будущем атомные загадки, при решении которых обнаружится расхождение обеих теорий?
В том же 1926 году было проведено строгое математическое доказательство неосновательности таких подозрений. Попросту было показано, — и это сделал Шредингер, — что микромеханика волн и микромеханика частиц могут как бы поменяться своими математическими аппаратами. Они — запись одних и тех же закономерностей на разных математических наречиях единого физического языка природы. Они — описание атомного карнавала, на котором подлинные лица и маски неразличимы, оттого что участники маскарада сами по себе двулики.
Когда весной 1927 года пришли, наконец, от экспериментаторов первые дифракционные снимки кристаллов в электронных лучах и немедленно стала развиваться неожиданная область техники — электронная оптика, — это прямое доказательство волнообразности вещества произвело глубокое впечатление на всех, кроме теоретиков. Их оно, уже не могло ни удивить, ни обогатить: они свое дело сделали с не оставлявшей сомнений надежностью. И знали: волновые опыты с электронами не могут не состояться, как не может не произойти предсказанное лунное затмение.
Дело было сделано. Две механики слились в одну. Их первоначальные названия — «волновая» и «матричная» — стали с годами встречаться все реже, главным образом в философских и сугубо теоретических спорах. А в расписаниях лекций и семинаров на всех физических факультетах мира появилось название новой дисциплины — квантовой механики, поначалу страшившей профессоров — «как читать этот курс, чтобы все было понятно», и пугавшей студентов — «как сдавать этот чертов предмет, чтобы не завалиться на экзаменах».
Завалиться и вправду было легко. Стоило только решить — математика вывезет! Многоречивая, громоздкая, она, эта математика квантовой механики, была мучительной, но от-того-то и казалась спасительной: будешь вертеть операторами, интегралами, дельта-функциями, пси-волнами или матричными элементами, всякой там эрмитовостью и ортогональностью, глядишь, экзаменатор и поверит, что все ты знаешь, все тебе понятно, ну, просто молодец молодцом! Как ни хитроумна математика, она в конце концов легка, потому что вся насквозь логична и пронизана железной необходимостью выводов и следствий. В ней словно бы все получается само собой. Но сколько бедняг, огрызаясь на сочувствия однокашников, уходили с экзаменов удрученной походкой: проклятые физические вопросы подвели.
…Маленькое воспоминание из давних университетских лет. (В путевых заметках автору все разрешается.) Году в 1935 — 1936-м в известной всему Московскому университету «Семнадцатой аудиторий» на Моховой происходила научная конференция студентов-химиков. В ту пору квантовая физика почиталась на химическом факультете тяжкой морокой, едва ли для чего-нибудь нужной будущим органикам и неорганикам. Но декан Адам Владиславович Раковский держался другого мнения. Он обожал современную физику и не затруднялся ее аппаратом — о самом себе он говорил насмешливо: «Я лучший химик среди математиков и лучший математик среди химиков». Он решил — пусть хоть на студенческой конференции будет сделан сравнительно простой доклад: «Уравнение Шредингера и атом водорода». На беду или на счастье, доклад был поручен мне. Сейчас-то, почти через двадцать пять лет, мило все, что связано с той порой. Но тогда это выглядело несколько иначе.
Я честно трудился — студенту неслыханно приятно почувствовать себя лектором. Ходил вдоль демонстрационного стола, заменявшего кафедру, подражая кому-то из профессоров, вероятно самому Раковскому, блистательно читавшему физическую химию. Сильный свет бил в глаза — кто-то фотографировал конференцию для университетской многотиражки. Я радовался, что всему амфитеатру знакомых лиц так хорошо видна доска, на которой моя рука лихо выводила волновое уравнение и прочие математические подробности. И я радовался, что из-за света не вижу лица приятеля, обещавшего «издевательски улыбаться». (Ныне он, Борис Клименок, стал почтенным доктором химических наук и мог бы стать вдобавок выдающимся художником, если бы в нашей жизни на все хватало времени и была бы она вечным студенчеством.) Помню, как самодовольно я разрисовывал формулы, стараясь не упустить мельчайших доказательств, завороженный красотой и звучностью математики. И помню, как кто-то, видимо вовсе не завороженный ею, спросил не спеша скучнейшим на свете голосом: «А ты про физический смысл этих пси-функций когда-нибудь скажешь?» Помню, едва я успел великодушно пообещать «остановиться на этом подробно», как раздался другой, лениво насмешливый голос: «Если там нет орбит, как же у тебя движется электрон?» — «Это не у меня, это у Гейзенберга!» — воскликнул я находчиво.
Впрочем, вру: такой прекрасный ответ я придумал потом, запоздало, как всегда в таких случаях, на длинной лестнице, а в тот момент… А в тот момент погасла лампа фотографа, в тинистом полусвете потонула исчерченная мною доска, и точно корабль, швартующийся кормой, вдруг надвинулась на кафедру давно томящаяся скукой и непониманием глыба амфитеатра. В этой тусклой обыденности зимнего освещения я еще долго барахтался, вышвырнутый из спасительного круга красивых формул короткой, но неотразимой волной простых физических вопросов. Не было у меня в запасе ясных ответов. Туман приблизительности стоял в голове, и, кроме заученных, но не освоенных сознанием слов об «ограниченности классических понятий» и «принципиальной ненаглядности» квантовых представлений, мне нечего было сказать. А как признаться в своей беспомощности самонадеянному студенту? Наверное, все мое красноречие имело один сомнительный смысл: если тут что-то непонятно, так это оттого, что и должно быть непонятно.
Кончилось все довольно унизительно. Вышел к доске Раковский, Иронически блеснул очками. И заговорил фразами отточенно-острыми, как его безукоризненная мушкетерская бородка.
— Есть лекторы двух типов, — примерно так сказал он. — Когда лектор первого типа заканчивает лекцию, слушатели думают: «Какой он умный и какие мы дураки — мы ничего не поняли!» Когда замолкает лектор второго типа, слушатели с удивлением переглядываются: «Какой он глупый и какие мы умные — мы поняли все!» Я предпочитаю принадлежать ко второму типу. Наш молодой докладчик, по-видимому, отдает предпочтение первому.
Помню смех аудитории, наконец-то повеселевшей после двухчасового уныния, — смех, к которому я не имел права присоединиться.
…Может быть, оттого так пространен на этих страницах рассказ о рождении самых общих физических идей микромеханики, что рассказывающий не забыл, как трудно, но славно прослыть дураком (или, мягче, — простаком) и как легко, но скверно прослыть умником (или, крепче, — шаманом), повествуя об умных вещах, не тобою придуманных.
Туман приблизительности не рассеивается от заклинаний. А слова об ограниченности классических представлений часто звучат именно как заклинание: «Не суйся с ними в микромир — они там не годятся!» Но физика не вероучение: ей с заклинаниями нечего делать. И квантовой механики не существовало бы, если б за признанием ограниченности классических понятий и образов не последовало выяснения границ этой ограниченности.
Внутриатомный мир изучается человеком в лабораториях большого мира, и другого пути нет. Движутся стрелки приборов, сигналят счетчики, вздрагивают перья самописцев, кинопленка запечатлевает туманные треки, выстраиваются частоколы спектральных линий… Все незримое, что совершается на микроуровне бытия материи, становится доступным наблюдению не раньше, чем оно сумело проявиться в событиях большого масштаба. Неслышный атомный лепет делается явственным, лишь усиленный до громогласной речи больших явлений. А ведь классические понятия возникли при изучении как раз такой крупномасштабной действительности природы.
Так вообразите на минуту, что все физические представления, извлеченные из вековечного земного опыта, оказались бы начисто лишенными смысла при распознании закономерностей микродействительности. Вообразите, что представления о прерывности и непрерывности, о частицах и волнах, о заряде и массе, об импульсе и энергии, наконец, о времени и пространстве, вообразите, что все это стало совершенно бесполезным для научного рассказа о поведении и свойствах материи в ее глубинах. Разве это не значило бы, что между микро- и макромирами нет никакой преемственности — никакой реальной связи? Между ними выросла бы непроницаемая стена без единой щелочки, сквозь которую макросущества в своих макролабораториях могли бы заглянуть в недра атома. Все старания экспериментаторов и теоретиков превратились бы в бессмысленные мытарства. Они не сумели бы даже узнать, что микромира странен, потому что не знали бы о нем ничего.
К счастью, это очередное предложение «вообразить себе» так же нелепо, как и другие предложения того же рода, уже испытанные нами на вздорность (вроде попытки «представить себе» ракету, летящую со световою скоростью). Не будь постепенного перехода от микро- к макромиру, непроницаемую стену между ними просто некому было бы воображать: мыслящее существо — макроконструкция из микромиров — никогда не возникло бы.