Само существование вселенной свидетельствует: стены нет! Природа едина. Это не философское предположение, а физический факт.
И вот мы уже обязаны думать не только об ограниченности классических представлений, но и об их великом могуществе. Ограниченность-то сразу бросается в глаза: в глубинах материи корпускулы — не корпускулы, и волны — не волны, элементарные частицы словно бы что-то третье, и у старой физики не нашлось непротиворечивого образа, чтобы охватить их необычную сущность. Но и могущество классических понятий очевидно, хотя и кажется сначала, что дело обстоит не так.
Ведь оказалось же, что арсенала основных классических представлений все-таки достаточно, чтобы механику микромира раскусить — взять эту крепость если не прямым вторжением, так обходным маневром с двух противоположных сторон. Отыскались же такие небывалые сочетания испытанных представлений, которые позволили с успехом отобразить странности микродействительности! С точки зрения «большого опыта» человечества такие гибриды противоестественны. Но важно, что созданы они были физиками из понятий и образов, взращенных наукой на почве этого самого, отвергающего их «большого опыта».
Не такая уж беда, что при этом пришлось расстаться с удобством наглядных моделей: нельзя мастерить из шариков и проволочек копию-макет настоящего атома, сделанного природой из микрокентавров. (Впрочем, многие физики уверяют, что они уже так свыклись с частицами-волнами, с прерывностью-непрерывностью и другими непредставимыми вещами, что видят их мысленно!)
Не такая уж беда, что страшно усложнились доказательства, формулы, расчеты и трудно стало простым смертным разговаривать на досуге о высоких материях. (Впрочем, трудно — это еще не безнадежно: ведем же мы сейчас с вами такой разговор!)
Замечательно — и это покрывает все протори и убытки, — что небывалые гибриды из ограниченно годных в микромире классических представлений прекрасно служат свою службу: вот уже три с лишним десятилетия они помогают ученым собирать все новые урожаи надежных знаний. И, конечно, это не какая-нибудь счастливая случайность, а яркое выражение глубокого единства природы, о котором вам, наверное, уже надоело слушать на этих страницах.
Да, запросто объясняться на языке классической физики в микромире невозможно. Но не запросто, а мудрено — на особый квантовый лад, — пожалуйста!
…Там нет траекторий. «Как же у тебя движется электрон?»
В самом деле — как же?
Нет вопроса, который звучал бы естественней. А между тем нельзя дать на него никакого точного ответа. В это трудно поверить. Или, вернее, это трудно понять. Но допустите, что нашелся бы точный ответ. Тогда можно было бы в каждый момент с полной определенностью сказать, где пребывает электрон и куда, с какою скоростью движется он из этого места своего пребывания. Ведь именно такой смысл должен иметь точный ответ, которого мы жаждем! Так будь он в запасе у природы, разве нельзя было бы шаг за шагом проследить вполне определенную линию движения электрона да еще и нарисовать ее в пространстве?
Существование точного ответа немедленно вернуло бы нас к обычным классическим траекториям движения. А эти траектории — к обычным частицам-шарикам без всяких волновых свойств. А эти шарики отбросили бы нас… — надо ли продолжать? Ясно, что микродействительность стала бы снова загадочной — тьма неведения вновь окружила бы устройство атома и рождение излучения, опять можно было бы только разводить руками перед фактом корпускулярного поведения света и волнового поведения вещества. Словом, как это ни удивительно, но именно точный ответ на назойливый и естественный наш вопрос сделал бы физику на голову ниже!
Вот дорогая цена любопытства, которое не может быть природой удовлетворено.
И все-таки нельзя заставить себя отказаться от этого законнейшего вопроса: «Как же движется электрон?» Ведь движется же он! А раз движется, то как? Нам не успокоиться, не узнав этого. Однако давайте дадим себе отчет: чего мы, собственно, добиваемся?
Надо честно признаться — мы жаждем лишь одного: суметь увидеть, начертить на бумаге или показать отчетливым жестом, как перемещаются в пространстве частицы-волны, образующие атомный мир. Без этого нам не мило никакое физическое знание. Без этого наша мысль чувствует себя беспомощно. Безотчетно мы просим у науки того же, чего требуем по праву от искусства: изображения познаваемого.
Только тогда мы готовы принять любые идеи в естествознании. В общем мы всегда тоскуем по зримому сходству с чем-нибудь нам уже знакомым, по трехмерной, объемной «чувственности» знания. (Ведь как раз поэтому всех обрадовал планетарный атом Резерфорда, и лишь физиков он еще вдобавок смутил.)
Короче говоря, мы добиваемся классического ответа на свой вопрос. А между тем отвечать на него должна совсем неклассическая — не ньютоновская — микродействительность.
Как же ей быть? На какой ответ мы вправе рассчитывать, раз заведомо безнадежно ожидать, что движение электрона будет похоже на полет дробинки или Земли, чья волнообразность начисто неощутима? Но если классического ответа нам не дождаться, зачем было говорить о могуществе классических представлений? Какое уж там могущество, когда они пасуют перед первой же трудностью в механике волн-частиц — перед изображением движения электрона.
Не спешите, не спешите… Может быть, и тут повторится история, приключившаяся с изображением самих этих «волн-частиц»: в их странном образе заключался совершенно неклассический ответ природы на вопрос о материальном естестве фотона и электрона, а вместе с ними и всех других элементарных частиц материи. Однако хоть и совершенно неклассический (где это видано, чтобы существовали волны-корпускулы!), образ микрокентавров сконструирован-то был из старых классических понятий, ибо, как мы убедились, ни на каком ином языке природа прямо и непосредственно не разговаривает с нами, людьми, созданиями классического масштаба. Так не ведет ли природа на этом же доступном нам языке какой-то свой, неклассический — микромасштабный — рассказ и о движении электрона?
Наверняка ведет! Надо его послушать.
Над футбольным полем летит мяч. Вопреки правилам защитник останавливает его рукой: он мог бы поклясться, что мяч летел в верхний угол ворот и вратарь его не достал бы. Откуда эта уверенность? От воспитанного опытом, надежного «чувства траектории» мяча. Говоря физически, защитник был убежден, что в той определенной точке пространства над полем, где он остановил мяч, тот обладал вполне определенной скоростью по направлению и — величине. Она, эта скорость, с неотвратимостью привела бы мяч в определенную соседнюю точку пространства, а там, чуть изменившаяся, но снова совершенно определенная скорость повлекла бы мяч в другую соседнюю точку, так что движение неумолимо закончилось бы именно в сетке ворот — в недосягаемом для вратаря верхнем углу. Так уж лучше пенальти, чем верный гол!..
Земной опыт снабдил нас незыблемым классическим убеждением, что любое движущееся тело всегда может быть застигнуто в точно определимом и предопределенном месте, из которого оно будет перемещаться дальше со столь же точно определимой и тоже предопределенной скоростью. И место и скорость предопределены всей историей движения тела.
Это и есть наше «чувство траектории». Оно обнадеживает охотника, уходящего на промысел. Оно помогает мальчишке увернуться от снежка. Оно служит нам ежечасно и всю жизнь. Это одна из основ всей механики наших движений. И хоть она безотчетна, в ней отражен объективный физический факт: волнообразность нас самих как движущихся тел и всего окружающего, зримого, осязаемого так призрачна, что никогда не дает о себе знать. Мы «только корпускулы».
И вот перед нами другой мир, где волнообразность отнюдь не призрачна и траектории утрачены. Как же быть с классическими понятиями координаты электрона и скорости электрона? Можно ли на старый образец описывать с их помощью движение микрокентавров? Нет, ничего не выйдет! Ведь только мы захотим уверить себя, что у электрона во всякий момент есть и точно определимое местоположение и точно определимая скорость, как мы немедленно «заставим» его двигаться по траектории. Однако это будет с нашей стороны лишь утешающий самообман. Электрон не сможет нас послушаться. Он не властен отказаться от своей двойственной природы только оттого, что нам этого так хочется, и его волнообразность не исчезнет по нашему повелению.
Значит, снова, как и следовало ожидать, испытаннейшие понятия классической механики — на сей раз понятия координаты и скорости тела — обнаруживают свою непригодность в микромире. Или по меньшей мере ограниченную пригодность. Но ясно, что они должны были доказать физикам еще и свое могущество, как сумели это сделать понятия частицы и волны.
Можно сколько угодно вертеть и играть словами, а движение электрона все равно будет выражаться в пространственном перемещении! Стало быть, от какого-то представления о, местоположении электрона, или, другими словами, от понятия координаты, нам некуда деться. И как бы ни протекало это пространственное перемещение, должно же оно требовать времени! Стало быть, и от понятия скорости отказаться невозможно.
В общем физикам надо было выбираться из заколдованного круга, потому что природа не научила людей усматривать движение там, где ничто не меняется во времени и пространстве: тогда само понятие движения теряет для нас всякий смысл. Что же оставалось делать? Неужели следовало решиться на крайность — взять да и объявить, что разговаривать о движении в микромире вообще нельзя?! Пожалуй, это было бы равносильно отказу от позиция микродействительности. А кроме того…
Вместо тяжеловесных научно-философских доводов услужливая память подсказывает знаменитые пушкинские строки:
Движенья нет, сказал мудрец брадатый.
Другой смолчал и стал пред ним ходить, —