ось, что случай заводит механизм классической причинности!
Вы сами чувствуете, как трудно было согласиться с этим. И отовсюду раздались голоса: «А балансир?!» Другими словами — уже без образного иносказания, — с разных сторон стали делаться попытки объяснить посредством старой классической причинности саму работу случая. Это было стремлением во что бы то ни стало избавить картину природы от господства вероятностных законов, словно они хуже причинных, словно лапласовский фатализм понятней принципа неопределенности. Это было желанием снова сделать так, чтобы случай «стал ничем».
Попытки объяснения нового на старый лад, конечно, всегда соблазнительны: они сулят легкое понимание непонятного. Беда лишь в том, что когда такие попытки приводят к успеху, ученые убеждаются, что новое знание — вовсе не новое! Ведь если оно вытекает логически из старого, то значит уже содержалось в нем. Когда же оно — принципиально новое, то есть отражает прежде неведомые законы природы, подбирать к нему старые ключи — бесцельное самомучительство мысли. Ничего не выйдет.
И все-таки освободиться от этого рутинного соблазна часто трагически трудно. Даже великим умам это далеко не всегда удавалось и удается. А безысходные поиски таких невозможных объяснений особенно мучительны, когда новое знание включает в себя старое, как свое частное проявление. Еще бы! Тогда это поиски чуда: как передать звучание оркестра звуками одного рожка?.. И бывает так, что пока исследователи убеждаются в бесполезности своих усилий, проходят годы. Даже десятилетия. Проходит жизнь, как это было в истории несогласия Эйнштейна с вероятностным толкованием квантовой механики.
Тут все та же драма идей.
Однако не смешно ли: так прост и неотразим этот общий довод — «новое не вмещается в старом», а многим замечательным ученым нашего времени он словно бы и неизвестен! Так что же: мы мудрецы, а они чудаки? Предположение маловероятное, не правда ли?
Остается уловить смысл надежд на возвращение к старым законам классически-причинного типа.
Добро бы, дело обстояло так: случай — штука капризная, вероятности — вещь ненадежная, со спокойной душой положиться на квантовую механику нельзя, ее расчеты и предсказания могут вдруг подвести. Поэтому — давайте отыскивать другие законы микромира, безупречно точные, такие, чтобы вмешательство случая не грозило попутать нам карты.
Замечательно, что надежды на возвращение к «точным» законам движения никто и никогда не связывал с мыслью о таком улучшении квантовой механики. Она в этом не нуждалась. Физики сразу увидели, что на нее можно положиться: припомните цифру — около тысячи работ по квантовой механике за первые два года ее существования! Она блистательно доказала свою правоту и работоспособность. Она доказала, что открытые ею «неточные» законы гораздо безупречнее по точности, чем точнейшие законы механики классической.
Это звучит как парадокс, но приблизительность классических законов состояла именно в их абсолютной точности. Они приписывали природе то, чего в ней нет. Законы классической причинности как бы «улучшали природу» — они исправляли ее великую небрежность, ибо она сама вовсе не позаботилась о том, чтобы любые события совершались в ней по единственному заранее и навсегда установленному расписанию. Но то обстоятельство, что наука «улучшает» природу, доказывает не истинность знания, а его ограниченность. Снабдив частицы волновыми свойствами, природа наделила их целым спектром возможностей. А классическая механика заставляла все тела всегда ходить по струнке. Точность ее законов была очень удобной: она позволяла ученым однозначно предсказывать поведение механических систем. Однако, как заметил первооткрыватель электрона Джи-Джи Томсон, «нельзя думать, что вселенная построена по принципу наибольшего удобства математиков». Абсолютная математическая точность классических законов обернулась их физической неточностью.
Это-то и подвело классическую однозначную причинность, когда она попыталась распространить свой деспотизм и на микромир, где волновыми свойствами частиц уже нельзя было пренебрегать безнаказанно.
…Согласно старым «точным» законам альфа-распад радиоактивных ядер, скажем, урана, был бы совершенно невозможен. Неважно, как внутри тяжелого уранового ядра образуется легкое ядро гелия — альфа-частица. Важно, что эта альфа-частица удерживается в урановом ядре огромными силами ядерного притяжения. Они гораздо могущественней сил электрического отталкивания, которые стараются выставить альфа-частицу наружу. Ядро как бы окружено барьером — физики называют его «потенциальным». Прорваться через него трудно — он высок. Для этого нужна большая энергия движения. Изучая альфа-распад, физики убедились, однако, в необычайной ситуации: энергия вырвавшихся на свободу частиц оказалась намного ниже высоты потенциального барьера. Как же альфа-частицам удается совершать невозможное? По строжайшим предписаниям классических законов любая альфа-частица была бы обречена только колебаться в пределах ядра, без малейшей перспективы покинуть его, пока, быть может, из какого-нибудь внешнего источника к ней не притекла бы нужная энергия. Между тем ядра урана распадаются самопроизвольно!
Квантовая механика объяснила необъяснимое. На основании принципа неопределенности она показала, что у альфа-частицы всегда есть возможность как бы нечаянно оказаться и по ту сторону барьера. Только вероятность этого классически-незаконного события. очень мала. Так мала, что средняя продолжительность жизни уранового ядра — благополучной жизни до альфа-распада — измеряется непредставимо громадным промежутком времени: примерно 6,5 миллиарда лет. (Оттого-то, хотя в залежах урановых руд нет-нет да и распадаются то тот, то другой атом, эти руды не исчезли в земной коре. Возраст Земли, по современным оценкам геологов, 4–5 миллиардов лет. Это все-таки короче средней продолжительности жизни урана.)
Проникновение альфа-частицы за потенциальный барьер было названо «просачиванием», а все это странное явление физики стали называть «тоннельным эффектом»: частица не преодолевает барьера поверху, так как ее энергия для этого слишком мала, а как бы прорывает тоннель из ядра на волю.
В этих образных выражениях — просачивание и тоннель — слышится вечная тоска физиков по наглядным представлениям. Так и хочется вообразить себе альфа-крота, который затрачивает в среднем шесть с половиной миллиардов лет на прорытие тоннельного хода в гористом барьере, окружающем урановое ядро. Нас должно утешать, что эти образы придумывают сами высоколобые теоретики.
Вы еще не забыли свидетельства Ландау, что сознание физиков работает ныне в таких сферах, где воображение уже не может оказать им никаких услуг? Однако видите: все-таки они прибегают к его услугам. Математической мысли теоретиков; так же как и нашей более скромной мысли, не очень уютно живется среди одних только непредставимых отвлеченностей. Стоит еще раз вспомнить, как Эйнштейн в письме к де Бройлю говорил о «гадких квантах». Может быть, поэтому теоретики время от времени и привлекают себе на помощь поэзию: она возвращает их заоблачную мысль в наш земной классически-причинный мир, где действительно надо шаг за шагом прорывать тоннель, чтобы выбраться на ту сторону горы. Им, как и нам, образы помогают яснее понять непонятное. Но мы, как и они, должны отдавать себе отчет, что эти образы — только образы! Млечный Путь не сделан из молока, и он не путь, а альфа-частица не роет на протяжении миллиардов лет никакого тоннеля.
Эти миллиарды лет средней продолжительности спокойной жизни уранового ядра говорят лишь о том, какая редкость альфа-распад, — как редко из всех возможностей движения альфа-частицы осуществляются те, что выводят ее за пределы барьера ядерных сил.
Однако хоть и редко, но осуществляются!
Между «редко» и «никогда» — гигантская разница.
Классическая причинность говорила альфа-распаду — «никогда!». Как и для всего на свете, она не допускала для альфа-частицы обилия возможностей, а признавала законной только одну «ту, которая обладает стопроцентной вероятностью осуществления: в самом деле, если бы энергия альфа-частицы заранее превышала величину барьера, она, конечно, немедленно покинула бы ядро. Такой альфа-распад классическая причинность милостиво разрешила бы. Да только ядра урана в этом разрешении уже не нуждались бы: их просто не существовало бы на свете — Они распались бы сразу.
Стопроцентная вероятность — это полная достоверность события. Вот идол, которому поклоняется классическая причинность. А природа этому идолу вовсе не поклоняется. И квантовая механика оказалась физически гораздо более точной наукой, чем ее предшественница. Настолько точной, что, например, в теории альфа-распада она безукоризненно правильно связала энергию вылетающих альфа-частиц со средним временем жизни радиоактивных элементов. И эта энергия и это среднее время (рыли измерены на опыте задолго до появления квантовой механики. Но смысл таблиц, которые составлялись учеными, и смысл кривых, которые они чертили в своих лабораториях, оставались загадочными, пока вероятностные законы микромеханики не раскрыли этих загадок.
Может показаться непонятным — откуда берется какая бы то ни была точность предсказаний там, где господствует случай? И вправду: когда ожидаемое событие не единственно возможное, когда оно не обладает стопроцентной вероятностью, оно ведь может наступить, а может и не наступить!
Если бы экспериментатор умудрился проследить за излучением какого-нибудь одного возбужденного атома натрия, он вовсе не обязательно стал бы свидетелем испускания «желтого кванта». Могла бы на его глазах осуществиться и другая возможность, поскольку излучение иных порций энергии здесь тоже имеет свою вероятность: разрешенных уровней энергии много, и возможны разные квантовые скачки с уровня на уровень. Лишь одно достоверно — какой-то из возможных для натрия квантов был бы испущен. Но теоретик не взялся бы утверждать, какой именно квант будет излучен