дополнительностью или комплементарностью, от латинского слова complementum, означающего «дополняющее или завершающее». Свет-частица и свет-волна, материя-частица и материя-волна – это взаимоисключающие абстракции, дополняющие друг друга. Их нельзя слить воедино, между ними нельзя выбирать; они должны существовать рядом друг с другом в кажущемся парадоксе и противоречии; но согласие с этим неприятным, не-Аристотелевым условием означает, что физика может познать больше, чем без него. Более того, как показывает в своем ограниченном контексте недавно опубликованный принцип неопределенности Гейзенберга, Вселенная, по-видимому, устроена таким образом настолько глубоко, насколько могут проникнуть человеческие чувства.
Эмилио Сегре, слушавший лекцию Бора в Комо в 1927 году, когда сам он был юным студентом инженерного факультета, просто и ясно излагает принцип дополнительности в истории современной физики, которую он написал, уйдя на покой: «Две величины взаимно дополнительны, если измерение одной из них делает невозможным одновременное точное измерение другой. Аналогичным образом, две концепции взаимно дополнительны, если одна из них налагает ограничения на другую»[579].
Затем Бор аккуратно рассмотрел по очереди все конфликты между классической и квантовой физикой и показал, что дополнительность разрешает их. В заключение он кратко коснулся связи дополнительности с философией. «Затруднения, с которыми мы встречаемся на этом пути, – сказал он, – происходят главным образом оттого, что, так сказать, каждое слово в языке связано с нашими обычными представлениями. В квантовой теории мы встречаемся с этой трудностью с самого начала в вопросе о неизбежности доли иррациональности, присущей квантовому постулату. Однако я надеюсь, что идея дополнительности способна охарактеризовать существующую ситуацию, которая имеет далеко идущую аналогию с общими трудностями образования человеческих понятий, возникающими из разделения субъекта и объекта»[580][581]. Таким образом, он снова вернулся к дилемме лиценциата из «Приключений датского студента» и разрешил ее: «я» мыслящее и «я» действующее – это разные, взаимоисключающие, но взаимно дополнительные абстракции личности.
В следующие годы Бор значительно расширил вселенский охват своей «некой общей точки зрения». Она служила ему руководящим принципом не только в вопросах физики, но и в более общих делах общественной жизни. Но она так и не заняла того центрального места в физике, которое он ей прочил. Как и следовало ожидать, значительное меньшинство физиков старшего поколения, присутствовавших в Комо, так с ним и не согласилось. Не был убежден в его правоте и Эйнштейн, когда узнал об этой концепции. В 1926 году он писал Максу Борну, рассуждая о статистической природе квантовой теории: «Квантовая механика производит очень сильное впечатление. Но внутренний голос говорит мне, что это все не то. Из этой теории удается извлечь довольно много, но она вряд ли подводит нас к разгадке секретов Всевышнего. Я, во всяком случае, полностью убежден, что Он не играет в кости»[582][583]. Через месяц после Комо в Брюсселе прошла другая физическая конференция, ежегодный Сольвеевский конгресс, который проводился на средства состоятельного бельгийского промышленника Эрнеста Сольве. В нем Эйнштейн участвовал, так же как и Бор, Макс Планк, Мария Кюри, Хендрик Лоренц, Макс Борн, Пауль Эренфест, Эрвин Шрёдингер, Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг и многие другие. «Все мы жили в одном отеле, – вспоминает Гейзенберг, – и самые острые дискуссии проходили не в конференц-зале, а в ресторане отеля. Бор и Эйнштейн несли главную тяжесть этой борьбы за новое истолкование квантовой теории»[584][585].
Эйнштейн отказывался согласиться с тем, что на атомном уровне нет детерминизма, что тонкая структура Вселенной непознаваема, что всем правит статистика. «“Господь Бог не играет в кости” – это выражение часто можно было услышать от него во время дискуссий, – пишет Гейзенберг. – Эйнштейн не мог поэтому примириться с соотношениями неопределенностей и старался придумать эксперименты, в которых эти соотношения уже не имели бы места». Он упорно отказывался принять принцип неопределенности и пытался придумать случаи, в которых этот принцип оказался бы неверным». За завтраком Эйнштейн предлагал очередной замысловатый мысленный эксперимент, споры о нем продолжались в течение всего дня, «…и, как правило, все заканчивалось тем, что Нильс Бор вечером за ужином был уже в состоянии доказать Эйнштейну, что очередной предложенный им эксперимент тоже не ведет к отмене соотношения неопределенностей. Эйнштейн казался несколько обеспокоенным, но уже на следующее утро у него за завтраком был готов новый мысленный эксперимент, еще более сложный и призванный теперь уж наверняка обнаружить недействительность соотношения неопределенностей»[586]. Так продолжалось в течение нескольких дней, пока наконец Эренфест прямо не сказал Эйнштейну – а они были очень старыми друзьями, – что ему за него стыдно, что Эйнштейн возражает против квантовой теории так иррационально, как возражали против теории относительности его собственные оппоненты. Эйнштейн своего мнения не изменил (и сохранил его – в том, что касалось квантовой теории, – на всю оставшуюся жизнь).
В свою очередь, Бор, хотя и был гибким прагматиком и демократом и никогда не был склонен к абсолютизму, в какой-то момент уже не мог больше слышать о представлениях Эйнштейна относительно божественных склонностей в области азартных игр. В конце концов он одернул Эйнштейна, используя его же собственную терминологию. Бог не играет в кости? «Но все-таки наша задача не может состоять в том, чтобы предписывать Богу, как Он должен править миром»[587].
6Машины
После войны Кавендишская лаборатория процветала под руководством Резерфорда. Роберт Оппенгеймер так мучился там главным образом потому, что не был экспериментатором; для физиков-экспериментаторов Кавендиш был именно тем центром, который надеялся найти там Оппенгеймер. Ч. П. Сноу учился там немного позже, в начале 1930-х, и его восторженные впечатления выражает вымышленный молодой ученый, герой его первого романа «Поиски»[588], опубликованного в 1934 году:
Вряд ли я когда-нибудь забуду эти собрания по средам в Кавендише. Для меня они были воплощением глубочайшей личной взволнованности наукой; в них была, если хотите, романтика, но не романтика частного научного открытия, которую я вскоре познал. Каждую среду я возвращался домой сырыми вечерами, когда восточный ветер с болот с воем проносился по старым улицам, и я шел, озаренный ощущением, что я их видел, слышал, был рядом с лидерами величайшего движения в мире[589][590].
Лаборатория, более чем когда-либо переполненная народом, начинала заметно ветшать. Марк Олифант вспоминает, что, впервые попав в холл, расположенный перед кабинетом Резерфорда, он заметил «не покрытые коврами дощатые полы, выцветший лак на сосновых дверях и пятна на оштукатуренных стенах, тускло освещенных световыми люками с грязным стеклом». Кроме того, Олифант зафиксировал облик Резерфорда в это время, в конце 1920-х, когда директор Кавендишской лаборатории был на середине шестого десятка: «Меня радушно встретил крупный, довольно румяный человек с редеющими светлыми волосами и большими усами. Он сильно напомнил мне заведующего сельской лавкой и почтовым отделением в маленькой деревне в холмах за Аделаидой, в которой я провел часть своего детства. В присутствии Резерфорда я сразу же почувствовал себя легко и уютно. Он говорил, слегка запинаясь, и время от времени подносил спичку к своей трубке, которая изрыгала дым и пепел не хуже вулкана»[591].
Резерфорд по-прежнему совершал поразительные открытия при помощи простейшего оборудования. Самое важное из них, если не считать открытия ядра, обрело зримые формы в 1919 году, незадолго до его переезда из Манчестера в Кембридж: статью о нем он сдал в печать в апреле. Позже, уже в Кавендишской лаборатории, они с Джеймсом Чедвиком продолжили эту работу. Собственно говоря, в манчестерской статье 1919 года подводились итоги серии исследований, которыми Резерфорд занимался в редкие свободные минуты четырех военных лет, когда он практически в одиночку обеспечивал продолжение работы своей лаборатории и одновременно работал над системами обнаружения подводных лодок по заказу Адмиралтейства. Статья вышла в четырех частях. Первые три части подготавливали почву для четвертой, революционной части под названием «Аномальный эффект в азоте»[592].
В 1915 году Эрнест Марсден, работа которого по изучению рассеяния альфа-частиц привела Резерфорда к открытию атомного ядра, обнаружил столь же плодотворную странность в процессе рутинных экспериментальных исследований в Манчестере. Марсден использовал альфа-частицы – ядра гелия, элемента с атомным весом 4, – вылетающие из маленькой стеклянной трубки с газообразным радоном, для бомбардировки атомов водорода. Для этого он закрепил трубку с радоном внутри герметичного латунного ящика, на одной из стенок которого был установлен сцинтилляционный экран из сульфида цинка, откачал из этого ящика воздух и заполнил его газообразным водородом. Альфа-частицы, испускаемые радоном, отскакивали от атомов водорода (с атомным весом около 1) как стеклянные шарики, передавая атомам водорода свою энергию, в результате чего некоторые из них начинали двигаться в сторону сцинтилляционного экрана. Затем Марсден измерил дальность их полета, вставляя перед экраном листы поглощающей металлической фольги до тех пор, пока сцинтилляция не прекращалась. Как и следовало ожидать, менее массивные атомы водорода разлетались в результате столкновений с более тяжелыми альфа-частицами дальше, чем сами альфа-частицы, – приблизительно в четыре раза дальше, уточняет Резерфорд, – так же, как это происходит с более и менее крупными стеклянными шариками.