Это понимание основывалось на «твердости» и вещественности мира. Точнее говоря, на непосредственной ощущаемости вещественного. На том, что наши органы чувств сконструированы эволюцией так, что могут воспринимать окружающую обстановку макромира. На нашей животности, иначе говоря. Поэтому ньютоновскую физику, на которой стояла вся наука до начала XX века, так легко представлять.
Вот столкнулись два одинаковых упругих шара под такими-то углами, а потом разлетелись. Зримо. Наглядно… Два сталкивающихся бильярдных шара – символ классической физики! Молекулы газа – это маленькие абсолютно упругие шарики или точечки. Они, крохотульки, мельтешат в баллоне, стукаясь о его стенки и тем самым создавая то, что мы называем давлением. Если газ нагреть, скорости шариков увеличатся, они будут барабанить интенсивнее, значит, давление газа вырастет. Собственно говоря, нагрев – это и есть увеличение скорости молекул. Чего тут непонятного?
Первые сложности начались с открытием электричества в начале позапрошлого века и такой странной формы материи, как поле. Но и тут наука не сплоховала! Для наглядности придумали силовые линии, они невидимые, но их можно визуализировать – вдоль них располагаются металлические опилки, насыпанные на листок, положенный на магнит… А электромагнетизм – это вообще волны. Понятный и представимый процесс. На море волны видели? Законы распространения волн можно изучить. Вот вам дифракция, вот дисперсия, вот интерференция.
Настоящие сложности начались, когда долезли до атомов. Поначалу-то никто страшного не заподозрил. Атом? Не проблема! Планетарная модель! В центре – положительно заряженное ядро, вокруг летают полоумные отрицательные электроны. Наглядно. Понятно. Хотя, конечно, есть некие неясные тонкости, но с помощью определенных допущений мы их обойдем. Тонкости такие: если электрон крутится вокруг ядра, то он должен непрерывно излучать электромагнитные волны и терять энергию. Значит, электроны должны, в конце концов, упасть на ядро. Почему не падают? Щас чего-нибудь придумаем… Предположим, что энергия излучается порциями, квантами. И существуют такие фиксированные орбиты, на которых электрон не излучает. Это придумал Макс Планк. Который сам к этой идее серьезно не относился, полагая ее чисто математической формальностью, придуманной для удобства обсчета. Но потом кванты были открыты Альбертом Эйнштейном.
Вот с этих квантов все и началось…
И постепенно изучение микромира привело к мировоззренческому кризису – сначала в физике, потом в философии. Не зря Эйнштейн так не любил квантовую физику, отказывал ей в высоком звании науки и обзывал магией. Не зря английский физик Пол Дэвис называл квантовую механику наукой, ведущей в «потустороннюю реальность». А американский физик Эдвин Джейнс писал: «Вполне ясно, что современная квантовая теория не только не использует, она даже не отваживается упоминать понятие «физической реальности». Защитники теории говорят, что это понятие является философски наивным, представляет собой возврат к устаревшим способам мышления, и что осознание этого составляет глубокое новое знание о природе науки. Я же говорю, что эта теория составляет крайнюю иррациональность, что где-то в этой теории утратилось различие между реальностью и нашим знанием о реальности, и результат имеет характер скорее средневековой черной магии, чем науки».
Человеческий трагизм ситуации состоял в том, что величайшие физики, заложившие в начале XX века первые мины в здание классической физики (каковую еще можно было бы назвать физикой реальности), потом за эту самую реальность отчаянно боролись с новым поколением физиков, которые пошли еще дальше в разгребании завалов рухнувших представлений. Макс Планк, придумавший кванты; Альберт Эйнштейн со своей теорией относительности и подтверждением квантов; Вернер Гейзенберг, получивший нобелевку за – цитирую сайт Нобелевского комитета – «создание квантовой механики»; Эрвин Шредингер, также стоявший у истоков квантовой механики, а потом от горя ушедший в индийскую философию, – все они на дух не переносили того, к чему квантовая механика их в итоге привела. И что потом получило название «копенгагенской интерпретации», каковую разделяла школа Нильса Бора.
По сути весь XX век идет невидимая простым людям война. Война физиков. Тех традиционалистов, душа которых отчаянно протестует против «магии» квантовой механики и тех циников, которые, посмеиваясь, считают реальность устаревшим понятием из лохматого XIX века.
Тут, наверное, нужно объяснить, наконец, что физики понимают под словом «реальность» и почему от нее пришлось отказаться. А также растолковать, отчего многие из них протестуют против такого отказа.
Начнем с последнего. Протестуют, потому что это психологически трудно – отказаться от привычного. Многим кажется, что вся физика должна быть интуитивно понятна – как механика. Когда сталкиваются и разлетаются твердые тела или волны образуют дифракционную картину, это понятно, потому что представимо. Наглядно. Однако углубление в микромир привело к тому, что наглядные картинки исчезли, осталась одна математика. А вот представимой физической картины за ней никакой нет. Нет того, что физики называют физическим смыслом формул. Физика превратилась в крючочки на бумаге. Интуитивная понимаемость исчезла. Это нервирует.
А зря!
Бедные физики, упрямо держащиеся за наглядность, не осознают одного: то, что они принимают за наглядность и понимание, на самом деле всего лишь «привычка к твердым телам». Чистая животность, основанная на животных органах ориентирования в мире! Причем понимание это весьма поверхностное, мнимое. Наглядность работает только если не особо углубляться в предмет, поскольку при ближайшем рассмотрении никаких «соударений твердых тел» мы не увидим. Это ведь только кажется, что два бильярдных шара ударяются со стуком и разлетаются. Фактически же никакого «твердого контакта», никакого «касания» не происходит. Ведь что такое упругость и упругое соударение? Как взаимодействуют атомы твердых шаров?
Всего в физике известно 4 основных вида взаимодействия – сильное, слабое, гравитационное, электромагнитное. Передатчиками всех взаимодействий являются кванты, то есть «кусочки поля». Упругость – пример электромагнитного взаимодействия. Вообще, все, что мы с вами наблюдаем вокруг, кроме притяжения к Земле, это электромагнитные взаимодействия. Вся химия, вся биохимия, все видимые нами в быту явления – проявления электромагнитного взаимодействия. Вот сближаются атомы двух летящих навстречу друг другу бильярдных шаров. Как происходит касание атомов?
Никак. Атом – это положительно заряженное ядро, окруженное призрачной электромагнитной шубой. Взаимодействие между «шубами» двух «сталкивающихся» атомов передается путем обмена виртуальными электромагнитными квантами. То есть на расстоянии. Электронные оболочки атомов двух шаров обменялись «мнениями», и шары разлетелись в разные стороны. Нам кажется, что произошло столкновение. Но это только потому, что масштаб дистанционного обмена виртуальными квантами чрезвычайно мал и глазу невидим.
Вы наверняка обратили внимание на слово «виртуальный». Да, кванты электромагнитного излучения, которыми обмениваются заряженные частицы, не совсем реальные. Собственно, в физике разделяют реальные фотоны, которые могут лететь на миллионы километров и, в зависимости от частоты, быть радиоволной или светом, и фотоны виртуальные. Последние существуют лишь «наполовину». Их свойства необычны, засечь их в принципе нельзя, поскольку они обязаны быстро поглотиться. Ну, а поскольку непосредственно, приборно поймать виртуальные фотоны невозможно, вы вправе считать их чисто теоретическим конструктом. Однако именно этот теоретический конструкт отвечает в физике за кучу самых разных явлений – силы Ван дер Вальса, излучения Хокинга и т. д.
Странности для физиков с этим загадочным микромиром начались, когда обнаружилось, что в микромире частицы могут вести себя, как волны, а волны – как частицы. Мы привыкли, что электрон – частица, то есть как бы твердый шарик, который летит по определенной траектории. А у волны траектории нет, она распространяется широким фронтом. Волна – это процесс распространения колебаний в среде. А частица – это локализованный в пространстве один-единственный объект. Разве может объект – например, бильярдный шар, «размазаться» по пространству, став волной? Либо одно, либо другое – или крестик снять, или трусы надеть.
Если поставить на пути катящегося шара шторку с дырками, шар может или стукнуться о шторку, или пролететь в дырку. А если на шторку надвигается параллельный фронт волны, часть фронта ударится о препятствие, а часть проникнет в дырки. И начнет за шторкой распространяться дальше – из каждой дырки расширяющимся конусом пойдет волна. То есть каждая дырка станет в области за шторкой как бы точечным источником волны. Причем конусы волн от двух расположенных неподалеку дырок вскоре наложатся друг на друга, интерферируя. Там, где пики колебаний волн совпадут, они будут удваиваться, а там, где волны наложатся друг на друга в противофазе, они будут гаситься. Возникнет «пятнистая» картина.
Так вот, выяснилось, что электрон, который раньше считали шариком (частицей), может одновременно пройти сквозь две расположенные рядом дырки, образовав за шторкой интерференционную картину. А электромагнитная волна – например, световая – порой ведет себя, как поток отдельных частиц – фотонов. Удивительно. И непредставимо, поскольку в макромире нет схожих объектов для сравнения.
Ну, а когда Гейзенберг открыл принцип неопределенности, ситуация стала еще более туманной. Оказалось, что мы не можем одновременно точно узнать координаты и скорость частицы. Либо то, либо это. И чем точнее мы узнаем один параметр, тем неопределеннее становится другой. Неопределенность оказалась вшитой в структуру мира. Реальность в ее привычном физическом смысле поплыла…
Что же физики понимают под реальностью? То, что существует объективно, то есть независимо от нас. А в микромире знание о частице неожиданно оказалось включенным в формулы, поскольку получение знаний влияло на нее! В микромире не оказалось траекторий. И точных энергий. И скоростей. Формулы для предсказаний событий были, но они, в отличие от привычной механики или баллистики, не могли указать точно, куда шмякнется запущенная частица, а давали лишь вероятность ее попадания в то или иное место. У пули траектория есть, пуля летит с определенной скоростью, которую можно вычислить в любой точке траектории. Можно предсказать, куда пуля попадает, если мы знаем ее массу, скорость, силу притяжения планеты и направление выстрела. Ну, будут, конечно, какие-то неточности в измерениях, но в теории все выглядит абсолютно четко, а неточности непринципиальны и ни на что практически не влияют в силу их ничтожности. А вот в микромире, то есть в мире «микропуль», эти неточности уже вылезают на первое место, становясь «больше пули». И мы можем сказать, просчитав все по формулам, только вероятность того, что здесь или там окажется частица. От чего зависит, куда именно она вонзится? Ни от чего! Это принципиально непредсказуемо. Случайность имманентна нашему миру. Формула предсказывает только «размазанную» вероятность попадания.