Даниил Данин - Вероятностный мир
Да, мы находимся в центре огромного темного леса. Понемногу мы освобождаем вокруг себя небольшой участок земли и создаем маленькую поляну. И теперь, благодаря успехам науки, мы непрерывно и во все возрастающем темпе раздвигаем ее границы. Однако все время перед нами пребывает эта таинственная опушка леса — непроницаемого и безграничного леса Неведомого».
Когда в феврале 1955 года де Бройль разворачивал эти мысли–ощущения в лекции «По тропам науки», ему было уже далеко за шестьдесят. Он знавал радость глубоких догадок, драматические кризисы, годы бесплодия. В полулитературной, полунаучной аудитории Музея Гиме, возможно, лишь немногие знали о дебройлевской драме идей, которая как раз тогда разыгрывалась — что бывает редко — повторно. Но все со вниманием слушали ветерана квантовой революции, одни чувствуя, другие сознавая его право на возвышенный образ «таинственной опушки леса Неведомого»: была на этой опушке им расчищенная пядь земли.
То, что так велеречиво высказал ученый, суховато выразил писатель:
«Наука всегда оказывается неправой. Она никогда не решит вопроса, не поставив при этом десятка новых».
Узнается почерк Бернарда Шоу: раз уж общепризнанно, что на стороне науки всегда есть доказанная правота, ему нужно было убедить нас в обратном — она всегда не права.
Он подумал о науке в момент ее торжества — в момент открытия, когда она и вправду безоружна перед лицом новых «почему», обращенных ею же самой к чуть поредевшему лесу Неведомого. Нет у нее покуда ответов на эти новые «почему», которых никто и не задавал бы до состоявшегося открытия. И она в очередной раз «оказывается неправой» именно на гребне успеха. И чем масштабней открытие, тем более «неправой» оказывается она: тем больше вопросов приводит оно с собой.
Как с открытиями Планка, Эйнштейна, Резерфорда; это случилось и с квантовой теорией атома.
После хансеновского беспомощного «а я не знаю, так ли это» первые и самые глубокие недоумения высказал Резерфорд. То, что — первые, естественно: конечно, ему Бор послал на одобрение свою рукопись. Ему поспешил сообщить о спасении планетарной модели. Но то, что недоумения Резерфорда были еще и самыми глубокими, может показаться неожиданным: он ведь не числился «чистым теоретиком» и даже любил подтрунивать над такими теоретиками. Он говаривал, что они «ходят хвост трубой», и насмешливо уверял, что «мы, экспериментаторы, заставляем их поджимать хвосты».
Однако планетарная модель была его теоретическим детищем, и можно ли сомневаться, что он сам перепробовал немало путей ее спасения. Безуспешность попыток донельзя обострила его критическое чутье. Ответ на рукопись Бора последовал немедленно. И там были поразившие Бора строки:
«…Мне сдается, что есть серьезный камень преткновения в Вашей гипотезе, и я не сомневаюсь, что Вы полностью сознаете это, а именно: как решает электрон — с какой частотой он должен колебаться, когда происходит переход из одного стационарного состояния в другое? Мне кажется, Вы будете вынуждены допустить, что электрон заранее знает, где он собирается остановиться».
Так впервые — в частном письме — прозвучало подозрение: а не приписывает ли квантовая теория «свободу воли» этой неодушевленной крошке — электрону?
…Останутся позади полтора десятилетия. Достигнет кульминации эпоха бури и натиска. Ожесточатся философские столкновения вокруг квантовых идей. То, что звучало осторожным вопросом в устах великого физика, вырастет до грозного обвинения в устах научных публицистов. «Свобода воли электрона» будет раздраженно обсуждаться теми, кого выведет из равновесия новое физическое миропонимание. А оно их выведет из равновесия своим покушением на классическую однозначную причинность, чье всевластье в делах природы наука прежде только подтверждала. И эта же мнимая «свобода воли электрона» совсем уж по ошибке обрадует мистиков, которым ни к чему никакая причинность — ни однозначная, ни вероятностная, а по душе лишь беспричинность и невероятность воображаемых явлений.
Но право же, Резерфорд и его письмо к Бору тут будут ни при чем. До 1939 года — четверть века с лишни — это письмо вообще не публиковалось…
Резерфорд задал вопрос физический и недоумение высказал тоже физическое. И был прав: у Бора получалось нечто в высшей степени странное. Пусть у электрона есть выбор возможностей, и он использует одну из них — перескакивает с далекой орбиты на какую–нибудь нижнюю. От глубины падения зависит энергичность испускаемого при этом кванта — его световая частота или цвет. Значит, в момент начала перескока все определяет его конец — размах скачка. По дороге частота излучения измениться уже не сможет — всякий квант одноцветен (монохроматичен, как говорят физики). Иными словами, электрону надо заблаговременно облюбовать одну из нижних орбит — заранее рассчитать, «где он собирается остановиться». Выходило, что он делает словно бы свободный выбор — загодя решает свою квантовую судьбу!
Резерфорд был прав и в своей уверенности, что Бор «полностью сознает» эту трудность понимания его построения. Но что было делать Бору? Он очутился совершенно в том положении, в каком пребывал Резерфорд двумя годами раньше, когда предложил классически невозможную планетарную модель.
Новозеландец в 1911 году положился на будущее решение проблемы устойчивости его модели. Вот оно пришло. Но теперь в 1913 году датчанину, в свой черед, приходилось полагаться только на будущее оправдание выдвинутых им спасительных идей, ибо и они оказались в разладе с классическим здравым смыслом.
Правда, кое–что Бор попытался найти для самооправдания уже тогда…
2
Ему пришлось отправиться в Манчестер вслед за своею рукописью, чтобы отстоять ее от критики Резерфорда. И когда много лет спустя он рассказывал об отношении манчестерского Папы к его идеям, первое, что приходило ему на память, в точности повторяло слова из давнего резерфордовского письма. Так, Бор пересказал их и в своем ответе московским физикам, когда весной 1961 года в последний раз к нам приезжал:
— Резерфорд не сказал, что это глупо, но он никак не мог понять, каким образом электрон, начиная прыжок с одной орбиты на другую, узнаёт, какой квант нужно ему испускать…
Однако крайне интересно — и ради этого–то стоило здесь повторить недоумение Резерфорда, — что Бор добавил:
— Я ему говорил, что это — как «отношение ветвления» при радиоактивном распаде, но это его не убедило.
Молодому Бору думалось, что он выбрал психологически безошибочный научный довод, дабы обезоружить Резерфорда. «Отношение ветвления» — странный феномен в явлениях радиоактивности — был отлично знаком Папе, А заключался этот феномен в том, что иные из радиоактивных элементов распадались двояким способом. Из одной точки вырастали две ветви радиоактивных превращений. Так, в семействе урана две ветви шли от радия–C: малая доля атомов этого элемента переживала альфа–распад, а большая доля переживала бета–распад. В среднем 3 атома из 10 000 превращались в теллур, а 9997 — в полоний. Другими словами, каждому атому радия–C природа предлагала на выбор две судьбы. И в совершенно одинаковых условиях его ядро как бы заранее решало, что ему испустить: альфа–частицу или бета–частицу? Наблюдались и другие случаи двоякого распада, с другим «отношением ветвления» между альфа–долей и бета–долей… Резерфорд, зная это, недоумения не выражал.
А было это и впрямь до чрезвычайности похоже на выбор, стоящий перед атомом при излучении света: какой квант испустить — красный или синий? Или, по–другому: какую орбиту покинуть электрону и на какой остановиться? Вдобавок спектральные линии своей разной яркостью отчетливо показывали, что одни кванты испускаются чаще, другие реже, совершенно так же, как в точках ветвления на древе радиоактивных превращений атомные ядра предпочитают один тип распада другому.
Для оправдания теории хорошая была параллель. Но провинность не умаляется тем, что прежде была совершена такая же. Параллели не объясняют, а только разъясняют. Они делают непонятное рельефней, однако ценой его удвоения: к исходной непонятности добавляют новую — того же свойства.
Но это–то для Бора и было важнее всего — того же свойства! В разных сферах жизни атома — в поведении ядра и в поведении электронов — проступает общая черта. Она противоречила классическому ожиданию одинакового поведения в одинаковых условиях. Но оттого что прецедент удваивался, в незаконном открывалось таинственно закономерное. Хоть и «таинственно», да все–таки закономерное…
Психологически, молодой Бор не ошибся: параллель с радиоактивностью, не отменив недоумения Резерфор–да, помогла ему смириться со странностями квантового спасения планетарной модели, по крайней мере в одном пункте. Но был еще второй.. .
