Юрий Чирков - Охота за кварками
Перо англичанина Д. Биссета сотворило крококота.
(В повести «Забытый день рождения» писатель пишет: «Одна половина у мистера Крококота была котом, другая — крокодилом. Он был единственным в своем роде крококотом и жил очень уединенно в небольшой пещере посредине Африки и ни с кем никогда не виделся».) Это существо, которому славно жить, ибо ему всегда есть кому сказать «спокойной ночи»…
Другой пример — нагромождение несуразиц французского поэта-символиста Ж. Кокто в произведении «Моя неверная подруга»: «…Оставляешь лицо, хоть ты и закрыла его на ключ, как комнату, и здесь от тебя ничего не осталось, лишь кудрявый череп твой. Поцелую тебя, обниму колени, но ты воспаришь, покинешь себя, как привидение поднимается над крышей».
Сколько ни напрягали свое воображение служители муз, на наш взгляд, цели они не достигли. Созданное ими напоминает старое бабушкино одеяло, сметанное из множества пестрых, уже знакомых ее внукам лоскутков.
В этих писательских «кентаврах» сгруппированы, скомбинированы фрагменты легко узнаваемые, встречаемые нами в повседневности в той или иной мере на каждом шагу. Нового качества не получилось! Но то, что было не под силу человеку, с тем шутя справилась непревзойденная выдумщица — природа.
Электрон шарику представляется волной, волне — шариком. Однако на деле он и не волна, и не частица: он электрон! Микросущество, только кажущееся простым.
Электрон, как доказывает физика, представляет собой логический абсурд. Его парадоксы вскрыты квантовой механикой.
Законы квантовой механики необычны. Самый, пожалуй, наглядный пример это исчезновение в микромире понятия «траектория».
Бегущий мимо нас кентавр удивил бы нас, но мы могли бы точно (следы!) указать путь, которым он следовал. С электроном это принципиально сделать нельзя.
По И. Ньютону (классические представления), мир похож на четко вычерченную сеть железных дорог: по ним строго по расписанию мчатся поезда-частицы.
В квантовой же механике эта картина размазывается, расплывается, словно мы рассматриваем ее в плохо сфокусированный бинокль. И частицу теперь можно обнаружить в любой точке любой траектории, соединяющей начало и конец ее пути. Будто бы частица движется сразу по всем траекториям!
Тут человек, будь он электроном, мог бы войти в зал одновременно через две двери и столкнуться лбом с самим собой!
Старые взгляды рушились. Молодежь шутила:. «Даже сама природа не знает пути, по которому полетит электрон…» «Что ж, по четным дням недели будем пользоваться уравнениями Ньютона, а по нечетным — доказывать, что эти уравнения не верны…»
Старшее же поколение физиков восприняло новации трагически. Нидерландский физик X. Лоренц (1853–1928), создатель электронной теории, автор классической монографии «Теория электронов» (1909 год) («В вачале нашего столетия физики-теоретики всего мира с полным правом смотрели на X. Лоренца как на своего наставника», — писали о нем в 1953 году), в 1924 году с горечью писал: «Где же истина, если о ней можно делать взаимно исключающие друг друга утверждения? Способны ли мы ьообще узнать истину и имеет ли смысл заниматься наукой? Я потерял уверенность, что моя научная работа вела к объективной истине, и я не знаю, зачем жил; жалею только, что не умер пять лет назад, когда все мне еще представлялось ясным».
Да, ломка представлений была капитальной. В старой физике скорости и координаты было достаточно, чтобы полностью определить движение макроскопического тела, летящего камня, например. А вот пути электрона или другой какой-нибудь микрочастицы воистину оказывались неисповедимы! Ибо согласно формулам квантовой механики можно указать (и вычислить) только вероятности тою, что электрон находится в той или иной точке пространства. (А значит, необходима информация о бесконечном числе величин, а не только о координате и скорости.)
Но раз так, то получается, что электрон всюду и нигде! И вот это представить себе уже довольно трудно.
А может, трудность это мнимая? И надо просто предоставить вещам быть такими, каковы они есть?
Обсуждая однажды парадоксы квантовой механики, член-корреспондент АН СССР физик-теоретик Е. Фейнберг напомнил одну английскую шутку, как черт поймал трех путников и согласился отпустить их, только если они зададут ему невыполнимую задачу. Один путник — жадина — наивно попросил сделать растущее дерево золотым, другой — рационалист — заставить реку течь обратно.
Черт шутя справился с этим и забрал обе души. Но третий путник свистнул, сказав: «Пришей к этому пуговицу»! — и посрамил черта.
Как нельзя пришить пуговицу к звуку свиста, так безнадежно и представлять себе траекторию электрона, коль он к тому же еще и волна!
Играет ли бог в кости?
Известен призыв (принадлежит Н. Бору) создавать теории «как можно более безумные». Считается, что только на этом пути удастся осмыслить диковины, которые ученые находят во вновь открываемых ими «странах» природы. Однако на дело не о «безумных» идеях скорее идет тут речь, а о том, чтобы по возможности освободить себя от всех биологических и психологических пут и тенет, столь мешающих нам осваивать новое знание.
Трудность та, что приходится ломать привычные нам (понятие траектории электрона!) представления о пространстве, времени и материи, и это вызывает в нас какой-то внутренний протест и сопротивление.
Кварки и другие чудища микромира настойчиво внушают нам: при входе в микромир надо непременно сбросить «галоши» антропоморфизма, сиять «очки» так называемого здравого смысла и сдернуть «плащ» шелухи человеческих мерок и привычек. Все это дается человеку с большим трудом, шокирует, травмирует… В самом деле, человек, словно змея, должен менять, непрерывно сбрасывать «кожу» своих представлений.
Ну, заметит читатель, то, что трудно нам, должно быть, легко дается ученым? Они-то, видно, словно рыба в воде, прекрасно чувствуют себя в электронных и прочих волнах квантовой механики? Увы, это не совсем так.
Вот что пишет Р. Фейнман: «Было время, когда газеты писали, что теорию относительности понимают только двенадцать человек. Мне лично не верится, что это правда. Возможно, было время, когда ее понимал всего один человек (имеется в виду ее автор. — Ю. Ч.), так как только он разобрался в том, что происходит, и не написал еще об этом статьи. После же того как ученые прочли эту статью, многие так или иначе поняли теорию относительности, и, я думаю, их было больше двенадцати.
Но, мне кажется, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает…»
Преувеличение? Желание поразить читателя? Нет, ведь даже А. Эйнштейн также не понимал квантовой механики. Он никак не мог согласиться со статистическим характером микроявлений. «Господь-бог не может играть с миром в кости», — упрямо настаивал он.
Ученый был непоколебимо уверен в рациональном устройстве мира. Его вдохновляли порядок и логика, якобы царящие в нем. Хаоса в природе он не признавал.
Однако с появлением квантовой механики все эти дорогие его сердцу принципы были поставлены под сомнение.
Часть ученых пришла к выводу, что в микромире нет того образцового порядка, который мы привыкли встречать в макромире. Что здесь всем правит Его Величество Случай.
«Заблуждение, — возражал на это А. Эйнштейн, — вероятности необходимы только для того, чтобы прикрыть наше невежество… законы природы причинны. Бог не играет в кости…»
В октябре 1927 года в Брюсселе собрался V Сольвеевский конгресс. Съехались самые видные физики планеты.
Прибыл и автор теории относительности, и творцы только что родившейся квантовой механики ждали, что он благословит новые идеи. Вышло же все по-иному.
В первый же день за завтраком в гостинице, еще до начала официальной работы конгресса, он предложил своим коллегам некий воображаемый эксперимент (обычный прием теоретиков), который, по его мнению, показывал противоречивость квантовой механики.
«Это был трагический момент, — вспоминал позднее Н. Бор. — Ведь если бы Эйнштейн оказался прав, то все рухнуло бы!..»
Весь день на заседаниях, в перерывах, даже во время обеда физики обсуждали эйнштейновский эксперимент.
«К вечеру Бор в основном закончил анализ, — пишет другой очевидец этих событий, В. Гейзенберг, — и за ужином изложил его Эйнштейну. Откровенно говоря, Эйнштейн не мог что-либо возразить против этого анализа».
Еще много раз пытался великий ученый опровергнуть основные постулаты новой науки, однако квантовая механика устояла.
В 1949 году, вскоре после своего семидесятилетия, А. Эйнштейн с горечью писал своему старинному другу М. Соловину: «Вы думаете, что я с чувством полного удовлетворения смотрю на дело всей своей жизни. Вблизи же все выглядит иначе. Нет ни одного понятия, относительно которого я был бы уверен, что оно останется незыблемым.
