Вероятностный мир

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.. .

3

Теоретическое исследование датчанина началось в Манчестере почти год назад с одобрения Резерфорда. Потом свое вдохновляющее одобрение он высказывал в письмах. А теперь, в марте 13–го года, прочитав законченную работу Бора, Папа должен был препроводить ее со своей рекомендацией в «Философский журнал». Меж тем он увидел, что вызывает сомнения разумность самих основ этой работы. Нечто посерьезней «свободы воли» электрона обеспокоило Резерфорда. Бор прочитал в его письме:

«Ваши взгляды на механизм рождения водородного спектра очень остроумны и кажутся отлично разработанными. Однако сочетание идей Планка со старой механикой делает весьма затруднительным понимание того, что же лежит в основе такого механизма…»

Действительно, на орбитах электроны–планеты двигались вокруг солнца–ядра по законам классической механики, а между орбитами излучали свет по квантовому закону Планка. В одной картине сочеталось несочетаемое: классическая непрерывность и квантовая прерывистость.

Чуть позднее Резерфордов друг Вильям Брэгг пошутил, что теория Бора предложила физикам пользоваться по понедельникам, средам и пятницам классическими законами, а по вторникам, четвергам и субботам — квантовыми. Математически все выглядело исправно, а физически двусмысленно.

Как уязвима была та первая квантовая картина атома!

Почтеннейший геттингенский спектроскопист профессор Карл Рунге позволил себе высказаться так: «Теперь спектроскопическая литература будет навсегда загрязнена ужасными вещами». (В одном он был прав: навсегда!) А о самом Боре он отозвался еще благозвучней: «Этот субъект положительно сошел с ума!» Зять Карла Рунге, известный математик Рихард Курант, подружившийся в ту пору с копенгагенцем, не рисковал пересказывать ему все, что срывалось с языка возмущенного тестя. И полвека спустя историки физики услышали от Куранта–старика гораздо больше, чем слышал в свое время от молодого Куранта молодой Бор.

А когда осенью того же 13–го года на ученом заседании в Англии попросили выразить свое мнение о квантовой теории атома могучего классика лорда Рэлея, тот с улыбкой уклонился от предложенной чести:

— В молодости я строжайше исповедовал немало добропорядочных правил и среди них — убеждение, что человек, когда ему перевалит за шестьдесят, не должен высказываться по поводу новейших идей. Хотя мне следует признать, что ныне я не придерживаюсь такой точки зрения слишком уж строго, однако все еще достаточно строго, чтобы не принимать участия в этой дискуссии!