Вероятностный мир

Точности ради надо сказать: когда в 1905 году Эйнштейн вновь открыл зачеркнутые XIX веком световые корпускулы, термин «волна–частица» у него еще не появился. Но появился этот странный образ: всякий квант содержал волновой признак — частоту колебаний и признак частицы — ограниченность в пространстве.

Этот двойственный образ воображение не осваивало. Логика — тоже. Проходило время, а положение не становилось легче:

«Итак, теперь мы имеем две теории света, обе необходимые и — как приходится признать сегодня — существующие без всякой логической взаимосвязи, несмотря на двадцать лет колоссальных усилий физиков–теоретиков».

Эйнштейн сказал это в 1924 году. И словно отвечая на немой вопрос читателя: «Так не следовало ли за два десятилетия придумать что–нибудь более удобоваримое?» — он добавил:

«Квантовая теория света сделала возможной теорию атома Бора и объяснила так много фактов, что она должна содержать значительную долю истины»

Уж кому–кому, а Бору эти слова должны были бы прийтись по душе! А между тем в том же 24–м году он не без сердитой досадливости сказал молоденькому Вернеру Гейзенбергу:

— Даже если бы Эйнштейн послал мне телеграмму с сообщением, что отныне он владеет окончательным доказательством реальности световых частиц, даже тогда эта телеграмма, переданная по радио, сумела бы добраться до меня только с помощью электромагнитных волн, из каковых состоит излучение!

Полемически это было придумано блестяще. Но двойственность квантов излучения не делалась от этого выдумкой Эйнштейна. Будто тонкий психологический роман пишет свою историю познание природы. Бор не заметил, что его остроумный выпад только подчеркнул неизбежность такой немилой его сердцу двойственности излучения: он ведь допустил, что возможно окончательное доказательство реальности квантов как частиц без утраты их реальности как волн!

Он хорошо поступил, подчеркнув это неосознанно: тогда в его исканиях уже совсем близок был день совершенно осознанного признания правоты Эйнштейна. Не подозревая об этом, он, как герой в романе, психологически заранее подготовил себя к такому поступку. А для физики это имело чрезвычайные последствия…

День признания наступил в июле следующего — 1925–го — года. Серия опытов немецких экспериментаторов заставила Бора оставить надежду на избавление от двойственности квантов. И это, наконец, убедило его, что не Эйнштейн, а природа навязывает нам образ волн–частиц. В тот же час просветленного понимания Бор пророчески написал:

«При таком положении вещей нужно быть готовым к… решительной ломке понятий, на которых до сих пор было основано описание природы».

И еще одно событие в физике оказало тогда существенное влияние на копенгагенца. Произошло оно в Париже.

6

Глубокой осенью 1924 года в старинной Сорбонне была защищена диссертация — «Исследования по теории квантов». Для досужей университетской молвы диссертант был интересней диссертации: все знали, что тридцатидвухлетний Луи де Бройль — младший брат известного физика герцога Мориса де Бройля и носит еще более громкий титул принца (по–русски — князя). Кроме того, было весьма необычно, что в ранней юности — до недавней мировой войны — он уже получил заслуженное право на ученые звания сначала бакалавра, потом лиценциата литературы и истории. А теперь вот приобрел еще более заслуженное право на звание доктора в сфере естественнонаучных дисциплин.

Трудно удержаться от праздного упоминания, что род де Бройлей принадлежал к пьемонтской ветви французских Бурбонов. Эдакая королевская генеалогия у естественников–профессионалов вещь редчайшая, если не единственная. В многовековой череде военачальников, придворных, дипломатов — вдруг братья–физики, и младший из них — теоретик, осененный революционнейшей идеей! Точно решил он, тихий принц, живший тогда уединенно, экспериментально показать, что и в королевских фамилиях могут появляться люди, достойные стоять в одном ряду с отпрысками простых поморов (Ломоносов), провинциальных водопроводчиков (Гаусс), колониальных фермеров (Резерфорд).

И без тени преувеличения можно утверждать, что у этого дальнего родственника бесчисленных Генрихов и Людовиков обозначились истинно королевские заслуги перед наукой об устройстве природы. Впервые за девять столетий Бурбоны родили короля!..

Кроме досужих голосов, вокруг диссертации Луи де Бройля еще до ее защиты повели полемику иные — серьезные — голоса. Их отзвук услышал осенью 1923 года на 4–м конгрессе Сольвея академик Иоффе. Он рассказывал, как необычайно дружелюбный Поль Ланжевен — давний сотоварищ Резерфорда по докторантуре у Дж. Дж. Томсона — сообщил ему среди прочих научных новостей о работе одного своего ученика в Париже:

«Идеи диссертанта, конечно, вздорны, но развиты с таким изяществом и блеском, что я принял диссертацию к защите».

Каково признание: явному вздору — зеленая улица! Да еще почему? Только потому, что он красиво выражен, этот научный вздор… Привлекательны великодушие и терпимость! Но Поль Ланжевен немножко лукавил: выдающийся исследователь, он в глубине души наверняка был уверен, что чепуху нельзя развить с изяществом и блеском. Красота теории была порукой, что в ее глубинах нечто истинное все–таки таится…

Вновь приходят на память слова Эйнштейна о теории Бора: «высшая музыкальность в области мысли». Наверное, он хотел сказать, что ложное построение не сумело бы стать гармоничным. А как раз внутренний механизм этого построения и попытался вскрыть Луи де Бройль.

Позднее, когда ему уже перевалило за шестьдесят и он начал выглядеть с точки зрения нового поколения молодых немножко старомодным революционером, где Бройль так объяснял, какой ход размышлений повел его в молодости к оправданию квантовой модели атома:

«Появление целых чисел в законах внутриатомного квантованного движения электронов, как мне казалось, указывает на существование для этих движений интерференции…»

Интерференция! — это было равносильно мысли о вмешательстве какого–то волнового процесса в движение электрона по квантованным — избранным и перенумерованным — орбитам. Иными словами, в квантовой прерывистости де Бройль усмотрел отражение какого–то непрерывного протекания физических событий. Что же тут могло быть подоплекой?

Каждый, кто сиживал на морском берегу, не раз завороженно пересчитывал набегающие волны: одна, другая, третья… Но не каждый задумывался при этом над тем, что своим прерывистым счетом он описывает этапы непрерывного процесса.

А тиканье часов — пунктирные «тики–таки» — отсчитывает для нас непрерывные колебания маятника, отмеряющего время.

В колебаниях и волнах есть периодическая повторяемость одних и тех же состояний. И внешне это отражается в картине дробной смены таких состояний.

Де Бройль подумал, а не связан ли электрон с какой–то волной? Может быть, она ведет его или сопутствует ему? Или, хоть и непонятней, но проще: может быть, есть в нем самом нечто волнообразное? Если так, то в его поведении как частицы должно отражаться поведение связанной с ним волны.

Вот он летит по разрешенной орбите. Его движение по ней устойчиво — он ничего не теряет и ничего не приобретает. Устойчивость предполагает, что после каждого оборота вокруг ядра все в точности повторяется снова. Если бы мы засекли его в некоей точке орбиты, то через оборот он предстал бы перед нами в этой точке совершенно таким, каким был целый оборот назад. Но значит, и его таинственная волна должна в этой точке иметь тот же вид, какой имела она оборот назад: если был там гребень волны, то и будет гребень, а если была середина ската волны, то и будет середина ската.

Для того чтобы эта неизменность — эта устойчивость — соблюдалась, в орбите должно уменьшаться по ее длине целое число электронных волн. Обязательно — целое! Если это условие хоть чуть–чуть нарушится и возникнет маленький сдвиг — физики говорят «сдвиг по фазе», — то электрон очутится в нашей точке уже в ином состоянии, чем прежде. Устойчивость нарушится. Орбита окажется неразрешенной. Состояние атома — нестационарным.