Вероятностный мир

«Я хотел вывести все из матричной механики, и потому мне не нравилось привлекать к этой проблеме волновую теорию».

А привлекать пришлось. Ну хотя бы оттого, что ему понадобилось мысленно поставить идеальный эксперимент по наиточнейшему измерению координаты и скорости электрона. Он должен был показать, что и в идеальном опыте неопределенности остаются.

…Сверхчувствительный микроскоп. Практически не осуществимый, но теоретически — сколь угодно. Электрон освещают самые–самые коротковолновые лучи. Они, как игла, накалывают микрочастицу и засекают место ее пребывания. Для точности нужна игла поострее. А ширина острия — это длина волны освещающего луча. Даже рентгеновский луч тут непригоден: слишком тупая игла — у него длина волны соизмерима с диаметром атома водорода, а электрон в десятки тысяч раз меньше. Вы захотели узнать адрес друга и слышите в ответ: он живет где–то в пределах Москвы! Такова точность рентгена, если ваш друг — электрон. Но мысленно можно брать иглы сколь угодно острые — гамма–лучи радиоактивных элементов. И добиваться все большей точности. Неопределенность в знании координаты будет становиться все меньше. И наконец гамма–микроскоп сможет сообщить надежный адрес: вот он, здесь, электрон!

Ясно, когда это случилось бы: при исчезающе малой — нулевой — ширине острия. Но столь тонкого острия не существует — нет гамма–лучей с длиною волны, равной нулю. А на квантовом языке гамма–лучи — это еще и поток фотонов с очень высокой частотой колебаний электромагнитного поля. Чем короче волна, тем больше частота, тем энергичней квант–фотон. При нулевой длине волны частота бесконечна. Такой фотон приносил бы бесконечную энергию. Он обладал бы бесконечной массой. Это в свой черед физическая бессмыслица.

Словом, даже в идеальном эксперименте не удалось бы измерить координату электрона с абсолютной точностью. (По дороге там случились бы еще и другие осложнения, но это уже не важно.)

А если что–нибудь невозможно в идеальной лаборато рии, то оно невозможно и в природе: только по одобренным ею сценариям ставят физики свои экспериментальные фильмы.

Однако что же получается? Гамма–микроскоп все–таки позволяет в мысленном опыте все уменьшать и уменьшать неопределенность в координате (лишь бы не до нуля)?

Да, позволяет. Но что происходит при этом со второй неопределенностью — с уточнением скорости электрона? Чем тоньше накалывающее острие, тем энергичней квант. И потому тем непоправимей нарушает он движение электрона: при столкновении с массивным фотоном в момент измерения координаты электрон приобретает неопределимую скорость. И эта неопределенность его дальнейшего движения растет по мере утоньшения гамма–острия.

Это и отражается в соотношении неопределенностей.

Видно без пояснений: математический рассказ об этом мысленном эксперименте с гамма–микроскопом требовал сочетания обеих картин — корпускулярной и волновой. А Гейзенбергу не нравилось привлекать волновую. И он заранее знал, что это его «мне не нравилось» не понравится Бору:

«…Я чувствовал, что у Бора вызовет недовольство мое истолкование проблемы…»

И тут разыгралась сцена, которая показалась бы вымыслом, если бы через тридцать шесть лет в беседе с историком о ней не рассказал сам Гейзенберг:

— …Бор втолковывал мне, где я был не прав… Помню, как это кончилось: у меня брызнули слезы — я разрыдался, потому что просто не сумел вынести давления Бора.

Вот так!.. Мог ли подумать боровский ассистент Кра мерс, когда острил по поводу квантовых побед, — сначала им радуются, а потом от них плачут, — что однажды его шутка материализуется в настоящих соленых слезах? Идеи и страсти шли рука об руку до конца.

По–видимому, именно в те часы неодолимого давления Бора Гейзенберг и услышал от него впервые еще не латинский термин «принцип комплементарности», но уже само это слово «дополнительность». И понял, какое новое понимание квантовых странностей привез с собою из Норвегии Бор.

10

В своих тогдашних раздумьях глава копенгагенцев не остановился на мысли о парах наблюдаемых величин, почему–то не поддающихся одновременному узнаванию. Ему хотелось ответа: а в самом деле, почему?

Вообще–то говоря, для пары «координата — скорость» ответ был готов. Его давал сдвоенный образ «частица — волна». Однако можно ли было удовлетвориться таким ответом? Он сам терзал воображение, не умеющее представить себе микрокентавра. Он сам мучил мысль, не умеющую логически примирить несовместимые образы волны и частицы.

А главное, что оставалось загадочным, — почему толь ко вместе эти несовместимые образы обеспечивали полноту отражения неклассических свойств микрореальности? Истинное знание покупалось ценой абсурда — сочетания несочетаемого. Почему приходилось платить эту цену?

В несчетный раз Бор находил одно–единственное объ яснение неизбежности такого абсурда: для описания микромира физика вынуждена пользоваться языком макромира.

А почему — вынуждена? Разве нельзя было бы научиться разговаривать об атомах, электронах, квантах на их собственном неклассическом языке? Тогда не возникало бы никаких несовместимостей и странностей. Научиться такому языку можно в лаборатории: там не возбраняется задавать микромиру вопросы и слушать его ответы, переспрашивая столько раз, сколько понадобится. Оно бы хорошо, не правда ли?

Конечно, хорошо. Да только раздаваться эти ответы микромира будут все–таки на макроязыке и никак не иначе. На осциллографах будут змеиться зримые кривые, на пленках будут прорисовываться видимые треки, на приборах будут двигаться стрелки… Чтобы стать доступными регистрации — пусть самой изощренной, — микрособытия должны будут сначала породить в лабораторных установках макроинформацию. В противном случае, как узнает об этих событиях физик?

Все наши установки и устройства — по необходимости! — детища макромира. И описание узнанного — тоже по необходимости! — придется вести с помощью макрословаря.

Два десятилетия спустя Нильс Бор с прозрачной простотой объяснял философски искушенным читателям журнала «Диалектика»:

«…Слово «эксперимент» может, в сущности, применяться для обозначения лишь такого действия, когда мы в состоянии рассказать другим, что нами проделано и что нам стало известно в итоге».

Вот этого–то всего иначе не рассказать, как на обычном языке, возникшем в макромире человеческого опыта. В этот словарь входит и прекрасно разработанный научный словарь классической физики — физики макромира.

Один из последних ассистентов Нильса Бора Оге Петерсен — он, между прочим, помогал историкам в ноябре 1962 года выведывать у семидесятисемилетнего учителя детали прошлого — вспоминал позднее юмористическое предположение, однажды высказанное учителем:

— Конечно, может случиться так, что когда через несколько тысяч лет электронные компьютеры начнут разговаривать, они будут говорить на языке совершенно отличном от нашего, считая нас всех сумасшедшими, потому что они не смогут общаться с нами. Но наши проблемы состоят не в том…

В дни норвежского уединения Бора компьютеров еще не было, однако «наши проблемы» томили его сильнее, чем когда–либо прежде. Он тогда молчаливо выхаживал по снежной целине их принципиальное осмысление. Не первый год он думал о них, а теперь дошел до главного…

Снова: ход его размышлений не восстановить, но итог подсказывает удобную нам схему.

…Некое микросущество, обладай оно разумом, тоже сочло бы сумасшедшими физиков, явившихся «через несколько тысяч лет» и заговоривших о каких–то нелепейших «частицах–волнах» и тому подобных непонятностях. Но физику в самом деле нечем заменять классические образы.

Пусть бы принято было предложение ввести для микрокентавров новый термин — уэйвиклс, или волницы… Что изменилось бы? Всегда пришлось бы держать в голове раскрытие этого псевдонима волн–частиц. Словарь давал бы справку: «Уэйвиклс — микрообъектики со свойствами частиц и со свойствами волн». Проблема вернулась бы с черного хода.

Однако представим себе чудо: желанно непротиворечивый и понятный физикам собственный словарь микромира все–таки нашелся! Несбыточное сбылось… Но разве от этого потускнело бы другое логически–лингвистическое чудо, и притом не воображаемое, а реальное: