Безумные идеи

Против такой интерпретации восставал и де Бройль, считавший задачей физической теории подробное описание явлений микромира и не допускавший отказа от классической причинности. Шредингер тоже считал эти затруднения недостатком теории.

Но, несмотря на настойчивые усилия де Бройля, ему не удалось создать математического аппарата, позволяющего во всех деталях проследить за ходом событий микромира.

Он исходил из того, что в будущей теории понятия волны и частицы должны сохранить свой обычный характер. Частицу следует рассматривать, следуя образному выражению Эйнштейна, как горб — некоторую особенность — на хребте волны. Но как осуществить эту программу? В результате напряженных усилий де Бройль пришел к тому, что он назвал «теорией двойного решения». Суть этой теории в том, что уравнения волновой механики должны допускать два решения — одно, обладающее «особенностью», должно реально представлять существующую частицу, другое — совершенно «гладкое» — должно давать лишь вероятностное описание перемещения облака частиц.

Однако математическое обоснование этой теории, полученное де Бройлем, не удовлетворило его, поэтому, опубликовав программную статью, он не развил этих идей и перешел к более осторожной теории волны-лоцмана, в соответствии с которой волна, получающаяся в решениях уравнений квантовой механики, указывает дорогу движению частицы.

Здесь он отказался от включения частицы в волну, но, отдавая должное корпускулярно-волновой двойственности, сохранил интуитивное понятие о точечной частице, перемещающейся в пространстве в соответствии с законом причинности.

Так обстояли дела в конце 1927 года, когда крупнейшие физики собрались в Брюсселе, чтобы коллективно обсудить создавшееся положение.

Председательствовавший патриарх физиков Лорентц во вступительном слове провозгласил свое убеждение в справедливости классического принципа причинности и необходимости описания физических явлений в рамках пространства и времени.

Он сказал: «Для меня электрон является частицей, которая в заданный момент времени находится в определенной точке пространства, и если у меня возникла идея, что в следующий момент частица вообще находится где-то, то я должен подумать о ее траектории, которая является линией в пространстве. Картина, которую я хочу создать себе о явлениях, должна быть совершенно четкой и определенной».

Лорентц, последний из классиков, был явно обеспокоен чрезмерными абстракциями новой квантовой теории. Желание сохранить в науке образность и наглядность классических представлений было его завещанием новому поколению физиков. Завещанием потому, что через три месяца после конгресса Лорентц умер.

Конгресс стал ареной самой напряженной дискуссии, которую только знала история науки.

Бор изложил новую точку зрения, выработанную им вместе с Гейзенбергом и другими участниками копенгагенских раздумий. Суть ее вкратце сводилась к тому, что следует отказаться от детального описания поведения микрочастиц в каждый момент времени, нужно отказаться от попыток представить себе их траектории и удовлетвориться вычислением вероятности наблюдения того или иного события, того или иного результата опыта.

Бор сформулировал новый принцип, который он назвал принципом дополнительности и который фиксировал, что объекты микромира в одних случаях выступают в качестве частиц, а в других — ведут себя подобно волнам и что (в этом был центральный пункт) невозможно одновременно точно установить как их корпускулярные, так и их волновые свойства. Одно исключает другое, но совместно дают полное описание природы частиц.

Бор настаивал на этой точке зрения. Эйнштейн резко возражал. Он был против вероятностной интерпретации и настаивал на полном сохранении принципа причинности, на необходимости объединения двойственности в единой физической теории. Бор остроумно парировал возражения Эйнштейна. Основным аргументом, однако, оказалось отсутствие точной теории микромира, в то время как квантовая механика, покоящаяся на соотношении неопределенностей, одерживала успех за успехом. Эйнштейн и другие оппоненты могли только возражать, могли указывать слабые места интерпретации Бора, но не могли предложить ничего лучшего.

Большинство ученых постепенно стало на точку зрения Бора, и его интерпретация квантовой механики, получившая наименование «копенгагенской», восторжествовала. И атаки на нее поутихли на долгое время.

Конечно, и в этот период Эйнштейн и многие другие физики продолжали уточнять и обосновывать свои возражения, но ничего могущего заменить вероятностную интерпретацию они создать не смогли.

Это была своего рода оборона против активно наступавшей копенгагенской интерпретации. Контратаковать ее пытался лишь де Бройль. Вернувшись из Брюсселя в Париж, он в спокойной обстановке восстановил ход дискуссии на конгрессе и окончательно признал, что возражения против теории волны-лоцмана неопровержимы. Ведь волна, рассматриваемая как носитель вероятности, действительно могла определить лишь вероятное положение траектории, а не истинный путь частицы, если даже такой существует. А в том, что траектория, как истинный путь частицы, существует, де Бройль не сомневался. Более того, он был убежден, что теория двойного решения может его указать. Но, пишет он, обескураженный математическими трудностями, «я полностью отказался от попыток детерминистического истолкования волновой механики и полностью присоединился к концепциям Бора и Гейзенберга».

Бессилие заставило де Бройля признать точку зрения, в которую он не верил.

Систематически боролись с копенгагенской интерпретацией советские физики А.Д. Александров, Д.И. Блохинцев, В.А. Фок и многие другие. Они указывали на пороки этой интерпретации. Но и они больше преуспели в решении актуальных физических и технических задач, чем в глубоком обосновании квинтовой теории. Им тоже не удалось пока создать замкнутой теории с соответствующим математическим аппаратом, удовлетворяющей всем сформулированным ими требованиям.

Дальнейшее развитие квантовой физики, ее поразительные успехи в теории атомов и молекул и многое другое, о чем будет рассказано в этой книге, проходило на фоне вероятностной интерпретации.

Многих она не удовлетворяла, но ничего лучшего не существовало, а она помогала решать все более сложные задачи, вела физиков все глубже в тайны микромира. Проблема элементарных частиц вновь и вновь со всей остротой ставила вопрос о структуре квантовой физики.

Все больше и больше данных свидетельствует о том, что разобраться в строении элементарных частиц при помощи существующих теорий невозможно. Нужна новая революция. Необходимо идейное перевооружение.

Работа над созданием новой теории микромира активно ведется в СССР, США, Англии, Франции, Японии и других странах, но огромные математические трудности не позволяют утверждать, что она скоро кончится успехом.

Возможно, что наряду с двумя основными постоянными — скоростью света и постоянной Планка — придется ввести третью постоянную, например элементарную длину, величину, близкую к диаметру атомного ядра.

Может быть, новая теория должна быть построена на какой-нибудь более радикальной идее, которая пока еще не родилась. Несомненно, ученым предстоит еще много раз находить и ошибаться. Развитие науки беспредельно, но легких путей в ней нет. Здесь уместно сказать словами де Бройля: каждый успех наших знаний ставит больше проблем, чем решает. И в этой области каждая новая открытая земля позволяет предполагать существование еще неизвестных нам необъятных континентов.

Итак, на рубеже нашего века, на базе классической физики родилась новая физика. Это отнюдь не значило, что все ранее сделанное учеными отвергалось и заменялось иными взглядами, иными толкованиями. Так думать было бы большой ошибкой! Действительно, классическая физика, открывшая людям глаза на многие явления природы, ответившая на массу вопросов, стала в тупик перед миром больших скоростей и миром ничтожно малых частичек материи. На этой почве и возникли теория относительности и квантовая механика.