«Эврика» 1962. НЕИЗБЕЖНОСТЬ СТРАННОГО МИРА

Квантовая механика микромира. де Бройль

Короли-алхимики. Что ж, это была не редкость в давние времена: помните нашу встречу с одним из Рудольфов Габсбургов? Но герцоги и принцы в качестве физиков, — да еще в XX веке! — право, это звучит почти неправдоподобно. Между тем...

В 1919 году, после затянувшейся военной службы, двадцатисемилетний принц (по-русски—князь) Луи де Бройль вернулся к мирным занятиям. Пойдя по стопам своего брата,  известного исследователя рентгеновских лучей, герцога Мориса де Бройля (кстати сказать, иностранного члена нашей Академии наук), недавний военный радиотелеграфист начал готовить докторскую диссертацию по физике. Он работал в Париже, в прекрасной лаборатории брата на улице Байрона, но увлечен был не экспериментами, а теоретическими размышлениями. Они, эти размышления, не оставляли его и дома, где все дышало совсем другими традициями. Де Брой- ли бывали прежде только военачальниками, дипломатами, министрами. Воображению рисуется вековой сумрак старинного дворца, где память прошлого сильнее всего. Но диссертация де Бройля-младшего с традициями не считалась. Она вся была пронизана светлой идеей и поражала новизной.

Уж не решил ли он, кроме всего прочего, доказать, что и среди отпрысков королевских фамилий могут в конце концов появляться люди, достойные стоять в одном ряду с потомками бедных поморов (Ломоносов), провинциальных водопроводчиков (Гаусс), колониальных фермеров (Резерфорд)?.. Впрочем, нечто подобное еще раньше доказал русский князь Борис Голицын. К началу нашего века он сумел принести своему древнему роду совсем не княжескую, но вполне человеческую славу, став выдающимся физиком, основателем современной сейсмологии и предшественником Планка по квантовой теории теплового излучения. Однако род де Бройля подревнее голицынского и гораздо памятнее по истории: есть версия, что это какая-то боковая, идущая из Пьемонта ветвь династии французских Бурбонов: тут генеалогия не шуточная.

И без преувеличения можно заметить, что заслуги этого дальнего родственника бесчисленных Генрихов и Людовиков, заслуги его перед физикой микромира воистину царские. Впервые за девять столетий Бурбоны родили короля!

О нем будет написана когда-нибудь повесть. Сейчас материалы к ней накапливает еще сама история науки. И уже видно — это будет настоящая повесть:® научной деятельности и судьбе принца де Бройля есть что-то глубоко драматическое. Так по крайней мере чудится со стороны.

Трудно соединить понятия—революционность и старомодность. Но сейчас, спустя почти сорок лет после опубликования его якобинской диссертации, де Бройль представляется многим физикам «старомодным революционером».

Так, может быть, за минувшие десятилетия безнадежно устарела его первоначальная основная идея? Нет, она не умирает. Или, может быть, с годами он стал ворчливым противником других—новейших—идей? Нет, есть молодые физики, которые как раз сейчас ощущают его деятельную поддержку. Что же тогда случилось? Но подождите, допустима еще одна догадка: может быть, законсервировались именно те, кому он представляется ныне старомодным?

Это неожиданный вопрос. И трудный. Во всяком случае, тут дело особое. Тугг история, мало похожая на обычное столкновение «старого и нового». Тут в духовной драме одного человека отразилась, если хотите, вся драма самой науки, одним из родоначальников которой он стал в тот час, когда в 1923 году опубликовал первые итоги своей еще не защищенной диссертации.

Драма науки? Возможно ли такое?

Эйнштейн в разговоре с Леопольдом Инфельдом, когда они вместе работали в 30-х годах над популярной книгой «Эволюция физики», воскликнул однажды: «Это драма, дра-* ма идей...» Эйнштейн знал, что говорил!

Квантовая механика микромира ушла далеко вперед от своих истоков, стала многоводной рекой, а де Бройль все возвращается в ее верховья, к началу начал — к собственным исходным мыслям. Он все заглядывает в их подводную глубину, словно на протяжении прошедших десятилетий что-то не давало ему покоя — что-то не раскрытое там, в верховьях, что-то не понятое до конца, не найденное или упущенное.

То, что он говорит и пишет в последние годы, проникнуто двойственным чувством: наука, в создании которой так велика и неоспорима его роль, ведет образцовую, полную непрерывных успехов жизнь, и это вызывает в нем глубокое удовлетворение: оно сродни отцовскому чувству; но вместе с тем что-то главное в этой науке ему не по душе, томит и огорчает, и заставляет думать, что в самом начале он не досказал «наследникам» каких-то решающе-важных напутственных слов. И потому-то возвращается он назад, чтобы снова там, в истоках первоначальных идей, попробовать отыскать неотысканное. А дети тем временем стали слишком само^ стоятельными и, по выражению де Бройля, «больше не хотят признавать своих родителей». Есть привкус горечи и, пожалуй, досады во фразе де Бройля, брошенной им совсем недавно— в 1956 году: «Авторы, пишущие сейчас трактаты по квантовой механике, почти уже не говорят о тех основных идеях, которые ее породили».

Откуда же этот привкус горечи? И это полуироническое слово — «трактаты»? И эта досада на авторов, забывающих первоистоки квантовой механики?

Не думайте, тут не в честолюбии дело. Тут действительно смута в душе ученого.

Когда-то верное чутье природы привело де Бройля к этим

первоистокам. А потом та же его интуиция физика не согласи* лась признать правдоподобной картину микромира, которую с годами так искусно и математически изощренно нарисовала квантовая механика. Это спор с самим собой — самый мучительный из конфликтов, выпадающих на долю ученого. В этот спор стоит вникнуть, стоит его понять. Вы увидите, что это вовсе не личная беда де Бройля.

Мир утраченных траекторий! — вот как выглядит микромир в современной физике.

Земля летит вокруг Солнца по строго определенной орбите. Футбольный мяч поднимается в воздух и опускается на поле, прочерчивая невидимую, но в случае нужды точно опре-* делимую линию в пространстве. Сильная струя бьет из шланга, и в ее сверкающем изгибе запечатлены точные кривые полета капель воды. Все это — движения тел в макромире, перемещения по строгим траекториям. Мы в этом уверены. Мы уверены, что эти перемещения можно в принципе абсолютно точно рассчитать и надежно проследить их от точки к точке, от одного момента времени до другого. Законы Ньютона для малых скоростей, законы Эйнштейна для скоростей громадных позволят в каждом случае предсказать и заранее начертить линии движения планеты, мяча, водяной струи.

Мы не можем себе вообразить, чтобы окружающий мир был устроен как-нибудь по-другому! Ни один футбольный матч не состоялся бы, если б у мяча был капризный выбор непредвиденной линии полета. Нам представляется немыслимым, чтобы нельзя было в любой момент сказать с любою точностью, где находится мяч и куда он движется.

Конечно, ответить на такие вопросы, покуривая в праздности на трибунах, нам крайне трудно, но если бы заставить заговорить центр тяжести этого мяча, он бы уж наверняка дал нам однозначные ответы! И скажи нам сосед по трибуне: «А знаете, это ведь не совсем так!» — мы только отмахнулись бы: «Не мешайте следить за игрой!» Правда, может быть, дома, по-» том, мы бы вспомнили, что у нелепого соседа был университетский значок на груди. Но и это не примирило бы нас с мыслью, что мы, оказывается, присутствовали на матче «несуществующих траекторий мяча».

А квантовая механика говорит нам, что именно таков мир атома — мир элементарных частиц. Она утверждает, что бессмысленно говорить об электронных орбитах в атомном пространстве. Она утверждает, что поведение «первооснов материи» вообще не подчиняется точным однозначным законам*

Вот в это-то де Бройль и не поверил. Он попытался опровергнуть такой взгляд на микромир. Но из его опровержений ничего не вышло. Тогда он смирился. Двадцать пять лет продолжалось это смирение — двадцать пять лет он преподавал парижским студентам, как истинное знание, то, в чем сам никогда не был уверен до конца. Преподавал, как все про- фессора-теоретики во всем мире. Но через двадцать пять лет—в начале 50-х годов — он снова восстал. Снова сказал: «Не верю!»

Мир утраченных траекторий казался математической выдумкой и физической нелепостью не ему одному. У него был союзник — Альберт Эйнштейн. С самого начала и до последних своих дней Эйнштейн не соглашался признать, что микромир таков, каким изображают его уравнения и неравенства квантовой механики. Точнее — не сами эти формулы, а их физическое истолкование, утвердившееся в науке. Как и де Бройль, он видел, что формулы верны, радовался их широчайшему подтверждению на опыте, восхищался сбывающимися предсказаниями новой механики. Однако, как и де Бройль, он полагал, что эта механика «не понимает» событий в микромире. Описывает их верно, но не понимает.

Какая физическая реальность скрывается за ее формулами — вот что хотел он знать.

Такой вопрос может показаться незаконным, разо/гб^гуже сказал сзое решающее слово. Между тем это самый обычный вопрос в естествознании. И — самый главный.