Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Столь же призрачна волнообразность и какой-нибудь дробинки, весящей одну десятую грамма. Ее масса пустячна лишь до тех пор, пока мы не сравниваем ее с массой электрона. А стоит только провести подобное сравнение, как нам понадобится число с 26 нулями, чтобы показать превосходство дробинки. Но тогда «дробинковая волна» во столько же раз короче электронной, когда дробинка и электрон летят с одинаковой скоростью. Разделите ангстрем или сотню ангстрем на это число, и вы приблизительно оцените длину «волн материи», присущих нашему кругленькому кусочку свинца. Это примерно 10 -34или 10 -32сантиметра.

Снова нельзя вообразить эксперимента для измерения такой малой протяженности в пространстве. Ведь придумать нужный опыт — это значит найти какой-нибудь физический эффект, в котором реально сказалась бы столь исчезающе малая разница между двумя длинами. А такие эффекты неизвестны в природе. Может быть, со временем они будут найдены? Едва ли. У физиков есть сегодня серьезные основания думать, что во вселенной вообще не существует физических событий, на ходе которых могли бы отразиться столь малые пространственные изменения. (За этим предположением скрывается, пожалуй, одна из самых смущающих современных физических идей — представление о неделимых наименьших квантах пространства. Некоторые теоретики полагают, что это — «ячейки электронного размера»: вообразите кубик с ребром в 10 -13сантиметра. Если мысль о таких минимальных «порциях» пространства верна, то ясно, что нельзя физически обнаружить никаких процессов, которые зависели бы от меньших протяженностей, как нельзя раздробить на дольки неделимый квант энергии излучения.)

Остается покинуть мир громадных масштабов — мир таких массивных тел, как Земля или дробинка. Надо вернуться в микромир.

Мы в долгу перед ядром водородного атома. Земля и дробинка не выдержали практического экзамена на волнообразность. А выдержит ли его протон?

Да, конечно. Его масса достаточно мала, чтобы длина «протонных волн» была достаточно велика. Его волнообразность совершенно реальна. И вправду: если по массе протон всего в две тысячи раз больше электрона, то его дебройлевские волны всего в две тысячи раз короче. А это не такая уж страшная малость. Тысячные доли ангстрема — очень заметная величина по атомным масштабам. Она гораздо больше поперечных размеров электрона, как воображаемого шарика, — во многие десятки раз больше! Но если так, то существование «протонных волн» не может проходить бесследно для течения событий в атомном мире.

Волнообразность протона отнюдь не призрачна. И действительно, волновое поведение ядер водорода было установлено в лабораториях прямыми опытами: их поток тоже огибает препятствия в недрах кристаллических решеток, он тоже дает типично волновую картину дифракции. Это было тонкое экспериментальное достижение физика Демпстера, потом многократно повторенное другими. Нетрудно догадаться, что оно было еще более тонким, чем «фотографирование» кристаллов в электронных лучах.

Так и протон, вслед за фотоном и электроном, подтвердил наглядно и зримо удивительную двойственность материи. А вообще-то говоря, нам уже заведомо ясно, что все карликовое население микромира, безусловно, принадлежит к странному племени микрокентавров: корпускул-волн или волн-корпускул (это одно и то же). И ясно, что двойственность элементарных частиц любого нового вида уже не нуждается (в специальном доказательстве прямыми опытами. Она заранее очевидна: масса любых телец такого масштаба достаточно мала, чтобы велика была волнообразность.

Очевидно и другое: все элементарные частицы — заряженные и нейтральные, устойчивые и неустойчивые, обладающие и не обладающие массой покоя, просто частицы и античастицы — все они благодаря одной своей малости не могут подчиняться законам движения обычных тел. Все они — и те, что в минувшие десятилетия нашего века были открыты в атомных недрах, в космических лучах, в продуктах распада ядер при бомбардировке на мощных ускорителях, и те, что еще будут открыты завтра или когда-нибудь, — все они двойственностью своего поведения никогда не будут напоминать большие тела, для которых классическая механика установила верные, но не всеобщие законы.

В середине 20-х годов физикам стало совершенно ясно, что невидимый и неслышный микромир должен с неизбежностью оказаться странно устроенным миром.

Квантовые скачки Бора и волны де Бройля положили начало созданию новой механики.