Даниил Данин - Неизбежность странного мира

А в микромире эти две неопределенности никогда не исчезают одновременно! И никакая аккуратность в приеме информации из глубин материи тут не может помочь. Другими словами, квантовая механика вопреки всему опыту точных наук заставила физиков отказаться от надежды на одновременное сколь угодно точное измерение двух важнейших величин, без знания которых, казалось бы, нельзя и помышлять об описании движения и взаимодействия микрочастиц.

Вот как обернулось дело! Но не думайте, что оно обернулось бессилием атомной науки. Впрочем, такая мысль вряд ли придет кому-нибудь в голову. В наше время никто еще не доказал с такою громкой убедительностью, как физики-атомники, точности своих научных предвидений. Их проницательность — и обнадеживающая и устрашающая — позволила даже самый наш век назвать атомным. Так, значит, невозможность победить неопределенности в микромире не смогла помешать их успехам? Нет, не смогла. Это понятое бессилие стало их силой…

Но уверились ли мы сполна, что одновременная победа над обеими неопределенностями действительно оказалась немыслимой? Это так важно, что тут не должно остаться никаких сомнений и никаких иллюзий, какие подсказывает наш «большой опыт». Да и только ли большой? Ведь сумел же очень коротковолновый фотон застигнуть электрон в определенной точке, и сверхмикроскоп эту точку нам показал! Стало быть, уж одну-то из двух величин — координату электрона — можно в принципе измерить с любой точностью, не правда ли? Что же мешает одновременно измерить с такой же точностью и скорость электрона? Сомнение основательно. Как его развеять?

Надо повторить съемку под сверхмикроскопом. Надо посмотреть, какой ценой стали бы добиваться физики предельной — абсолютной — точности в измерении координаты электрона. То, что им пришлось бы делать, напоминает одну очень понятную обыденную процедуру, знакомую всем, кто прошел войну, или бывал в далеких экспедициях, или, наконец, просто в туристских походах.

…Помню 49-й год. Верховья притока Ангары. Ни дорог, ни селений. Геолог распластывает на коленях карту-миллионку, говорит коллектору: «Я буду ждать тебя здесь», берет карандаш, хочет поставить точку на излучине реки, но с досадой замечает — обломался грифель. «Заточи поострее», — » говорит он коллектору. И вздыхает: по этой грубой карте миллионного масштаба трудно ориентироваться, в одном сантиметре — десять километров реальной земли. Точка от тупого карандаша — миллиметра полтора в диаметре, это полтора километра тайги. Хороша точность! «Готово?» — спрашивает он коллектора. И вот появляется на карте волосяной толщины отметка, так остер карандаш. «Теперь все в порядке!» — говорит неопытный коллектор. Геолог ворчит: «Ну, это мы посмотрим». Он — знает, что они условились о встрече только с точностью до ширины волоса, а это все равно — метров сто прибрежных зарослей. Да и самой карте он не очень верит. «Посмотрим…»

Карта в своем масштабе уменьшает реальное, микроскоп в своем масштабе увеличивает, но суть та же. Острый рентгеновский луч накалывает электрон на карте атома. Он делает это с точностью громадной, однако не большей, чем «ширина его острия». А эта ширина зависит от длины волны фотона. Несколько огрубляя дело, можно даже сказать, что луч ставит на месте встречи с электроном точку такой же протяженности, как длина его волны. С такой точностью физик и узнает местоположение электрона в атоме — заветную координату. А воображаемый сверхмикроскоп, как реальная Земля после карты, воочию показывает, велика ли была наколотая фотоном точка.

Помните, мы условились, что физик взял излучение с длиной волны в одну десятую ангстрема, дабы фотон мог проникнуть внутрь атома водорода. Это определило точность измерения координаты электрона. Но физик мог отточить карандаш еще острее: взять невидимый свет еще более коротковолновой — не рентгеновские, а гамма-лучи или сверхгамма-лучи, такие высокочастотные, какие и технике-то современной пока неизвестны и названия не имеют. (Опыт мысленный — технические трудности не в счет.)

Пусть физик так и поступит. Пусть он решит в тысячу раз точнее измерить координату электрона. Ему понадобится фотон в тысячу раз более коротковолновый. Это будет в тысячу раз более тонкое острие.

Правда, опыт теперь вряд ли пройдет как по маслу. Такой фотон будет очень большой порцией электромагнитной энергии: он будет в тысячу раз массивней прежнего. И если тот был сравним по массе с электроном, то этот будет подобен уже самому ядру водородного атома — протону. Встреча с таким пришельцем уже не явится для атомного электрона «встречей равных». Электрон отскочит от него, как от налетевшей пули. Но изменит ли и пуля свой полет от столкновения с электроном? Ведь совершенно необходимо, чтобы это случилось: иначе физик не узнает, что на пути фотона попался электрон — точка на карте атома просто не будет поставлена.