Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Оценить, ее величину можно совсем просто. И для этого вовсе не надо снова обращаться к какому-нибудь воображаемому опыту, вроде разглядывания, электрона под сверхмикроскопом Гейзенберга.

Суть в том, что при всяком способе измерения координаты или скорости любой элементарной частицы, да и вообще при любом измерении физик должен заставить микрокентавров заговорить — дать ответ на заданный вопрос. От атомной системы, подвергнутой измерению, должен прийти ответный сигнал. Не придет сигнал — физик ничего не узнает. Если откинуть все технические подробности, которым несть числа, сущность любого измерения только в том и состоит, чтобы заставить атом или элементарную частицу послать какой-нибудь ответный сигнал. Так атомный электрон должен был отразить (рассеять) пришлый фотон, дабы тот сообщил экспериментатору, где довелось ему встретиться с электроном.

А сигнал никому не дается даром! Ни измеряющему, ни измеряемому. В этом все дело.

Никого не удивляют материальные лабораторные затраты — каждому ясно: прибор должен действовать, чтобы измерять. Но с ответными — и тоже вполне материальными — затратами природы, отвечающей на вопросы экспериментатора, ученые мало считались до атомной поры. Микромир принудил их стать более справедливыми. Из-за малости атомов и частиц ответный сигнал обходится микромиру очень дорого. Это и есть искажающее влияние измерения.

Что же тратят на свой ответ атом или частица?

Энергию и время!

Сигнал может быть энергичен, но короток. Или слаб, но длителен. Экспериментатора устроит и то и другое: ему важно лишь, чтобы измеряемая система совершила поступок, откликнулась действием! (Слово «поступок» здесь — от беллетристики, но слово «действие» — от физики.) Вот что можно для нашей цели принять за меру ответного сигнала: количество действия.

Она, эта величина, — энергия, помноженная на время, — была введена в науку о движении тел очень давно, кажется еще в доньютоновские времена, а с середины XVIII века стала уже одним из главнейших понятий классической механики. И хотя у этого понятия нет такого обиходно-ясного смысла, как у силы или работы, как у скорости или ускорения, тот, кто придумал термин «действие», мыслил наглядно и просто.

В XVIII веке француз Мопертюи, прекрасно образованный драгунский капитан, которому наука показалась интересней, чем война, стал астрономом, геодезистом, механиком и оставил по себе бессмертную память, завещав теоретической физике «принцип наименьшего действия». Не заботясь об аргументах более строгих и более доказательных, он ссылался на мудрость «создателя и управителя вселенной», который, по его мнению, не допустил бы бесполезной траты работы и времени. Бывший драгун умер на руках монахов-капуцинов. И не случайно, занимаясь физикой, он думал совершенно всерьез, что это господь бог разглашает его устами свои административные тайны — рассказывает, как управляется он со вселенной. Но вопреки мистическому самообольщению Мопертюи тайна наименьшего действия выглядела как закон экономного самоуправления материи:

«Если в природе происходит само по себе какое-нибудь изменение, то необходимое для этого количество действия есть наименьшее возможное».

Затрачивая специальные усилия, камень можно заставить падать на землю и по спирали и по ломаной линии, но, предоставленный самому себе, он «выберет» в поле тяготения наименее расточительный путь — отвесный. Встретив плотное вещество линзы, световой луч преломится в ней под таким углом, чтобы затрата энергии и времени на полет через стекло была для него тоже минимальной.

Всегда и всюду соблюдается в природе этот принцип. И столетие спустя после Мопертюи, в 40-х годах XIX века, благодаря трудам, почти одновременным и независимым, двух гениальных математиков — Михаила Остроградского в Петербурге и Вильяма Гамильтона в Дублине — этот принцип стал руководящим в классической механике. Над его глубоким смыслом задумывались многие физики и философы.

Вот только в школе, даже в десятилетке, принцип наименьшего действия «не проходят». Не проходят самого представления о действии . Не хватает времени! На множество ненужных вещей, которые большинству ребят никогда не пригодятся в практической жизни и ничего существенного не открывают в картине природы, времени достает. (В классе горят электрические лампы, а учитель натирает палочку шерстью, чтобы показать существование электричества. Школьники, которые вовсе не собираются стать электротехниками, зубрят правило Кирхгофа и возятся с расчетными задачками, чувствуя, что добытые в поту решения ничем не обогащают их бедный разум и бедные души.) Но неизбежно настанет пора, когда школьная программа по физике сделается программой физического понимания мира. Тогда на уроках механики учителя заговорят и о таком старинном предмете, как действие.