Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Старинном? Зачем же в таком случае беспокоиться о нем?! А затем, что в наш атомный век этот старинный предмет приобрел необычайную новизну — новый великий смысл, о котором не подозревали ни Мопертюи, ни Остроградский, ни Гамильтон.

Слова «наименьшее действие» обрели в микромире еще одно значение. Удивительное значение. Это случилось в тот день, когда родилась квантовая физика — в тот счастливый декабрьский день 1900 года, когда Макс Планк отважился доложить Немецкому физическому обществу свою «рабочую гипотезу» квантов энергии.

Конечно, его коллеги с недоверием отнеслись к открытию, что существуют минимальные порции излучения, «меньше которых не бывает». Помните, он и сам-то с опаской посматривал на свою поразительно простую формулу для величины этих неделимых «атомов энергии»: Е = h·ν (аш-ню). А между тем из этой формулы Планк совершенно бесплатно добыл еще одно не менее удивительное и не менее смущающее знание: в природе существует минимальное действие, «меньше которого тоже не бывает»!

Эта формула встретилась нам однажды, когда шел рассказ о появлении идеи фотонов — световых частиц. Она была написана там праздно, ради одной ее скромной простоты. А можно было уже тогда полюбопытствовать, что это за постоянная величина «h», которую достаточно помножить на «ν» — частоту колебаний в источнике, чтобы сразу стала известна наименьшая порция энергии, источником излучаемая? Таинственная постоянная величина. Всюду и всегда неизменная. Одинаковая для любых неделимых порций энергии — для квантов синего света и красного, зеленого и желтого, невидимого рентгеновского или невидимого радиоизлучения.

Нет, в самом деле, очень таинственная постоянная! Подумайте сами, в какие глубины единства материи уводит она Мысль…

Ведь закону Планка могут подчиняться не только порции излучения светового. Ни в представлении об энергии, ни в понятии частоты ничего специального, «обязательно электромагнитного», нет. Этого не надо доказывать. И если существование какого-нибудь сгусточка энергии связано с каким-нибудь волновым процессом, формула Планка будет и тут пригодна. В таком расширении первоначального представления о квантах излучения, собственно, и состояла идея де Бройля, когда он заговорил о «волнах материи». Это была гениально простая идея.

Любая элементарная частица — сгусточек энергии, потому что она сгусточек массы. (Вы еще не забыли рассказа о теории относительности?) С другой стороны, по мысли де Бройля, любому сгусточку массы свойственна волнообразность — та странная, блистательно подтвержденная на опыте волнообразность, какою с равной неизбежностью, но в разной степени обладают и электрон, и протон, и дробинка, и Земля. Что принять за степень этой волнообразное? Длину волны? Можно. Мы так и поступали. Период колебаний, то есть «время одной волны»? Тоже, разумеется, можно. А есть у всякого волнового процесса еще и третья характеристика, которая может заменить первые две: частота. Это число волн за единицу времени. Оно показывает, сколько раз «время одной волны» укладывается в секунде. Это « ν » формулы Планка.

Вот и получается, что у любой элементарной частицы есть все необходимое, чтобы с полным правом считаться квантом: как у корпускулы, у нее есть энергия «Е» (словно бы сконцентрированная в ее массе), как у волны, у нее есть частота «ν» (отражающая меру ее волнообразности). И связывается эта энергия с этой частотой, по идее де Бройля, все через ту же постоянную «h»: E = h·ν.

Она должна иметь глубокий физический смысл, эта таинственная в своей универсальности и в своем могуществе постоянная Планка! В ее универсальности убеждает только что сказанное: ее власть распространяется и на излучение и на вещество. А в чем ее могущество?

…Пустимся в нашу привычную игру воображения. Представим себе «другую вселенную», отличающуюся от нашей только тем, что там постоянная Планка иная, чем у нас. Измеренная в тех же единицах, что приняты на нашей Земле, — в наших граммах, наших сантиметрах, наших секундах — она, эта постоянная величина, пусть будет там, скажем, в 100 раз меньше!

Кванты красного света и там были бы квантами красного света, потому что частота электромагнитных колебаний оставалась бы там такой же, как у нас, а цвет зависит от частоты. Электроны и там были бы электронами, а протоны — протонами. Но в той воображаемой «другой вселенной» все кванты излучения и все частицы были бы в 100 раз менее «энергичны» и, следовательно, в 100 раз менее «массивны», чем у нас. И это не прошло бы незамеченным. Так, силы тяготения, зависящие от произведения притягивающихся масс, были бы уже не в 100, а в 10 тысяч раз слабее (100·100 = 10 000). И тамошняя Земля вращалась бы вокруг тамошнего Солнца уже совсем по другой орбите, и на нее падало бы совсем другое количество благодатного излучения. Словом, та, «другая вселенная», и впрямь была бы существенно другой. Единственное условие, чтобы она отличалась от нашей только значением постоянной «h», повлекло бы за собой неисчислимые последствия.