Даниил Данин - Неизбежность странного мира

В этой нематериальность самой по себе еще не заключалось, конечно, ничего подозрительного. Разве смущает кого-нибудь, что нельзя потрогать рукой орбиты планет — те эллипсы, по которым катятся они вокруг Солнца? До открытия в 1930 году Плутона, когда самой отдаленной планетой считался Нептун, астрономы говорили, что орбита Нептуна претерпевает непонятные возмущения. По уравнениям небесной механики они нарисовали эту орбиту как обязательную линию поведения Нептуна и с удивлением обнаружили, что он не совсем исправно подчиняется их предписаниям. В этом удивлении астрономов лежало начало открытия Плутона: стало ясно, что «какое-то, еще неведомое, небесное тело своим влиянием искажает предвычисленный эллипс движения Нептуна. Так что же, Плутон искажал физическую реальность? Нет, он просто молча доказывал, что орбиты — математические призраки, тем точнее отражающие поведение небесных тел, чем больше знают ученые. И хотя ни один безумец не станет разглядывать в телескоп то место, из которого уже ушла планета, дабы «увидеть» саму ее орбиту, эта призрачная кривая полна ясного физического смысла. Ясного и глубокого: это классическая траектория небесного тела.

Волновая упаковка движущихся частиц призрачна не более, чем траектория. И полна еще более глубокого физического смысла. Но, к несчастью, не такого ясного, потому что в микромире траекторий нет. Однако, если сравнить на минуту классическое движение Нептуна с квантовомеханическим движением электрона, кое-что сразу станет понятным.

Электрон не переживает судьбы волнового пакета из шредингеровских волн — он не расползается и не сводится на нет. И Нептун не переживает судьбы своей кеплеровской орбиты, когда она искажается под влиянием Плутона. Нептун остается таким же небесным телом, каким был, он только начинает двигаться по-другому: искажение орбиты — это изменение линии его поведения. И ничего больше. Так не происходит ли нечто подобное и с электроном, когда изменяется форма его волнового пакета? Конечно. Иначе и быть не могло бы. Ведь уравнение Шредингера, при решении которого и получаются волновые пакеты, описывает поведение частиц в микромире. И совершенно понятно, что судьба волнового пакета электрона, не сказываясь на нем самом — на его материальной плоти, должна сказываться на его движении. (Так форма сачка влияет на возможности полета пойманной бабочки: в раздувшемся сачке ей просторней, чем в сникшем.)

Конечно, такому сравнению место лишь в скобках: очень уж грубо нагляден вещественный сачок и очень уж не похожа на частицу одушевленная бабочка. Но ведь и научный термин «волновой пакет» — только образ. И тоже довольно рискованный. Однако даже ученых это не пугает. Так не выпустить ли пойманную бабочку из скобок — пусть помогает нам.

Когда на реке нечаянно складывается из разномастных волн одинокий гребень, он в самом деле напоминает внешними очертаниями колеблемый ветром сачок. Забыв о строгостях математики, можно примерно так представлять себе и очертания волнового пакета из пси-волн. Он как бы накрывает частицу-бабочку.

Первый вопрос о поведении электрона — где он сейчас находится? Таинственная величина «пси» обязана — обязана по математическому происхождению своему — как-то помочь в поисках верного ответа. А что она может ответить? Только одно: «Ищите электрон там, где я не равна нулю». То есть под сачком волнового пакета. Иными словами, в той области пространства, где поднимается в данный момент движущийся гребень сложившихся вместе пси-волн — «волн поведения» электрона. Так на вопрос: «Где. сейчас пойманная бабочка?» — сачок ответил бы: «В моих пределах».

И теперь — самое существенное.

Где же все-таки бабочка под сачком — где она там, в его пределах? Сачок прозрачен. Щелкните фотокамерой — вот и ответ.

Но что сказать не о настоящей бабочке, а о настоящем электроне под пси-сачком? Хотя этот волновой гребень больше, чем прозрачен, — призрачен, аппаратом тут не щелкнешь. Помните: из киносъемки электрона ничего путного получиться не может. Оказывается, если частица в волновом пакете и похожа на бабочку, то скорее на бабочку под непрозрачным сачком: все время известно, что она там, внутри, но точнее уже ничего сказать нельзя и никакое фотографирование тут не поможет.

И вот фраза, которая исполнена высокой учености, но смысл которой теперь, однако, довольно ясен: дебройлевская двойственность частиц, то есть их волнообразность, волей-неволей заставляет физиков иметь дело в механике микромира не с движением элементарных частиц «самих по себе», а с поведением их шредингеровских волновых пакетов.