Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Стопроцентная вероятность — это полная достоверность события. Вот идол, которому поклоняется классическая причинность. А природа этому идолу вовсе не поклоняется. И квантовая механика оказалась физически гораздо более точной наукой, чем ее предшественница. Настолько точной, что, например, в теории альфа-распада она безукоризненно правильно связала энергию вылетающих альфа-частиц со средним временем жизни радиоактивных элементов. И эта энергия и это среднее время (рыли измерены на опыте задолго до появления квантовой механики. Но смысл таблиц, которые составлялись учеными, и смысл кривых, которые они чертили в своих лабораториях, оставались загадочными, пока вероятностные законы микромеханики не раскрыли этих загадок.

Может показаться непонятным — откуда берется какая бы то ни была точность предсказаний там, где господствует случай? И вправду: когда ожидаемое событие не единственно возможное, когда оно не обладает стопроцентной вероятностью, оно ведь может наступить, а может и не наступить!

Если бы экспериментатор умудрился проследить за излучением какого-нибудь одного возбужденного атома натрия, он вовсе не обязательно стал бы свидетелем испускания «желтого кванта». Могла бы на его глазах осуществиться и другая возможность, поскольку излучение иных порций энергии здесь тоже имеет свою вероятность: разрешенных уровней энергии много, и возможны разные квантовые скачки с уровня на уровень. Лишь одно достоверно — какой-то из возможных для натрия квантов был бы испущен. Но теоретик не взялся бы утверждать, какой именно квант будет излучен этим атомом в этом опыте. Так где же тут математическая точность предсказания?

Ее действительно нет. Но в том, что ее нет, есть высшая физическая точность. Есть точность отражения того, что происходит в природе, а не на бумаге. Это подтверждается опытом: мы же видели, как электроны, падая в одинаковых условиях через одну и ту же узкую щель в экране, приземляются не в одном и том же месте, а в разных местах фотопластинки. Факт непостижимый с точки зрения классической причинности» но тем не менее факт! Уж не царит ли в микромире произвол?

Нет. Хотя там и господствуют случайности, произвола там нет. Случайности подчиняются своей дисциплине. И потому в предсказаниях квантовой механики есть и своя высшая математическая точность.

…В любых спектрах натрия все-таки наиболее ярко горит желтая линия, а не какая-нибудь другая.

…Во всех залежах урановых руд за равные сроки претерпевает альфа-распад одна и та же доля атомов урана, и средняя продолжительность жизни его ядер — 2,04·10 17секунд, или 6,5 миллиарда лет, — всюду одинакова.

…Поток электронов, пролетевших сквозь узкую щель, прорисовывает на пластинке ясную волновую картину дифракции, а не располагается как попало.

Суть в том, что корпускулярные и волновые свойства частиц связаны закономерно. И для каждой возможности в любом микроявлении возникает своя вероятность осуществления. И когда случай может хорошо поработать, когда излучают сразу триллионы возбужденных атомов, когда перед перспективой альфа-распада оказываются триллионы триллионов неустойчивых ядер, когда к пластинке устремляется через щель бесчисленное множество частиц, тогда каждый шанс успевает сбыться, и в результате каждая возможность становится действительностью в своей статистически закономерной доле.

Здесь как нельзя более кстати можно вспомнить прекрасные слова Маркса о необходимости, которая пробивает себе дорогу сквозь толпу случайностей!

Около ста лет назад были сказаны эти слова. И, разумеется, Маркс произнес их совсем по другому поводу. Не только до принципа неопределенности, но даже до открытия электрона было еще далеко. Однако мысль Маркса звучит поразительно современно. Она словно бы специально приурочена к тридцатилетним непрекращающимся спорам вокруг квантовой механики.

Вероятности разрешенных природой — возможных! — событий в микромире пробивают себе дорогу сквозь толпу случайностей. Закономерным распределениям вероятностей в конце концов подчиняется случай. Это та необходимость, которая заменяет в микромире классическую однозначную причинность.

Квантовая механика в своих предсказаниях дает именно эти закономерные распределения вероятностей . Она дает их с полной и строгой математической точностью.

Может быть, самый убедительный пример надежности ее предсказаний — убедительный для любого человека — исправная работа атомных электростанций. Благодаря высочайшей точности вероятностных расчетов физики научились управлять стихийно-случайным и чудовищно-грозным процессом деления ядер урана и тория. Атомные реакторы — это, в сущности, квантовомеханические машины, вырабатывающие ядерную энергию.