Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Электрон сорвется с высокого уровня и упадет «вниз» — поближе к ядру. Атом излучит свет.

В атомах любого вещества чем глубже падение, тем солидней излученный квант — тем выше частота череды одинаковых световых волн в фотоне. Как глубоко упадет электрон? Очевидно, по крайней мере до ближайшей из разрешенных природой орбит. А в атоме водорода, где возбужденный электрон вообще единственный, не упадет ли он прямо на ядро? Нет, еще до ядра ему встретится последняя на пути к ядру, ближайшая к центру атома, дозволенная природой орбита. Вот на ней-то электрон будет находиться на самом низком из разрешенных уровней энергии. Желанная наибольшая устойчивость будет достигнута.

Так получают в лаборатории атомные спектры — они и называются «спектрами возбуждения». Крупинка обычной столовой соли тотчас окрашивает пламя газовой горелки в желтый цвет: это возбужденные энергией пламени электроны атомов натрия буквально на наших глазах возвращаются в устойчивое положение. Множество различных квантов от разных натриевых атомов покидает крупинку, но среди них больше всего квантов желтого света. Для натрия — это кванты самого глубокого падения электронов. И мы убеждаемся в этом даже без спектрографа. А чуткий прибор показал бы на фотографии еще и другие, более слабые линии натрия — линии других возможных перескоков.

Что же темного в квантовых скачках? Казалось бы, напротив — все выглядит так геометрически зримо, что, честное слово, хотелось бы навсегда закрепить в физической картине микромира этот тонкий рисунок — паутину орбит вокруг ядра и легкие перескоки почти невесомых электронов. В пространстве боровского атома и вправду царила «высшая музыкальность»: там словно бы воочию было видно, как на струнах расчисленных орбит «природа играет спектральную музыку». Так писал об атоме Бора не легкомысленный и восторженный поэт, а строгий теоретик Зоммерфельд.

Но музыка длится во времени, и звуки льются в пространстве. Все в природе длится и простираетсяI А квантовые скачки?

Нам, исповедующим диалектический материализм, понятие скачка представляется совершенно естественным. Смущает ли кого-нибудь разговор о скачкообразных процессах в истории человечества? Мы свыклись с этим, хотя процесс — непрерывное течение событий, а скачок — нарушение непрерывности, и, казалось бы, одно исключает другое.

Нет, не исключает, потому что «непрерывность» и «скачок» относятся тут к разным вещам. Непрерывность — к календарному ходу жизни, к не знающей перерывов смене дней и ночей, работы и сна, бурь и затиший. А скачок — к внутреннему содержанию, к изменению качества и смысла по-прежнему непрерывно длящейся жизни общества и людей. Революции — скачки в истории, но вместе с тем они — непрерывные цепи событий. И потому у каждой революции есть собственная — история, которую можно описать во времени и пространстве.

Квантовые скачки в природе — нечто совсем другое. Каждый скачок — событие, которое уже нельзя разложить на звенья отдельных физических происшествий. Когда атом переходит скачком из одного состояния в другое, то он не переживает никакой череды промежуточных состояний. Таких состояний нет — просто нет! Природа их не предусмотрела. Тут зияющий провал в непрерывности.

Если бы перескок электрона хоть как-нибудь внутренне членился на маленькие шажки, между разрешенными уровнями энергии располагались бы новые уровни — тоже ведь разрешенные, раз электрон их проходит! И «в спектре атома возникли бы новые линии. А их нет.

Но не только в этом дело. Пусть будут такие шажки. Тогда каждый из них — снова — или скачок, или последовательность — новых, еще более мелких шажков. Если продолжать такое дробление скачков, получится непрерывный переход с орбиты на орбиту. Излучение окажется непрерывным.

Мы придем к тому, с чего начались все трудности. Круг замкнется, и у нас снова не останется никакого выхода, кроме одного: вернуться к скачкам, признать, что они не изобретение Планка, Эйнштейна или Бора, а установление самой природы.

У квантовых скачков нет собственной истории — нет смены подробностей, которую можно было бы проследить. Есть начало и конец, а между ними нет процесса! Классической физике, видевшей в природе только непрерывные изменения, нечем было утешить исследователей. Квантовые скачки нельзя было ни «представить себе», ни отвергнуть. И сознание физиков долго тяготилось ими и противилось их внезапному вторжению в физическую картину мира.