Чарльз Флауэрс - 10 ЗАПОВЕДЕЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ. ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА

Разумеется, научное сообщество встречало новые открытия весьма скептически. Например, кто-то из Старых Быков ехидно говорил, что «квантовая механика – всего лишь жалкая попытка изобразить понимание процессов», на что Бор осторожно отвечал репликой, что его утверждения «представляют собой скорее вопросы или предположения, а не строгие утверждения». Сторонником и активным участником исследований и дискуссий был Эйнштейн, который позднее назвал теоретические построения Бора проявлением «высшей музыкальности творческой мысли».

Напомним, что квантовая физика сразу и практически без объяснений делит мир на две части – макрокосм (объекты крупнее атома) и микрокосм (субатомные частицы). Кажущаяся хаотичной квантовая механика на самом деле достаточно точно описывает поведение атомов и более мелких частиц вещества. С другой стороны, классическая физика и теория относительности в соответствии со своими собственными законами позволяют описывать более крупные объекты (от атома до далеких галактик, квазаров и черных дыр), вследствие чего большинству физиков казалось просто непонятным, почему квантовая физика неприменима для рассмотрения объектов и явлений всего окружающего нас мира. Впрочем, однажды девятилетний сын моего приятеля, случайно присутствовавший при разговоре о квантовой механике, вдруг уверенно заявил мне, что идея Бора о стационарных состояниях весьма разумна и проста (мальчик сказал: «…ведь это похоже на скоростной лифт, который останавливается лишь на определенных этажах»).

В 1925 г. молодому ученику Бора Вернеру Гейзенбергу исполнилось только 23 года, но ему уже удалось получить строгое обоснование концепции квантовых скачков между фиксированными атомными орбитами. Разработанный им математический аппарат являл собой сложную систему алгебраических уравнений (это, впрочем, мало пугало теоретиков, привыкших после Эйнштейна к головокружительным логическим построениям), однако проблема состояла в том, что уравнения Гейзенберга позволяли осуществлять только точный расчет орбит электронов, но не позволяли создать хоть сколь-нибудь понятную, зримую модель протекающих процессов. Иными словами, они обеспечивали лишь математическое описание атома, не давая никакой наглядной «картинки».

Другой молодой теоретик, Эрвин Шрёдингер сумел найти еще более удивительное свидетельство «безумности квантового мира». Он просто стал применять к частицам математический аппарат теории волн и… неожиданно тоже получил точные решения для электронных орбит. Разумеется, среди физиков-теоретиков немедленно начались ожесточенные споры о том, какое из предложенных описаний структуры атома (механика частиц Гейзенберга или волновая механика Шрёдингера) является правильным? Следует особо подчеркнуть, что в науке (как, впрочем, и во многих других областях деятельности, например в семейных отношениях и т. п.) наличие двух объяснений одного события всегда чревато крупными неприятностями, так что в квантовой физике сразу разгорелся нешуточный спор.

Казалось совершенно невероятным, что электроны можно описывать, пользуясь совершенно разными математическими аппаратами и разными типами уравнений, т. е. рассматривая их то в качестве частиц, то в качестве волн. Объект исследования должен был представлять собой (по крайней мере, в соответствии со здравым смыслом) либо то, либо другое. Читатель может представить себе частицы в виде маленьких, более или менее твердых шариков, способных отталкиваться (или как-то иначе взаимодействовать) друг с другом, что вполне согласуется с понятиями традиционной теоретической физики. В свою очередь, волны могут накладываться друг на друга, проходить друг через друга и усиливаться (или ослабляться) при взаимодействии, создавая более крупные (или, соответственно, мелкие) волны, причем такое поведение тоже прекрасно укладывалось в рамки традиционной физики, хотя и относилось к совершенно иному классу явлений и объектов. Проблема заключалась в том, что эти два описания нельзя было использовать одновременно для одного объекта.

Бурные разногласия в среде теоретиков кончились в 1926 г., когда Макс Борн нашел решение проблемы, которое используется до настоящего времени и сводится к тому, что… никакого ответа на поставленный выше вопрос не существует в принципе! Борн показал, что некорректной является сама постановка задачи о состоянии электрона, поскольку, строго говоря, мы можем говорить лишь о вероятности такого состояния или о возможности его реализации. Волна в уравнении Шрёдингера относится не к физически существующему объекту (типа привычных радиоволн или света), а к некоторому абстрактному понятию, а именно – к вероятности нахождения электрона в заданной точке пространства.