Даниил Данин - Вероятностный мир

• Название: Вероятностный мир
• Автор: Даниил Данин
• Издательство: Знание
• Жанр: Альтернативная история
• Год: 1981

14 декабря 1900 года впервые прозвучало слово «квант». Макс Планк, произнесший его, проявил осторожность: это только рабочая гипотеза. Однако прошло не так много времени, и Эйнштейн с завидной смелостью заявил: квант — это реальность! Но становление квантовой механики не было спокойно триумфальным. Здесь как никогда прежде драма идей тесно сплеталась с драмой людей, создававших новую физику. Об этом и рассказывается в научно–художественной книге, написанной автором таких известных произведений о науке, как «Неизбежность странного мира», «Резерфорд», «Нильс Бор». Собирая материал для своих книг, автор дважды работал в архиве Института теоретической физики в Копенгагене.

Книга научно–художественная. Для широкого круга читателей.

---

Верно было, что предметно зримые параллели тем меньше помогали воображению, чем предметней и зримей они были. Но в этом не заключалось ничего неожиданного. Ведь представление о силовых полях возникло не из повседневного опыта нашей жизни. Оно появилось с углублением физики в подспудную — скрытую от глаза — суть физических событий.

Часто можно услышать, что лишь в нашем веке — с рождением теории относительности и квантовой теории — физика утратила свою былую наглядность.

Былую? Но разве в Ньютоновы времена воображению легче было осваиваться с физической картиной мира? Взаимодействие удаленных друг от друга тел объяснялось тогда, как «действие на расстоянии» — через пустоту — без посредников. Разве это было представимо? Еще в древние времена и в средние века шли долгие споры об идее пустоты. Ее издавна заместила параллельно возникшая идея мирового эфира. Однако всепроникающий и для всего на свете проницаемый, непрерывный и бесплотный, абсолютно покоящийся и экспериментально непостижимый, был этот эфир еще менее наглядно представим, чем бесхитростная пустота.

А силовые поля объявлены были разными состояниями этой гипотетической мировой среды: эфирными вихрями, натяжениями, вибрациями. Так в XVII веке Декарт объяснял тяготение, а в XIX Максвелл — электромагнитные взаимодействия. Но разве наглядность таких объяснений не была иллюзией, поскольку совершенно непредставимым пребывал сам эфир?

Давным–давно человечество переросло натурфилософ скую веру в хрустальные небесные сферы, к которым прикреплены неподвижные звезды (надо же было объяснить, на чем они держатся!). А когда растаяло мифическое видение сфер, звезды не только остались на небе, но получили, наконец, все права самостоятельной физической реальности. Нечто похожее произошло с эфиром и силовыми полями.

В начале нашего века эфир исчез из физической кар тины природы: теория относительности показала, что ничего абсолютно покоящегося в мире нет. Этот термин сохранился лишь в языке радиопередач («сегодня в эфире»), да еще в редких (и всегда несостоятельных) попытках сызнова привлечь его к делу. Но силовые поля, как звезды, не пострадали. Напротив, тогда–то они и обрели подлинную физическую реальность. В них сосредоточилась энергия всех физических взаимодействий. Они получили статус самостоятельной формы существования материи мира. И если не нашему воображению, то хотя бы «чувству природы» стало легче: бесплотный эфир, как и пустота, был тяжелым и лишним грузом.

А наглядности не убыло, раз уж и прежде она была только мнимой…

И, пожалуй, стоит прибавить, что Эйнштейн, совершенно в духе Резерфорда, защищавшего реальность электрона, говорил: «Для современного физика электромагнитное поле столь же реально, как стул, на котором он сидит»!

Как же представить, что электрон–планета, вращаясь по классическим законам вокруг солнца–ядра, должен был терять энергию своего движения на излучение электромагнитных волн? Излучение — оно ведь не дается даром. На него надо тратиться. Силовое поле, порождаемое электроном или его порождающее, не будучи бесплотным, само обладает массой: физически — мерой инертности. Пока электрон движется прямолинейно и равномерно, его силовое поле покорно следует за ним или вместе с ним. Но когда взаимодействие с ядром заставляет электрон сворачивать с прямого пути, поле, как шлейф, «заносит в сторону». В меру своей инертности поле противится изменению скорости и «отрывается». Или — излучается в виде электромагнитных волн…

Такой зримый образ, право же, не хуже любой другой наглядной картинки, какую можно здесь изобрести. Любая окажется наивно приблизительной и легко уязвимой.

А существенно тут одно: лишь энергия движения могла бы позволить электрону в планетарной модели сопротивляться притягивающему действию ядра, но как раз она, эта спасительная энергия, вынуждена по классическим правилам непрерывно расходоваться на излучение. А если так, то падение электрона на ядро неминуемо. Каждую «атомопланету» ждет такая судьба.

Резерфорд понял: он увидел обреченный атом.

8

Так многого ли стоило его уверенное восклицание в лабораторной комнате Гейгера, что теперь он знает, как атом выглядит?! Нужно оценить всю тонкость этого восклицания: он ведь не провозгласил, что знает, как атом устроен, а только — как выглядит. Не больше. Но даже для этого надо было сначала решиться на открытую ссору с классикой.

Почти два года ушли, кроме всего прочего, на перемежающийся выбор между смирением и непокорством. Смирение равносильно было признанию неудачи. И тогда публикацию о многолетней работе следовало свести только к описанию опытных данных — без провозглашения планетарной модели. А непокорство настаивало на этой модели — вопреки логике, но с одобрения интуиции. Как во всяком психологическом противоборстве, последнее слово принадлежало характеру — складу натуры.

Резерфорд не был бы самим собой, если бы поступил иначе, чем поступил: в мае 1911 года со страниц лондонского «Философского журнала» он всем коллегам объят вил, как выглядит атом. Но в начале статьи предупредил:

«Вопрос об устойчивости предлагаемого атома на этой стадии не следует подвергать рассмотрению…»

Это означало: «Господа, я сознаю, что сегодня мой атом вашей критики не выдержит. Он — обреченный. Однако у нашей науки, кроме сегодня, есть еще завтра!» Ту предупредительную фразу он закончил так:

«…Устойчивость окажется, очевидно, зависящей от тонких деталей структуры атома и движения составляющих его заряженных частей».

Это была исследовательская программа на будущее.

Атомная физика могла принять ее к исполнению, а могла ею и пренебречь. Для этого довольно было не поверить в систему «ядро + электроны». И есть прямое свидетельство, что виднейшие из тогдашних теоретиков и экспериментаторов сначала его программой пренебрегли. Порознь и вместе.

Осенью того же 1911 года 23 выдающихся физика Европы собрались на первый Сольвеевский конгресс в Брюсселе.

(Двадцать четвертым его участником был вдохновитель и организатор конгресса Эрнест Сольвей — стареющий промышленник–меценат, выходец из рабочей семьи, инженер–изобретатель, влюбленный в науку и завороженный загадками строения вещества. Его щедрости обязана физика длящейся и поныне традиции Сольвеевских конгрессов, игравших немаловажную роль в нашей хорошей истории.) Разумеется, среди приглашенных на брюссельскую встречу 11–го года был и Резерфорд. А через полтора месяца после нее он написал Вильяму Брэггу:

«Я был весьма поражен в Брюсселе тем фактом, что континентальные физики… не утруждают свои головы размышлениями о реальных причинах вещей».

А меж тем среди физиков, «не утруждавших свои головы», были на 1–м Сольвее Альберт Эйнштейн, Макс Планк, Гендрик Антон Лоренц, Анри Пуанкаре, Мария Кюри, Поль Ланжевен, Вальтер Нернст… Нужен был чувствительно ранящий повод, чтобы «кролик из антиподов»— даже дикий! — позволил себе столь невежливо обойтись с такой когортой высоколобых…

Что же случилось в Брюсселе?

Ничего не случилось! Но это–то и разгневало Резерфорда. Там были обмануты его нетерпеливые надежды. (Они всегда нетерпеливы, когда выношены терпеливо.) Со времени выхода майского выпуска «Философского журнала» прошло полгода, а в Брюсселе не прозвучало ни слова о планетарной модели атома. Точно то был явный и непростительный провал, какие принято в ученой среде обходить щадящим молчанием, особенно если виновник — высокочтимый коллега.

А вообще–то об атомной структуре отнюдь не молчали. Сам Лоренц, автор теории электронов, — он председательствовал на конгрессе — прямо говорил о достоинствах «модели атома, предложенной сэром Дж. Дж. Томсоном». С другой стороны, мюнхенский теоретик Арнольд Зоммерфельд разочарованно уверял, что вообще не желает иметь дела ни с какими «частными гипотезами об атомах». И никто не сказал, что ему хотя бы только приглянулись открытие атомного ядра и появление планетарной модели. Словом, в Брюсселе эти события не были оценены как стартовые вехи в познании микромира.

Однако, может быть, Брюссель был исключением? Нет, в ту пору, кажется, нигде и никого планетарный атом еще не пленил. Странно сказать, даже бывший страсбургский студент Петр Лебедев не высказал своего одобрения, которое было бы так естественно! В коротенькой статье выдающегося московского исследователя «Успехи физики в 1911 году» не упоминаются ни атомное ядро, ни резерфордовская конструкция атома. Конечно, это можно оправдать характером лебедевской статьи: он писал свой обзор для широкой публики и потому включил в него только бесспорные и понятные успехи года. А назвать бесспорной и понятной планетарную модель в те времена кто решился бы? Ну да ведь об этом–то тут и идет разговор.