О. Деревенский - История физики, изложенная курам на смех

• Название: История физики, изложенная курам на смех
• Автор: О. Деревенский
• Жанр: Физика

Вся история физики, от начала времен и до наших дней, изложенная честно и беспристрастно. Естественно, как честный человек, описывая современное состояние предмета, автор приходит к вполне очевидному для наших современников (даже совершенно не знающих физики!) выводу:

"Когда я слышу, что Галилей заложил основы научного физического метода, я понимаю: мелко же плавал этот Галилей! Куда ему до титанов, которые заложили и перезаложили всю физику с потрохами. Так оно всегда и выходит, когда любителей вытесняют профессионалы."

---

Эта догадка оказалась весьма плодотворной, хотя, между нами, до сих пор никто не знает, что такое квант. Но у квантовой теории - этакого птенчика - крылышки все крепли и крепли. Не по душе это было Эйнштейну, ох как не по душе! Птенчик-то, известное дело, прожорлив, соответственно и гадит он в огромных количествах: никак не вписывались эти дискретные кванты в любимые эйнштейновы уравнения Максвелла - уравнения сплошной среды - хоть ты тресни! Открутить бы этому птенчику башку - так ведь прикрылся, понимаешь, желтеньким пушком и пищит так доверчиво, подлец! Впрочем, дескать, живи пока, размышлял Эйнштейн, ведь кое-что в квантах, безусловно, есть - смотрите, например, как здорово с их помощью можно описать фотоэффект! (И надо же, позже ему за это по иронии судьбы взяли да присудили Нобелевскую премию! Вот это была невезуха - бедняга, небось, локти кусал!)

Между тем наш птенчик развивался не по дням, а по часам; узнать его было все труднее: вот чьими-то заботами у него уже сформировался хвостик, чьими-то стараниями - рыльце, а еще чьими-то - рожки, а еще - копытца... Кошмар! Перепуганные физики решили срочно придать своему питомцу более эстетический вид; для этого они организовали в Брюсселе междусобойчик, который назвали Сольвеевским конгрессом. А почему Сольвеевским, а не Брюссельским? Да просто господин Сольвей, по такому случаю вызвавшийся оплатить все расходы на койко-места и сосиски с капустой, очень хотел, чтобы физики всегда помнили его доброту (это я на всякий случай напомнил, а то вдруг там кто-нибудь забыл).

Итак, леди (мадам Кюри) и джентльмены, прошу встать - Сольвеевский конгресс идет! Прошу садиться. Слушается доклад о поведении кванта, находящегося в акте испускания упомянутого кванта атомом. В разгар прений по ключевому вопросу - сколько же времени длится этот “акт испускания” - Эйнштейна, как обычно, озарило: “Господа! А ведь, ей-богу, лучше, если он вообще не длится, а осуществляется мгновенно! Раз, и все! Ведь если он длится конечное время, то все кто попало начнут от праздности умножать это время на скорость света и получать в результате длину кванта. А разве, хе-хе, бывает у кванта длина? Если бывает, то все кто попало начнут себе прикидывать, сколько же на этой длине укладывается длин волн. Хотя и ежу понятно, что никак не меньше десятка2. Так эти длины волн, говорят, бывают аж по километру штука! Ничего себе дура получится вместо кванта! Вместо такой махонькой крошечки! Не зря же он квантом называется. Вот я и говорю - пусть испускается мгновенно. А то хуже будет!”

Это захватывающее предложение было с энтузиазмом принято, причем сейчас уже можно сказать, что - всерьез и надолго. Правда, и здесь не обошлось без приключений. Никто не ожидал такой заявочки от мадам Кюри, но она с умным видом выдала в ходе дискуссии - дескать, вот вы все говорите о квантах, но для описания мгновенного испускания кванта ведь уравнения Максвелла совершенно неприменимы, так как вы на это смотрите? Переглянулись конгресс-мены - конечно, неприменимы, но разве можно вслух задавать такие некорректные вопросы? Да еще на этаком форуме! Дескать, женская логика, туда-сюда. Замнем, в общем. А в остальном все было просто изумительно - всем так понравилось, что конгресс постановили неоднократно повторить. Лишь Эйнштейн напустил на себя какую-то задумчивость. Ну, это понятно, он-то понимал проблему несколько глубже. Вот как, примерно: “Что-то я, действительно, того... увлекся немного с этими квантами. Мне ведь без уравнений Максвелла оставаться никак невозможно! В общем, мерси, мадам, что вовремя напомнили - пока у меня склероз не начался!”

Однако, поздно он вспомнил про склероз. Да еще долго раздумывал чегой-то...

...Тем временем Резерфорд, имея весьма наивные представления о строении атома, вздумал подшутить над новеньким студентом в своей знаменитой лаборатории. В итоге он зарекся больше так не шутить, потому что студент, добросовестно выполняя это шуточное задание, получил экспериментальный результат, из которого и вытекало, что представления шефа о строении атома были наивными. Чтобы хоть как-то спасти свою репутацию, Резерфорд и предложил планетарную модель атома. Сейчас-то о ней даже школьникам говорят. А тогда это было весьма ново и удивительно - ведь, теоретически, вращающийся вокруг ядра электрон должен был бы так резво излучить всю свою энергию, что атом прекратил бы существование, не успев даже ойкнуть. Выручил Резерфорда молодой, подававший надежды Бор. “Знаете что,- доверительно сообщил он,- по классической теории это, конечно, удивительно. А по квантовой - обычное дело! Я уверяю Вас, что у электронов в атоме есть стационарные орбиты, на которых они вертятся до тошноты, но ничегошеньки не излучают!”-”Откуда Вы это знаете?”- ахнул Резерфорд.-”Господи,- воскликнул Бор,- да из моих постулатов это же прямо следует!”

Этот удар был силен! Ведь классическая физика билась-билась, как рыба об лед, а так и не сподобилась сколько-нибудь вразумительно объяснить, откуда же берутся у атомов характерные для них частоты, которые излучаются, если атомы как следует возбудить. А уж как переживали-то за эту труженицу классическую - это и словами не высказать. И вот, здрасьте-пожалста, подруливает на готовенькое эта паразитка, физика квантовая, и нахально заявляет, что, дескать, и говорить-то не о чем - атом может излучать только вот эти частоты потому, что все остальные частоты он излучать просто не может. И рад бы, так сказать, да не может - согласно постулатам-то. Причем это справедливо и для поглощения, чтобы обидно не было. “Простите,- удивилась собственной смелости классическая физика,- а что же делает Ваш квант, если он попадает в среду, у атомов которой нет подходящей для него частоты?”-”Ну как что, милая,- он с этими атомами не взаимодействует и летит себе, как в вакууме.”- “А почему же при этом его скорость меньше, чем в вакууме?”- Тут квантовая физика на минуточку призадумалась... “А, понятно,- сообразила она.- Я полагаю, что если на пути кванта попадается атом, с которым он взаимодействовать не может, то ничего не остается, кроме как облететь этот атом где-нибудь сбоку. Так что, пока каждый атом облетишь - небось скорость тебе и уменьшится!”

Видя, что дело дошло уже до откровенных издевательств, Эйнштейн решился, наконец, на крайние меры. Но бывшего птенчика голыми руками стало уже не взять. Сидит, сволочь, и нагло ухмыляется, а протянешь руку - разевает ужасный клюв с каким-то мерзким шипением. Еще долбанет, чего доброго! Ненормальный же, сразу было видно. И ведь, главное, просто в горле кость, острая и хроническая. Пришлось пускаться на хитрости. Эйнштейн предложил изящненький “решающий эксперимент” (по измерению ширины линии излучения быстро движущихся частиц), чтобы он решил раз и навсегда, что свет - это волны, черт побери, а не кванты. Ух, было бы смеху-то! Но талантливый Бор опять не утерпел и наплевал-таки в душу. Он быстренько показал, что - хоть волны, хоть кванты, а результат “решающего эксперимента” будет один и тот же. Не успел Эйнштейн продумать, каким образом обратить все это в шутку, как Комптон испортил ему настроение окончательно, добыв опытные свидетельства того, что кванты света не только существуют, но и ведут себя как заправские частицы. Вот же едрена-фотона, в конце-то концов! Что он там о себе воображает, этот свет - прикидывается волнами, а на самом деле это поток частиц, что ли? Или, постойте - он, наоборот, прикидывается частицами, а на самом деле... Да что же это такое на самом деле?!

Массовое брожение умов, к счастью, продолжалось недолго. Ведь когда сталкиваешься с совершенно неординарным явлением, то первое, что следует сделать - это подобрать для него грамотный термин, и природа явления сразу станет гораздо понятнее. В этом случае со светом быстро отыскался восхитительный термин: “дуализм”, и проблема легко и весело разрешилась. Охмелев от восторга, Луи де Бройль загнул тираду в том духе, что, дескать, вот мы спервоначалу думали про свет, что это волны, а оказалось, что здесь дуализм; но про электроны-то мы думаем, что это частицы, так вот не окажется ли, что и там - дуализм?”- “Отчего же не окажется-то,- загорелись Дэвиссон да Джермер.- Дуализм - он, брат, везде дуализм”. И продемонстрировали, что в умелых опытных руках электроны ведут себя, как заправские волны! “Неужели как волны?”- кисло переспросила научная общественность и добавила, что, мол, впрочем, этого и следовало ожидать. Слишком уж была издергана эта общественность потоком последних свершений, выворачивающих набекрень закостенелые мозги. Так что, заговори тогда электроны человеческим голосом - ее реакция была бы аналогичной.

Вот таким вот образом вскрылась-таки всеобщая волновая природа той самой материи, которая до этого умело маскировалась под частицы. Стало так: в какую частицу ни плюнь - в волну де Бройля попадешь! По такому случаю потребовалась механика уже не простая, а волновая (или статистическая). Отвечая запросам времени, младое племя теоретиков рвалось в бой, едва не выскакивая из штанов. Каждый наперебой расхваливал свое детище; галдеж стоял, как на базаре. Кстати, этот базар весьма чутко реагировал на малейшие изменения спроса: каждый свежий опытный результат приводил к появлению на прилавках новых версий теории, а также новых интерпретаций старых версий. Ошалевший Эйнштейн насчитал несколько десятков таких интерпретаций и сбился со счета: в глазах зарябило. Ему было обидно и досадно: он-то, записывая свои уравнения, всегда пояснял, что с физической точки зрения означает в уравнении каждая закорючка, и давал рецепт, как соотнести закорючку с практикой. Пускай иногда - с помощью мысленных экспериментов, но это был все-таки рецепт! А тут пришлось столкнуться с принципиально новым подходом. Напористая молодежь гнула линию такую, что физическая цель, дескать, оправдывает математические средства. В этой связи новые закорючки раздавались направо и налево без всяких рецептов, и вскоре физики с интересом обнаружили у себя развитие привыкания к этим новшествам. Стало даже считаться признаком хорошего тона подтрунивать друг над другом по этому поводу: как ты, мол, не привык еще? А я, брат, уже со вчерашнего дня!