Владимир Келлер - Возвращение чародея

• Название: Возвращение чародея
• Автор: Владимир Келлер
• Издательство: Детская литература
• Жанр: Физика
• Год: 1970

Эта книга — увлекательный рассказ о научном познании окружающего мира. Она знакомит школьников 8–10-х классов с широким кругом вопросов классической и современной физики. Много интересного узнают ребята о законах механического движения, об энергии и ее источниках, о различных состояниях вещества, о законах движения в микромире и не решенных еще научных проблемах.

---

Действительно, когда мы изучаем большие тела, то должны пренебречь малыми и поэтому практически несущественными, непредусмотренными воздействиями. Если мы сумели предусмотреть все практически существенные воздействия, то с практически достаточной точностью будет работать динамическая причинность; если же она не работает, будем искать существенные воздействия, которых мы пока еще не сумели предусмотреть.

Применим эти рассуждения к микромиру. В мире очень малых частиц существенных воздействий гораздо больше, и поэтому гораздо больший риск не суметь их все предусмотреть. Отсюда и «своенравие»: просто мы не всё еще знаем об условиях, в которых находится рассматриваемая микросистема. Поэтому и не работает динамическая причинность, поэтому и приходится пользоваться причинностью статистической.

Такая — или очень похожая — точка зрения на «своенравие» микрочастиц действительно существует; ее часто называют точкой зрения «скрытых параметров» («скрытые параметры» — это величины, характеризующие в условиях то, чего мы еще не знаем и что существенно). Однако эту точку зрения разделяют очень немногие физики. Подавляющее большинство их придерживается другой точки зрения, согласна которой статистическая причинность управляет явлениями в микромире не потому, что мы еще не открыли «скрытых параметров», а потому, что такова объективная закономерность микромира. И эта статистическая причинность нисколько не хуже динамической — это совсем не «знание второго сорта». Просто микромир так устроен, что в нем основная роль принадлежит статистической причинности.

Не противоречивы ли эти слова «статистическая причинность»? Вспомним дифракционный эксперимент: согласно квантовой механике нельзя предсказать, в каком месте экрана окажется каждый данный электрон. Где же здесь причинность?

Если бы квантовая механика не давала возможности ничего предсказать относительно одного электрона, то действительно в этой теории не было бы места причинности. Плохи были бы дела такой теории. Но на самом деле ведь все совсем не так: квантовая механика позволяет делать совершенно точные предсказания. Так, в случае дифракционного эксперимента она позволяет совершенно точно предсказать пусть не значение координат электрона на экране, а вероятность этого значения. Такой возможности оказывается совершенно достаточно для того, чтобы теоретически объяснять известные явления и предсказывать новые. Чем же предсказание вероятности значения какой-либо физической величины хуже предсказания самого этого значения!

Из непонимания принципиального различия между большими телами, изучаемыми классической механикой, и микрочастицами среди зарубежных физиков и философов возникло немало идеалистических толкований и соотношения неопределенностей и всех вообще законов квантовой механики.

Очень распространилось, например, убеждение, что явления микромира принципиально непознаваемы, что человек никогда не раскроет их до конца. Почему? «Да потому, — отвечают эти люди, — что в каждом звене познавательной цепочки „что — чем — кто“, или „микрочастица — прибор — наблюдатель“, таится то или иное принципиально непреодолимое препятствие».

Что это необоснованно и неверно и что в действительности квантовомеханические явления так же объективны и закономерны, а следовательно, и познаваемы, — нетрудно доказать.

В том, что двойственность микрочастицы («что») не несет в себе ничего «чудесного», мы уже убедились. Не является непреодолимым препятствием для познания микромира (как считают идеалисты) и то обстоятельство, что когда мы со своими приборами («чем») вторгаемся в микромир, чтобы узнать о нем что-то, эти приборы сами искажают микроявления и мешают нам их узнать. Ведь когда мы измеряем температуру воды при помощи термометра, мы тоже почти всегда при этом немножко изменяем эту температуру за счет разницы между температурами воды и термометра. Однако, зная законы тепловых явлений, мы могли бы из фактически полученных результатов исключить помехи и получить абсолютно точные результаты, если бы это нам понадобилось.

Правда, в микромире есть специфика, обусловленная тем обстоятельством, что часть измерительного прибора нельзя сделать очень малой по сравнению с изучаемой системой.

Не будем пытаться обсуждать здесь важных следствий, вытекающих из этой специфики. Скажем только одно: принципиально непознаваемыми явления микромира от этого не делаются.

Не помешает нам когда-нибудь постигнуть тайны микромира и несовершенство наших органов чувств («кто»).

Во-первых, «наблюдателем» может быть и не человек, а, например, фотопластинка, флюоресцирующий экран и т. п. Во-вторых, и наши органы чувств не так уж несовершенны. В 1933 году советский физик Сергей Иванович Вавилов проделал интересный опыт, который позволил увидеть если не отдельные фотоны, то, во всяком случае, столь малые их группы (до 5–7 фотонов), что и это убедительно говорит в пользу прерывного строения света.

Опыт С. И. Вавилова не только наглядно показал прерывистое строение света, но и свидетельствовал о высоких визуально-воспринимательных способностях человека.

Все это говорит о том, что и в явлениях микромира действуют материалистические причинные законы, что и мир квантовомеханических явлений существует объективно, независимо ни от приборов, при помощи которых его исследуют, ни от сознания человека, пользующегося этими приборами.

Мир квантовомеханических явлений познаваем. И в этом мире в действительности нет никаких фантастических чудес.

С. И. Вавилов и предвидение открытий

Многие физические (да и не одни физические) открытия у нас в стране обязаны своим возникновением С. И. Вавилову, даже если он и не участвовал в них непосредственно.

Сергей Иванович Вавилов… Имя хорошо известное. Есть улицы, носящие это имя. Институты. Корабли. Выпускались марки с портретом С. И. Вавилова. Это имя встречается в учебниках по физике. Ученые да и большинство образованных людей вообще знают, что Вавилов возглавлял Академию наук СССР — был ее президентом. Причем в особо ответственное время — с 1945 по 1951 год, — когда не только залечивались раны, нанесенные стране, ее народному хозяйству второй мировой войной, но и решались новые научные и технические задачи, поставленные жизнью.

С. И. Вавилов занимался и другими важными делами: преподавал в ведущих вузах, создавал не только научные труды, но и популярные книги, был главным редактором Большой советской энциклопедии, вел активную общественную работу.

Говорят, что человек и обстановка, в которой он живет, похожи друг на друга. Если это правда, то и по предметам обстановки можно смутно угадать, каким был человек, живший в их окружении.

Попробуем сделать это, заглянув воображением в домашнюю библиотеку С. И. Вавилова.

Книг в ней не так уж много, но какой удивительный их подбор! Античная и новейшая классика, философия и естественные науки, русские, английские, немецкие, итальянские, французские книги стоят рядом. Вавилов читал и перечитывал заново почти всех авторов на их родных языках: римлянина Лукреция и англичанина Фарадея, американца Майкельсона и голландца Гюйгенса, русских ученых двух столетий — Ломоносова, Софью Ковалевскую, Попова, Лебедева, Крылова…

Но чаще всего Вавилов обращался к томику «Фауста». Поля исписаны комментариями и критическими замечаниями. Многие не уместились да полях, и Вавилов продолжал их в двух тетрадочках, переплетенных с книгой.

Кажется, что особенного в любви С. И. Вавилова к «Фаусту»? Да все культурные люди любят эту книгу! И многие воображают себя Фаустами. Как понимают это. Иной ученый, пожалуй, и обидится, если его не назвать «фаустовским человеком»: ему покажется, что хотят сказать, что он не ищущий, не дерзкий, не пылко жаждущий познания.

От простоты такого объяснения не остается, однако, и следа, когда мы узнаем, как относился Вавилов к главному герою бессмертного произведения. Оказывается, он его осуждал. Он осуждал Фауста, а о его подручном — Вагнере — отзывался с теплотой, считал его чуть ли не образцом ученого.

Что же привлекало С. И. Вавилова в Вагнере? Оказывается, трудолюбие Вагнера и его любовь к «источникам», то есть к ученым и научным идеям прошлого. Вавилов мог бы сказать и о себе, как говорил у Гёте подручный Фауста:

Моя отрада — мысленный полет
По книгам, со страницы на страницу…
Я знаю много, погружен в занятья,
Но знать я все хотел бы без изъятья.

С. И. Вавилов родился в 1891 году в Москве и, видимо, от своих родных унаследовал привычки и любовь к труду. Его отец прошел удивительный путь от мальчика на побегушках до управляющего огромной Трехгорной мануфактурой. А мать — главная хозяйка дома, простая и строгая женщина — была в то же время и первой слугой в доме. В семье Вавиловых привыкли относиться с уважением ко всякому труду. Неудивительно, что таким же трудолюбивым, как Сергей Иванович, вырос и его брат — Николай Иванович, впоследствии тоже академик, один из выдающихся биологов мира.