 |
Д. Данин. Годы сбывшихся надежд. На берегу Комо
|
|
|
|
Д. Данин
Годы сбывшихся надежд
(К 50‑ летию рождения квантовой механики)
Физика вступила сейчас в период бури и натиска, обещающий стать наиболее интересным из всех, когда‑ либо имевших место в истории.
Макс Планк
Мы были музыкою мысли.
Б. Пастернак
На берегу Комо
…Весной 1927 года Бор получил из Италии приглашение на Международный физический конгресс. С тех пор как пять лет назад его лидерство в квантовой физике было удостоверено Геттингенским фестивалем и Нобелевской премией 22‑ го года, такие приглашения стали приходить чаще, чем он мог отвечать на них согласием. Но конгресс в Комо обещал превратиться в представительный форум мировой физической мысли, а ему предоставлялась возможность выступить с обзором новейшего развития атомной теории. Его уведомили, что в нарушение 15‑ минутного регламента, обязательного для других, профессору Нильсу Бору давалось учетверенное время – целый час! Он принял приглашение и решил поехать в Италию вместе с женою – всепонимающей Маргарет.
Тема обзора была темой всей его сорокадвухлетней жизни: драма идей в познании микромира. Ему только то и предлагалось, что рассмотреть ее последний по времени акт – сцену за сценой. И задача эта рисовалась даже радостной. Впервые он мог говорить о СБЫВШИХСЯ НАДЕЖДАХ. Ну, а форма обзора давно уже была изведана им во всех вариантах. «Давайте‑ ка попробуем суммировать то, что мы знаем» – эту присказку так часто слышали все его ассистенты!
В общем, было заведомо ясно, что писать и как писать. И однажды Бор сказал Оскару Клейну:
– Давай‑ ка попробуем…
…Они принялись за работу в деревенской обители Бора – в Тисвиле. Оттуда еще не ушел в ту пору прежний дух сельской глухомани. И гномы еще не ушли навсегда ни из местных преданий, ни из окрестных чащоб. И белостенный приземистый дом – простой и просторный, – приобретенный Бором три года назад, назывался, как встарь, Вересковым домом.
|
|
|
И еще надо было вырубать на усадьбе деревья, чтобы приостановить таинственное нашествие леса и позволить несмелому скандинавскому солнцу щедрее одаривать приусадебную землю теплом. И хотя каждое лето Вересковый дом становился как бы филиалом боровского института – так часто туда наезжали физики из столицы, – все казалось, что от Копенгагена до Тисвиля, как в сказке, сколько ни скачи, не доскачешь.
Словом, там должно было преотлично работаться… Тридцатитрехлетний Оскар Клейн, уже не раз ассистировавший Бору, поселился неподалеку и утрами приезжал на велосипеде в Вересковый дом точно на службу.
И все шло словно бы как надо.
Он усаживался за рабочий стол Бора – писать под его маятниковую диктовку. А потом, уже в летних сумерках, накручивая на колеса велосипеда обратную дорогу, измученно и удовлетворенно думал, как успешно продвинулись они сегодня вперед! Но утром следующего дня его встречал на пороге облепленный малышами Бор (пять сыновей мал мала меньше! ) и, освобождаясь из‑ под их веселой власти, сразу сообщал, что все вчерашнее никуда не годится и придется все писать сызнова: по‑ другому!
«В течение целого лета ничего не получалось, хотя исписана была гора бумаги, – вспоминал Клейн. – Ничего не получалось…»
Странным было это бесплодие: очевидно, на сей раз совсем необычным оказалось суммирование уже известного. Оскар Клейн мог бы сразу почувствовать и оценить это в тот день, когда Бор впервые произнес (или неуверенно обронил? ) новый термин: КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ, или ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТЬ.
|
|
|
…В какой день того трудного и счастливого лета он обронил (или уверенно произнес? ) это слово? Ответом раздобыться неоткуда. Ассистент не зарегистрировал даты. Таков уж удел тихих событий: их значение осознается не раньше чем прошумят их последствия. А этому слову суждено было стать равно знаменитым и в теоретической физике, и в философии познания.
Историк Макс Джеммер: «…очень мало известно о том, как Бор пришел к идее комплементарности: с июля 1925‑ го по сентябрь 1927 года – в самый драматический период развития современной квантовой теории – он почти ничего не публиковал о проблемах квантовой физики и еще меньше о своих сокровенных философских идеях… Кажется несомненным одно: Принцип дополнительности родился из его окончательного признания реальности волн‑ частиц».
А когда он к этому признанию пришел? В июле 1925 года.
Немецкий журнал «Цайтшрифт фюр Физик» печатал тогда его статью о действии атомов при соударениях, датированную еще мартом. Неожиданно для редакции – но не для истории физики! – он отправил вслед уже заверстанной статье самокритическое «Послесловие», написанное в июле. Там‑ то он и признал, что САМА природа, а не только Эйнштейн, НАВЯЗЫВАЕТ НАМ причудливую картину распространения света: электромагнитные волны являют собою еще и поток частиц!
«При таком положении вещей, – добавил он, – нужно быть готовыми к решительной ломке понятий, лежащих до сих пор в основе описания природы…»
Замечательно, что, произнесенный в июле 1925 года, этот прогноз совершенно точно совпал с началом великого перелома в истории физики микромира. Однако Бор, как ни странно, этого тогда не знал. Просто почувствовал, что к такому перелому ведут его собственные искания. Уверившись в двойственной природе света, он сразу ощутил, что тут открывается круг не понятых прежде возможностей.
Отчего же вслед за тем – два года почти без публикаций? (Исключением был лишь текст доклада перед скандинавскими математиками, ушедший в печать на исходе 25‑ го года. )
Его новые идеи, казалось, просились на бумагу. Ему бы следовало в ту пору день за днем одержимо вышагивать‑ выскрипывать километры по паркетному полу и доводить до изнеможения даже самых выносливых ассистентов. И все это действительно было – одержимость… километры… изнеможение… Даже слезы!.. Но только ему решительно не писалось. И его тисвильские муки летом 27‑ го года были прямым продолжением того загадочного кризиса, начавшегося двумя годами раньше.
|
|
|
Загадочный кризис… Хоть здесь и напрашиваются эти слова, в них нет правды. Кризис – длящееся противоборство между двумя исходами: «быть» или «не быть». А здесь иной означился выбор, обычный в созревании: листвы ли на дереве, волны ли в море, идеи ли в исканиях, все равно; выбор во времени – «раньше» или «позже». В таком выборе ищущий не властен, как не властны дерево или море: это уж как пойдет! Иной загадочности тут и не было.
В те годы предсказанной им революционной бури история физики неслась вперед под попутным ветром. Всюду ощущался этот ветер – всего сильней в Копенгагене, Геттингене, Цюрихе, Гамбурге, Кембридже, Ленинграде, Риме. А он словно попал на мертвую зыбь – вызревание его Принципа дополнительности шло медленно и трудно.
Его мысль совершала тогда глубокий маневр на границе физики и философии – там, где встречаются ПОЗНАНИЕ ПРИРОДЫ и ПРИРОДА ПОЗНАНИЯ. Мысль его пустилась в охват всех построений, какие возникали тогда в головах других теоретиков и соперничали в истинности между собой. Потому и в охват, что он увидел за квантовыми злоключениями физики смущающие черты в устройстве человеческого знания вообще.
Но отчего такая частность в картине природы, как двойственная сущность света, сумела повести его мысль столь далеко?
Свет – череда бегущих волн. Свет – поток летящих частиц.
Стоило убедиться, что оба представления неизбежны, как от былого идеала описания природы не сохранялось ничего. Бесцельными делались попытки спасти непротиворечивость картины мира.
В образе волны есть неограниченность в пространстве. В образе частицы есть сконцентрированность в точке. И потому в классике всегда было так: либо частица – либо волна. Меж тем, если из рассказа о поведении света исключить любой из этих образов и предпочесть оставшийся, полнота описания исчезнет. И правда природы от нас ускользнет. Свет умеет вести себя как волны, но он умеет вести себя и как частицы.
|
|
|
Два классически несовместимых образа только ВМЕСТЕ дают в микромире желанную полноту отражения реальности. Однако мыслимо ли, чтобы научный успех покупался ценой логического абсурда?! Но почему возникает абсурд? Не потому ли, что явления микродействительности описываются моделями из чуждого ей макромира?
Хорошо бы, конечно, суметь разговаривать о квантах, электронах и атомах на их собственном микроязыке: тогда наверняка – никаких противоречий! Не попытаться ли изучить этот язык в физической лабораторий? Там можно задавать природе вопросы, слушать ее ответы и переспрашивать сколько угодно раз. Беда лишь в том, что отвечать она будет все‑ таки на макроязыке, и никак иначе. Лабораторные установки – по необходимости! – принадлежат к зримому макромиру: в приборах движутся стрелки, писцы выписывают кривые, фотопленка запечатлевает треки… Короче: МИКРОсобытия должны породить в приборах МАКРОинформацию, чтобы стать доступными наблюдению физика – МАКРОСУЩЕСТВА. И уже по одному этому –
«…как бы далеко за пределами возможностей классического анализа ни лежали квантовые события, описывать экспериментальную установку и регистрировать результаты мы вынуждены на языке обычном…»
Эти четкие слова пришли к Бору позднее, но сама мысль выплыла из омута тогда. Очевидная, она‑ то и вела далеко.
Физике нечем заменить классические образы волны и частиц. А если и допустить, что вдруг открылся бы некий собственный язык микромира, то и тогда взывал бы к пониманию поражающий факт: странное поведение света все‑ таки поддается описанию с помощью двух классических образов, да только абсолютно несовместимых.
Сочетается несочетаемое. И потому, несмотря на обычность слов, описание перестает быть классическим. Сохраняется макрословарь, но микромир требует какой‑ то иной грамматики!
С самого начала – с июля 1925 года – Бора укрепляла в этой мысли недавняя диссертация молодого парижанина Луи де Бройля. В ней впервые появились «волны материи»: у электронов – заведомых частиц – обнаружились волновые свойства!.. Совершенно так же, как у световых волн – свойства частиц. Правда, догадка де Бройля в то время еще не была подтверждена экспериментально. И хотя она превращала реальность волн‑ частиц во всеобщую напасть в микромире, Бор увидел в ней добрую «перспективу», как выразился он в своем июльском «Послесловии». Новая грамматика, допускавшая сочетание несочетаемого, становилась уделом любого описания микродействительности.
|
|
|
Он знал по опыту, как трудно будет физикам принять эту новую грамматику. Сильные умы будут пытаться избавить квантовую картину либо от волн, либо от частиц. Одни постараются волны объявить математической иллюзией, а частицы – физической реальностью. Другие, напротив, реальностью объявят волны, а иллюзией – частицы. И первые и вторые потратят бездну изобретательности, чтобы развенчать логически недопустимую двойственность. «Квантовая физика вздохнет свободно, – будут думать они, – только избавившись от этого противоречия».
А он понял: тут не от чего избавляться!
Он подумал: тут нет конфликта с природой.
Ее не терзают безвыходные трудности. Они терзают только наше познание возможностей природы. Надо покорней прислушиваться к ее голосу. И пореже восклицать: «Этого не может быть! » Такое восклицание содержит ссылку на макроопыт веков – на нашу принадлежность к макромиру, где нет прерывистости в процессах, равно как и прочих неприятностей. Да и сама природа, разговаривая с физиками в лабораториях поневоле на обычном языке, несочетаемого не сочетает. Нет такого эксперимента, когда свет демонстрировал бы сразу – в одном проявлении! – обе свои классически несовместимые ипостаси. Он обнаруживает либо волнообразность (и тогда физик наблюдает взаимное наложение волн), либо корпускулярность (и тогда физик наблюдает выбивание электрона из атома световой частицей). И бессмысленно спрашивать – что реальней? Это как с биноклем: нельзя заглянуть в него сразу с обеих сторон. И в свойствах бинокля нет конфликта с природой.
Обе ипостаси света не противоборствуют одна с другой. Грамматика микромира заключается в том, что классически несовместимым образам разрешено ДОПОЛНЯТЬ друг друга.
Так устроено наше знание. Уже не классическое. Но уже и не беспомощное перед странностями глубин материи. Доведенное до крайности, зло противоречивости превращается в благо ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ.
…Отчего должны были пройти два года со времени памятного «Послесловия», прежде чем Бор нашел и решился произнести это слово в наполненном ребячьими голосами Тисвиле?
Не сдерживало ли работу его мысли опасение быть понятым неверно? Его идею могли истолковать как нечто совсем бессодержательное: уж не вводит ли он глубокомысленный термин для разговора о простеньких парах противоположных свойств в одной и той же вещи? Левое и правое, верх и низ, внешнее и внутреннее…
Было бы смешно и печально, если бы его заподозрили в таком логическом ребячестве. В этих парах противоположности всегда совместимы. И легко меняются местами, как левое и правое при отражении в зеркале, как внешнее и внутреннее при выворачивании наизнанку. И дабы обнаружить их, совершенно достаточно одного опыта. Здесь торжествует обычное единство противоположностей. Дополнительность тут ни при чем. И странности микромира – тоже.
Но когда бы лишь с этим детским толкованием могла встретиться идея комплементарности! Нет, ее подстерегали более грозные опасности. И они‑ то смущали Бора…
Не стоит удивляться, что ему тогда не писалось. В размышлениях о взаимоисключающих экспериментах просвечивали каверзные вещи.
…На наш сегодняшний лад, ему думалось, возможно, так: когда астрономы будут изучать оборотную сторону Луны, это не помешает им одновременно исследовать и лицевую ее сторону, обращенную к Земле. Второй Луны для этого не потребуется: оттого, что экспериментатор ее созерцает, с нею ничего не происходит.
А в микромире любое измерение – это вторжение в бытие изучаемого. И если физик хочет исследовать «оборотную сторону» электрона (волнообразность) и его «лицевую сторону» (корпускулярность), ему всякий раз нужна «вторая Луна». Конечно, микрообъектиков сколько угодно, да не в том суть. Беспокоило другое: нет ли тут повода для сомнений в добропорядочности нашего знания? Что же физик измеряет, если он со своими приборами непоправимо вмешивается в измеряемое?
Как тут провести границу между прибором и микрореальностью? Физику следует быть лишь беспристрастным наблюдателем событий на атомной сцене. Он со своим инструментарием не вправе быть участником пьесы. А при изучении дополнительных сторон микрореальности физик поневоле становится еще и режиссером. «В этом опыте вы будете только частицами! – говорит он электронам или квантам света. – А в этом – только волнами! » И всякий раз, когда физик будет сталкиваться с новыми парами несовместимых образов, ему придется действовать и мыслить точно так же. Получается, что он как бы приготовляет в опыте микродействительность для самого себя.
Объективно ли такое познание?
Что такое «реальность» в квантовой физике?
Уж не заподозрят ли его, Бора, что он хочет обосновать непознаваемость мира? (И прочее, и прочее, и прочее. )
…Осталось неизвестным, как часто вспоминались ему в ту пору знакомые и любимые с отроческих лет слова отчаяния юного лиценциата из повести датского классика Пауля Мёллера:
«…Наше мышление становится драматическим и равнодушно действует в дьявольском заговоре с самим собой, и зритель вновь и вновь превращается в актера…»
Лишь словечко «равнодушно» было здесь совсем некстати. Дьявольский заговор с самою собой терзал боровскую мысль, пока она совершала тот двухлетний рейд на границе физики и философии. И умиротворения она искала не в отшельнической тишине, а в шуме дискуссий. Тогда‑ то он и ввел в своем копенгагенском институте на улице Блегдамсвей маленький обряд посвящения для молодых теоретиков из разных стран: в одно прекрасное утро протягивал новоприбывшему книжечку Мёллера «Приключения датского студиозуса». И улыбался. Всегда сочувственно. Но иногда еще и устало.
Согласившись подготовить обзорный доклад для конгресса в Комо, он сам сделался летом 27‑ го года жертвой комплементарности: принял на себя роль театрального обозревателя, продолжая играть в неоконченной драме. Положение трудное. Вот он и страдал… Это длилось до самого отъезда в Италию.
Первого сентября у Оскара Клейна начинались лекции в университете. У него – тоже. После переезда в столицу несчастливая работа над докладом продолжалась на Блегдамсвей.
Теперь уже не оставалось никакого времени на варианты: 16 сентября 1927 года профессору Нильсу Бору предстояло подняться на кафедру в Институте Кардуччи и прочитать часовую лекцию – «Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории». Волей‑ неволей гора исписанной за лето бумаги должна была превратиться в связный текст.
Вечерами за институтским забором в Фёллед‑ парке успевали замолкнуть сначала детские голоса, потом – птичьи, а из открытого окна на первом этаже института все разносился перестук машинки: к молчаливому неудовольствию молоденькой секретарши Бетти Шульц, ей приходилось в эти последние теплые дни допоздна засиживаться за секретарским столом, перепечатывая ветвистые и непонятные фразы профессора. И профессор не испытывал удовольствия. На памяти старых сотрудников никогда еще не бывал он так недоволен собой…
…А потом катилась за окнами вагона подробная земля Европы, возделанная до горизонта и безучастная к терзаниям мысли какого‑ то датчанина, прижавшегося лбом к прохладному стеклу. Поезд бежал из наступающей скандинавской осени в длящееся итальянское лето. У северянина, едущего на юг, радостные предвкушения просто написаны на лице. Но этот датчанин был исключением. Его не покидали дурные предчувствия: коллеги в Комо не прельстятся Принципом дополнительности – не уловят в нем той содержательности, какую он сам уже вполне прозревал, но слабо выразил. И при мысли об этом чары трансальпийского озера, заранее околдовавшие Маргарет, для него тускнели.
…Предчувствия оправдались.
Нет, озеро‑ то было и впрямь прекрасное. И небеса, и горы. И сердечны были итальянцы. И чернорубашечники Муссолини будто провалились куда‑ то. И конгресс был на редкость представителен: 70 известнейших физиков мира. Приятно было видеть рядом с маститыми – Лоренцем, Планком, Резерфордом – начинающих гениев – Вернера Гейзенберга, Поля Дирака, Вольфганга Паули, Энрико Ферми, не достигших еще и тридцати. Приятно было лицезреть мюнхенцев во главе с Арнольдом Зоммерфельдом – рядом с геттингенцами во главе с Максом Борном. И приятно было видеть впервые физиков из России – Петра Лазарева и Якова Френкеля. И присматриваться к вызывающе алому флагу их страны, и молча задаваться вопросом – есть ли неявная связь между историческими грозами эпохи и революционными переменами в научном мышлении? И приятно было видеть датский стяг среди национальных флагов могущественных государств.
Многое было приятно… И аплодисменты при его появлении на кафедре. И вторые, казалось заслуженные, аплодисменты, когда он кафедру покидал. Однако в короткой дискуссии после его доклада ни Борн, ни Ферми ни словом не обмолвились об идее комплементарности. Даже его духовные дети – Крамерс и Гейзенберг – о главном ничего не сказали. И когда издалека донесся одинокий выстрел старой крепостной пушки, возвещающий в Комо наступление полудня, он почему‑ то подумал о себе.
А потом до него дошло из кулуаров конгресса:
Резерфорд. Возможно, процессы в моем мозгу происходят весьма замедленно, но – так или иначе – я вынужден признаться, что не все и не совсем понимаю…
Гейзенберг. Бор пытается допустить равноправное существование волновой и корпускулярной картин… Я испытываю неприязнь к такому подходу.
Дирак. Мне это, в общем, не очень нравится. Дополнительность не обеспечивает нас какими‑ нибудь новыми уравнениями, каких мы не знали бы прежде…
В Комо, пожалуй, один только Вольфганг Паули отнесся к идее Бора с глубоким интересом, хотя и не высказал этого сразу. Но когда иностранные гости конгресса пустились в путешествие по Италии, он согласился поселиться с Бором вблизи от озера, на вилле Маунт Пенсада, чтобы недели две поработать вместе над новым текстом неудавшегося доклада.
Через месяц, в октябре 1927 года, Бора ждали в Брюсселе на 5‑ м конгрессе Сольвея, и там в повестке дня значилось его сообщение под тем же названием – «Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории». Из всех европейских знаменитостей в Комо не было, в сущности, только двух: Эйнштейна и Эренфеста. А в Брюссель они обещали приехать. Это было еще одним стимулом, чтобы заново передумать все.
Настал сентябрьский день, когда Бор, услышав на прогулке полуденный выстрел крепостного орудия, донесшийся из Комо, сказал Маргарет, что поспешит на виллу: ночная сова Вольфганг уже встал, а сегодня они должны приняться за дело.
Двадцатисемилетний, но не по возрасту полнотелый, излучающий насмешливость Паули уже сидел за старинным итальянским столиком, когда Бор вошел.
– На каком языке мы будем мучиться, Нильс? – спросил он.
– Пожалуй, на немецком, – улыбнулся Бор. – Давай‑ ка попробуем суммировать то, что произошло за последние годы…
|
|
|
