К этому времени квантовую механику изучают уже повсеместно, больше всех, конечно, в Гёттингене и Копенгагене. В зимнем семестре 1926—1927 гг. Давид Гильберт дважды в неделю читал в Гёттингенском университете курс по математическим методам квантовой механики (он был издан уже весной 1927 г.). Ему помогал 23-летний выходец из Венгрии Джон (Янош, Йоханн) фон Нейман (будущий создатель вычислительных машин, теории игр, один из величайших математиков XX века), который два года спустя придаст квантовой теории черты математической строгости и концептуальной независимости.
Со времени появления первой статьи Гейзенберга математический аппарат новой механики непрерывно совершенствовался, а ее интерпретация постепенно дополнялась и уточнялась. Через два года, к осени 1927 г., по квантовой механике было опубликовано более двухсот работ, и значительная их часть не устарела до сих пор. 16 сентября 1927 г. в Комо на Международном конгрессе в честь столетнего юбилея Александра Вольта Нильс Бор прочел доклад «Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории». В нем он впервые последовательно изложил систему понятий новой квантовой физики и ввел термин «дополнительность». Несколько недель спустя, в конце октября 1927 г., в Брюсселе на V Сольвеевский конгресс собрались Планк, Эйнштейн, Лоренц, Бор, де Бройль, Борн, Шрёдингер, а из молодых — Гейзенберг, Паули, Дирак, Крамере. Здесь окончательно утвердилось то представление о квантовой механике и та система понятий, которая впоследствии получила название «копенгагенской интерпретации». Дискуссии на конгрессе стали самой суровой проверкой всех положений квантовой механики. Она ее с честью выдержала и с тех пор не претерпела почти никаких изменений в своих основах.
В те годы в Копенгагене в институте Бора создавалась не только наука об атоме — там выросла интернациональная семья молодых физиков. Среди них были Крамере, Гаудсмит и Розенфельд — из Голландии, Клейн — из Швеции, Дирак — из Англии, Гейзенберг — из Германии, Бриллюэн — из Франции, Паули — из Австрии, Ниш и на — из Японии, Уленбек — из Америки, Гамов и Ландау — из России... Беспримерное в истории науки содружество ученых отличали бескомпромиссное стремление к истине, искреннее восхищение величием решаемых ими задач и неистребимое чувство юмора, так гармонировавшее с общим духом интеллектуального благородства. «Есть вещи настолько серьезные, что о них можно говорить лишь шутя»,— любил повторять Нильс Бор, который стал их учителем и духовным отцом.
В них жила та искра космического чувства, которая отличает людей истинно великих. Это чувство вечности они сохранили даже в гражданских смутах, современниками и участниками которых им пришлось стать. Через много лет политические бури разбросают их по всему миру: Гейзенберг станет главой немецкого «уранового проекта», Ниши-на возглавит японскую урановую программу, сам Нильс Бор, спасаясь от нацистов, окажется в американском центре атомных исследований Лос-Аламосе, а Гаудсмита назначат руководителем миссии «Алсос», которая будет призвана выяснить, что успел сделать Гейзенберг для постройки немецкой атомной бомбы...
Почти никого из этих людей уже нет сейчас в живых: Шрёдингер умер в 1961 г., Бор — в 1962 г., Борн — в 1970 г., Гейзенберг—в 1976 г., Дирак — в 1985 г., де Бройль — в 1987 г.,— и вместе с ними ушла целая эпоха в физике, которую можно сравнить лишь с эпохой Галилея и Ньютона.
ГЛАВА 11
Атотархо
Формулировка и уточнение понятий — занятие сложное и не всегда безопасное. В свое время Сократ поплатился жизнью за настойчивые попытки уяснить смысл основных морально-этических понятий: добро и зло, истина и заблуждение, справедливость и закон... Сократ жил в античной Греции времен ее наивысшего расцвета. Как истинный мудрец, он проводил свои дни на солнечных площадях Афин и испытывал сограждан вопросами такого рода: «Скажи мне, многоученый Гиппий, что есть прекрасное?» Ученый собеседник с жаром принимался за объяснения, но вскоре убеждался, что не может выйти за круг примеров: он толковал более или менее понятно, что такое прекрасная женщина, прекрасный горшок с кашей или прекрасная лошадь, но объяснить, что есть прекрасное само по себе, ему всякий раз оказывалось не под силу.
Трагизм этой типичной мыслительной ситуации понимали во все времена. Понимали и смирялись: «Истина лежит за пределами сознания и потому не может быть выражена словами»,— говорили в Древней Индии. В своем стремлении ответить на вопрос «Что такое атом?» мы неизбежно приходим к тем же трудностям. На частных примерах мы постепенно убедились, что атом — это не спектральные линии, им испускаемые, и не многообразие кристаллов, которые из атомов построены, не тепло раскаленного железа и не электроны, вылетающие из атомов.
Подобно собеседникам Сократа, мы теперь вынуждены лризнать, что атом — это нечто неопределимое само по себе, некая общая причина квантовых явлений, которые все в той или иной степени необходимы для его определения. Наблюдая раскаленное железо и спектральные линии, кристаллы и процесс электролиза, электроны в трубке Крукса и рассеяние частиц, мы так или иначе касались различных граней атома. Можем ли мы теперь осмысленно ответить на два основных вопроса, которые задали в самом начале?
ЧТО ТАКОЕ АТОМ?
ЧТО ТАКОЕ КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА?
Наш рассказ о квантовой механике мы начали с определения: «Квантовая физика — это наука о строении и свойствах квантовых объектов и явлений». Мы его тут же оставили, поскольку бесполезность его очевидна до тех пор, пока не определено само понятие «квантовый объект». Мы обратились к анализу опытов, в которых проявляются свойства атома и других квантовых явлений, и к анализу формул, с помощью которых можно объяснить и предсказать результаты этих опытов.
Постепенно выяснилась интересная особенность: все формулы, которые описывают свойства квантовых объектов, непременно содержат постоянную Планка h. Более того, если физик видит уравнение, в которое входит квант действия h, он безошибочно заключает отсюда, что перед ним уравнение квантовой механики.
На этом основании квантовую механику можно было бы определить как систему уравнений, в которых присутствует постоянная Планка h. Однако такое определение может лишь успокоить наше стремление к однозначности и формальной строгости, но ничего не может дать по существу — название науки должно указывать на предмет ее изучения, а не только на метод, которым эта цель достигается.
Мы могли бы определить атом как физический объект, волновые и корпускулярные свойства которого одинаково существенны для полной его характеристики. Однако и такой подход заведомо не исчерпывает всех свойств квантового объекта, хотя и фиксирует изначально присущий ему дуализм. После многочисленных попыток ответить на вопросы о сущности атома можно было
бы, например, сказать, наконец: «Атом — это все то, что мы теперь о нем знаем». Но, конечно, и это не определение, а благовидный предлог его избежать.
Какими словами коротко и без разночтений можно определить понятие «атом»? Мы неоднократно убеждались, что ни одно слово нашей ре
чи не в состоянии вместить все его многообразие и сложность. Тогда мы обратились к уравнениям квантовой механики и с помощью формул, минуя слова и строгие определения, построили для себя образ атома. При этом мы сознательно следовали принципам квантовой физики.
Один из них предписывает по возможности избегать разговоров о явлениях самих по себе, безотносительно к способу их наблюдения. Понятия «явление» и «наблюдение» существуют независимо только в нашем сознании, да и то с ограниченной точностью. Для физика оба эти понятия — две стороны одной и той же физической реальности, которую он изучает и в объективное существование которой безусловно верит. Они несовместимы: наблюдение разрушает первозданное явление. Но они равно необходимы: без наблюдения мы вообще ничего не знаем о явлении. Их сложное единство и взаимодействие не позволяет нам постигнуть суть явления самого по себе, но оно помогает нам раскрыть связи между явлениями.
