По ту сторону кванта

Такой способ обучения физиков неуловимо деформирует систему их образов, понятий и даже систему ассоциаций. Как всякого человека, хорошо владеющего языком, физиков коробят безукоризненно правильные словесные конструкции большинства научно-популярных книг: в них они безошибочно различают еле уловимый чужеродный акцент. Невозможно передать смысл иностранной фразы, не разрушив при этом её первоначальную структуру. Язык, на котором общаются между собой физики, зачастую только по названию и отдельным словам русский, английский или ещё какой-то. В действительности это особый язык, словарь и грамматические конструкции которого приводят в отчаяние литературных редакторов. Но при всякой попытке «причесать» корявую физическую фразу по нормам литературного языка она что-то теряет — как иностранные стихи даже в хорошем переводе.

Непричёсанная физическая правда состоит в том, что:

атомный объект — это физическая реальность, свойства которой можно описать с помощью уравнений квантовой механики;

квантовая механика — это система формул, понятий и образов, которая позволяет представить, объяснить и предсказать наблюдаемые свойства атомных объектов.

Два приведённых определения, поставленные рядом, выглядят как насмешка над здравым смыслом. Однако они совершенно естественны в рамках принципа дополнительности. Дело в том, что понятия «атомный объект» и «квантовая механика» — дополнительные в смысле Бора. Точно так же, как понятия: «координата» и «импульс», «волна» и «частица», «явление» и «наблюдение», «вероятность» и «достоверность», «причинность» и «случайность». Они не могут заменить одно другое, и любое из них нельзя определить полностью без учёта другого, дополнительного ему. К этому необходимо привыкнуть, с этим необходимо сжиться — такова судьба всех действительно глубоких понятий.

Нильс Бор до конца жизни не уставал это повторять. Он предложил даже способ отличить глубокое утверждение от тривиального: нужно построить противоположное утверждение, и если окажется, что оно абсурдно, то первоначальное — тривиально. И приводил примеры. Утверждение «бог существует» — глубоко, поскольку противоположное ему «бога нет» — столь же глубоко. А утверждение «все люди смертны» — тривиально, так как противоположное ему «все люди бессмертны» — абсурдно.

Умение мыслить в соответствии с принципом дополнительности Бора необходимо в себе развивать, как и любую другую способность, данную нам от природы лишь в зародыше. Для этого недостаточно усвоить формальные правила построения понятий. Нужно ещё представлять себе, откуда они возникли. Поэтому-то мы так долго и тщательно знакомились с опытами, из которых впоследствии выкристаллизовалось понятие «атомный объект». Само по себе, в отрыве от этих опытов, оно ничего не значит; оно лишь закрепляет на языке формальной логики тот интуитивный образ, который постепенно формировался в нашем сознании во многом помимо нашей воли.

Наше теперешнее определение квантовой механики почти дословно совпадает с тем, которое мы привели в самом начале книги. И если теперь оно звучит для вас совсем по-другому — значит всё остальное вы прочли не напрасно.

Рассказ о квантовой механике на этом можно было бы закончить, если бы не одно важное обстоятельство. Дело в том, что, когда мы сказали: «Атом — это физическая реальность…», мы невольно коснулись обширной пограничной области между физикой и философией.

Понятие «физическая реальность» — последнее понятие, к которому неизбежно приходят при любой попытке объяснить что-либо в физике. И в силу своей универсальности оно настолько обширно и всеобъемлюще, что определить его только средствами физики оказывается невозможным. Для этого необходимо привлечь философию с её понятием объективной реальности.

Как известно, объективная реальность — это всё то, что есть и было — независимо от нашего сознания. (Впрочем, и наше сознание, и наши ощущения — тоже объективная реальность.) Однако для науки такое определение недостаточно конкретно, поскольку оно ни к чему не обязывает, кроме веры в объективную сущность познаваемого мира. А в это все учёные верят — иначе они бы не отдавали всю свою жизнь познанию этой самой реальности. Мнения расходятся лишь о природе физической реальности, её истинности и однозначности. Большая часть физиков признаёт, что

Физическая реальность — эта та часть объективной реальности, которую мы познаём с помощью опыта и нашего сознания, то есть все те факты и числа, которые мы получаем с помощью приборов, а также всё то, что мы об этом думаем.

Мнения — очень зыбкая вещь. Почему же мы уверены, что картина физической реальности, добытая таким путём, истинна? Или более мягко (ведь никто не знает, «что такое истина») — почему мы убеждены, что эта картина единственно возможна?

ФИЗИЧЕСКАЯ РЕАЛЬНОСТЬ

Уточнение понятий — занятие сложное и не всегда безобидное. В своё 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 времён её наивысшего расцвета. Как истинный мудрец, он проводил свои дни на солнечных площадях Афин и испытывал сограждан вопросами вроде следующего:

«Скажи мне, многоучёный Гиппий, что есть прекрасное?»

Учёный собеседник с энтузиазмом брался за объяснения, но очень, скоро 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 каждый 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. «О чём нельзя сказать словами, о том следует молчать», — пишут современные философы.

В своём стремлении ответить на вопрос «Что такое атом?» мы неизбежно приходим к тем же трудностям. Как и древние философы, мы затрудняемся преодолеть их с помощью слов. Но нам легче: с развитием науки появились формулы, которые позволяют многие из трудностей обойти.

На частных примерах мы постепенно убедились, что атом — это не спектральные линии, которые он испускает, и не многообразие кристаллов, которые из атомов построены, не тепло раскалённого железа и не электроны, которые из атомов вылетают. Подобно собеседникам Сократа, мы теперь вынуждены признать, что атом — это нечто неопределимое само по себе, некая общая причина атомных явлений, которую нельзя познать независимо от них.

Зайдите в любую физическую лабораторию и попытайтесь с порога определить, какое явление природы в ней изучают. Вы увидите перед собой нагромождение приборов и путаницу проводов, за которыми нельзя разглядеть не то что явление, но даже физиков, которые призваны его изучать. В этой обстановке такие, например, слова: «Мы изучаем здесь расщепление спектральных линий в магнитном поле» — могут вызвать лишь вежливое внимание, но отнюдь не доверие.

Даже когда вам в руки дадут фотопластинку и вы увидите на ней узкие чёрные линии, у вас не возникнет никаких ассоциаций с атомами, из недр которых (как станут убеждать вас физики) испущены те самые лучи, которые впоследствии были преобразованы спектроскопом и оставили на фотопластинке резкие следы.

Для человека, непричастного к физике, все эти объяснения выглядят очень неубедительно Ему более или менее понятно, как по стуку мотора механик определяет его неисправность, или как врач по жалобам больного может поставить правильный диагноз. Потому что он знает: всегда можно разобрать мотор — детали его при этом не изменятся; и, на худой конец, можно произвести вскрытие, чтобы убедиться в правильности диагноза. В обоих случаях известны все части, из которых устроено целое. Даже если вы не часовщик, то, разобрав часы, вы сможете понять, как они работают и почему видимое движение их стрелок не похоже на невидимое обычно движение их пружин и колёсиков.