Прямоходящие мыслители. Путь человека от обитания на деревьях до постижения миро устройства
Шрифт:
В необычайно эмоциональном примечании к своей статье о равносильности Шрёдингер написал, что он «чувствует обескураженность, если не сказать отвращение» [398] к методам Гейзенберга, «кои представляются мне очень трудными и лишенными возможности визуализации». Отвращение, как выяснилось, было взаимным. Прочитав статью, в которой Шрёдингер представлял свою теорию, Гейзенберг написал Паули: «Чем больше я думаю над физической частью статьи Шрёдингера, тем отвратительнее она мне кажется… написанное Шрёдингером о возможности визуализации его теории – чепуха» [399] .
398
Cassidy, Uncertainty, стр. 215.
399
Там
Соперничество оказалось односторонним: метод Шрёдингера быстро стал излюбленным подходом большинства физиков – для решения большинства задач. Ряды ученых, взявшихся за квантовую теорию, быстро расширились, а применявших метод Гейзенберга – поредели.
Даже Борн, содействовавший Гейзенбергу в разработке его теории, предпочел метод Шрёдингера, а друг Гейзенберга Паули восхищался, до чего проще выводить спектр водорода с помощью уравнений Шрёдингера. Гейзенбергу это все страшно не нравилось. Бор меж тем сосредоточился на понимании соотносимости двух теорий. В конце концов британский физик Поль Дирак предложил исчерпывающее объяснение глубокой связи между ними и даже изобрел собственную гибридную математическую трактовку – как раз ее все и предпочитают ныне, – которая позволяет ловко перемещаться от теории к теории, в зависимости от конкретной задачи. К 1960 году накопилось более 100 000 статей [400] , посвященных применению квантовой теории.
400
Moore, Life of Erwin Schr"odinger, стр. 145.
Вопреки любым прорывам в квантовой теории подход Гейзенберга навсегда останется в ее сердце: ученого вдохновляло желание исключить классическую картину, в которой у частиц есть траектории или пространственные орбиты, и в 1927 году он наконец издал статью, гарантировавшую ему победу в этой войне. Он раз и навсегда доказал, что, какую математическую трактовку ни применяй, дело упирается в научный принцип – мы его знаем как принцип неопределенности: представлять себе движение по-ньютоновски – без толку. Хотя взгляды Ньютона на действительность могут показаться эффективными на макроскопическом уровне, в масштабах атомов и молекул, из которых макроскопические объекты состоят, Вселенной управляют совершенно иные законы.
Принцип неопределенности регулирует, что мы можем знать в любой заданный момент времени о любой паре наблюдаемых величин – положении в пространстве и скорости [401] . Это не ограничение в методиках измерения и не предельность человеческой находчивости – это ограничение, наложенное самой природой. Квантовая теория утверждает, что предмет не имеет точных свойств – положения в пространстве и скорости, и, более того, при попытке их измерить чем с большей точностью измеряется одна величина, тем меньше точности в измерении второй.
401
Говоря строго, принцип неопределенности ограничивает наше знание о положении и импульсе тела, что есть масса, умноженная на скорость, но для целей наших объяснений эта разница несущественна.
В повседневной жизни мы, конечно же, можем – вроде бы – измерить положение в пространстве и скорость сколь угодно точно. С виду – противоречие принципу неопределенности, однако, если проделать математические расчеты по квантовой теории, обнаружится, что массы привычных предметов до того громадны, что принцип неопределенности неприменим к явлениям повседневности. Вот почему Ньютонова физика так славно применялась столько лет: границы Ньютонова завета проступили, только когда физики взялись за явления в масштабах атома.
К примеру, представим, что электроны имеют массу футбольного мяча. Тогда, если зафиксировать положение электрона с точностью до одного миллиметра в любую сторону, все равно можно измерить его скорость с точностью даже большей, чем плюс-минус одна миллиардно-миллиардно-миллиардная километра в час. Этого всяко достаточно для любых нужд, к каким мы могли бы применить эти расчеты на практике. А вот настоящий электрон, поскольку он гораздо легче футбольного мяча, – совсем другое дело. Если измерить положение настоящего электрона с точностью, соответствующей примерно размерам атома, принцип неопределенности утверждает: в этом случае скорость электрона не может быть определена точнее, чем плюс-минус тысячи километров в час, – такова разница между неподвижным электроном и движущимся со скоростью реактивного самолета. Вот где Гейзенбергу
Чем больше накапливалось знаний о квантовых явлениях, тем яснее становилось, что в квантовом мире нет определенностей, а есть лишь вероятности – никаких «да, будет так», а лишь «разумеется, что угодно из перечисленного может случиться». В Ньютоновом мировоззрении состояние Вселенной в любой момент времени в будущем или прошлом оттиснуто во Вселенной в настоящем, и, применяя законы Ньютона, кто угодно с должным уровнем развития ума сможет этот оттиск разобрать. Будь у нас вдосталь физических подробностей о внутреннем устройстве Земли, мы могли бы предсказывать землетрясения; знай мы все физические нюансы, касающиеся погоды, могли бы, в принципе, с определенностью сказать, пойдет ли завтра дождь – или через сто лет после завтра.
Этот ньютоновский «детерминизм» – суть Ньютоновой науки: представление о том, что одно событие есть причина следующего и далее, и что все можно предсказать, применив математику. Это часть озарения Ньютона, определенность головокружительного свойства, какая вдохновляла всех, от экономистов до социологов, «заказать себе того же, что подали физике» [402] . Но квантовая теория говорит нам, что в ее сути – на фундаментальном уровне атомов и частиц, из которых состоит всё, – мир не однозначен, что текущее положение Вселенной не определяет ее будущих (или прошлых) событий, а лишь вероятность одного из многих альтернативных вариантов будущего (или случившегося прошлого). Мироустройство, говорит нам квантовая теория, подобно гигантской игре в «бинго». Именно в ответ на эти соображения Эйнштейн сделал в письме Борну свое знаменитое заявление, что «[квантовая] теория много чего сообщает, но вряд ли приближает нас к тайне Старца. Я в любом случае убежден, что Он не играет в кости» [403] .
402
Парафраз из американской лирической комедии Роба Райнера «When Harry Met Sally», 1989 (российское прокатное название «Когда Гарри встретил Салли»). – Примеч. прев.
403
Альберт Эйнштейн Максу Борну, 4 декабря 1926 года, цит. по The BornEinstein Letters, ed. M. Born (New York: Walker, 1971), стр. 90.
Интересно, что Эйнштейн в этом заявлении обращается к понятию Бога – Старца. В традиционную личность Бога, как, скажем, в Библии, Эйнштейн не верил. Для Эйнштейна «Бог» – не игрок, вовлеченный в интимные стороны наших жизней, а скорее представление о красоте и логической простоте законов мироздания. И потому, сказав, что Старец не играет в кости, он имел в виду, что роль случайности в великом устройстве природы он, Эйнштейн, принять не может.
Мой отец не был ни физиком, ни игроком в кости, и, живя в свое время в Польше, понятия не имел, какие великие события происходят в физике – всего в нескольких сотнях миль от него. Но когда я объяснил ему принцип неопределенности квантовой теории, ему она досадила гораздо меньше, чем Эйнштейну. С точки зрения моего отца, поход за постижением Вселенной заключается главным образом не в наблюдениях в телескопы или микроскопы, а, скорее, в сути человеческого. И потому, как он для себя понял из своей же жизни Аристотелево разделение естественных и насильственных перемен, так же и его прошлое упростило ему переваривание и случайности, заложенной в квантовой теории. Он рассказал мне, как стоял как-то раз в длинной цепочке на городской рыночной площади, куда нацисты согнали тысячи евреев. Когда началась облава, он спрятался в нужнике, вместе с беглым главарем подпольщиков, которого ему было велено защищать. Но ни тот, ни другой не смогли выдержать вонь и в конце концов вылезли наружу. Беглец удрал, и никто его больше никогда не видел. А моего отца загнали в конец собранной шеренги.
Дело двигалось медленно, и отец видел, как всех суют в грузовики. Близилась его очередь, но тут начальник-эсэсовец отсек последних четверых, среди которых был и мой отец. Им нужно было три тысячи евреев, сказал эсэсовец, а в шеренге было, судя по всему, 3004. Куда бы там их ни отправляли, поедут без этих четверых. Позднее отец выяснил, что везли те три тысячи на местное кладбище, где им велели вырыть огромную братскую могилу, после чего расстреляли и в ней же похоронили. Мой отец в смертельной лотерее, где немецкая точность взяла верх над нацистской жестокостью, вытянул билет номер 3004. По мнению отца, то был пример случайности, какую его ум не в силах был постичь. Случайность же квантовой теории, напротив, – проще простого.