Чтение онлайн

Читатели, помнящие известные фотографии играющего на скрипке Эйнштейна (кто-то из аккомпаниаторов отметил, что он играл «абсолютно правильно, но совершенно неинтересно»), надеюсь, простят мне несколько натянутое сравнение его творческого метода с музыкальной темой в конце 16-го струнного квартета Бетховена, которую многие музыкальные критики обычно трактуют в форме вопроса и ответа. «Должно ли это случиться? Да! Это должно случиться!».

Лишь однажды Эйнштейн изменил своей твердой позиции и отказался от собственных интуитивных предвидений, о чем впоследствии вспоминал как о «главной ошибке жизни». Напомним, что великие теории Эйнштейна были предложены задолго до открытия Хабблом процесса расширения Вселенной, узнав о которых, Эйнштейн впервые в жизни не смог преодолеть внутреннее «чувство очевидности» и попытался спасти статичную картину мироздания. В его уравнениях была использована так называемая «космологическая постоянная», связанная с еще неизвестным взаимодействием (некий вариант антигравитации) и позволяющая Вселенной сохранять неизменным свой размер. Открытия Хаббла сделали эту «уловку» излишней, и Эйнштейн убрал поправку из уравнений, о чем впоследствии неоднократно сожалел.

Позднее оказалось, что его теория гравитации вполне подходит именно к такой динамичной (расширяющейся или сжимающейся) модели строения мира. Дело в том, что скорость разбегания галактик, вычисляемая по уравнениям теории относительности, никак не удавалось связать ни с общим количеством известного нам вещества Вселенной, ни со временем образования новых галактик, вследствие чего ученым позднее пришлось вытащить из архивов запыленные старые публикации, посвященные космологической постоянной, и внимательно перечитать их заново. К удивлению многих, эта величина (введенная Эйнштейном для удобства решения конкретной задачи) через десятилетия вновь оказалась в центре внимания теоретиков, а ее использование перестало считаться ошибкой гения (по крайней мере, ошибкой в обычном значении этого слова). Биография Эйнштейна еще раз продемонстрировала, как трудно в жизни великого человека отделить его достижения от его личности (поэт Йитс когда-то писал, что «танцор и танец неразделимы!»).

Хаббл обнаружил разбегание галактик в пространстве, а Эйнштейн доказал, что в кажущемся стабильным мире не сохраняются даже самые фундаментальные представления о пространстве и времени, так что мы можем определить лишь наше собственное, «домашнее» время и описывать лишь близкие нам события. Наблюдая за космическими объектами, мы буквально вглядываемся в «прошлое», в то время как во Вселенной какие-то неведомые нам, мощные и невидимые силы непрерывно преобразуют пространство-время, создавая на нем новые складки и необычные формы.

Отсутствие понятия одновременности в окружающем нас мире, возможно, станет ближе и понятнее читателю, если вспомнить, что даже обычное человеческое общение осуществляется только через физическую среду или посредством технических устройств (например, с использованием электромагнитных волн), т. е. всегда происходит с какой-то, может, очень незначительной, но неизбежной задержкой. Философски настроенный читатель может уловить в этом даже некий символ вечного одиночества любого индивидуального человеческого существования.

Несмотря на все сказанное, большинство физиков поколения Эйнштейна довольно быстро свыклись с необычными приемами и выводами теории относительности, поскольку полученные Эйнштейном уравнения широко использовались, приобретали новый смысл и приводили к новым, хотя и внешне парадоксальным результатам. В каком-то смысле теория относительности оказалась более приемлемой и «понятной», чем описываемая в следующей главе квантовая теория Бора, постулирующая принципиальную нестабильность мира и непредсказуемость поведения атомов, составляющих основу воспринимаемого нами мира. Эйнштейн твердо верил в существование строгих законов природы, определяющих «правила существования» вещества, и ему была глубоко чужда сама мысль о том, что при изучении атома можно столкнуться с изменением свойств вещества, с неким переходом от материи к набору вероятностей.

Как будет показано ниже, в квантовой физике поведение субатомных частиц (даже тех, которые составляют наше собственное тело) совершенно не согласуется с представлениями о «здравом смысле» и может быть описано лишь исключительно сложным математическим аппаратом. Размышляя о законах природы и личной роли ученых в формулировке «правил поведения» вещества, лауреат Нобелевской премии Роберт Лофлин пишет: «Развитие физики доказывает нам, что правила и законы, выводимые без какого-то интуитивного угадывания, почти всегда оказываются ошибочными, из чего можно сделать вывод, что законы природы должны быть скорее угаданы, чем изобретены или придуманы». По-видимому, это справедливо и по отношению к законам квантовой физики, хотя в ней граница между открытием и угадыванием законов до сих пор остается зыбкой и неопределенной.

Судя по рассказам окружающих и близких, датчанин Нильс Бор с юности сильно отличался от своих соотечественников, известных веселым и даже шутливым нравом. Атлетически сложенный, спокойный, молчаливый и блестяще образованный молодой теоретик (можно только отметить, что его образование было несколько беспорядочным) всегда выделялся уравновешенностью и страстью к порядку, что касалось даже его семейных отношений (после свадьбы молодая супруга стала переписывать статьи мужа, чем ранее занималась его мать). Возможно, характер Бора станет понятнее читателю, когда он узнает, что из всех методов изучения английского языка Нильс выбрал, по-видимому, один из самых сложных – чтение романов Чарльза Диккенса в оригинале.

В зрелом возрасте он стал находить нечто занимательное и даже забавность в своих исследованиях и открытиях, а ему посчастливилось открыть целый мир квантовых, субатомных частиц и связанных с ними виртуальных явлений, управляемых непривычными нам законами. В отличие от знакомых нам материальных точек, подчиняющихся законам Ньютона, объекты квантовой механики напоминают скорее липкие шарики, которые могут раздуваться или сжиматься, они не подчиняются законам тяготения и способны даже одновременно находиться в двух разных точках пространства.

Таинственные и пугающие названия (квантовая физика, субатомные частицы) продолжают использоваться, так как пока никому не удалось создать сколь-нибудь понятную концепцию поведения вещества на этом уровне. Дело обстоит именно так – никто не понимает и даже не претендует на понимание законов квантовой механики. В отличие от теории относительности, которая имеет ясный, но концептуально сложный характер, законы квантовой механики являются очень простыми по форме и способам использования, но описываемый ими мир выглядит забавным и странным, а иногда даже пугающим.

Нильс БОР

Субатомными называют частицы, входящие в состав атома или участвующие в атомных взаимодействиях (электроны, протоны, нейтроны и многочисленные иные частицы), а определение «квантовый» родилось естественным образом, отражая основную особенность поведения таких частиц. Квантовая теория возникла из работ знаменитого Макса Планка, который в 1900 г. обнаружил, что свет и другие формы лучистой энергии представляют собой вовсе не волны, а поток крошечных дискретных порций энергии, называемых квантами. На основе этой гипотезы Планку удалось решить одну из самых сложных и запутанных задач классической физики, а именно спектр излучения так называемого «абсолютно черного тела». Этот придуманный физиками теоретический объект отличается тем, что поглощает полностью все попадающее на него излучение (кстати, не следует думать, что объект действительно является чем-то абстрактным, поскольку обычная сажа, например, поглощает примерно 98% любого излучения). Дело заключалось в том, что весь создаваемый десятилетиями аппарат теоретической физики не мог объяснить и описать спектр излучения «черного тела». Планку неожиданно удалось получить совершенно точное решение задачи благодаря тому, что он просто ввел некоторые дискретные значения частоты и энергии вместо полагающихся непрерывных величин. Позднее Планк сам не мог рационально объяснить ход своих рассуждений, поскольку он просто пытался найти математический прием, позволяющий решить конкретную задачу и получить совершенно точно известную кривую распределения интенсивности, однако найденный им подход обозначил огромный сдвиг в научном и философском познании мира. После этого свет перестал считаться непрерывным излучением и превратился в поток частиц-дробинок (которые позднее Эйнштейн назвал фотонами), а теплота стала ассоциироваться с дискретным излучением атомов при переходе с одного энергетического уровня на другой.

Квантовая физика стала настолько невероятным вызовом здравому смыслу, что сам Планк начал относиться к ней несколько настороженно и недоверчиво. В этой науке факты и постулаты упрямо отказываются отвечать на главные и излюбленные вопросы естествоиспытателей и философов: «Почему? Зачем? Как?». Ее законы позволяют не объяснить, а, скорее, достаточно точно описать ход событий в микромире, которые, однако, вообще не укладываются в сколь-нибудь понятную нам схему или в другую, более понятнутную комбинацию законов.