Под знаком кванта - Леонид Иванович Пономарёв

не каждому ясно, что без дальнейшей абстракции научных понятий развитие науки невозможно. Одним словом, абстрактная наука, как и музыка, требует не оправдания, а глубокого понимания; только с ее помощью можно познать непривычную квантовую реальность, хотя реальность эта совсем иного рода, чем весомые и зримые камни или деревья.

Но даже эту «абстрактную реальность» человек всегда пытается представить наглядно, то есть свести ее к неболь-

тому числу проверенных образов. Такое стремление заложено в человеке очень глубоко, и поэтому у физиков постепенно развилась своя причудливая система образов, которая почти наверное ничему реальному в природе не соответствует, о ней нельзя рассказать словами, но тем не менее она помогает отыскивать связи между явлениями в моменты наивысшего напряжения мысли.

Те цепочки познания, которые мы рисовали,— от явления, через понятия и формулы, к образам — не более чем схемы, дающие довольно слабое представление о сложных процессах, происходящих в сознании ученого, когда в беспорядочном наборе фактов он пытается увидеть простые связи, определить их словами и найти им место в общей картине природы.

Отдельное слово еще не образует языка,— необходим набор слов и правила грамматики, по которым они сочетаются. Точно так же отдельный научный факт, каким бы важным он ни казался, еще ничего не означает сам по себе, если неизвестно его место в общей системе знаний, и лишь вместе со своим толкованием он получает смысл и значение.

Вспомните историю D-линии натрия. Ее наблюдал уже Фраунгофер, но разве мог он подозревать, что держит в руках ключ ко всей квантовой механике? Он видел, что D-линия расщеплена на два компонента. Но разве знал он, что это — влияние спина электрона? Электрон, квантовая механика, спин — во времена Фраунгофера эти понятия еще не были изобретены. А без них D-линия натрия — просто любопытный факт, не ведущий ни к каким глубоким следствиям. Лишь после опытов Крукса, Резерфорда, Томсона, после создания системы понятий и формул, которую назвали квантовой механикой, стало ясно, что D-линия натрия — это один из тех фактов, понимание смысла которых меняет самую основу наших представлений о природе.

Понятия возникают на основе новых фактов,— с этим согласны все. Однако не все отдают себе отчет в том, насколь-

ко смысл новых фактов зависит от понятий, которые используются для их толкования. Гармонию явлений атомного мира мы можем оценить лишь благодаря теории: всякое описание только экспериментальной установки будет безнадежно скучным и неинтересным. Теория делает картину природы не только связной, но также эстетически приемлемой. «Лишь идеи делают экспериментатора — физиком, хронолога — историком, исследователя рукописей — филологом»,— писал и говорил Планк.

Теория — это интуитивное проникновение в сущность наблюдаемых явлений. Она позволяет описать те их свойства, которые лежат по ту сторону нашего сознания и чувственного опыта, и с их помощью объяснить видимую сложность явлений их невидимой простотой. Именно эта форма мышления гением ученых, подобных Дальтону и Бору, создала современную атомистику.

Сложное переплетение фактов, понятий, формул и образов науки очень трудно, да, пожалуй, и невозможно распутать. При всех попытках подобного рода мы неизбежно придем к сакраментальному вопросу: «Что возникло раньше: яйцо или курица?» Никто никогда не узнает тот первый научный факт и то первое научное понятие, с которых началась нынешняя наука. Поэтому все чаще вместо «объяснения природы» естествоиспытатели говорят об описании природы.

«Мы теперь лучше, чем прежнее естествознание, сознаем, что не существует такого надежного исходного пункта, от которого бы шли пути во все области нашего познания, но что все познание, в известной мере, вынуждено парить над бездонной пропастью. Нам приходится всегда начинать где-то с середины и, обсуждая действительность, употреблять понятия, которые лишь постепенно приобретают определенный смысл благодаря их применению...» Эти слова Гейзенберга близки и понятны каждому физику. «Единственная загадка мира — его познаваемость»,— часто повторял Эйнштейн.

Физическая реальность — очень глубокое понятие и, как все глубокие понятия нашего языка, не имеет однозначного смысла. Это понятие первично, и его нельзя достаточно строго определить логически через более простые. Его необходимо принять, предварительно вложив в него тот смысл, который диктует нам вся наша прежняя жизнь и приобретенные в ней знания. Очевидно, с развитием науки смысл этот меняется — точно так же, как и смысл понятия «атом».

С приходом науки понятие реальности изменилось неузнаваемо, и реальность человека XX века так же далека от реальности древних греков, как современный атом от атома

/99

Демокрита Решающие штрихи в новой картине физической реальности дорисовала квантовая физика. Пожалуй, это главная причина, которая будит желание людей понять, «что такое квантовая механика». Как правило, стремление это глубже, чем естественный профессиональный интерес. Дело в том, что при изученйи квантовой механики человек приобретает не только специальные навыки, позволяющие ему рассчитать лазер или атомный котел. Знакомство с квантовой механикой — это некоторый эмоциональный процесс, который заставляет заново пережить всю ее историю. Как всякий нелогический процесс, он строго индивидуален и оставляет неистребимые следы в сознании человека. Это абстрактное знание, приобретенное однажды, необратимо влияет на всю последующую жизнь человека — на его отношение к физике, к другим наукам и даже на его нравственные критерии. Вероятно, так же изменяет человека изучение музыки.

Прочитав предыдущие главы, вы узнали только первые ноты квантовой механики и, быть может, научились брать несколько звучных аккордов. Конечно, только музыкант вполне оценит глубину музыкального замысла, и только физик способен испытывать эстетическое удовлетворение от красоты формул и принципов, и те из вас, кто посвятит себя науке, быть может, поймут это со временем. Однако если, не вникая в «законы гармонии» квантовой механики, вы все же почувствовали красоту ее «мелодии» — задача предыдущего рассказа выполнена.

ВОКРУГ КВАНТА

В поисках последних понятий

На Сольвеевском конгрессе 1927 г., том самом, где квантовая механика в докладе Бора предстала как новая законченная теория атомных явлений, Лоренц говорил: «Для меня электрон является частицей, которая в каждый данный момент находится в определенной точке пространства; и если я воображаю, что эта частица в следующий момент будет находиться в другой точке, то я должен представить себе ее траекторию в виде линии в пространстве... Мне хотелось бы сохранить этот прежний научный идеал — описывать всё происходящее в мире при помощи ясных образов».

Лоренц — выдающийся голландский физик на рубеже веков — выразил общее умонастроение ученых того времени. Само по себе такое направление мыслей легко понять: