«Если», 2016 № 02

Опыт Резерфорда заставил ввести планетарную модель атома, интерпретировать результаты эксперимента как-то по-другому не получалось, но атом Резерфорда был в классической физике принципиально нестабильным образованием, и жить он мог все те же малые доли секунды.

Возникли проблемы и в химии, где никак не удавалось открыть эка-марганец, 43-й элемент таблицы Менделеева, и было ясно, что проблема — не в Периодическом законе.

Ранняя квантовая механика возникла как попытка справиться с перечисленными трудностями с помощью концепции корпускулярно-волнового дуализма. То есть предположили, что субатомные частицы одновременно являются и волнами, и частицами, можно заставить их проявлять и те свойства и другие, противоположные. Опыт Юнга для электрона показал, что так оно и есть на самом деле.

Между прочим, «лекарство» с самого начала оказалось горьким: пришлось отказаться от принципа исключения третьего — одного из важных постулатов аристотелевской рациональности. Но ограничиться этим не удалось. В 1927 году Вернер Гейзенберг формулирует принцип неопределенности. Невозможность одновременно измерить координату и импульс частицы разрушала физические представления о движении и ставила под сомнение саму физическую картину мира с ее постулатом о том, что любой физический параметр может быть измерен некоторым прибором с некоторой точностью. Выяснилось, что для описания физического микромира нужны операторный подход и неабелевые группы — там, где не выполняется коммутативность умножения.

Но и это не все. Эйнштейн, Подольский и Розен быстро доказали, что в мире, где выполняется соотношение неопределенностей, есть дальнодействие: частица А может оказывать влияние на частицу В, даже если они находятся в причинно не связанных областях пространственно-временного континуума (например, частица А упала в черную дыру и оказалась за горизонтом событий). То есть определенная группа элементарных частиц начинает повторять изменения состояния другой аналогичной группы, как бы далеко они не были разнесены. Добро пожаловать в мир телепортации! Между тем дальнодействие противоречило физической картине мира, со времен Ньютона оно было запрещено так же строго, как сверхсветовые звездолеты в современной науке.

Да еще все это было непредставимо. Квантовый мир нельзя было нарисовать, нельзя было описать чем-то, кроме математических формул. Или просто никто не попытался сделать это?

Как бы то ни было, к концу 1920-х годов квантовая механика как наука сложилась и начала работать. Теория согласовывалась с экспериментом. Теория была применима на практике (по крайней мере, на практике создания атомной бомбы). Теория позволяла предсказывать и давала возможность считать. Она не позволяла только понимать и представлять. И от требования физической наглядности просто отказались. Мир на микроуровне не соответствует человеческим представлениям, он может быть описан только математически.

Но, позвольте, Шредингер с самого начала показал, что явления микромира могут быть проявлены и в макромире. Хокинг говорит, что при словах «кот Шредингера» он хватается за пистолет, но в действительности сверхтекучий гелий — это тот же «кот Шредингера». Да и всем привычные редкоземельные магниты, удерживающие вес до четырехсот килограмм, тоже.

Как бы то ни было, 1930-е годы стали временем создания и продвижения квантовой механики, но не стали временем ее осмысления. Напротив, отсутствие наглядности, непредставимость, непонятность для профанов — все это стало предметом гордости квантовой механики. Фантасты, понятно, с физиками не спорили и изображать квантовый мир или хотя бы квантовые парадоксы не спешили. Нельзя, значит, нельзя.

Положение дел начало меняться к 1980-м годам, когда историческая фраза Ричарда Фейнмана «Там, внизу, полно места!» стала рассматриваться как обоснование крупных капиталовложений в нанотехнологии и наноиндустрию. Фантасты отреагировали. В 2008 году «Если» опубликовал великолепный рассказ Тэда Косматки «Предсказывая свет». Нил Стивенсон написал «Анафем», посвященный нетрадиционной эвереттовской трактовке квантовой механики. Впрочем, «Анафем» — роман десятилетия, если не века, и только этим его содержание не исчерпывается.

Довольно быстро определилось, что нанотех связан с размерами очень опосредованно: эти технологии действуют в квантовом мире, в основу их работы положены квантовые явления. Так что нанотехнологии могут иметь дело с объектами, которые «по крайней мере в одном из измерений менее 100 нм», — здесь точно работают законы квантовой механики, но к области применения нанотехнологий могут относиться и сколь угодно большие объекты. Земля, например. Можно быть почти уверенным, что ее магнитное поле представляет собой макроскопический квантовый эффект. Как говорится, и т. д…

На наш взгляд, размерные ограничения фиксируют лишь формальную сторону дела. Нанотехнологии используют квантово-механические эффекты. В этом их главное отличие от любых других технологий.