Философия оптимизма

В начале нашего столетия было накоплено очень много данных о спектрах излучения атомов различных элементов. В 1913 г. Бор охватил все это множество наблюдений единой картиной дискретного излучения атомов. Мысль о дискретных уровнях энергии и соответственно о дискретной иерархии орбит, допускающих лишь скачки от одной орбиты к другой, могла быть высказана лишь на основе гениальной интуиции. Такова оценка модели Бора в автобиографических заметках Эйнштейна. Квантование орбит, т. е. выделение дискретных «разрешенных» орбит и дискретных уровней энергии, нельзя было вывести из более общего принципа. «Мне всегда казалось чудом, — пишет Эйнштейн, — что этой колеблющейся и полной противоречий основы оказалось достаточно, чтобы позволить Бору — человеку с гениальной интуицией и тонким чутьем — найти главнейшие законы спектральных линий и электронных оболочек атомов, включая их значение для химии. Это кажется мне чудом и теперь. Это — наивысшая музыкальность в области мысли»[50].

В 20-е годы дискретность уровней энергии атома и электронных орбит получила строгое обоснование. Если Эйнштейн в 1905 г. обнаружил корпускулярные свойства электромагнитного поля, то Луи де Бройль в 1923–1924 гг. пришел к мысли о волновых свойствах частиц, прежде всего электронов. Вскоре после этого, в 1926 г., Шредингер предложил уравнение, где некоторая величина — волновая функция — непрерывно меняется при переходе от одной точки пространства к другой и от одного момента времени к другому моменту, подобно тому как от точки к точке и от мгновения к мгновению меняются уровень воды в волнующемся море, плотность воздуха при распространении звука или напряженность электромагнитного поля. Но уравнение Шредингера определяет не распространение смещений или деформаций в какой-то среде. Оно определяет движение электрона или другой частицы вещества. Что же означает континуальная величина — волновая функция, если рассматривать корпускулярную картину — картину движущихся частиц? Ответ на этот вопрос был дан Максом Борном. Он рассматривает волновую функцию как меру вероятности найти электрон в данной точке в данный момент. Эта величина колеблется, и для каждой точки и момента мы получаем с помощью уравнения Шредингера значение амплитуды колебаний. По этой амплитуде можно судить о вероятности пребывания электрона в той точке и в тот момент, для которых вычислена амплитуда.

Разумеется, это самый радикальный переворот в характере физического мышления. Для классической науки природа подчинялась системе точных закономерностей, определяющих однозначным образом положение каждой частицы в любой момент времени. Идеал научного исследования состоял в максимально точном отображении таких однозначных локализаций частиц в пространстве-времени. Презумпция классической науки состоит в возможности сколь угодно близко подойти к объективным точным значениям положения частицы и ее импульса в любой момент. Оказывается, в природе нет однозначно определенных пространственно-временных локализаций и импульсов частиц. Идеалом является точное определение не самой локализации частицы и ее динамических переменных в целом, а лишь точное определение вероятности этих динамических переменных. Стремление к классическому идеалу вело науку к новым представлениям и воплощалось в практические применения, которые сами становились движущей силой научного прогресса. Теперь стремление к неклассическому идеалу ведет науку к новым представлениям о пространстве, времени, движении, веществе, эволюции Вселенной и эволюции жизни. Эти представления воплощаются в новые звенья технического прогресса, и эти звенья становятся исходными импульсами для дальнейшего развития науки.

Приведем следующий пример. В ядерной физике рассматривается такая ситуация, когда частица, чтобы приблизиться к ядру атома, должна преодолеть сильное отталкивайие, должна преодолеть потенциальный барьер, больший, чем ее кинетическая энергия. Это так же невозможно, как невозможно для шара, скатившегося с холма, взобраться на вершину более высокого холма и перекатиться через его вершину. Невозможно с классической точки зрения. В квантовой физике речь идет о вероятностях, и невозможность оказывается малой вероятностью проникновения частицы в атомное ядро. Но при бомбардировке большим числом частиц такие маловероятные проникновения будут иметь место, причем они вызовут ядерные реакции, чрезвычайно важные для новой неклассической техники.

Нечто аналогичное происходит и в других областях. Технически применимые процессы (и тем более процессы, которые в принципе, пока еще неопределенным образом, могут оказаться применимыми в будущем) нельзя найти, если не перейти к квантовым неклассическим представлениям.