Искусственное солнце

Казалось бы, не спасает положения и то, что в редких случаях из-за особо сильных и частых толчков, направленных в одну сторону, плазменные частицы вдруг приобретают колоссальные скорости — в сотни и тысячи выше средней. Даже столь стремительно мчащиеся ядра не могут, по обычным представлениям, пробить собственную электрическую броню.

Как же разрешить это противоречие? Ведь энергия Солнца может быть только ядерной, а ядерные процессы в его недрах, выходит, запрещены!

Не тревожьтесь. Запрет этот — мнимый. Он наложен классической физикой — любительницей всякого рода тупиков и порочных кругов. И он снимается подлинным «законодателем» микрочастиц и микропроцессов — квантовой механикой.

В этой важнейшей отрасли физики нам пришла пора разобраться поподробнее.

КОНСТИТУЦИЯ МИКРОМИРА

Мы уже не раз сталкивались с поразительным своеобразием поведения мельчайших частиц. Атомы передают друг другу энергию не непрерывным ручейком, а непременно отдельными, строго отмеренными порциями. Электроны движутся в атомах не где попало, а всегда по неизменным путям — орбитам. Атомные ядра связываются каким-то невообразимым мезонным обменом. Свет ведет себя и как волны и как частицы...

Спору нет, удивительные вещи!

Но мы не вкусили еще, пожалуй, самых парадоксальных «чудес» микромира.

В чем они заключаются?

Раньше всего расскажем вкратце об основе основ квантовой механики — так называемом «соотношении неопределенностей», которое вывел немецкий физик Гейзенберг.

Перенесемся сначала в идеально тихую комнату, где не шелохнется воздух, куда не доходят извне никакие, даже самые слабые толчки, шорохи, звуки. В этой комнате мы стреляем из лука по мишени.

Ничто непредвиденное нам не мешает. Зная начальное положение стрелы, ее вес, форму, учтя силу натяжения тетивы и плотность воздуха, можно в принципе добиться самой меткой стрельбы. Методы классической механики дают возможность перед выстрелом идеально учесть все начальные условия и с любой точностью заранее рассчитать путь летящей стрелы.

А теперь призовем на помощь волшебника, который, правда, сыграет чисто подсобную роль: удалит из нашей тихой комнаты абсолютно весь воздух, выдаст нам кислородные приборы, наделит нас способностью мгновенно соображать и делать математические расчеты, а вместо лука и стрел предложит нам фантастический «пистолет» стреляющий электронами.

Мы опять хотим стрелять без промаха и стремимся идеально вычислить путь полета частицы. Вооружившись приборами, стараемся точно зафиксировать положение и скорость электрона, когда он вылетает из дула «пистолета».

И тут оказывается, что у нас ничего не выходит. Электрон словно ускользает от измерений. Если нам удалось узнать, где он, абсолютно невозможно выяснить с нужной точностью как скоро он движется. Наоборот, если мы определим его скорость нам стало недоступно его точное местонахождение.

То хвост застрял, то нос увяз!

И как мы ни совершенствуем свои приборы сколько измерении ни делаем, электрон упрямо не желает сообщать одновременно обе основные характеристик своего движения: местонахождение и скорость. «Пожалуйста словно говорит он, - измеряйте что-нибудь одно, а второе пусть уж останется в некоторых пределах нёопределенным. Иначе я не могу, такова уж моя природа».

В этом-то и заключается сущность главного закона микромира - соотношения, найденного Гейзенбергом.

Количественно оно выражается неравенством :

Как видно из неравенства, уточнение координаты неизбежно влечет за собой «расплывание» импульса. И, скажем, если ∆x ничтожно мала (координата определена весьма точно), то ∆p чрезвычайно велика (импульс весьма неопределенен).

Вот вам основной закон — «конституция» микромира.

ЧАСТИЦЫ И СРЕДА

Как же все-таки объяснить необычное поведение электрона?

Много лет бьется наука над этой загадкой. Немало было горячих дискуссий, высказывались самые различные предположения.

Идеалистически настроенные ученые выдвигали нелепейшие домыслы: о принципиальной непознаваемости взаимодействия электрона с регистрирующим его прибором, о «свободе воли» частицы, ее мнимой способности «скрывать» свое состояние и самостоятельно выбирать путь движения. Все это, разумеется, не решает задачу, а ведет попросту к отказу от решения. Наука подменяется мистикой.

Не мудрено, что физики-идеалисты и здесь заходят в тупик, докатываются даже до разговоров о границах познания, о божественной таинственности микромира.

Подлинно научные причины своеобразия поведения электронов ищут ученые-материалисты.

Ни у кого не вызывает сомнений, что микрочастицы по сущности своей мало похожи на крупные тела, знакомые нам из повседневной жизни, — такие, скажем, как артиллерийские снаряды. Снаряд мыслится совершенно независимым от пространства, в котором он находится. Движение его может быть целиком определено первоначальным толчком. Дальше ему ничто не мешает — во всяком случае, в пространстве, освобожденном от воздуха.