Избранные научные труды. Том 2

Решающий шаг в достижении этой цели сделал молодой немецкий физик Вернер Гейзенберг. Он показал, как можно последовательно заменить обычные представления о движении формальным применением законов движения классической механики, причём квант действия входит только в определённые правила расчёта символов, заменяющих механические величины. Однако этот глубокий подход к проблемам квантовой теории предъявляет большие требования к нашей способности абстрактного мышления; поэтому открытие новых вспомогательных средств, которые, несмотря на свой формальный характер, идут навстречу нашей потребности в наглядности, имеет неоценимое значение для развития и понимания квантовой механики. Я имею в виду введённые Луи де Бройлем представления о волнах материи, которые Шредингер сумел сделать столь плодотворными в первую очередь в связи с понятием о стационарном состоянии, квантовое число которого определяется числом узлов стоячих волн, представляющих данное состояние. Отправным пунктом для де Бройля была очень важная уже для развития классической механики аналогия между законами распространения света и движения материальных тел. Фактически волновая механика естественно подобна названной выше эйнштейновской квантовой теории света. Как и там, здесь не идёт речь о замкнутой системе представлений, а, как подчеркнул Борн, о вспомогательном средстве для формулировки статистических законов, управляющих атомными процессами. Конечно, подтверждение представления о волнах материи прекрасными опытами по отражению электронов от металлической решетки имеет столь же решающее значение, как и доказательство волновой природы распространения света. Мы должны всё-таки помнить, что применение волн материи ограничивается явлениями, в описание которых существенно входит квант действия, а следовательно, они лежат вне области, где может идти речь об осуществлении причинного описания в соответствии с нашими обычными представлениями и где таким словам, как природа материи и света, приписывается обычный смысл.

С помощью квантовой механики мы овладели обширной областью исследований; важнее всего, что мы оказались в состоянии описать в деталях многие, физические и химические свойства элементов. В самое последнее время стало возможным объяснить даже радиоактивный распад, причём эмпирические вероятностные законы, управляющие этими процессами, оказались прямыми следствиями характерного для квантовой теории статистического способа рассмотрения. Это объяснение является особенно поучительным примером как плодотворности, так и формального характера волновых представлений. С одной стороны, здесь мы имеем дело с вопросом, который прямо примыкает к обычным представлениям о движении, поскольку вследствие большой энергии испускаемых атомным ядром частиц их пути можно наблюдать непосредственно. С другой стороны, обычные механические представления приводят нас в тупик при описании самого процесса распада, поскольку силовое поле, окружающее ядро, согласно этим представлениям должно препятствовать удалению частиц из ядра. В квантовой механике положение иное; здесь силовое поле является барьером, от которого большая часть волн отражается, но для небольшой части этих волн барьер прозрачен. Та доля волн, которая проникает сквозь барьер за определённое время, даёт нам меру вероятности распада ядра за это время. Вряд ли можно осветить более ярко, как трудно говорить о природе материи без упомянутой оговорки.

В квантовой теории света встречаем подобное же отношение между нашими наглядными вспомогательными средствами и вычислением вероятности осуществления светом наблюдаемых действий. В соответствии с классическими электромагнитными представлениями свету нельзя приписывать собственно материальную (вещественную) природу, хотя наблюдение действия света всегда связано с переходом части энергии и импульса к материальным частицам. Ощутимое преимущество квантовых представлений о свете состоит главным образом в том, что они помогают учитывать сохранение энергии и импульса. Вообще характерной чертой квантовой механики является возможность использования законов сохранения энергии и импульса, несмотря на ограничение классических и электромагнитных представлений. Эти законы в известном смысле составляют противоположность лежащим в основе теории атома допущениям о постоянстве материальных частиц, которые, несмотря на отказ квантовой теории от представлений о движении, строго сохраняются. Фактически необходимость принципиально статистического способа описания атомных явлений вытекает из более детального изучения сведений, которые мы могли получить о них прямыми измерениями, и смысла, который можно приписать в связи с этим основным физическим понятиям.