Неизбежность странного мира

Если мы пожелаем до предела уменьшить каморку в ширину, она беспредельно вытянется в длину. Жильцу придется превратиться в плоское создание. Но при всем неудобстве жизни в таком ущелье ой не сможет пожаловаться, что его лишили хотя бы пятачка необходимой площади: она осталась той же — «меньше которой не бывает». Попытка свести до нуля длину беспредельно растянула бы комнатку в ширину. Для жильца это была бы такая же насильственная операция, но пожаловаться он снова не смог бы: площади у него и таким способом убавить никто не сумел бы. Только если бы нам заблагорассудилось уменьшать одновременно и ширину и длину каморки, жилец перестал бы быть сговорчивым. «Послушайте, — сказал бы он, — это уж слишком! Вы меня просто выселяете!»

Наше безрассудное намерение противоречило бы самому факту существования жильца с его неотъемлемым свойством телесности. И потому это намерение было бы невыполнимым. Можно представить себе лишь один случай, когда одновременное уменьшение ширины и длины все-таки удалось бы: случай, когда комнатка с самого начала вовсе не была минимальной. Тогда, конечно, ничто не мешало бы убавлять ее площадь до тех пор, пока не был бы достигнут естественный минимум — «меньше которого не бывает». А уж дальше нам пришлось бы смириться — одновременное уменьшение ширины и длины снова стало бы невозможным.

Вот так же пришлось бы смириться экспериментатору, пожелавшему одновременно свести до предельной малости неточность в измерении координаты и неточность в измерении скорости элементарной частицы.

Все, что было рассказано про идеальный сверхмикроскоп — его иногда называют микроскопом Гейзенберга, — к тому и сводится, что, оказывается, существует «каморка неточностей», меньше которой не бывает. Никаким экспериментальным насилием над природой нельзя убавить площадь этой каморки: уменьшение ее «ширины» — неточности в координате — по необходимости автоматически приводит к возрастанию «длины» — неточности в скорости. (Или неточности в импульсе, том самом импульсе, который только что мелькнул перед нами. Физики предпочитают вместо скорости говорить об этой механической величине, потому что она более содержательна: ее недаром называют еще «количеством движения» — имея направление скорости, импульс включает в себя, кроме скорости, массу частицы.)

В минимальной «каморке неточностей», как в клетке, бьются крайние возможности эксперимента.

Конечно, реальные измерения всегда обладают погрешностями.

Когда Петр Николаевич Лебедев измерял давление света, он старался работать ночами и радовался глубокому снегу за окнами: ночами редко мимо стен лаборатории проезжали экипажи, а снег смягчал сотрясение мостовой, росла надежда на точность тонких опытов. Если физик беззаботен, приборы его скверны, а опыты небрежны, в измерениях могут быть чудовищные ошибки, и подопытная частица — скажем, атомный электрон — может поселиться у такого физика не в «каморке неточностей», а в просторном «зале небрежностей». Тогда должен прийти другой физик — он усовершенствует приборы, улучшит опыты. Сразу сократится в размерах зал. Он станет скромной «комнатой погрешностей», до поры до времени не преодолимых чисто технически. Потом пройдут годы, техника эксперимента еще усовершенствуется, талантливый физик найдет новые пути измерений. Но все равно — большего, чем может дать идеальный мысленный опыт, он не достигнет. И выселить электрон из минимальной «каморки неточностей» будет уже не в его власти.

Какова же эта минимальная каморка, «меньше которой не бывает»? Конечно, это необыкновенно интересно. Но ясно, что в лабораториях экспериментальным путем физики никак не могли бы установить ее величины: ведь к ее площади всегда прибавлялся бы избыток от ошибок, вызванных просто несовершенством опытов. Только теоретически можно было найти эту величину.

Ее нашел в 1927 году Вернер Гейзенберг.

Манипуляции, которые проделывал он пером на бумаге, нам не важны. А ход его размышлений мы на ощупь уже проследили. Величина же «каморки неточностей» получилась у «его поистине замечательной. И право же, стоит понять происхождение этой величины.

5

Мы видели: все дело в том, что физик любым процессом измерения обязательно вторгается в естественный распорядок жизни микромира. Уточняя одно, он неизбежно искажает другое. Устранить такое искажение можно только ценой отказа от измерений. Но физик уплатить эту цену не может. Она для него слишком дорога, не так ли? Он хочет знать, а для этого вынужден узнавать.

И вместо отказа от измерений физик задается вопросом: какая же черта в явлениях природы не позволяет сделать нулевым или сколь угодно малым искажающее влияние неизбежного вторжения в микромир?

В течение тридцати лет многие философы и физики — у нас и на Западе — считали это недостатком квантовой механики, а не свойством природы.