Неизбежность странного мира

Это звучит как парадокс, но приблизительность классических законов состояла именно в их абсолютной точности. Они приписывали природе то, чего в ней нет. Законы классической причинности как бы «улучшали природу» — они исправляли ее великую небрежность, ибо она сама вовсе не позаботилась о том, чтобы любые события совершались в ней по единственному заранее и навсегда установленному расписанию. Но то обстоятельство, что наука «улучшает» природу, доказывает не истинность знания, а его ограниченность. Снабдив частицы волновыми свойствами, природа наделила их целым спектром возможностей. А классическая механика заставляла все тела всегда ходить по струнке. Точность ее законов была очень удобной: она позволяла ученым однозначно предсказывать поведение механических систем. Однако, как заметил первооткрыватель электрона Джи-Джи Томсон, «нельзя думать, что вселенная построена по принципу наибольшего удобства математиков». Абсолютная математическая точность классических законов обернулась их физической неточностью.

Это-то и подвело классическую однозначную причинность, когда она попыталась распространить свой деспотизм и на микромир, где волновыми свойствами частиц уже нельзя было пренебрегать безнаказанно.

…Согласно старым «точным» законам альфа-распад радиоактивных ядер, скажем, урана, был бы совершенно невозможен. Неважно, как внутри тяжелого уранового ядра образуется легкое ядро гелия — альфа-частица. Важно, что эта альфа-частица удерживается в урановом ядре огромными силами ядерного притяжения. Они гораздо могущественней сил электрического отталкивания, которые стараются выставить альфа-частицу наружу. Ядро как бы окружено барьером — физики называют его «потенциальным». Прорваться через него трудно — он высок. Для этого нужна большая энергия движения. Изучая альфа-распад, физики убедились, однако, в необычайной ситуации: энергия вырвавшихся на свободу частиц оказалась намного ниже высоты потенциального барьера. Как же альфа-частицам удается совершать невозможное? По строжайшим предписаниям классических законов любая альфа-частица была бы обречена только колебаться в пределах ядра, без малейшей перспективы покинуть его, пока, быть может, из какого-нибудь внешнего источника к ней не притекла бы нужная энергия. Между тем ядра урана распадаются самопроизвольно!

Квантовая механика объяснила необъяснимое. На основании принципа неопределенности она показала, что у альфа-частицы всегда есть возможность как бы нечаянно оказаться и по ту сторону барьера. Только вероятность этого классически-незаконного события. очень мала. Так мала, что средняя продолжительность жизни уранового ядра — благополучной жизни до альфа-распада — измеряется непредставимо громадным промежутком времени: примерно 6,5 миллиарда лет. (Оттого-то, хотя в залежах урановых руд нет-нет да и распадаются то тот, то другой атом, эти руды не исчезли в земной коре. Возраст Земли, по современным оценкам геологов, 4–5 миллиардов лет. Это все-таки короче средней продолжительности жизни урана.)

Проникновение альфа-частицы за потенциальный барьер было названо «просачиванием», а все это странное явление физики стали называть «тоннельным эффектом»: частица не преодолевает барьера поверху, так как ее энергия для этого слишком мала, а как бы прорывает тоннель из ядра на волю.

В этих образных выражениях — просачивание и тоннель — слышится вечная тоска физиков по наглядным представлениям. Так и хочется вообразить себе альфа-крота, который затрачивает в среднем шесть с половиной миллиардов лет на прорытие тоннельного хода в гористом барьере, окружающем урановое ядро. Нас должно утешать, что эти образы придумывают сами высоколобые теоретики.

Вы еще не забыли свидетельства Ландау, что сознание физиков работает ныне в таких сферах, где воображение уже не может оказать им никаких услуг? Однако видите: все-таки они прибегают к его услугам. Математической мысли теоретиков; так же как и нашей более скромной мысли, не очень уютно живется среди одних только непредставимых отвлеченностей. Стоит еще раз вспомнить, как Эйнштейн в письме к де Бройлю говорил о «гадких квантах». Может быть, поэтому теоретики время от времени и привлекают себе на помощь поэзию: она возвращает их заоблачную мысль в наш земной классически-причинный мир, где действительно надо шаг за шагом прорывать тоннель, чтобы выбраться на ту сторону горы. Им, как и нам, образы помогают яснее понять непонятное. Но мы, как и они, должны отдавать себе отчет, что эти образы — только образы! Млечный Путь не сделан из молока, и он не путь, а альфа-частица не роет на протяжении миллиардов лет никакого тоннеля.

Эти миллиарды лет средней продолжительности спокойной жизни уранового ядра говорят лишь о том, какая редкость альфа-распад, — как редко из всех возможностей движения альфа-частицы осуществляются те, что выводят ее за пределы барьера ядерных сил.

Однако хоть и редко, но осуществляются!

Между «редко» и «никогда» — гигантская разница.