Цепная реакция идей

Эрнест Резерфорд — основатель ядерной физики, величайший экспериментатор века тоже не мог вначале согласиться с квантовыми представлениями, выдвинутыми его учеником Нильсом Бором для объяснения резерфордовской ядерной модели атома. Но Бору, правда, с большим трудом удалось объяснить Резерфорду суть квантовых идей.

Говорят, что на Эйнштейна статья Бора о квантовых представлениях, объясняющих, почему электроны непрерывно вращаются вокруг ядра, не падают на ядро, произвела ошеломляющее впечатление. Эйнштейн сказал знаменитую фразу: «Если это правильно, то физика, как наука, кончилась».

Тамм говорил, что статистический (недетерминистский) характер законов микромира отнюдь не плод неполноты нашего познания этих законов, как предполагалось некоторыми исследователями, а лежит в природе вещей.

Тамм очень наглядно иллюстрировал это утверждение, обращаясь к одному из основных принципов квантовой теории — принципу неопределенности. Он гласит, что нет и не может быть таких состояний элементарной частицы, в которых одновременно и ее координаты (т.е. положение) и ее скорость имели бы точно определенное значение. Если координаты имеют точно определенное значение, то скорость частицы неопределенна и существуют лишь определенные вероятности различных значений ее скорости, и, наоборот, если скорость имеет определенное значение, то для координат имеет место статистический разброс.

Здесь автор не ставит своей задачей изложение квантовой теории, для понимания которой необходима серьезная специальная подготовка читателя, но показывает пример ясной подачи сложного материала, которая была присуща Тамму.

Тамм очень просто объяснял причины принципиального расхождения классической и квантовой теории.

Физические понятия, выработанные путем анализа явлений окружающего нас макромира, далеко не полностью применимы для описания явлений в микромире. «Так у нас есть понятия частицы и волны, — говорится в Ломоносовской лекции Тамма, — волны на воде или волны звуковой, световой, т.е. упорядоченного движения в среде. Очевидно, что не может существовать объекта, который одновременно являлся бы и частицей и волной. Между тем в микромире дело обстоит именно так: элементарная частица, например, электрон или протон, обладает одновременно свойствами и частицы и волны».

Тамм видел в современной квантовой механике серьезные недостатки, ограничивающие ее применение. Он считал, что она нуждается в обобщении. Хотя квантовая теория правильно и точно описывает и объясняет огромный круг явлений, но ее неполнота обнаруживается при ультрамалых пространственных расстояниях и при больших энергиях. Тамм указывал, что эта фундаментальная трудность в квантовой теории выявилась еще в тридцатых годах, вскоре после завершения стройной системы квантовой механики (во второй половине двадцатых годов). Один из создателей квантовой механики немецкий физик Вернер Гейзенберг тогда считал необходимым радикальное обобщение теории. Тамм утверждал, что подобно тому, как теория относительности и квантовая теория ввели в физику две фундаментальные постоянные (скорость света в вакууме — c и постоянную Планка — h), так и в новую обобщенную, универсальную теорию должна войти новая фундаментальная постоянная, определяющая границы применения современной квантовой механики.

Задача создания новой квантовой теории, которая бы описывала и те явления, которые выходят за рамки применимости существующей квантовой механики, оказалась чрезвычайно трудной. Она требовала титанического труда и, разумеется, выдающегося таланта.

Тамм говорил, что поиски такой теории идут в самых различных направлениях, но пока неизвестно, какое из этих направлений приведет к желаемому результату.

Тамм был глубоко убежден, что эта универсальная теория будет создана в сравнительно недалеком будущем. Он говорил, что она будет, как остроумно заметил Нильс Бор, «сумасшедшей», но не в смысле нелогичности или непоследовательности, напротив, эта теория должна быть строго логичной и последовательной. Слово «сумасшедшее» здесь надо понимать в смысле необычной, кажущейся парадоксальности. Ведь в свое время многим физикам казались «сумасшедшими» и теория относительности Эйнштейна, и квантовая теория.

Тамм до конца своих дней мечтал о такой универсальной теории. Но завершить эту работу, по его мнению, мог бы только гениальный физик, подобный Эйнштейну, физик, который еще не заявил о себе. Тамм говорил: «Я не знаю, где он появится („новый Эйнштейн“) — в Новосибирске, Алжире иди Америке, — но он появится, и новая физическая теория, последовательно охватывающая как все ранее бывшие нам известными физические явления, так и явления, протекающие в только открывающемся перед нами мире элементарных частиц больших энергий, будет создана».