Знание-сила, 2005 № 11 (941)

Дайсон пришел в науку и наводил порядок в квантовой электродинамике в конце сороковых годов. А я говорю об истории, начавшейся на рубеже 20-30 годов, когда состояние квантовой электродинамики внушало глубокую озабоченность. В то время квантовая теория электромагнитного поля считалась составляющей «релятивистской теории квант», или ch-теории, в которой надлежало соединить специальную теорию относительности с ее фундаментальной константой с (скоростью света) и квантовую механику с ее фундаментальной постоянной Планка h. Тогда не было и намека на какие-то иные, кроме электромагнетизма, силы микромира, а все, что знали об электромагнетизме, не могло объяснить, как удерживается положительный заряд ядра. В ту донейтронную пору ядра предполагались составленными из протонов и «внутриядерных» электронов, которые должны были двигаться с большими скоростями — близкими КС.

Лев Ландау и Нильс Бор обсуждают измеримость электро-магнитного поля. Увидено глазами Георгия Гамова и нарисовано его рукой. Копенгаген. 1931 год

От «релятивистской теории квант» ожидали разгадку целой грозди загадок околоядерной физики (бесконечность собственной энергии, ядерные спины, спектр бета- распада). Ожидалась революционная перестройка, сравнимая с релятивистской и квантовой. Лидер таких настроений Нильс Бор за успех перестройки готов был пожертвовать законом сохранения энергии. Так же думал и Ландау, в то самое время познакомившийся с Бором и на всю жизнь «записавший себя» в его ученики.

Одно дело — обшие ожидания, другое — конкретный революционный результат, который в 1931 году получил Ландау совместно с Рудольфом Пайерлсом: квантовая теория электромагнитного поля невозможна из-за ущербности основного понятия «поля в точке».

Квантовая механика с ее принципом неопределенности уже приучила к ограниченной применимости понятий, унаследованных от классической физики. Эти «h-ограничения» касались совместной измеримости некоторых величин, например, координат и импульса, но оставалась возможность говорить о сколь угодно точном значении каждой величины в отдельности, что обосновывало их применение в h-теории.

Ландау и Пайерлс свою статью 1931 года назвали «Распространение принципа неопределенности на релятивистскую теорию». Анализируя мысленные эксперименты в ch-области, они пришли к выводу, что там неизбежны уже не только парные, но и индивидуальные неопределенности. Физика нового ограничения связана с тем, что при измерении «поля в точке» надо как можно точнее измерить положение пробного заряда, что возможно лишь при достаточно большом импульсе измеряющей частицы, но тогда большой импульс отдачи пробного заряда порождает дополнительное поле, искажая само измеряемое поле. Отсюда следовал вывод — понятие «поле в точке» неопределимо. На этом основании авторы предсказали, что «в правильной релятивистской квантовой теории, которая пока не существует, не будет ни физических величин, ни измерений в смысле волновой механики».

И. Вор и Л. Ландау на празднике Архимеда в МГУ. Москва. 1961 год

Авторы статьи явно считали, что развивают идеи Бора и, в частности, обосновывают его гипотезу о несохранении энергии в ch-физике: «Следуя красивой идее профессора Нильса Бора, можно думать, что излучение звезд обязано просто нарушению закона сохранения энергии, который, как впервые указал Бор, не справедлив в релятивистской квантовой теории...» Однако вместо благодарности своим последователям Бор принял их результат в штыки. Жаркое обсуждение запечатлел шарж Г. 1амова и воспоминание тогдашнего ассистента Бора — Леона Розенфельда:

«Я прибыл в Институт в последний день февраля 1931 года, и первым, кого я увидел, был Гамов. Когда я спросил, что новенького, он в ответ протянул рисунок. Там был изображен Ландау, привязанным к стулу и с кляпом во рту. Перед ним стоял Бор и говорил: «Ландау, ну, пожалуйста! Дайте же мне хоть слово сказать!» Оказалось, что Ландау и Пайерлс приехали за несколько дней до того и привезли с собой какую-то статью, которую хотели показать Бору. «Но», — добавил Гамов весело, — «похоже, он не согласен с их доводами — и такие вот дебаты идут все время».

Ландау, однако, остался при своем мнении, и статью опубликовал.

Около двух лет Бор работал (совместно с Розенфельдом) над тем, чтобы его устные возражения превратились в статью, устрашающую и своим объемом (более 60 страниц) и обилием немыслимой лабораторной техники в проведении мысленных экспериментов: пробные тела, способные вдвигаться одно в другое, бесчисленные маленькие зеркала у каждой части пробного тела, жесткие крепления к твердому каркасу, гибкие магнитные нити и тому подобное.