«Эврика» 1962. НЕИЗБЕЖНОСТЬ СТРАННОГО МИРА

Вероятностный мир микромира

Так вот она, давно обещанная крутизна, на которую взобрались физики: в глубинах материи перед ними открылся вероятностный мир, где природа вечно «играет в кости».

Что микромир таков — сомневаться уже нельзя. Но почему же нам, как и Эйнштейну, не хочется верить, что он таков? Слишком большими кажутся жертвы, которые приходится принести нашему сознанию и нашему чувству природы ради признания, что микромир устроен именно так. Однако велики ли эти жертвы па самом деле? Нет ли тут самообмана? (Вообще говоря, когда вопросы задаются в такой подозрительно адвокатской форме, заранее ясно, что жертвы, конечно, не так уж 'велики, а самообман наверняка есть. Все же надо в этом убедиться.)

Эти жертвы — лишь расставание с предрассудками мысли, теми «удобными» заблуждениями, которые укореняются в человеческой психологии и научных представлениях из-за всегдашней исторической ограниченности наших познаний. Таким предрассудком оказалось стариннейшее убеждение людей ученых и неученых, что время и пространство — абсолютны: едины и неизменны для всей вселенной. И только когда теория, относительности заставила физиков пожертвовать этим убеждением, все вдруг заметили, что признавали абсолютность времени и пространства без малейших физических доказательств. Это была вера. Физики и философы веками говорили друг другу: «Это же само собой разумеется, это же очевидность!» А выяснилось, что тут не было решительно ничего, что действительно разумелось бы само собой.

Так неужели избавление от предрассудка стоит называть ' сочувственно и возвышенно словом «жертва»?

Жертва? Скорее — освобождение.

Квантовая механика тоже потребовала таких освобождающих жертв. И если вы никогда ничего не читали о квантовой механике прежде, вам покажется немыслимой — недопустимой!— главная жертва, которую вынуждено было принести ей воспитанное веками человеческое чувство природы. Она заставила физиков отказаться от прежнего понимания причинности в явлениях природы! Не от самого принципа причинности, а от старого классического представления о его содержании.

...Одинаковые физические условия всегда порождают одинаковые физические события.

...Если точно повторять один и тот же опыт, он будет всегда давать один и тот же результат.

Можно на разные лады формулировать этот незыблемый «принцип определенности» классической механики — коротко или длинно, строго или не очень строго, словесно или математически. Но, кажется, одного с ним делать .нельзя: нельзя от него отказываться!

Поройтесь в памяти школьных лет... Сколько я ни старался, я не мог найти в ней воспоминания об уроке физики, на котором наш старый учитель рассказывал бы или спрашивал о законе причин и следствий. Думаю, что вряд ли и у кого-нибудь другого отыщется такое воспоминание. Мы еще не знали, по малости лет, этих ученых слов «причина» и «следствие», но уже знали, что между ними всегда существует определенная однозначная связь. Это было то знание, которого не нужно было проходить в школе: оно жило в нас, безыменное, неосознанное и прочное, как все «очевидные» и «само собой разумеющиеся» истины. И незаметно оно стало одной из основ нашего физического миропонимания. Ему никогда не противоречил опыт. А школьная математика его узаконивала. У всех задач всегда бывал един верный или допустимый ответ. Даже когда мы проходили квадратные уравнения с бассейнами и кранами, купцами и аршинами и у нас из-за скверного свойства квадратного корня иметь два равноправных знака «+» и «—» неминуемо получались на бумаге два ответа, даже тогда, как правило, лишь один ответ признавался осмысленным, а второй — отбрасывался (не мог же купец отмеривать «минус пять аршин»).

Как ни углублялась наука в мир большого опыта, где движущиеся тела столь массивны, что их волнообразность никогда не могла дать знать о себе, простой закон причинности оставался нерушимым.

Даже теория относительности на него не посягнула! Хотя она и установила, что масса тел изменчива — зависит от их скорости, но мала ли эта масса, или велика—для законов теории относительности было безразлично. Для нее эта разница — только количественная: звезда для нее большой электрон, а электрон — маленькая звезда. Ничего особого в малости — самой малости! — микромира она не заметила. Она и возникла не как наука о микромире, а как физическая теория времени и пространства вообще. Правда, из-за ничтожности масс элементарных частиц законы теории относительности должны были стать особо важными для познания микродействительности: там легко осуществляются скорости, близкие к световой. Но не из свойств микромира эти законы были выведены.

Малость атомов и элементарных частиц, как источник новых, прежде неизвестных, удивительных закономерностей природы, была впервые замечена только квантовой механикой. И этой механике в конце концов пришлось посягнуть на старый закон причинности, хотя сначала никто не предполагал, что дело сможет зайти так далеко.

Более тягостного расставания с прежними представлениями физикам еще не приходилось переживать. И можно безоговорочно поверить академику Ландау.

— Психологические неприятности, связанные с теорией относительности, — сказал он в 1960 году, вспоминая в беседе с писателями эпоху 20—30-х годов, — показались физикам совершенно детскими огорчениями, когда им пришлось осваивать квантовую механику с ее «дикими» идеями...

И, конечно, самой «дикой» идеей был отказ от классического понимания причинности в природе. А остеречься этого отказа и предотвратить его уже нельзя было: к нему вела вся лестница открытий и выводов. Это тотчас- видно, если оглянуться назад.

...Когда исчезающе малы массы частиц, реально ощутимы их волновые свойства.

...Когда реальны волновые свойства, нет обычных частиц, нет траекторий, возникают неопределенности.

...А где неопределенности — там вероятности. Где вероятности — там случай.

Ну, а там, где случай, там уже не остается места для простой классической связи между причиной и следствием. Случай есть случай: он оттого и существует, что существует обилие возможных ответов на один и тот же вопрос. От этого никакими хитростями не увернешься.

Уже нельзя надеяться, что одинаковые, физические условия всегда будут порождать одинаковые события. И нельзя ожидать, что точное повторение одного и того же опыта будет неизменно давать один и тот же результат. Электроны, падающие через узкую щель в экране, великолепно продемонстрировали нам, что это значит. Падая один за другим в, казалось бы, совершенно тождественных обстоятельствах, они, к изумлению физика-классика, приземлялись на фотопластинке вовсе не в одном и том же месте. А между тем не было никаких причин, по которым одному из них обязательно должна была «понравиться» точка напротив щели, а другому — где-то в стороне. Не было таких причин! Не было никаких вариантов в условиях опыта и ни малейших подвохов.

— Но, стало быть, какие-то причины все-таки были! Какие-то различия в условиях имели место! Надо лишь их найти... — вот что хочется возразить немедленно.

И хочется тут же привести примеры других случайных событий, беспричинность которых мнимая: были бы только уменье или охота проследить их историю — и эта

Старый классический затасканный кирпич падает на голову прохожему во всех учебниках философии, где речь идет о случайности и необходимости.

«Не повезло бедняге!» — говорят друзья прохожего.

«Несчастный случай!» — соглашаются доктора.

Но с точки зрения классической механики в этом событии не было решительно ничего случайного. Железная цепь причин и следствий привел^ пострадавшего в это мгновенье, а не другое, -на эту улицу, а не на соседнюю, под карниз этого дома, а не дома напротив. И другая неумолимая цепь причин и следствий расшатала кладку карниза в этом месте, а не ином, и заставила, свалиться этот кирпич, а не близлежащий, в эту минуту, а не предыдущую... И, следовательно, оба этих причинных ряда не могли не пересечься: всей историей совокупности частиц, называемой «кирпичом», и всей историей совокупности частиц, называемой «головой прохожего», было предопределено, что в некий момент этот кирпич и эта голова окажутся в совпадающих точках пространства. А мы говорим — «несчастный случай!». Несчастный— да. Но случай — где же он тут гнездится?

Сначала еще чудится, что падение кирпича случайно по отношению к истории прохожего: не видно связи между биографией живого человека и мертвым бытием какого-то камня на каком-то карнизе. Но если можно проследить хотя бы на шаг назад и во всей полноте каждую из этих независимых историй, то в конце концов от их независимости не останется и следа. За первым шагом назад можно будет сделать второй, за вторым — третий...

Мы будем опускаться в глубину прошедших времен: человек, в бесчисленной смене поколений породивший несчастного прохожего, перестанет быть человеком, а явится нам первобытным существом. И кирпич сделается сначала глиной, потом обратится в разрозненную пыль разрушающихся где-то пород. Еще дальше назад — и прохожий сравняется s правах с кирпичом: оба окажутся на какой-то очень далекой от нас ступени — во тьме своей предыстории — всего только мириадами еще не организованных в молекулы атомов. И дальше — в первозданной мешанине элементарных частиц материи—нам откроется при полном расследовании стройный порядок: выяснится, что каждая частица двигалась так, а не этак, в силу точнейших причин — ее положение и скорость в любой момент являлись лишь результатом длинной цепи столкновений с другими частицами. Все были в ответе за всех. И атом, который нынче нашел себе место в затылке невезучего прохожего, когда-то был и всегда оставался соседом атома, нашедшего себе пристанище в обожженном бруске красной глины. Далеким или близким соседом — это совершенно неважно: все равно любой атом, любая частица во вселенной некогда определяли движение всех остальных атомов и частиц. А раз некогда определяли, то определяют и сейчас и будут определять впредь.

Так в итоге мысленного путешествия назад обнаружится, что несчастливое падение кирпича на голову прохожего было с неизбежностью механически обосновано еще в ту пору, когда не существовало ни Земли, ни Солнца, ни нашей Галактики, ничего, кроме хаоса элементарных шариков- частиц, подчиняющихся законам механики Ньютона.

Деспотически строгим законам классической механики!

Они так деспотичны, да еще и универсальны, что с точки зрения классической механики- само выражение «хаос частиц» — незаконно: в каждый момент беспорядочность этого хаоса — единственно возможная. И следовательно, она — порядок, в котором нет места случаю.

Есть что-то великолепное и вместе подавляющее в той неумолимо расчисленной картине природы, которую рисовала в течение веков классическая механика.