Продолжая эту аналогию чуть дальше, заметим, что Эйнштейн одним из первых физиков продемонстрировал, что классическое представление о причинности в квантовом царстве начинает сбоить. Многие возражают против моего предположения о том, что Вселенная не нуждалась в причине и просто возникла из ничего. Но ведь именно это происходит со светом, которым вы пользуетесь при чтении этой страницы. Электроны в нагретых атомах испускают фотоны – фотоны, которых не существовало до момента, когда они были испущены; фотоны испускаются спонтанно и без конкретной причины. Почему же мы привыкли, по крайней мере в какой-то степени, к идее о том, что из ничего без причины могут возникать фотоны, но не признаём, что то же самое может случаться с целыми вселенными?
Осознание того, что электромагнитные волны одновременно представляют собой частицы, послужило началом квантовой революции, изменившей все наши взгляды на природу. Быть частицей и волной в одно и то же время в классике невозможно – это должно быть очевидно из рассказанного в данной главе, – но это возможно в квантовом мире. Должно быть очевидно также, что это было только начало.
Вселенная причудливее выдумки
Итак, не оставляйте упования вашего, которому предстоит великое воздаяние.
Евр. 10:35Народная мудрость гласит, что физики обожают изобретать безумную эзотерику для объяснения окружающего нас мира – либо потому, что нам делать больше нечего, либо потому, что мы испорчены от природы. Однако, как показывает открытие квантового мира, чаще бывает наоборот: это природа тащит нас, ученых, прочь от знакомых безопасных знаний, а мы брыкаемся и вопим изо всех сил.
Тем не менее сказать, что пионерам, начавшим толкать нас вперед, в квантовый мир, недоставало смелости, было бы глубочайшей неправдой. Путешествие, в которое они пускались, было беспрецедентным, и никто не мог указать им дорогу. Мир, в который они входили, бросал вызов здравому смыслу и классической логике, в нем на каждом шагу требовалась готовность к внезапной смене правил игры.
Представьте себе, что вы едете в другую страну, где все жители говорят на незнакомом языке, а законы не основываются на опыте, сколько-нибудь сравнимым с опытом, полученным вами на протяжении жизни. Более того, представьте, что дорожные знаки там спрятаны и к тому же могут меняться от места к месту. Если вам удастся все это представить, вы сможете отчасти понять, куда направлялись бунтари, перевернувшие наши представления о природе в первой половине XX века.
Аналогия между исследованием странных и новых квантовых миров и путешествием по незнакомой местности может показаться натянутой, но именно такие взаимоотношения того и другого нашли себе параллель в жизни не кого иного, как Вернера Гейзенберга, одного из основателей квантовой механики, вспомнившего однажды летний вечер 1925 г. на острове Гельголанд, чудесном оазисе в Северном море, где он вдруг понял, что открыл теорию:
Было… уже три часа ночи, когда передо мной лежал окончательный результат расчетов. Закон сохранения энергии сохранял силу для всех членов… я уже не мог более сомневаться в математической непротиворечивости и согласованности наметившейся тут квантовой механики. В первый момент я до глубины души испугался. У меня было ощущение, что я гляжу сквозь поверхность атомных явлений на лежащее глубоко под нею основание поразительной внутренней красоты, и у меня почти кружилась голова от мысли, что я могу теперь проследить всю полноту математических структур, которые там, в глубине, развернула передо мной природа. Я был так взволнован, что не мог и думать о сне. Поэтому я вышел в уже начинавшихся рассветных сумерках из дома и направился к южной оконечности острова, где одиноко выступавшая в море скала-башня всегда дразнила во мне охоту взобраться на нее. Мне удалось это сделать без особых трудностей, и я дождался на ее вершине восхода солнца[6].
В свое время Гейзенберг, только-только получив степень доктора философии, перебрался в известный немецкий университет в Гёттингене, чтобы работать с Максом Борном и попытаться предложить непротиворечивую теорию квантовой механики (термин этот впервые был использован в 1924 г. в статье Борна «О квантовой механике»). Однако Гейзенберга свалила сенная лихорадка, и ему пришлось бежать из живописных зеленых мест к морю. Там он отшлифовал свои идеи о квантовом поведении атомов и отослал работу Борну, который рекомендовал ее к публикации.
Возможно, вы знакомы с именем Гейзенберга не в последнюю очередь благодаря знаменитому принципу, названному его именем. Принцип неопределенности Гейзенберга приобрел своеобразную нью-эйджевскую ауру, дающую хлеб множеству шарлатанов, которые внушают людям, будто квантовая механика предлагает надежду на мир, в котором осуществима любая мечта, какой бы необычайной она ни была.
Есть и другие знакомые имена: Бор, Шрёдингер, Дирак, а позже Фейнман и Дайсон. Каждый из этих людей совершил большой скачок в неизвестность. Но они были не одиноки. Физика – коллективная дисциплина. Слишком часто о науке рассказывают так, будто герой истории испытал внезапное озарение ночью и в полном одиночестве. Между тем Гейзенберг несколько лет работал над квантовой механикой вместе со своим научным руководителем, блестящим немецким ученым Арнольдом Зоммерфельдом (его студенты удостоились суммарно четырех Нобелевских премий, а постдоки-ассистенты – трех), а позже – с Борном (который в конце концов, почти тридцать лет спустя, тоже получил признание в виде Нобелевской премии), а также с одним из молодых коллег – Паскуалем Йорданом. В любом крупном открытии, которое мы награждаем именем и какой-нибудь премией, участвует целый легион трудолюбивых, хотя, как правило, менее известных людей, каждый из которых понемногу продвигает вперед линию атаки. Крохотные шажки и медленное продвижение в науке – норма, а не исключение.
Самые замечательные прыжки в неизвестность часто далеко не сразу оцениваются по достоинству, в том числе и авторами. Эйнштейн, к примеру, не доверял своей красивой общей теории относительности в достаточной мере, чтобы поверить в ее предсказание о том, что Вселенная не может быть статичной, но должна расширяться или сжиматься, пока наблюдения не продемонстрировали наглядно расширение Вселенной. И мир не перевернулся, когда вышла статья Гейзенберга. Друг и современник Гейзенберга, блестящий и вспыльчивый физик Вольфганг Паули (еще один будущий нобелевский лауреат из числа ассистентов Зоммерфельда), счел эту работу по существу математической мастурбацией; Гейзенберг ответил на это высказывание в шутливой форме:
Ты вынужден будешь признать, что, в всяком случае, мы не собираемся разрушить физику из злостных намерений. Когда ты бранишь нас, что мы такие ослы, что не придумали ничего физически нового, то это вполне может быть правдой. Но тогда ты такой же болван, потому что ты тоже не даешь нового… Не думай обо мне дурно, и многажды кланяюсь[7].
Физика никогда не развивается
