Вероятностный мир - Даниил Данин

1897 год — открытие электрона.

Эти три открытия и вправду возвестили новую эпоху в естествознании.

Первые два феномена поразили воображение современников своей броской таинственностью: некие лучи пронизывали непрозрачные тела насквозь. Они позволяли видеть невидимое. Природа вдруг обнаружила возможности, словно бы вполне мистические.

Третье открытие выглядело гораздо скромнее и темой газетных сенсаций не стало. Оно принадлежало к числу тех лабораторных побед, какие могут оценить только посвященные. И то не сразу. И не все.

Через сорок лет первооткрыватель электронов — кембриджский профессор Дж. Дж. Томсон — вспоминал:

— Я сделал первое сообщение о существовании этих корпускул на вечернем заседании Королевского института в очередную пятницу 30 апреля 1897 года… Много времени спустя один выдающийся физик рассказал мне, что подумал тогда, будто я всем им нарочно морочу голову. Я не был этим удивлен, ибо сам пришел к такому объяснению своих экспериментов с большой неохотой: лишь убедившись, что от опытных данных никуда не скрыться, я объявил о моей вере в существование тел, меньших, чем атомы.

Так вот что смущало: мысль о реальности тел, мень ших, чем атомы! А сегодня может смутить само это признание. Неужели на исходе великого века естествознания физики еще так мало знали о микромире, что у них не было даже уверенности в сложности атомов? Больше двух тысячелетий отделяло их от древних атомистов, а представление о первоосновах вещественного мира было у них едва ли не тем же, что у Демокрита или Лукреция Кара (не трудившихся с утра до вечера ни в каких лабораториях).

Это делает психологически понятной «большую не охоту», с какой пришел к своему открытию сорокалетний глава Кавендишской лаборатории в Кембридже. И это же исторически придает величие его научной заслуге.

Но с другой стороны, разве корпускулы, обнаружен ные Томсоном, не были давно предугаданы физической мыслью? Действительно, полутора столетиями раньше — в 1750 году —Вениямин Франклин, мастеривший громоотводы, верно почувствовал и резонно рассудил: «Электрическая материя состоит из чрезвычайно тонких частиц». А в 1891 году, за шесть лет до томсоновского сообщения, его соотечественник Джонстон Стони дал уже имя этим гипотетическим частицам — «электроны». Томсон мог не придумывать нового имени для своих корпускул. А это значит, что его «неохота» могла бы уж и не быть столь «большой»…

Его вера в существование электронов, о которой объявил он в 1897 году, еще нуждалась в прямом эксперимен тальном подтверждении. Надо было показать: вот они — не вычисленные на бумаге в результате косвенных соображений, а реальные, во плоти, смотрите и даже пересчитывайте их, если угодно, по отдельности! Он придумал, как это сделать: он сумел одеть их в капельки тумана, обволакивающего всякие электрически заряженные пылинки. Электроны в его искусных опытах зримо продемонстрировали свое бытие.

Это произошло уже в следующем— 1898–м — году.

Так началась не завершенная и поныне длинная череда всегда волнующих открытий элементарных частиц материи. Но, правда, термина этого тогда еще не было.

2

Драма идей заученно повторяется из поколения в поколение.

Интересно, почему восьмидесятилетний Дж. Дж., публикуя в 1936 году книгу «Воспоминания и размышления», не захотел сказать читателям, кто был тем выдающимся физиком, который воспринял весть об электроне, как морочение головы? Может быть, Томсон решил оберечь его имя от наших сегодняшних просвещенных улыбок?

Вернее всего, то была доброта старости, которая и для себя ищет ответной доброты. Переживший все свое поколение, старый Томсон в ней нуждался. С годами он превратился, по выражению Резерфорда, в «кембриджскую окаменелость», ибо в свой черед воспринял как мороку новые физические идеи, прежде всего квантовые. «Он поставил себя вне физики», как сказал позднее историкам Нильс Бор. Не рассчитывая на снисхождение молодых, постаревший Дж. Дж. и жизнь–то повел как бы вне жизни: некогда общительный и легкий, он зажил в отшельническом уединении. В этом уединении он и вспоминал свои звездные годы. И чувствовал: нынешняя ирония по поводу тогдашнего консерватизма его выдающегося коллеги обернулась бы теперь против него самого. Вот он и утаил имя скептика.

Да, не признавать электрона на рубеже атомного века тоже значило поставить себя вне физики, вне ее будущего. Углубляться дальше в устройство природы без электрона она уже не могла. Скоро это стало очевидно всем.

Скоро? Да еще всем? Нет, так только кажется издалека.

Почти неправдоподобно, но открытие «тел, меньших, чем атомы» отверг Вильгельм Конрад Рентген! В своей вюрцбургской лаборатории, где он сам сделал недавно эпохальное открытие, Рентген запретил ученикам и сотрудникам даже разговаривать об электронах. А в 1900 году, переехав в Мюнхен, перевез туда и свой запрет. В Мюнхенском университете стал строптивым свидетелем и неисправимым нарушителем этого запрета молодой выпускник Петербургского технологического института, наш будущий академик Абрам Федорович Иоффе. Он–то и рассказал впоследствии о своенравной позиции непреклонного Рентгена.

Но свойствами натуры научные позиции не объясняются. Своенравие может объяснить лишь одно: как научное несогласие превратилось в запрет. Характер Рентгена и впрямь отличали последовательность в поступках и непреклонность воли. Позднее эти черты дважды проявились с выразительностью, еще более необычайной, чем в истории с электроном.

…На исходе первой мировой войны (1914 — 1918) близкая к поражению Германия голодала. Семидесятитрехлетний Рентген терял силы от недоедания. Меж тем друзья из Голландии присылали ему масло и сахар. Однако он, полагая недостойным личное благополучие среди всеобщего бедствия, отдавал эти посылки для общественного распределения. И медленно таял.

Его нравственное чувство всегда оставалось неподкупным.

В последний год его жизни оно сыграло геростратову роль в судьбе его научного наследства. Он придавал значение только доведенным до конца исследованиям. И себя судил тем же судом, что других. А потому завещал без колебаний сжечь его неоконченные труды. В огне этой моральной беспощадности погибли и незавершенные работы молодого Иоффе, когда–то начатые в Мюнхене вместе с учителем.

Напрашивается догадка: так не оттого ли суровый Рентген отверг и открытие электрона, что исследования Томсона были в его глазах просто не доведенными до конца — до полной убедительности? (Иначе: были достойными огня, а не одобрения. Запрета, а не продолжения.) Возможно. Тем более что Иоффе удостоверил: электрон оставался для Рентгена «недоказанной гипотезой, применяемой часто без достаточных оснований и без нужды». Короче, может быть, электрону не повезло в Вюрцбурге и в Мюнхене только по причине сверхтребовательности Рентгена–экспериментатора?

Если в этом и заключена правда, то не вся. И не главная. А главная притаилась в двух процитированных Иоффе словах: «без нужды». Рентгену не нужен был электрон. Идейно не нужен!

Его классическая философия природы и философия познания могли обойтись без этой навязчиво–лишней детальки вещественного мира. Красивые и выверенные формулы классического описания всех явлений — механических и тепловых, электромагнитных и оптических — не требовали сведений о тельцах, «меньших, чем атомы». И не нуждались в представлениях о сложности внутриатомного мира. Сложность — это сложенность из чего–то. Но для свода законов классической физики она не имела значения.

Как ни странно, это легко понять. А осуждению это и вовсе не подлежит. Тут слышится голос тысячелетий.

— Если мы хотим заниматься астрономией, — говорил мудрый Тимей у Платона, — то нам незачем интересоваться небесными телами .

В самом деле: изучению было доступно в ту пору лишь перемещение небесных тел, а вовсе не их плоть — состав или структура. До них, безмерно далеких, дотянуться можно было только поэтическим воображением, Веками оно могло вольничать как угодно, населяя их богами или душами усопших, наделяя их доброй или недоброй волей. Это не имело никакого значения для описания их движения по небосводу.

Так, для расчета плотины по законам гидродинамики всегда безразлично было, обитают ли рыбешки в реке.

Так, по замечанию Игоря Евгеньевича Тамма, Эйнштейн увидел, что электрон — «чужеземец в стране классической электродинамики». Правда, в отличие от классика Рентгена вольнодумный Эйнштейн не захотел лишать этого чужеземца прав гражданства в физике вообще: ему важно было, а что расскажет электрон о законах пока незнаемой страны, из которой он явился?

Конечно, Рентген далек был от мысли, будто классическая картина природы уже дорисована до конца. Свои лучи он назвал x–лучами и никогда не называл их «рентгеновскими». Им руководило не только отвращение к самовозвеличению. «Икс», как повелось, обозначало неизвестное. Однако он не сомневался, что это неизвестное со временем объяснится классически — на основе уже испытанного физического законодательства. Ему, Рентгену, и не мнилось, что рентгеновские лучи порож даются в глубинах атомного пространства такими «ненужными» и такими «недоказанными» электронами!