Спогади вигнанця, фізика, громадянина світу - Жорж Шарпак
Між 1913 і 1925 роками сходження не зазнало різких змін, принаймні те, що ми бачимо, нічого не змінило. Науковці дибали традиційним шляхом, і якщо й з’являвся якийсь прогрес, то заводив у глухий кут. Аж раптом Бор запропонував інший, сміливий шлях: відмовитися від упевненості класичного схилу та рушити стежками крізь цілковито невідомі місця. Айнштайн невдоволено супиться, спершу не наважуючись відмовитися від традиційних переконань, омитих властивою йому реалістичною філософією. Проте вперед кидаються молодші вчені. Запам’яталися імена двох перших сміливців — Вернер Гайзенберґ69 та Ервін Шредінґер, — які відкрили два близькі шляхи: перший 1925 р., а другий — 1926 р. За два роки постав цілком новий світ — світ нечуваних, химерних квантових законів, і досі всі дослідження доводять лише їхню нездоланну загадковість. Частково туманний квантовий пейзаж вияснюється, та лише для тих, хто звикся з його висотами, проте й вони досі не в змозі заповнити кілька лакун.
У 1927 р. почалося дослідження навколишніх полонин, до яких вели щойно відкриті стежки. Поле застосування виявилося величезним: підґрунтя атомної фізики і хімії об’єдналися, і все, що досі ревно оберігало свої таємниці — провідність, властивості ізолюючих речовин, магнетизм, твердість, — склало зброю. Насправді список дуже довгий і містить усе, що нині називають «новітніми технологіями». Звісно, Рабле чи Реймон Кено70 склали би значно сенсаційніші списки, але ми тут не для того, щоби хвалитися, — ми прямуємо до головного піку, що височіє над родючими зонами.
Його можна було би назвати «піком Див» — проте в казках на охороні див стоять небезпечні створіння. Дракони, озера, повні фей, болота забуття, провалля, в’язниці, сповнені помилок, домовини ідей, що до життя непридатні — словом, усе, що із зародку світу опирається пошукам Граалю, хоч би яким він був. Нижче перерахуємо лише кілька.
Небуденні ідеї та межі можливого
В індійському епосі «Магабгарата» боги насолоджуються виступом апсар — богорівних танцівниць, гнучких, мов полум’я. Коли одна з них перекидається на статую, стає помітно, що її форми — вічні, себто напрочуд різноманітні. Робота хвилі подібна до апсари — вона невловима, бо записана вигаданими числами, та рухлива, адже коливається, мов синє світло в основі пломінця; вона витанцьовує невблаганним рівнянням — славетним рівнянням Шредінґера.
Звичні фізичні величини — суворі межові стовпи, що визначали напрямки класичної фізики Кельвіна: енергія, розташування об’єкта, швидкість, сила, що діє на нього, прагнення до обертання, назване спіном, — також подібні до апсар. Деякі теоретики зображали сукупність цих величин у вигляді велетенських прямокутників, укритих цифрами — матриць; інші втілювали їх у математичні механізми — змішувачі хвильових функцій, названі операторами. Такий оператор приймає одну хвильову функцію та утворює з неї іншу, у більшості випадків протилежну; незрозуміло, що пов’язує оператора з таблицею з цифр і реальними фізичними величинами, хоча прискіпливий розгляд цієї теорії доводить незаперечність такого методу.
Ми розглянемо не найбільш абстрактні риси концепцій, а тривожну незвичність цих ідей, яка лише підкреслює їхню глибину. Вони змінили обличчя науки, що впродовж багатьох століть намагалася бути розсудливою, вивершуючись, мов дивний самородок — наполовину ніжна цнотливиця, наполовину похмура дуенья. Відкриття квантових законів збурило науку, адже вони суперечили здоровому глуздові. Вони не стали логічним вивершенням раціональної конструкції як ті, що їх Ньютон, Ампер і Фарадей виснували з експерименту та дбайливо очистили — ні, вони скидалися радше на наслідки відчайдушної втечі до пливких берегів, коли все, що здавалося розумним, зазнало краху. Згодом теоретики не раз за звичкою жартували, що надто раціональна думка щонайпевніше є хибною, бо вона недостатньо божевільна, щоби накинути себе. Нас оточують справжні дивовижі: негативні енергії рівняння Дірака, кварки, що ділять електричні заряди на три групи та вдягнені у три різні кольори, бозон Гіґґза, що виникає в будь-якій точці та ділиться масою з іншими частинками, ніби підживлює їх. Нині нам відомо, що нейтрино, перетворюючись десь між Землею та Сонцем, змінюють ідентичність, що невловима темна матерія справді існує, що частинки перетворюються на струни, коли часопростір замикається в окультних розмірах лише для того, щоби загальна теорія відносності відповідала квантовим законам — скільки ще вражаючих ідей чекають на нас і на своє підтвердження!
Часом це справді неймовірні ідеї. Іноді вони навіть частково підтверджують відомий вислів святого Августина «Я вірю в те, що є абсурдом»71 — проте не «тому, що це абсурд», непідвладний мудрості людей. Навпаки, причина в тому, що абсурд лише на перший погляд здається абсурдом, приховуючи насправді глибинну гармонію, яка цілком відповідає природному ладові, що його людина лише вчиться пізнавати.
За приклад візьму вже згадане рівняння Шредінґера. Його визначають як закон, що керує рухом речей, хоча насправді це лише трохи дивна формула, вигадана для пояснення руху хвильових функцій. Авжеж, саме вигадана, а не виведена завдяки інтуїції або досліду. До того ж вона спирається на інше припущення — хвильову функцію, також не виведену в результаті експерименту[16].
Річард Фейнман72 — можливо, найбільший теоретик другої половини ХХ ст. — дав цим концепціям глибоке тлумачення, яке ми перекажемо в загальних рисах. Уявімо атом водню як простий об’єкт. Він має ядро — протон, яке задля зручності вважатимемо нерухомим. Окрім ядра, є лише один електрон, тобто частинка з маленькою масою та негативним зарядом, здатна відчувати притягнення позитивно зарядженим протоном. Коли 1911 р. Ернест Резерфорд відкрив відносно просту структуру водню, то одразу зметикував, що вона тотожна планетній системі, де протон грає роль Сонця, а електрон — єдиної планети. Оскільки електрична сила між двома зарядами дуже нагадує силу тяжіння між двома тілами, здавалося очевидним, що електрон мусить підкоритися законам класичної динаміки та рухатися еліптичною траєкторією. А й справді, що може бути простішим! І водночас — немає нічого більш хибного.
Пройдімося основними етапами: Нільс Бор «квантифікував» еліптичні траєкторії електрона в 1913 р. Спершу був успіх, потім — гірке розчарування, згодом, 1923 р., Луї де Бролі висунув ідею про існування хвильової функції, а 1926 р. Шредінґер сформулював її. Авжеж, поява рівняння мала грандіозні наслідки, повністю відповідаючи результатам експериментів, проте що означала ця формула? Лише 1948 р. Фейнман нарешті запропонував щось таке, що дало нам уявлення про рівняння і пролило нове світло на багатства, закладені у водні. Уявімо, що певної миті електрон займає певну позицію і починає рухатися. Слід визнати, що цей рух має мало спільного зі спокійним еліптичним пересуванням — навпаки, він вільний, не знає ні правил, ні перешкод. Електрон гасає, підлітає до ядра, відлітає, зупиняється, знову рушає — ніби вивчає всі можливі напрямки руху. Тож
