Наблюдения Райла показывают, что очень далекие галактики расположены гораздо ближе друг к другу, чем соседние галактики.
— Вы хотите сказать, — попробовал уточнить мистер Томпкинс, — что область Вселенной, в которой мы обитаем, населена галактиками весьма редко и что плотность населения возрастает по мере того, как мы удаляемся от Земли?
— Ничего подобного, — возразил профессор. — Не следует забывать о том, что из-за конечности скорости света, когда вы смотрите далеко в глубь космического пространства, вы как бы заглядываете далеко назад во времени. Например, так как свету требуется восемь минут, чтобы дойти до нас от Солнца, вспышку на Солнце земные астрономы наблюдают с запозданием в восемь минут. Фотографии нашего ближайшего космического соседа — спиральной галактики в созвездии Андромеды (которую вы, наверное, видели в книгах по астрономии; она расположена от нас на расстоянии примерно в один миллион световых лет) — в действительности показывают, как эта галактика выглядела миллион лет назад. То, что Райл видит или, лучше сказать, слышит с помощью своего радиотелескопа, соответствует ситуации, существовавшей в той далекой части Вселенной многие тысячи миллионов лет назад. Если бы наша Вселенная находилась в стационарном состоянии, то картина не должна была бы изменяться во времени и очень далекие галактики, наблюдаемые с Земли, должны были бы быть распределены в космическом пространстве не плотнее и не реже, чем галактики в ближайшей космической окрестности Земли. Следовательно, если наблюдения Райла показывают, что далекие галактики расположены в космическом пространстве плотнее, чем более близкие галактики, то это эквивалентно утверждению о том, что в далеком прошлом, тысячи миллионов лет назад, галактики были распределены в пространстве плотнее, чем теперь. Ясно, что такое утверждение противоречит теории стационарного состояния Вселенной и подкрепляет первоначальную гипотезу, согласно которой галактики разбегаются и плотность их населения убывает. Но, разумеется, мы должны соблюдать осторожность и подождать, пока результаты Райла не будут подтверждены.
— Кстати сказать, — продолжал профессор, доставая из кармана сложенный листок бумаги, — один из моих ученых коллег, обладающий поэтическими наклонностями, недавно написал на эту тему стихотворение. Вот послушайте:
«Your years of toil»,
Said Ryle to Hoyle,
«Are wasted years, believe me.
The steady state
Is out of date.
Unless my eyes deceive me,
My telescope
Has dashed your hope;
Your tenets are refuted.
Let me be terse:
Our universe
Grows daily more diluted!»
Said Hoyle, «You quote
Lemaitre, I note,
And Gamow. Well, forget them!
That errant gang
And their Big Bang —
Why aid them and abet them?
You see, my friend,
It has no end
And there was no beginning,
As Bondi, Gold,
And I will hold
Until our hair is thinning.»
«Not sol «cried Ryle
With rising bite
And straining at the tether;
«Far galaxies
Are, as one sees,
More tightly packed together!»
«You make me boil!»
Exploded Hoyle,
His statement rearranging;
«New matter's born
Each night and morn
The picture is unchanging!»
«Come off it, Hoyle!
I aim to foil
You yet» (The fun commences)
«And in a while»,
Continued Ryle,
«I'll bring you to your sensed»
(«Все годы ваших хлопот, —
Сказал Райл Хойлу, —
Напрасная трата времени, поверьте.
Стационарное состояние
Ныне не в моде.
И если мои глаза не обманывают меня,
Мой телескоп
Вдребезги разбил ваши надежды;
Ваша теория опровергнута.
Позвольте мне сказать прямо:
Наша Вселенная
С каждым днем становится все более разреженной!»
«Вы ссылаетесь, — сказал Хойл, —
Как я погляжу, на Леметра
И Гамова. Выбросьте их из головы!
Ведь это заблуждающаяся банда
И их Большой Взрыв —
К чему помогать им и поощрять их?
Видите ли, друг мой,
Вселенная не имеет конца
И начала у нее также не было,
На чем Бонди, Голд
И я будем настаивать,
Покуда не поредеют наши волосы!»
«Неверно! — вскричал Райл,
Раздраженный и вне себя от ярости, —
Ибо галактики,
Как нетрудно убедиться,
Упакованы плотнее!»
«Вы просто выводите меня из терпения! —
Взорвался Хойл,
Формулируя свое утверждение по-иному. —
Новая материя рождается
Каждую ночь и каждое утро,
Но картина остается неизменной!»
«Да будет вам, Хойл!
Уж теперь я всерьез вознамерился
Разрушить ваши иллюзии (вот будет потеха!),
А пока, — продолжал Райл, —
Я приведу вас в чувство!» )
— Мне очень хотелось бы узнать, — заметил мистер Томпкинс, — чем закончится этот не на шутку разгоревшийся спор.
С этими словами он, поцеловав на прощанье мисс Мод в щеку, пожелал ей и старому профессору спокойной ночи и отправился к себе домой.
Глава 7
Квантовый бильярд
Однажды мистер Томпкинс возвращался к себе домой страшно усталый после долгого рабочего дня в банке, где он служил. Проход мимо паба, мистер Томпкинс решил, что было бы недурственно пропустить кружечку эля. За первой кружкой последовала другая, и вскоре мистер Томпкинс почувствовал, что голова у него изрядно кружится. В задней комнате паба была бильярдная, где игроки в рубашках с засученными рукавами толпились вокруг центрального стола. Мистер Томпкинс стал смутно припоминать, что ему уже случалось бывать здесь и прежде, как вдруг кто-то из его приятелей-клерков потащил мистера Томпкинса к столу учиться играть в бильярд. Приблизившись к столу, мистер Томпкинс принялся наблюдать за игрой. Что-то в ней показалось ему очень странным! Играющий ставил шар на стол и ударял по шару кием. Следя за катящимся шаром, мистер Томпкинс к своему большому удивлению заметил, что шар начал «расплываться». Это была единственное выражение, которое пришло ему на ум при виде странного поведения бильярдного шара; который, катясь по зеленому полю, казался все более и более размытым, на глазах утрачивая четкость своих контуров. Казалось, что по зеленому сукну катится не один шар, а множество шаров, к тому же частично проникающих друг в друга. Мистеру Томпкинсу часто случалось наблюдать подобные явления и прежде, но сегодня он не принял ни капли виски и не мог понять, почему так происходит.
— Посмотрим, — подумал мистер Томпкинс, — как эта размазня из шара столкнется с другой такой же размазней.
Должно быть, игрок, нанесший удар по шару, был знатоком своего дела: катящийся шар столкнулся с другим шаром в лобовом ударе, как это и требовалось. Послышался громкий стук, и оба шара — покоившийся и налетевший (мистер Томпкинс не мог бы с уверенностью сказать, где какой шар) — разлетелись «в разные стороны». Выглядело это, что и говорить, весьма странно: на столе не было более двух шаров, выглядевших несколько размазанно, а вместо них бесчисленное множество шаров (все — с весьма смутными очертаниями и сильно размазанные) поразлеталось по направлениям, составлявшим от 0 o до 180 o с направлением первоначального соударения. Бильярдный шар скорее напоминал причудливую волну, распространяющуюся из точки соударения шаров.
Присмотревшись повнимательнее, мистер Томпкинс заметил, что максимальный поток шаров направлен в сторону первоначального удара.
— Рассеяние S-волны, — произнес у него за спиной знакомый голос, и мистер Томпкинс, не оборачиваясь, узнал профессора.
— Неужели и на этот раз что-нибудь здесь искривилось, — спросил мистер Томпкинс, — хотя поверхность бильярдного стола мне кажется гладкой и ровной?
— Вы совершенно правы, — подтвердил профессор, — пространство в данном случае совершенно плоское, а то, что вы наблюдаете, в действительности представляет собой квантовое явление.
— Ах, эти матрицы! — рискнул саркастически заметить мистер Томпкинс.
— Точнее, неопределенность движения, — заметил профессор. — Владелец этой бильярдной собрал здесь коллекцию из нескольких предметов, страдающих, если можно так выразиться, «квантовым элефантизмом». В действительности квантовым законам подчиняются все тела в природе, но так называемая квантовая постоянная, управляющая всеми этими явлениями, чрезвычайно мала: ее числовое значение имеет двадцать семь нулей после запятой. Что же касается бильярдных шаров, которые вы здесь видите, то их квантовая постоянная гораздо больше (около единицы), и поэтому вы можете невооруженным глазом видеть явления, которые науке удалось открыть только с помощью весьма чувствительных и изощренных методов наблюдения.
Тут профессор умолк и ненадолго задумался.
— Не хочу ничего критиковать, — продолжал он, — но мне очень хотелось бы знать, откуда у владельца бильярдной эти шары. Строго говоря, они вообще не могут существовать, поскольку для всех тел в мире квантовая постоянная имеет одно и то же значение.
— Может быть, их импортировали из какого-нибудь другого мира, — высказал предположение мистер Томпкинс, но профессор не удовлетворился такой гипотезой и не избавился от охвативших его подозрений.
— Вы заметили, что шары «расплываются», — начал он. — Это означает, что их положение на бильярдном столе не вполне определенно. Вы не можете точно указать, где именно находится шар. В лучшем случае вы можете утверждать лишь, что шар находится «в основном здесь» и «частично где-то там».
— Все это в высшей степени необычно, — пробормотал мистер Томпкинс.
— Наоборот, — возразил профессор, — это абсолютно обычно в том смысле, что всегда происходит с любым материальным телом. Лишь из-за чрезвычайно малого значения квантовой постоянной и неточности обычных методов наблюдения люди не замечают этой неопределенности и делают ошибочный вывод о том, что положение и скорость тела всегда представляют собой вполне определенные величины. В действительности же и положение, и скорость всегда в какой-то степени неопределенны, и чем точнее известна одна из величин, тем более размазана другая. Квантовая постоянная как раз и управляет соотношением между этими двумя неопределенностями. Вот взгляните, я накладываю определенные ограничения на положение этого бильярдного шара, заключая его внутрь деревянного треугольника.
Как только шар оказался за деревянным заборчиком, вся внутренность треугольника заполнилась блеском слоновой кости.
— Видите! — обрадовался профессор. — Я ограничил положение шара размерами пространства, заключенного внутри треугольника, т. е. какими-то несколькими дюймами. И в результате — значительная неопределенность в скорости, шар так бегает внутри периметра треугольника!
— А разве вы не могли бы остановить шар? — удивленно спросил мистер Томпкинс.
— Ни в коем случае! Это физически невозможно, — последовал ответ. — Любое тело, помещенное в замкнутое пространство, обладает некоторым движением. Мы, физики, называем такое движение нулевым. Таково, например, движение электронов в любом атоме.
Пока мистер Томпкинс наблюдал за бильярдным шаром, мечущимся в треугольной загородке, как тигр в клетке, произошло нечто весьма необычное: шар «просочился» сквозь стенку деревянного треугольника и в следующий момент покатился в дальний угол бильярдного стола. Самое странное было в том, что шар не перепрыгнул сквозь деревянную стенку, а прошел сквозь нее, не поднимаясь над уровнем бильярдного стола.
— Вот вам ваше «нулевое движение», — с упреком сказал мистер Томпкинс.
— Не успели оглянуться, а шар «сбежал». Это как, по правилам?
— Разумеется, в полном соответствии с правилами, — согласился профессор. — В действительности вы видите перед собой одно из наиболее интересных следствий квантовой теории. Если энергии достаточно для того, чтобы тело могло пройти сквозь стенку, то удержать его за стенкой невозможно: рано или поздно объект «просочится» сквозь стенку и будет таков.
— В таком случае я ни за что на свете не пойду в зоопарк, — решил про себя мистер Томпкинс, и его живое воображение тотчас же нарисовало ужасающую картину львов и тигров, «просачивающихся» сквозь стенки своих клеток. Затем мысли мистера Томпкинса приняли несколько иное направление: ему привиделся автомобиль, «просочившийся» из гаража сквозь стены, как доброе старое привидение во времена Средневековья.
— А сколько мне понадобится ждать, — поинтересовался мистер Томпкинс у профессора, — пока автомашина, сделанная не из того, из чего делают автомашины здесь, а из обычной стали, «просочится» сквозь стену гаража, построенного, скажем, из кирпичей? Хотел бы я своими глазами увидеть такое «просачивание»!
Наскоро произведя в уме необходимые вычисления, профессор привел ответ:
— Ждать вам придется каких-нибудь 1 000 000 000…000 000 лет.
Даже привыкший к внушительным числам в банковских счетах мистер Томпкинс потерял счет нулям в числе, приведенном профессором. Впрочем, он несколько успокоился: число было достаточно длинным для того, чтобы можно было не беспокоиться о том, как бы автомашина не сбежала, «просочившись» сквозь стенку в гараже.
— Предположим, что все, о чем вы мне рассказали, не вызывает у меня ни малейших сомнений. Однако мне все же остается непонятно, как можно было бы наблюдать такие вещи (разумеется, я не говорю об этих бильярдных шарах).
— Разумное выражение, — заметил профессор. — Конечно, я не утверждаю, будто квантовые явления можно было бы наблюдать на таких больших телах, с какими вам обычно приходится иметь дело. Действие квантовых законов становится гораздо более заметным применительно к очень малым массам — таким, как атомы или электроны. Для таких частиц квантовые эффекты настолько сильны, что обычная механика становится совершенно неприменимой. Столкновение двух атомов выглядит точно так же, как столкновение двух бильярдных шаров, которое вы здесь наблюдали, а движение электронов в атоме очень напоминает «нулевое движение» бильярдного шара, который я поместил внутрь деревянного треугольника.
— А часто ли атомы выбегают из своего гаража? — спросил мистер Томпкинс.
— О да, весьма часто. Вам, конечно, приходилось слышать о радиоактивных веществах, атомы которых претерпевают спонтанный распад, испуская при этом очень быстрые частицы. Такой атом или, точнее, его центральная часть, называемая атомным ядром, очень напоминает гараж, в котором стоят автомашины, т. е. другие частицы. И частицы убегают из ядра, просачиваясь через стенки, — порой внутри ядра они не остаются ни секунды! В атомных ядрах квантовые явления — дело совершенно обычное!
Мистер Томпкинс порядком устал от столь длинной беседы и рассеянно оглянулся по сторонам. Его внимание привлекли большие дедовские часы, стоявшие в углу комнаты. Их длинный старомодный маятник совершал медленные колебания то в одну, то в другую сторону.
— Я вижу, вы заинтересовались часами, — сказал профессор. — Перед вами не совсем обычный механизм, хотя ныне он несколько устарел. Эти часы могут служить прекрасной иллюстрацией того, как люди сначала мыслили себе квантовые явления. Маятник часов устроен так, что амплитуда его колебаний может возрастать только конечными шагами. Теперь все часовщики предпочитают пользоваться патентованными расплывающимися маятниками.
— О, как бы я хотел разобраться в столь сложных вопросах! — воскликнул мистер Томпкинс.
— Нет ничего проще, — ответствовал профессор. — Я зашел в паб по пути на свою лекцию о квантовой теории, потому что увидел в окно вас. А теперь мне пора отправляться дальше, чтобы не опоздать на лекцию. Не хотите ли пойти со мной?
— С превеликим удовольствием! — согласился мистер Томпкинс.
Большая аудитория как обычно была до отказа заполнена студентами, и мистер Томпкинс считал, что ему очень повезло, когда он кое-как примостился на ступенях прохода.
— Леди и джентльмены, — начал профессор. — В двух моих предыдущих лекциях я попытался показать вам, каким образом открытие существования верхнего предела всех физических скоростей и анализ понятия прямой привел нас к полному пересмотру классических представлений о пространстве и времени.
Однако критический анализ основ физики не остановился на этой стадии и привел к еще более поразительным открытиям и выводам. Я имею в виду раздел физики, получивший название квантовой теории. Этот раздел занимается изучением не столько самих пространства и времени, сколько взаимодействия и движения материальных объектов в пространстве и времени. В классической физике всегда считалось самоочевидным, что взаимодействие между любыми двумя материальными телами может быть сделано настолько малым, насколько это требуется по условиям эксперимента, и даже, если это необходимо, практически сведено к нулю. Например, если при исследовании тепла, выделяющегося в некоторых процессах, возникает опасение, что вводимый термометр может забрать на себя некоторое количество теплоты и тем самым внести возмущение в нормальное течение процесса, то экспериментатор пребывает в уверенности, что, используя термометр меньших размеров или миниатюрную термопару, он всегда сможет понизить вносимое возмущение до уровня, который укладывается в пределы допустимой точности измерений.
Убеждение в том, что любой физический процесс может быть в принципе наблюдаем с любой требуемой точностью без каких-либо возмущений, вносимых наблюдением, было весьма сильным, и никому даже в голову не приходило сформулировать столь очевидное допущение в явном виде.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
— Вы хотите сказать, — попробовал уточнить мистер Томпкинс, — что область Вселенной, в которой мы обитаем, населена галактиками весьма редко и что плотность населения возрастает по мере того, как мы удаляемся от Земли?
— Ничего подобного, — возразил профессор. — Не следует забывать о том, что из-за конечности скорости света, когда вы смотрите далеко в глубь космического пространства, вы как бы заглядываете далеко назад во времени. Например, так как свету требуется восемь минут, чтобы дойти до нас от Солнца, вспышку на Солнце земные астрономы наблюдают с запозданием в восемь минут. Фотографии нашего ближайшего космического соседа — спиральной галактики в созвездии Андромеды (которую вы, наверное, видели в книгах по астрономии; она расположена от нас на расстоянии примерно в один миллион световых лет) — в действительности показывают, как эта галактика выглядела миллион лет назад. То, что Райл видит или, лучше сказать, слышит с помощью своего радиотелескопа, соответствует ситуации, существовавшей в той далекой части Вселенной многие тысячи миллионов лет назад. Если бы наша Вселенная находилась в стационарном состоянии, то картина не должна была бы изменяться во времени и очень далекие галактики, наблюдаемые с Земли, должны были бы быть распределены в космическом пространстве не плотнее и не реже, чем галактики в ближайшей космической окрестности Земли. Следовательно, если наблюдения Райла показывают, что далекие галактики расположены в космическом пространстве плотнее, чем более близкие галактики, то это эквивалентно утверждению о том, что в далеком прошлом, тысячи миллионов лет назад, галактики были распределены в пространстве плотнее, чем теперь. Ясно, что такое утверждение противоречит теории стационарного состояния Вселенной и подкрепляет первоначальную гипотезу, согласно которой галактики разбегаются и плотность их населения убывает. Но, разумеется, мы должны соблюдать осторожность и подождать, пока результаты Райла не будут подтверждены.
— Кстати сказать, — продолжал профессор, доставая из кармана сложенный листок бумаги, — один из моих ученых коллег, обладающий поэтическими наклонностями, недавно написал на эту тему стихотворение. Вот послушайте:
«Your years of toil»,
Said Ryle to Hoyle,
«Are wasted years, believe me.
The steady state
Is out of date.
Unless my eyes deceive me,
My telescope
Has dashed your hope;
Your tenets are refuted.
Let me be terse:
Our universe
Grows daily more diluted!»
Said Hoyle, «You quote
Lemaitre, I note,
And Gamow. Well, forget them!
That errant gang
And their Big Bang —
Why aid them and abet them?
You see, my friend,
It has no end
And there was no beginning,
As Bondi, Gold,
And I will hold
Until our hair is thinning.»
«Not sol «cried Ryle
With rising bite
And straining at the tether;
«Far galaxies
Are, as one sees,
More tightly packed together!»
«You make me boil!»
Exploded Hoyle,
His statement rearranging;
«New matter's born
Each night and morn
The picture is unchanging!»
«Come off it, Hoyle!
I aim to foil
You yet» (The fun commences)
«And in a while»,
Continued Ryle,
«I'll bring you to your sensed»
(«Все годы ваших хлопот, —
Сказал Райл Хойлу, —
Напрасная трата времени, поверьте.
Стационарное состояние
Ныне не в моде.
И если мои глаза не обманывают меня,
Мой телескоп
Вдребезги разбил ваши надежды;
Ваша теория опровергнута.
Позвольте мне сказать прямо:
Наша Вселенная
С каждым днем становится все более разреженной!»
«Вы ссылаетесь, — сказал Хойл, —
Как я погляжу, на Леметра
И Гамова. Выбросьте их из головы!
Ведь это заблуждающаяся банда
И их Большой Взрыв —
К чему помогать им и поощрять их?
Видите ли, друг мой,
Вселенная не имеет конца
И начала у нее также не было,
На чем Бонди, Голд
И я будем настаивать,
Покуда не поредеют наши волосы!»
«Неверно! — вскричал Райл,
Раздраженный и вне себя от ярости, —
Ибо галактики,
Как нетрудно убедиться,
Упакованы плотнее!»
«Вы просто выводите меня из терпения! —
Взорвался Хойл,
Формулируя свое утверждение по-иному. —
Новая материя рождается
Каждую ночь и каждое утро,
Но картина остается неизменной!»
«Да будет вам, Хойл!
Уж теперь я всерьез вознамерился
Разрушить ваши иллюзии (вот будет потеха!),
А пока, — продолжал Райл, —
Я приведу вас в чувство!» )
— Мне очень хотелось бы узнать, — заметил мистер Томпкинс, — чем закончится этот не на шутку разгоревшийся спор.
С этими словами он, поцеловав на прощанье мисс Мод в щеку, пожелал ей и старому профессору спокойной ночи и отправился к себе домой.
Глава 7
Квантовый бильярд
Однажды мистер Томпкинс возвращался к себе домой страшно усталый после долгого рабочего дня в банке, где он служил. Проход мимо паба, мистер Томпкинс решил, что было бы недурственно пропустить кружечку эля. За первой кружкой последовала другая, и вскоре мистер Томпкинс почувствовал, что голова у него изрядно кружится. В задней комнате паба была бильярдная, где игроки в рубашках с засученными рукавами толпились вокруг центрального стола. Мистер Томпкинс стал смутно припоминать, что ему уже случалось бывать здесь и прежде, как вдруг кто-то из его приятелей-клерков потащил мистера Томпкинса к столу учиться играть в бильярд. Приблизившись к столу, мистер Томпкинс принялся наблюдать за игрой. Что-то в ней показалось ему очень странным! Играющий ставил шар на стол и ударял по шару кием. Следя за катящимся шаром, мистер Томпкинс к своему большому удивлению заметил, что шар начал «расплываться». Это была единственное выражение, которое пришло ему на ум при виде странного поведения бильярдного шара; который, катясь по зеленому полю, казался все более и более размытым, на глазах утрачивая четкость своих контуров. Казалось, что по зеленому сукну катится не один шар, а множество шаров, к тому же частично проникающих друг в друга. Мистеру Томпкинсу часто случалось наблюдать подобные явления и прежде, но сегодня он не принял ни капли виски и не мог понять, почему так происходит.
— Посмотрим, — подумал мистер Томпкинс, — как эта размазня из шара столкнется с другой такой же размазней.
Должно быть, игрок, нанесший удар по шару, был знатоком своего дела: катящийся шар столкнулся с другим шаром в лобовом ударе, как это и требовалось. Послышался громкий стук, и оба шара — покоившийся и налетевший (мистер Томпкинс не мог бы с уверенностью сказать, где какой шар) — разлетелись «в разные стороны». Выглядело это, что и говорить, весьма странно: на столе не было более двух шаров, выглядевших несколько размазанно, а вместо них бесчисленное множество шаров (все — с весьма смутными очертаниями и сильно размазанные) поразлеталось по направлениям, составлявшим от 0 o до 180 o с направлением первоначального соударения. Бильярдный шар скорее напоминал причудливую волну, распространяющуюся из точки соударения шаров.
Присмотревшись повнимательнее, мистер Томпкинс заметил, что максимальный поток шаров направлен в сторону первоначального удара.
— Рассеяние S-волны, — произнес у него за спиной знакомый голос, и мистер Томпкинс, не оборачиваясь, узнал профессора.
— Неужели и на этот раз что-нибудь здесь искривилось, — спросил мистер Томпкинс, — хотя поверхность бильярдного стола мне кажется гладкой и ровной?
— Вы совершенно правы, — подтвердил профессор, — пространство в данном случае совершенно плоское, а то, что вы наблюдаете, в действительности представляет собой квантовое явление.
— Ах, эти матрицы! — рискнул саркастически заметить мистер Томпкинс.
— Точнее, неопределенность движения, — заметил профессор. — Владелец этой бильярдной собрал здесь коллекцию из нескольких предметов, страдающих, если можно так выразиться, «квантовым элефантизмом». В действительности квантовым законам подчиняются все тела в природе, но так называемая квантовая постоянная, управляющая всеми этими явлениями, чрезвычайно мала: ее числовое значение имеет двадцать семь нулей после запятой. Что же касается бильярдных шаров, которые вы здесь видите, то их квантовая постоянная гораздо больше (около единицы), и поэтому вы можете невооруженным глазом видеть явления, которые науке удалось открыть только с помощью весьма чувствительных и изощренных методов наблюдения.
Тут профессор умолк и ненадолго задумался.
— Не хочу ничего критиковать, — продолжал он, — но мне очень хотелось бы знать, откуда у владельца бильярдной эти шары. Строго говоря, они вообще не могут существовать, поскольку для всех тел в мире квантовая постоянная имеет одно и то же значение.
— Может быть, их импортировали из какого-нибудь другого мира, — высказал предположение мистер Томпкинс, но профессор не удовлетворился такой гипотезой и не избавился от охвативших его подозрений.
— Вы заметили, что шары «расплываются», — начал он. — Это означает, что их положение на бильярдном столе не вполне определенно. Вы не можете точно указать, где именно находится шар. В лучшем случае вы можете утверждать лишь, что шар находится «в основном здесь» и «частично где-то там».
— Все это в высшей степени необычно, — пробормотал мистер Томпкинс.
— Наоборот, — возразил профессор, — это абсолютно обычно в том смысле, что всегда происходит с любым материальным телом. Лишь из-за чрезвычайно малого значения квантовой постоянной и неточности обычных методов наблюдения люди не замечают этой неопределенности и делают ошибочный вывод о том, что положение и скорость тела всегда представляют собой вполне определенные величины. В действительности же и положение, и скорость всегда в какой-то степени неопределенны, и чем точнее известна одна из величин, тем более размазана другая. Квантовая постоянная как раз и управляет соотношением между этими двумя неопределенностями. Вот взгляните, я накладываю определенные ограничения на положение этого бильярдного шара, заключая его внутрь деревянного треугольника.
Как только шар оказался за деревянным заборчиком, вся внутренность треугольника заполнилась блеском слоновой кости.
— Видите! — обрадовался профессор. — Я ограничил положение шара размерами пространства, заключенного внутри треугольника, т. е. какими-то несколькими дюймами. И в результате — значительная неопределенность в скорости, шар так бегает внутри периметра треугольника!
— А разве вы не могли бы остановить шар? — удивленно спросил мистер Томпкинс.
— Ни в коем случае! Это физически невозможно, — последовал ответ. — Любое тело, помещенное в замкнутое пространство, обладает некоторым движением. Мы, физики, называем такое движение нулевым. Таково, например, движение электронов в любом атоме.
Пока мистер Томпкинс наблюдал за бильярдным шаром, мечущимся в треугольной загородке, как тигр в клетке, произошло нечто весьма необычное: шар «просочился» сквозь стенку деревянного треугольника и в следующий момент покатился в дальний угол бильярдного стола. Самое странное было в том, что шар не перепрыгнул сквозь деревянную стенку, а прошел сквозь нее, не поднимаясь над уровнем бильярдного стола.
— Вот вам ваше «нулевое движение», — с упреком сказал мистер Томпкинс.
— Не успели оглянуться, а шар «сбежал». Это как, по правилам?
— Разумеется, в полном соответствии с правилами, — согласился профессор. — В действительности вы видите перед собой одно из наиболее интересных следствий квантовой теории. Если энергии достаточно для того, чтобы тело могло пройти сквозь стенку, то удержать его за стенкой невозможно: рано или поздно объект «просочится» сквозь стенку и будет таков.
— В таком случае я ни за что на свете не пойду в зоопарк, — решил про себя мистер Томпкинс, и его живое воображение тотчас же нарисовало ужасающую картину львов и тигров, «просачивающихся» сквозь стенки своих клеток. Затем мысли мистера Томпкинса приняли несколько иное направление: ему привиделся автомобиль, «просочившийся» из гаража сквозь стены, как доброе старое привидение во времена Средневековья.
— А сколько мне понадобится ждать, — поинтересовался мистер Томпкинс у профессора, — пока автомашина, сделанная не из того, из чего делают автомашины здесь, а из обычной стали, «просочится» сквозь стену гаража, построенного, скажем, из кирпичей? Хотел бы я своими глазами увидеть такое «просачивание»!
Наскоро произведя в уме необходимые вычисления, профессор привел ответ:
— Ждать вам придется каких-нибудь 1 000 000 000…000 000 лет.
Даже привыкший к внушительным числам в банковских счетах мистер Томпкинс потерял счет нулям в числе, приведенном профессором. Впрочем, он несколько успокоился: число было достаточно длинным для того, чтобы можно было не беспокоиться о том, как бы автомашина не сбежала, «просочившись» сквозь стенку в гараже.
— Предположим, что все, о чем вы мне рассказали, не вызывает у меня ни малейших сомнений. Однако мне все же остается непонятно, как можно было бы наблюдать такие вещи (разумеется, я не говорю об этих бильярдных шарах).
— Разумное выражение, — заметил профессор. — Конечно, я не утверждаю, будто квантовые явления можно было бы наблюдать на таких больших телах, с какими вам обычно приходится иметь дело. Действие квантовых законов становится гораздо более заметным применительно к очень малым массам — таким, как атомы или электроны. Для таких частиц квантовые эффекты настолько сильны, что обычная механика становится совершенно неприменимой. Столкновение двух атомов выглядит точно так же, как столкновение двух бильярдных шаров, которое вы здесь наблюдали, а движение электронов в атоме очень напоминает «нулевое движение» бильярдного шара, который я поместил внутрь деревянного треугольника.
— А часто ли атомы выбегают из своего гаража? — спросил мистер Томпкинс.
— О да, весьма часто. Вам, конечно, приходилось слышать о радиоактивных веществах, атомы которых претерпевают спонтанный распад, испуская при этом очень быстрые частицы. Такой атом или, точнее, его центральная часть, называемая атомным ядром, очень напоминает гараж, в котором стоят автомашины, т. е. другие частицы. И частицы убегают из ядра, просачиваясь через стенки, — порой внутри ядра они не остаются ни секунды! В атомных ядрах квантовые явления — дело совершенно обычное!
Мистер Томпкинс порядком устал от столь длинной беседы и рассеянно оглянулся по сторонам. Его внимание привлекли большие дедовские часы, стоявшие в углу комнаты. Их длинный старомодный маятник совершал медленные колебания то в одну, то в другую сторону.
— Я вижу, вы заинтересовались часами, — сказал профессор. — Перед вами не совсем обычный механизм, хотя ныне он несколько устарел. Эти часы могут служить прекрасной иллюстрацией того, как люди сначала мыслили себе квантовые явления. Маятник часов устроен так, что амплитуда его колебаний может возрастать только конечными шагами. Теперь все часовщики предпочитают пользоваться патентованными расплывающимися маятниками.
— О, как бы я хотел разобраться в столь сложных вопросах! — воскликнул мистер Томпкинс.
— Нет ничего проще, — ответствовал профессор. — Я зашел в паб по пути на свою лекцию о квантовой теории, потому что увидел в окно вас. А теперь мне пора отправляться дальше, чтобы не опоздать на лекцию. Не хотите ли пойти со мной?
— С превеликим удовольствием! — согласился мистер Томпкинс.
Большая аудитория как обычно была до отказа заполнена студентами, и мистер Томпкинс считал, что ему очень повезло, когда он кое-как примостился на ступенях прохода.
— Леди и джентльмены, — начал профессор. — В двух моих предыдущих лекциях я попытался показать вам, каким образом открытие существования верхнего предела всех физических скоростей и анализ понятия прямой привел нас к полному пересмотру классических представлений о пространстве и времени.
Однако критический анализ основ физики не остановился на этой стадии и привел к еще более поразительным открытиям и выводам. Я имею в виду раздел физики, получивший название квантовой теории. Этот раздел занимается изучением не столько самих пространства и времени, сколько взаимодействия и движения материальных объектов в пространстве и времени. В классической физике всегда считалось самоочевидным, что взаимодействие между любыми двумя материальными телами может быть сделано настолько малым, насколько это требуется по условиям эксперимента, и даже, если это необходимо, практически сведено к нулю. Например, если при исследовании тепла, выделяющегося в некоторых процессах, возникает опасение, что вводимый термометр может забрать на себя некоторое количество теплоты и тем самым внести возмущение в нормальное течение процесса, то экспериментатор пребывает в уверенности, что, используя термометр меньших размеров или миниатюрную термопару, он всегда сможет понизить вносимое возмущение до уровня, который укладывается в пределы допустимой точности измерений.
Убеждение в том, что любой физический процесс может быть в принципе наблюдаем с любой требуемой точностью без каких-либо возмущений, вносимых наблюдением, было весьма сильным, и никому даже в голову не приходило сформулировать столь очевидное допущение в явном виде.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21