В погоне за Солнцем

Подобно тому как эйнштейнова общая теория относительности применялась к взаимодействиям крупнейших объектов вселенной, квантовая механика описывала происходящее на атомном и субатомном уровнях, где явления полностью расходятся с нашим повседневным опытом. Например, квантовая частица (скажем, фотон – частица, не обладающая ни массой, ни зарядом) настолько невещественна, что способна перемещаться из одного пункта в другой без движения через промежуточное пространство: она просто перестает существовать в одном пункте, одновременно возникая в другом, – квантовый скачок. Это противоречит здравому смыслу: естественно предположить, что для перемещения из пункта A в расположенный на некотором расстоянии пункт C

необходимо пройти сквозь нечто. Известно, как Нильс Бор ответил своему копенгагенскому студенту, который пожаловался на головокружение от квантовой механики: “Если кто-то скажет, что может размышлять о квантовых задачах без головокружения, это будет означать, что он ничего в них не понимает”[873]. Брайан Кэткарт приходит на помощь:

Техника Планка имела существенный недостаток: она работала только в том случае, если вы отказывались от важной составляющей классических законов физики – принципа непрерывности. Этот принцип работает и на кухне: молоко “непрерывно” в том смысле, что любое требуемое количество может быть отмерено и добавлено при готовке, в то время как яйца “дискретны” – только извращенная кулинарная книга будет требовать взять четверть яйца… Это стало первым намеком на пределы чувственного восприятия: законы физики, применяемые в наблюдаемом мире, могут и не действовать на атомном уровне[874]

.

Эти законы было не так просто принять. Совсем недавно, в 1999 году, на одной физической конференции был проведен опрос о квантовой механике. Из девяноста опрошенных только четверо ответили, что принимают стандартную интерпретацию, вытекающую из постулатов Бора – Планка, а целых пятьдесят отметили галочкой вариант “Ничто из вышеперечисленного, затрудняюсь ответить”. Но квантовая теория работала тогда и работает сейчас: она объясняет и предсказывает явления, для которых нет других объяснений. Классическая физика является детерминистской: если A, то B

; пуля, выпущенная в окно, разбивает стекло. В квантовом мире это будет истинно лишь в большинстве случаев. В квантовой физике возможны случаи, когда квантовые частицы, ведя себя не как частицы, а как волны, проходят сквозь силовое поле так, как если бы “пушечное ядро прошло нетронутым сквозь крепостную стену”[875]

– явление, получившее название “туннельный эффект”. Это было продемонстрировано важнейшим экспериментом, проведенным в 1909 году: радиоактивные элементы испускали частицы, на пути которых помещалась тонкая пластина золотой фольги, и лишь очень незначительное их число отражалось от пластины – Резерфорд назвал это явление таким же невероятным, “как если бы вы выстрелили по листу папиросной бумаги пятнадцатидюймовым снарядом, и он бы отразился”[876]. За следующие сорок лет ученые прошли путь от начального знания о протонах и нейтронах, составляющих атомное ядро, до понимания основ термоядерного синтеза, на котором работает Солнце. Этот процесс может объяснить только квантовая физика, в рамках классический физики синтез атомных ядер невозможен, потому что все ядра несут положительный заряд и, соответственно, отталкиваются друг от друга. Как сказал один крупный физик, “согласно классической физике две частицы с одинаковым зарядом будут отталкивать друг друга, как если бы они чувствовали друг у друга плохой запах изо рта”[877]. Классическая физика отрицает возможность того, что два протона внутри звезды могут достичь такой скорости, чтобы, прорвав электромагнитные поля друг друга, слиться в единое ядро. Но туннельный эффект позволяет протонам преодолевать барьер электромагнитного отталкивания. В условиях высокой температуры и плотности – результат гравитации солнечной массы – протоны преодолевают обычные силы отталкивания и сливаются, образуя стабильные ядра гелия, а избыток массы переходит в излучаемую энергию. И вот перед нами вовсю сияет Солнце – живое доказательство несовершенства классической физики.