Приключения Мистера Томпкинса - Георгий Гамов

(8)

Над такими таблицами можно производить математические операции по сравнительно простым правилам. Каждая такая таблица и называется «матрицей», и некоторые физики вместо того, чтобы иметь дело непосредственно с волновыми функциями, предпочитают оперировать с матрицами. Такая «матричная механика», как ее иногда называют, представляет собой не более чем математическую модификацию обычной «волновой механики». В наших лекциях, посвященных главным образом принципиальным вопросам, было бы излишне входить в эти проблемы более подробно.

Очень жаль, что недостаток времени не позволяет мне рассказать вам о дальнейшем прогрессе квантовой теории в связи с теорией относительности. Эта глава в развитии квантовой теории, связанная главным образом с работами британского физика Поля Адриена Мориса Дирака, приводит ко многим интереснейшим проблемам и стала основой некоторых чрезвычайно важных экспериментальных открытий. Возможно, когда-нибудь в другой раз я еще вернусь к этим проблемам, а пока я должен остановиться. Надеюсь, что прочитанная мной серия лекций позволила вам составить более ясное представление о современной концепции физического мира и пробудила в вас интерес к дальнейшим научным занятиям.

Глава 8

Квантовые джунгли

На следующее утро мистер Томпкинс еще нежился в постели, как вдруг почувствовал, что в комнате есть еще кто-то. Оглядевшись вокруг, он обнаружил своего старого друга профессора. Тот сидел в кресле, уткнувшись в расстеленную на коленях карту и внимательно изучал ее.

— Так вы со мной? — спросил профессор, поднимая голову.

— А куда это вы собрались? — поинтересовался мистер Томпкинс, размышляя над тем, каким образом профессор оказался у него в комнате.

— Разумеется, для того чтобы полюбоваться на слонов и других обитателей джунглей. Владелец бильярдной, где мы с вами недавно побывали, сообщил мне по секрету, откуда он берет слоновую кость для своих бильярдных шаров. Видите район, который я обвел на карте красным карандашом? Имеются основания полагать, что внутри него все подчинено квантовым законам с очень большой квантовой постоянной. Местные жители считают, что в тех краях поселились дьяволы, и я боюсь, что нам будет очень трудно найти себе проводника. Но если вы хотите отправиться со мной в путь, вам надо поторапливаться. Судно отходит через час, а нам еще нужно по дороге в порт заехать за сэром Ричардом.

— А кто это сэр Ричард? — спросил мистер Томпкинс.

— Как, вы никогда не слыхали о нем? — профессор был явно изумлен. — Сэр Ричард известный охотник на тигров. Он решил отправиться вместе с нами, когда я обещал ему интересную охоту.

На причал участники экспедиции прибыли как раз вовремя для того, чтобы наблюдать за погрузкой на борт судна груза из нескольких длинных ящиков с ружьями сэра Ричарда и специальными пулями, изготовленными из свинца, который профессор получил от управляющего свинцовыми рудниками, расположенными неподалеку от квантовых джунглей. Мистер Томпкинс еще раскладывал вещи в каюте, когда мерная вибрация корпуса судна возвестила ему, что пароход отошел от причала. В морском путешествии всегда есть нечто неотразимо привлекательное, и мистер Томпкинс не заметил, как их судно пришвартовалось в очаровательном восточном городе — ближайшем к таинственным квантовым джунглям населенном пункте.

— Для путешествия по суше нам нужно приобрести слона, — объявил профессор. — Не думаю, что кто-нибудь из местных жителей рискнет отправиться с нами, поэтому управлять слоном придется нам самим. Полагаю, что вы, мистер Томпкинс, прекрасно справитесь с этой задачей. Я буду слишком поглощен научными наблюдениями, а сэр Ричард должен будет управляться со всем охотничьим снаряжением.

На душе у мистера Томпкинса было очень неспокойно, когда придя на слоновый рынок, расположенный на окраине города, он увидел огромных животных, одним из которых ему предстояло управлять. Сэр Ричард, великолепно разбиравшийся в слонах, выбрал красивого крупного слона и спросил у владельца, сколько тот хочет за животное.

— Храп ханвек о хобот хам. Хагори хо, о Хохохохи, — ответил туземец, обнажив в улыбке ослепительно белые зубы.

— Он просит за него уйму денег, — перевел сэр Ричард, — но говорит, что его слон из квантовых джунглей и поэтому стоит дороже. Так как, купим этого слона?

— Непременно, — сказал профессор. — На пароходе мне довелось слышать, что слоны иногда заходят из квантовых территорий и туземцы их ловят. Такие слоны гораздо лучше своих сородичей из других областей, и сейчас нам просто повезло, что мы можем купить животное, которое чувствует себя в квантовых джунглях, как дома.

Мистер Томпкинс осмотрел слона со всех сторон. Что и говорить, это было очень красивое, огромное животное, однако, мистер Томтгкинс не заметил в повадках слона каких-либо отличий по сравнению с теми слонами, которых ему доводилось видеть в зоопарке.

— Вы говорите, что это квантовый слон, а для меня он вполне обычный слон и ведет себя не так занятно, как бильярдные шары, сделанные из бивней некоторых из его сородичей. Например, почему он не расплывается по всем направлениям? — обратился мистер Томпкинс к профессору.

— Вы медленно схватываете суть дела, — заметил профессор. — Слон не расплывается из-за своей очень большой массы. Некоторое время назад я уже объяснял вам, что неопределенность в положении и скорости зависит от массы. Чем больше масса, тем меньше неопределенность. Именно поэтому квантовые законы не наблюдаются в обычном мире даже для таких легких тел, как пылинки, но становятся вполне заметными для электронов, которые в миллиарды миллиардов раз легче пылинок. Но в квантовых джунглях квантовая постоянная гораздо больше, но все же недостаточно велика, чтобы порождать поразительные эффекты в поведении столь тяжелого животного, как слон. Неопределенность в положении квантового слона можно заметить, только если пристально вглядеться в его очертания. Возможно, вы заметили, что поверхность слоновой кожи не вполне определенна и кажется несколько неотчетливо видимой. Со временем эта неопределенность увеличивается очень медленно. Мне кажется, что именно с этим обстоятельством связана местная легенда, будто у старых слонов из квантовых джунглей длинная шерсть. Я полагаю, что на не столь крупных животных, обитающих в квантовых джунглях, замечательные квантовые эффекты будут более заметными.

— Хорошо, что в эту экспедицию мы отправляемся не верхом на лошадях, — подумал мистер Томпкинс. — Ведь если бы мы вздумали отправиться в квантовые джунгли на лошадях, я никогда не мог бы сказать с уверенностью, где моя лошадь — у меня под седлом или в следующей долине.

После того, как профессор и сэр Ричард со своими ружьями взгромоздились в корзину, укрепленную на спине слона, а мистер Томпкинс в новой для себя должности погонщика занял свое место на шее слона, крепко сжимая в руке некое подобие багра — стрекало, которым настоящие погонщики управляют своим подопечным; экспедиция тронулась в путь к таинственным джунглям.

От жителей города наши путешественники узнали, что добраться до джунглей можно примерно за час, и мистер Томпкинс, изо всех сил пытаясь сохранить равновесие между ушами слона, вознамерился с пользой использовать время, чтобы порасспросить у профессора о квантовых явлениях.

— Скажите, пожалуйста, — начал мистер Томпкинс, повернувшись к профессору, — почему тела с малой массой ведут себя столь необычно и как можно истолковать с точки зрения обычного здравого смысла ту квантовую постоянную, о которой вы все время говорите?

— О, — воскликнул профессор, — понять это не так уж трудно. Необычное поведение всех объектов в квантовом мире объясняется просто тем, что вы на них смотрите.

— Они настолько стыдливы? — улыбнулся мистер Томпкинс.

— «Стыдливы» — не то слово, — сурово ответствовал профессор. — Суть дела в том, что всякий раз, производя любое наблюдение, вы непременно возмущаете движение наблюдаемого объекта. Раз вы узнаете что-то о движении какого-то тела, то это означает, что движущееся тело произвело какое-то действие на ваши органы чувств или на прибор, который вы использовали при наблюдении. В силу равенства действия и противодействия мы приходим к заключению, что ваш измерительный прибор также воздействовал на тело и, так сказать, «испортил» его движение, введя неопределенность в положение и скорость тела.

— Если бы я тронул бильярдный шар пальцем, то, конечно, внес бы возмущение в его движение, — недоуменно произнес мистер Томпкинс. — Но я только посмотрел на него. Неужели этого достаточно, чтобы возмутить движение бильярдного шара?

— Разумеется, вполне достаточно! Вы же не можете видеть бильярдный шар в кромешной тьме. А если вы вынесете шар на свет, то лучи света, отражающиеся от шара и делающие его видимым, воздействуют на него (мы говорим о таком воздействии как о «давлении света») и «портят» движение шара.