С.Ивановский. Всем добрый день. Дмитрий Юрьевич разрешил, так сказать, провести такую вот необычную встречу, поскольку канал всё-таки подразумевает историческую тему и интересен с точки зрения истории, но вот сегодня мы хотим познакомиться с понятиями физики, с понятиями квантовой механики и с историей науки квантовая механика. И в студию пригласили человека, у которого когда-то учился лично я, Соколов Александр Иванович. И вот мы немножко попросим его представиться, рассказать немножко о себе. Добрый день.
А.И.Соколов. Добрый день, здравствуйте. Значит, я работаю сейчас в Санкт-Петербургском университете на физическом факультете на кафедре квантовой механики. Ну и в число моих профессиональных обязанностей входит чтение лекций по этому курсу для студентов физического факультета университета. До этого я много лет работал в ЛЭТИ, действительно очень много лет, ну и преподавал примерно то же, но немножко в меньших объёмах, поскольку ЛЭТИ – институт техническо-…
С.Ивановский. Инженерный.
А.И.Соколов. Инженерный, совершенно верно. Вот. Ну, как меня зовут, ведущий сказал, теперь можем перейти к конкретному разговору.
С.Ивановский. Ну, соответственно, было бы интересно узнать для начала о том вообще, как вы попали в тему квантовой механики, потому что, видимо, когда вы были студентом, эта тема уже каким-то образом в советский период развивалась, можно было выбирать специализации. Вот почему квантовая механика?
А.И.Соколов. Ну, у меня путь к квантовой механике был непростой – не потому что нельзя было выбрать или потому что не было для этого условий, условия были все. Физическое образование в Советском Союзе было поставлено очень хорошо, и не только в Москве и Ленинграде и других крупных городах. Поэтому то, что я не с самого начала заниматься квантовой механикой, это и моя вина, и моя беда. Я поступал в институт, мне еще даже 17 лет немножко не исполнилось, и поэтому я еще толком не знал, чего мне хочется.
С.Ивановский. А тогда можно было раньше поступать или так просто сложилось?
А.И.Соколов. Нет, я родился в сентябре, поэтому как-то формально мне еще не было 17, а фактически 17 уже реально было, вот. Ну и в то время я увлекался радио, ну и поэтому поступил на радиотехнический факультет ЛЭТИ, факультет был сильным, в этом смысле тут все в порядке, вот. А увлекся квантовой механикой и теоретической физикой вообще уже курсе на втором. Это произошло позже, чем я выбирал ВУЗ, ну и когда я это понял, то потихоньку начал заниматься теоретической физикой сам в свободное от учёбы на техническом факультете время, вот. Постепенно пришла мысль о том, чтобы перевестись в университет. В университет мне перевестись не удалось, тогда было такое положение – надо было, чтобы один вектор принял, а другой ректор отпустил, вот. Меня ректор ЛЭТИ не отпустил, у него были на то объективные причины, я хорошо учился, вот, значит, и ничего из этого не вышло. Ну, против, как говорится, себя…
С.Ивановский. Не пойдёшь.
А.И.Соколов. Не пойдёшь, да. Поэтому я потихоньку занимался вечерами тем, что было очень интересно, и так потихоньку-потихоньку-потихоньку, значит, вот как-то за несколько лет основы этой науки освоил. Здесь очень важную роль сыграла и общая обстановка в стране, 60-е годы это время не только там оттепели, это много чего еще, много интересного в стране происходило, но еще время повального увлечения наукой. И не потому что за это, как говорится, хорошо платили или, так сказать, это было как-то вот, это было просто престижно. То есть занятие научной работой это было вот, вот это было очень и очень круто в то время.
С.Ивановский. Так вот а почему? То есть это потому, что было в новинку, потому что наука была только в становлении? И поэтому как бы люди цеплялись, да?
А.И.Соколов. Вы понимаете, это очень трудно объяснить, я думаю, здесь очень много было факторов. Во-первых, это было явление не только советское, это было явление мировое. Тогда в науку и в Европе, и в Америке пришло очень много молодёжи, это известная вещь. Конечно, за науку хорошо платили, то есть это было помимо того что престижно, это были ещё люди материально заинтересованы. Этот фактор был, но я не думаю, что он был главным. Все-таки заниматься наукой или там преподавать в институте, в университете, ну, это было, во-первых, интересно. Кому это вообще интересно, такие люди всегда есть, может процент больше-меньше, но вот такие люди всегда есть. Ну и успехи науки были колоссальными всё-таки в послевоенное время, отчасти в связи с развитием экспериментальной техники, радиоэлектроники, были сделаны очень серьезные открытия во всех отраслях науки. Ну, можно перечислить в качестве примеров такие вещи как то, скажем, открытие в радиоастрономии, когда выяснилось, что мы можем космос изучать не только в телескопы, чем люди занимались…
С.Ивановский. Пеленгованием как бы.
А.И.Соколов. Конечно, несколько сотен лет, были созданы очень мощные приборы, и все мы видели только в оптическом диапазоне. Тут выяснилось, что можно принимать радиосигналы. Откуда взялась такая возможность? Для военных целей породили радиолокаторы. Понятно, надо было, значит, самолеты противника обнаруживать, сбивать и так далее. Здесь очень большую работу провели и немцы, и американцы, и англичане. А после войны очень много этого оборудования просто оказалось не нужным – ну, война закончилась.
С.Ивановский. Ну да.
А.И.Соколов. А гражданская авиация еще не была развита до такой степени, что и гражданский аэропорт надо было обставлять электроникой и чтобы там сажать по два самолета каждую минуту, такого еще не было, вот. Ну и вот, например, в знаменитой кембриджской лаборатории в Англии вот это электронное оборудование, там волноводы, магнетроны, там всякие электронные блоки, они шли вагонами, это просто известный факт. А мудрый директор лаборатории, он всё это принимал, он понимал, что вот это сработает, и это сработало. Вот это радиостроение фактически зародилась вот в Англии в старинных университетских центрах. Это была очень мудрая научная политика. Были очень серьезные открытия и в теоретической физике, и здесь, кстати, вот наши физики тоже оказались на первых ролях, вот. Общая обстановка – полет Гагарина, запуск спутника, вот все это очень сильно подогревало интерес к науке, вообще интерес к передовой технике. При том что, в общем-то, скажем, во всех странах, и в нашей в особенности, очень многие вещи были засекречены. Например, фотография ракеты Р-7, на которой сегодня до сих пор летают в космос, значит ,она была абсолютно секретной, и впервые показали ее лет через 8 после полета Гагарина, 7 или 8. До этого она считалась, ну, потому что она не только для Гагарина делалась, она еще делалась для того, чтобы привезти водородную бомбу на голову супостатам, собственно…
С.Ивановский. Ну понятно.
А.И.Соколов. И из-за того, что водородную бомбу не смогли сделать легче 5 тонн, произошли наши грандиозные успехи в космонавтике. В эти 5 тонн поместился и корабль «Восток» с Ю.А. Гагариным, а потом ещё и корабль «Восход», где было уже 3 космонавта. Вот эти вещи, они очень сильно двигались вперёд, развивались. И это была у всех на слуху, вот. Ну и, конечно, в нашей стране особый интерес к этому был еще потому, что, в общем-то, ну, и царская Россия, и довоенный Советский Союз, они не были, я бы сказал так, на переднем крае уж совсем мировой науки. И тут рук выяснилось, батюшки святы, мы первые, причем первые очень много в чём. В 57 году в Дубне запускают самый большой в мире ускоритель элементарных частиц. Это очень сложный прибор, его магниты весили не тонны, они весили тысячи тонн.
С.Ивановский. Ну, можно так вот описать, если описать кратко, да, т.е. это вот по объёму сооружение какого формата?
А.И.Соколов. А сооружение такое – диаметр ускорителя 65 метров, это огромные такие металлические блоки, там магниты, обмотки и т.д. Ну и чтобы понять, каков, ещё полезно сообщить, что в момент импульса, когда частицы разгонялись, проводился сам опыт, дубнинский синхрофазотрон потреблял энергию в треть Днепрогэса.
С.Ивановский. В треть Днепрогэса, понятно.
А.И.Соколов. Треть Днепргэса. Ну вот…
С.Ивановский. И мы оказались в этом первыми?
А.И.Соколов. И мы оказались по мощности вот некое время, в течение 5-6 лет у нас был самый мощный ускоритель. Я не могу сказать, что на нём были сделаны какие-то такие эпохальные открытия. Вот у нас энергия ускорителя была круглые 10 этих самых, 10 гигаэлектронвольт. Но, значит, я не знаю, почему была выбрана эта цифра 10. Когда я читал про американский…
С.Ивановский. Гигаэлектронвольт можно раскрыть – миллиард электронвольт.
А.И.Соколов. Ну вот, электронвольт это энергия, которая, вот когда у вас из батарейки идёт ток, вот электрон там энергию приобретает 1,5 вольта.
С.Ивановский. 1,5 вольта.
А.И.Соколов. Вот на ней написано – 1,45.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. А здесь миллиарды, здесь миллиарды. Это колоссальное сооружение. И оно не только потребовало больших денег на сооружение, нет, это всё очень серьёзная инженерная работа. Ускоритель нельзя сделать на коленке, необходимы тысячи инженеров, высококвалифицированных рабочих, и всё это было создано.
С.Ивановский. Вот если это, получается, 57 год, то это, получается, с 45 года, получается, в такие кратчайшие сроки, скорее всего, эти люди, которые отвоевали, поступили, что-то закончили, стали инженерами, и сумели сделать такие сооружения.
А.И.Соколов. Совершенно верно. Правительство страны очень быстро осознало, может, оно осознавало это всегда, но после войны встал особенно, вопрос очень остро встал, что в стране просто мало квалифицированных кадров. Их и было немного, в 30-е годы была создана сеть учебных вузов, это были десятки и сотни вузов. Там были подготовлены люди, но часть их погибла на войне, часть из них дисквалифицировалась, потому что 4 года на фронте была, ну и т.д. И встал, в общем, вопрос подготовки кадров. Ну а чтобы готовить кадры, нужны преподаватели. Как подготовить и преподавателей тоже – вопрос решается очень просто. Средняя зарплата рабочего по стране – 700 рублей. Назначаем зарплату доценту 3200 рублей.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Агитация дальше никакая не нужна.
С.Ивановский. Агитация не нужна.
А.И.Соколов. Люди будут сидеть ночами, недоедать, питаться пшённой кашей, и они будут учиться. А профессор вообще 4500 рублей. Ну, для сравнения, автомобиль «Москвич», который самый первый, который являлся немножко переделанным вариантом «Опеля Кадетта», он стоил 9000. Т.е. 2 профессорских зарплаты – 1 автомобиль, новый, из магазина.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Вот. И вот это позволило за несколько лет решить…
С.Ивановский. Вопрос кадров инженерных.
А.И.Соколов. Конечно-конечно. Кроме того, очень разумно использовались те немцы, которые у нас в плену оказались. Среди них было, конечно, не такое количество крупных учёных, какое вывезли американцы. Американцы собрали сливки – ну, по понятным причинам. При этом они совершенно не смотрели на то, эти люди сотрудничали с Гитлером, не сотрудничали с Гитлером. Вернер фон Браун, который отвёз американцев на Луну в 69 году, это его ракета Сатурн-5, он является главным конструктором, в его кабинете она стояла у него за спиной, моделька. Там все его ракеты от Фау-2, ну, стоял и Сатурн-5. Он вообще-то был не просто другом Гитлера, он ещё входил в так называемый кружок друзей рейхсфюрера СС, т.е. Гиммлера.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Т.е. человек был, мягко говоря, очень сильно вписан в систему.
С.Ивановский. Политизирован.
А.И.Соколов. Ну конечно, конечно. Американцы его вывезли, долгое время скрывали, что он у них, ему долгое время не давали работать наравне с американскими инженерами вот именно из-за того, что его приходилось прятать. Но когда мы запустили спутник, а потом Гагарина, маски были сброшены. Все поняли, что американские инженеры не справляются, они отстают от русских, всё. А Браун, вот он. И он за 8 лет, с 61 года начал, в 69 привёз их на Луну.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Вот. У нас был очень крупный электронщик немецкий Манфред вон Арденне, вот он, как говорится, нашим достался. Он работал у нас, работал плодотворно, но работал не из под палки, не за большие деньги, а с ним, как говорится, проводил разъяснительную работу, скажем, академик Арцимович, который долго говорил ему – послушайте, вы же ведь видели, что Германия никогда не победит Советский Союз, очевидно просто из географической карты. Вот Германия, а вот Союз. У нас же ресурсы, у нас резервы. Что бы вы там ни творили в Европе, мы всегда можем откатиться, собраться с силами и…
С.Ивановский. И пойти заново.
А.И.Соколов. И пойти заново, да. Неужели вы не видели, что это было безнадёжное дело? Ну и в результате вот так, как говорится, душевных бесед фон Арденн стал другом Советского Союза потом, работал у нас он и его сотрудники. Это были сотни немецких инженеров, они потом (сейчас это рассекречено всё) принимали участие в создании нашей ядерной техники (не самой бомбы) и в создании наших вот электронных всяких систем для космических исследований, ну, много для чего. Потом они все вернулись домой, четверо из них, по-моему, чуть не получили звание Героя социалистического труда. Я повторяю, что я об этом прочитал буквально год или два назад. Т.е. всё было по-человечески сделано.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Не говоря уже о строителях, о немецких рабочих, которые аккуратные, квалифицированные. Поломали – теперь стройте.
С.Ивановский. Вот если говорить всё-таки, вернуться к квантовой механике, да, т.е. у нас всё-таки в Советском Союзе, видимо, тема больше шла вокруг атомной бомбы?
А.И.Соколов. Вы знаете, вот эта история на самом деле непростая. Вот квантовая физика, первые звоночки раздались ещё в 19 веке. Первое упоминание о том, что поведение частиц в микромире… вроде бы вот историки считают, что первым об этом заговорил Максвелл. Тот самый Максвелл, который создал теорию электромагнитного поля, великий английский учёный, который вот фактически является родоначальником науки, которая называется по-учёному электродинамика, а просто теория электромагнитного поля.
С.Ивановский. То, что я заканчивал.
А.И.Соколов. Да, на этой теории работают радиостанции, ваши мобильники и телевизоры, абсолютно всё. Вот он, он кроме того что для теории электромагнетизма очень много сделал, он фактически её создал, он ещё очень много сделал в других областях физики. И вот Максвеллу принадлежит одно из статистических распределений, он первый, кто выяснил, как вот молекулы, частички воздуха, когда воздух нагрет до определённой температуры, сколько процентов молекул какие скорости имеют средние тепловые, это линии Максвелла знаменитые. Он вывел соответствующую формулу, получил соответствующие вещи, которые можно померить экспериментально. И тут выяснилась одна очень неприятная вещь, что вот эта теория Максвелла, которая была (он был уверен в том, что она справедлива), она описывает не все газы. Вот часть газов она описывает идеально хорошо, но есть газы, в которых предсказания от результата эксперимента отличаются на десятки процентов. Это не просто так немножко…
С.Ивановский. Это много.
А.И.Соколов. Это много, да. Отличается там, вот. И Максвелл был настолько уверен, не потому что он был самонадеянный, он был очень скромный человек, очень малословный, очень глубокий мыслитель, вот. Он был настолько уверен в правоте своей науки про газы, что он в одном из своих трудов написал, что, по-видимому, в мире микрочастиц действуют какие-то совсем другие законы, которых мы пока не знаем. Вот это было первое упоминание о том, что в микромире всё не так. В конце 19 века уже был большой набор спектральных данных, т.е. люди изучали, как светятся отдельные твёрдые тела, газы, вот с газами было самое интересное. Были получены спектральные портреты вот этих как бы отдельных молекул.
С.Ивановский. Т.е. это через газ пропускается…
А.И.Соколов. Газ греется, скажем, нагревается, или через газ пропускается свет и поглощается, совершенно верно, спектр излучения и поглощения. И выяснилось, что они линейчатые. Т.е. почему-то вот частицы газа не весь свет поглощают. Вот у вас тут чёрные стенки в студии, да, они всё поглощают, никаких исключений нет. Или солнышко светит, оно светит во всём спектральном диапазоне. Возьмите призму, увидите там фиолетовый, красный, зелёный, жёлтый, вот. А вот с газом такая история – он на определённых, вполне определённых частотах что-то делает, там несколько спектральных линий – жёлтенькая, зелёненькая, красненькая, а других нет.
И вот к тому времени физики-экспериментаторы собрали огромный набор данных. Он был настолько большой, что Резерфорд в шутку называл его, эту науку, спектроскопию, ботаникой или зоологией. Т.е. зверья много, все непохожие, закономерностей никаких, но физики-экспериментаторы набирали вот эти данные. Это была очень важная работа. Потом провели некую систематизацию. Люди понимали, что, наверное, водород, поскольку он самый лёгкий, он самый простой, и стали его детально изучать. Были установлены некие закономерности, оказалось, что эти спектральные линии, они не случайные, а можно очень простенькое математическое выражение написать, просто угадать, и вот оно тогда пишет вот эти самые. Там одну константу взять для эксперимента, а основные циферки сами лягут.
С.Ивановский. Т.е., получается, сначала поставили опыт, а потом как бы попытались описать математикой?
А.И.Соколов. Конечно. Физика – наука экспериментальная, это хорошо известно. И, конечно, толчком ко всему этому делу является эксперимент, безусловно. И в классической механике с чего началось – ну, все знают, как Ньютон сидел под яблоней, упало яблоко якобы. Перед этим он ещё долго изучал, законы Кеплера знал, и кроме того, ещё изучал таблицы астрономических наблюдений, и знал, как планеты движутся вокруг Солнца. А это всё было сделано до него, такие дотошные, терпеливые, очень одарённые, очень увлечённые люди – Тихо Браге, Кеплер, вот они всю эту информацию собрали, вот. Ну а когда яблоко упало, Ньютон понял, что вроде как на небе и на земле действуют одни и те же законы. И он решил проверить – вот если здесь всё притягивается и падает…
С.Ивановский. Вниз.
А.И.Соколов. С ускорением, вниз, да, то вот эти законы, они также будут управлять и небесными телами, т.е. они так же притягиваются, тоже так же как бы на Солнце, но промахиваются, поскольку крутятся, вот. Ну и для того чтобы проверить, надо было что знать – надо было знать законы, которые управляют движениями материальных тел. Был известен закон инерции, закон Галилея, т.е. в своё время великий итальянец Галилео Галилей додумался до потрясающей вещи, что и лёгкие, и твёрдые тела падают с одинаковой скоростью. Это было крупное открытие, поскольку возьмите свинцовую дробинку и возьмите там…
С.Ивановский. Кирпич.
А.И.Соколов. Пушинку или кирпич, сбросьте их с одной высоты. Понятно, дробинка прилетит первой, кирпич попозже, а пушинка ещё долго будет летать. Вот Галилей догадался, что дело в сопротивлении воздуха. А если вот воздуха не было бы, так оно бы и…
С.Ивановский. Одинаково летело.
А.И.Соколов. Одинаково упали. Это было очень крупное открытие. Тем более что эксперимент, который проводил Галилей, ему это нетрудно было делать, он примерно в 300 метрах жил от наклонной Пизанской башни. Дом Галилея в Пизе есть, если вы будете там, в этом замечательном городе, то придите на эту площадь, где стоит наклонная башня, она называется Пьяцца деи Мираколи, Площадь Чудес, красивое название. И метрах в 300 по одной из главных улиц вы дойдёте до дома Галилея. Там есть большая мемориальная доска на 2 этаже, на которой написано, что в этом доме когда-то давно, в доме богатого купца Винченцо Галилея родился Галилео Галилей, будущий и т.д., естественно, по-итальянски. Вот, значит.
Ну и вот он с этой башни кидал разные предметы, как утверждает легенда (башня довольно здорово наклонена, там 7 градусов угол, вот), и постепенно догадался до этого. Ну а других-то законов не было. В частности, было непонятно, а под действием силы как тело разгоняется или, может, летит с постоянной скоростью? Вот мы знаем, да, самолёт взлетел, двигатели дают постоянную тягу, и самолёт летит с постоянной скоростью. Т.е. вроде как скорость пропорциональна силе. Двигатели газу поддали, самолёт полетел быстрее. Вот Ньютон понял, что это не так, что сила, она создаёт ускорение, а не скорость. А скорость это из-за того, что есть торможение воздуха, и когда тяга двигателей уравновешивается с сопротивлением воздуха, вот тогда на постоянную скорость самолёт и выходит.
Вот, и он за очень короткое время вот эти 2 своих закона механики открыл, значит. Ну и вот имея их на руках, он смог проверить предсказание своего же закона всемирного тяготения, он смог рассчитать движение планет по орбитам. Он рассчитал и оказалось, что, получается, вот эти законы Кеплера, который Иоганн Кеплер открыл несколько раньше чисто из эмпирических наблюдений. Он просто увидел, что там некие такие хорошие закономерности простые получаются, а за которыми пока никакой больше науки не стояло.
С.Ивановский. Т.е. получается, что они, т.е. то, что мы и сказали, да.
А.И.Соколов. Да, это эксперимент.
С.Ивановский. Эксперимент, который они пытались как-то рассчитывать, эти расчёты фиксировались, и потом выводилась определённая закономерность.
А.И.Соколов. Более того, эксперимент подтолкнул и математику. Дело в том, что когда Ньютон начал вот пытаться описать закон движения, формулировать уравнение механики, выяснилось, что математики подходящей нет. Ну, Ньютон был человек самостоятельный, он взял заодно и математику открыл, создал дифференциальное исчисление. Пришлось сделать. Ну вот он открыл дифференциальное исчисление, заодно там ещё открыл и … В математике есть такие объекты очень интересные – ряды степенные, на самом деле, это тоже потом были переоткрыты, имена у них другие. Но на самом деле Ньютон вовсю ими пользовался. Вот. И выяснилось, правда, что есть другой неглупый человек, его звали Лейбниц, который тоже создал дифференциальное исчисление. И потом долгое время разбирались, кто был первым. На самом деле всё вместе происходило – Ньютон на острове, а Лейбниц на континенте.
С.Ивановский. Т.е. получается, что люди думали, т.е. какие-то задачи перед людьми стояли примерно одинаковые, и имели примерно одинаковое решение.
А.И.Соколов. Вы знаете, я не знаю, из чего исходил Лейбниц. Лейбниц не был физиком, он был всё-таки математиком. У математики есть собственная внутренняя логика, она развивается…
С.Ивановский. По своим законам.
А.И.Соколов. Да-да. Первой математической дисциплиной была геометрия, ну а геометрия в переводе на русский язык – землемерие.
С.Ивановский. Ну да, понятно, что тоже опыт эксперимент.
А.И.Соколов. Конечно. Надо было землю делить, а если тебе землю не додали, так ты с голоду помрёшь. Вопрос серьёзный. Да. Ну и вот, значит, люди начали делить. Чтобы делить, понадобилось рисовать картинки, считать площади, и так ещё в древнем мире, у египтян, вавилонян возникла вот эта наука геометрия, которая уже в Древней Греции приобрела очень серьёзные очертания. Теорема Пифагора, вот эти все вещи, они же, Бог знает, сколько им лет, им тысячи лет.
С.Ивановский. Тысячи лет, да.
А.И.Соколов. Вот, значит, это первая математическая дисциплина. Потом арабы очень сильно продвинули абстрактную математику, они догадались… Ну, во-первых, они придумали арабские цифры, которыми мы до сих пор пользуемся. Спасибо за это огромное арабам.
С.Ивановский. Были бы шляпы, сняли бы.
А.И.Соколов. Конечно. Римские цифры, они же страшно неудобные.
С.Ивановский. Ну да.
А.И.Соколов. В повседневной жизни. Арабские замечательные. Арабы пошли дальше, они придумали некие общие методы решения задач, когда вот вам надо, скажем, сосчитать какие-то похожие количества, но в каждом случае разные входные данные. Там налили 5 литров воды, налили 10 литров воды. А можно общую формулу написать. Только вместо цифр надо буквы написать, а потом вместо них подставлять цифры. Так возник алгебраический метод. Слово «алгебра» происходит от арабского «аль-джебр», это был метод решения вот таких задач, вот. Ну и вот математика, она так вот двигалась, развивалась, но такие толчки к возникновению новых разделов очень часто давала физика и астрономия.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. До сих пор в наших университетах нет математических факультетов, а есть механико-математические. Это потому что механика и классическая математика – страшно близкие вещи. И астрономия обычно на мехмате вот именно по этой причине. Ну и вот так была построена классическая механика. Потом, вслед за Ньютоном, её ещё несколько раз переформулировали. Не потому что у Ньютона всё было неправильно – всё было правильно. Более того, Ньютон даже предвосхитил некоторые вещи, о которых он догадываться не мог. Он предъявил некоторые уравнения механики в такой форме, что они оказались справедливыми в механики теории относительности. Естественно, Ньютон об этом… Но вот так он грамотно всё построил, уж не знаю, из чего он исходил.
С.Ивановский. Т.е. это просто математика так сложилась, и он как бы не смог трактовать её? Или я неправ?
А.И.Соколов. Нет-нет, он просто написал 2 закон Ньютона не через массу на ускорение, а через производную от импульса. Если вы в обычной механике напишите, ну, перепишите массу на ускорение, это всё совпадает. Но в релятивистской механике вот второй вариант Ньютона применим и там. А вот эта самая, масса на ускорение, у нас уже она в обычной механике не очень хорошо. Масса постоянная, а масса, как известно, со скоростью меняется. Это просто курьёз такой. Вряд ли Ньютон о чём-то таком догадывался. Он много о чём догадывался, но не об этом. Вот.
Ну и также было вот, классическая механика – основа всех наук, она к концу 18 века была развита настолько, ну, наверное, все об этом знают, что дальние планеты предсказали, просто анализируя движение более близких. Было видно, что движение планет – Юпитера, Марса, они описываются очень хорошо механикой, но вот для дальних планет есть небольшие отклонения. Было непонятно, откуда всё берётся. Пока не сообразили, что вот эти очень маленькие отклонения в предсказании теории связаны просто с тем, что за планетами есть ещё, и вот те немножко действуют на вот эти.
С.Ивановский. Т.е. дальние планеты воздействуют на те, которые ближе.
А.И.Соколов. Да, на ближние. Чуть-чуть подправляют то, что предсказывает теория, да. Более того, математики и механики 18 – начала 19 веков достигли такого уровня совершенства, что, как известно, дальние планеты были просто открыты, как говорят, на кончике пера. Анализируя отклонения траектории полёта более близких планет по сравнению с тем, что предсказывает ньютоновская простая теория, люди смогли указать, где искать следующую планету, в какое время и в каком месте.
С.Ивановский. И дальше уже экспериментально…
А.И.Соколов. А дальше да, навели телескоп и увидели. Ну вот Леверье и Адамс, там была целая история о том, как они выясняли, кто первый. Т.е. вот уровень развития классической механики, он был совершенно фантастический.
С.Ивановский. Достаточно серьёзный.
А.И.Соколов. Ну, куда серьёзнее, ведь это всё, причём более того, эти все расчёты велись без вычислительных машин, это всё, всё это же на бумажке карандашиком свинцовым.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Вот, или перьевой ручкой.
С.Ивановский. Ну т.е. если возвращаться теперь всё-таки к нашей теме, квантовая механика, т.е. там тоже начали складываться определённые эксперименты…
А.И.Соколов. Да-да, были эксперименты, которые… Их число росло. Те эксперименты, которые никак невозможно объяснить. Причём невозможно объяснить ни количественно, не то что там немножко цифры уходят вбок, и там вот, ну как в астрономии, немножко планета не так идёт, но, в общем-то, всё работает, да. А здесь нет, здесь полный ужас. Вот эти спектры было совершенно непонятно на что сваливать. Дальше – была проблема излучения чёрного тела. Ну вот мы знаем, что если любое тело, которое лежит на столе, оно немножко излучает электромагнитную энергию, да.
Значит, если его нагреть, оно будет излучать больше. Поднесёшь руку – вот от него тепло идёт. Если ещё подогреть, кроме тепла ещё и свет пойдёт, оно тёмно-красным станет. Если совсем хорошо нагреть, оно светиться начнёт уже ярким светом. Если нагреть до 6 000 градусов, то оно будет просто белым, т.е. оно будет излучать весь солнечный спектр. О том, что спектр есть, это знал вот ещё Ньютон там, это давно. Люди сделали призму, наблюдали, разлагали свет и всё знали. Вот.
Ну и вот вопрос возник. Теоретическая физика уже развита, есть классическая механика, доведённая высшей степени совершенства. Есть статистическая физика, т.е. наука, которая изучает механику очень больших систем, в которых очень много атомов и молекул. Это 19 век, завершилось создание статистической механики на фундаментальном уровне в 1900 году, когда было сформулировано распределение Гиббса так называемое, из которого все остальные получаются как частные случаи. Вот всё, что в 19 веке открыто было. И вот люди попытались описать, а как вот эта энергия, которую излучает вот это чёрное, как говорят, тело, распределена по спектру? Т.е. на каких частотах она светит сильнее, на каких частотах послабее, где макушка. Вот мы видим, когда нагреваем, что макушка смещается, она по мере нагрева из больших длин волн идёт к всё более коротким длинам волн, доходит до оптического диапазона, потом, значит, ещё там подальше. В общем, тело от красного становится белым, потом всё более ярким, ещё более ярким.
Ну и была задача – а как объяснить вот это самое распределение? А физика к тому времени была столь совершенная, что задачу эту уже можно поставить. Вот было ясно, что решим, если захотим. Решили, и оказалась совершенно гнусная вещь. Оказалось, что если написать всё по законам классической статистической физики, классической электродинамики, по всему, что полагается, то полная энергия, излучаемая любым телом при сколь угодно не высокой температуре, окажется бесконечно большой. Это называлось ультрафиолетовая катастрофа, это получило определённое название. Т.е. классическая физика вот здесь, как говорят молодые люди, претерпела полный облом. Вот ни в какие ворота не лезли предсказания.
С.Ивановский. Т.е. просто непонятно, что это такое и как это трактовать.
А.И.Соколов. Да, и как это трактовать. Ну, физики-экспериментаторы, они ставили опыты, вот этот спектр, он был промерен очень хорошо. И с каждым годом (это конец 19 века) он промерялся всё точнее и точнее. Более того, были открыты некие, как говорят, эмпирические законы, т.е. люди просто брали экспериментальные данные, ставили точки, подбирали кривую, которая эти точки опишет. И был ещё в 1884 году открыт так называемый закон Вина, из которого следовало, что вот энергия, которая приходится на высокие частоты, с ростом частоты должна очень быстро убывать. Т.е. никакой ультрафиолетовой катастрофы нет в жизни-то, естественно, но вот классическая физика начисто отказывалась объяснять, почему на высоких частотах у нас с вами вот такой…
Она предсказывала очень сильный рост. А эксперимент предсказывал, что начиная с некоторой максимальной частоты начинается падение, причём падение настолько быстрое, что если всё сложить, то получится прекрасный, точный, хороший ответ, конечный. Был открыт т.н. закон Стефана-Больцмана (экспериментально), из которого следовало, что если вы нагреваете тело, то количество излучаемой им энергии растёт как 4 степень температуры. Это тоже, он был хорошо известен, закон Стефана-Больцмана, он тоже в 19 веке был открыт. И вот эти вещи все не лезли ни в какие ворота с позиций классической физики. И вот бывают такие совпадения, в последний год 19 века, 1900, Планк, Макс Планк, великий немецкий физик, выступая на заседании немецкого физического общества, сообщил, что он придумал некий хитрый трюк, чисто математический такой ход, который он считал несерьёзным, но он просто угадал, как надо подправить закон классической физики, чтобы получить правильные ответы.
С.Ивановский. Просто угадал?
А.И.Соколов. Просто угадал.
С.Ивановский. Или подбором?
А.И.Соколов. Он просто смотрел вот тот, ну вот не хотел употреблять этого слова, тот интеграл, который расходится, который даёт бесконечность. Он говорит – давайте подправим вот в этом месте, и тогда она не только конечный ответ даст, но даст ответ, который очень хорошо ложится на эксперимент.
С.Ивановский. Т.е. методом подбора нашли математику, которая описала…
А.И.Соколов. Он предложил такую гипотезу, что стенки вещества, когда обмениваются излучением, поглощают его не непрерывно, не любыми порциями, а квантовыми. Тогда возникло понятие «квант».
С.Ивановский. Т.е. квант как просто слово, которое обозначает порцию отдельную.
А.И.Соколов. Совершенно верно, это порция, это латинское слово quantum. Ну, в русском языке сейчас уже некоторые, наверное, не понимают, что это значит, а вот в пьесах А.Н.Островского, там артисты, которые, как известно, все были немножко пьяницы (ну, оно и сейчас, наверное, так, по крайней мере, не для всех, но для многих), они ходили там в буфет или в ресторан, и там выпивали и закусывали, было такое выражение – quantum satis, т.е. до полного удовлетворения. Сатисфакция это удовлетворение, а квантум – порция. Вот квантум сатис.
С.Ивановский. Т.е. Островский заложил механику квантовую.
А.И.Соколов. Да-да-да. По крайней мере, ну, тогда люди латынь и греческий изучали в школах, некоторых выгоняли из гимназий, но какие-то сведения оставались. Ну как Остап Бендер, он же неизвестно, где учился, но много чего знал.
С.Ивановский. Много чего знал.
А.И.Соколов. Умный был парень, сметливый, с хорошей памятью.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Вот квантум сатис. Было введено понятие кванта энергии, причём сам Планк относился к нему как к некоей временной мере, и считал, что, в общем, ну вот он угадал…
С.Ивановский. Повезло.
А.И.Соколов. Но это ерунда какая-то, да, что за этим на самом деле ничего такого серьёзного не стоит. Но ответы получились настолько хорошими… Кстати, произошло это, доклад произошёл 14 декабря 1900 года, как раз в годовщину этого самого декабристского восстания. Понятно, эти вещи связывать не надо, но вот ровно ещё и 75 лет. Там взбунтовались против царя, здесь взбунтовались против классической физики. Вот, значит. Шутка.
С.Ивановский. Карма, карма.
А.И.Соколов. Карма, да. Вот-вот-вот. Значит, и всё вот так как-то было. Было понятно, что чего-то очень большое угадано, но совершенно было непонятно, с какой стати вот надо эту энергию-то квантовать, для этого нет никаких оснований. И тут…
С.Ивановский. Я перебью – понятие «квантовать энергию», т.е. энергия тоже может идти как бы порциями.
А.И.Соколов. Тогда считалось, что она только поглощается и излучается порциями. Считалось, что в вакууме она летит как некая непрерывная субстанция, как поле. К тому времени – это очень важно – и теория электромагнитного поля уже была очень хорошо разработана. Её знало очень ограниченное число лиц, но, тем не менее, те, кто знали, они её очень активно применяли.
С.Ивановский. Ну т.е. люди уже понимали, что поле…
А.И.Соколов. Специалисты – да, теория поля уже вовсю была. Специалисты не просто её знали, не просто в университетах читали, студентам двойки ставили. Нет, они очень широко применяли, потому что ведь в 19 века возникла телеграфия, а потом радиотелеграфия, 1895 год, профессор русский А.С. Попов открыл радиосвязь и продемонстрировал на расстоянии в несколько десятков метров из одной аудитории университета нашего в другую аудиторию. Всё это происходило на Васильевском острове, здесь, недалеко.
С.Ивановский. Ну, собственно, у нас там, в ЛЭТИ, стоит даже музей, можно сходить посмотреть.
А.И.Соколов. Да-да, конечно, совершенно верно. Можно посмотреть на первый радиоприёмник Попова, можно посмотреть в музее. Вот. Т.е. электромагнитное поле было уже не то что очень привычно, но специалисты его знали. И все прекрасно понимали, что электромагнитная волна идёт как некая непрерывная вот такая, распространяется в эфире вот некоей субстанцией, в вакууме. И в этом смысле Планк не кантовал само поле, он считал, что дискретными порциями поглощает стенка излучение, и его же излучает. Вот этого ему хватило. Вот. И вот этот успех, он был такой, с одной стороны, случайный, а с другой стороны, вот эта мысль, по-видимому, запала в голову тех, кто этим занимался, и среди них оказался тогда ещё молодой и никому не известный Альберт Эйнштейн.
Значит, была проблема объяснения фотоэффекта. Значит, это когда вы светите на металл, а из него летят электроны. Ну, раз светишь, значит, энергию сообщаешь. Электрон берёт энергию, преодолевает вот эту работу, которую надо потратить, называется «работа выхода», вырывается и летит. Вроде так как-то картинка более-менее понятная, но проблема-то была вот в чём. Вы могли светить на металл светом сколь угодно сильным, но если частота у него была недостаточно высокой, электроны не летели. Вот вы светите, как говорится, мощной лампой, металл не излучает электроны. А стоит вам из красного света перейти в голубой, в зелёный, и начинается вот этот, как называют его, внешний фотоэффект.
С.Ивановский. Внешний.
А.И.Соколов. Да. И вот откуда берётся эта, как её называли, красная граница фотоэффекта, никто не мог понять. Т.е. оказалось, что эмиссия электронов, выбрасывание металлом электронов зависит не столько от энергии света, сколько его частоты. Очень странная вещь. Эти законы были открыты, фотоэффект открыл Герц, очень большой вклад в изучение фотоэффекта внёс наш физик Столетов, и в русской литературе вот эти законы эффекта называют законами Столетова, да. Вот. А Эйнштейн предположил вот какую вещь – что свет не только излучается и поглощается квантами, он и летит квантами. Тогда получается, что если у вас энергия кванта пропорциональна частоте, то если энергии хватает, чтобы выбить 1 электрон, электроны летят. Если частота пониже, энергии не хватает, электрону не хватает энергии, чтобы перепрыгнуть через барьер на границе металла, и они вообще не выходят. Светите там хоть, как говорится, лампой в 1000 свечей.
С.Ивановский. Т.е. вот как бы выяснилась взаимосвязь энергии и частоты.
А.И.Соколов. Совершенно верно. И Эйнштейн да, он объяснил. Эта работа была опубликована в 1905 году, он объяснил законы фотоэффекта, предположив, что свет имеет квантовую природу, что он является потоком фотонов, потоком квантов. Кстати, именно вот за эту работу Эйнштейн и получил Нобелевскую премию, как ни странно. Не за теорию относительности, не за другие достижения, чему тоже историческое объяснение.
С.Ивановский. Какое.
А.И.Соколов. А очень простое – с фотоэффектом было всё просто, понятно и ясно, это великое достижение, и его уже, как говорится, никогда никто не отменит. А с теорией относительности, там, знаете, тёмная эта штука, время в каждой системе координат своё, там есть предельная скорость; двигаясь с ускорением, можно прожить дольше. Там всякие такие чудеса, ну, чёрт его знает. Эйнштейн получил Нобелевскую премию в начале 20-х годов, т.е. довольно много времени прошло. Но нобелевский комитет, он всегда старался быть таким, предельно объективным, чтобы не ошибиться. Было понятно к началу 20-х годов, что Эйнштейну точно надо давать Нобелевскую премию. Уже понятно, что надо.
С.Ивановский. Хоть за что-то, да.
А.И.Соколов. Великий учёный, хоть за что-то. С фотоэффектом была ясная картина, за фотоэффект дали.
С.Ивановский. Давай – фотоэффект зачёт, а остальное приноси попозже.
А.И.Соколов. Остальное приноси попозже, вот. И вот в этом же 1905 году Эйнштейн публикует ещё 2 работы, ему 26 лет, он работал экспертом патентного бюро в г. Берне, жил очень скромно. Вот я счастливый человек, я побывал в музее-квартире Эйнштейна в Берне и могу сам оценить, насколько скромно он жил. Это небольшая 2-комнатная квартирка, маленький ребёнок у них там в таком проходе между комнатками жил, там люлька до сих пор стоит, вот там это всё и происходило. Причём я там побывал вот в том году, когда праздновалось 100-летие этих работ, его звали годом физики. Ну, это журналисты, они такие странные люди, они считают, что есть Эйнштейн и никого больше.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Поэтому вот 2005 год считается годом физики. А то, что до этого был 95, когда был открыт, 97, радиоактивность, открыты электроны, создано радио, там действительно эпохальные открытия были. Ну, они, по-видимому, про ещё не прочитали. Вот, значит. Но открыли. Так вот, интересно-то другое, что я уже приехал в Берн просто на выходные, я работал в Лозанне, я решил погулять, и тут вспомнил – тут же Эйнштейн был где-то, квартира. Я посмотрел в путеводителе – да, есть квартира. Показано, на какой улице, я пошёл по этой улице, прошёл, никаких вывесок. Прошёл назад – опять никаких вывесок. Прошёл 3 раз – опять. И тут я разглядел такую маленькую табличку. Написано, что вот тут вот музей-квартира Эйнштейна, там стрелочка наверх, там вот на 3 этаже, и всё. Вот с 3 раза я туда попал, зашёл, там никого нет. Заплатил денежки небольшие и пошёл туда, значит, эту квартиру смотреть.
С.Ивановский. Т.е. не сильно популярен Эйнштейн.
А.И.Соколов. Так понимаете, в чём дело, это везде пропагандировалась физика, год физики, год науки, шум идёт, везде плакаты висят, а вот…
С.Ивановский. Квартира Эйнштейна.
А.И.Соколов. Ну, постер поставьте, ну, честно, как-то мне было очень странно. Мне повезло, я там застал 2 китайцев, которые меня сфотографировали. Так бы меня никто не сфотографировал на диване эйнштейновском, теперь у меня есть такой снимок – сижу я под портретом Эйнштейна на его диване.
С.Ивановский. Должен быть ещё 1 снимок, как китайцы вас фотографируют.
А.И.Соколов. Вот, значит, а я их сфотографировал. Вот нас там было 3. А китайцы были мальчик и девочка, молодая пара, посмотрели, зашли. Вот те, кому это было интересно.
С.Ивановский. Ну, собственно говоря, да.
А.И.Соколов. И вот, значит, Эйнштейн публикует в 1905 году эту работу про фотоэффект, ну и стало понятно, что фотоны-то, они вот частицы. Т.е. они не только, как говорится, рождаются и умирают вот такими порциями света, а он распространяется в виде потока фотонов, и он производит вполне определённые действия.
С.Ивановский. Ну т.е. вот то, что вы только что сказали кратко, да, т.е. уже тогда знали, что фотон как бы просто родился, и он может…
А.И.Соколов. Да, и он может распространяться в вакууме, он летит в пространстве.
С.Ивановский. Как он появляется?
А.И.Соколов. До этого было ещё очень далеко. Вот просто факт рождения, да-да-да.
С.Ивановский. Просто понималось, что он появляется.
А.И.Соколов. Да.
С.Ивановский. И идёт квантом.
А.И.Соколов. Значит, это одна сторона медали. И есть, как говорится, параллельная история, которая тоже явилась мощным толчком к развитию квантовой механики, может быть, даже более мощным. Значит, люди с конца 19 века очень интересовались, как устроен атом. Что атомы есть, к концу 19 века стало ясно. Вот я не утрирую, только к концу 19 века более-менее стало ясно, что вещество имеет атомную структуру. Греки об этом задумались 2000 лет назад. Вот Левкипп и Демокрит, в любом учебнике вы найдёте, что вот они там сидели и из общефилософских соображений додумались до того, что если камень разломать на куски, то рано или поздно доломаешься до такого, что уже не сломать. Вот, значит. И вот это и назвали «неделимый», по-гречески «атом». А – отрицание, том – это резать значит. Микротом и у нас есть. Томография, вот, значит, это нарезаешь слоями. Вот, значит.
Ну и вот тогда уже прямыми экспериментами было… Не совсем прямыми. Вот Максвелл и те, кто создавал статистическую механику, они в предположении, что вещество имеет молекулярную структуру, объяснили невероятно много. Здесь огромную роль сыграл немецкий физик Людвиг Больцман. Он построил вот эту кинетическую теорию, и из неё вывел огромное число законов.
С.Ивановский. Позвольте перебить – а вот если мы говорим, значит, о том, что греки из философских соображений выводили какие-то представления о том, из чего состоит материя. Получается, что физики, физика всё-таки естественная наука, естественная – значит, она описывает то, что нас окружает в естественном мире. Т.е. они тоже опирались на какие-то философские представления? Вот откуда у человека…
А.И.Соколов. Вы знаете, здесь огромная разница. Греки, понимаете, сколько было греков, никто не знает, кто высказывал соображения. Кстати, вот работы этого самого того, кто первый сказал, там Левкипп и Демокрит, и вот один из них произнёс, но никаких записей не осталось. Мысли одного известны в записях другого, почему их называют всегда в паре. Потому что один сказал, другой записал.
С.Ивановский. Другой записал, понятно.
А.И.Соколов. Вот, значит. И это был один из многих вариантов. Там не было никаких доказательств…
С.Ивановский. Ну, просто предположение.
А.И.Соколов. Ну да, это вопрос о том, есть Бог или нет Бога. Доказательств нет ни того, ни другого, поэтому и опровергнуть нельзя. Поэтому это вечный спор между неверующими и эти самые, между разными ветвями религии, можно говорить до бесконечности, результат будет один и тот же.
С.Ивановский. Каждый при своём останется.
А.И.Соколов. Каждый при своём. Вот. А здесь нет. Здесь появились совершенно материальные доказательства того, что это так. Во-первых, кристаллографы давным-давно изучали структуру природных минералов. Она всегда правильная. Вот если кристалл вырос в виде монокристалла, т.е. там нет никаких примесей, там если нет, если он не из мелких кристалликов, он такой вот, ну как в горах находят. Вот. Он имеет очень правильную огранку природную. Вот не ту, которую когда алмазы гранят, там девушкам делают серёжки…
С.Ивановский. Искусственную.
А.И.Соколов. Искусственную, да. Нет, природная огранка, она всегда правильная. Понятно, что, наверное, это так. Вот есть решётка из атомов, и она устроена вот так, что потом воспроизводится на большом уровне. Это была естественная мысль.
С.Ивановский. Т.е. не из философских соображений, что вот давайте предположим…
А.И.Соколов. Не-не-не, это был экспериментальный материал, безусловно. Потом вот эти законы статистической физики, как мы её сейчас называем, они были применены к огромному количеству материальных объектов, и оказалось, что они очень хорошо объясняют, опять-таки, огромное количество известных экспериментальных данных. А в основе лежит предположение, что все вещества, газы, жидкости состоят из маленьких частичек – вот этих атомов или молекул. Это всё работало.
С.Ивановский. Т.е. человек тоже предположил, что вот есть вот у нас вода в стакане, и что это набор маленьких частичек.
А.И.Соколов. Набор маленьких частичек, каждая из которых, если это однородные вещества, они все одинаковые, но вот когда эта самая последняя степень, как говорится, уменьшения, деления, да. Вот дальше уже делить нельзя, дальше начнёшь, сущность меняется. К этому к 19 веку, люди были к этому делу готовы. Хотя среди очень крупных физиков были такие, повторяю, глубокие физики (и имя их осталось в истории, они сделали очень много для практической науки), которые в атомарную структуру вещества либо не верили, либо считали, что в этом нет необходимости, в этой гипотезе. И среди них был знаменитый человек Эрнст Мах – тот самый, который скорость 2 маха, 3 маха, вот этот знаменитый аэро- и гидродинамик. Ну, сейчас ещё есть бритва, Мах2, Мах3, это другое немножко.
С.Ивановский. Там Мак, а здесь Мах.
А.И.Соколов. Да, там пишется-то так же, пишется так же. Вот, значит. Я понимаю, что те, кто формулировал рекламу и вот эти самые лейблы, они имели в виду, что вот 2 маха, 3 маха, все знают – авиация, скорость.
С.Ивановский. Махнул и всё.
А.И.Соколов. Или махнул, да вот. Вот, значит. Так вот Мах, например, был принципиальным противником идеи об атомной структуре вещества, и сохранилась и переведена на русский язык их переписка с Больцманом. Они были ярые научные противники. Эту переписку очень стоит почитать вот в каком смысле – это образец невероятно корректного обращения к оппоненту. Там не просто «уважаемый господин профессор» или какие-нибудь такие формальные вещи, нет, но видно хорошо, что люди, которые имеют совершенно разные точки зрения, понимают, что второй, другой человек, их корреспондент, он тоже умный, у него есть своё мнение, он его уважает, и он опровергает его чисто научными аргументами.
Это очень интересное чтение вот с этой точки зрения. Вы просто видите, как 2 этих великих учёных, а Больцман это фигура абсолютно мирового масштаба, это великий человек, это настоящий гений, вот как они относились друг к другу, и для них всё-таки истина была превыше всего - не в таком пафосном, парадном смысле слова, а они этим жили. Повторяю, это очень полезно почитать, особенно посмотревши какой-нибудь там «Прошу слово» или вот современный телевизор, где все ругаются.
С.Ивановский. Ну да.
А.И.Соколов. Никто никого не уважает.
С.Ивановский. Никто не может просто аргументировано ответить на слова другого.
А.И.Соколов. А там даже и не ставится такая цель, просто заболтать, заговорить, закричать.
С.Ивановский. Ну да.
А.И.Соколов. Вот в этом смысле очень полезно поучиться у этих великих. И не только глубине их мысли, а просто манере общения с оппонентом, это очень здорово. Ну и вот, значит, вот развивалась вот эта наука, мы говорили немножко о свете, а теперь вот о веществе. Ну и вот встал вопрос (что атомы есть – более-менее понятно), вопрос – как устроен атом? Ну и тут в 1897 году открывают электрон. Прямыми опытами было показано, что существуют маленькие заряженные частицы, которые испускаются нагретым катодом, ещё чем-то, куском металла, и с помощью конкретных экспериментов было показано, что они имеют определённый заряд, как потом выяснилось, отрицательный. Они поворачивают под действием электрического поля, магнитного поля. Более того, опыты даже позволили определить отношение массы к заряду. Т.е. вот сколько весит и сколько там кулонов заряд, вот это отношение… Напрямую заряд в первых опытах не определили, а вот отношение заряда к массе определили. И в 1897 году, значит, возникла первая элементарная частица, это электрон атома, он маленький…
С.Ивановский. Мы, к сожалению, не отмечаем эту дату, к сожалению.
А.И.Соколов. Не отмечаем, конечно, к вопросу о годе физики, первая элементарная частица открыта. Более того, она оказалась элементарной навсегда. Вот сегодня мы знаем, что электрон, он такой же первичный, как он был тогда, ровно 120 лет назад. Т.е. он бесструктурный, по современным понятиям это материальная точка, у которой есть масса, заряд, есть ещё вращательный момент, но он ни из чего не сделан. Вот атом сделан из электронов и ядра, ядро сделано из протонов и нейтронов, нейтрон и протон сделаны из кварков. Вот эту матрёшку всю мы сегодня хорошо знаем. А вот электрон, он первичен, и он таким первичным и остался.
И вот вы спрашивали о том, как развивалась наука в послевоенное время, вот интересно, что в то время тоже наука была страшно популярной. И тому есть свидетельства такие литературно-поэтические. Значит, конец 19 века – начало 20, мир на переломе, вот то, что чёрное излучение нельзя объяснить, и спектр непонятный, даже называли кризисом физики, это вовсю было. Но не знаю, как в западной литературе, наверное, там тоже есть, а в русской литературе есть по крайней мере 2 стихотворения, кусочки приведу их, в которых ясно было, что народ на улице этим очень интересовался. У Маяковского есть замечательные строки:
Поэзия — та же добыча радия.
В грамм добыча, в годы труды.
Изводишь единого слова ради
Тысячи тонн словесной руды.
Маяковский поэзию сравнивает с добычей радия, это почему – а потому что Пьер и Мария Кюри, как известно, 12 тонн урановой руды перетаскали собственными руками, чтобы получить какие-то микроскопические количества этого самого радия.
С.Ивановский. Собственно, и жизнь свою положили.
А.И.Соколов. И, собственно, и жизнь свою положили, да. Ну и Валерий Брюсов в своё время написал замечательный стих:
Быть может, эти электроны
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!
Брюсов промахнулся, электрон оказался простым, там ни материков, ничего нет. И с ним промахнулся ещё 1 великий человек. Товарищ Ленин, сидя в Швейцарии в эмиграции, не имея никаких конкретных дел, увлёкся философией, как известно. Написал книгу «Материализм и эмпириокритицизм». Он сам говорил, что в эмиграции самое страшное это не опуститься до мелких дрязг, потому что делать нечего, революции нет, всякие там подпольные кружки, тут в Швейцарии смешно говорить. Он, значит, ударился в философию, а заодно и вот начал разбираться в кризисе физики. И он тогда знаменитую фразу сочинил, что электрон так же неисчерпаем, как и атом. Вот, как и Брюсов, он ошибся – электрон, он, конечно, неисчерпаем с точки зрения, что он подтолкнул огромное количество научно-технических дисциплин, но он как был бесструктурным, так и остался. Его сколько ни черпали, он таким и остался. Значит, были открыты первые элементарные частицы.
Сразу возникла идея, что она, наверное, в атоме присутствует, атомы, они сделаны вот, там эти электроны точно сидят. Вопрос – а как они там располагаются, вот как он туда входит? Атом маленький, это уже было ясно, его ни в какой микроскоп не увидишь, вот, а микроскопы уже тогда были оптически очень сильные, очень хорошие. Биологи вовсю уже клетки там, вот этими микротомами резали листочки там, ткани живые, и смотрели, вот. Первая модель была такая – давайте, значит, сделаем вот что, здесь положительное заряженная масса, а в неё всунуты эти электроны. Эту модель придумал тот же Томсон, который электрон назвал очень забавно «пудинг с изюмом», так она в историю и вошла.
С.Ивановский. Очень созвучно с Путиным.
А.И.Соколов. Не знаю, Путин с изюмом…
С.Ивановский. Путин с изюмом.
А.И.Соколов. …как бы не ассоциируется. Он человек из другого материала. Вот, значит. Так вот, вот этот пудинг с изюмом, сразу было неясно, что модель эта ущербная. Тогда уже теория электромагнитного поля была доказана, теорема, называется она теоремой Ирншоу, такого вот трудновыговариваемого человека, который доказал, что возьмите любую комбинацию положительных и отрицательных зарядов, расставьте их в любом положении, и как бы вы их ловко ни расставили, оно всегда будет неустойчиво. Можно показать, что если вы распределите плюсы и минусы, они притягиваются друг к другу, плюсы и минусы; минусы друг от друга отталкиваются, плюсы отталкиваются, плюсы и минусы притягиваются. Вот вы рассуйте их любым способом и теперь отпустите. И они разбегутся. Это т.н. теорема Ирншоу, она доказывается 2 строчками. Значит, этот номер не работает, если я в этот пудинг насую электронов, так они там сидеть не будут.
С.Ивановский. Не будут.
А.И.Соколов. Значит, возникла, конечно, мысль – а может, там типа что-то вот солнечной системы, в середине что-то тяжёлое, положительно заряженное, а вокруг летают электроны. Это называлось планетарной моделью атома, да. Идея хорошая, но у неё тоже были фатальные недостатки, я сейчас о них скажу. Ну, модели моделями, а надо же как-то экспериментально посмотреть, как оно всё устроено. Ну и физики-экспериментаторы стали думать, как поставить опыт, из которого было бы видно, что из себя представляет атом. И великий англичанин Эрнест Резерфорд придумал опыт, который дал совершенно фантастический результат. Идея была такая – значит, вот возьмём очень тоненький слой металла, такой тоненький-тоненький, чтобы атомов при пролёте сквозь него было мало. Чтобы, как говорится, эфир был почище.
С.Ивановский. Ну, люди же тогда не знали, какое количество атомов на какую толщину.
А.И.Соколов. Примерно знали, была кое-какая информация. Дело определялось другим – прокатайте самый тонкий, какой сможете, а тоньше не получится, ну и всё. Вот, значит. И стал пропускать через эти тонкие плёночки альфа-частицы. Резерфорд тогда был уже очень известным физиком, дело в том, что он уже сделал работы в области ядерной физики и физики радиоактивных материалов, которые принесли ему Нобелевскую премию. Резерфорд получил Нобелевскую премию не за его открытия в атомной и ядерной физике, а он ещё раньше.
С.Ивановский. А какой это год получается?
А.И.Соколов. Это, значит, 900, по-моему, 8 год, если не ошибаюсь, вот. Но несмотря на то, что он был уже великим учёным, он продолжал работать.
С.Ивановский. Не остановила Нобелевская премия, не остановила желания.
А.И.Соколов. До последних дней он был человек совершенно вот такой… И он, ну, великие экспериментаторы, они обычно придумывают эксперименты как можно проще, потому что если у вас простая экспериментальная установка и простая идея, то меньше шансов наврать, ошибиться, и меньше вариантов интерпретации. И он, значит, пропускал эти частицы. Ну, идея какая была – значит, если в атоме есть такая сердцевинка заряженная, да, или он неоднородную структуру имеет, альфа-частица, она заряженная, у неё есть заряд там +2, и они будут отклоняться. И надо ловить частицы за плёночкой, и понятно по отклонениям, примерно как распределён заряд в отдельных атомах, вот была идея.
И тут Резерфорд выяснил потрясающую вещь – он 1 раз поставил детектор этих частиц не за плёнкой, а перед ней, там же, где стоял источник. И он был поражён, потому что оказалось, что рассеянные альфа-частицы есть и здесь. Т.е. есть, которые и на 180 градусов разворачиваются, летят назад. Сам Резерфорд оставил потрясающую запись по этому поводу: «у меня создалось впечатление, что если вот вы стреляете из пушки по папиросной бумаге, то некий маленький процент снарядов разворачивается назад. Это было некое чудо, чего он совершенно не ожидал.
С.Ивановский. Т.е. как это получается – у него есть источник, у него есть пластины, и перед ней он поставил…
А.И.Соколов. Он сначала ставил за ней, а потом, вот я не знаю, случайно или нет, вот я детали этой не знаю, он взял и детектор поставил. Так же, как Анри Беккерель открыл свои ряды…
С.Ивановский. И детектор зафиксировал, что получается, что что-то вернулось назад.
А.И.Соколов. Что-то вернулось назад. Он поставил детектор с той же стороны, где был источник. Детектор не нулевой отсчёт дал.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. И Резерфорд сообразил – альфа-частица, она тяжёлая, это атом гелия фактически. Т.е. это не электрон, это там в 4000 раз, не в 4, даже в 8000 раз тяжелее, чем электрон. Он понял, что атом устроен так – есть очень тяжёлая сердцевина, она такая маленькая, что основная масса частиц пролетает насквозь. Но изредка попадаете в лоб…
С.Ивановский. И что-то отражается.
А.И.Соколов. И она летит назад, совершенно верно. Резерфорд вот это, как говорится, понял. Но тогда не было формул, которые бы рассчитывали по классической физике вот эти траектории отражённых частиц и траектории прилетевших. Резерфорд не был теоретиком, он всю жизнь работал экспериментатором, это великий человек с золотой головой и золотыми руками. Но он сел и вывел формулу для рассеивания заряженных частиц вот на этом т.н. кулоновском центре, т.е. на ядре. Эта формула теперь есть во всех учебниках, она называется формулой Резерфорда.
С.Ивановский. Т.е. получается, что, опять же, от постановки какого-то опыта родилась некая математика такая, некая…
А.И.Соколов. Не родилась, математика уже была, просто надо было опыт обсчитать в рамках известной математики.
С.Ивановский. В рамках известной, понятно.
А.И.Соколов. Резерфорд был образованный человек, он работал тогда… Он ещё не доехал до Лондона, он ещё не считался достаточно великим, поэтому он работал в Манчестере.
С.Ивановский. Тоже неплохо.
А.И.Соколов. Тоже неплохо, но это нет, ну, с Лондоном это сравнивать невозможно.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Когда-то Андрей Макаревич, лет 20 назад, он тогда был такой…
С.Ивановский. Адекватный человек.
А.И.Соколов. Адекватный человек, не занимался всякими глупостями, он замечательно совершенно сказал. Они ездили по Англии, они ездили с каким-то богатым человеком, который возил на свои деньги его, ну, мы сказали бы «по битловским местам». Не по ленинским, а по битловским. И оказались вот там, в Ливерпуле, вот в этих, городишко промышленный. И он сказал замечательную фразу – Ливерпуль это город простых, хорошо пьющих людей. Хорошая фраза. А вторая ещё лучше – он так же похож на Лондон, как Свердловск на Москву. Замечательно сказал. Так вот, Манчестер так же похож на Лондон, по-видимому, как Свердловск на Москву. Т.е. он был не провинцией, но такой промышленный центр, в общем. Ну, Резерфорд ещё не стал настолько великим, что его взяли бы там в Кембридж. Вот.
И вот здесь очень повезло мировой науке. Резерфорд в 1911 году поставил вот эти опыты, он догадался, что атом устроен так: есть очень тяжёлая и очень маленькая сердцевина, а вокруг неё летают эти электроны. И он вошёл в лабораторию, есть даже фотография его, у него был очень громкий голос, и он громким голосом объявил – я знаю, как выглядит атом. Так по-простому. Вот. Он такой был крупный человек, простой с точки зрения вот такого – психики, психологии, он не занимался никакой там заумью, ставил конкретные опыты. В этом смысле они очень сблизились с П.Л. Капицей, которого он считал своим лучшим учеником, нашего физика, вот. Они были генетически очень близки друг к другу, Капица тоже ставил простые, понятные опыты, но которые чтобы поставить, надо было создать уникальную аппаратуру совершенно. Т.е. идея была простая, но сделать это…
С.Ивановский. Тяжело.
А.И.Соколов. Тяжело. Вот, значит. И надо было такому случиться, что в том же году в Дании, маленькой стране, где была хорошая физика, там было несколько крупных учёных, но далеко не мирового масштаба, блестяще закончил университет молодой никому не известный Нильс Бор. Вот. Он закончил и сделал, участвовал в конкурсе на лучшую научную работу молодого работника. А тема была задана, эта тема не имела никакого отношения ни к атомам, ни к чему такому, она связана была с гидродинамикой. Надо было изучить динамику вытекающей струи – ну, вот вода из под крана, вот. А Бор участвовал в этом деле. Он изучил вытекание всего одной жидкости – воды, а там другие конкурсанты там и другие, вязкие жидкости, менее вязкие, большие исследования. Но он так блестяще это всё изучил, что ему дали золотую медаль и денег.
А деньги давали такие, что можно было как раз поехать на несколько месяцев в страну с большой наукой, и там поработать. Это была такая вот стипендия исследовательская, вот. А Бор очень интересовался устройством микромира, вот этой физикой вот, микро. И он, ну, куда ехать – надо в Англию ехать, туда, где был открыт электрон. Вот тут Резерфорд, понимаешь, выяснил, как устроен атом. И он поехал. Ну а куда ехать? – В Кембридж, мировая столица физики. Там директором сидит вот знаменитый Джи Джи, как его называют, Томсон, 2 инициала у него, который открыл электрон. Вот он к нему и приехал.
Бор был человек очень глубокий, очень вдумчивый, и он прекрасно понимал, что когда ты представляешься известному профессору, мировой величине, надо изучить его работы. Он изучил работы Томсона, вот, и во время своего первого визита к Томсону, когда он, так сказать, представлялся на предмет поработать в Кембридже, он ничего умнее не придумал, чем объяснить Томсону, где он с ним не согласен, т.е. в работах Томсона нашёл как бы ошибки.
С.Ивановский. Т.е. будучи ещё таким, условно, студентом.
А.И.Соколов. Он никаким не был вообще, он фактически только окончил университет. Более того, он отвратительно говорил по-английски, он до конца жизни плохо говорил по-английски. И поэтому, значит, это заняло 2 часа, он 2 часа объяснял Томсону на отвратительном английском языке…
С.Ивановский. Томсон согласился его слушать.
А.И.Соколов. Томсон его ни разу не перебил. Но Томсон был небольшого роста, а кресла там были викторианские, знаете. Чем больше Бор говорил, как описывают с чувством юмора, тем больше Томсона погружался в этот стул. И всё больше думал, откуда приехал с континента этот нахал, который говорит на ужасном английском языке, и, понимаешь, объясняет мне, где тут я прорвался, промахнулся, и с чем он не согласен. Ну, дело кончилось, как и должно было кончиться, его на работу Томсон не взял. Вот. Надо было что-то делать, и Бор садится и уезжает в Манчестер к Резерфорду, который вот узнал, как выглядит атом.
Здесь мировой науке страшно повезло. Значит, он приезжает к Резерфорду и сразу начинает пытаться объяснить, что вот та модель планетарная, автором которой сегодня справедливо считается Резерфорд, она всё-таки живуча. Дело в том, что планетарную модель, её придумать было не очень сложно, но дело в том, что все, кто знает классическую физику, знают, что атом в этой модели не жилец, как говорят современным бытовым языком.
Почему? – Значит, ну вот что такое планетарная модель: есть ядро, вокруг крутятся электроны. Давайте сбоку посмотрим - туда-сюда, туда-сюда, туда-сюда. Т.е. переменный ток. А когда есть переменный электрический ток, то излучается электромагнитная волна. Это прямо следует из электродинамики Максвелла. А раз случается, то забирает энергию. А раз забирает энергию, то электрон летит по спирали и падает на ядро. Более того, в классической электродинамике очень просто сосчитать, за сколько, значит, времени электрон разбазарит всю свою энергию. Ответ известен – примерно 10 наносекунд. А вселенная существует, сами понимаете…
С.Ивановский. Сильно дольше.
А.И.Соколов. По современным понятиям да, 13,8 млрд. лет по современным понятиям. Тогда считалось, что вообще мир божий, он вечный, вот создал его…
С.Ивановский. А там, кстати, как с религией они, как они вообще жили с Богом параллельно?
А.И.Соколов. Вы знаете, у них с религией было очень интересно. На самом деле, религия и научный метод, они… Ну, в советское время они противопоставлялись. На самом деле, их очень трудно противопоставлять, поскольку они просто заведуют разными не то что отделами мозга, а разными сторонами человеческого восприятия мира. Ну, вот мне повезло в своё время в аспирантуре с преподавателем философии. Мы слушали курс философии, она была, так сказать, марксистско-ленинской, читали нам умные люди. И вот нам наш этот философ, профессор Мостепаненко, с самого начала сказал, что между идеализмом и материализмом нельзя вот, как говорится, провести грань и сказать – вот это правда, а это неправда. Всегда остаётся, как говорится, место, куда отойти. Так же и с религией, это вопрос веры.
Я всегда могу сказать, что вот, значит, вот там Гагарин в космос полетел, Бога не видел, вот такие аргументы смешные, они, как говорится, ну, не для серьёзного разговора, вот. А если говорить серьёзно, то… Ну вот известная вещь, например, есть социология по религиозности представителей разных наук. Среди физиков процент религиозных людей минимальный, что понятно. А вот среди математиков выше. Они имеют дело с некими абстрактными истинами…
С.Ивановский. Категориями.
А.И.Соколов. Категориями. Более того, математика считает, что она как бы изобретена человеком, на самом деле, мы уже говорили, что она была изобретена на потребу конкретным задачам, а потом развилась в самостоятельную стройную систему логическую, и сейчас живёт как бы своей жизнью. Но при этом любые самые абстрактные математические дисциплины обязательно находят потом применение в физике, это поразительная вещь. У Юджина Вигнера, знаменитого физика-теоретика, есть статья, которую можно не читать, достаточно знать лишь название. Название звучит так – «о непостижимой эффективности математики в естественных науках». Всё.
С.Ивановский. Непостижимая.
А.И.Соколов. Непостижимая, unbelievable по-английски написано. Вот всё. Т.е. какую бы абстрактную конструкцию математики не придумали, физики куда-нибудь её, значит, присобачат. Ну вот та самая топология, которая сейчас у многих на слуху в связи с работами Перельмана, гипотеза Пуанкаре, вот эти вещи все, она очень широко применяется в современной физике элементарных частиц и в самых таких передовых вот направлениях теоретической физики. Она очень широко применяется. Хотя, казалось бы, ну уж такая штука абстрактная. Ну и много-много-много чего там. О более таких земных направлениях математики можно не говорить, на них всё стоит. По-моему, Менделеев сказал – в каждой науке столько наук, сколько в ней математик. А он был не математик, т.е. не надо было, так сказать…
С.Ивановский. Подстраиваться.
А.И.Соколов. Да-да-да. Он просто понимал, что вот так оно устроено на белом свете всё. Поэтому религиозность учёных это отдельная тема для разговора, и там контрпримеров можно вагон найти.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Ну да. Ну вот, например, И.П. Павлов, наш знаменитый физиолог, кстати, первый русский обладатель Нобелевской премии, общепризнанный в мире, и он, значит, в царское время, значит, к церковникам относился не то что негативно, но как-то он их всерьёз…
С.Ивановский. Не воспринимал.
А.И.Соколов. Не воспринимал. А когда грянула революция, и произошло то, что ему тоже очень не нравилось – ну, понятно, разруха и кровь первых лет, и всё такое прочее, он демонстративно крестился на каждую церковь, хотя … это просто была некая такая демонстрация, проявление своего несогласия такого пассивного с тем, что происходило. Вот. Есть очень интересная лекция И.П. Павлова, она есть в интернете. В 1918 году в голодном Петрограде он прочёл так называемую нобелевскую лекцию. Так называемую, потому что премия была присуждена 14 лет назад. Так вот, он просто, это очень интересная такая лекция. Во-первых, там описано современное состояние дел в России послереволюционной, оно было ужасающим, и Павлов об этом честно пишет. И об отношении русских к науке, об отношении людей с улицы вот в том числе к учёным и лекциям, и много чего. Там много написано правды и в том числе горькой правды. Не против власти, а вообще о том, как устроен человек, человеческое сознание, общественная мода и вот это всё, это очень интересная вещь. В интернете можно найти – И.П. Павлов, нобелевская лекция, 1918 год. Наберите в поисковике и, я думаю, распечатайте. Очень интересное чтение. Вот. Так что бог с ней, с религией.
Кстати, не только у нас отношение физиков к ней в основной массе скептическое. Есть совершенно замечательная американская карикатура, которая мне очень нравится. Она есть в сборнике «физики шутят», это было ещё полвека назад издано, вот, значит. Там изображён такой Бог, вот который из Ветхого завета, там, Саваоф, по-моему, его звали. Значит, он сидит на облаке, такой благообразный мужчина, седой, лысоватый, в такой длинной хламиде, а к нему с Земли летит ангел, причём так на реактивных скоростях, видно, значит, что срочные какие-то известия. И показывая на Землю, говорит – Господи, они открыли новую элементарную частицу, как будем реагировать? И Бог говорит – добавим ещё 1 нелинейный член в истинное уравнение единого поля. Вот в этой карикатуре всё отношение, ну, не наших, а западных физиков к этой проблеме.
С.Ивановский. Да. Ну, надо отдать должное американцам, даже не то что отдать должное, но т.е. они сейчас очень во многих фильмах, мультфильмах и прочем очень жёстко проходятся и по образу Иисуса и вообще.
А.И.Соколов. Понимаете, вот одно дело, когда это носит характер вот такой, знаете, пренебрежительный, ругательный. Вот я в Бога не верю, но мне очень противно слышать людей, которые вот такого рода вещами занимаются.
С.Ивановский. Ну да.
А.И.Соколов. Есть люди, ну, во-первых, не очень образованные, может быть, люди, у которых очень тяжело сложилась жизнь, и для них эта вера, может быть, то немногое, что осталось. Зачем над этим издеваться?
С.Ивановский. Ну да.
А.И.Соколов. Зачем? Ну, вот в одной из передач как-то слышал историю о том, как Игорь Ильинский, великий наш артиста, ушёл от Всеволода Мейерхольда. Он у Мейерхольда работал, будучи молодым. Мейерхольд ставил пьесу «Клоп» Маяковского. Ну, он был настолько великий реформатор театра, что он повелел исполнителю главной роли на сцене топтать иконы, как бы вот чтобы показать, насколько… Я не знаю, зачем.
С.Ивановский. Не важно, зачем.
А.И.Соколов. Ильинский отказался это делать. Он сказал, что я вот это делать не буду, не объясняя, почему. И ушёл от Мейерхольда, и больше никогда с ним дел не имел. Это очень показательный случай. Не надо глумиться. Ну или вот этот недавний расстрел этой, газетёнки-то этой парижской, Шарли Эбдо…
С.Ивановский. Ну да-да.
А.И.Соколов. Ну зачем вы издеваетесь над людьми, которые…?
С.Ивановский. Верят.
А.И.Соколов. Которые верят.
С.Ивановский. Каждому своё.
А.И.Соколов. Конечно, каждому своё. Но зачем? Тем более что люди вроде как не какие-то юнцы 15-17-летние, там вроде вполне солидные люди средних лет. Это я не понимаю. Вот. Бог с ним, с Богом.
С.Ивановский. Вернёмся к квантовым частицам.
А.И.Соколов. Да, к квантовым частицам. Вот. И, значит, вот то, что планетарный атом в классической физике не может существовать, об этом знали все, кто, как говорится сегодня, в теме. Бор, конечно, тоже знал.
С.Ивановский. Ну, раз они догадались, что он есть, значит, нужно было…
А.И.Соколов. Вот, как говорится, знаете, вот как, по-моему, у Пушкина есть замечательные строки – «движенья нет – сказал мудрец брадатый, другой же молча стал пред ним ходить». Ну, вот оно, существует.
С.Ивановский. Т.е. оно существует, но непонятно, как описать. И стали искать…
А.И.Соколов. Вот оно устроено так, а оно противоречит классической физике. И Бор предположил совершенно потрясающую вещь – он предположил, что у электрона в атоме есть некоторые избранные, устойчивые состояния. Им соответствует орбита определённой высоты. Это была гениальная догадка. Тогда для этого оснований особых, честно говоря, не было. А была вот эта формула, которая описывает оптический спектр атома водорода, вот там Ридберг и спектроскописты, там Лайман, Бальмер, вот эти, они получили эти формулы экспериментально. Но больше не было ничего.
И Нильс Бор, совершенно молодой тогда человек, он родился в 1885 году, т.е. в те поры ему было 26 лет, как Эйнштейну, когда он свои работы сделал, вот. Он предположил, что по каким-то таинственным причинам электрон выбирает вот эти орбиты. А находясь на этих орбитах, он не излучает. Почему – потом разберёмся. А давайте предположим. И предположив это, он, используя классические уравнения механики, смог показать, что если вот считать, что атом излучает не когда электрон вот по этим орбитам крутится, а когда он переходит с одной на другую…
С.Ивановский. С орбиты на орбиту.
А.И.Соколов. Да. Тогда получаются как раз те формулы, которые у экспериментаторов есть. Он смог получить вот эти вот энергетические уровни путём математического анализа в рамках классической механики, он добавил туда лишь так называемый квантовый постулат. Вот это была гениальная догадка.
С.Ивановский. Т.е. вот получается такая следующая история, да, что есть в серединке атом, вокруг атома…
А.И.Соколов. Ядро.
С.Ивановский. Ядро; по орбитам вокруг ядра, на каждой из своих орбит вращаются электрончики, и они могут…
А.И.Соколов. И вот на этих избранных орбитах они не излучают. Он может там сколь угодно долго.
С.Ивановский. И вот они могут переходить с орбиты на орбиту под воздействием чего бы то ни было.
А.И.Соколов. Чего бы то ни было. А могут и сами. Если он сидит высоко, есть куда вниз спуститься, тогда он может и сам излучать энергию. И вот тогда он излучает энергию, и Бор так хорошо описал это математически, что как раз получились вот эти спектральные серии, которые были ясны из эксперимента. Бор написал 3 очень подробные статьи, их так и называют, физики иногда в шутку называют «святая троица». Значит, 3 статьи по объяснению…
С.Ивановский. Никуда нам от Бога не уйти.
А.И.Соколов. Да, не уйти. Вот, значит. И, естественно, первым, кому он об этом сообщил, был Резерфорд, который вот, рядом здесь Бор сидел в его, что называется, заведении. Вот. А Резерфорд совсем не был теоретиком, хотя я вот уже случайно сказал, что описывая рассеивание альфа-частиц на плёнках, Резерфорд вывел теоретическую чисто формулу, используя чисто математические методы, которые теперь во всех учебниках называются «формулы Резерфорда». Он великий человек был. Вот. И он постепенно вот Резерфорду объяснял, что вот если мы предположим, что есть такие устойчивые квантованные орбиты, то ваш атом выживет.
С.Ивановский. Как отреагировал Резерфорд?
А.И.Соколов. Резерфорд отреагировал очень интересно. Он, значит, всё это выслушал, но Резерфорд был не просто начальником Бора тогда, он был ещё редактором трудов королевского общества, основной физический журнал, издававшийся в Англии. А это надо было печатать в самом, естественно, элитном, престижном журнале, потому что эпохальное достижение. Вот. А редактор, он, как известно, во всех странах мира устроен так – он всё лишнее стремится вычеркнуть, а может и не лишнее. В общем, чем короче, тем лучше. Вот в Советском Союзе мы с этим сталкивались. Ты писал статью в журнал, ну, когда тебя критиковал рецензент за то, что ты там где-то неправильно что-то сделал или ошибся, это понятно. Но иногда редактор включался на этапе, что здесь можно выкинуть, это выкинуть, это выкинуть. И выкидываешь до тех пор, пока статья становится абсолютно непонятной. Как говорили американцы, почему мы не ссылаемся на русские работы. Американскую работу можно читать, а вашу надо расшифровывать, и это чистая правда, значит, вот надо было с карандашом все вычисления повторить, чтобы выяснить, а, собственно, чего автор сделал-то? Мы с этим вот, те люди, которые вот моего поколения, мы с этим столкнулись в очень сильной степени.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Вот. Ну, то ли бумагу экономили, я не знаю, какие соображения. То ли редактор, это сам обычно крупный физик, он хотел продемонстрировать свои…
С.Ивановский. Показать знания.
А.И.Соколов. Да, показать знания, показать, что он эксперт. Мне трудно эту психологию… Вот, ну потом, тем более что это не только, это происходило и в журналистике, и иногда журналистам такую свинью подкладывали редакторы, что те потом не могли отмыться. Ну, много всякого бывало. Иногда заменяли одно слово… У меня была забавная история, я написал популярную статью для нашей малотиражки «Электрик» о своей заграничной поездке, и там редактору не понравилось слово «спектр». А фраза была такая – «весь спектр политической символики». И он слово «спектр» заменил на «аспект», сделав из меня дурака – подпись-то моя. А корректуру «Электрик» не давал, т.е. ты получал номер, а там уже всё напечатано, уже не поправишь. Вот таких историй…
С.Ивановский. Много.
А.И.Соколов. Я-то ладно, малотиражка. А люди ж писали серьёзные вещи. В общем, много всяких анекдотов было. Ну вот Резерфорд, он, тем не менее… А статьи Бора очень подробные. Они переведены на русский язык, они в собрании сочинений, бери и читай. Я иногда даже студентам вполусерьёз говорю – ребята, возьмите, почитайте, они очень понятны, они подробно написаны, вам это доступно. Поговорите с умным человеком, послушайте его, это очень полезно само по себе. Вот. И, значит, он, значит, статьи эти начал резать. А Бор-то, он был очень вежливый, очень скромный, очень такой интровертный. Он всегда был погружён в свои мысли, из-за этого был очень плохим лектором.
Его младший брат Харальд Бор был очень известным математиком. Не такого масштаба, как Бор-физик, но Харальд Бор был прекрасным лектором. Его спрашивали – скажите, а почему вот вы читаете лекции так блестяще, а ваш брат – ну, невозможно понять ничего. Он очень хорошо сказал, говорит – понимаете, я в своих лекциях всегда рассказываю то, о чём говорил раньше, а Нильс – то, о чём он будет говорить потом. Он в ходе лекции думал, а это в ходе лекции сильно противопоказано. Не в том смысле, что ты должен как магнитофон работать, но надо рассказывать известные вещи предельно понятным образом. А если ты по ходу дела ещё их дорабатываешь, вот это…
С.Ивановский. Размышляешь о будущем.
А.И.Соколов. Да. Вот это вот случай такой, уже. Значит, это уже некий такой садизм по отношению к студентам. Вот, значит. И Бор в дискуссиях с Резерфордом отстоял в этих статьях каждое слово. Мальчишка приехал из Европы, плохо говорит по-английски, а тут маститый физик, лауреат Нобелевской премии, человек, который…
С.Ивановский. Нужно отдать ему должное, что он согласился его слушать.
А.И.Соколов. Вот-вот-вот. Крупный человек, они, знаете, обычно очень, на самом деле, доброжелательные. Потому что он, во-первых, он может оценить другого крупного человека, не каждому дано, для этого масштаб нужен. И кроме того, ну, есть ещё такой школьный момент, ему не надо доказывать, что он умный, он и так всё знает.
С.Ивановский. Да.
А.И.Соколов. Вот. У меня забавная история вот из моего личного опыта. Когда-то, сейчас уже почти это всё ушло. Когда-то мы обменивались электронными письмами «С Новым Годом» с коллегами зарубежными, поздравляли с Новым Годом. Ну, у нас Новый Год 1 января, а у них Рождество 25 декабря, поэтому мы слали первыми, их с Рождеством поздравляли. Меня поражала, потом перестала поражать вот какая вещь – если я поздравляю какого-то молодого парня, аспиранта или молодого кандидата наук, то он может не ответить. Или через месяц ответить. А если я поздравляю человека, по нашим понятиям как минимум академика, он отвечает в тот же час. Это вот уровень, понимаете, вот делового общения. Это меня всегда поражало. Во-первых, он всё время работает, у него компьютер включён, он постоянно видит письма, т.е. он не уехал на неделю там куда-то, он живёт этим. И, во-вторых, он просто вот, он просто корректный, воспитанный, порядочный человек, да, вот это очень интересно. Ну и вот…
С.Ивановский. Перебью опытом из нашей студенческой жизни, когда… У нас встречались разные преподаватели в ЛЭТИ, благо у нас был коллектив преподавателей очень сильный, но зачастую всегда единичные были случаи, когда преподаватель обижался на то, что его поправляют. Если вдруг описка на доске, у нас был один случай, когда человек сказал – ну это же очевидно, что здесь должна быть другая цифра, я ошибся, а вот вы меня поправляете. А зачастую каждый преподаватель, наоборот, тебя только выделяет за то, что ты увидел, за то, что ты следишь за ходом мысли.
А.И.Соколов. Конечно. Я в таких случаях говорю спасибо первым делом. Конечно, это очень здорово.
С.Ивановский. Более того, занимаясь вот немножко единоборствами в своё время, у нас тоже было такое, что если ты спаррингуешь и тебя там как-то ударили, пробили, это, так сказать, своего рода так, ну, по крайней мере, нам так объясняли, что, конечно, не надо так уж сильно прощать, но по крайней мере это говорит о том, что человек тебе указал на ошибку, и ты должен его поблагодарить за это.
А.И.Соколов. Правильно, вам показали ваше слабое место, конечно, вас поучили.
С.Ивановский. Да, вас поучили.
А.И.Соколов. Безусловно, безусловно. Нет, я, вот мне очень близка эта точка зрения, всё понятно. Я тоже иногда на лекциях там где-нибудь знак забуду или чего-нибудь, если меня поправляют из аудитории, я этому очень радуюсь, значит, они следят, понимают, что происходит.
С.Ивановский. Не спят.
А.И.Соколов. Не спят, конечно, это очень важно. Ну и вот Бор публикует эту «святую троицу», 3 статьи, они вышли в 1913 году.
С.Ивановский. Название, конечно, эпическое.
А.И.Соколов. Да. И так, значит, возникла вот эта знаменитая модель Резерфорда-Бора, как её называют. Резерфорд экспериментально доказал, что атом имеет планетарную структуру, а Бор показал, что если перестроить классическую механику, подправить её чужеродными на тот момент квантовыми постулатами, то можно объяснить очень многое из того, что неизвестно. Вот. Но наука Бора была так устроена, что она могла объяснить только вот круговые орбиты. Т.е. предположили, что электроны летают по орбитам только круговым. Ну а мы знаем, что планеты летают по эллиптическим. Ну и есть ещё такие объекты, которые прилетают к Земле по гиперболической орбите, раз мелькнёт, и уйдёт опять в бесконечность. А есть сильные эллиптические орбиты, вот комета Галлея, да, раз в 76 лет она к нам прилетает. Вот.
И вот квантование вот таких вот эллиптических орбит это оказалось сложной математической задачей, и через 3 года её решил немецкий физик Арнольд Зоммерфельд вместе с Бором, возникло т.н. правило квантования Бор-Зоммерфельда. Это был рецепт. Вот за этим не было такой вот, как вот с Планком, он придумал рецепт, как поправить математические формулы, чтобы они стали правильными. Здесь тоже был рецепт, которым можно было пользоваться в очень ограниченном числе случаев. Вот для атома водорода прошло, а для случая эллиптических орбит тоже там получилось кое-что приличное. Но эту науку обобщить, скажем, на сложные атомы, ещё на что-то, было просто невозможно.
Вот возникло то, что сегодня называется «старой квантовой теорией». Она многое объяснила, и при этом её очень эффективно в некоторых случаях использовали. Например, эту «старую квантовую теорию», которая там переходы, скачки, вот всё вот это, например, очень хорошо использовал тот же Альберт Эйнштейн. В 1917 году он предсказал спонтанное излучение, а заодно написал уравнения, которые сегодня лежат в основе работы лазеров. Так называемые полуклассические уравнения. Эту деятельность Эйнштейна нечасто вспоминают, но, тем не менее, вот это тоже к нему относится, вот.
Ну и вот это всё как-то приостановилось немножко, а дальше было непонятно, куда двигаться. Ну и вот где-то в начале 20-х годов, году в 22-23, Луи де Бройль, французский физик, ему в голову пришла тоже гениальная совершенно мысль, что если излучение может вести себя как частица, то за движением частиц, вот, с массой, могут стоять некие волновые закономерности. Он тогда уже был немолод, ему было целых 30 лет.
С.Ивановский. А можно вопрос? А тогда уже было известно, что у нас свет обладает свойствами волны и частицы, правильно?
А.И.Соколов. Вот после работ Планка…
С.Ивановский. Или это после?
А.И.Соколов. Нет-нет, после работ Планка, Эйнштейна уже вот это было как бы известно, как бы это было принято. Более того, теория Бора показала, что свет может излучаться порциями, атом переходит с орбиты на орбиту, меняет энергию, эта энергия как раз уносится квантом света. Т.е. к тому времени вот квант света приобрёл права гражданства, по крайней мере, среди тех, кто этим занимался, вот. А де Бройль высказал другую мысль, что и за движениями частиц стоят волновые закономерности. Это не значит, что электрон ведёт себя как электромагнитная волна, совсем нет. Поэтому вот это понятие «волновые закономерности», оно носило сначала очень общий абстрактный характер. В 1923 году де Бройль публикует свою работу, значит, а в 24 защищает, ну, по-нашему, кандидатская, а у них там называется докторская диссертация, на степень доктора философии.
Луи де Бройль работал в лаборатории старшего брата Мориса де Бройля, который был известным физиком-экспериментатором, занимался оптикой, так что он размышлял на эти темы, как говорится, долго. И вот ему пришла в голову мысль для описания движения микрочастиц применить волновые закономерности. Я думаю, что здесь сыграло свою роль знакомство с теорией Бора, потому что орбиты Бора стационарные были устроены так, что на длине орбиты укладывалось целое число некоторых волн. Вот если ввести некие абстрактные волны, то окажется, что устойчивым орбитам как раз соответствует целое число этих волн.
С.Ивановский. Длин волн.
А.И.Соколов. Как бы так, стоячая волна, т.е. так, которая ни вправо, ни влево, а которая вот такая.
С.Ивановский. Ну т.е. между стенками мы имеем в виду стоячую волну, правильно?
А.И.Соколов. А имеется в виду по кругу, я бы сказал по кругу. Взяли вот струну, замкнули её в кольцо, и смотрим, какие волны по ней могут бегать. Понятно, что если, значит, у меня она замкнута, колебаться она может в виде стоячих волн, вот так вот, да. Ну, когда бегает, там будет меняться фаза, и быстро всё замоется, вот. Эту идею наверняка де Бройль знал. Ему пришло в голову сопоставить движение электрона, движение других частиц в некие волновые закономерности. Он вывел формулу, открыл, которая связывает импульс частицы и длину волны вот этой вот, которая пока непонятно, какой за ней смысл, вот этой волновой картины, которая носит пока чисто абстрактный характер. Непонятно, как с ней работать, как с ней физическую информацию создавать. Ну, эта знаменитая формула P = hk, соотношение де Бройля, вот она возникла тогда. Вот. И на этом языке де Бройль начал объяснять кое-какие из существующих тогда экспериментов. Тогда ещё не было экспериментов по прямой дифракции электронов на кристаллической решётке, они появились только через 4 года.
С.Ивановский. Ну, это рассеивание, да?
А.И.Соколов. Это рассеивание на поверхности, монокристаллической чистой поверхности никеля, при этом американские экспериментаторы Дэвиссон и Джермер хотели получить совсем другие ответы, а получили вот эту самую дифракционную картинку. Они-то думали, что электрон от стенки будет отражаться под углом падения, как полагается. А оказалось, что там оказалась структура, под некоторыми углами больше летят, под некоторыми меньше. Типа дифракционной решётки дифракционная картинка. Был 27 год.
Ну и вот де Бройль выполнил эту работу, и вот с этой т.н. волновой функцией, её так назвали, это поле, значит, стали как-то так работать, но в таком, знаете, полуслучайном режиме стали применять для объяснения некоторых эффектов, т.е. пользоваться инструментом, который непонятно как работает, и там было очень много непонятного на интуитивном уровне. Макс Борн, немецкий физик, который изучал рассеивание частиц, применил вот эту волновую идеологию к объяснению эксперимента по рассеиванию частиц. И проводя соответствующие вычисления, догадался до потрясающей вещи, что вот квадрат, если возвести эту функцию в квадрат по модулю, да, на комплексную, там не только она, не физическая, она вообще комплексная, страшное дело.
С.Ивановский. Начались сложные слова.
А.И.Соколов. Да, сложные слова начались, вот, значит. В общем, он придумал простой инструмент, как из этой волны добывать физическую информацию. Оказалась потрясающая вещь. Вот эта волна показывает, где частица бывает чаще, где реже.
С.Ивановский. Т.е. ещё разочек, если чуть-чуть отмотать назад. Т.е. вот у нас есть, значит, элементарная частица, у нас есть некая орбита…
А.И.Соколов. Необязательно в атоме. Это может быть свободно летящая частица где угодно.
С.Ивановский. И, получается, мы говорим о стоячей волне.
А.И.Соколов. Если в атоме. Стационарное состояние в атоме, нестационарное состояние, вот те боровские орбиты, о которых… Тогда это стоячая волна.
С.Ивановский. И у нас летит частичка, и мы называем её полёт, описываем некой функцией.
А.И.Соколов. Некой функцией, да, некой функцией. Значит, как одно привязать к другому? Вот де Бройль предложил такой инструмент – импульс частицы (произведение массы на скорость) для этой волны есть обратная длина волны, там k = 2pλ, и на постоянную Планка надо умножить. Вот. И с энергией та же история, значит, там формула Е = hv, это ещё Эйнштейн, Планк, это было известно. Поэтому называется «отношение Планка» или «соотношение Эйнштейна», а вот с волновым вектором, с импульсом это вот де Бройль. И он рассмотрел свойства таких волн и показал, что очень многие вещи удаётся понять на этом очень странном языке. Вот. А Макс Борн, изучая рассеивание частиц по ходу вот этого дела, он догадался, как пользоваться этой волной. Оказывается, там, где она посильнее, там частицы бывают чаще; там, где она послабей, там частицы бывают реже. Там, где она обратилась в ноль, там частиц не бывает вообще.
С.Ивановский. Т.е. это вероятность пребывания.
А.И.Соколов. Да, это вероятность. И вот тут в физику проникла совершенно жуткая вещь. Оказалось, что новая механика, ещё не созданная, она не предсказывает однозначно траекторию полёта. Классическая механика, она настолько однозначно всё предсказывала, что у Лапласа даже возникла мысль знаменитая (так возник термин Лапласский детерминизм), что дайте мне начальные координаты всех частиц мира, и я предскажу вам будущее на сколь угодно дальнее время вперёд. Такова была вера в классическую механику, сформировавшуюся вот в 18-19 веках. А здесь всё наоборот. Здесь, наоборот, получаем только вероятности, а что конкретно произойдёт в каждом опыте, никто не знает.
С.Ивановский. Т.е., возможно, в следующий раз вы будете сидеть на этом месте, а, может быть, и не будете.
А.И.Соколов. Да-да, а, может быть, и не буду сидеть, совершенно верно. И вот, значит, причём вы ставите опыт совершенно в одинаковых условиях, вот совершенно в одинаковых. Вот частицы летят из какой-нибудь электронной пушки, да, источник электронов, и у них у всех одинаковые начальные скорости, всё-всё-всё. А полетят они в разные места, попадая в одну и ту же точку на каком-нибудь рассеивающем центре, на диафрагме, ещё на чём-то. Опыты говорили, что так оно и происходит, но в это было невозможно поверить, потому что, ну, есть классическая физика, к ней все привыкли, ну как же может быть, что микрочастица при одних и тех же условиях попадает в разные места? Первая мысль такая – плохо опыт ставим. Значит, есть какие-то неконтролируемые вещи, мы их не видим, а частица их чувствует, она маленькая. Опыты ставили всё лучше, а ситуация становилась всё хуже. В этом смысле всё достовернее становилось, что вот она летит в разные места.
Ну и тогда догадались вот что – давайте сделаем опытов много и посмотрим, а что будет в среднем. И тут оказалось, что средняя картинка, которая набирается из миллиардов частиц, вот она одна и та же во всех вот опытах. Т.е. я ставлю второй раз, у меня опять такое же распределение, ещё раз. Вот когда я миллиард или миллиард миллиардов наберу вариантов, вот тогда это дело воспроизводится. Если я поставлю опыт здесь, у нас, или там, в Нью-Йорке, или в Париже, ответы будут одинаковые. А вот с каждой отдельной частицей результат непредсказуем. Эта вещь страшно не понравилась многим, и в их числе был Эйнштейн. Наиболее крупная фигура, кто отрицал вот этот вариант дальнейшего развития науки, это был Альберт Эйнштейн. При этом он сам сыграл ключевую роль в развитии квантовой теории…
С.Ивановский. В становлении.
А.И.Соколов. Не столь квантовой механики, сколь квантовой теории, вот этой старой квантовой теории. Ну и вот, тем не менее, вот попытки построить новую механику, они продолжались, их делали разные люди. Вот де Бройль исходил из вот этих волн. Он не нашёл уравнение, которое описывает эту волну, он не смог построить математический фундамент, он высказал идею. А тут другой, уже очень молодой человек, которого звали Вернер Гейзенберг, опять немец, значит, он придумал свой вариант новой квантовой теории, который позволял объяснить всё то, что было известно, ещё и вот Бором получено и т.д., и много чего другого.
Он предложил описывать механику частиц на языке матриц. Вот не на языке простых понятных функций, координаты как функция времени, вот летит, я нарисую кривую, я могу её рассчитать, причём там с 18 века умеют рассчитывать на бумажке и очень точно, не вопрос. А он зачем-то вместо физических величин ввёл не какие-то понятные импульс, скорость, ускорение, а матрицы. И с этими матрицами он так ловко научился работать, что получил все известные ответы. Он получил квантование энергии, получил формулу Бора для атома водорода; всё, что было на столе, он всё получил в рамках своей совершенно непонятной так называемой матричной механики, как её назвали.
Гейзенберг, существует такая легенда, думаю, что она не совсем, наверное, соответствует истине, но говорили, что Гейзенберг, в отличие от, скажем, де Бройля, Эйнштейна, которые имели очень хорошее образование, это были очень грамотные с точки зрения математики люди, это были великие и математики тоже, Гейзенберг сам придумал матрицы, поскольку он матрицы в университете то ли не изучал, то ли пропустил. Скорее всего, это легенда.
С.Ивановский. Т.е., скорее всего, аппарат существовал, и он им воспользовался.
А.И.Соколов. Что он существовал, это точно, вопрос, знал ли Гейзенберг. Но это как с Ньютоном – потребовалась новая математика, он её построил, когда надо было законы механики формулировать. Есть такое мнение, что Гейзенберг придумал матричное счисление, когда ему понадобились вот такие странные объекты. Ну, я не знаю, это правда или нет, может быть, и не правда, много всяких легенд. Например, журналисты страшно любят повторять, что у Эйнштейна была по математике тройка. Это глупость, потому что я видел аттестат Эйнштейна, в его музее на стенке он висит. Там пятерки по всем предметам, кроме одного, догадайтесь, какого.
С.Ивановский. Философия?
А.И.Соколов. Закон божий. Это как у Ленина, у него тоже пятерки по всем предметам, четверка по Закону божьему. Причём понятно, что по Закону божьему из четверки натянули, поскольку, ну, такого человека, ну, это было тогда, как история партии – нельзя двойку или тройку ставить такой крупной фигуре. Ну вот четверочку поставили, черт с ним, пусть идёт. Вот у Эйнштейна та же самая история, у него блестящий диплом, но по Закону божьему четверка.
С.Ивановский. Ну, я думаю, что Эйнштейну можно простить Закон божий.
А.И.Соколов. Да-да-да. Так вот, с Гейзенбергом, он придумал эту матричную механику, это было в 1925 году. Это как бы лежало в стороне вот от этой волновой картины, которая тогда внедрялась в сознание де Бройлем, Борном. И начал докладывать в разных местах – Гейсингене, Гейдельберге, он немецкий учёный, он, естественно, в университетские центры ездил, говорил с великими людьми, там всё это предъявлял, было страшно ново, страшно интересно. А главное – это позволяло объяснить очень много чего. Вот исходные объекты были странными, а ответы правильными. Ясно, что за этим что-то есть.
Ну и на одном из семинаров научных присутствовал великий немецкий математик Давид Гильберт, тот самый, который проблемы Гильберта, 23 проблемы. Он был уже такой почтенный дедушка, он сидел на этом семинаре, Гейзенберг всё рассказал, народ там вытаращил глаза, вот. А Гильберт, как бы ни к кому не обращаясь, в пространство сказал такую фразу – вы знаете, молодой человек, вот я знаю по опыту своей работы, что если где-то возникают задачи о собственных числах и собственных секторах матриц, то обычно за этим стоит дифференциальное уравнение в частных производных. Эту фразу никто не понял.
С.Ивановский. И сейчас, скорее всего, никто не поймёт.
А.И.Соколов. Сейчас-то все понимают, кто, как говорится, в теме...
С.Ивановский. Кому надо.
А.И.Соколов. Кому надо, да, но все решили, что Давид Гильберт уже старенький совсем, окончательно, значит, что-то он уже в своём мире живёт, выжил из ума. А через полгода Эрвин Шредингер открывает дифференциальное уравнение в частных производных, которое сегодня является основным уравнением квантовой механики.
С.Ивановский. Т.е. уравнение Шредингера.
А.И.Соколов. Уравнение Шредингера, 26 год. Вот. И первой квантовой механикой была матричная механика Гейзенберга. Её преподают в университетах, но обычно в виде таком, просто справка, что вот есть и такое. Она сегодня не является магистральным таким вот руслом, по которому обычно внедряют молодых людей в квантовую механику. Но вот интересно, что в книжке Ландау-Лившица «Квантовая механика» гармонический осциллятор разобран именно на матричном языке. Вот книжка каноническая…
С.Ивановский. Гармонический осциллятор, поясните, что это.
А.И.Соколов. А это маятник, это просто то, что шарик на пружинке. Колебательная система с одной степенью свободы.
С.Ивановский. Механическая?
А.И.Соколов. Механическая.
С.Ивановский. А, я думал…
А.И.Соколов. Нет-нет, это может быть большой, может быть маленький. Если у вас атом висит там в кристаллической решётке, он маленький, если шарик на пружинке, он большой.
С.Ивановский. Т.е. атом в кристаллической решётке подчиняется?
А.И.Соколов. Тоже гармонический осциллятор, только надо изучать его в квантовой механике, поскольку он маленький.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Вот, значит. И Гейзенберг придумал вот эту матричную механику, которая очень много чего объяснила, а через полгода Шредингер написал своё уравнение, которое и сегодня является основным уравнением т.н. нерелятивистской квантовой механики. Т.е. квантовой механики небольших по сравнению со скоростью света скоростей. Вот. И вот это сегодня основное направление. И вот там фигурировала эта функция, которую ввёл…
С.Ивановский. Волновая функция.
А.И.Соколов. Да, волновая функция, которую ввёл де Бройль. Было понятно теперь, что её надо возводить в квадрат, чтобы получить вероятности, как это сообразил Макс Борн. А Шредингер был человек по тогдашним понятиям уже очень старый, ему было 40 лет, значит. Там же всю эту квантовую механику в основной-то массе мальчишки делали, ребята лет 25-24 от роду.
С.Ивановский. Хорошие мальчишки были.
А.И.Соколов. Да-да-да-да, там такой сонм гениев. Вот, кстати, они почти, за редким исключением все они работали у Нильса, переезжали к Нильсу Бору, и какое-то время проводили в его институте. И он вот их учил основам этой не то что квантовой механики, а квантового восприятия мира, это шире гораздо, вот. Они там работали по несколько месяцев. Вот так возникла знаменитая школа Бора, к которой принадлежат почти все создатели квантовой механики, за редким исключением. В школе Бора не было, по-моему, только Энрико Ферми, один из, одна из ключевых фигур.
С.Ивановский. Уровни Ферми такие знаменитые.
А.И.Соколов. Не только уровни Ферми, и статистика Ферми – Дирака, и четырёхточное взаимодействие Ферми, можно долго вспоминать, вот. Причём, значит, есть очень интересный взгляд, мне очень нравится эта точка зрения, что Шредингер, поскольку ему было не 25, а 40, он понимал, что с крупными физиками прошлого ссориться не надо, не в смысле что с работы выгонят, а в том смысле, что они же тоже гениальные люди, они же обо всём этом много думали. И вот так просто объяснять, что ребята, вот это всё на свалку истории, вот мы сейчас начнём писать бесконечную матрицу Гейзенберга, и наступит полное счастье. Вот так нельзя.
И Шредингер искал как бы некий паллиативный вариант, где были бы объекты такие, как матрица Гейзенберга, но была бы некая функция, которая удовлетворяет дифференциальному уравнению, к которому старики все привыкли. Механика – дифференциальные уравнения, электродинамика - дифференциальные уравнения, гидродинамика - дифференциальные уравнения. Ну и хорошо. Значит, теперь будет вот для непонятной волновой функции тоже дифференциальное уравнение 2 порядка в частных производных. И вот он как бы придумал некий такой вот компромиссный, соглашательский, такой вот коллаборационистский вариант.
Гейзенберг революционную вещь изобрёл, которая никому не была понятна, но он гениально додумался. А вот это уже более-менее народ принимал.
С.Ивановский. Т.е. получается, что вот уравнение Шредингера это вот и есть то решение, так сказать, которое..?
А.И.Соколов. Да, это вот есть. Он предложил дифференциальное уравнение в частных производных для той самой волновой функции, которую придумал де Бройль и интерпретировал Макс Борн. А поскольку Шредингер был человеком очень квалифицированным, он начал быстренько решать его для всех известных случаев. Я говорю «быстренько», потому что статью он опубликовал в 26 году, через 2 месяца. Научную работу, да ещё великую, знаете, раз в 2 месяца это очень хороший темп, вот. И он перерешал и атом водорода, вот тот самый осциллятор, т.е. колебательную систему с одной степенью свободы. Он решал все задачи, которые были на повестке дня и которые допускали точное решение. И получил все ответы, которые были известны до него.
С.Ивановский. Т.е., получается, вот это уравнение, оно…
А.И.Соколов. Вот с него и началась квантовая механика в современном понимании этого слова. Это уравнение – основное уравнение квантовой механики, как законы Ньютона в механике классической, как уравнение Максвелла в теории электромагнитного поля, как уравнение Навье-Стокса в гидродинамике. Вот уравнение Шредингера в квантовой механике это основное уравнение. Из него можно всё получить.
С.Ивановский. И в научном мире это всё было принято?
А.И.Соколов. И в научном мире развернулась ещё более крутая дискуссия. Значит, уравнение было, было понятно, что и матрица Гейзенберга, и уравнение Шредингера описывают невероятно много, и понятно, что это неслучайно, это великое достижение. Дискуссии были настолько горячие, что в следующем году, в 27 бельгийский фабрикант Сольве, который был промышленник, богатый человек, он занимался, по-моему, какой-то химической промышленностью, заработал какие-то жуткие миллионы, он замечательную традицию создал. Он стал создавать каждый год, созывать т.н. Сольвеевские конгрессы, их потом так стали называть. Каждый конгресс был посвящён одной проблеме в одной из наук, но которая сегодня была самой горячей. Вот Сольвеевский конгресс 27 года посвящён квантовой механике.
С.Ивановский. Понятно.
А.И.Соколов. Всё бурлило, кипело, и, как говорится, брызгало, вот, значит, и вот решили собрать. Фотография участников Сольвеевского конгресса есть, её можно найти в интернете, там всего 30-40 человек. Но там, когда вы читаете подпись, вы понимаете, что вы как минимум половину этих людей знаете по учебника, а то и 70%. Там что ни фамилия, то имя. Там сидят в первом ряду и Эйнштейн, и Резерфорд, и Ланживен, ну все великие. Лоренц, тот самый, который «преобразования Лоренца», вот. И вот он был посвящён обсуждению квантовой механики. При этом обсуждения были не просто жаркие, а они иногда приобретали форму вот не оскорблений, а издевательств, таких иронично-юмористических.
С.Ивановский. Почему?
А.И.Соколов. А потому что вещи, которые проповедовали вот молодые, к ним….
С.Ивановский. Серьёзно не относились?
А.И.Соколов. Нет-нет, к ним относились серьёзно, но указывали на внутреннюю противоречивость и дикость того, что говорила эта молодёжь. Ну, например, принцип неопределённости Гейзенберга, который вот был объявлен в 27 году на большую аудиторию. Гейзенберг объявил, что есть пары физических величин, которые в одном эксперименте нельзя измерить точно одновременно. Это была с точки зрения классической физики глупость. Летит футбольный мяч, я могу сказать, где он и с какой скоростью летит. А с современной аппаратурой, вот каким-нибудь там авторегистратором, я могу точно сказать, превышает скорость 60 км/час городскую или нет. Т.е. это очевидные вещи.
С.Ивановский. А в микромире, получается, что мы этого не можем сказать?
А.И.Соколов. Да. Если я беру частицу, и у меня есть прибор, который измеряет её положение, так если он измеряет абсолютно точно, информация о скорости пропадает полностью. Сначала считалось, что потому что прибор большой, а частица маленькая, поэтому как бы он ни мерил, он обязательно в жизнь частицы вмешается и всё испортит. Вот на эту точку зрения довольно хорошо люди откатились. Ну, стали придумывать опыты, как бы сделать как, чтобы и то, и другое измерить одновременно, и при этом не потревожить частицу. Сколько ни придумывали, из этого ничего не вышло.
Эти вещи придумывал Эйнштейн в начале 30-х годов, он придумывал эксперименты, которые принцип неопределённости Гейзенберга отменяли бы, т.е. противоречили бы ему. И каждый раз находилась какая-то вещь, которую Эйнштейн не заметил, и Бор в своей статье отвечал, что вот потому-то, потому-то, потому-то ваши предложения не проходят. А Гейзенберг и Бор поняли это ещё в 20-х годах, что вот это и есть новая физика, на микроуровне природа устроена так. И не потому мы не получаем о ней информацию, что приборы большие, а частицы маленькие, а это фундаментальные вещи. И Гейзенберг это просто сформулировал, значит.
Ну, посыпались шуточки. Кто-то сказал – значит, надо так, по понедельникам, средам, пятницам меряем координату, по вторникам… Там много всякого издевательства было. Они же остроумные. Среди умных людей, гениальных, часто встречаются остроумные. В общем, дело-то кончилось плохо в каком-то смысле, Гейзенберга довели до слёз. Т.е. 25 лет, крепкий немец такой, блондин, белокурая бестия, что называется. Причём он не был таким, знаете, маменькиным сынком из хорошей семьи, он на горных лыжах катался, он и с оружием уже имел дело, он поучаствовал в революциях немецких 18 года – вы знаете, наша революция спровоцировала несколько серьёзных таких вещей в Германии. И он там, говорят, чуть ли не на крыше с пулемётом полежал. Он не был таким, знаете ли, вот таким интеллигентным, знаете, таким вот в стильных очках и с отсутствующим взглядом. И вот его-то до слёз и довели этими своими издевательскими вопросами, вот.
Ну, слёзы слёзами, шутки шутками, но тем не менее. А вот Бор с самого начала, он каким-то вот чутьём угадал, что ли, ну, он вообще основоположник, 13 год ещё. Он понял, что вот это есть некая новая реальность и с ней дальше жить.
С.Ивановский. Т.е. получается, что реальность заключается в том, что есть маленький микрообъект, о котором мы можем сказать, либо с какой скоростью он летит, либо где он находится, либо в каком-то соотношении.
А.И.Соколов. Совершенно верно, либо в каком-то соотношении. И так будет всегда. Причём понимаете, в чём дело, здесь ведь под вопрос был поставлен не какой-то раздел физики, здесь был поставлен под вопрос сам научный метод, это вот к вопросу о том, о чём мы говорили с вами насчёт Бога и так далее. На чём стоит научный метод, вообще научный метод, вот на чём: что опыты, поставленные с одним и тем же объектом в одних и тех же условиях дадут один и тот же результат. Конечно. Наука в этом смысле противоположна искусству, но не в том смысле, что одно плохое, а другое хорошее, а в искусстве, наоборот, если вот художники, или писатели, или музыканты имеют в виду один и тот же предмет, то они создают разные произведения. Если писатель талантливый, то всё будет интересно, но это разные вещи.
Здесь не работает старый английский анекдот, когда учительница спрашивает школьника – Джек, вам задавали сочинение о кошке. – Да, господин учитель. – Так скажи мне, почему твоё сочинение слово в слово совпадает с сочинением Мэри? – Господин учитель, мы писали про одну и ту же кошку. Вот здесь это не проходит, в искусстве не совпадает. Но при этом талантливое произведение, оно показывает и художника, и предмет. В науке нет, вы ставите опыт, и если у вас другой ответ, наука кончается. Так многие лженауки, кстати, до сих пор разоблачают, там телепатии всякие, ну, кто во что верит, опять-таки. Делаются контрольные эксперименты и выясняют, статистику наводят, и выясняют, кто жулик, кто нет. Жулики в науке были всегда, ещё вечный двигатель там в средние века делали люди, которые потом сами сидели в этой машине, крутили чего-то там, а царю-батюшке предъявляли – вот, мол.
С.Ивановский. Вечный двигатель.
А.И.Соколов. Вечный двигатель, да. А тут Бор поставил под сомнение сам научный метод, не физику, а вообще всю науку, когда результат отдельного эксперимента непредсказуем однозначно. Т.е это предполагало ломку картины мира.
С.Ивановский. Т.е. мы уже говорим о вероятностях событий.
А.И.Соколов. Да, мы говорим о вероятностях.
С.Ивановский. Т.е. мы не можем сказать о событии точно.
А.И.Соколов. Совершенно верно. Вероятности в физике были давно, в статистической физике есть распределение вероятностей. Но там понимаем, откуда берётся. Обычная сложная система, там миллиард частиц. В принципе, вроде всё бы можно было просчитать, но нет такого компьютера, который всё это обсчитает. Поэтому пользуемся вероятностью из-за сложности объекта. А сами частички нам – понятно, их поведение строго определённое. А в квантовой механике оказалось, что и на микроуровне поведение неопределённое. И вот Бор, он, как возникла школа Бора – к нему вот эти молодые ребята приезжали, а он их вот воспитывал. Даже не учил, а вот воспитывал вот в этом духе, объясняя, что так оно и будет. Он сам в это верил, он первый, кто это абсолютно понял. И тот, кто абсолютно это не принимал, был Альберт Эйнштейн, 2 такие полярные фигуры. Каждая, как говорится, это великие физики, это 2 гения, тут..
С.Ивановский. На тот же момент это всё-таки было больше пока теоретическое представление?
А.И.Соколов. Не совсем так. Понимаете, вот квантовая механика после уравнения Шредингера объяснила всё.
С.Ивановский. Например?
А.И.Соколов. Вот эти спектры линейчатые.
С.Ивановский. А, вот это то, с чего мы начали.
А.И.Соколов. Конечно. Излучение черного тела, проквантовали электромагнитное поле, в 25-26 годах возникла возникло распределение Бозе-Эйнштейна, для которого распределение Планка является частным случаем. Бах.
С.Ивановский. И решили, короче.
А.И.Соколов. Всё решилось. Сразу понятно, откуда взялась гипотеза Планка, вот откуда эти самые странные кванты, а вот всё, квантовое электромагнитное поле на языке гармонического осциллятора, всё это ложится абсолютно вот гармонично, естественно и органично. Более того, были первые попытки уже построить квантовую теорию поля, т.е. обобщить квантовую механику на мир больших скоростей и полей. Дирак в 28 году придумывает своё великое уравнение, которое записывает уже т.н. релятивистские электроны, т.е. электроны, которые движутся со скоростями, близкими к скорости света.
С.Ивановский. Т.е. получается, что другие учёные начали просто брать за базис вот это и развивать науку дальше в своих областях?
А.И.Соколов. Совершенно верно. Была заложена основа, и дальше уже даже… Вот примерно 10 фамилий это гении. Их много. А сотни стали писать конкретные задачи и решать, и успех был колоссальный. К 30-33 году было объяснено невероятно много – химическая связь, поведение электронов в твёрдых телах, зонная структура, парадокс теплоёмкости твёрдых тел, и это можно перечислять до вечера. Поэтому ясно, что здесь поднято что-то очень и очень главное и глубокое. Понять это, просто вот отказавшись вот…
С.Ивановский. От классических представлений.
А.И.Соколов. От классических представлений.
С.Ивановский. Не то что бы отказаться, а перейти просто в другую сферу.
А.И.Соколов. У Бора есть ещё т.н. принцип соответствия, он так красиво называется, а на самом деле идея-то безумно простая. Идея такая – предсказания квантовой механики на больших масштабах должны переходить в предсказания механики классической. Ежу понятно, что так и должно быть, естественно. Но называют почему принцип именем Бора, принцип соответствия – потому что Бор впервые реализовал в 13 году, когда он описал атом водорода, он скрестил классическую физику и квантовый постулат так, что получил первый количественный результат в квантовой теории. И потом вот он каждый раз, когда рассматривал разные предельные случаи, он просто показывал, что если взять большие скорости, большие энергии, большие массы, то предсказания квантовой механики переходят в предсказания механики классической.
С.Ивановский. Т.е. получается, что у нас есть переход одного, одной науки в другую. Т.е. квантовая механика – наука больше о вероятностях…
А.И.Соколов. Не просто больше о вероятностях, а если я беру микроскопические и большие объекты, то вероятность постепенно превращаются в достоверность.
С.Ивановский. А достоверность.
А.И.Соколов. Вот этот вероятностный аромат постепенно уходит-уходит, а на больших масштабах я получаю детерминированную классическую механику.
Новости
VIP
