Оттого, что ячейки все равноправны, неравноправны столбики! Шансы распределяются между ними вовсе не поровну. И видно: закон распределения шансов между столбиками повторяет горбатую, или конусообразную, форму сачка. Повторяет совершенно точно.
А как провести проверку? С бабочкой это просто — в принципе по крайней мере. Сделав прозрачным основание сачка, можно фотографировать ее сколько угодно раз на одну и ту же пластинку. Можно даже вообразить себе, что основание сачка затянуто светочувствительной пленкой, и на этой пленке, как тень, запечатлевается при каждом срабатывании затвора изображение бабочки. После множества съемок такая тень будет всего гуще в центре пленки: там наложатся одно на другое множество изображений. К периферии пленки тень будет слабеть. И ясно, что в этом распределении густоты тени повторится тот же закон — форма сачка с горбом посередине.
Так опыт подтвердит предвидение случайного.
И тем полнее подтвердит, чем больший простор будет предоставлен случаю: каждая новая проверка увеличивает надежду, что постепенно сбудутся все возможности — оправдаются все шансы. «Надо иметь достаточную статистику!» — говорят физики.
Теперь пусть бабочка улетает — больше она не нужна нам. На минуту нужна еще только ее тень. Именно ей, этой тени, а не самой бабочке подобен электрон. Понятно ли это?
Накрытый в движении призрачным сачком своего волнового пакета, электрон ведь вовсе не летает в его «объеме». Реален ведь не сам пакет, а та область пространства — то основание, или дно, сачка, над которым «поднимается» в данный момент пси-волна. «Поднимается» — в том смысле, что если выстроить над пространством призрачный частокол значений таинственной величины «пси» в каждой точке, то вот и получится горб волны[15]. А электрон, конечно всегда пребывает где-то на дне этого математического сачка — в реальном трехмерном пространстве.
В отличие от бабочки, электрон не пленник своего волнового пакета, а виновник того, что этот пакет — призрачный математический сачок — существует и морочит голову физикам. (Так, Земля не пленница своей атмосферы, а виновница ее существования.) Не будь электрон так мал, он не был бы «волницей» — его волновые свойства были бы так незаметны, что движение его прекрасно описывалось бы классическими траекториями. Но он — повторим это в сотый раз! — каким-то образом умудряется быть и частицей и волной и потому появляется перед физиками в ореоле, в атмосфере, в сачке (как хотите!) волнового пакета. И потому никогда не известно с полной достоверностью, каково же местоположение — какова координата — этого двуликого электрона.
То, что можно об этом узнать, и рассказывает форма волнового пакета. Вот в чем заключалась догадка Макса Борна.
Величина «пси» сразу потеряла для него свою таинственность. Помните, как она сказала сперва довольно небрежно: «Ищите электрон там, где я сама наличествую, то есть там, где я не равна нулю». Но неужели у электрона одинаковые шансы пребывать в данный момент в любом месте пространства, где эта «при» не равна нулю? Она меняется волнообразно; для одних точек пространства, где может находиться электрон в этот момент, величина «пси» больше отлична от нуля, для других — меньше. Так неужели это ничего не значит? Нет, решил Борн, у электрона всего больше шансов обнаружиться там, где «пси» всего ощутимей наличествует — под горбом волнового пакета. А всего меньше — с краю, где пси-волна сходит на нет.
Так, по идее Борна, форма пси-волны просто указывает на распределение шансов найти частицу в разных местах пространства. Скажем, форма волнового пакета движущегося в атоме электрона просто показывает распределение шансов найти этот электрон в разных местах атомного пространства. Разные места неравноправны — над ними поднимаются разные по высоте пси-столбики. И вот — новый смысл боровских орбит: это те воображаемые круги или эллипсы, которые состоят из точек, в окрестностях коих всего вероятнее найти электрон.
Теперь ясно, как ответить на вопрос: действительно ли почернеет пластинка прямо напротив щели, сквозь которую пролетел падающий электрон? Физик-квантовик скажет, что он способен предсказать только шансы этого события. Не больше! И добавит, что может заодно предсказать шансы и других возможных событий — почернений в иных местах, далеких от щели. Все зависит от формы пси-волновой картины.
А как провести проверку? Однократным опытом всех шансов не исчерпать. «Нужна достаточная статистика». У физиков есть два варианта проверки: они могут направить на щель в экране сразу поток электронов, дабы в один присест провести миллионы, миллиарды, триллионы проверок, а могут пустить электроны по очереди, по одному, гуськом, подобно, цепочке капель из плохо прикрученного крана. В принципе результат должен быть одинаков: в обоих вариантах случаю предоставляется полный простор. В падении множества электронов, все равно — одновременном или поочередном, осуществляется множество возможностей, и можно надеяться, что любая превратится в действительность. Первый вариант проще, зато второй интересней.
Дело в том, что, когда на щель направляют целый поток частиц, возникает сомнение: а не есть ли волнообразность свойство потока? (Так, одна молекула воды волны на реке не даст, а поток молекул может дать любую волну.) Когда же электроны проходят через щель поодиночке, сомнения исключаются: если появится на пластинке волновая картина дифракции, значит волновая природа свойственна поведению любого отдельного электрона.
Наши экспериментаторы Л. Биберман, Н. Сушкин и В. Фабрикант уже после войны, в 1949 году, провели «проверку гуськом». На фотопластинке обрисовалась ожидаемая картина, которая за четверть века до этого опыта поразила бы всех без исключения физиков: кроме черного пятнышка напротив щели, отчетливо видны были расходящиеся кольца почернений, слабеющие по мере удаления к краям пластинки.
В эксперименте наших физиков электроны падали так редко, что промежуток времени между двумя очередными падениями был в 30 тысяч раз больше, чем время, какое требовалось электрону на то, чтобы проскочить весь прибор — пройти от источника до пластинки. А мёжду тем волновая картина дифракции решительно ничем не отличалась от картины массового падения электронов, когда сразу 10 миллионов частиц устремлялись к пластинке. Гуськом ли, потоком ли шли микрокентавры — результат был один и тот же!
Каждый приземлился на пластинку, как частица. Но каждый по воле случая использовал одно из возможных мест приземления, предоставленных ему, как волне. Мириады частиц — мириады возможностей. И действительно, оказалось, что чередующиеся горбики пси-волновой картины — это наиболее вероятные места встречи электронов с пластинкой.
Что же означает расширение волновой упаковки частиц — размазывание волнового пакета? Ничего другого, кроме как расширение той области пространства, где есть вероятность найти частицу. И вообще все, что в разных условиях движения микрокентавров происходит с их волновыми пакетами, это только изменение вероятностей разных событий, которые могут случиться с частицами.
Вот что почувствовал, сначала только почувствовал, Макс Борн: шредингеровские пси-волны — это не «волны материи», это волны вероятности в поведении частиц.
Сознаете ли вы, как ответственна была догадка Борна? Как ответственна и как величественна!
Она заслуживала бы любого количества слов, сравнений, разъяснений, лишь бы открылась неизбежность этой догадки и обнажился ее смысл. В конце концов дело тут не в уравнении Шредингера и не в пси-функциях, не в волновых пакетах и вообще не в математических хитростях. Право, все это забывается легче, чем узнается. Но потрясает воображение и навсегда остается в сознании суть хитросплетений квантовой механики. Эта суть неожиданна и немногословна: физики открыли, что в недрах материи, в микромире, господствуют вероятностные законы случая. (Оттого и заслужил он раньше написания с большой буквы.)
15
Физики для удобства пользуются квадратом величины «пси». Удобство заключается в том, что квадрат любого числа — всегда величина положительная.