— Я хочу подробно рассказать вам о взаимодействии света и вещества, — продолжил Фейнман, — а точнее, о взаимодействии света и электронов. История физики заключается в том, что множество явлений сводится всего к нескольким теориям. Хороший пример – это теория движения, которую сформулировал Исаак Ньютон. Когда эта теория была хорошо сформулирована, то оказалось, что многие явления могут быть сведены к теории движения. Например, акустические явления – это движение атомов воздуха. Движением молекул объясняются тепловые явления. Но когда перешли к исследованию атома, оказалось, что вращение электрона вокруг ядра атома не может быть объяснено теми же законами механики, как движение Земли вокруг Солнца. Выработка новой системы взглядов, которая была бы способна заменить законы Ньютона на этом уровне исследований, заняла длительное время. Эта система представлений, которая, на первый взгляд, противоречила здравому смыслу, получила название квантовой механики. Вещи, о которых я буду говорить, студентам физического факультета я обычно читаю на третьем и четвёртом курсах, поэтому многих объяснений вы были бы не в состоянии понять. Зачем же я буду говорить вам то, чего вы заведомо не поймёте? Я буду сообщать вам факты, а там, где это возможно – каким образом эти факты установлены. Но непонимание того, что я говорю, может быть связано с тем, что вы захотите узнать, почему это так происходит. Если вы не откажетесь от этого требования, это сделает понимание для вас невозможным. Природа действует таким, а не каким-либо иным образом. Она устроена именно так, а не иначе. Почему это так – я не могу рассказать своим студентам, потому что я сам этого не знаю. Никто этого не знает. И поэтому нужно заранее отказаться от вопроса «почему?». Я думаю, что это введение достаточно подготовило вас к тому, что я буду говорить. Нужно только добавить, что в явлениях природы участвует такое количество фотонов – частиц, которые образуют свет, и электронов, которые создают электрический ток, что человеческий ум не в состоянии свести все последствия этого взаимодействия к их исходным элементам. Поэтому я начну с того, что расскажу об экспериментах, где вначале участвует только один фотон, а потом в игру вступает ограниченное количество электронов. На таком уровне человеческий мозг способен охватить происходящее. На таком уровне появляется основа для теорий, которые позволяют объяснить естественно наблюдающиеся явления. Всё это очень сложно, но у нас впереди четыре лекции и я надеюсь, что мы во всём успеем разобраться…
Дмитрий внимательно слушал. Он знал всё, о чём говорилось в этой лекции, но в устах Фейнмана многие знакомые вещи начинали казаться неожиданными, а внезапно появляющиеся остроты оживляли текст, но не запутывали его. Так было, например, когда Фейнман сказал: «К законам движения нельзя свести гравитацию, ту силу, которая сейчас удерживает вас на ваших местах. Я естественно, имею в виду, что кроме гравитации вас удерживает на ваших местах ещё и вежливость, но она тоже не подчиняется законам квантовой электродинамики». После этой фразы по аудитории прошёл легкий шум, лица оживились, в воздухе повисли улыбки, и, когда лекция снова стала серьёзной, её опять слушали с той свежестью внимания, которая с начала лекции успела исчезнуть, а теперь вновь воскресла…
Лекция продолжалась при неослабевающем внимании аудитории, и снова прошёл лёгкий шумок и в воздухе повисли улыбки, когда раньше, чем сказать о том, что любой прогноз в квантовой электродинамике носит вероятностный характер, Фейнман сказал:
— Мы не можем объяснить, как фотон решает, проходить ли ему через стекло или отражаться от его поверхности.
А позднее, уже обсудив вопросы вероятности, Фейнман сказал:
— Природа не позволяет нам найти единственно правильное решение, она только позволяет нам рассчитать, какова вероятность того, что фотон отразится от передней или задней поверхности стеклянной пластины. Сейчас, — сказал он, — я привёл простейший пример, я могу эти примеры усложнять, но результат останется прежним: природа устроена так, что позволяет нам судить о вероятности попадания фотона в точку А или в точку Б, но не даёт ответа на вопрос, почему это происходит. Я заранее предупреждал вас об этом. Вопрос «Почему?» по отношению к природе не имеет смысла. Она ведёт себя таким, а не иным образом вне зависимости от того, нравится нам это или не нравится.

Излучённые фотоны в когерентном луче лазера.
Фото со страницы.

В каком-то месте лекции Фейнман сказал:
— Поскольку фотоны, взаимодействующие с материей, прямо или косвенно испускаются Солнцем, мы находим связь между макромиром, в котором существует Солнце, и микромиром, в котором фотоны взаимодействуют с веществом. Здесь появляется ещё одна возможность упомянуть о гравитации, которую нельзя объяснить законами движения, и никто не может точно сказать, каким образом её объяснить. Я не хочу сказать, что нет никаких теорий гравитации. Я бы сказал, что их немало, и среди них есть квантовая теория. Но никто ещё не смог явно наблюдать гравитационное излучение. Я собирался говорить только о том, что хорошо известно в физике, а не о том, что ей неизвестно. Поэтому я не буду рассматривать квантовую теорию гравитации, равно как и другие. На данный момент я могу сказать только следующее. Поскольку гравитация обуславливает вращение планет вокруг Солнца, можно вспомнить то время, когда люди полагали, что за каждой планетой сидят ангелы и толкают её по орбите. Сейчас к этому можно добавить: в общем, это так и происходит, только ангелы сидят в каком-то другом месте, и точное их местонахождение физика пока не определила. Я показал одну из возможностей взаимодействия макро и микромира, и теперь могу вернуться к взаимодействию фотона и вещества.

При очень слабом свете предметы (например, туманности в космосе) кажутся лишенными окраски, а при увеличении интенсивности света цвета проявляются. «На снимке Крабовидной туманности на фоне голубоватой дымки перемежаются яркие красно-оранжевые нити» (из лекций Р. Фейнмана).
Иллюстрация: NASA, ESA, J. Hester and A. Loll

Ангелы, сидящие за планетами, тоже были шуткой. Шуткой было и утверждение, что задачи физики – установить точное место, где сидят эти ангелы. Шутки давали передышку, которая позволяла восстановить напряжённое внимание, а, кроме того, в шуточной форме формулировались вполне серьёзные проблемы. Когда лекция закончилась и Фейнман вернулся на своё место за столом, в аудитории некоторое время царили молчание и неподвижность, и в этом молчании очень чётко прозвучали слова Фейнмана:
— Я могу отвечать на вопросы в той мере, в какой на эти вопросы позволяет ответить природа. Но, может быть, было бы лучше задавать вопросы после последней лекции, потому что на следующих лекциях на многие из возникших сегодня вопросов уже будет дан ответ. Если вы согласны со мной, то разрешите с вами попрощаться до следующей лекции.
И тут молчание аудитории разразилось громом аплодисментов.

Продолжение следует.

Posted in Без рубрики