Читать «Стивен Хокинг» онлайн - страница 28

КОГДА ЭЛЕКТРОНЫ УСТРЕМЛЯЮТСЯ В ТУННЕЛЬ

Хотя наши органы чувств и не воспринимают тун-нельный эффект, он стал уже неотъемлемой частью нашей жизни. Например, он является составной ча-стью многих микроэлектронных схем. Как только мы включаем телевизор или компьютер, бесчислен-ные электроны приступают к своей туннельной дея-тельности, создают движущиеся изображения или обеспечивают быструю связь по всему миру.

Философские муки, которые эти квантовые фе-номены и сегодня доставляют здравому смыслу, позволяют представить, каково пришлось физикам в первые три декады ХХ века, когда они отчаянно вели поиски математического способа укрощения и прогнозирования такого беспорядочного поведения электронов, ведь оно никоим образом не вписыва-лось в детерминистский часовой механизм Вселен-ной Исаака Ньютона.

Весной 1925 года молодой немецкий физик Вер-нер Гейзенберг лечился от сенной лихорадки на острове Гельголанд в Северном море. Здесь, страдая от отвратительной погоды и одиночества, он понял, что от концепции четко определенной локализации мельчайших частиц материи в атоме надо отказать-ся раз и навсегда. Точное определение местонахож-дения частицы и одновременно ее скорости прин-ципиально невозможно. К сожалению, в своих вос-поминаниях (TuG: 76–78) Гейзенберг не сообщает Квантовая теория, или какие осложнения... 63 нам, что привело к решающему прорыву и к форму-лировке основного закона квантовой теории — му-чившая его аллергия или суровый дух Гельголанда.

СВЕТ ОТТАЛКИВАЕТ ЭЛЕКТРОНЫ В СТОРОНУ «Просветление» Гейзенберга в тихом затворни-

честве посреди моря хорошо проиллюстрировать с помощью фотоэффекта, описанного Эйнштейном за двадцать лет до этого. Чтобы измерить положение и скорость частицы, на нее, например, можно напра-вить луч света. Его энергия, пропорциональная его частоте, называется квантом. Она оказывает ограни-чительное воздействие на измеряемость параметров электрона. Дело в том, что свет вступает с ним во вза-имодействие и придает ему импульс, что неизбежно мешает процессу измерения. Мы видим электрон, только когда он отражает свет в нашу сторону. Но во время этой акции ответного удара свет, так сказать, отталкивает электрон в сторону.

Дилемма наблюдателя заключается в том, что для того, чтобы повысить точность измерения, ему следовало бы использовать свет с небольшой длиной волны. Однако такая попытка имела бы обратный эффект, так как более короткая длина волны рав-нозначна увеличению энергии кванта света. А это именно та дополнительная энергия, которая силь-но мешает частице и непредсказуемо отбрасывает ее еще дальше. Итак, выхода нет. Это ставшее извест-ным соотношение неопределенностей не имеет ниче-го общего с качеством измерительного прибора или неловкостью наблюдателя. Тут — неизбежное свой-ство материи, железный закон природы, действую-щий для каждой квантовой частицы (IGZ: 70–72). 64 Х УБЕРТ М АНИЯ | Стивен Хокинг