Я хочу рассказать о законе фазовой гармонии, сформулированном Луи де Бройлем в 24-ом году. Закон этот редко упоминается в трудах по квантовой теории, хотя с него эта теория по существу и берет своё начало, и, несмотря на то, что сам де Бройль считал это своё открытие самым важным делом своей жизни.

Луи де Бройль родился в 1892 г. в одном из самых аристократических семейств Франции. В нём текла голубая кровь французских королей, он был принцем, но несмотря на такое знатное происхождение, жизнь его протекала как и множества людей обыкновенных. Закончив лицей, он поступает в Парижский университет на гуманитарный факультет. Он изучает здесь палеонтологию, историю и литературу.

Занятия гуманитарными дисциплинами явно пошли ему на пользу и впоследствии дали свои плоды. Он прекрасно писал, о чём свидетельствует ряд книг по труднейшим вопросам волновой механики, с увлечением читал труды по истории науки (исторических книг он прочёл больше, чем книг по физике – по его собственному признанию), а занятия палеонтологией, возможно, подвели его к мысли, что всё – живое, ибо даже мёртвые с виду камни хранят в себе отпечаток жизни, бушевавшей миллионы лет назад...

Учась на гуманитарном факультете, молодой Луи де Бройль почувствовал неодолимое влечение к физике и, решив, что в этом его призвание, откладывает в сторону только что полученный им диплом и поступает снова в Парижский университет, но теперь уже на факультет естественных наук. Он блестяще его заканчивает и приступает к исследованию животрепещущих для того времени вопросов, касающихся корпускулярно-волнового дуализма – феномена странного, но недвусмысленно проявляющегося при экспериментальном изучении свойств света, а также рентгеновских и g -лучей.

Его ближайшими учителями были Поль Ланжевен и старший брат – Морис де Бройль. Морис был к тому времени уже маститым физиком (он на 17 лет старше Луи), участвовал в первом Сольвеевском конгрессе и владел прекрасно оборудованной лабораторией, специализирующейся на исследованиях по рентгеновской спектроскопии. Здесь молодой Луи овладел премудростями экспериментальной науки, полностью вошёл в круг проблем, проникся ими и взялся за их решение. Здесь началась его теоретическая деятельность, результаты которой легли в основу его докторской диссертации.

Идея, с одной стороны, вроде бы и проста, но, с другой, - кажется поистине удивительным, как до этого вообще можно было додуматься. Самый ход мысли – совершенно неординарен. По-моему, без озарения здесь явно не обошлось, хотя, может быть, всё дело – в определенных особенностях мышления де Бройля.

Де Бройль, далее, был страстным приверженцем релятивизма. Теория относительности появилась сравнительно недавно, но уже добилась успехов и признания, и де Бройля привлекла необычная её красота. В ряде основополагающих рассуждений теории относительности фигурировали “наблюдатели с часами”. Это был, на взгляд де Бройля, очень удачный образ – наглядный и глубокий. Под “наблюдателями” (по контексту теории) подразумеваются не теоретики вовсе, пытающиеся представить себе что и как происходит в микромире, а сами обитатели этого мира: электрон, протон и пр.

Элементарные частицы – и есть наблюдатели. Это – важно. Все они обладают собственными часами и взаимодействуют посредством обмена волновыми сигналами. Очень ёмкая аналогия, и де Бройль, в силу присущего ему образного мышления, воспринял её буквально.

Элементарные частицы, рассуждал он, - сложные системы (т.к. только сложные системы способны взаимодействовать подобным образом). Каждой частице свойственен некий внутренний периодический процесс, который, с одной стороны, служит мерой внутреннего времени (т.е. определяет “часы”), а с другой, - обеспечивает создание тех самых волновых сигналов, посредством которых происходит взаимодействие.

Для распространения волновых сигналов требовалась, вообще говоря, среда-посредник, причём эфир (в классическом его понимании) на эту роль не годился, т.к. его введение привело бы к конфликту с теорией относительности. А этого де Бройль не хотел, т.к. свято верил в справедливость релятивизма. Позже он всё же ввёл такую промежуточную среду, причём так, что релятивизм не пострадал. Сначала же, в 24-ом году, при написании своей докторской диссертации он всё внимание сосредоточил на “внутренних часах”.

Итак, каждой элементарной частице присущ внутренний колебательный процесс. Он задаёт масштаб времени и реализует собой внутренние часы, с помощью которых только частица и может ориентироваться во времени. Каков этот процесс конкретно, де Бройль не обсуждает. Его волнует, прежде всего, частота процесса, и он определяет её своей знаменитой формулой:

Эта формула уже релятивистская!

Итак, де Бройль добился того, что соотношение между энергией и частотой стало лоренц-инвариантным. Но какой ценой! Общая картина, по сравнению с классикой, существенно усложнилась. В классике, когда рассматривается движущаяся частица, имеется только один объект - эта самая частица. У де Бройля же появляется два объекта: частица и связанная с ней стационарная волна. Оба объекта – самостоятельные, хотя и зависимые.

“Кажется почти очевидным (собственные слова де Бройля), что эта фаза должна соответствовать целому числу колебаний электрона”, то есть:

Таким образом, на орбите должно укладываться целое число волн де Бройля (длин волн стационарной волны). Отсюда вырисовывается и физический смысл утверждения о целочисленности колебаний, т.к. только в этом случае стационарная волна, многократно обегая окружность орбиты, не будет подавлять сама себя.

а это – второй постулат Бора. Таким образом, введённые де Бройлем представления о внутреннем процессе и о стационарной волне оказываются весьма действенными, раз они позволяют столь легко и непринужденно получить правило квантования момента импульса для боровских орбит.

--- каким образом (почему) стационарная волна движется по кругу? (Для этого, по-видимому, необходима радиальная неоднородность, из-за которой волна может замкнуться сама на себя, вследствие внутреннего отражения. Этим вопросом занимался Э. Шредингер);

--- что конкретно подразумевается под “внутренним периодическим процессом”?

--- что такое “стационарная волна”? Нужна ли для её распространения некая среда и, если да, то, как её ввести, не входя в противоречие с ТО? Как она соотносится с электроном: порождается ли им (только) или в её формировании (каким-то образом) участвует вся Вселенная?

--- как стационарная волна влияет на поведение электрона, и что вообще стоит за “законом фазовой гармонии”?

И т.д., и т.п. – вплоть до вопроса: “что” или “кто” есть электрон? Вполне серьёзно обсуждались идеи о свободе воли электрона, и в этом принимал участие сам Н. Бор.

В обще6м, страсти кипели, и физика быстро развивалась. Шредингер написал своё знаменитое уравнение. Борн предложил его вероятностную интерпретацию. Стремительно развивался математический аппарат, и теория обретала уже вполне отчётливые формы.

Неустанно трудился и сам де Бройль. Он разрабатывал так называемую “теорию двойного решения”, согласно которой частицы, оставаясь локализованными сущностями, представлялись как бы вкрапленными в волну в виде сингулярностей единого решения. Они по этой концепции приобретали как бы волнообразные крылья. Работа двигалась, но весьма медленно, из-за больших математических трудностей. Нужно было исследовать нелинейные уравнения, дающие солитоноподобные решения, а это было непросто и требовало времени и сил.

Физика подменялась математикой. Но этот подход, как это ни удивительно, приносил плоды. Теоретики смело ныряли в математическое море и доставали из его глубин сокровища в виде изящных формул, подтверждаемых экспериментом.

В удрученном состоянии духа он возвращается в Париж. Здесь он получает кафедру в институте Анри Пуанкаре и посвящает себя преподавательской деятельности. Свои поиски он прекращает, или, во всяком случае, приостанавливает, убедив себя (в какой-то мере), что путь, которым двигался он ранее, - ложный, и истинным является другой, магистральный, - тот, по которому устремились физики всего мира. Преподаёт он среди прочих дисциплин также и квантовую механику (которую он все же упорно называет волновой механикой), причём придерживается её ортодоксального канонического изложения.

А время между тем шло. Бурная молодость становилась воспоминанием. Де Бройль, казалось, смирился со своим поражением и даже не слишком переживал по поводу того, что его основополагающая идея о фазовой гармонии была по существу предана забвению. Орёл сложил крылья, и так продолжалось 25 лет.

Но вот однажды, когда де Бройлю было уже слегка за шестьдесят, пелена вдруг спала с его глаз. Излагая на очередной лекции теорему фон Неймана, где строго доказывалось, что никакой теории со скрытыми параметрами, для объяснения явлений микромира, в принципе не может быть построено, он вдруг осознал, что его концепция волны-пилота как раз и является такой теорией, - теорией, которой не может быть. Следовательно, в рассуждениях фон Неймана где-то имелся логический прокол (неувязка), но тогда всё монолитное и незыблемое здание квантовой механики теряло опору, т.к. из его фундамента изымался краеугольный камень.

Внешним мотивом для резкого поворота мыслей де Бройля послужила статья Д. Бома – молодого, энергичного, но ещё зелёного по сравнению с де Бройлем физика, где он излагал переоткрытую им дебройлевскую концепцию и нападал, соответственно, на основы квантовой механики.

И у де Бройля открылись вдруг глаза. Он понял, что идеи его молодости значительно превосходят по богатству содержания идеи современной ему квантовой механики, и что путь, которым он шёл прежде и который оставил, как раз и является путём истинным и наиболее перспективным. С этого момента начинается второй творческий взлёт в жизни де Бройля. Он пишет многочисленные статьи и одну за другой издает целый ряд книг, посвященных ниспровержению основ, критике и реинтерпретации квантовой теории (всего более 50-ти статей и 12 книг!). Он возвращается к идеям своей юности, извлекает на свет Божий всё написанное им по этому поводу и приступает к последовательному рассмотрению многочисленных трудных вопросов, в своё время им оставленных.

Прежде всего, - о составе, строении и внутренней динамике элементарных частиц, а также о заполняющей межчастичные пространства промежуточной среде, необходимой для самого существования стационарных волн, в качестве их опоры и переносчика. Он вводи представление о такой среде, называет её субквантовой средой и моделирует тахионным газом. Тахионы – частицы с мнимой массой и сверхсветовыми скоростями. Идею о них де Бройль почерпнул у нашего физика – Терлецкого и взял на вооружение, поскольку, по его мнению, такого рода среда не противоречила постулатам релятивизма.

Свою великую битву де Бройль начал и повёл один. Ему помогала только молодёжь. Он был в таком же положении, как и во времена молодости, и даже в ещё более сложном, поскольку квантовая теория давно и полностью оформилась, и сам он был уже был в летах и занимал солидное положение в ученом мире. Коллеги недоумевали. Мнения разделились. Одни приветствовали и интересовались, другие придерживались нейтралитета, третьи же откровенно сторонились. Но де Бройля это не смущало. Он был полон энтузиазма и юношеской энергии и работал с азартом, с упоением и восторгом. Новый его взлёт был уверенным и длительным. Основная интенсивность творческой активности приходится на возраст от 70-ти до 80-ти. “Я часто спрашиваю себя, - говорит он своему ученику Ж. Лошаку в канун своего восьмидесятилетия, - не было ли время после 70-ти с точки зрения интеллектуального бытия самым прекрасным в моей жизни?”.

И де Бройль пробил-таки брешь в укреплениях квантовой теории, успевшей уже стать “классической”, нарушил привычный покой физиков, взбудоражил умы, вселив в них сомнение и надежду, и подвиг к новым научным поискам. Ему всё же это удалось! Завершить свою теорию он не успел, хотя очень многое сделал для её развития и укрепления. Концепции “волны-пилота” и “фазовой гармонии” пережили по существу второе рождение.

Де Бройль возлагал большие надежды на тех, кто пойдёт следом за ним. Он призывал думать самостоятельно, не соблазняться поверхностными результатами, дающими красивые формулы, но не вскрывающие сущность, но идти вперёд – неустанно и во что бы то ни стало, дальше и глубже – до самой сокровенной сути вещей. Он призывал всех, молодых и не очень, всех, в ком есть страсть к познанию первооснов природы, обратить пристальное внимание на закон фазовой гармонии и раскрыть содержащуюся в нем глубокую и очень важную тайну. Он верил, что тайна эта в скором времени будет раскрыта и принесет свои плоды, и он очень стремился передать свою веру и надежды - идущим следом, в том числе - и нам с вами.

Литература.