Адам Беккер - Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью

«Единственными любимыми фильмами Бора были “Перестрелка на ранчо” и “Одинокий ковбой и девушка из племени сиу”. Но ходить с Бором в кино было нелегко. Он никак не мог уследить за сюжетом и все время, к большому неудовольствию зрителей, приставал к нам с вопросами: “Это кто? Сестра того ковбоя, который застрелил индейца? А, это был тот самый индеец, что хотел угнать стадо у брата ее мужа?” Такая же замедленная реакция проявлялась у него и в научных обсуждениях. Не раз бывало, что молодой физик-стажер (а большинство физиков, приезжавших на стажировку в Копенгаген, были молоды) делал блестящий доклад о своих последних расчетах по какой-нибудь запутанной проблеме квантовой теории. Все присутствующие довольно ясно понимали его аргументацию – все, кроме Бора. Тут же все начинали объяснять ему какой-нибудь простой момент, который он упустил из виду, поднимался невероятный шум, и в результате никто уже ничего не понимал. Наконец после долгих объяснений и споров для Бора начинало что-то проясняться, и тут оказывалось, что он видит эту проблему совсем не так, как докладчик, причем прав оказывался именно он, а докладчик ошибался» [61] George Gamow 1988, The Great Physicists from Galileo to Einstein (Dover), p. 237. .

Непоколебимая репутация Бора и мощь его личности, конечно, значили для его учеников и коллег гораздо больше, чем все помехи и сложности, возникавшие в процессе работы с ним. Курьезные особенности характера Бора, его странности и недостатки даже делали его еще притягательнее для учеников: они видели, что не только он нужен им, но и они ему нужны. Бор работал медленно и напряженно, и при этом ему органически были необходимы сотрудники. Свои идеи он постоянно формулировал и переформулировал, и эти формулировки ему нужно было на ком-то оттачивать. Писать он страшно не любил и написать что-либо без посторонней помощи практически не мог. В критический период рождения квантовой теории, с 1922 по 1930 год, Бор, по сути, не опубликовал ни одной работы без соавторов [62] Beller 1999a, p. 261. . Насколько ясно и обманчиво просто было то, что писал Эйнштейн, настолько закрученными и непонятными выглядели писания Бора с их знаменитыми длинными и витиеватыми фразами. Вот, например, один из его сравнительно коротких и несложных пассажей, в котором он объясняет, что квантовые «скачки» составляют ключевое различие между квантовой и классической ньютоновской физикой:

«Невзирая на трудности, которые, таким образом, содержатся в формулировках квантовой теории, по всей вероятности, как мы сейчас увидим, ее сущность может быть выражена в так называемом квантовом постулате, который приписывает любому атомному процессу существенную скачкообразность, или, вернее, индивидуальность, совершенно чуждую классической теории и символизируемую планковским квантом действия» [63] Niels Bohr 1934, Atomic Theory and the Description of Nature (Cambridge University Press), p. 53, в опубликованной версии его выступления на оз. Комо (которая изначально появилась в английском журнале Nature , как объясняет Бор в предисловии к этому тому). .

Говорил Бор не яснее, чем писал. «На одной конференции в 1932 году Бор представил фундаментальный доклад, посвященный текущим затруднениям теории атома, – вспоминал ученик Бора Карл фон Вейцзеккер. – Со страдальческим лицом, склонив голову набок, он еле продирался сквозь нагромождаемые им неоконченные фразы» [64] Beller 1999a, p. 256. . Затруднения, которые Бор испытывал при выражении своих мыслей, не ограничивались публичными выступлениями. Рассказывая о частной беседе с Бором, Вейцзеккер писал, что «его спотыкающаяся речь <���…> становилась тем менее и менее вразумительной, чем более важным был предмет разговора» [65] Ibid., p. 257. . (Как ни странно, при этом Бор якобы настойчиво рекомендовал студентам «никогда не выражаться проще, чем они способны думать».) Однако неясность мысли лишь усиливала закрепившуюся за Бором репутацию мудреца и пророка. Он мог обронить какое-то слово и оставить учеников разгадывать его смысл часы или даже дни напролет [66] Beller 1999a, p. 257. . Но эта невнятность вовсе не уменьшала горячей привязанности студентов. Рудольф Пайерлс, один из учеников Бора (позже ставший научным руководителем молодого Джона Белла, когда тот писал докторскую диссертацию), говорил: «Хоть часто мы и не могли понять Бора, мы восхищались им почти безоговорочно и любили его беспредельно» [67] Ibid., p. 252. .

Спустя три дня после встречи с Эйнштейном в Берлине Гейзенберг прибыл в Копенгаген. Со времени своей предыдущей стажировки в институте Бора он успешно защитил докторскую диссертацию, разработал матричную механику и получил предложение возглавить кафедру в профессорской должности. Но он вовсе не чувствовал себя победителем – наоборот, он был раздосадован. Триумф его революционной матричной механики был у него украден – через полгода после выхода его работы венский физик Эрвин Шрёдингер опубликовал статью, в которой изложил теорию волновой механики, конкурирующую с теорией Гейзенберга.

Шрёдингер разработал принципы волновой механики в декабре 1925 года на курорте в Швейцарских Альпах, где он жил со своей подругой. Его теория была изложена относительно простым математическом языком волновых уравнений: гладко изменяющиеся волновые функции подчинялись уравнению Шрёдингера (как мы видели в главе 1). Гейзенберга беспокоило, что достижение Шрёдингера может затмить его собственный результат, и основания для беспокойства у него были. Замысловатый математический аппарат гейзенберговой матричной механики большинству физиков того времени был незнаком, и его нельзя было сопоставить ни с какой вразумительной физической картиной мира. Напротив, в теории Шрёдингера использовалась знакомая всем математика и простые физические идеи. С ней было просто обращаться, ее было легко объяснить. Шрёдингер гордился тем, что его теория не заставляет физиков «подавлять свою интуицию и оперировать одними абстракциями – такими, как вероятности переходов, энергетические уровни и тому подобное» [68] David Cassidy 1991, Uncertainty: The Life and Science of Werner Heisenberg (W. H. Freeman), p. 214. . И большая часть физического сообщества соглашалась с этим – даже давние союзники Гейзенберга. Арнольд Зоммерфельд, с которым Гейзенберг консультировался при написании своей диссертации, говорил: «Хотя истинность матричной механики несомненна, ее математическое изложение исключительно громоздко и пугающе абстрактно. Вот Шрёдингер и пришел к нам на выручку» [69] Ibid., p. 213. . Борн назвал шрёдингеровскую волновую механику «наиболее глубокой формой квантовых законов» [70] Ibid. . Тем временем Паули уже использовал теорию Шрёдингера, чтобы сделать то, чего он не смог добиться при помощи одной только матричной механики, – вычислить яркость спектральных линий водорода, решив тем самым задачу, не поддававшуюся теоретикам более семидесяти лет [71] Beller 1999b, p. 29. .