Пол Хэлперн - Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания

Взяв отпуск в Оксфорде, Шрёдингер посетил Принстон в марте — начале апреля 1934 года. За годы своей научной деятельности он выработал великолепный, выразительный стиль чтения лекций с использованием большого количества ярких аналогий. Увлеченность поэзией и театром помогала ему делать сложные научные концепции живыми и доступными для понимания. Глубокие познания Шрёдингера в древней истории и философии обогащали его лекции, посвященные современным проблемам. Кроме того, он прекрасно владел английским языком — у него было чистое произношение, практически без австрийского акцента. Эйнштейн же, напротив, читал лекции на английском языке только по заранее подготовленному конспекту, причем постоянно запинаясь. К тому же у него был ярко выраженный южнонемецкий акцент. Администрация факультета была довольна кандидатурой Шрёдингера и предложила декану по науке Лютеру Эйзенхарту назначить его на полную ставку.

По возвращении в Оксфорд Шрёдингер долго размышлял о предложении Принстонского университета, но в итоге решил его отклонить. Принстон привлекал его возможностью снова жить и работать в одном городе с Эйнштейном. И Шрёдингер надеялся, что Флекснер под давлением Эйнштейна предложит ему ставку в IAS, но этого не произошло. Видя высокий оклад Эйнштейна и его щедрую привилегию в виде отсутствия лекционной нагрузки, Шрёдингер хотел подобных условий и для себя. Но, к его разочарованию, Принстон предлагал хотя и по всем стандартам щедрые, но не соответствующие его запросам условия. Ожидая такого же отношения, как к Эйнштейну, Шрёдингер не понимал, насколько необычна была ситуация первого. Эйнштейн получал примерно на 50% больше, чем платили престижные университеты, такие как Принстонский, своим старшим профессорам физики. Ссылаясь на оклад в качестве основной причины, он с сожалением написал Ладенбургу в октябре о своем отказе.

Помимо финансовых причин Шрёдингеру приходилось принимать во внимание свою необычную семейную ситуацию. Шрёдингер, конечно, не хотел уезжать за океан от Хильде и Рут — ребенка, о котором он всегда мечтал. Он спрашивал себя, как общественность Принстона отреагирует на то, что он привезет их вместе с Энни. Может быть, его даже привлекут к ответственности за двоеженство? Говорят, что он упомянул эту ситуацию в беседе с президентом Принстонского университета Джоном Хиббеном и был разочарован его негативной реакцией по поводу идеи семьи с «двумя женами» и совместным воспитанием ребенка {100} 100 Moore, Schrödinger, 294. .

Возможно, где-то в параллельной Вселенной Шрёдингер согласился бы на должность в Принстоне, стал бы еще ближе к Эйнштейну и провел бы остаток своей жизни в комфорте и безопасности. Может быть, Хильде и Рут удалось бы эмигрировать в США без привлечения особого внимания. Но вместо этого он решил вернуться в Австрию, как раз незадолго до ее аннексии фашистской Германией. В результате ему придется бежать из страны. Но причинность зависит от прошлого, а не от будущего. К тому же у него были неполные данные. Поэтому его обычно острый ум на сей раз дал сбой.

К 1935 году многие теоретики квантовой механики, довольные тем, что их основные представления оказались верными, приступили к изучению атомного ядра. В то время как квантовая теория уже представлялась достаточно разработанной, теория атома оказалась областью наиболее активных исследований. В этом же году японский физик Хидэки Юкава предложил модель описания взаимодействия нуклонов (протонов и нейтронов) между собой посредством обмена другими частицами, названными мезонами. Впоследствии это взаимодействие получит название сильного взаимодействия. Теория Юкавы пыталась объяснить, за счет чего нуклоны удерживаются в атомных ядрах. Сегодня мы знаем, что в качестве таких посредников выступают не мезоны, а глюоны. Годом ранее итальянский физик Энрико Ферми начал изучать процесс бета-распада — превращения нейтронов в протоны путем испускания электронов и других частиц. Это взаимодействие, называемое слабым, ответственно за некоторые виды радиоактивного распада. В конечном итоге оно было описано в рамках более общей теории электрослабого взаимодействия.

В то время как Шрёдингер заинтересовался этими исследованиями, Эйнштейн их попросту проигнорировал. Он предпочел сосредоточиться на сочинении попурри для дуэта своей юности — гравитации и электромагнетизма, а не пробовать играть на непроверенных инструментах и не превращать дуэт в трио или квартет. Таким образом, к середине 1930-х годов его попытки построения единой теории поля не могли больше рассматриваться как построение «теории всего». Скорее, они объединяли лишь некоторые, но не все силы, существующие в природе.

Между тем Эйнштейн по-прежнему был обеспокоен тем, что квантовый подход становился общепринятым. Его последняя встреча с Бором состоялась в 1930 году на Солвеевском конгрессе, где они спорили по поводу принципа неопределенности. Как и во время Солвеевского конгресса 1927 года, Эйнштейн предложил мысленный эксперимент, якобы противоречащий квантовой теории, который Бор после долгих размышлений все же смог опровергнуть.

Гипотетическим устройством, которое предложил Эйнштейн, был заполненный излучением ящик, оснащенный таймером, предназначенным для испускания фотона в определенный момент времени. Взвешивая этот ящик до и после испускания фотона, можно рассчитать точную энергию фотона, аргументировал Эйнштейн. Таким образом, вопреки принципу неопределенности Гейзенберга, можно одновременно определить и время испускания, и энергию фотона.

Однако, как точно подметил Бор, Эйнштейн забыл включить в рассмотрение эффекты общей теории относительности. Используя собственную теорию Эйнштейна против него самого, Бор парировал, обратив внимание на то, что процесс взвешивания ящика — например, на пружинных весах — слегка изменил бы его положение в гравитационном поле Земли. В общей теории относительности временная координата объекта в гравитационном поле зависит от его местоположения. Таким образом, изменение положения ящика приведет к размазыванию временн ó го значения в соответствии с принципом неопределенности. Используя свою квантовую логику, Бор опять перехитрил Эйнштейна.

Но и пять лет спустя Эйнштейн не забыл о спорах с Бором. В ряде дискуссий с Подольским и Розеном он возвратился к некоторым из своих квантовых парадоксов. К тому времени Эйнштейн уже признал, что квантовая механика точно объясняет экспериментальные результаты в атомной физике и физике элементарных частиц. Однако, как он отмечал в беседах с молодыми исследователями, квантовая механика не может быть полным описанием физической реальности. Соображения Эйнштейна были следующими: если пара таких величин, как координата и импульс, действительно описывает природу, то, в принципе, они должны иметь вполне определенные значения во все моменты времени. Невозможность точно определить их значения указывает на то, что квантовая механика не является исчерпывающей моделью природы. Кроме того, если при точном измерении координаты частицы ее импульс фактически становится неопределенным и даже неизмеримым, то это означает, что квантовая механика игнорирует реальность. Поэтому, согласно Эйнштейну, нечеткость принципа неопределенности указывает на ограничения квантовой механики в отношении соответствия теории и реальности.