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

Таково стандартное описание гравитации Эйнштейна. Включение в теорию дополнительных компонент, связанных с электромагнетизмом, требует модификации уравнений посредством таких действий, как увеличение размерности пространства (которое Шрёдингер всерьез не рассматривал), введение дополнительных структур, например телепараллелизма (которые Шрёдингер также не рассматривал), или ослабление требований симметрии и признание аффинной связности фундаментальной физической величиной.

Следуя путем Эддингтона, кратко описанным Эйнштейном в 1923 году, Шрёдингер решил ослабить требования симметрии и сосредоточиться на аффинной связности. Он назвал свой подход общей унитарной теорией (General Unitary Theory. Аббревиатура GUT будет позже использоваться для теории великого объединения — Grand Unified Theories, предполагающей объединение электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий).

Еще до того как Эйнштейн успел ответить на новогоднее письмо, Шрёдингер приступил к работе над новой теорией. Он начал с наиболее общих возможных наборов аффинных связностей и использовал их для построения тензора Риччи и более эластичного лагранжиана. Такая гибкость открывала возможность включения в теорию компонент электромагнитного поля. Он также надеялся добавить в теорию компоненты, отвечающие за то, что он называл мезонным полем (а мы сегодня называем сильным взаимодействием), но решил пока оставить это для будущих исследований. Затем он использовал определенные математические свойства, чтобы ограничиться рассмотрением лагранжиана специального вида, что привело его к результату, отличному от лагранжиана Гильберта. Из его уравнений получались необычные следствия. Теория предсказывала, что магнитные поля (например, Земли или Солнца) убывают с увеличением высоты гораздо быстрее, чем это предполагает обычная теория. Это ослабление обусловлено неким аналогом «космологической постоянной» для электромагнетизма, подобным слагаемому, которое Эйнштейн много лет назад ввел в теорию гравитации. После того как Шрёдингер набросал основные идеи своей новой теории, он был готов представить результаты коллегам-ученым

Первое представление общей унитарной теории Шрёдингера состоялось в Ирландской королевской академии 25 января 1943 года. Его статья будет опубликована примерно через пять месяцев в сборнике трудов академии. В своем докладе он объяснил, почему решил продолжить работу, начатую, но не завершенную Эддингтоном и Эйнштейном. В год чествования Гамильтона Шрёдингер был рад воспользоваться методами ирландского математика, воздав таким образом ему еще большую дань уважения.

Irish Press на все лады превозносила доклад, делая упор на то, что «Эйнштейна опередили». С заголовком «Впереди Эйнштейна» 1 февраля за подписью репортера Майкла Дж. Лолора вышла эпатажная статья, в которой он заявлял: «Профессор Эрвин Шрёдингер разработал настолько фундаментальную научную теорию, что по своей значимости ее можно сравнить со знаменитой теорией относительности Эйнштейна, которая произвела настоящую революцию в современной физике и изменила наши представления о природе Вселенной… Как говорится, Эйнштейн открыл новый мир человеческому разуму. А профессор Шрёдингер, основываясь в своих выводах на величественном здании общей теории относительности, сегодня сделал еще один огромный шаг вперед. И этот шаг настолько велик, что, вполне может быть, со временем его новая теория будет играть такую же важную роль, как теория Эйнштейна в наши дни» {144} 144 Michael Lawlor, “Forward from Einstein,” Irish Press, February 1, 1943, 2. .

На следующий день газета опубликовала интервью с несколькими ирландскими учеными, высказывавшими свое мнение о работе Шрёдингера. Доктор А. Дж. Макконнелл из Тринити-колледжа, один из тех, с кем удалось связаться репортерам, рукоплескал усилиям Шрёдингера в столь «трудные для института фундаментальной науки времена». Его коллега, профессор С. X. Роу, описывал достижение Шрёдингера как «выдающееся событие в истории науки этой страны» {145} 145 “Scholars Acclaim His Theory,” Irish Press, February 2,1943,2. .

На этот месяц у Шрёдингера были запланированы три публичные лекции на совершенно другую тему, а именно: «Что такое жизнь?». Хотя у него не было никакой специальной подготовки или опыта научных исследований в области биологии, в юности он перенял увлеченность отца наукой о живых организмах и хотел поделиться своими мыслями на эту тему.

Прибыв в Физический театр Тринити-колледжа для чтения первой лекции, он увидел, что зал настолько забит, что многие желающие даже не смогли в него попасть. Он согласился повторить лекцию несколько дней спустя для тех, кому не удалось поприсутствовать. Естественно, премьер-министр, его самый большой поклонник, среди сотен пришедших сидел на самом видном месте. В конце лекции Шрёдингера ждали бурные овации.

Некоторые из ключевых идей Шрёдингера касались взаимосвязей между свойствами атомов и поведением живых существ. Указывая на то, что большинство естественных систем, как правило, стремится к увеличению энтропии (беспорядка), он показал, что жизнь сохраняет упорядоченность за счет поглощения энергии, например от Солнца. Он также предположил, что апериодические кристаллы (неповторяющееся расположение атомов) сыграли важную роль в развитии жизни. Таким образом, он был одним из первых, кто предположил, что жизнь была закодирована в химических последовательностях. Книга Шрёдингера, основанная на этих лекциях, послужит источником вдохновения для биологов 1950-х годов, таких как Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, которые будут разрабатывать модель двойной спирали ДНК.

Научно-популярные лекции привлекли внимание журнала Time, который сообщал, что «Шрёдингер — очень обаятельная личность. Его мягкая, веселая речь, его необычная улыбка просто очаровывают. И дублинцы гордятся тем, что лауреат Нобелевской премии живет среди них» {146} 146 “Science: Schroedinger,” Time, April 5, 1943. .

Когда Irish Press впервые сообщила об общей унитарной теории Шрёдингера, журналисты послали Эйнштейну экземпляр статьи, чтобы узнать его мнение. Наконец в апреле Эйнштейн телеграфировал. Это был сдержанный, вежливый ответ. «Профессор Шрёдингер обладает очень осторожным и критически настроенным умом, — писал он, — так что его новая попытка решить эту колоссальную проблему должна быть весьма интересна каждому физику. На данный момент я не в состоянии сказать что-либо еще» {147} 147 “Einstein's Comment on Schroedinger Theory,” Irish Press, April 10, 1943, 1. .

В той же статье была опубликована реакция Шрёдингера на ответ Эйнштейна. «Конечно, профессор Эйнштейн не может сказать больше, пока он не увидит полноценную научную публикацию», — ответил он.