Эпизоды «Революции вундеркиндов»

Наука и жизньНаука

Эпизод шестой: Гейзенберг перед выбором

Эпизоды «Революции вундеркиндов»

Кандидат физико-математических наук, доктор естествознания (Германия) Евгений Беркович

В университете Чикаго. В первом ряду слева — Вернер Гейзенберг, рядом с ним — Поль Дирак, крайний справа — Фридрих Хунд. 1929 год. Фото: Архив Института физики и астрофизики Общества имени Макса Планка, Мюнхен.

Вундеркинды — вперёд!

Революционную работу Вернера Гейзенберга 1925 года сразу признали физики, с которыми он тесно общался. Мы уже видели, что Макс Борн с первого взгляда оценил прорыв своего ассистента и сам немедленно приступил к развитию его идеи. Так же поступил и молодой англичанин Поль Дирак, к которому рукопись Гейзенберга тоже попала ещё до выхода статьи в свет. Дирак очень быстро нашёл и развил другой математический язык, на котором идея Гейзенберга стала столь же стройной теорией, как и на языке матриц1. При этом статья Дирака «Основные уравнения квантовой механики» вышла в свет раньше, чем знаменитая «Работа трёх», — редакция «Трудов Королевского общества» получила рукопись 7 ноября 1925 года, и статья успела выйти ещё в том же году, тогда как работа Борна, Гейзенберга и Йордана стала доступной читателям лишь в 1926 году2. Нильс Бор, выступая в конце августа 1925 года на шестом Скандинавском математическом конгрессе, оценил первую статью Вернера Гейзенберга как выдающееся достижение. В конце доклада Бор заметил: «Будем надеяться, что началась новая эра взаимного стимулирования механики и математики»3.

Нильс Бор во время дискуссии после доклада. Конец 1920-х или начало 1930-х годов. Собрание Сэмюэла А. Гаудсмита, Американский институт физики, Нью-Йорк.

Однако большинству физиков статья Гейзенберга «О квантовотеоретическом истолковании кинематических и механических соотношений» показалась не очень важной или осталась непонятной. Ведь физикам аппарат матричного исчисления был, за редким исключением, незнаком. Показательно, что статья Гейзенберга, выйдя в свет в 1925 году, попала в официальный реферативный журнал Немецкого физического общества «Physikalische Berichte » только в 1927 году, причём короткий анонимный реферат, подготовленный, по-видимому, сотрудником редакции, состоял из одной фразы: «Сделана попытка создать основы квантовотеоретической механики, базирующейся исключительно на связях между принципиально наблюдаемыми величинами»4.

Дело не только в новом математическом аппарате. Абстрактные, почти философские черты статьи Гейзенберга отпугивали физиков, привыкших работать с более конкретными вещами. Показательно, даже такой гений, как Энрико Ферми, познакомившийся с Гейзенбергом во время своего пребывания в Гёттингене, не воспринял сразу его основополагающую статью. Эмилио Джино Сегре пишет об этом: «Великая статья Гейзенберга по матричной механике в 1925 году не показалась Ферми особенно ясной, и он овладел квантовой механикой позже, лишь познакомившись с волновой механикой Шрёдингера. Я хочу подчеркнуть, что эта позиция Ферми никоим образом не вызывалась математическими трудностями и новизной матричной алгебры — подобные трудности были для него не более чем мелкой помехой; скорее, ему были чужды физические идеи, лежащие в основе этих статей»5.

Сам Гейзенберг чувствовал себя неуютно в мире, где слишком много математики. В письме Паули из Гёттингена от 16 ноября он признавался: «Здесь я нахожусь в окружении, которое думает и чувствует прямо противоположно мне, и я не знаю, глуп ли я настолько, что не понимаю математики. Гёттинген разделился на два лагеря, одни, как Гильберт (или тот же Вейль в письме Йордану), говорят о большом успехе, который достигнут благодаря введению исчисления матриц в физику; другие, как Франк, говорят, что никогда не смогут понять матрицы. Я всегда злюсь, если слышу, что теорию называют матричной физикой, и планирую через какое-то время слово „матрица“ вообще из теории вычеркнуть и заменить другим, например, „квантовомеханические величины“ (вообще, матрица — самое дурацкое математическое слово)»6.

Несмотря на такой пессимистичный взгляд на математику, Гейзенберг по просьбе Гильберта выступил с серией лекций на математическом семинаре в Гёттингене. В интервью Томасу Куну, состоявшемся 22 февраля 1963 года в Мюнхене, Вернер рассказал: «Я вспоминаю, что после первой лекции Гильберт был очень доволен и наговорил много приятных слов о ней. Но после второго выступления он сказал: „Ну, вторая лекция не очень удалась. Такого типа лекцию я мог бы и сам прочитать!“ Очевидно, я не смог хорошо объяснить некоторые вещи во второй лекции. Мне было ужасно стыдно, и я попытался улучшить мои следующие доклады»7.

Давид Гильберт и Джеймс Франк. Конец 1920-х годов. Фото: Архив семьи Лизы Лиско

В конце концов Гильберт был удовлетворён и предложил Гейзенбергу написать статью специально для математиков в журнал «Mathematische Annalen», что и было выполнено. Это была первая работа по квантовой механике, адресованная не только специалистам-физикам. В редакцию журнала она поступила 21 декабря8. В этой статье Вернер успел упомянуть только что вышедшую в свет работу Поля Дирака9, предлагавшую другой подход к математическому обоснованию идеи Гейзенберга.

В личном письме Дираку от 20 ноября 1925 года автор основной идеи квантовой механики похвалил работу английского коллеги и почти ровесника, но сообщил, что многие её результаты уже были открыты авторами «Работы трёх», которая вскоре должна выйти из печати. В утешение он заметил: «Ваша работа действительно лучше и концентрированней написана, чем наша»10.

Поль Дирак, Вольфганг Паули и Рудольф Пайерлс при посещении Института теоретической физики в Бирмингеме. Около 1953 года. Фото из книги: Charles P. Enz, Karl von Meyenn «Wolfgang Pauli. Das Gewissen der Physik». Verlag Vieweg & Sohn. Braunschweig, Wiesbaden, 1988.

Возвращаясь к отказу Вольфганга Паули сотрудничать с ним в развитии идей Гейзенберга, Макс Борн напоминает, что его бывший ассистент сам признавался коллегам, что он не думал серьёзно над идеей Гейзенберга и не хотел вмешиваться в его планы. У Паули не было оснований считать, что директор Института теоретической физики сам хочет вмешаться в работу своего ассистента. Борн уточняет: «Я не могу точно вспомнить, говорил ли я Паули о том, что Гейзенберг просил меня его статью — насколько возможно — развить дальше, но я думаю, что упоминал это». Вывод, к которому пришёл Борн, точен, хотя и не всегда утешителен — ошибаются и гении: «Даже такой великий ум, как Паули, не застрахован от ошибок неверного оценивания в подобных сложных ситуациях. Он просто не понял сути вопроса»11.

Но дело тут не в том, что Паули не увидел перспектив идеи Гейзенберга и поэтому отказался сотрудничать с Борном. Паули был принципиально против подхода, который применялся в школе Борна в Гёттингене для решения квантовомеханических задач. Об этом подробно рассказал Вернер Гейзенберг в упомянутом интервью Томасу Куну12.

Вернер Гейзенберг во время вступительной лекции. Лейпциг. 1927 год. Фото: Архив семьи Гейзенбергов.

Отвечая на вопрос о причинах конфликта между Паули и Борном, Гейзенберг начал издалека. Проблематика квантовой физики пришла в Гёттинген после Боровского фестиваля в 1922 году. Основная идея Борна того времени — применить к физике атома методы, разработанные в небесной механике, в частности метод возмущений. К этому направлению он привлёк своих ассистентов — сначала Паули, а затем Гейзенберга. Некоторые результаты совместной работы Борна и Гейзенберга были изложены в статье 1923 года, которой Вернер остался недоволен. Были и другие попытки, столь же неудачные. Реального продвижения в понимании строения атома вплоть до 1925 года так и не получилось. Чем глубже погружался Борн с ассистентами в дебри математических построений, тем очевиднее становилось Паули, что это неверный путь. Он всегда подчёркивал, что сначала надо решить проблемы физики и только потом подбирать подходящий математический аппарат. Для физика на начальном этапе работы важны не те задачи, которые решает математик — доказательство существования решения или построение системы аксиом. Спустя сорок лет Гейзенберг даёт объяснение поведению Паули, который мог рассуждать так: «Мы находимся в самом начале интересного развития в физике. Вполне вероятно, что проблемы физики могут быть сейчас решены. Но если мы начнём слишком рано заниматься математическими доказательствами, идеей математических доказательств, то мы имеем хороший шанс разрушить всё это. Потому что тогда мы имеем шанс бессознательно допустить некоторые математические аксиомы, которые на самом деле не выполняются, и, следовательно, они опять приведут к противоречиям и трудностям»13.

Вольфганг Паули. Дружеский шарж цюрихского художника Грегора Рабиновича. 1930 год. Из книги: Charles P. Enz, Karl von Meyenn «Wolfgang Pauli. Das Gewissen der Physik». Verlag Vieweg & Sohn. Braunschweig, Wiesbaden, 1988.

В принципе, взгляды Паули на взаимоотношения математики и физики были верными. Но ситуация лета 1925 года оказалась исключительной: в тот момент идее Гейзенберга как раз не хватало хорошего математического фундамента. Паули этого не понял, потому что ещё недостаточно глубоко вник в статью друга, не желая на этом этапе вмешиваться в его работу. На самом деле именно Макс Борн был тем человеком, который смог подвести под озарение Гейзенберга нужный математический формализм. Скепсис и сарказм Паули, справедливые в других обстоятельствах, в тот момент были просто неуместными.

На это ему смог достаточно резко указать сам Гейзенберг. В октябре 1925 года, когда Вернер ещё работал в Копенгагене, до него дошло письмо Паули Ральфу Кронигу, которое мы уже частично цитировали. В этом письме, отправленном 9 октября, наряду с высокой оценкой идеи Гейзенберга, Паули написал: «Вообще, нужно сначала попробовать механику Гейзенберга ещё больше освободить от потока формальной гёттингенской учёности и лучше раскрыть её физическое ядро»14.

Тут уж сам автор гениальной идеи, тоже не слишком жаловавший математику, не выдержал и возмутился. Ответ Вернера, датированный 12 октября, носил грозный заголовок «Отповедь по-баварски», что означало «по-нашему, по-народному»: «Это действительно свинство, что Вы не можете прекратить оскорбления. Ваша вечная ругань на Копенгаген и Гёттинген — это просто вопиющий скандал. Кончайте нас подозревать, что мы злой волей намереваемся разрушить физику; если вы нас упрекаете, что мы такие большие ослы, что никогда ничего нового не привносим в физику, то это, может быть, и верно. Но тогда Вы сами ещё больший осёл, так как тоже ничего такого не внесли………… (точки означают ругательство, которое длится примерно две минуты)»15.

Паули отнёсся к отповеди друга весьма серьёзно и, получив в конце октября рукопись «Работы трёх», взялся её основательно штудировать. Неизвестно, терзался ли Паули раскаянием из-за грубого отказа работать с Максом Борном, но он на деле показал, что стал активным сторонником новой квантовой механики. Авторы «Работы трёх», предложив общую схему решения квантовомеханических задач, не смогли из-за технических трудностей сразу продемонстрировать её возможности хотя бы на примере простейшего атома водорода. За эту задачу взялся Паули и за короткое время решил проблему. Уже в первых числах ноября он сообщил Гейзенбергу о полученных результатах. Ему удалось не только ещё раз описать эффекты, которые ранее удовлетворительно объяснялись старой теорией Бора—Зоммерфельда, но и объяснить результаты, которые в старую концепцию не укладывались. Соответствующая статья поступила в редакцию журнала «Zeitschrift für Physik» 17 января и вышла в свет в мае следующего года

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Нихао, Шанхай Нихао, Шанхай

Путешествие в прошлое, настоящее и будущее одновременно

Robb Report
Александр Коршунов: «Вдохновение должно приходить в назначенное время» Александр Коршунов: «Вдохновение должно приходить в назначенное время»

Режиссер Александр Коршунов — о новом спектакле и театре «Сфера»

Монокль
Путешествуя с Чичиковым, Татьяной Лариной и другими героями русской классики Путешествуя с Чичиковым, Татьяной Лариной и другими героями русской классики

На чём ездили люди до изобретения двигателя внутреннего сгорания

Наука и жизнь
Силиконовый остров Силиконовый остров

Как Тайвань стал главной мировой полупроводниковой державой

Деньги
Два аспида не поделили червягу Два аспида не поделили червягу

Исследователи стали свидетелями битвы за добычу между двумя коралловыми аспидами

N+1
Дух свободы Дух свободы

Подчеркнуто мужское пространство со своей неповторимой атмосферой и харизмой

SALON-Interior
Парус, лыжи, кошки, спиннинг… Парус, лыжи, кошки, спиннинг…

В кратер вулкана на лыжах и неделя «вне зоны действия сети»

Вокруг света
Что это такое принцип Парето и как его применять Что это такое принцип Парето и как его применять

Оказывается, что 80% результата можно обеспечить 20% усилий

РБК
За что держаться, когда думаешь, что мир рушится: концепция антихрупкости За что держаться, когда думаешь, что мир рушится: концепция антихрупкости

Что такое концепция антихрупкости, которая помогает выстоять?

VOICE
Кокни пацана Кокни пацана

«Джентльмены»: образцовый Гай Ричи в восьми сериях

Weekend
6 фильмов о дружбе, одержимости и соперничестве между женщинами 6 фильмов о дружбе, одержимости и соперничестве между женщинами

Фильмы, где связанные узами женщины переживают кризис идентичности

СНОБ
Главная роль Кэтрин Зета-Джонс Главная роль Кэтрин Зета-Джонс

Свою главную и самую сложную роль она играет не на сцене или в кино, а в жизни

Караван историй
Старикам везде у нас почет Старикам везде у нас почет

Самые уважаемые автомобильные марки в современной России

Автопилот
Берегли вещь для особого случая? Используйте ее прямо сейчас! Берегли вещь для особого случая? Используйте ее прямо сейчас!

Выясняем, почему мы не используем то, что приобрели, и как с этим справиться

Psychologies
Хороший тон Хороший тон

Как добиться эффекта идеально гладкой сияющей кожи с помощью тональных средств

Лиза
Прокладывая путь: как София Ионеску стала первой в мире женщиной-нейрохирургом Прокладывая путь: как София Ионеску стала первой в мире женщиной-нейрохирургом

София Ионеску — первая женщина-врач, которая провела операцию на головном мозге

Forbes
Что делать, если посудомоечная машина не сливает воду Что делать, если посудомоечная машина не сливает воду

Случаи, почему течет посудомойка, а также способы, как это исправить

CHIP
Первые роли 10 знаменитых современных актеров Первые роли 10 знаменитых современных актеров

Педро Паскаль, Милош Бикович, Тимати Шаламе и другие в своих первых ролях

Maxim
Господин фикус Господин фикус

Приметы и суеверия, связанные с популярным комнатным растением

Лиза
Если вы хотите завести питомца: 8 вопросов, которые стоит задать себе Если вы хотите завести питомца: 8 вопросов, которые стоит задать себе

Если вы подумываете о том, чтобы купить или взять из приюта животное, не спешите

Psychologies
Читаем этикетки Читаем этикетки

Опасные и безопасные пищевые добавки: список и советы нутрициолога

Лиза
Наталия Архангельская Наталия Архангельская

Наталия Архангельская выжгла дотла первоосновы русского люкса и глянца

Собака.ru
Анфиса Чехова: «Я не тот человек, который верит во все подряд» Анфиса Чехова: «Я не тот человек, который верит во все подряд»

Любимые блюда Анфисы Чеховой. Каких принципов питания она придерживается?

Лиза
Одноразовые стаканчики и разнообразие: как ESG-практики приносят прибыль бизнесу Одноразовые стаканчики и разнообразие: как ESG-практики приносят прибыль бизнесу

Практики, которые покажут экономическую эффективность ESG для бизнеса

Forbes
Зумеры в России мечтают о раннем браке и большой семье: почему для них это важно Зумеры в России мечтают о раннем браке и большой семье: почему для них это важно

Почему одна из главных ценностей зумеров — создание собственной семьи?

Psychologies
Автор «Вонгозера» Яна Вагнер о своем новом романе и самосбывающихся пророчествах Автор «Вонгозера» Яна Вагнер о своем новом романе и самосбывающихся пророчествах

Яна Вагнер — о триллере «Тоннель» и о том, как создавался этот роман

Forbes
5 книг, в которых герои пускаются в рискованные авантюры 5 книг, в которых герои пускаются в рискованные авантюры

Интриги и преступления, страсть и предательство — все это найдется в этих книгах

Maxim
Перезагрузка мышления Перезагрузка мышления

Как устроена нейронная сеть и что мы можем сделать, чтобы управлять ею

Лиза
Авторы фильма о Раисе Горбачевой: Мы сняли кино о любви, которую победила политика Авторы фильма о Раисе Горбачевой: Мы сняли кино о любви, которую победила политика

Раиса Горбачева: чему нас может научить ее образ сегодня?

СНОБ
4 стереотипа о внешности, которые мешают женщинам быть счастливыми 4 стереотипа о внешности, которые мешают женщинам быть счастливыми

О стереотипах и ложных установках, которые мешают чувствовать себя счастливой

Psychologies
Открыть в приложении