Эпизоды «Революции вундеркиндов»

Наука и жизньИстория

Эпизод четвертый: Гейзенберг в Англии

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

«Главный принцип: наблюдаемые величины»

Короткий отдых на Гельголанде не только принёс вдохновляющие научные результаты, но и помог полностью справиться с сенной лихорадкой. Выздоровевший Гейзенберг покинул 18 июня 1925 года скалистый остров и отправился продолжать работу в Гёттингене. По пути он сделал остановку в Гамбурге, чтобы рассказать Вольфгангу Паули о проделанной работе. Всегда критически настроенный Паули на этот раз поддержал друга и посоветовал двигаться и далее в выбранном направлении, хотя и выразил опасение, что излишне математизированная гёттингенская школа может «засушить» его свежие физические идеи. Достаточно скоро Вольфгангу доведётся признать, что в этом вопросе он ошибался. Именно глубокая математическая подготовка гёттингенских коллег Гейзенберга поможет привести его догадку в законченную физическую теорию.

Вольфганг Паули, 1940 год. Фото: Архив Вольфганга Паули, ЦЕРН, Женева.

Между тем научная жизнь в гёттингенском Институте теоретической физики, как обычно, кипела. Старший из ассистентов Борна Фридрих Хунд завершал свою вторую докторскую диссертацию по спектрам атомов редкоземельных элементов, которую защитил 30 июля 1925 года. Без консультаций более опытного в спектроскопии Гейзенберга тут, конечно, не обошлось. Новый ассистент профессора Борна Паскуаль Йордан тоже был занят атомной физикой. Как раз в те дни, когда Вернер вернулся из Гельголанда, Йордан заканчивал статью «Замечания к теории атомных структур», которую отправил в журнал 8 июля. В этой статье он не только ссылается на копенгагенскую работу Гейзенберга, но и благодарит его за «дружеские устные сообщения»1.

Фридрих Хунд. Фото: Архив семьи Хунд.

Как всегда, к Максу Борну приезжало много иностранцев. В письме Эйнштейну от 15 июля 1925 года Борн сообщает: «В этот семестр у нас много гостей. Здесь 8 дней был Крамерс, далее, как я уже сказал, Эренфест, с которым мы очень подружились, особенно моя жена. Прошлую неделю здесь был Капица из Кембриджа, потом Иоффе из Ленинграда, который нам ужасно понравился <…>. Теперь здесь Филипп Франк с женой и многие другие»2.

Конечно, Гейзенберг беседовал с коллегами из-за границы, особенно со своим соавтором Крамерсом и остроумным лейденским профессором Паулем Эренфестом. Но о своих результатах, полученных на острове Гельголанд, он пока помалкивал. Макс Борн отмечал в воспоминаниях, что Гейзенберг помимо участия в семинарах своего руководителя проводил и собственные работы, но делал это «немного скрытно и тайно»3, не обсуждая свои идеи с коллегами. Вернер хотел, по-видимому, сначала оформить их в виде статьи, чтобы и самому разобраться во всём до конца.

Вернер Гейзенберг. Март 1937 года. Фото: Архив семьи Гейзенбергов.

Единственным коллегой, с которым он обсуждал результаты, был Вольфганг Паули. Переписка между ними в эти дни была особенно интенсивной.

В Гёттингене эйфория последних дней на Гельголанде немного поутихла, усилились сомнения в правильности нового подхода к атомным явлениям. В письме Паули от 21 июня 1925 года Вернер жаловался: «Мои попытки выстроить квантовую механику продвигаются вперёд очень медленно, но я не оставлю их, даже если мне придётся полностью отойти от теории периодических систем»4.

Через три дня, 24 июня, в большом пятистраничном письме он признаётся: «Нет никакого желания писать о своей работе, так как мне самому не всё ещё ясно, и я только очень смутно представляю, как это будет. Но надеюсь, по крайней мере, основные положения всё же правильны. Главный принцип: при расчёте каких-либо величин, таких как энергия, частота и т. п., разрешено использовать только отношения между принципиально контролируемыми величинами»5.

Под «контролируемыми» здесь, конечно, понимаются «наблюдаемые величины», которые Гейзенберг положил в основу новой теории. В аннотации к статье, содержащей результаты озарения на Гельголанде, он прямо указал: «В этой работе делается попытка получить основы квантовотеоретической механики, которые базируются исключительно на соотношениях между принципиально наблюдаемыми величинами»6.

Но было бы неверно приписывать Гейзенбергу эту идею. К использованию только наблюдаемых величин призывал, как мы видели, Нильс Бор. Об этом же постоянно напоминал своим ученикам и ассистентам Макс Борн. Сам Гейзенберг не претендовал на авторство этого основополагающего принципа. В интервью, данном в 1963 году, через много лет после описываемых событий, он чётко указал: «Идея формулировать новую теорию атома через наблюдаемые величины зародилась в Гёттингене и тесно связана с интересом к теории относительности, который там процветал. И если кто-то на эту тему говорил, то обязательно добавлял: „Эйнштейн полагал, что нужно говорить только о таких вещах, которые можно наблюдать“»7.

Интерес к теории относительности наблюдался в Гёттингене давно. Сразу после публикации знаменитой работы Эйнштейна 1905 года Давид Гильберт и Герман Минковский организовали научный семинар, на котором разбирали идеи новой теории. Минковский успел до своей внезапной кончины в 1909 году заложить математический фундамент специальной теории относительности. В создании математической базы общей теории относительности принимали живое участие Давид Гильберт и Эмма Нётер. Макс Борн, близко подружившийся с Альбертом Эйнштейном, тоже стал применять теорию относительности в своих работах.

Совместные работы с Гейзенбергом 1923 года показали неприменимость классических моделей для атомов гелия и молекул водорода. Модель, предложенная в 1924 году в работе «О квантовой механике», использовала только такие величины, как частоты и вероятности переходов, «которые обладают квантовотеоретическим значением»8.

И Хендрик Крамерс, с которым Гейзенберг писал в Копенгагене статью о дисперсии, присоединился к мнению Макса Борна и отметил в статье того же 1924 года «Квантовая теория дисперсии», что «преимуществом его дисперсионных уравнений является то, что они содержат только те величины, которые имеют прямую физическую интерпретацию на основе фундаментальных постулатов квантовой теории атомных спектров»9.

Макс Борн. Фото: Архив семьи Хунд.

Паули ещё раньше Борна и Крамерса чётко сформулировал своё требование к любой физической теории. 20 сентября 1923 года в письме английскому астроному Артуру Эддингтону, под чьим руководством в 1919 году была экспериментально подтверждена общая теория относительности, Вольфганг подчеркнул: «Я придерживаюсь той, естественно, не доказуемой точки зрения, согласно которой каждая физическая теория <…> должна начинаться с определения того, как будет измеряться любая используемая в ней физическая величина»10.

Не имеет значения, что Паули и Эддингтон обсуждали общую теорию относительности. Эта позиция в той же степени справедлива и для квантовой механики, которая тогда только ожидала своего рождения.

Можно сказать, что «главный принцип», который Вернер Гейзенберг взял за основу своей работы на Гельголанде, носился в воздухе. Его в очередной раз сформулировали в совместной статье Макс Борн и его новый ассистент Паскуаль Йордан. Статья называлась «О квантовой теории апериодических процессов» и была отправлена в берлинскую редакцию популярного журнала 11 июня 1925 года, когда Вернер ещё лечился от сенной лихорадки на скалистом острове в Северном море. Один из тезисов статьи гласил: «Основное правило, очень важное и плодотворное, требует, чтобы в истинный закон природы входили только такие величины, которые принципиально наблюдаемы и определимы»

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Россия не выучила урок компьютерной эпохи» «Россия не выучила урок компьютерной эпохи»

Что такое закрывающие технологии и чем они опасны

Огонёк
Звезды манящие Звезды манящие

Ослепительная вспышка, которой уже некого слепить, миг неуловимый

Знание – сила
Гитлер и Сталин как полководцы Гитлер и Сталин как полководцы

Расследование военного историка Алексея Исаева

Популярная механика
Эрдоган зажат между интересами США и Британии Эрдоган зажат между интересами США и Британии

Политический кризис в Турции может серьезно встряхнуть государство и регион

Монокль
Мертвые дети, неравенство и травмы Мертвые дети, неравенство и травмы

Настоящий мир вымышленного Питера Пэна

Weekend
«Я женюсь на Гале каждый момент, когда на нее смотрю» «Я женюсь на Гале каждый момент, когда на нее смотрю»

Галина Вишневская и Мстислав Ростропович. Две выдающиеся личности

OK!
Патриотизм «подлинный» и «показной» Патриотизм «подлинный» и «показной»

Некогда мы гордились тем, что считали себя самой читающей страной

Дилетант
Весна в облигациях Весна в облигациях

Бизнес не намерен снижать программы по капитальным инвестициям

Ведомости
Неуместные следы и водоплавающий единорог: злоключения Карла Бау Неуместные следы и водоплавающий единорог: злоключения Карла Бау

«Научный» креационизм. Мифы и предубеждения

Наука и техника
Беззубый театр. Беседа на спорные темы Беззубый театр. Беседа на спорные темы

Продолжение статьи худрука Марка Розовского о современном театре

Знание – сила
Революция со счастливым концом Революция со счастливым концом

Рубеж XIX и XX веков отмечен бурными событиями в целом ряде наук

Знание – сила
Система Юпитера: Ганимед и Каллисто Система Юпитера: Ганимед и Каллисто

Что делает Ганимед и Каллисто очень интересными космическими телами?

Наука и техника
В тени новой биологии, или Вверх по лестнице, ведущей вниз В тени новой биологии, или Вверх по лестнице, ведущей вниз

Сравнительная анатомия – старая наука, интеллектуальный опыт которой очень богат

Знание – сила
Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед

Биология в 1900-х годах по темпам своего развития ничуть не отставала от физики

Знание – сила
Культура сбережений: зачем откладывать на завтра то, что можно потратить сегодня? Культура сбережений: зачем откладывать на завтра то, что можно потратить сегодня?

Зачем каждому гражданину нужно выработать у себя привычку делать сбережения?

Наука и техника
Когда медицинские практики прошлого у нас в крови… Когда медицинские практики прошлого у нас в крови…

На протяжении почти 2000 лет для лечения болезней использовалось кровопускание

Знание – сила
Новости науки Новости науки

Обнаруженная в ранней Вселенной грандиозная галактика и другие новости науки

Знание – сила
Физика в поисках ответа на разгадку бытия: от Эйнштейна до Хокинга и Лоуренса Краусса Физика в поисках ответа на разгадку бытия: от Эйнштейна до Хокинга и Лоуренса Краусса

Почему существует Вселенная? Почему существует мир, почему в нем есть мы?

Знание – сила
Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика? Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика?

Чем интересна перспектива использования ядерного двигателя в космосе?

Наука и техника
Вновь о темной материи Вновь о темной материи

Проблема темной материи всерьез привлекает ученых

Знание – сила
Недоросли, скотинины, бригадиры и Стародум Недоросли, скотинины, бригадиры и Стародум

И спустя 200 лет пьесы Дениса Фонвизина остаются интересны и востребованы

Знание – сила
Мария Мацель: «Теперь наконец я могу делать и что-то свое» Мария Мацель: «Теперь наконец я могу делать и что-то свое»

Актриса Мария Мацель — о том, как снимаются фильмы-сны

Ведомости
Сарацинка, воительница, христианка Сарацинка, воительница, христианка

В эпоху джахилийи у разных племен бедуинов положение женщин различалось

Знание – сила
«Галилея археологов» «Галилея археологов»

Археологи давно борются с искушением перекопать поглубже всю Святую Землю

Знание – сила
Авианосцы ВМС Индии XXI века Авианосцы ВМС Индии XXI века

История постройки авианосца «Викрант»

Наука и техника
Водяные козлы – аристократы саванн Водяные козлы – аристократы саванн

«Водяных козлов я часто встречал в восточноафриканской саванне»

Знание – сила
Перовскитные солнечные элементы как перспективное направление зеленой энергетики Перовскитные солнечные элементы как перспективное направление зеленой энергетики

Как перовскитные солнечные элементы сделают энергетическую систему экологичнее?

Наука и техника
Гладкая мускулатура самолета – электродвигатели Гладкая мускулатура самолета – электродвигатели

Как выглядят авиационные электродвигатели, где установлены и как управляются?

Наука и техника
Керосиновая история Керосиновая история

Жизнь в послевоенном социализме делится на «время керосина» и «время газа»

Знание – сила
Островский – революция в русском театре Островский – революция в русском театре

Гончаров, известный трилогией на букву «О», был интересным и метким критиком

Знание – сила
Открыть в приложении