Прямоходящие мыслители - Страница 105

105

На самом же деле язык матриц окажется в итоге большим упрощением изложенного Гейзенбергом. Борн нашел другого помощника в матричной алгебре – своего студента Паскуаля Йордана, и за несколько месяцев, к ноябрю 1925-го, Гейзенберг, Борн и Йордан собрали статью по квантовой теории Гейзенберга, ставшую вехой в истории науки. Вскоре после этого Паули усвоил их работу и приложил новую теорию к выводу характеристик спектральных линий водорода, а также показал, как на них влияют электрические и магнитные поля, что прежде было невозможно. Таково было первое практическое применение новорожденной теории, которая того и гляди готова была сместить Ньютонову механику.

* * *

Более двух тысяч лет прошло с рождения понятия «атом», более двухсот – со времен разработки Ньютоном классической механики, более двадцати – с тех пор, как Планк и Эйнштейн предложили понятие кванта. Теория Гейзенберга в некотором смысле стала кульминацией всего этого пути научного мышления.

Вернер Гейзенберг (слева) и Нильс Бор

Загвоздка состояла в следующем: теория Гейзенберга в полноте представленности – это тридцать страниц объяснений энергетических уровней атома, а теория Бора то же самое растолковывала в нескольких строках. На это мой всегда практичный отец-портной сказал бы: «Ой-вэй, и ради этого надо было учиться столько лет?» И все же теория Гейзенберга превосходила Боровскую, поскольку приводила к результатам, основываясь на глубинных принципах, а не на частных допущениях, как у Бора. За это, как вам может показаться, теорию вроде как должны были немедленно принять. Но большинство физиков в исследованиях по теории кванта впрямую не участвовали и, похоже, мыслили, как мой папа. С их точки зрения тридцать страниц вместо трех строк – спорный прогресс. Они, включая и Резерфорда, совершенно этого не скрывавшего, не пришли в восторг и не заинтересовались – и отнеслись к Гейзенбергу так, как вы бы восприняли автомеханика, который докладывает, что поломку можно было бы исправить новым термостатом, но вообще лучше заменить весь автомобиль.

Малая группа знатоков квантовой теории, однако, откликнулась иначе. Гейзенбергова статья сразила их наповал – почти всех без исключения. Эта, прямо скажем, сложная теория предлагала глубокое объяснение, почему оказалась верной промежуточная теория Бора применительно к водороду, а также предлагала полное объяснение наблюдаемым данным.

В особенности для Бора эта работа стала апогеем поиска, который он же и помог начать. Он знал, что его модель – частная, что ей суждено рано или поздно получить объяснение некоей общей теорией, и он не сомневался, что это она и есть. «Благодаря работе Гейзенберга, – писал он, – как по мановению, воплотилось будущее, которое… так долго было сутью наших желаний».

Некоторое время физика пребывала в странном состоянии – как на стадионе Чемпионата мира, когда победный гол уже забили, но заметила это лишь горстка фанатов. Как ни странно, в конце концов из квантовой теории, представлявшей интерес лишь для специалистов, нечто, признанное фундаментальной теорией в основании всей физики, получилось благодаря появлению двух статей, в январе и феврале 1926 года, и обе они описывали другую общую теорию кванта, которая применяла совершенно иные понятия и методы и предлагала вроде бы иной взгляд на действительность.

Новая теория-конкурент описывала электроны в атоме как волну – понятие, которое физики уже привыкли представлять себе, пусть и не применительно к электрону. Удивительно, что, несмотря на различия, эта теория, как и Гейзенбергова, объясняла Боровскую модель атома. Со времен греков ученые вынуждены были обходиться вообще без всяких теорий, описывающих атом. А теперь вроде как возникло аж две. Они казались несовместимыми друг с другом: одна рассматривала природу состоящей из волн материи и энергии, вторая настаивала, что нет смысла воспринимать природу как состоящую из чего бы то ни было, и предлагала рассматривать лишь математические взаимоотношения между данными.

Новая квантовая теория – работа австрийского физика Эрвина Шрёдингера (1887–1961), и она отличалась от Гейзенберговой в той же мере, в какой эти двое людей различались между собой, и по стилю, и путями, которыми они пришли к своим открытиям. Гейзенберг доделывал свой труд, сидя на каменистом острове с распухшим носом, а Шрёдингер возился со своим на рождественских каникулах, которые проводил со своей любовницей в альпийском курортном городе Ароза. Он «делал великую работу», как сказал один друг-математик, «во время запоздалого эротического всплеска в своей жизни». Под «запоздалым» тот математик имел в виду преклонный возраст Шрёдингера – тридцать восемь лет.

Быть может, тот математик в отношении преклонности лет Шрёдингера и был прав. Мы не раз и не два наталкивались на юных физиков, открытых к новым воззрениям, и на тех, что постарше, стремящихся к традиционным методам, словно чем старше человек делается, тем труднее ему принимать перемены непостоянного мира. Работа Шрёдингера, как оказалось, – на самом деле еще один пример той же тенденции: как ни странно, мотивация Шрёдингера к созданию его теории, по его же признанию, состояла в разработке квантовой теории, которая, в противовес Гейзенберговой, походила бы на привычную физику, то есть Шрёдингер стремился сохранить привычное, а не отбросить его.

В отличие от куда более молодого Гейзенберга Шрёдингер и впрямь представлял себе движение электронов в атоме. И хотя его диковинные «волны материи» не наделяли электрон впрямую ньютоновскими свойствами, как орбиты Бора, его новая квантовая «волновая теория», которую поначалу никто не понимал, как толковать, оставляла надежду избежать вульгарного взгляда на действительность, предложенного теорией Гейзенберга.

105