Наука и жизньНаука

Эпизод восьмой: волны против матриц

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

«Всё-таки, Шрёдингер, вы должны понять...»

Из Берлина путь Шрёдингера лежал во вторую «физическую» столицу Германии — в Мюнхен, куда его пригласили Зоммерфельд и Вин. Как и в Берлине, в баварской столице было запланировано два доклада: один — общий 23 июля 1926 года на заседании местной конференции Физического общества Баварии, другой — на следующий день в узком кругу на семинаре Зоммерфельда в университете. Ради того, чтобы дать возможность гостю из Цюриха выступить на конференции, её председатель астрофизик Роберт Эмден даже отказался от запланированного доклада об Эддингтоне и спутниках Сириуса. Выступления Шрёдингера не мог пропустить и Вернер Гейзенберг, специально приехавший в свой родной город из Копенгагена, где он тогда работал ассистентом у Бора. Конечно, пришёл на семинар и Вильгельм Вин, крайне скептически настроенный против зоммерфельдовской атомистики и гейзенберговских абстракций.

Начало выступления Шрёдингера понравилось даже его принципиальному оппоненту Гейзенбергу, который вспоминал: «Прежде всего Шрёдингер развернул математические принципы волновой механики на примере атома водорода, и все мы были восхищены тем, что с проблемой, которую Вольфгангу Паули методами квантовой механики удавалось разрешить лишь весьма сложными путями, теперь оказалось возможным изящно и просто расправиться обычными математическими методами»¹.

Но в заключительной части Шрёдингер стал излагать своё видение волновой механики, отрицающей саму суть квантовых эффектов — их дискретность. Ведь Макс Планк ввёл понятие кванта именно из предположения о дискретности излучения нагретого тела. Формула Планка с тех пор была точнейшим образом подтверждена экспериментом. Волновой механике, в отличие от матричной, вывести эту формулу не удавалось. На это обратил внимание Вернер Гейзенберг при обсуждении доклада Шрёдингера. Но его никто не услышал: «Вильгельм Вин очень резко ответил, что, хотя ему понятны мои сожаления по поводу того, что теперь с квантовой механикой покончено и о всякой чепухе типа квантовых скачков и тому подобном говорить больше не приходится, но упомянутые мною трудности, без сомнения, будут разрешены Шрёдингером в самое ближайшее время. В своём ответе Шрёдингер не был столь категоричен, однако и он остался при убеждении, что теперь разрешение всех перечисленных мною проблем в духе его подхода — только вопрос времени»².

Чувствовалось, что Вин не забыл ещё, что Вернер провалил ему экзамен по физике три года назад, и хотя много воды утекло с тех пор в реке Изар, но отношение к создателю квантовой механики как к необразованному выскочке у профессора-экспериментатора осталось. В письме Шрёдингеру 23 октября 1926 года Вин так характеризовал создателя квантовой механики: «Гейзенберг принадлежит к тем юным физикам, которые настроены исключительно на теорию и об экспериментах не имеют ни малейшего понятия»³.

Гейзенберг вспоминал в одном из интервью, как реагировал Вин, в том учебном году ректор Мюнхенского университета, на критику доклада Шрёдингера: «Вилли Вин был просто фурия. <…> Он встал и чуть не вышвырнул меня из аудитории. Он сказал: „Молодой человек, вы ещё должны подучить физику, а пока будет лучше, если вы сядете“. Или что-то вроде этого. Он был вне себя»⁴.

Да что Вин! Даже Зоммерфельд, всегда поддерживавший своего ученика, не смог устоять перед красноречием автора волновой механики и согласился с ним. Правда, уже на следующий день он изменил своё мнение и в письме тому же Паули признавался: «Волновая механика, конечно, восхитительная микромеханика, но фундаментальные квантовые проблемы она не решает»⁵.

Немудрено, что Гейзенберг, проигравший диспут со своим главным оппонентом и его единомышленниками, сильно расстроился. В тот же вечер он написал письмо Нильсу Бору, рассказал о неудачной попытке отстоять истину и попросил о помощи.

Тяжёлое психологическое состояние юноши можно понять: он, привыкший уже к почёту и уважению коллег, теперь, словно нерадивый ученик, в своём родном городе на глазах у коллег получил позорную выволочку от нобелевского лауреата, как на беду ещё и ректора университета, Вильгельма Вина. Надо сказать, что Вин вообще не терпел физиков-теоретиков, особенно своего коллегу по университету Арнольда Зоммерфельда и его учеников. Гейзенберг вспоминал, как «Вилли Вин, будучи ректором университета, делал доклад об атомной физике и даже не упомянул имени Зоммерфельда. Все слушатели понимали, что так делать нельзя, потому что Зоммерфельд был очень знаменитым и очень хорошим физиком. Так что между этими двумя профессорами было много проблем, поэтому мой отец беспокоился, он видел, что люди типа Вина не любили теоретическую физику как науку»⁶.

Нильс Бор оценил положение, в котором оказался Вернер, и сделал всё, что мог, чтобы помочь своему ассистенту. Повод вскоре представился: отец Вернера, профессор Август Гейзенберг, поздравил Бора с избранием членом-корреспондентом Баварской академии наук. В конце письма он поблагодарил за заботу о сыне, который нашёл у Бора в Копенгагене не только работу, но и второй дом. Встречаясь нередко с Вильгельмом Вином, Август Гейзенберг, профессор того же философского факультета, ещё со времён злосчастного экзамена своего сына был наслышан об отсутствии у него перспектив в физике. Письмо Нильсу Бору заканчивалось словами: «Мы, родители, не можем так же быстро, как он сам, забыть, что он ещё совсем недавно вышел из детского возраста, и мы следим за его продвижением, возможно, с чуть большей заботой, чем следовало»⁷.

Письмо было отправлено 17 июля, ещё до выступлений Шрёдингера в Мюнхене, но Бор мог представить, насколько возросла озабоченность родителей судьбой сына после выходки Вина. Ответив Августу Гейзенбергу 4 августа, свежеиспечённый баварский академик не поскупился на похвалы Вернеру: «Мне не нужно Вам говорить, как высоко я ценю научное дарование и достижения Вашего сына. Несмотря на его молодость, ему удалось осуществить надежды, о которых раньше никто и мечтать не мог. Для учёного нет большего счастья, чем присутствовать при расцвете такого дара и по возможности его поддерживать. Кроме того, свежая и гармоничная личность Вашего сына дарит ежедневную радость быть с ним и вместе работать над общей целью»⁸.

Такая оценка шефа, без сомнения, подняла дух и родителей, и самого Вернера. У Августа Гейзенберга было немало поводов гордиться своим сыном. Один эпизод долго грел ему душу: однажды в коридоре университета Август повстречался с Зоммерфельдом, который шёл в сопровождении какого-то заграничного гостя. Профессор физики так представил гостю своего коллегу — профессора-византиниста: «Профессор Гейзенберг, отец того самого сына»⁹.

Между тем Вернер, немного остыв, через четыре дня после выступления Шрёдингера поделился с другом Паули своими впечатлениями: «Насколько приятен Шрёдингер лично, настолько удивительной нахожу я его физику: если его слушать, то переносишься на 26 лет назад. Шрёдингер выбрасывает за борт всё „квантовомеханическое“, а именно фотоэффект, франковские столкновения атомов и электронов, эффект Штерна–Герлаха и т. д., в таком случае нетрудно создать теорию. Но она не согласуется с опытом»¹⁰.

Душевная травма от того обсуждения доклада Шрёдингера была столь глубокой, что и через двадцать лет Гейзенберг возвращался к ней. В статье, опубликованной в журнале «Physikalische Blätter» в 1946 году, он вспоминал о тех событиях: «Когда Шрёдингер докладывал о собственных колебаниях сложных распределений зарядов, которые отныне могут считаться источником излучения, неожиданно поднялся В. Вин и с восторгом заговорил о том, что теперь, очевидно, тезис о квантовых скачках может быть заменён чем-то разумным и можно надеяться, что скоро удастся получить объяснение атомной физики с той же наглядностью, которая свойственна физике классической. Теоретики также с изумлением узнали, что здесь в первый раз наглядная картина излучающего атома привела к правильным значениям частот излучаемого света. В этот момент Зоммерфельд и автор этих строк вынуждены были выступить против заявленного В. Вином оптимизма. Они разъяснили, что каждая трактовка, не использующая квантовых скачков, связана с большими трудностями, и это вызвало оживлённые дебаты, в которых Вин почти как личное оскорбление воспринимал поведение любого, кто не был готов под полными парусами возвращаться в землю классической физики»¹¹.

Ещё одним шагом Бора, вызванным письмом Гейзенберга, было приглашение Шрёдингера приехать в Копенгаген и выступить 11 сентября с докладом о своих последних работах. Как раз в этот день Гейзенберг должен был вернуться из отпуска. Официально приглашение исходило от Датской академии наук. Шрёдингер получил это письмо с задержкой, так как проводил остаток каникул в летней резиденции Вина в Миттенвальде. Договорились, что Шрёдингер приедет в Копенгаген в первую неделю октября, когда у него были свободные от лекций дни.

Эрвин охотно принял это приглашение, как принимал предыдущие. В ответном письме он подчеркнул, как высоко ценит приглашение патриарха квантовой физики: «Перспектива познакомиться с Вами, уважаемый коллега, и обсудить трудные и злободневные вопросы, которые мы принимаем так близко к сердцу, чрезвычайно радует меня, и я ещё раз сердечно благодарю Вас за то, что Вы любезно предложили мне эту возможность»