Создание атомной бомбы - Ричард Роудс Страница 54

Бор пригласил Шрёдингера в Копенгаген. Как рассказывает Гейзенберг, их спор начался прямо на вокзале и продолжался днем и ночью:

Ибо, хотя Бор был человеком заботливым и любезным, в такой дискуссии, касающейся эпистемологических проблем, которым он придавал жизненно важное значение, он мог фанатично настаивать на доведении всех доводов до полной ясности с почти что пугающей неумолимостью. Он не отступал даже после многих часов споров, [пока] Шрёдингер не признал, что [его] интерпретация не полна и не способна объяснить даже закона Планка. Все попытки Шрёдингера как-то обойти этот неприятный вывод медленно, пункт за пунктом, сводились на нет в результате бесконечно кропотливого обсуждения[569].

Шрёдингер простудился и слег. К сожалению, жил он в доме Боров. «Пока госпожа Бор ухаживала за ним и приносила ему чай и пироги, Нильс Бор постоянно сидел на краю его постели, говоря [ему]: “Вы все-таки должны понять, что…”»[570] Шрёдингер был близок к отчаянию. «Если нельзя избавиться от этих проклятых квантовых скачков, – взорвался он в конце концов, – то я жалею, что вообще связался с квантовой теорией». Бор, который всегда любил конфликты, позволяющие обострить понимание, успокаивал своего измученного гостя лестью: «А вот мы, со своей стороны, очень благодарны Вам за то, что Вы сделали, поскольку Ваша волновая механика с ее математической ясностью и простотой представляет огромный прогресс по отношению к прежним формам квантовой механики»[571]. Шрёдингер вернулся домой обескураженным, но не убежденным.

Тогда Бор и Гейзенберг взялись за решение задачи примирения двойственности атомной теории. Бор надеялся сформулировать подход, который позволял бы материи и свету существовать как в виде частиц, так и в виде волн. Гейзенберг последовательно призывал отбросить модели и заниматься только математикой. В конце февраля 1927 года, как говорит Гейзенберг, когда оба они пришли в состояние «…истощения, которое, ввиду разной направленности мысли, вызывало иной раз натянутость отношений», Бор уехал в Норвегию кататься на лыжах. Молодой баварец пытался, используя уравнения квантовой механики, рассчитать что-нибудь, столь простое на вид, как траектория электрона в туманной камере, и обнаружил, что это невозможно. Зайдя в этот тупик, он развернулся в обратную сторону. «Когда уже в один из первых вечеров я столкнулся с совершенно непреодолимыми трудностями, мне пришло в голову, что, возможно, сам вопрос поставлен нами ошибочно»[572].

Однажды поздним вечером, работая под крышей Института Бора, Гейзенберг вспомнил о парадоксе, который предложил ему Эйнштейн в разговоре о значении теории в научной работе. «Только теория решает, что́ можно наблюдать», – сказал тогда Эйнштейн[573]. Это воспоминание встревожило Гейзенберга; он спустился по лестнице и вышел на улицу – дело было уже после полуночи – и пошел мимо огромных буков, росших за институтом, к открытым футбольным полям Фелледпарка. Поскольку было начало марта, ночь, вероятно, была холодной, но Гейзенберг любил долгие прогулки; на свежем воздухе ему думалось лучше всего. «Во время этой прогулки под звездами мне пришла в голову очевидная мысль: следует постулировать, что природа допускает возникновение лишь тех экспериментальных ситуаций, которые могут быть описаны в рамках [математического] формализма квантовой механики»[574]. Это смелое утверждение кажется замечательно безосновательным; чтобы его доказать, нужно было бы придать ему непротиворечивую математическую формулировку и проверить на опыте его предсказательную силу. Но оно немедленно привело Гейзенберга к одному поразительному выводу: что на предельно малом атомном масштабе должны существовать фундаментальные пределы точности, с которой могут быть описаны события. Если мы определяем положение частицы – например в результате ее попадания на экран, покрытый сульфидом цинка, как в опытах Резерфорда, – то это изменяет ее скорость, и информацию об этой скорости мы теряем. Если же мы измеряем скорость – например методом рассеяния на такой частице гамма-лучей, – то соударения высокоэнергетических фотонов с частицей изменяют ее траекторию, и точно определить то положение, в котором она находилась, становится невозможно. Одно измерение всегда делает другое измерение неопределенным.

Гейзенберг снова поднялся в свою комнату и взялся за математическую формулировку своей идеи: произведение неопределенностей измерения величин положения и импульса не может быть меньше, чем постоянная Планка[575]. Таким образом, величина h снова возникла в самом сердце физики, определяя основополагающую, неразрешимую дробность Вселенной. Идея, пришедшая той ночью в голову Гейзенбергу, получила название «принцип неопределенности», и она положила конец строгому детерминизму в физике: если атомные явления обладают неустранимой нечеткостью, если получить полную информацию о положении частиц во времени и в пространстве невозможно, то и предсказания их будущего поведения могут быть лишь статистическими. Так, поздней ночью в копенгагенском парке появился ответ на мечту – или дурную шутку – маркиза де Лапласа, французского математика и астронома XVIII века, сказавшего когда-то, что, зная точное положение во времени и пространстве всех частиц во Вселенной на некоторый момент, он смог бы предсказать будущее до бесконечности. Оказалось, что сама природа размывает такое божественное могущество.

Казалось бы, Бору должна была понравиться предложенная Гейзенбергом демократизация внутреннего устройства атома[576]. Вместо этого она его огорчила: он привез из своей поездки на лыжах свою собственную, более грандиозную концепцию, которая опиралась на его изначальное понимание двойственности и неопределенности, на Пауля Мартина Мёллера и Сёрена Кьеркегора. Ему особенно не понравилось, что принцип неопределенности его баварского ученика не основывался на дуализме между частицами и волнами. Он обрушился на Гейзенберга с той же «пугающей неумолимостью», которую до того адресовал Шрёдингеру. К счастью, их спор умерял Оскар Клейн, бывший в это время переписчиком Бора. Однако Гейзенбергу, при всех его талантах, было всего двадцать шесть лет. Он уступил. Он согласился, что принцип неопределенности – лишь частный случай более общей концепции, которую разработал Бор. С этой уступкой Бор разрешил напечатать статью, написанную Гейзенбергом, и принялся за сочинение своего выступления в Комо.

На конгрессе в Комо, проходившем в приятную сентябрьскую погоду, Бор начал с вежливого упоминания о Вольте, «великом гении, почтить память которого мы все собрались», но затем ринулся в бой. Он предложил разработать «некую общую точку зрения», которая помогла бы «согласовать очевидно противоречащие друг другу взгляды, которых придерживаются разные ученые»[577]. Проблема, сказал Бор, заключается в том, что на атомном масштабе действуют квантовые состояния, однако те приборы, которыми мы измеряем эти состояния, – в конечном счете наши органы чувств – работают