Дважды мне посчастливилось видеть Нильса Бора собственными глазами. Дело было в Москве в 1934 году. Впрочем, «дело было» слова неверные

Вид материала

Документы

Содержание Гейзенберг (историкам): Я

Подобный материал:

• Овсем по небольшому, как говорится, совершенно случайному поводу: мне позвонил Юрий, 16.9kb.
• Берт Хеллингер порядки любв разрешение семейно-системных конфликтов и противоречий, 5363.89kb.
• Слово о казачьем роде, 2572.74kb.
• В 1942 году закончил педагогическое училище и был мобилизован в армию. Сэтого года, 8887.2kb.
• Должностная инструкция, 93.05kb.
• Евгений Романович Романов (настоящая фамилия Островский). Впреподавателях недостатка, 100.42kb.
• К. Бессер-Зигмунд «Магические слова.», 1621.92kb.
• К. бессер зигмунд магические слова, 1643.56kb.
• Примерная программа учебной дисциплины математика, 566.38kb.
• Конспекты занятий по обж, 119.97kb.

Глава третья

1


ВОТ ТАК ЭТО БЫЛО




уселся на балконе с бескрайним видом на море, и ему вспомнилось их посещение Эльсинора, и он сызнова ощу­тил, как зрелище морского простора дает нам долю беско­нечности в обладание.

Может быть, и это ему помогло?

Его идея физически выглядела так просто, а философ­ски — так простодушно, что, выскажи он ее заранее, как программу построения атомной механики, никто не пове­рил бы в возможный успех. Путь от такой идеи к форму­лам показался бы непроложимым.

Только НАБЛЮДАЕМЫЕ величины — вот чем долж­на оперировать теория микромира! Это было его исход­ным пунктом.

Не оттого ли все затруднения, что теоретики стараются описать в деталях картины механического движения, воз­можно, вовсе не отражающие микродействительности? Мо­лодой Гейзенберг по-новому оценил серьезность этого ста­рого подозрения.

Ясная параллель обнаруживала, в чем тут корень зла.

...Когда астрономы обсуждают положения и скорости планет, они в общем-то знают, о чем говорят: движения освещенных солнцем планет наблюдаемы. И потому вели­чины, входящие в формулы астрономов, доступны провер­ке. Но когда похожим математическим процедурам под­вергаются электроны на атомных орбитах, физики не знают, о чем они говорят: эти орбиты наблюдению недо­ступны. Увидеть — значит сначала осветить. Однако в первом же измерении квант собьет электрон с его пути. Так и астрономы не смогли бы наблюдать орбиты планет, если бы потоки солнечного света способны были сталки­вать их с предписанных механикой небесных дорог. И эта небесная механика потеряла бы физический смысл.

Зачем же теоретикам микромира оперировать с вели­чинами, быть может лишенными физического содержания?

С этой простой идеи начал Гейзенберг.

Он полагал, что с ним заодно сама история физики XX века. Разве не отказался Эйнштейн рассматривать абсолютное время — единое для всех движущихся тел — именно потому, что никакое наблюдение не могло бы под­твердить его существование? Все доступные измерению времена относительны. Они и должны содержаться в фор­мулах механики. А Бор с его отказом описывать в коор­динатах времени и пространства квантовые скачки? Что заставило датчанина пойти на этот шаг, чуждый прежне-

280

му духу естественнонаучного понимания хода вещей в природе? Да ведь только то и заставило, что в квантовых событиях никак не проследить постепенный «ход вещей». Ненаблюдаемость скачков с орбиты на орбиту вынудила изменить традициям.

Так отчего же не сделать еще один шаг: раз нельзя наблюдать и орбиты, не надо описывать движение элек­трона вокруг ядра! Резерфордовский образ электронов-планет, может быть, чистая иллюзия. Известно лишь, что атом изменяет свою энергию прерывисто и потому после­довательность разрешенных уровней образует лестницу. О недробимых прыжках по этой лестнице свидетельству­ют испускаемые кванты. Частота и амплитуда «чего-то колеблющегося» в атоме — вот все, что доподлинно на­блюдаемо в эксперименте. Частота обнаруживается в цве­те спектральных линий, амплитуда — в их яркости. Мно­го это или мало — посмотрим...

Так полагал Гейзенберг. (Если оголить суть до схемы.) .

Знания частот достаточно, чтобы судить об энергии квантов. Знания амплитуд достаточно, чтобы судить о ве­роятности их испускания. Наборы таких наблюдаемых величин дают необманную информацию о главных собы­тиях атомной жизни — о квантовых скачках-переходах. А если так, то лишь этими наборами должна оперировать искомая КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА.

Идея стала программой действий.

Еще до бегства на Гельголанд Гейзенберг принялся строить по этой программе теорию атома водорода. И по­терпел неудачу. Запутался. Открылось, что надо было еще научиться оперировать с наборами наблюдаемых ве­личин. Прежний опыт физики помочь не мог: она такими вещами не занималась. Неизвестно было даже, в какой форме записывать эти наборы и по каким правилам пус­каться с ними в математическую игру.

В общем, следовало придумать свою математику. Уже в Геттингене, бедствуя с атомом водорода, он нащупал основу.

...Как в единой записи охватить все варианты кванто­вых скачков, если возможны переходы между любыми дву­мя стационарными состояниями? Это напоминало задачу о записи всех результатов турнира, когда каждый играет с каждым. Тут участники турнира — стационарные состоя-

281

ния: первое, второе... десятое... энное... Результаты матчей между ними — испускание или поглощение квантов. Это как игры на своем и на чужом поле. Нужна квадратная турнирная таблица, чтобы сразу отразить все варианты. Од­на таблица для частот. Другая — для амплитуд.

Он начал придумывать новый язык для разговора о событиях в мире квантовых прерывностей. Нашлись нуж­ные слова — должен был найтись нужный синтаксис. На математический лад: своя алгебра этих квадратных таблиц.

И был на Гельголанде день — ветер, море, одиноче­ство, тишина — из числа счастливейших в его жизни.

Гейзенберг (историкам): Я пришел в невероятное воз­буждение, потому что увидел, как отлично все получается. Вспоминаю, у меня появилась схема, из которой можно бы­ло выводить сохранение энергии (для каждого матча. — Д. Д.), а я работал всю ночь, делая ошибку за ошибкой в арифметических подсчетах. Было два или три часа утра, когда я убедился, что закон сохранения выполняется. Моя взбудораженность не имела предела, а уже занималось утро. Я решил, что надо бы проветриться. Возбуждение погнало меня к одной из гельголандских скал... Я чувствовал: «Сей­час случилось что-то важное!» Немного погодя вернулся домой и замертво уснул. Ну а потом принялся писать статью.

Это был один из последних майских дней 25-го года. И случилось «что-то важное» на крошечном островке сов­сем неподалеку от устья Эльбы — от Гамбурга, где как раз в то время овладело Вольфгангом Паули чувство тупика.

Был час смятения, когда все достигнутое показалось Гейзенбергу полнейшей ерундой. Открылось, что в алгеб­ре квадратных таблиц не всегда действителен извечный закон: А на В равняется В на А. Это называлось переста­новочностью умножения. И в делах природы почиталось самоочевидным. А тут вдруг обнаружилось, что для раз­ных наблюдаемых величин результат простого умножения вовсе не один и тот же, если множители поменять ме­стами;

А.ВВ.А!

— Это встревожило меня ужасно, — говорил он. — ...Но потом я сказал себе: «К счастью, мне не понадобится такое умножение, к счастью, это не очень существенно».

Но беспокойство, конечно, не прошло. Были для трево­ги и другие поводы. И на обратном пути в Геттинген он остановился у Паули в Гамбурге. А тот устроил ему дру-

282

жеский прием с отменным угощением и такой же кри­тикой. Еще яснее стало, что набросок новой механики тре­бовал работы и работы.

Весь июнь и начало июля ушли на эту работу. И дома Гейзенбергу пришлось побороться с искушением «бросить в огонь» никак не дозревающую статью. 9 июля он послал все написанное к Паули, как посылают к черту то, что мучит и не отпускает. Критическая манера Паули вполне заменяла огонь и скалу.

Гейзенберг: Право, я не мог бы сосчитать, как часто он выговаривал мне: «Ты совершеннейший балда» или что-нибудь в этаком роде... И, знаете ли, это очень помогало. И мы всегда оставались добрыми друзьями. И никогда не возражали против взаимной критической хулы.

(Между прочим, кажется необъяснимым, почему при полной фамильярности их отношений, естественной для студентов-погодков, они, разговаривая на «ты», переписы­вались на «Вы», точно играли в ученую достопочтен-н&сть. А может, и впрямь играли?)

Итак, не в руки учителей — Макса Борна и Нильса Бора, — а на дружеский суд приятеля отправил Гейзен­берг свою не совсем оконченную статью. Это звучал в его двадцатичетырехлетней душе эренфестовский мотив: «Мы­то с тобой еще достаточно молоды, чтобы позволить себе сделать глупость!» Потом он говорил историку, что Бор-ну — в духе геттингенской школы — всегда хотелось изощренной математической строгости, а Бору — в духе копенгагенской школы — глубинной физической обосно­ванности. В те дни его могло страшить и то и другое.

...Когда Бор и Паули приостановились в своей изуст­ной летописи на этом рубеже, Паули рассказал, как Гей­зенберг довольно нервно попросил его вернуть рукопись через два-три дня. Он спешил в Кембридж с лекциями и хотел до отъезда либо закончить статью, либо уничтожить. Суд Паули был великодушным и приговор оправдатель­ным, хотя он не во всем был согласен с другом.

«Есть в атомном мире гораздо больше наблюдаемых ве­щей, чем это снилось гейзенберговской философии» — так впоследствии выразил его точку зрения Розенфельд.

Но Паули воодушевило впервые осуществленное стрем­ление пойти в теории микромира на разрыв с классиче­ским описанием движения и оставить для союза с класси­кой только боровский Принцип соответствия. Физика сразу перестала казаться ему загнанной в тупик. И про-

283

пала зависть к участи комика в кино. И вскоре он напи­сал все тому же Кронигу иные, чем прежде, слова:

«Механика Гейзенберга вернула мне радость жизни и надежду».

А Гейзенберг уезжал в Кембридж тоже воодушевлен­ный. Перед отъездом он отважился наконец вручить свою работу Максу Борну, сказав на всякий случай: «Ладно, делайте с нею все, что сочтете нужным». Это его подлин­ные слова, и они означали: в корзину так в корзину, в печать так в печать. Но молодая улыбка сквозь усталость несмело просила: лучше все же в печать...

Однако даже теперь, уже доверившись геттингенскому учителю, в Копенгаген он копии не послал! Может быть, из-за Крамерса? Незадолго до отъезда Гейзенберга тот побывал в Геттенгене. И конечно, узнал о гейзенбергов­ских идеях из первоисточника. Да только они, как уста­новил Эрик Рюдингер, не произвели на копенгагенца ни­какого впечатления *. Однако понимал же Гейзенберг, что Бор и Крамере — это все-таки не одно и то же...

Так завернуть бы ему по дороге хоть на денек в Ко­пенгаген! Это представляется столь естественным, что в 1963 году, уточняя с Гейзепбергом события почти сорока­летней давности и прекрасно зная его тогдашний марш­рут, Томас Кун непроизвольно оговорился: «...и вы немед­ленно отправились в Копенгаген...» Но Гейзенберг его по­правил: «В Англию...»

В Кавендишевской лаборатории он познакомил со сво­им построением теоретика Ральфа Фаулера — зятя Резер-форда и друга Бора. А потом — 28 июля — Фаулер при­вел его в Клуб Капицы **, где он сделал для участников этого научного содружества вполне серьезный доклад на шутливую тему «Спектральная зоология и зеемановская ботаника». И молодые кембриджцы, устроившись по тра­диции на полу вокруг камина, одними из первых внима­ли гейзенберговскому наброску квантовой механики***.

* Письмо Эрика Рюдингера автору (10 июля 1973 г.).

** Это было содружество молодых физиков, организованное П. Л. Капицей, с 1921 года работавшим у Резерфорда.

*** Историк Макс Джеммер уверяет, что Гейзенберг рассказы­вал в Клубе Капицы только о старой квантовой теории. Но это противоречит тому, что сам Гейзенберг говорил в 7-м интервью с Томасом Куном (22 февраля 1963 г.): «Меня попросили рас­сказать о моей новой работе, и я растолковывал ее во всех дета­лях...»

284

А потом он отправился отдыхать. Кажется, в Финлян-дию. И на сей раз в Данию он не поспешил! Голос Паули:

— Тебя это не удивляет, Нильс? Голос Бора:

— Пожалуй, я могу его понять...

И он вправе был заметить, что всякое открытие не только радость, но и бремя. Ему ясно представлялось со­стояние Гейзенберга. Тот и в Кембридж приехал уже вы­мотанный до конца. Фаулер рассказывал, как поселил его у себя, а сам должен был уехать в Лондон, и потому оста­вил гостя на попечении служанки, и вот... Гейзенберг так передавал случившееся:

— Утром я встал, сел завтракать и уснул за столом. Служанка вошла и, увидев, что я сплю, убрала завтрак. В двенадцать она снова вошла и сказала, что приготовлен ленч... Я ничего не услышал и продолжал спать... Потом по­сле полудня она пришла и сказала, что готов чай. Я про­бормотал «да», но продолжал спать. Это же повторилось, когда она принесла обед. Около девяти вечера вернулся Фаулер. Служанка была в панике. Она сказала: «Сэр, этот молодой человек, должно быть, уже наполовину мертв».

Голос Паули:

— Ты хочешь сказать, что он был бы мертв не напо­ловину, а вполне, если б завернул в Копенгаген ради дис­куссии с тобой?

Голос Бора:

— Ты угадываешь не мои сегодняшние мысли, а его тогдашние чувства.

Довольно правдоподобно, что вот так и возникла совер­шенно неправдоподобная ситуация: Бор узнал о механике Гейзенберга не первым, а последним! И когда в июле 25-го года он диктовал свою фразу о ГОТОВНОСТИ К РЕШИТЕЛЬНОЙ ЛОМКЕ ПОНЯТИЙ, ЛЕЖАВШИХ ДО СИХ ПОР В ОСНОВЕ ОПИСАНИЯ ПРИРОДЫ, эта ме­ханика оставалась еще ему неизвестной.

(Жаль, но ни Ван дер Варден, восстанавливая по да­там раннюю историю квантовой механики, ни Томас Кун, уточняя в беседах с ветеранами события эпохи бури и натиска, ни сам Вернер Гейзенберг, описывая прошлое, этого удивляющего факта не расследовали. Может быть, не сочли его достойным внимания?)

Однако Бор уже знал в июле другие новости... Знал,

285

как и Гейзенберг, что в Берлине Боте и Гейгер убеди­тельно показали строгость сохранения энергии в микро­процессах. И это заставляло окончательно признать, что выбора нет: волны излучения являют собою еще и ча­стицы. Знал, что в Париже Луи де Бройль — теоретик из поколения тридцатилетних — опубликовал успешно за­щищенную в ноябре прошлого года докторскую диссерта­цию о «волнах материи». И была она, как сказал бы Бор позднее, «достаточно безумной». В ней утверждалось:

.ЧАСТИЦЫ вещества являют собою еще и ВОЛНЫ!

Словом, дуализм волн-частлц явно приобретал значе­ние неотъемлемой особенности микромира. А если так, то окажутся бесцельными любые попытки стереть эту ро­довую черту: она будет, проступать наружу всегда и всю­ду. И нужно будет понять, как совместить эти несовме­стимости в ПОЗНАНИИ, если в самой ПРИРОДЕ они не­принужденно совмещаются в глубинах всего сущего.

...Тем временем в немецком Zeitschrift fur Physik, как мы помним, должна была вот-вот появиться его, боров-ская, статья, написанная в марте. Но она уже не отража­ла того, что теперь открылось его пониманию. Следовало срочно снабдить ее самокритическим «Послесловием» со ссылками на измерения Боте — Гейгера и на идеи де Бройля. Одно только отсутствие в этом «Послесловии» да­же косвенного упоминания о гейзенберговской механике могло бы озадачить историков. (Не озадачило¹)

А пока Бор диктовал свое предупреждение о готовно­сти, в те же июльские дни 25-го года геттингенский шеф Гейзенберга решал судьбу его рукописи: в корзину или в печать?

Прощаясь с уезжавшим в Кембридж ассистентом, Макс Борн, в свой черед, мечтал об отдыхе. Однако, побо­ров усталость, принялся за чтение. Оно было нелегким. Он его скоро прервал. Захотелось отвлечься. Подумалось, что надо ответить на недавнее письмо Эйнштейна. На бу­магу просилось грустное самоощущение. Геттинген,15.7. 25

...Я сознаю, что все мои дела — будничный хлам по сравнению с твоими мыслями или мыслями Бора...

Показнив себя вдоволь, он прервал письмо — оно по­лучалось длинным — и вернулся к рукописи Гейзенберга.

256

На сей раз дочитал ее до конца, не отрываясь. У него, как раньше у автора, возникло чувство: что-то важное про­изошло! Прочитал еще раз. И распорядился отправить в печать. А сам не мог теперь думать ни о чем другом. Сел дописывать письмо Эйнштейну, и там появились строки:

...Мои молодые люди, Гейзеиберг, Иордан, Хунд, блестя­щие ребята. Часто я должен напрягаться изо всех сил, чтобы следить за ходом их рассуждений... Новая работа Гейзенберга, которая скоро будет опубликована, выглядит весьма мистически, но несомненно истинна и глубока...

Осмотрительность, по выражению самого Борна, удер­жала его от желания тут же изложить поборнику ясности еще туманную суть дела. И потому Эйнштейн, как и Бор, тоже ничего не узнал тогда о случившемся.

Но «весьма мистическое» не давало покоя Берну. По крайней мере трижды он рассказывал об этом впослед­ствии, оставляя будущему пересказчику свободу монтажа подробностей:

— Гейзенберговское правило умножения не выходило у меня из головы, и после напряженных размышлений одна­жды утром я прозрел: вспомнил алгебраическую теорию, которую изучал еще в студенческие годы. Такие квадратные таблицы были хорошо известны математикам. В сочетании с особым правилом умножения онп носили название матриц. И я увидел, что гейзенберговское умножение бы­ло не чем иным, как элементом матричного исчисления. Теперь можно было продвигаться дальше. Я был взбудора­жен, как моряк, увидевший после долгого плаванья желан­ную землю.

В те дни его дела перестали казаться ему будничным хламом. Распознав математическую природу построения Гейзенберга, он тотчас получил важнейшую формулу тео­рии микромира (ее называют с тех пор перестановочным соотношением). Все было бы хорошо, но...

— ...Я только пожалел, что Гейзенберга не было со мной:

скоро возникла одна трудная проблема, и мои попытки одо­леть ее не привели к успеху...

И тут случилась нелепая история. Паули не очень-то приятно было ее вспоминать, когда Бор спросил, что про­изошло у него с Максом Борном. Паули нехотя, но без труда, назвал дату — 19 июля 25-го года — и место дей­ствия: купе в Северном экспрессе, увозившем группу не­мецких физиков на съезд в Ганновер...

Макс Борн: Был в нашем вагоне Паули, мой прежний ассистент... В свое время я многому у него научился. Когда,

287

бывало, его соседей беспокоило, что он просиживает за письменным столом до рассвета, раскачиваясь на стуле, в позе Будды, мы заверяли их, что он вполне нормальный человек, только гений... В экспрессе я перешел к нему в ку­пе и тотчас заговорил о матрицах и моих затруднениях. Я спросил, не хочет ли он поработать со мной... Но вместо ожидаемого интереса с его стороны я наткнулся на холод­ный и саркастический отказ: «Да, я знаю... Вы собираетесь подпортить физические идеи Гейзенберга вашей бесполезной математикой'» И так далее в том же роде... Видно, даже такие умы, как Паули, не защищены от ошибок: он в ту минуту просто не схватил сути дела...

Теперь, на берегу Комо, через два года, Паули рас­каивался. («Чье сердце настолько уверено в себе, чтобы в нем не промелькнуло сожаления?») Бору он, конечно, все объяснил в тех же выражениях, какие слышали потом от него другие:

«Я ведь должен был вернуть рукопись Гейзенбергу не­медленно и потому не успел всерьез поразмыслить над нею и не хотел мешать его собственным планам».

А вообще он любил позлословить над страстью геттин-генцев «превращать физику в математику», да только в тот раз выбрал для этого отчаянно неподходящий момент. Макс Борн, любивший повторять, что «математика умнее нас», оказался тогда ближе к истине.

Голос Бора:

— Он мне говорил про Вернера, каким талантливым невеждой надо было быть, чтобы не знать существующего математического аппарата и самому изобрести его, раз он тебе понадобился! А ты не огорчайся — своим отказом ты сделал доброе дело. Правнук одного наполеоновского сол­дата-испанца, осевшего на немецкой-земле, будет всегда благодарить тебя за твою оплошность...

Речь шла о втором из «блестящих ребят» Макса Бор-на — о двадцатитрехлетнем Паскуале Иордане. Предло­жение, отвергнутое Паули, тот без колебаний принял на перроне в Ганновере. И когда в сентябре 25-го года Бор наконец впервые знакомился по корректуре с исходной статьей Гейзенберга и ловил в ней отголоски их копенга­генских дискуссий, в это время Иордан и Борн уже за­канчивали первое строгое изложение квантовой механики.

Отдыхавший Гейзенберг по письмам из Геттингена знал об их усилиях. И был счастлив. И уславливался в следующей работе вместе с ними придать окончательную