Гейзенберг. Принцип неопределенности. Существует ли мир, если на него никто не смотрит?
Шрифт:
В первые годы после свадьбы жена часто пела песни, а Гейзенберг аккомпанировал ей на пианино. Когда две старшие дочери выучились играть на музыкальных инструментах, они вместе с отцом исполняли трио для фортепиано, скрипки и виолончели. Музыка стала для семейства частью обычной жизни: они репетировали на разных инструментах, пели соло и в семейном хоре. Одна из дочерей вспоминала, что в детстве всегда засыпала под звуки гамм и упражнений, которые исполнял на пианино отец.
Музыка была для ученого способом прикоснуться к непознаваемому. Так, в 1924 году
«Жить без музыки решительно невозможно. Иногда, когда мы слышим ее, то приходим к абсурдной мысли о том, что жизнь может иметь смысл».
В конце своих мемуаров Гейзенберг вспоминает, как он как-то раз услышал струнное трио в исполнении своего друга и старших дочерей:
«Я вслушивался в музыку и все больше убеждался в том, что в обозримом времени жизнь, музыка и наука неизменно двигаются вперед, пусть даже мы внесем в это продвижение лишь малую лепту и будем, как говорил Нильс, зрителями и актерами в великой драме жизни».
В конце книги вернемся к двум вопросам, поставленным во введении: каково научное наследие Гейзенберга и как следует относиться к его участию в немецкой ядерной программе? Попробуем обобщить уже изложенное.
Начнем с ответа на второй вопрос. Социальные и политические взгляды Гейзенберга сформировались в детстве и юношестве. Идеи, витавшие в его семье, Первая мировая война и тяжелое послевоенное время, падение Баварской республики и движение скаутов сыграли огромную роль в формировании у ученого особого отношения к своей стране – он одновременно «чувствовал себя ее частью и ответственным за нее», как писала его супруга. Чувство долга по отношению к Германии и осознание своей важной роли как ученого высшего уровня заставили его остаться на родине и при нацистах. В это время Гейзенберг действовал примерно так же, как Планк после Первой мировой войны: он стремился поддерживать уровень немецкой науки, который был залогом успешного будущего страны. Ученый отстаивал роль теоретической физики как важнейшего элемента в обучении молодежи, без которого было бы невозможным все то, что мы сегодня вкладываем в слова «научно-исследовательские и конструкторские работы». Однако для достижения этой цели Гейзенбергу пришлось идти на уступки и компромиссы с режимом.
Эта неоднозначная ситуация еще более усложнилась в 1939 году, когда Гейзенберг был мобилизован для участия в ядерной программе. Встреча с Бором – всего лишь эпизод этой истории, и вряд ли мы когда-нибудь узнаем, о чем говорили два великих физика. Однако этот факт дает понять: Гейзенберг не осознавал, что в глазах коллег из Дании и других стран он был представителем оккупационного режима. Во множестве книг, посвященных Гейзенбергу, кто-то называет его героем Сопротивления, кто-то – подлым союзником нацистов, но в действительности все обстояло намного сложнее, и для изображения ситуации недостаточно черно-белой палитры. Нет никаких сомнений в том, что участники ядерной программы, осознавая все технические сложности, действительно хотели создать атомную бомбу. Им не удалось построить работающий ядерный реактор, а решение отказаться от создания бомбы принял министр вооружений с целью оптимизации ресурсов. Важным фактором, повлиявшим на принятие этого решения, была убежденность немецких ученых в своем превосходстве над союзниками и уверенность в том, что атомная бомба не будет создана до конца войны. А вот этические вопросы относительно участия в создании бомбы встали перед немецкими учеными лишь после ареста, в Фарм-холле. Когда Гейзенберг сказал, что внешние обстоятельства не дали ему возможности сделать нравственный выбор, он имел в виду решение правительства, и из его слов нельзя понять, что он сам думал об этой ситуации. По мнению автора этой книги, версия, предложенная учеными во время пребывания в Фарм-холле, заслуживает порицания. Время показало, что она состояла из недомолвок и благовидных интерпретаций прошлых событий.
У
Гейзенберг обучался в трех важнейших центрах теоретической атомной физики у трех мировых лидеров в этой области. Он всякий раз оказывался в нужное время и в нужном месте, чтобы погрузиться в решение фундаментальных физических задач, давших начало новой теории. Его важнейшим вкладом в физику была матричная формулировка квантовой механики.
Все началось с блестящей догадки, которая была подтверждена на простых примерах, а затем, совместно с Борном и Йорданом, Гейзенберг разработал четкую и подробную формулировку. Большинство его последующих открытий стали результатом применения квантовой механики при решении конкретных задач. Наиболее известное его достижение – знаменитые неравенства, которые определяют границы применимости классических понятий «частица» и «волна».
Гейзенберг решил головоломку о линиях спектра парагелия и ортогелия, предсказал существование аналогичных форм для молекулы водорода, что было позднее подтверждено экспериментально, разработал квантовую теорию магнетизма железа и похожих металлов, заложил основы для описания структуры атомных ядер, рассмотрев протоны и нейтроны как два квантовых состояния одной частицы – нуклона. Все эти результаты были получены с помощью обменного оператора, который возникает при описании взаимодействия частиц по законам квантовой физики, а в классической физике не используется. Гейзенберг также сделал огромный вклад в классическую физику, проведя исследования турбулентности. Хотя ему не удалось создать квантовую теорию поля, его первые работы в этом направлении помогли заложить основы будущей теории.
Ученый обладал особой интуицией, позволявшей проникать в суть проблем и смотреть на них под неожиданным углом. Почти все его гипотезы содержат важные идеи, которые дали начало новым исследованиям. Имя Гейзенберга упоминается в учебниках по квантовой механике, атомной физике, молекулярной физике, физике конденсированного состояния, ядерной физике, квантовой теории поля, физике элементарных частиц, гидродинамике и многим другим дисциплинам. Нет никаких сомнений в том, что за все эти открытия Вернера Гейзенберга можно назвать гениальным ученым.
Список рекомендуемой литературы
Bohr, N., La teoria atomica у la description de la naturaleza, Madrid, Alianza Universidad, 1988.
Fernandez-Ranada, A., Ciencia, incertidumbreу conciencia. Heisenberg, Madrid, Nivola, 2004.
Frayn, М., Copenhague, Madrid, Centro Cultural de la Villa de Madrid, 2003.
Frisch, O., De la fision del atomo a la bomba de hidrogeno, Madrid, Alianza Editorial, 1982.
Heisenberg, W., Dialogos sobre la fisica atomica, Madrid, ВАС, 1972.
– : La imagen de la naturaleza en la fisica, Barcelona, Seix-Barral, 1967.
Lapiedra, R., Las carencias de la realidad, Barcelona, Tusquets, 2008.
Sanchez Ron, J.M., Historia de la fisica cuantica, Barcelona, Critica, 2001.
Указатель
абсолютно черное тело 9, 26-28
атомный спектр 21, 22-23, 24,33, 41,48,52,57,70,88
Бальмер, Иоганн 24, 25
БКС, модель 71
Бор, Нильс 7,11,13, 33,48-63, 70-73, 79,82, 87,92, 93,97, 98, 100-106,113,116,120,126, 135,136,144-147,161,168,169
Бора, модель 48,50,51,52-56, 60
Борн, Макс 13, 58-65, 69, 70-72, 76-79,82-86,97,105,123-126, 169
Вайцзеккер, Карл Фридрих фон 92,111,123,126,139,140,144, 146-151,160
Вин, Вильгельм 46, 48, 63-65, 84
водорода атом 24, 50,51,53, 60, 63, 73, 79,80,81,84,115,116,118
водорода молекула 60, 91,116,169
волновая функция 81, 84, 86, 88, 89,90,91,103,108,114,124
волновой пакет 84,94
гелия атом 63, 88, 90,91,114,116
де Бройль, Луи 31, 80,98
де Бройля формула 31,98
деление ядра 131,133,134,136, 139,141,143,146,148,152