Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания
Шрифт:
Их союз был закреплен борновской реинтерпретацией волнового уравнения Шрёдингера. Согласно первоначальному толкованию уравнения Шрёдингера, оно описывало поведение реальных непрерывных волн материи, представляющих электроны внутри и вне атомов. Максвелл создал детерминистические уравнения, описывающие свет как электромагнитные волны, распространяющиеся в пустом пространстве, Шрёдингер хотел создать уравнение, описывающее движение волн материи. Таким образом он надеялся предложить исчерпывающее описание всех физических свойств электронов.
Борн разрушил строгость описания Шрёдингера, заменив волны материи на волны вероятности. Вместо однозначного задания физических свойств он предложил вычислять их вероятность на основе волновой функции. Борн привел уравнение Шрёдингера в соответствие с идеями Гейзенберга о неопределенности. Гейзенберг полагал, что отдельные физические свойства, такие как положение и импульс (произведение
Надеясь описать реальные состояния электронов и других частиц, а не только вероятности, Шрёдингер раскритиковал нематериальные элементы подхода Гейзенберга — Борна. Также он не принимал философские идеи Бора относительно объяснения квантовой механики, называемых принципом дополнительности. Принцип дополнительности утверждает, что в зависимости от того, какое оборудование исследователь выберет для эксперимента, проявятся либо волновые, либо квантовые свойства. Шрёдингер считал, что природа поддается наглядному представлению, а не представляет собой черный ящик со скрытыми параметрами.
Когда идеи Борна, Гейзенберга и Бора были повсеместно приняты в физическом сообществе и слились в то, что сейчас известно как копенгагенская интерпретация, или классическое квантовое представление, Эйнштейн и Шрёдингер по понятным причинам объединились. В преклонном возрасте каждый из них надеялся создать единую теорию поля, которая заполнила бы пробелы квантовой физики и объединила силы природы. Расширяющая общую теорию относительности путем включения в нее всех сил природы, такая теория заменила бы физику чистой геометрией, воплотив мечту пифагорейцев, которые верили, что «все есть число».
У Шрёдингера были все причины чувствовать себя обязанным Эйнштейну. Речь Эйнштейна, произнесенная в 1913 году, зажгла в нем интерес к решению фундаментальных вопросов физики. Вышедшая в 1925 году статья Эйнштейна, в которой он ссылался на французского физика Луи де Бройля и его концепцию волн материи, вдохновила Шрёдингера на создание уравнения, описывающего поведение таких волн. Это уравнение принесло Шрёдингеру Нобелевскую премию, на которую, помимо других ученых, его номинировал Эйнштейн. Он также одобрил кандидатуру Шрёдингера на пост профессора Берлинского университета и рекомендовал его в члены прославленной Прусской академии наук. Эйнштейн тепло принимал Шрёдингера в своем летнем доме в Капуте и продолжал свои научные наставления в их длительной переписке. Мысленный эксперимент, разработанный Эйнштейном и его помощниками Борисом Подольским и Натаном Розеном для демонстрации парадоксальных аспектов квантовой запутанности (ЭПР-парадокс), а также предложенный Эйнштейном парадокс с бочкой пороха [1] вдохновили Шрёдингера на создание кошачьего парадокса. Наконец, идеи, развитые Шрёдингером в поисках единой теории, являлись вариантами предположений Эйнштейна. Два теоретика часто обсуждали в переписке такие способы модификации теории относительности, которые сделали бы ее достаточно математически гибкой для включения в нее других сил помимо гравитации.
1
Речь идет о письме Эйнштейна Шрёдингеру 8 августа 1935 года, в котором он предлагает «сырой макроскопических пример»: аналогию квантовой системы и бочки с порохом, находящейся в неустойчивом равновесии и способной самопроизвольно взорваться в любой момент в течение года. Он пишет, что пси-функция будет описывать своего рода смесь взорвавшейся и невзорвавшейся систем и никакая интерпретация не позволит «преобразовать эту функцию в адекватное отражение реального положения вещей. — Примеч. пер.
Фиаско
Дублинский институт перспективных исследований, в котором Шрёдингер был ведущим физиком на протяжении 1940-х и в начале 1950-х годов, был создан по модели Принстонского института перспективных исследований, где Эйнштейн
Шрёдингер использовал любую возможность, чтобы упомянуть о своей дружбе с Эйнштейном, даже раскрывал подробности их частной переписки, когда это было ему выгодно. К примеру, в 1943 году, после того как Эйнштейн написал Шрёдингеру, что некая единая модель была «могилой его надежд» с 1920-хгодов, Шрёдингер использовал это утверждение, чтобы все выглядело так, будто он добился успеха там, где спасовал сам Эйнштейн. Он публично зачитал письмо Ирландской королевской академии, хвастаясь, что «выкопал» надежды Эйнштейна при помощи своих расчетов.
О лекции написали в Irish Times с вводящим в заблуждение заголовком «Эйнштейн отдает должное Шрёдингеру»{7}.
Сначала Эйнштейн отнесся к выступлению Шрёдингера снисходительно и проигнорировал его хвастовство. Однако реакция прессы на речь, которую Шрёдингер произнес в январе 1947 года, провозгласив победу в борьбе за теорию всего, была чрезмерной. Смелое заявление Шрёдингера о том, что он достиг цели, которая десятилетиями ускользала от Эйнштейна, и разработал теорию на замену теории относительности, было брошено в лицо Эйнштейну и требовало реакции.
И реакция воспоследовала. В своем едком ответе Эйнштейн выразил глубокое неудовольствие смелыми утверждениями Шрёдингера. В пресс-релизе, переведенном на английский язык его помощником Эрнстом Штраусом, он заявил: «О последней попытке профессора Шрёдингера… можно… судить только по ее математическим качествам, но не с точки зрения “истины” и согласия с подтвержденными фактами. Даже с этой точки зрения в ней не видится особых преимуществ — скорее наоборот»{8}.
О пререканиях написали газеты вроде Irish Press, что породило следующее замечание Эйнштейна: «Нежелательно… в какой-либо форме сообщать общественности о таких предварительных попытках. Еще хуже, когда создается впечатление, будто они приводят к конкретным открытиям, касающимся физической реальности»{9}.
Юморист Брайан О'Нолан, публиковавшийся в Irish Times под псевдонимом Myles na gCopaleen, высмеял ответ Эйнштейна, назвав его высокомерным и оторванным от реальности. Он писал: «Что знает Эйнштейн об использовании и значении слов? Мне кажется, довольно мало… К примеру, что он подразумевает под “истиной” и “подтвержденными фактами”? Его попытка сразить прозорливых читателей газет на их собственной территории не впечатляет»{10}.
Два старых приятеля, союзники в битве против общепринятой интерпретации квантовой механики, никогда и представить не могли, что будут выступать друг против друга в международной прессе. Этого точно не хотели ни Эйнштейн, ни Шрёдингер, когда годами вели переписку о создании единой теории поля. Однако смелые заявления Шрёдингера Ирландской королевской академии привлекли внимание журналистов, рыскавших в поисках связанных с Эйнштейном новостей.
Одной из причин, приведших к стычке, стало желание Шрёдингера угодить ирландскому премьер-министру Имону де Валера, который лично организовал переезд Шрёдингера в Дублин и его назначение в институт. Де Валера активно интересовался достижениями Шрёдингера, надеясь, что тот принесет славу только что обретшей независимость Ирландской республике. Де Валера, ранее работавший преподавателем математики, был поклонником ирландского математика Уильяма Роуэна Гамильтона. В 1943 году он позаботился о том, чтобы столетний юбилей одного из открытий Гамильтона — особого типа чисел, называемых кватернионами, — отмечался по всей стране. В большинстве своих работ Шрёдингер использовал гамильтонов формализм. Что может быть лучше, чем отметить освобождение Ирландии и выразить уважение ее светилу, Гамильтону, принеся ей славу в качестве места, где теория относительности Эйнштейна была развенчана и заменена более полной теорией? Многообещающее выступление Шрёдингера соответствовало чаяниям его покровителя. Irish Press, принадлежавшая де Валера и контролируемая им, должна была приложить все силы к тому, чтобы весь мир узнал, что родина Гамильтона, Йейтса, Джойса и Шоу смогла создать «теорию всего».