Самая большая ошибка Эйнштейна - Дэвид Боданис

Годом позже, в 1925-м, самый талантливый из борновских преподавателей-ассистентов, привлекательный, светловолосый и весьма нервный 24-летний юноша по имени Вернер фон Гейзенберг сумел решить поставленную Борном задачу. Он относился к числу поклонников немецкого романтизма и обожал путешествовать по баварским Альпам в компании мускулистых молодых людей, мечтательно любуясь закатами. После нескольких месяцев работы юношу посетило вдохновение. И вот все его догадки сложились в единое целое. Это произошло ночью, на североморском острове Гельголанд. На эти чистые, продуваемые ветром берега он сбежал, прячась от сенной лихорадки, преследовавшей его на материке.

Гейзенберг добился успеха, оставив всякие попытки выяснить, каким именно образом электроны летают в атоме – по эллипсам, или же высоко возносясь над «северным полюсом» ядра, или же как-то еще. Он знал, что Эйнштейн, его кумир, сделал выдающиеся открытия в области теории относительности, просто определяя, что мы можем измерить касательно того или иного события, и не всегда стремясь при этом вообразить себе подробности того, почему процесс идет именно так (вспомним пробуждение в падающем лифте или умение разглядеть, как невинный кусок радия лучится чистой энергией).

Вернер фон Гейзенберг (1926 г.), год спустя после своего ключевого открытия, сделанного на ветреном острове Гельголанд

Теперь же, для своих собственных целей, Гейзенберг составлял списки всего, что физики могли бы наблюдать, изучая, как электроны при различных условиях порождают свет. Ученые бомбардировали светом атомы (в состав которых входили исследуемые электроны) или каким-то иным образом «тревожили» их. Результаты наблюдений оказывались различны. Гейзенберг намеревался просто записать то, что «входит» в атомы и «выходит» из них, а затем связать то и другое простейшими математическими операциями.

Вот одна простая аналогия. Представьте, что вы отмечаете, в каких костюмах большая труппа актеров спешит за кулисы в антракте (скажем, во время какой-нибудь масштабной оперетты, которые были тогда очень популярны в Берлине), а потом выясняете, как это соотносится с тем, в какой одежде они окажутся, выходя на сцену в начале следующего действия. Понятно, что здесь должны обнаружиться какие-то четкие закономерности. Посмотрев спектакль несколько вечеров подряд, можно заключить, что женщины, одетые принцессами, обычно предстают в следующем акте пейзанками (если сюжет переносится из дворца в деревню). Такой анализ, конечно, имеет свои ограничения, но в рамках подхода, выработанного Гейзенбергом, этого оказывалось достаточно. Незачем предпринимать утомительные попытки разобраться в отдельных переодеваниях, торопливо происходящих за сценой: мы измеряем лишь то, что способны наблюдать, глядя на то, в каких нарядах актеры появляются из-за кулис, и не задумываясь о том, какие причины побудили этих лицедеев переодеться.

Метод, разработанный Гейзенбергом, не так уж отличался от описания электронных переходов и их вероятностей, которым занимался Эйнштейн при работе над прототипом лазера в 1916 году. На входе – один набор фотонов, на выходе – другой. Не трудно провести их измерение и наловчиться с неплохой точностью предсказывать, как один набор приводит к появлению другого. Можно проделать это с опереттой, а можно – с электронами. Что-то подобное как раз и предпринял Гейзенберг в своих гельголандских расчетах 1925 года. Он рассуждал так: сведем в единую таблицу ряд событий, которые могут происходить внутри атома, и на ее основе проведем обсчет спектральных линий, которые мы при этом наблюдаем. Он не собирался строить предположения о том, что «на самом деле» творится внутри атомов и «на выходе» порождает наблюдаемые нами явления. А вдруг происходящее внутри атомов вообще непознаваемо, или же это слишком сложные процессы, которые мы пока не способны понять. Неважно. Сейчас он не собирается об этом думать.

Так Гейзенберг добился того, чего не сумели достичь его старшие коллеги-физики, тоже занимавшиеся этой проблемой. Великое открытие, какие случаются раз в жизни, лежало перед ним на столе в виде разрозненных заметок. («Было почти три часа ночи… но я перевозбудился и никак не мог заснуть», – позже вспоминал он.) Взволнованный Гейзенберг пешком отправился на южную оконечность острова Гельголанд, вскарабкался на скалу, глядящую на просторы Северного моря, и (подобно Эйнштейну и его друзьям на одной вершине близ Берна 20 лет назад) стал смотреть, как поднимается над горизонтом солнце – торжественно и неуклонно. Строгая, четкая и точная причинность столетиями правила миром. Теперь же Гейзенберг, намеренно ограничившись лишь «внешними» измерениями (он полагал, что Эйнштейн поступал точно так же), заявил: наша задача вовсе не состоит в том, чтобы строить догадки о происходящем «внутри». Эта идея Гейзенберга произвела настоящий переворот в науке. Считается, что именно с нее началось развитие новой, квантовой механики.

Вернувшись в континентальную Германию, он всем рассказал о своем открытии. Он говорил: пока вы не думаете о подробностях происходящего внутри атома, можно делать удивительно точные прогнозы насчет света, испускаемого этим атомом. С XVII века, со времен великого Исаака Ньютона, вся наука строилась на предположении, что каждый наблюдаемый нами процесс можно (по крайней мере, в принципе) прояснить во всех подробностях. И вот теперь Гейзенберг утверждал: нет, это не обязательно так.

Макс Борн, некогда возглавлявший факультет, где учился Гейзенберг, во многом принял этот новый подход, поскольку результаты, полученные его бывшим студентом, отличались впечатляющей точностью. А вот Эйнштейн – нет. Однако он находился в дружеских отношениях со всем семейством Борнов, и ему следовало вести себя деликатно. В намеренно двусмысленных и обтекаемых выражениях он написал жене своего друга Макса: «От идей Гейзенберга – Борна у всех захватило дух. Они произвели на нас глубокое впечатление».

Эйнштейн прибег к такой двусмысленности еще и вот почему: хоть он и возражал против того метода, каким Гейзенберг словно бы намеревался отставить причинность в сторону, создатель теории относительности отлично знал – из-за своей косности ученые часто отвергают важнейшие открытия. Так, в 1895 году Вильгельм Рентген описал обнаруженные им странные лучи (позже их назовут в его честь рентгеновскими), и те физики, которые поначалу отказывались поверить Рентгену, вскоре вынуждены были признать свою неправоту. Конечно же, ко всем новооткрытым феноменам следовало подходить непредвзято и вдумчиво. К примеру, в 1903 году один известный французский физик описал столь же странное новое явление, которое назвал N-лучами. Не прошло и двух лет, как выяснилось, что эти «лучи» – следствие ошибки эксперимента, и теперь уже физикам, которые поспешили принять их, пришлось признавать свою неправоту. В общем, Эйнштейн не спешил давать окончательного публичного заключения по поводу работы Гейзенберга.

Супруги Борн подозревали, что в своем туманном письме Эйнштейн проявляет любезность, и не более того. И Макс Борн попытался выведать, что же он на самом деле думает о результатах Вернера. Припертый к стенке, Эйнштейн был вынужден высказаться конкретнее: «Да, квантовая механика, разумеется, весьма впечатляет. Но какой-то внутренний голос шепчет мне, что пока это – штука не совсем настоящая». В разговоре с более близким другом Эйнштейн выразился резче: «Гейзенберг снес большое квантовое яйцо. Они в Гёттингене в это яйцо верят. А я – нет».