БОРН (Born), Макс

11 декабря 1882 г. – 5 января 1970 г.

Нобелевская премия по физике, 1954 г.
совместно с Вальтером Боте

Немецкий физик Макс Борн родился в Бреслау (ныне Вроцлав, Польша) и был старшим из двух детей Густава Борна, профессора анатомии Университета Бреслау, и Маргарет (в девичестве Кауфман) Борн, талантливой пианистки, вышедшей из известной семьи силезских промышленников. Максу было четыре года, когда умерла его мать, а четыре года спустя его отец женился на Берте Липштейн, которая родила ему сына. Поскольку его семья была связана с ведущими интеллектуальными и артистическими кругами Бреслау, Б. рос в атмосфере, благоприятной для его развития. Начальное образование он получил в гимназии кайзера Вильгельма в Бреслау.

Хотя Б. собирался стать инженером, его отец посоветовал ему прослушать разнообразные курсы в Университете Бреслау, куда он и поступил в 1901 г., вскоре после смерти своего отца. В университете Б. изучал многие предметы, однако вскоре увлекся математикой и физикой. Два летних семестра он провел в университетах Гейдельберга и Цюриха. В 1904 г. он поступил в Геттингенский университет, где занимался под руководством известных математиков – Давида Гильберта и Феликса Клейна, а также Германа Минковского. Гильберт, оценив интеллектуальные способности Б., сделал его своим ассистентом в 1905 г. Б., кроме того, изучал в Геттингене астрономию. Ко времени получения степени доктора в 1907 г. за диссертацию по теории устойчивости упругих тел его интересы переместились в область электродинамики и теории относительности.

По окончании университета Б. был призван на год на военную службу в кавалерийский полк в Берлине, но вскоре, спустя несколько месяцев, был демобилизован из-за астмы. Этот краткий опыт воинской службы укрепил в нем неприязнь к войне и милитаризму, которая сохранилась у него на всю жизнь.

Следующие шесть месяцев Б. занимался в Кембриджском университете, где посещал лекции Дж.Дж. Томсона. Вернувшись в Бреслау, он начал проводить экспериментальные исследования, а затем приступил к теоретической работе по теории относительности, развитой Альбертом Эйнштейном в 1905 г. Объединив идеи Эйнштейна с математическим подходом Минковского, Б. открыл новый упрощенный метод вычисления массы электрона. Оценив эту работу, Минковский пригласил Б. вернуться в Геттинген и стать его ассистентом. Однако Борн проработал с ним всего лишь несколько недель вследствие внезапной кончины Минковского, последовавшей в начале 1909 г.

Закончив в том же году теоретическое изучение теории относительности, Б. стал лектором в Геттингене. Здесь он исследовал свойства кристаллов в зависимости от расположения атомов. Вместе с Теодором фон Карманом Б. разработал точную теорию зависимости теплоемкости от температуры – теорию, которая до сих пор лежит в основе изучения кристаллов. Кристаллическая структура оставалась главной областью исследований Б. вплоть до середины 20-х гг.

В 1915 г. Б. стал ассистент-профессором теоретической физики у Макса Планка в Берлинском университете. Во время первой мировой войны, несмотря на свое отвращение к войне, Б. проводил военные исследования по звукометрии и давал оценку новым изобретениям в области артиллерии. Именно во время войны началась его дружба с Эйнштейном. Кроме физики, этих двух людей объединяла любовь к музыке, и они с удовольствием исполняли вместе сонаты – Эйнштейн на скрипке, а Б. на фортепьяно.

После войны Б. продолжал исследования по теории кристаллов, работая вместе с Фрицем Габером над установлением связи между физическими свойствами кристаллов и химической энергией составляющих их компонент. В результате усилий двух ученых была создана аналитическая техника, известная под названием цикла Борна – Габера.

Когда Макс фон Лауэ выразил желание работать с Планком, Б. согласился поменяться с ним временно постами и отправился в 1919 г. во Франкфуртский университет, чтобы занять место профессора физики и директора Института теоретической физики. Вернувшись через два года в Геттинген, он стал директором университетского Физического института, поставив условие, чтобы его старый приятель и коллега Джеймс Франк был назначен в этот же институт руководить экспериментальной работой. Под руководством Б. Физический институт стал ведущим центром теоретической физики и математики.

Вначале Б. продолжил свои исследования по теории кристаллов в Геттингене, но вскоре он стал разрабатывать математические основы квантовой теории. Хотя его работа с кристаллами была крайне важной и помогла заложить основы современной физики твердого тела, именно вклад Б. в квантовую теорию принес ему Нобелевскую премию.

Квантовая теория, имеющая дело с поведением атомных и субатомных систем, восходит к предположению, выдвинутому Максом Планком в 1900 г., о том, что энергия колеблющихся систем, взаимодействующих с излучением, может принимать лишь дискретные значения. Эйнштейн, обобщая эту идею, описал свет как поток частиц, которые он назвал квантами. Позднее Нильс Бор использовал квантовую теорию, чтобы пролить свет на строение атома и объяснить спектры некоторых элементов. К 20-м гг. большинство физиков было убеждено, что всякая энергия квантуется, однако первоначальная квантовая теория оставляла нерешенными множество проблем. Б. хотел создать общую теорию, которая охватывала бы все квантовые эффекты.

В 1925 г. ассистент Б. Вернер Гейзенберг сделал важнейший шаг в решении этой задачи, предположив, что в основе всех атомных явлений лежат определенные математические принципы. Хотя сам Гейзенберг не смог разобраться в математических основаниях найденных им соотношений, Б. понял, что Гейзенберг пользовался матричными операциями (математические преобразования, совершаемые по определенным правилам над таблицами чисел или переменных). С одним из студентов, Паскуалем Иорданом, Б. формализовал подход Гейзенберга и опубликовал результаты в этом же году в статье, озаглавленной «О квантовой механике» ("Zur Quantenmechanik"). Термин квантовая механика, введенный Б., должен был обозначать новую высокоматематизированную квантовую теорию, развитую в конце 20-х гг. Зимой 1925/26 г. Б. был приглашенным лектором в Массачусетском технологическом институте.

В 1926 г. Эрвин Шредингер развил волновую механику, содержащую формулировки, альтернативные квантовой механике, которая в свою очередь, как он показал, была эквивалентна формулировкам матричной механики. Возвращаясь к некоторым методам классической физики, волновая механика трактует субатомные частицы как волны, описываемые волновой функцией. Применяя принципы волновой механики и матричной механики в теории атомного рассеяния (отклонения одной частицы под воздействием другой при столкновении или прохождении ее на близком расстоянии), Б. сделал вывод, что квадрат волновой функции, вычисленный в некоторой точке пространства, выражает вероятность того, что соответствующая частица находится именно в этом месте. По этой причине, утверждал он, квантовая механика дает лишь вероятностное описание положения частицы. Борновское описание рассеяния частиц, которое стало известным как борновское приближение, оказалось крайне важным для вычислений в физике высоких энергий. Вскоре после опубликования борновского приближения Гейзенберг обнародовал свой знаменитый принцип неопределенности, который утверждает, что нельзя одновременно определить точное положение и импульс частицы. Снова здесь возможно лишь статистическое предсказание.

Статистическая интерпретация квантовой механики развивалась дальше Б., Гейзенбергом и Бором; поскольку Бор, который жил в Копенгагене, проделал большую работу по этой интерпретации, она стала известна как копенгагенская интерпретация. Хотя ряд основателей квантовой теории, включая Планка, Эйнштейна и Шредингера, не соглашались с таким подходом, поскольку он отвергает причинность, большинство физиков приняло копенгагенскую интерпретацию как наиболее плодотворную. Б. и Эйнштейн вели длительную полемику в письмах по этому вопросу, хотя фундаментальное научное расхождение никогда не омрачало их дружбы. Известность Б. как реформатора квантовой механики, которая легла в основу новой картины строения атома и последующего развития физики и химии, привлекла многих одаренных молодых физиков к нему в Геттинген.

После посещения физической конференции в Ленинграде в 1928 г. у Б. ухудшилось состояние здоровья, сказались физические нагрузки, и он вынужден был провести год в санатории. Здесь он не терял времени даром, написав учебник по оптике, позднее запрещенный нацистами, но широко использовавшийся в англоязычных странах. Это был один из нескольких учебников и популярных трудов, написанных Б. по различным общим физическим вопросам; он опубликовал большое количество и специальных работ.

Б. стал деканом научного факультета в Геттингене в 1932 г., однако после прихода к власти гитлеровцев и издания антисемитских гражданских законов он был изгнан со своего поста. Покинув Германию и перебравшись в Великобританию, он в течение следующих трех лет был лектором в Кембридже. Проведя шесть месяцев в Индийском физическом институте в Бангалоре, где он работал с индийским физиком Венката Романом, Б. занял пост профессора натурфилософии в Эдинбургском университете в 1936 г. Здесь он преподавал и проводил исследования вплоть до своего ухода в отставку в 1953 г., когда он стал почетным профессором в отставке в Эдинбурге.

Хотя некоторые студенты и коллеги Б. уже успели получить Нобелевскую премию за работы по квантовой теории, вклад самого Борна не был столь высоко оценен до 1954 г., когда он был награжден Нобелевской премией по физике «за фундаментальные исследования по квантовой механике, особенно за его статистическую интерпретацию волновой функции». Он разделил премию с Вальтером Боте, который был награжден за экспериментальную работу по элементарным частицам. В Нобелевской лекции Б. описал истоки квантовой механики и ее статистической интерпретации, задавшись вопросом: «Можем ли мы нечто, с чем нельзя ассоциировать привычным образом понятия «положение» и «движение», называть предметом или частицей?» И следующим образом заключил: «Ответ на этот вопрос принадлежит уже не физике, а философии».

Б. женился на Хедвиге Еренберг, дочери геттингенского профессора права, в 1913 г. У них были сын, который стал главой фармакологического факультета в Кембридже, и две дочери.

Вскоре после своей отставки Б. с женой поселился в Бад-Пирмонте, небольшом городке вблизи Геттингена, их пенсионные права и конфискованная собственность были восстановлены послевоенным правительством. Здесь Б. продолжал свою научную работу, готовил новые издания своих публикаций, писал и выступал с лекциями о социальной ответственности ученых, особенно в связи с применением ядерного оружия. В 1955 г. он был одним из шестнадцати нобелевских лауреатов, которые собрались на острове Майнау, расположенном на озере Констанс в Швейцарии, чтобы выработать заявление, осуждающее дальнейшую разработку и использование ядерного оружия. В конце концов эту декларацию подписал пятьдесят один нобелевский лауреат. Два года спустя Б. был одним из восемнадцати геттингенцев, все из группы ведущих западногерманских физиков, которые поклялись не принимать участия в разработке и производстве такого оружия и которые участвовали в кампании против ядерного вооружения Западной Германии.

Б. умер в геттингенском госпитале 5 января 1970 г.

Хотя Б. больше всего помнят в связи с его работами в области квантовой механики, его исследования и труды сыграли важную роль во всех тех областях, которых они касались. «Мне никогда не нравилось быть узким специалистом, – написал он в своей автобиографии. – Я не слишком подошел бы к современной манере проводить научные исследования большими группами специалистов. Философское основание науки – вот что всегда интересовало меня больше, чем конкретные результаты».

Многочисленные награды Б., кроме Нобелевской премии, включают Стоуксскую медаль Кембриджского университета (1936), медаль Макса Планка Германского физического общества (1948) и медаль Хьюза Лондонского королевского общества (1950). Он получил девять почетных докторских степеней и был членом многих научных обществ и академий, включая Лондонское королевское общество и американскую Национальную академию наук.

Ранее опубликовано:

Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
© The H.W. Wilson Company, 1987.
© Перевод на русский язык с дополнениями, издательство «Прогресс», 1992.

Дата публикации:

26 ноября 1999 года