Пионеры атомного века

Фридрих ГЕРНЕК

Эрвин Шрёдингер и Макс Борн

Волновая механика и матричная механика

Представления Эйнштейна о квантах света, в 1913 году послужившие отправным пунктом теории атома Бора, через десять лет снова оказали плодотворное воздействие на развитие атомной физики. Они привели к идее о «волнах материи» и тем самым заложили основу новой стадии развития квантовой теории.

В своей докторской диссертации молодой французский физик Луи де Бройль писал о необходимости использовать волновые и корпускулярные представления не только в соответствии с учением Эйнштейна в теории света, но также и в теории материи. «При этом следует полагать, – объяснял он позднее в своей прекрасной и сегодня заслуживающей внимания книге «Свет и материя», – что каждая корпускула сопровождается определенной волной и каждая волна связана с движением одной или многих корпускул».

Вследствие этого понятие «корпускула» и понятие «волна» должны применяться одновременно: к излучению так же, как и к веществу, к материи. «Электрон, – считал де Бройль, – не может более рассматриваться как простая крупинка электричества; с ним следует связать волну». Отношение между энергией движущихся частиц и частотой колебания волнового движения передается константой Планка. Она вместе с величиной движения определяет и длину волны. Как одному кванту света соответствует одна световая волна, так и частице материи должна, по мнению Луи де Бройля, соответствовать волна материи.

Эта смелая мысль о всеобщем «дуализме» частицы и волны позволила построить теорию, с помощью которой можно было охватить свойства материи и света в их единстве. Кванты света становились при этом особым моментом всеобщего строения микромира.

Первое квантовое условие Бора, которое ранее было непонятно, получило теперь простое объяснение. Загадочное количественное постоянство в модели атома неизбежно вытекало из того обстоятельства, что объем электронных орбит был, очевидно, целочисленным кратным длине волны электрона; в противном случае идущие друг за другом волны усиливались бы посредством наложения или взаимно гасились бы.

Альберт Эйнштейн, который по рекомендации своего друга Поля Ланжевена обратил внимание на статью де Бройля «Исследования по квантовой теории», был восхищен идеями молодого французского физика. Он сообщал Максу Борну: «Ты должен ее прочитать; даже если она выглядит безумной, она все же совершенно самобытна». В своих работах Эйнштейн выступил в защиту взглядов Луи де Бройля.

О том, насколько революционизирующе подействовало на старшее поколение физиков представление о волнах материи, свидетельствует речь, с которой в 1938 году выступил Макс Планк на чествовании Луи де Бройля. Планк говорил: «Еще в 1924 году г-н Луи де Бройль изложил свои новые идеи об аналогии между движущейся материальной частицей определенной энергии и волной определенной частоты. Тогда эти идеи были настолько новы, что никто не хотел верить в их правильность, и я сам познакомился с ними только три года спустя, прослушав доклад, прочитанный профессором Крамерсом в Лейдене перед аудиторией физиков, среди которых был и наш выдающийся ученый Лоренц... Смелость этой идеи была так велика, что я сам, сказать по справедливости, только покачал головой, и я очень хорошо помню, как г-н Лоренц доверительно сказал мне тогда: «Эти молодые люди считают, что отбрасывать в сторону старые понятия в физике чрезвычайно легко!» Речь шла при этом о волнах Бройля, о соотношении неопределенностей Гейзенберга – все это для нас, стариков, было чем-то очень трудным для понимания. И вот развитие неизбежно оставило позади эти сомнения. Осенью того же 1927 года я лично познакомился с г-ном де Бройлем на 5-м Сольвеевском конгрессе в Брюсселе и был восхищен его скромностью и образованностью».

Принц Луи де Бройль, родившийся в 1892 году, потомок древнего французского аристократического рода, сейчас считается крупнейшим из ныне живущих ученых Франции. Как и Эйнштейн, он олицетворяет собой тип естествоиспытателя-теоретика, в одиночестве размышляющего над стоящими перед ним проблемами, и в то же время он один из самых блестящих академических преподавателей среди физиков новейшего времени. Его лекции известны своей содержательностью и вместе с тем умелым распределением материала и артистически безупречным построением.

Будучи студентом, Луи де Бройль не интересовался вначале естествознанием. Он изучал историю, особенно историю права и политическую историю средневековья. Однако методы гуманитарных наук в том виде, в каком он с ними познакомился, его не удовлетворяли. Под влиянием своего старшего брата Мориса де Бройля, известного физика-экспериментатора, заслужившего признание исследованием излучения, он обратился к математике и теоретической физике. Однако у него сохранилась ярко выраженная склонность к историческим изысканиям и исследованиям.

Занятия историей своей науки никогда не были для Луи де Бройля, как для многих других крупных физиков, второстепенной деятельностью. Исторический смысл оказывался для него не случайным дополнением, а основным требованием всей его исследовательской работы. Во многих своих исследованиях де Бройль исходил непосредственно из исторических соображений. Идея о волнах материи также возникла у него в конечном счете в результате размышлений над историей оптики.

Луи де Бройль умел мастерски преподнести широчайшему кругу читателей проблемно-исторические взаимосвязи простым и понятным языком, не прибегая к претенциозным математическим формулам. История развития учения о свете была одной из его излюбленных тем. Иногда он выступал с биографическими работами о физиках прошлого. Свидетельством его уважения к гениальному французскому естествоиспытателю Андре Мари Амперу, одному из основателей электродинамики, является блестящая научная биография, написанная с законным чувством национальной гордости.

Мировая война на многие годы прервала его учебу. Долгое время студент-физик служил радистом на Эйфелевой башне в Париже. В 1920 году он смог снова приступить к исследованиям в лаборатории своего брата. Результаты этих исследований прославили его имя.

В своем нобелевском докладе в 1929 году ученый сказал, что его интерес к теоретической физике пробудил тот факт, «что структура материи и структура излучений становились все таинственней, по мере того как физику все более и более завоевывало странное понятие «квант», введенное Планком в 1900 году при исследовании черного излучения». Движущей причиной научно-исследовательской работы служит, по его мнению, также и та «святая любознательность», которую Эйнштейн рассматривал как первоисточник всех естественнонаучных и технических достижений. Луи де Бройль считал справедливым требование, предъявляемое к естествоиспытателю Шрёдингером: он должен «быть способным удивляться и быть помешанным на догадках».

Как и все глубокие, стремящиеся к открытию нового физики-мыслители, Луи де Бройль с недоверием относился к поспешным выводам. В предисловии к книге «Свет и материя» говорится: «Крушение, которое в течение каких-то десятилетий потерпели прочно обоснованные принципы и, казалось, не менее основательные выводы, показывает нам, насколько осторожным надо быть при попытке построить общие философские заключения, опираясь на прогресс науки. Тот, кто замечает, что сумма нашего незнания намного превышает сумму нашего знания, едва ли чувствует себя склонным делать слишком поспешные выводы».

Эти слова французского физика, напоминающие одно из высказываний Ф. Энгельса в «Анти-Дюринге», нельзя толковать пессимистически. Подтверждением служит заключительное замечание: «Несмотря на это, однако, можно утверждать, что прогресс квантовой физики во многих отношениях открыл перед нами совершенно новые перспективы и что направление философских учений как в близком, так и в отдаленном будущем, несомненно, будет находиться под ее влиянием».

В одном из своих первых сочинений де Бройль требовал создания новой механики атома. Новая механика должна была иметь для старой механики такое же значение, как волновая оптика для лучевой оптики. Эту новую механику, получившую название волновой, или ундулаторной (От лат unda – волна – Прим. ред.), механики, вскоре после этого создал Эрвин Шрёдингер, который был в то время профессором теоретической физики в Цюрихском университете.

Использовав теорию соотношения волновой и лучевой оптики, разработанную в первой половине XIX века ирландским математиком Гамильтоном, Шрёдингер распространил волновое уравнение де Бройля, которое касалось движения без применения сил, на случай действия сил. Он исходил из того, что «все – вообще все – является одновременно частицей и волновым полем»

Результаты своих исследований Шрёдингер весной 1926 года опубликовал под названием «Квантование как самостоятельная проблема» в виде нескольких статей в «Анналах физики». Эти работы, в которых исследователь попытался построить мост между макромеханикой и микромеханикой, содержат получившее известность дифференциальное уравнение волнового поля атома водорода, при помощи которого, по словам Планка, «волновая механика, казавшаяся ранее чем-то мистическим, сразу была поставлена на прочное основание».

«Уравнение Шрёдингера», при составлении которого Шрёдингер пользовался советами преподававшего в то время в Цюрихе крупного математика Германа Вейля, относится к числу наиболее распространенных формул в мировой литературе по физике атомного века Его классическая красота вызывала и вызывает такое же восхищение и уважение физиков-теоретиков, как в свое время максвелловская система формул электромагнитного поля. Говоря об этой системе, Людвиг Больцман приводил восторженные слова Фауста: «Начертан этот знак не бога ли рукой?» Макс Борн, оценивая труд Шрёдингера, восклицал: «Что существует более выдающегося в теоретической физике, чем его первые шесть работ по волновой механике?»

Уже в начале апреля 1926 года, после получения сигнальных оттисков первой основополагающей статьи по волновой механике, Планк писал Шрёдингеру «Читаю Вашу статью с тем же напряжением, с каким любопытный ребенок выслушивает развязку загадки, над которой он долго мучился, и радуюсь красотам, раскрывающимся перед моими глазами». Несколько недель спустя он сообщал: «Вы можете себе представить, с каким интересом и воодушевлением я погрузился в изучение этого эпохального труда, хотя сейчас я очень медленно продвигаюсь вперед в этом своеобразном ходе мыслей» В то же время Эйнштейн писал Шрёдингеру: «Замысел Вашей работы свидетельствует о подлинной гениальности».

Эрвин Шрёдингер родился 12 августа 1887 года в Вене, «очень жизнерадостном и непринужденном городе», как сказал он в короткой речи при присуждении ему Нобелевской премии Как Рентген и Эйнштейн, он был сыном ремесленника. Отец Шрёдингера был владельцем предприятия по производству клеенки. О нем пишут, как о разносторонне образованном человеке, обладавшем ярко выраженными склонностями к естествознанию и искусству, а также немалыми познаниями в разных областях. Какое-то время он изучал химию.

Большие способности сына обнаружились сразу, как только с ним начал заниматься домашний учитель В школе Эрвин Шрёдингер также всегда был первым учеником Как и Генрих Герц, он любил все предметы без исключения: математику и физику так же, как и языки, занимавшие по количеству часов первое место в учебном заведении с гуманитарным уклоном, которое он посещал. Его очень интересовала поэзия, особенно драмы классика австрийской литературы Франца Грильпарцера. Ему претило лишь заучивание наизусть исторических фактов Склонность к естествознанию отчетливо выявилась у Шрёдингера еще в школьные годы, так что после «матуры», как в Австрии называют выпускные экзамены, выбор профессии не составил для него затруднений.

Физик-экспериментатор Франц Экснер, товарищ студенческих лет Рентгена в Цюрихе, и физик-теоретик Фридрих Газенёрль были учителями Шрёдингера в Венском университете Газенёрль как раз в это время стал преемником Людвига Больцмана. В своей первой лекции он восторженно отозвался о трудах этого гениального физика и первопроходца современной атомистики Газенёрль был блестящим преподавателем Так как Шрёдингер, по собственному признанию, с трудом усваивает книжный материал, стимулирующее воздействие лекций было для него особенно важно Газенёрлю он был обязан, говорил он в 1929 году, становлением своей личности как ученого. При получении Нобелевской премии он сказал: «Если бы Газенёрль не погиб, то он, конечно, стоял бы теперь на моем месте».

Выдающееся дарование молодого Шрёдингера сразу же поразило его университетских товарищей. Физик-теоретик Ганс Тирринг, который позднее в течение многих лет был профессором Венского университета, так писал о своей первой встрече со Шрёдингером: «Во время зимнего семестра 1907...1908 годов я, еще новичок, посещал библиотеку математического семинара. Однажды когда в комнату вошел светловолосый студент, мой сосед толкнул меня и оказал внезапно: «Это Шрёдингер». Я никогда не слышал ранее этого имени, но уважение, с каким оно было произнесено, и взгляд коллеги произвели на меня такое впечатление, что я с самой первой встречи проникся убеждением, которое с течением времени становилось все тверже: он что-то особенное. Знакомство вскоре превратилось в дружбу, в которой Шрёдингер так же, как везде и всегда, был дающей стороной».

Школьные и университетские друзья вспоминают о будущем лауреате Нобелевской премии как о страстном путешественнике и альпинисте, который больше всего любил горы. Подобно многим жителям австрийской столицы, он был усердным посетителем венского Бург-театра, пользовавшегося в то время мировой славой. Известные актеры, такие, как Адольф фон Зонненталь и Йозеф Кайнц, своим вдохновенным искусством способствовали необычайному успеху спектаклей этого театра. В рукописном наследии физика был найден специальный театральный дневник его студенческих лет. Там добросовестно описана каждая постановка, которую он видел в Бург-театре, часто записи дополняются критическими замечаниями об исполнении ролей.

В 1910 году Шрёдингер получил степень доктора философии. Через год после этого он стал ассистентом Франца Экснера в Институте экспериментальной физики. В его обязанности входило проведение большого практикума по физике. Это было для него отличной школой, о которой он всегда с благодарностью вспоминал. В своей вступительной речи в Берлинской Академии наук он подчеркнул, что Экснер оказал ему чрезвычайно большую поддержку: благодаря ему он прежде всего понял, «что значит измерять».

Первая мировая война на многие годы прервала научную работу молодого физика. Находясь на австрийском южном фронте (Шрёдингер был офицером крепостной артиллерии), он в период затишья находил время следить за специальной литературой. Так, уже в 1916 году, вскоре после первой публикации Эйнштейна по основам общей теории относительности, он познакомился с этой работой. Как и для многих его коллег, система идей нового учения о гравитации первоначально казалась ему трудной для понимания. Позднее он сам активно участвовал в дальнейшем развитии положений теории относительности и в создании единой теории поля.

После перемирия Эрвин Шрёдингер возвратился к научной деятельности, сначала в Венском физическом институте. После краткой доцентуры в Иене, где он в то время был ассистентом физика-экспериментатора Макса Вина, он преподавал, правда всего лишь один семестр, в Высшей технической школе в Штутгарте и в Бреславльском университете. Записи лекций его учителя Газенёрля служили ему основой и руководством в его преподавательской деятельности.

С 1921 года Шрёдингер работал в Цюрихском университете: он принял профессуру, которую до него занимали Эйнштейн и Лауэ. Здесь была создана волновая механика. Шесть лет спустя (в 1927 году) приобретший к тому времени известность физик получил предложение стать в Берлине преемником Макса Планка, который за год до этого был освобожден от должности.

Этому приглашению предшествовали два доклада, для чтения которых Шрёдингер во время летнего семестра 1926 года по приглашению Планка приезжал в Берлин. К этому периоду относятся несколько его писем к старейшине теоретической физики. «Буду очень благодарен Вам, г-н тайный советник, – писал он в мае 1926 года, – если Вы кратко посоветуете мне, как построить свой доклад. Я имею в виду, должен ли я больше думать о присутствии в аудитории Вас, Эйнштейна и Лауэ, мысль о чем и без того подавляет меня, или ориентироваться на слушателей, далеко отстоящих от теоретической работы; неизбежным следствием будет тогда скука для вышеназванных (и многих других)».

Так как исследователь хорошо чувствовал себя в Цюрихе, где у него возникли оживленные научные контакты с математиком Вейлем и физиком Дебаем, он не мог, не раздумывая, решиться принять предложение, хотя слава Берлина как столицы физики в те годы затмевала славу любого другого крупного европейского города. Решающими в конце концов стали слова Планка, сказавшего, что он был бы рад найти в Шрёдингере своего преемника.

К этим событиям относятся стихи, которые физик записал в альбом Планка после переезда в Берлин. Запись заканчивается строками:

Из пестрых писем, долгих разговоров был суеты парад
Витиеватый. И слово, сказанное между нами,
Достойными почтения устами Как выход было. Просто: «Очень рад».

Цитируемые здесь и далее стихотворения переведены Л. Корсиковой.

«Годы в Берлинском университете относятся к самым счастливым в моей жизни», – писал он в июне 1947 года из Дублина декану математическо-естественнонаучного факультета Университета им. Гумбольдта в ответ на приглашение занять прежнее место. Шрёдингер прибавил, что он все еще чувствует себя духовно близким Берлинскому университету и постоянно имеет в виду «возможность возвращения туда даже просто в качестве пенсионера».

Это чувство близости основывалось прежде всего на том, что в одно время со Шрёдингером в Берлинском университете работали такие выдающиеся физики, как Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Макс фон Лауэ, Вальтер Нернст и Лиза Мейтнер. Связи с известными учеными, представлявшими другие области науки, также во многом способствовали тому, что Шрёдингеру, уроженцу Вены, в научном и личном плане так по душе пришлась столица Пруссии.

«Две крупные высшие школы, имперское учебное заведение, Институт им. кайзера Вильгельма, Астрофизическая обсерватория и множество исследовательских групп в промышленности плотно населили тогда Берлин физиками первой величины. Глубокое впечатление оставляли еженедельные общие коллоквиумы, эти интимные конгрессы, где они собирались все вместе; большим удовольствием было обсуждение всех животрепещущих проблем на этом форуме». Так писал ученый позднее в автобиографических записках.

Наиболее тесно сблизился Шрёдингер в берлинские годы с Планком и Эйнштейном. Он и его жена регулярно принимали участие в домашних концертах, проходивших на квартире у Планка, хотя сам он не играл ни на одном инструменте. Эйнштейна он часто посещал на его даче в Капуте. Плавая под парусом в водах Хавеля, оба физика обсуждали вопросы своей науки. Дом Шрёдингера в Груневальде с его «вечерами венских сосисок», стал вскоре центром научного общения.

Будучи противником фашистского господства, в 1933 году Эрвин Шрёдингер оставил свое место. Он не принадлежал к тем, кто преследовался по расовым мотивам, не выступал, подобно Эйнштейну, с политическими заявлениями, которые сделали бы невозможным его дальнейшее пребывание в Германии в тогдашних условиях. Но он ненавидел фашизм, и для него было невыносимо работать при этом варварском режиме. Так закончилось это «прекрасное время преподавания и учебы в Берлине».

После своего добровольного отъезда за границу физик сначала три года прожил в Оксфорде под предлогом научного отпуска. Оттуда он поехал в Стокгольм, чтобы получить Нобелевскую премию. В особой атмосфере богатого традициями английского университетского города австриец чувствовал себя конечно, не так уютно, поэтому он поддался уговорам своего друга и коллеги Тирринга и возвратился на родину. Он отклонил поступившее в это время приглашение в Эдинбург.

С осени 1936 года Шрёдингер преподавал в Грацском университете. Но уже два года спустя, после насильственного присоединения Австрии к гитлеровской Германии, он вновь должен был уехать за границу: на этот раз не добровольно, а спасаясь бегством, «только с одним небольшим чемоданчиком», как говорится в одном из его писем. С 1 сентября 1938 года он был на неопределенный срок освобожден со своего поста и должен был опасаться запрета на выезд за рубеж.

Через Италию и Швейцарию исследователь направился сначала снова в Оксфорд, а оттуда после недолгого чтения лекций в качестве профессора-гостя в Бельгии – в Ирландию. В Институте высших исследований, который в основном был создан для него по ходатайству математика и тогдашнего премьер-министра Ирландии де Валера, он занял положение, подобное положению Эйнштейна в Принстоне, и приступил к деятельности, которая его полностью удовлетворяла.

Семнадцать лет, ни на что не отвлекаясь, он посвятил исключительно исследовательской работе, занимаясь не только дальнейшей отработкой волновой механики, но также и многими другими проблемами, в том числе вопросами космологии и набросками единой теории поля, над созданием которой безуспешно работал и Эйнштейн. На ежегодно организуемые Шрёдингером в Дублине «летние школы», своего рода коллоквиумы, приезжали коллеги из многих стран для того, чтобы обсудить здесь новейшие проблемы.

На семидесятом году жизни (в 1956 году) австрийский ученый возвратился в свой родной город. В Физическом институте Венского университета он получил персональную кафедру. Однако, едва поправившись после тяжелой болезни, он вновь тяжело заболел и 4 января 1961 года скончался.

За несколько недель до смерти он в обычной своей темпераментной манере вступил в схватку с Максом Борном по вопросам квантовой механики. «Ты, Максик, – говорится в одном из его последних писем, – знаешь, как я тебя люблю, и здесь ничего нельзя изменить. Но да будет мне позволено устроить тебе хорошую головомойку. Значит, слушай...» Борн заметил по этому поводу: «Так было всегда за долгие годы нашей переписки: некоторая смесь грубости и сердечности; острейший обмен мнениями, но никогда – чувства обиды».

Первое сообщение Шрёдингера в марте 1926 года содержит решающее дополнение к теории де Бройля, позволившее математически рассчитать воздействие отдельных атомов и групп атомов на электронные пучки. Шрёдингер сообщал также о возможностях применения его волнового уравнения в практике эксперимента. Американские физики-экспериментаторы Дэвиссон и Джермер, увлекшись его теорией и руководствуясь его указаниями, попытались обнаружить у электронных пучков явления, подобные тем, которые предсказал Лауэ, наблюдая преломление рентгеновских лучей в кристаллах. Им удалось найти эти явления. К такому же результату пришел и англичанин Дж.П. Томсон.

Открытие интерференции электронных пучков, которое стало известно примерно через год после появления первых работ Шрёдингера, явилось для физиков всего мира очевидным экспериментальным подтверждением волнового характера потока частиц и решительным и важным доказательством правильности взглядов де Бройля и Шрёдингера. «Итак, теперь эта идея проникла в физику и занимает выдающееся место среди различных теорий», – заметил в 1938 году Планк по поводу волновой механики.

Математические разработки Шрёдингера имели для гениально предугаданных де Бройлем волн материи такое же значение, какое имели уравнения поля Максвелла для силовых линий Фарадея. Шрёдингер оперировал при этом строго классическими методами и пользовался наглядными представлениями, которым физики доверяли и которые были доступны пониманию: обстоятельство, в немалой степени способствовавшее быстрому признанию волновой механики.

То, что волновая механика вела к правильным решениям в тех случаях, когда отказывала старая теория Бора, говорило в ее пользу и способствовало ее распространению. Однако, как показал Гейзенберг, «популярная наглядность волновой механики» имела свои недостатки: она уводила в сторону от того направления, которое определялось, с одной стороны, работами Эйнштейна и де Бройля, а с другой – плодотворностью школы Бора.

Шрёдингер пытался обосновать квантовую теорию, односторонне отказавшись от дуализма корпускулы и волны, опираясь только на представление о волне и совершенно отбросив понятие «частица»: идея в корне антиатомистическая и тем более удивительная, что принадлежит она духовному ученику и пламенному почитателю Больцмана.

Шрёдингер рассматривал электрон только как своего рода зарядную волну вокруг атомного ядра, которое само является какой-то волной, и попытался обойтись совсем без электрона как частицы. В своем нобелевском докладе он заявил, что атом является «в действительности не чем иным, как феноменом преломления электронной волны, до некоторой степени пойманной атомным ядром». Корпускулы – это, по его мнению, простые «группы волн», или «пакеты волн», которые симулируют движение частиц.

Эти взгляды не соответствовали действительности. Любой счетчик Гейгера и любая камера Вильсона опровергали их. Волны материи, которые первоначально представлялись как наглядно-реальные волновые процессы по типу стоячих волн акустики, приняли абстрактно-математический облик и получили благодаря Борну в конце концов более символическое значение как «волны вероятности». Однако ход мысли Шрёдингера имел глубоко истинное содержание, и потому он оказался полезным для отыскания новых фактов природы.

Открытие Дэвиссоном и Джермером дифракции электронных пучков в кристаллах – это только самый первый пример такого рода. Еще более важным было открытие новых элементарных частиц, существование которых могло быть предсказано на основе системы формул развитой волновой механики, и разгадка в последующие годы многих вопросов, связанных с изучением электрических проводников и полупроводников.

Волновая механика в своей нерелятивистской, неприменимой к свету форме, как она изложена в классических трудах Эрвина Шрёдингера, кажется нам сегодня особенно наглядной иллюстрацией к словам Луи де Бройля: «Мы никогда не должны забывать (история наук это доказывает), что каждый успех нашего познания ставит больше проблем, чем решает, и что в этой области каждая новая открытая земля позволяет предполагать о существовании еще не известных нам необъятных континентов». Шрёдингер сам первый признал и показал, что волновая механика с формально-математической точки зрения полностью равноправна с другими формами квантовой теории, которые в это же время или незадолго до этого были разработаны на основе идей Гейзенберга Борном, Иорданом и Гейзенбергом в Гёттингене и Дираком в Кембридже. Шрёдингера отнюдь не радовала эта равноценность его волновой механики со столь антипатичными ему статистическими теориями; но логика вещей принудила его признать это.

Гёттингенская и кембриджская формы квантовой механики отличаются коренным образом по исходным положениям и по применяемым методам от волновой механики Шрёдингера, однако они ведут к одинаковым результатам. Так как использованные Шрёдингером частные дифференциальные уравнения были более понятны физикам и более легки в употреблении, чем непривычный еще метод матричного расчета, то новая теория в том виде, какой ей придал Шрёдингер, практически получила всеобщее признание. Этому способствовало еще и то, что в ней сохранились неизменными классические геометрические представления о пространстве и времени «Волновая механика пользовалась значительно большей популярностью, чем гёттингенская или кембриджская формы квантовой механики», – сказал в 1954 году в своем нобелевском докладе Макс Борн.

Доказательство математической равноценности волновой механики и матричной механики стало вехой в дальнейшем развитии всей квантовой физики. Совпадение по результатам двух коренным образом отличающихся друг от друга систем объяснения показало физикам, что теоретическое исследование шло по верному пути. И хотя вскоре возникли новые трудности, они обусловливались запутанной природой рассматриваемых явлений.

Несмотря на им самим доказанную эквивалентность обоих объяснений квантовых феноменов, Шрёдингер упорно противился тому, чтобы признать удовлетворительным и исчерпывающим статистическое объяснение квантовой теории, математически разработанное в первую очередь Борном и Гейзенбергом. Уже во время его визита в Копенгаген осенью 1926 года дело дошло до длительных и эмоционально насыщенных споров между Шрёдингером и Бором, в которых, по свидетельству Гейзенберга, «в мельчайших подробностях неумолимо обсуждались самые значительные трудности теории атома и вовремя которых Бор не успокаивался прежде, чем проблема не раскрывалась до конца».

Как страстный сторонник идеи непрерывности Шрёдингер испытывал непреодолимую антипатию к «скачкам квантов» Он стремился устранить это обоснованное Бором представление, которое казалось ему ужасным. Во время одной из своих бесед с Бором Шрёдингер воскликнул в отчаянии: «Если мы собираемся сохранить эти проклятые квантовые скачки, то я вообще сожалею, что имел дело с атомной физикой!» Бор ответил ему «Зато остальные весьма признательны Вам за это, ведь благодаря Вам был сделан решающий шаг вперед в развитии атомной теории» Четверть века спустя Шрёдингер в одном из своих сочинений заявит, что скачки квантов казались ему «год от года все более неприемлемыми».

Наряду с Альбертом Эйнштейном и Максом фон Лауэ Эрвин Шрёдингер принадлежал к тем великим физикам-мыслителям последних десятилетий, которые до конца своей жизни не могли примириться со статистическим толкованием квантовой механики. Он надеялся, что появится какая-нибудь возможность возвратиться в субатомной сфере к классической физике с ее безусловной естественной необходимостью и ее наглядными представлениями Шрёдингер не соглашался с тем, что в мире квантов существует только закон вероятности и что здесь вопрос об объективной реальности должен ставиться иначе, чем в мире больших тел Его переписка с Планком, Эйнштейном и Лоренцом по вопросам квантовой механики отчетливо свидетельствует о его предубеждении по отношению к взглядам копенгагенской школы.

Исследовательская работа ученого по физике не ограничивалась вопросами квантовой теории и теории относительности.

Вначале он работал (также и экспериментально) преимущественно над проблемами учения о теплоте, и особенно над теорией специфической теплоты. Позднее он много занимался вопросами учения о цвете, прежде всего цветовым зрением и измерением цвета. О том, как настойчиво и самостоятельно он размышлял о применении результатов исследований по квантовой физике к биологическим явлениям, свидетельствует его широко распространенная книжка «Что такое жизнь?», в которой он, как говорится в подзаголовке, рассматривал живую клетку глазами физика.

Хотя Шрёдингер, конечно, не был философом в строгом смысле слова, однако он был физиком, проявляющим интерес к теории познания, и, по выражению Гейзенберга, был «вполне философским умом».

В работе «Дух и материя» он рассматривал такие основные философские вопросы, как связь сознания и мозга или соотношение естествознания и религии. В книге «Мое мировоззрение», которая вышла после его смерти, но к печати была подготовлена еще им самим, ученый дал прекрасное, также и в языковом отношении, изображение своих теоретико-познавательных воззрений в их совокупности.

Своими философскими наставниками Шрёдингер называл среди других Спинозу, Шопенгауэра и Маха. В некоторых существенных точках его философия соприкасается с воззрениями крупного английского философа и борца за мир Бертрана Рассела, с которым он неоднократно встречался в Лондоне во время своего пребывания в Англии и личность которого произвела на него глубокое впечатление.

Мировоззрение австрийского физика в основных чертах оформилось сравнительно рано; позднее он углублял и развивал только некоторые его аспекты. Проблема реальности внешнего мира, которую постоянно обсуждали Планк и Эйнштейн, играла важную роль и в философских высказываниях Шрёдингера. Понятие внешнего мира в общепринятой форме казалась ему «удобным, но несколько наивным». По его мнению, следовало бы лучше говорить о «реальном мире предметов», чем о внешнем мире, так как и «собственное тело» принадлежит к этому миру.

Высказывания Шрёдингера о роли языка при решении теоретико-познавательных проблем являются следствием присущего ему духа творческого сомнения, который неизменно обнаруживал свою плодотворность в истории естествознания. Он настойчиво подчеркивал необходимость тщательной критики языка, поступая в данном случае в полном соответствии со взглядами Нильса Бора. Его замечания о псевдопроблемах в философии еще долго будут оставаться актуальными.

Историю развития отношений между естествознанием и церковью Шрёдингер охарактеризовал кратко и метко: «В течение многих веков порабощаемое самым постыдным образом церковью естествознание восстало и с сознанием своего святого права, своей божественной миссии, исполненное ненависти, нанесло увесистый удар старой мучительнице, не принимая во внимание то, что она, хотя и в недостаточной форме, даже забывая о своем долге, все же была единственной избранной хранительницей самого святого достояния отцов».

Он писал об атеизме в естествознании: «Богу как личности нет места в картине мира, которая стала доступной нашему пониманию ценой удаления из нее всего личностного. Мы знаем, что если мы ощущаем бога, то он есть точно такое же реальное ощущение, как и непосредственное чувственное ощущение, как собственная личность. Как таковая, он должен отсутствовать в пространственно-временной картине. «Я не нахожу бога в пространстве и времена», – так говорит честный естествоиспытатель-мыслитель, и за это подвергается гонениям со стороны тех, в катехизисе которых, однако, говорится: «Бог есть дух»».

Среди сочинений Эрвина Шрёдингера, предназначенных для широкого круга читателей, наряду с лекциями «Естествознание и гуманизм» и небольшим сборником «Что такое закон природы?» следует назвать книгу «Природа и греки». В ней физик обосновывает необходимость определенного «возврата к мышлению древних». В соответствии с мнением Гейзенберга, утверждавшего, что вопросы, поставленные греческими мыслителями, еще не утратили своего значения для современного естествознания, Шрёдингер доказывал, что древнегреческая философия, особенно философия досократиков, еще и сегодня может во многом служить образцом.

О материалистических натурфилософах-досократиках он писал: «Они освободились от суеверия. Они рассматривали мир как довольно сложный механизм, действующий по вечным, ему присущим законам, которые они жадно пытались найти. Это и стало основной установкой естествознания вплоть до сегодняшнего дня, вошло в нашу плоть и кровь, и мы забыли, что кто-то некогда открыл и сделал это рабочей программой».

Языку своих докладов и печатных работ Шрёдингер уделял очень большое внимание. Как Луи де Бройль и Нильс Бор, он вкладывал много сил и старания в изложение своих мыслей. Обладая ярко выраженным художественным дарованием, он пробовал свои силы в искусстве слова, выступая и как лирик – исключительное явление в истории естествознания. Еще во время своего пребывания в Ирландии (в 1949 году) он опубликовал в одном из западногерманских издательств томик – «Стихотворения».

Этот маленький сборник наряду с его собственными стихами на немецком и английском языках содержит также переводы английской лирики. Созвучие с поэтикой Рильке, Георге и Трак-ля, земляка и сверстника физика, несомненно. Однако стихи Шрёдингера звучат самобытно. Вот одно из них:

Последним соком сладостным налит
на склоне виноград, он цветом – томный взор
Как в августе жжет солнце и палит,
в лазури растопив холодный ветер гор.

Пурпурный ягод жар к себе влечет.
Пригубь последний дар кистей тугих.
Бродящий солнца сок по жилам потечет,
отрада есть в нем для тебя и для других.

Ведь к своему линялому исходу
клонится спелый год. А ночь несет мороз,
и облака высоко, и к восходу
покроет иней сеть прелестных лоз.

А вот маленькое любовное стихотворение:

Святая пред тобою колени склоняю
от тебя принимаю
дыханье мира.
Твой я.
Коль по нраву кумиру
нить порву бытия.

Исследования Эрвина Шрёдингера по атомной физике, несмотря на их ограниченность, оказались очень плодотворными. В своем ходатайстве об избрании создателя волновой механики в Берлинскую Академию наук Макс Планк в ноябре 1928 года писал, что уравнение Шрёдингера дало новые ценные математические методы расчета квантов и одновременно открыло новые перспективы в физике, которые имеют решающее значение для дальнейшего развития квантовой теории и разработка которых возможна в различных направлениях.

Правда, сторонники квантовой механики быстро ушли вперед от первоначальных представлений Шрёдингера. К их числу принадлежит и английский физик-атомщик, лауреат Нобелевской премии Поль Дирак, один из значительнейших теоретиков в физике нашего времени. Он применил принципы специальной теории относительности к квантовой механике и создал волновую механику электрона на релятивистской основе.

Квантовая электродинамика, разработанная в основном Дираком, Ферми, Паули и Гейзенбергом, явила собой предварительное завершение начатого Луи де Бройлем и Шрёдингером теоретического исследования мира атома. Тем самым была создана теория, которая позволяет правильно описать все атомные явления, присущие электронной оболочке. Квантовую теорию ядерных сил создал в 1935 году японский физик Юкава.

В релятивистской квантовой теории, называемой также «квантовая теория полей», слились воедино классическое понятие частицы с классическим понятием поля. Частицы являются квантами поля. Квантованное поле – это источник частиц и взаимодействия, устанавливающегося между ними. Это учение представляет собой большой прогресс с точки зрения не только физики, но и теории познания. Оно является дальнейшим шагом в направлении более глубокого понимания диалектики микромира.

Для физической картины природы особенно важны были те работы, которые вели к открытию «античастиц». Они выросли на основе положений квантовой механики. В последние годы в этой области достигнуты новые неожиданные результаты, заставляющие пересмотреть ряд естественнонаучных теорий, особенно в космической физике, и совершенно по-новому поставить часть старых вопросов.

Теория электрической проводимости полупроводников также возникла на фундаменте волновой теории, созданной Шрёдингером. Одним из результатов этих исследований было получение таких полупроводников, без которых невозможно было бы построить солнечные батареи спутников, лунников и т.д. «По иронии судьбы, – говорил Тирринг, – Шрёдингеру приходилось неоднократно возмущаться неудобствами, которые создавали в местах отдыха громко ревущие радиоустановки, хотя развитие транзисторных приемников стимулировалось именно теорией полупроводников, которая в конечном счете была основана на его волновой механике».

Ганс Тирринг, который сам принадлежит к числу физиков, сознающих гуманистический долг ученого перед обществом, писал далее: «Эта связь особенно отчетливо проявляется на примере эпохального открытия Отто Ганом расщепления ядра. Многие естественнонаучные открытия рано или поздно каким-либо образом воздействуют на жизнь человеческого общества. Этот пример должен послужить подтверждением необходимости давать человечеству не только новые инструменты и оружие, но и учить его мудрому использованию этих могущественных инструментов».

В отличие от Эрвина Шрёдингера, который был непримиримым и последовательным антифашистом, но не принимал активного участия в политике, Макс Борн принадлежал к тем ученым, которые непоколебимо и страстно стремятся к действенному служению общественному долгу естествоиспытателя.

Макс Борн был крупным физиком-теоретиком, вел большую исследовательскую и преподавательскую деятельность. В годы своего пребывания в Гёттингене он вместе с Джеймсом Франком возглавил блестящую школу атомной физики, влияние которой испытали на себе физики многих стран. Несмотря на это, только в возрасте 72 лет он был удостоен высшей научной награды – Нобелевской премии, которую многие его ученики и сотрудники получили гораздо раньше, чем он.

Это не удивительно, и сам Борн называет причины. «Работы, за которые мне в 1954 году была присуждена Нобелевская премия, – говорил он, – не содержали открытия какого-то нового явления в природе, а были обоснованием нового способа рассмотрения явлений природы».

В этом заключается главная научная заслуга Борна. Однако он известен и как исследователь новых явлений природы. Его работы в области теоретической оптики, особенно исследования по теории кристаллических решеток, не менее известны в среде специалистов, чем его интерпретация квантового феномена с точки зрения теории вероятности. Его учебник оптики относится к образцовым произведениям мировой литературы по физике. «Твои работы и книги написаны просто и прекрасно, они не устареют, – заметил Джеймс Франк в своем приветствии по случаю 80-летия Борна. – Я думаю, нет более совершенной книги по оптике, чем твоя».

Макс Борн родился 11 декабря 1882 года в Бреслау в семье ученого. Его отец был профессором анатомии и физиологии медицинского факультета университета в Бреслау, мать была дочерью фабриканта. В начальной школе и гимназии Борн ничем не выделялся. Его успехи по математике также были средними. Позднее он вспоминал, что в школе его считали «плохим математиком».

Сфера интересов Борна в университете, где он начал учиться в 1901 году, была очень широка. Больше всего он занимался астрономией, математикой же и физикой вначале интересовался как второстепенными предметами. Разбирался он также в биологии и философии. Его отец, умерший незадолго до этого, советовал ему слушать лекции по различным предметам, прежде чем остановиться на какой-либо определенной специальности.

«В Германии в то время это было возможно благодаря полной академической свободе в университетах, – писал Борн в 1955 году в своих «Астрономических воспоминаниях». – Большинство предметов не имело определенной программы, не существовало ни надзора за посещаемостью, ни экзаменов, за исключением выпускных. Каждый студент мог выбирать себе те лекции, которые нравились ему больше всего; он сам отвечал за то, чтобы к выпускным экзаменам получить сумму знаний, которая давала бы право заниматься определенной профессией или право на докторскую степень. Таким образом, на первый год я составил себе довольно смешанную программу, включающую физику, химию, зоологию, философию и логику, математику и астрономию. В школе я никогда не увлекался математикой, но в университете единственными лекциями, которые действительно доставляли мне радость, были лекции по математике и астрономии».

Особенно сильное впечатление производили на молодого, еще не нашедшего себя человека практические занятия астронома Юлиуса Франца, известного исследователя Луны, который, как писал Борн, лунную поверхность «знал лучше, чем географию нашей собственной планеты». У Франца он научился аккуратному обращению с инструментами, точным наблюдениям, исключению ошибок наблюдения и точным численным расчетам, то есть «всему арсеналу ученого-измерителя». Это была, как он говорил, «суровая школа точности», которая «давала ощущение твердой почвы под ногами».

Астрономическая подготовка имела большое значение для будущего физика и в ином плане. «Все оборудование этой обсерватории было устаревшим и скорее романтичным, чем эффективным, – писал он дальше. – Там имелось несколько старых телескопов времен Валленштейна, подобных тем, которыми пользовался Кеплер. Мы не имели электрического хронографа, но должны были учиться наблюдать за звездами, которые пересекали нити в поле зрения, считая удары больших часов и оценивая десятые доли секунды. Это была очень хорошая школа наблюдения, и вдобавок она имела привлекательность старого романтического искусства».

Из лекций по математике особенно важными для будущего оказались лекции по матричному счислению, которые он слушал у Якоба Розанеса. Они дали Борну первое представление об алгебраическом методе высшей математики, который имеет дело не с отдельными числами, а со множеством чисел и функций одновременно, расположенных в прямоугольной, составленной из строк и колонок схеме-матрице.

Матричное счисление было в то время принадлежностью лишь чистой математики. В естествознании оно еще не использовалось. Поэтому большинству физиков оно было незнакомо. Дело обстояло точно так же, как с неевклидовой геометрией Римана, которая до релятивистского учения Эйнштейна о гравитации была чисто умозрительным построением, занимавшим только математиков. Но подобно тому, как геометрия Римана в 1915 году неожиданно получила благодаря Эйнштейну космологическое значение, матричное счисление спустя десять лет благодаря Борну приобрело огромное значение для микрофизики.

Свой первоначальный план стать астрономом юный студент вскоре оставил, так как его не удовлетворяла вычислительная астрономия, единственная, которой обучали в Бреслау. Он посещал также другие высшие школы.

«В тот период, – писал Борн в своих воспоминаниях, – немецкие студенты (обычно по различным мотивам) переходили из одного университета в другой. Иногда их привлекали знаменитые профессора или хорошо оборудованные лаборатории; в других случаях – красоты города, его музеи, концерты, театры, зимний спорт, карнавалы и вообще веселая жизнь. Так я провел два летних семестра в Гейдельберге и Цюрихе, возвращаясь на зиму в мой родной университет».

Во время своего гейдельбергского семестра Макс Борн слушал лекции математика Лео Кёнигсбергера, который, правда, более известен в истории науки своей трехтомной документальной биографией Гельмгольца, чем своими заслугами в математике. К этому периоду относится и зарождение дружбы Борна с Джеймсом Франком, в это же время начинавшим в Гейдельберге свое обучение. В статье, написанной по случаю дня рождения Борна, Франк вспоминал о тех временах, когда «более 60 лет назад» он познакомился с Борном в первые дни своего первого семестра у Кёнигсбергера.

«Ты сразу произвел на меня большое впечатление, дорогой Макс, – говорится в поздравлении Франка. – Передо мной был молодой человек одного со мной возраста. Но за его плечами было уже два семестра учебы, в то время как я из-за моей мечтательности вынужден был еще год заниматься повторением школьного курса; он знал, чего хотел, был во всех отношениях более зрелым, чем я, и уже считался отличным математиком. Все это не помешало нам, однако, вскоре стать друзьями. Было ли это следствием того, что он почувствовал во мне такое же стремление к изучению законов природы, которые испытывал сам? Или следствием его ума и доброты, с которыми он наблюдал, слегка забавляясь, но с неподдельным интересом за моими попытками сориентироваться? Или же нас привлекали друг в друге наши различия?»

В следующем летнем семестре в Цюрихе Борна, по его собственным словам, особенно увлекли лекции математика Адольфа Гурвица, который за несколько лет до этого был учителем Эйнштейна и в последний момент отказал своему ученику в освободившемся месте ассистента, чем очень оскорбил Эйнштейна. Сейчас мы можем сказать – к счастью, для будущего создателя теории относительности.

Однако решающим для развития Борна как ученого было обучение в Гёттингене, куда он направился следующей весной. В этом городе, «прославившемся своими колбасами и университетом», как говорится в «Путешествии по Гарцу» Гейне, Борн закончил свое образование.

В Гёттингене он встретил знаменитого математика Давида Гильберта, который находился в зените своей научной славы. Учителями Борна были и «великий Феликс», как студенты называли математика Феликса Клейна, и Герман Минковский, лекции которого в Цюрихе прилежно пропускал Эйнштейн. «Из трех великих: Феликса Клейна, Давида Гильберта и Германа Минковского, Клейн интересовал меня меньше всего, Гильберт – больше всего», – говорил Борн позднее Через год после своего прибытия в Геттинген он стал приват-ассистентом Гильберта: свидетельство того, что начинающий физик уже тогда имел выдающиеся математические познания и навыки.

Склонность Макса Борна к астрономии получила в Гёттингене новую пищу. Карл Шварцшильд, который в дальнейшем приобрел известность как руководитель Астрофизической обсерватории в Потсдаме (его именем названа сейчас обсерватория в Таутенбурге под Йеной), возглавлял тогда Гёттингенскую обсерваторию, в которой в свое время несколько десятилетий работал Гаусс. В свои 30 лет Шварцшильд был одним из самых молодых профессоров университета.

«Я присоединился к его астрофизическому семинару, – сообщал Макс Борн, – и был впервые введен в современные проблемы астрономии. Мы обсуждали среди прочих и вопрос об атмосферах планет, и мне пришлось делать доклад об утечке газа в межзвездное пространство из-за диффузии, происходящей вопреки силе тяжести. Так что я был вынужден заняться тщательным изучением кинетической теории газов, которая тогда, в 1904 году, не была систематической частью программы по физике. Но это не единственный предмет, с которым я познакомился благодаря обучению у Шварцшильда».

Известный астрофизик, скончавшийся во время первой мировой войны (Эйнштейн посвятил его памяти взволнованную речь), не ограничивался в своих исследованиях узкой специальностью. Ему принадлежат классические работы и по геометрической оптике. Молодой Борн многому мог научиться у Шварцшильда, и позднее он всегда с благодарностью вспоминал об этом великолепном учителе, который, по его словам, так сильно отличался «от обычного типа величественных бородатых немецких ученых того времени». Пристальный интерес вызывали у него лекции по оптике Вольдемара Фойгта, последователем которого он стал спустя два десятилетия.

За работу в области теории упругости (эта работа была по ходатайству Феликса Клейна отмечена премией философского факультета университета) Макс Борн получал в январе 1907 года степень доктора философии. Его диссертация (которая также была удостоена премии) называлась «Исследование устойчивости упругих линий на плоскости и в пространстве в различных краевых условиях». Экспериментальную часть исследования он провел в своей студенческой комнате при помощи простых, им же самим построенных аппаратов. Тогда это еще было возможно Впервые при этом Борн ощутил «удовлетворение и радость» от совпадения теории и измерений.

Весной 1907 года молодой доктор на многие месяцы отправился в Кембридж в Англию для того, «чтобы узнать что-нибудь об электроне из первоисточника». В Кавендишской лаборатории он слушал лекции Дж.Дж. Томсона и Дж. Лармора. Крупный исследователь атома Томсон произвел на нега сильное впечатление своими «удивительными экспериментами». Лекции Лармора дали ему меньше, и не только потому, что ирландское произношение ученого затрудняло понимание.

Осенью 1907 года Макс Борн возвратился в свой родной город. Он стремился еще более основательно заняться экспериментальными работами под руководством физиков-экспериментаторов Отто Луммера и Эрнста Прингсгейма. В 90-х годах в Берлине они осуществили измерения черного излучения, способствовавшие открытию Планком элементарного кванта действия, и незадолго до этого стали преподавать в Бреслау. «Мои попытки учиться экспериментировать у Луммера и Прингсгейма, – писал Борн в автобиографическом введении к своим избранным статьям, – были не очень успешными, а после наводнения, происшедшего в моем кабинете по моей же небрежности, они приостановились».

Еще в Гёттингене Борн на семинарах Минковского познакомился с представлениями, которые были разработаны Фитцджеральдом, Лоренцем, Пуанкаре и другими теоретиками по вопросу электродинамики движущихся тел. Он был знаком также и с преобразованиями Лоренца. Работы Эйнштейна были тогда еще неизвестны. Его внимание привлек к ним только в Бреслау его знакомый польский физик. Борн воспринял идеи Эйнштейна «как откровение».

Рукопись статьи, написанной под влиянием публикаций Эйнштейна о принципе относительности и рассматривавшей релятивистскую теорию движения электронов, Борн послал Минковскому. Математик пригласил его приехать, чтобы помочь ему в исследованиях по теории относительности.

В конце 1908 года Борн снова отправился в Геттинген. К сожалению, вскоре, в начале 1909 года, Минковский после непродолжительной болезни скончался в возрасте 44 лет. Его молодому сотруднику пришлось просматривать научное наследие, завершать и готовить к печати его незаконченную работу. За статью, для работы над которой его пригласил Минковский, Борн осенью 1909 года получил право преподавания теоретической физики. В своем конкурсном докладе на получение доцентуры он рассматривал предложенную Томсоном модель атома.

Летом 1912 года гёттингенский приват-доцент отправился в Соединенные Штаты Америки по приглашению известного физика-экспериментатора Майкельсона, первого американского лауреата Нобелевской премии по физике. В Чикагском университете Борн читал лекции по теории относительности. Одновременно он имел возможность работать в лаборатории Майкельсона.

После своего возвращения из США Борн начал создавать единую физику кристаллов на атомистической основе. При этом он исходил из эйнштейновской теории специфической теплоты. Ссылаясь на работы фон Лауэ и Дебая, он рассматривал вопрос о собственных колебаниях пространственной решетки кристалла. Этому была посвящена его первая большая книга «Динамика кристаллических решеток», где он попытался вывести упругостные и электрические свойства кристаллов из атомного строения их решеток.

Еще до того, как вышла эта работа, Берлинский университет по предложению Планка пригласил высокоодаренного молодого ученого на должность экстраординарного профессора теоретической физики. Обосновывая приглашение, Планк указал на настоятельную необходимость привлечения свежих сил к преподаванию по этой специальности и заявил, что факультет не может предложить никого более достойного, чем приват-доцент из Гёттингена доктор Борн. Письмо Планка свидетельствует о том, насколько точно оценивал великий учитель молодую научную поросль.

Планк писал: «Д-р Борн является ясно мыслящим, знающим, всей душой преданным своей науке и ее прогрессу физиком-теоретиком, он обладает также всеми необходимыми для чтения лекций и для общения со студентами качествами. Он столь блистательным образом удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к личности нового экстраординария, что факультет в данном случае очень охотно использует первое назначение на недавно созданную кафедру и предлагает эту единственную кандидатуру».

С 1915 по 1919 год Макс Борн работал в Берлинском университете. Как и большинство его более молодых коллег-физиков, он получил задание военного руководства. Будучи офицером, он работал при испытательной артиллерийской комиссии в Берлине над созданием метода измерения звука, который должен был позволять определять место установки вражеских пушек быстрее и надежнее, чем это было возможно с помощью известных до того средств. Находясь на этом посту, Борн имел возможность продолжить свои исследования.

«После того как я утвердился в военном ведомстве, – рассказывал он, – я нашел время для того, чтобы снова начать свою научную работу. В моем письменном столе имелось два выдвижных ящика, один был полон бумаг по звукометрии, в области которой я работал вместе с десятком других военнообязанных физиков, а в другом лежали мои собственные исследования». Его коллеги-физики поступали точно так же. «Мы были совершенно гарантированы от того, – заметил Борн, – чтобы наш майор заметил различие между акустическими формулами по звукометрическим методам и другими нашими иероглифами».

Во время пребывания в Берлине Борн часто встречался с Эйнштейном. Впервые он увидел его в 1909 году на собрании естествоиспытателей в Зальцбурге, где Эйнштейн говорил о квантовой гипотезе света, а сам он делал доклад о динамике электрона в духе принципа относительности. И вот теперь он встречал его почти ежедневно, так как квартира Эйнштейна находилась недалеко от места службы Борна. Эйнштейн часто посещал своего коллегу, который был блестящим пианистом, чтобы помузицировать вместе с ним.

«В свой первый визит к нам, – писал Борн в «Воспоминаниях об Эйнштейне», – Эйнштейн принес скрипку, чтобы вместе со мной сыграть сонату. Мою жену, которую он не знал, он приветствовал словами: «Я слышал, что у вас только что родился ребенок». Потом он снял фальшивые манжеты, бросил их в угол и стал наигрывать на скрипке. Его любимым композитором был тогда Гайдн».

В качестве гостя Борн принимал также участие в совещаниях интеллигентов, на которых обсуждались злободневные политические вопросы. «К концу войны, – сообщал он, – ряд выдающихся людей, среди которых был историк Дельбрюк, экономист Брентано, Эйнштейн и другие, организовали собрание, на которое пригласили высших чиновников министерства иностранных дел. На обсуждение был поставлен вопрос о военных действиях подводных лодок, неограниченного расширения которых требовал главный военный штаб, что неминуемо должно было привести к вступлению в войну Америки. Эйнштейн уговаривал меня принять участие в этом собрании, чего я как офицер, в сущности, не имел права делать. Среди них я был самым молодым и никогда не раскрывал рта... Эти попытки воздействовать на военных руководителей не принесли ничего, и события шли своим чередом».

В бурные ноябрьские дни 1918 года Борн вместе с Вертгеймером, одним из основателей гештальтпсихологии, по просьбе Эйнштейна выступил в роли посредника. Революционные студенты арестовали ректора Берлинского университета и некоторых реакционных профессоров. Так как Эйнштейн пользовался особым уважением и любовью студентов, руководство университета попросило его о помощи. Борн и Вертгеймер сопровождали Эйнштейна.

После того как три профессора тщетно обращались к «Совету студентов», который заседал в здании рейхстага, они отправились в «Совет народных уполномоченных», чтобы там содействовать освобождению ректора и других профессоров. «Слишком долго описывать, – писал Борн, – как мы добирались до Вильгельмштрассе и дворца рейхсканцлера, где возбужденные группы депутатов и служащих обсуждали внутреннее положение и только что объявленные условия перемирия. Поскольку Эйнштейна знали, двери перед ним открывались мы пробрались к Эберту и изложили ему свою просьбу. А затем начался бесконечный обратный путь Но игра стоила свеч».

Общение с Эйнштейном, по словам Борна, было счастьем, так как нельзя было не почувствовать его полной независимости от собственного «Я». Как-то, когда Эйнштейн тяжело заболел и жена Борна спросила его, не боится ли он смерти, он сказал. «Я чувствую себя настолько солидарным со всем живущим, что для меня безразлично, где начинается и где кончается отдельное». Борн считал берлинские годы самыми памятными в своей жизни, потому что он был так близок тогда с Эйнштейном и Планком.

Весной 1919 года Борн в качестве ординарного профессора прибыл в университет во Франкфурте-на-Майне. Там он должен был принять кафедру Лауэ, который в свою очередь переехал в Берлин. Этот «обмен» состоялся по желанию Лауэ, стремившегося возвратиться в университет, где он начал свою научную деятельность, чтобы работать с Максом Планком.

Когда осенью 1919 года после опубликования результатов английской экспедиции, наблюдавшей солнечное затмение, начался «эйнштейновский бум» и враждебные нападки на создателя теории относительности, Борн во «Франкфуртер цайтунг» ответил на это несколькими довольно резкими статьями. Эти статьи и доклады по теории относительности год спустя легли в основу общедоступного изложения учения Эйнштейна. Книга сразу же выдержала несколько изданий.

Во Франкфурте, где в его распоряжении была лаборатория, Борн провел и возглавил несколько экспериментальных исследований. Особо следует отметить его работу по непосредственному измерению длины свободного пути нейтральных атомов. Однако самыми известными были исследования, которые проводил Отто Штерн, приват-доцент и ассистент Борна совместно с Вальтером Герлахом, ассистентом Института экспериментальной физики. Это были те знаменитые опыты с молекулярными пучками, которые блестяще подтвердили основной вывод квантовой теории: направленную квантованность атомов в магнитном поле За результаты своих исследований Штерн, который был вынужден в 1933 гору оставить кафедру в Гамбурге и переселиться в США, в 1943 году получил Нобелевскую премию по физике.

В 1921 году Макс Борн стал преемником своего бывшего учителя Вольдемара Фойгта в Гёттингенском университете, где он заканчивал свое образование, получил степень доктора и начал преподавательскую деятельность в качестве приват-доцента.

За 12 лет работы в Гёттингене Борн основал большую школу теоретической атомной физики с интернациональным коллективом учеников и сотрудников. К ней принадлежали такие исследователи, как Ферми, Дирак, Оппенгеймер, Мария Гёпперт-Мейер, И. фон Нейман, Теллер, Вигнер, Полинг, Гейтлер, Вайскопф, Розенфельд и другие знаменитые ученые, многие из которых стали лауреатами Нобелевской премии. Ассистентами Борна были Вольфганг Паули и Вернер Гейзенберг. Вместе с ним или под его руководством работали советские физики Фок, Тамм, Френкель и Румер. Его институт посещали Иоффе и Капица, американский физик Гамов, получивший известность благодаря своим космологическим исследованиям, также был учеником Борна.

Норберт Винер, известный американский математик, основатель кибернетики, который некоторое время обучался в Гёттингене, писал в автобиографии о тех годах: «Главную роль в создании и первоначальном развитии квантовой механики в Гёттингене сыграли Макс Борн и Гейзенберг. Макс Борн был гораздо старше Гейзенберга, но, хотя в основе новой теории, несомненно, лежали его идеи, честь создания квантовой механики как самостоятельного раздела науки принадлежит его более молодому коллеге. Спокойный, мягкий человек, музыкант в душе, Борн больше всего на свете любил играть с женой на двух роялях».

Совместно с Винером во время зимнего семестра 1925/26 года, когда он был в Америке в качестве профессора-гостя, Борн написал работу о формулировании квантовых законов для периодических и непериодических процессов. Винер одной фразой охарактеризовал Борна: «Это был самый скромный ученый, которого я знал».

Из книг Борна, относящихся к первым годам его преподавательской деятельности в Гёттингене, наряду с работой по теории относительности в первую очередь следует назвать «Строение материи». Книга переведена на многие языки В статье «Атомная теория твердого состояния» Борн продолжил свои исследования динамической теории кристаллов. На основе более поздней теории атома Бора и Зоммерфельда он исследовал связь атомной физики и химии. В статье «Мост между химией и физикой», опубликованной в «Натурвиссеншафтен», подробно рассматривается эта связь.

Большое значение имело то, что в одно время с Борном в Гёттингене работали блестящий экспериментатор Джеймс Франк и прекрасный педагог-физик Роберт Поль. Но в первую очередь благодаря деятельности Борна этот маленький университетский городок, являвшийся цитаделью математики, в 20-х годах стал также центром исследований по проблемам атомной физики.

Около 1925 года гёттингенская школа решительно вмешалась в развитие квантовой физики. В 1924 году Макс Борн впервые использовал в одной из статей выражение «квантовая механика» и ввел его тем самым в физическую литературу. В этот период влияние Борна на дальнейшее становление атомной физики было особенно сильным. В 1925...1927 годах физики-теоретики в Гёттингене разработали основы статистической атомной механики. Борн сам продумал и обосновал вероятностное толкование квантовой механики. Он создал «новый стиль мышления о явлениях природы»; в этом и состоит его самая большая научная заслуга.

Исходным пунктом этого развития была работа Гейзенберга «О квантовотеоретическом толковании кинематических и механических связей». Во введении к своим «Избранным статьям» Борн сообщает подробности событий. «Летом 1925 года Гейзенберг дал мне рукопись своей фундаментальной работы, в которой он сделал расчеты переходных амплитуд. Работа произвела на меня глубокое впечатление, и я послал ее в физический журнал. Несколько недель спустя я заметил, что методы расчета Гейзенберга совпадают с матричным счислением, которое я изучал у Розанеса в Бреслау».

Итак, хотя направляющая идея матричной механики принадлежит Гейзенбергу, что всегда подчеркивал и сам Борн, однако математическое оформление этой гениальной идеи и ее развитие в законченную теорию – прежде всего, если не исключительно – заслуга Борна.

Почти в то же время в Англии, в Кембридже Паулем Дираком также под влиянием Гейзенберга был развит подобный же вид квантовой механики. Наконец, Эрвин Шрёдингер, исходя из совершенно иной точки зрения, создал в Цюрихе свою волновую механику, которая вскоре была признана равноценной в математическом отношении гёттингенской и кембриджской формам квантовой механики. Об этом уже говорилось выше.

Статистическая квантовая механика, которая совершенно отказывается от наглядных представлений с использованием моделей и оперирует только вероятностными высказываниями (волны Шрёдингера толкуются как «вероятностные волны»), натолкнулась на резкие возражения многих физиков. Эйнштейн, который осенью 1927 года начал дискуссию с Бором и Гейзенбергом, уже в декабре 1926 года писал Борну: «Квантовая механика – теория, внушающая большое уважение. Но внутренний голос говорит мне, что это еще не то, что нужно. Эта теория дает много, но едва ли она подвела нас ближе к тайне старца (бога. – Перев.). Во всяком случае, я убежден, что тот не играет в кости».

Этой отрицательной позиции по отношению к статистической квантовой теории с ее «играющим в кости богом» Эйнштейн придерживался до конца. Незадолго до своей смерти в письмах к Борну он пытался доказать логическую несостоятельность копенгагенского толкования квантовой механики. Хотя в конце концов он должен был признать, что это ему не удалось, он не снял своих возражений. Эйнштейн упорствовал в своих воззрениях, считая, что статистическая квантовая механика дает лишь незаконченное описание процессов, происходящих в атоме, и что в будущем неизбежен возврат к давно зарекомендовавшему себя образу мышления.

Сердечная дружба, которая связывала Борна и Эйнштейна и которая как в зеркале отражается в объемистой переписке, не страдала от этого различия взглядов. Дружеская привязанность Борна к Шрёдингеру также не ослабевала от того, что Шрёдингер, как союзник Эйнштейна, тоже страстно выступал против статистического понимания квантовых законов.

В письмах к Борну Шрёдингер в свойственной ему манере ополчается против «наглости», с которой Борн отваживается утверждать, что копенгагенское толкование является общепринятым. Он должен бы знать, пишет Шрёдингер, что, например, Планк, Эйнштейн, Лауэ, де Бройль и он были неудовлетворены такой трактовкой. В ответ на возражение Борна, что ведь большинство физиков-атомщиков соглашаются с копенгагенской школой, Шрёдингер восклицает: «С каких это пор верность научного положения решается большинством голосов? (Ты, конечно, мог бы отпарировать: по крайней мере со времен Ньютона.)».

Захват власти фашистами положил конец деятельности в Германии и этого великого ученого и учителя. В апреле 1933 года Макс Борн был отстранен от руководства своим институтом в Гёттингенском университете. Его учебник по оптике, вышедший в 1933 году, был запрещен. Шрёдингер посоветовал ему выехать за границу. В мае 1933 года Борн со своими родными покинул фашистский рейх.

Он принимает приглашение Резерфорда, переданное ему на съезде в Цюрихе английским физиком-ядерщиком Блэккетом, и направляется вначале в Кембридж. Доцентуру, которую получил Борн, нельзя было сравнить с его блистательным положением руководителя кафедры в Гётингене. Всемирно известный 50-летний ученый возвратился почти к тому же, с чего он начинал свой путь четверть века назад. Однако дальнейшее политическое развитие в Германии подтвердило правильность его решения. Несколько лет спустя он получил британское гражданство.

С Эрвином Шрёдингером, который вскоре после этого прибыл в Оксфорд и провел там три года, Макса Борна связала теперь еще более тесная дружба. Оба физика часто посещали друг друга или обменивались письмами. В некрологе на смерть Шрёдингера в 1951 году Борн писал: «Когда Гитлер пришел к власти, Шрёдингер, человек «арийской крови» и преемник Макса Планка, вовсе не должен был отказаться от должности и покинуть Германию. Он сделал и то, и другое, и мы восхищались им. Ибо вовсе нелегко человеку среднего возраста эмигрировать. Но он не хотел л слышать о том, чтобы остаться. Он уехал, потому что его не оставляли в покое и от него требовали, чтобы он занимался политикой Он в очень редких случаях и неохотно делал это а позже, когда его собственная наука трагическим образом оказалась втянутой в большую политику».

В Кембридже Борн пережил памятное событие, которое ярко освещает трагедию многих немецких эмигрантов «Когда я приехал в 1933 году в Кембридж, – сообщал он, – был там и Фриц Габер, больной и душевно разбитый изгнанием из своей отчизны. Я попытался свести его с Резерфордом, но тот отказался пожать руку инициатору химической войны».

Среди научных работ, опубликованных Борном в этот период, особенно примечательно теоретическое исследование электродинамики, которое он провел вместе с молодым польским физиком Леопольдом Инфельдом. В 1935 году Борн по приглашению индийского физика, лауреата Нобелевской премии Рамана приезжал в Бангалор для того, чтобы в качестве профессора-гостя прочитать ряд лекций в институте Рамана.

После его возвращения П.Л. Капица передал ему почетное приглашение принять профессуру в Московском университете. Однако Борн не мог на это решиться. Он предпочел остаться в Великобритании, которая после его изгнания из Германии первой оказала ему гостеприимство, и переехал в Эдинбург, куда был приглашен в это же время.

Семнадцать лет работал Макс Борн в шотландском университетском городе на кафедре «натурфилософии», как традиционно со времен Исаака Ньютона называли теоретическую физику. И здесь он развернул вскоре широкую исследовательскую и преподавательскую деятельность. Как и в Гёттингене, среди его учеников было немало иностранцев.

По свидетельству Норберта Винера, «самым блистательным учеником» Борна в Эдинбурге был Клаус Фукс, немецкий исследователь атома, работающий ныне в Центральном институте ядерных исследований в Россендорфе. Фукс, как противник фашизма, покинул гитлеровскую Германию и сначала учился в Бристоле. Затем в Эдинбурге при заботливой поддержке Борна он получил две академические степени и вместе со своим учителем опубликовал в 1938...1940 годах несколько интересных работ.

После своей отставки в 1953 году Макс Борн решил возвратиться на родину, хотя Эйнштейн отговаривал его от этого шага. В 1954 году он поселился в Бад-Пирмонте. В этом же году ему вместе с физиком-ядерщиком и исследователем лучей Вальтером Боте была присуждена Нобелевская премия по физике.

Борн был членом многих научных обществ и академий в своей стране и за рубежом, а также обладателем многочисленных степеней почетного доктора. В связи с его 80-летием в декабре 1962 года математическо-естественнонаучный факультет Берлинского университета им. Гумбольдта наградил его степенью почетного доктора. Тогда же Гёттингенская Академия наук опубликовала два объемистых тома его избранных научных статей.

Всего Борн опубликовал свыше 300 статей и около 20 книг. К широкому кругу Читателей обращены его сборники «Физика в жизни моего поколения» и «Физика и политика», которые содержат главным образом статьи и доклады по вопросам теории познания, истории науки и по вопросам политики.

Философские воззрения Борна имеют ряд точек соприкосновения с диалектическим материализмом При этом на первом месте стоит отказ от субъективистски-позитивистского образа мышления. «Позитивизм в строжайшем смысле, – писал Борн в статье «Понятие реальности в физике», – должен отрицать или реальность объективного, внешнего мира, или по крайней мере возможность каких-либо высказываний о нем. Надо думать, что подобные мнения не могут разделяться ни одним физиком. Однако они встречаются, они даже в моде. В публикациях почти каждого теоретика есть высказывания позитивистского толка».

Одновременно Борн указывал на то, что выдвинутое Махом требование исключить из научного рассмотрения эмпирически не обоснованные высказывания, не имеет ничего общего с позитивизмом, несмотря на то что оно отстаивается как сторонниками, так и противниками позитивизма; скорее всего, здесь идет речь об эвристической идее, которая подтверждается новейшей физикой.

В своих философских статьях Борн вступил в диалог с несколькими советскими учеными. «Я должен признать, – писал он по поводу своей переписки с Сергеем Суворовым, коллегой из Москвы, – мне было радостно вступить в непосредственный дружеский обмен мнениями с ученым-коммунистом, и как раз в области, являющейся пограничной зоной между философией и физикой, где речь идет о довольно простых и ясных вопросах, по крайней мере если сравнивать их с вопросами экономики, социологии и политики».

Хотя взгляды Борна во многом близки диалектическому материализму и он сам неоднократно подчеркивал, что считает правильными многие положения этой философии, нет никакого сомнения в том, что он не согласен с диалектическим материализмом по некоторым основополагающим вопросам.

Так как известный физик не имел специального философского и социологического образования, а по своему происхождению и духовному развитию был далек от рабочего класса, ему было трудно выработать правильное отношение прежде всего к историческому материализму. Он считал материалистическое понимание история «детерминистским суеверием» и не принимал во внимание того, что эта теория общества доказала свою истинность по отношению к явлениям истории не менее точно, чем, например, копенгагенское толкование квантовой теории (в создании которого он участвовал) доказало свою правильность по отношению к явлениям микромира.

Вместе с тем Макс Борн был, несомненно, прав, резко выступая против провозглашения «вечных истин» и против всех форм и разновидностей «письменной учености», которые препятствовали прогрессу науки.

В одной из статей гёттингенского периода говорится: «Физик стремится к тому, чтобы исследовать вещи в природе: эксперимент и теория служат ему только для достижения целей, и, сознавая бесконечную сложность происходящего, с которой он сталкивается в каждом эксперименте, он противится попыткам рассматривать ту или иную теорию как окончательную. Поэтому он ненавидит слово «аксиома», которому в обычном словоупотреблении придается значение окончательной истины, и делает это со здоровым ощущением того, что догматизм является злейшим врагом естествознания».

Ученый всегда подчеркивал, что физики, особенно исследователи атомного ядра, которые открыли ранее неизвестные силы природы и овладели ими, не могут равнодушно относиться к использованию результатов их исследований. Он упрекал себя в том, что во время его пребывания в Гёттингене многие физики-атомщики получили специальное образование, но у них не воспитали чувства социальной и моральной ответственности, вытекающей из их науки.

«Когда я был молодым, – сказал он в 1959 году в докладе о границах физической картины мира, – еще можно было оставаться чистым ученым, не очень заботясь о применениях, о технике. Сегодня это больше невозможно. Ибо исследование природы чрезвычайно сильно связано с социальной и политической жизнью. Оно нуждается в больших средствах, которые можно получать только от крупной промышленности или от государства, и поэтому его результаты не могут быть скрыты от этих организаций. В частности, огромные суммы поглощают ядерная физика, ракетная техника, космические полеты. Таким образом, сегодня каждый исследователь является звеном технической и индустриальной системы, в которой он живет. Поэтому он также должен нести часть ответственности за разумное использование его результатов».

Макс Борн, который сам не занимался ядерной техникой и не участвовал ни непосредственно, ни косвенно в изготовлении атомных бомб, всегда поддерживал все выступления против атомной войны. «Я знаю об этих вещах, – сказал он, – достаточно, чтобы быть убежденным в том, что атомная война была бы величайшей катастрофой из всех, какие знало человечество. Я не верю также в то, что при большой войне между основными державами возможна какая-либо защита для населения. Все предложения такого плана, по моему мнению, служат лишь дымовой завесой для прикрытия существа дела; и они выдвигаются теми, кто выступает за атомное вооружение».

Разумеется, Борн был в числе восемнадцати гёттингенцев, которые весной 1957 года опубликовали воззвание против оснащения Западной Германии атомным оружием. Он был также участником манифестаций, организованных Комитетом борьбы пропив атомной смерти. По своим морально-политическим убеждениям он был близок всемирно известному математику, философу и борцу за мир Бертрану Расселу, который не уставал говорить о том, что для человечества существует выбор только между сосуществованием и несуществованием. Вместе с Альбертом Швейцером и другими буржуазными гуманистами Борн был одним из участников Фонда мира, организованного Бертраном Расселом осенью 1963 года. Страстно выступал он и против преступной войны США во Вьетнаме.

Макс Борн умер 5 января 1970 года в гёттингенской клинике.

Свою научно-политическую программу великий физик и мыслитель-гуманист изложил в одной из многочисленных статей, посвященных борьбе за мир: «Мы хотим, чтобы наша прекрасная наука вновь служила исключительно благу людей и не употреблялась во зло ради целей отжившей свой век политики».

Это положение должно стать лозунгом всех естественнонаучных исследований атомного века.

Отто Ган и Лиза Мейтнер

Оглавление

Дата публикации:

18 июня 2001 года

Текст издания:

Фридрих Гернек. «Пионеры атомного века».

Дата обновления:

20 июля 2001 года