Читать книгу "История атомной бомбы - Хуберт Мания"

Глава 4. Нейтрон

В будущей квантовой механике должны устанавливаться исключительно «отношения между принципиально наблюдаемыми величинами». Этим прозрачным отречением от классической механики Вернер Гейзенберг возвещает о своем эпохальном труде 29 июля 1925 года в «Журнале физики». Его новая физика основана на математике высокой сложности. Гейзенберг хоть и открыл ее сам, спонтанно, с великолепным физическим чутьем — в своем гельголандском отшельничестве, — но Макс Борн сразу опознал в ней сто лет уже существующую, но мало известную ветвь математики, которая называется «решением матриц». В матрице числа располагаются как в таблице — рядами и колонками, которые по определенным правилам могут быть связаны между собой. Со своим новым ассистентом Паскуалем Йорданом Борн за считанные недели выстраивает из концепции Гейзенберга систематическую теорию квантовой механики.

К математике Гейзенберга, требующей определенного навыка, принадлежит также одно странное правило перемножения, которое предписывает факторам необратимость. При нормальном перемножении двух чисел их последовательность, естественно, не играет роли: 3×4=12 и 4×3=12. В рядах и колонках квантовых матриц тоже, без сомнения, стоят числа. Однако в них закодированы реальные переходы из одного атомарного состояния в другое. Числа, таким образом, выражают физические события, в которых замещаются кванты. И последовательность которых является решающей при атомарном обмене энергии. В универсуме Гейзенберга, таким образом, все зависит от того, в каком порядке два числа перемножаются между собой: «Конкретно говоря, один результат получается, если сперва определять энергию атома, а потом момент времени, относящийся к этой энергии, и совсем другой результат, если наоборот, сначала задать время и лишь потом измерять энергию, которая имеется в распоряжении атома». Если в «старой» квантовой теории еще недавно приходилось с трудом вводить в расчеты постоянную Планка, то теперь при помощи матричной алгебры она оказывается тут как будто сама собой, без внешнего принуждения. Это, пожалуй, самый убедительный бонус сложной математики.

Однако сообществу физиков новая концепция Гейзенберга дается тяжело. В немецкой столице Планк и Эйнштейн, сердечно связанные друг с другом гармонией домашнего музицирования — как сыгранные пианист и скрипач, — совпадают и в оценке приема Гейзенберга. В работе неистового квантового чародея им чудится чудовищный диссонанс. Возможно, любители музыки при чтении статьи Гейзенберга вспомнили о модернистах Шёнберге и Хиндермите, которых хоть и признаёшь, но добровольно слушать никогда не станешь. Ведь это они, два вельможных физика, устроили в начале XX века квантовую революцию. А теперь молодая поросль псевдореволюционеров только портит им настроение. Эйнштейн с присущим ему добродушием посмеивается над историческим деянием Гейзенберга. Мол, тот развел «квантовню», которая разве что в Гёттингене, влюбленном в математику, может сойти за мудрость в последней инстанции. А его, Эйнштейна, пусть уж избавят от этой мудрости. Спасибо, он обойдется и без решения немыслимой гейзенберговской матрицы.

Разумеется, Гейзенберга, который в свои двадцать четыре года уже пользуется мировой известностью, приглашают в апреле 1926 года в Берлин на «коллоквиум по средам» — даже лучше было бы сказать: требуют его приезда, — чтобы он ввел собравшуюся элиту физиков в курс новейшего состояния дел. И даже такому своенравному гостю Эйнштейн не преминул задать жару во время прогулки до его квартиры. Однако Гейзенберг храбро пускается в диалог с самым знаменитым физиком в мире. Тут сталкиваются две личности, научная креативность которых содержит сильную музыкальную компоненту. Оба они своим успехом обязаны не только выдающемуся уму, но и в такой же мере художественной интуиции. Они следовали ей, невзирая на критику коллег. Так Гейзенберг на Гельголанде поддался «эстетическому критерию истины» математических моделей, которые отличались «великой простотой и красотой». Эту формулировку мог бы разделить и Эйнштейн, который постоянно говорил об эстетической компоненте своей работы.

Будучи на двадцать два года старше, Эйнштейн связал пространство и время в единство, которое в присутствии тяжелых объектов оказывается на удивление гибким. Это искривление пространства-времени он и признал за притягательную силу гравитации. Он доказал, что движущиеся часы идут медленнее, чем неподвижные, и каждый комочек материи можно рассматривать как источник энергии. Но в первую очередь он основательно изменил взгляд на большие структуры во Вселенной и сформулировал новые законы движения планет. Младший же нашел первую многообещающую схему вычисления для мира мельчайших частиц. Своему другу Вольфгангу Паули он после возвращения с Гельголанда описал свои важнейшие задачи простыми словами: «Все мои убогие стремления сводятся к тому, чтобы навсегда покончить с понятием орбиты [электрона], которую ну никак нельзя наблюдать, и заменить ее чем-то более подходящим». И он концентрируется после этой первой атаки исключительно на измеримых величинах. Такая установка, однако, является выпадом против глубочайших убеждений Эйнштейна. Чья способность нестандартно мыслить позволяет вообще-то судить о широте его восприятия. Тем не менее он ревниво защищает классическую физику от гёттингенской квантовой механики. Эйнштейн считает ее преходящей, несовершенной моделью атомарного мира и надеется, в конце концов на решение классической чеканки.

Мастер макроскопического пускается в пикировку с мастером микроскопического, причем неясно, кто тут, собственно, кому дает аудиенцию и кто выйдет из диспута победителем. Оба пешехода выстроили лучшие по тому времени теории о вселенски больших и о невообразимо малых структурах — от отклоненного луча света далекой звезды до желтой спектральной линии атома гелия. Сможет ли когда-нибудь Большое объединиться с Малым в единой теории?

Десятилетний Карл Фридрих фон Вайцзеккер явно высокоодаренный мальчик, и он решительно намерен сделать свою детскую страсть к астрономии профессией. В качестве доказательства своей серьезности он преподносит матери в подарок стихотворение собственного сочинения:

Были б деньги для житья И хороший домик, Уж тогда бы точно я Был бы астрономик.

После этого родители выписали отпрыску популярный астрономический журнал, и вскоре обнаружилось, что его интерес — отнюдь не быстрогаснущая падающая звезда. 1927 год он, четырнадцатилетний, проводит со своими родителями вдали от немецкой родины. Отец у него дипломат и работает в Копенгагене, в немецком посольстве. К этому времени Карл Фридрих уже занимается планетарной моделью атома Бора и набрасывает собственные ответы на вопрос, почему в атоме действуют другие законы природы, чем в мире, который он может воспринимать своими органами чувств. Однако обратное падение с высоких орбит воображения в низменность будней для пубертатно своенравного характера сопряжено с великим разочарованием. Все ему кажется «омерзительным»: учителя, соученики-верхогляды. В общем, все люди. Вообще всё. Мать в отчаянии. Она чувствует, что ее сын несчастен, и не знает, как ему помочь.

Вечерние приемы в доме Вайцзеккеров — составная часть дипломатической профессии и даже рутина. Но в первые недели 1927 года к ним приходят друзья и близкие — на проводы. Ибо Вайцзеккеры покидают Данию и отправляются в Женеву. Однажды вечером в гости приходит и Вернер Гейзенберг, который в это время вместе с национальным героем Дании Нильсом Бором как раз возводит несущие опоры новой квантовой механики. Марианна фон Вайцзеккер познакомилась с ним на одном приеме, и его виртуозная игра на фортепьяно привела ее в восторг. Следуя наитию, она сажает Карла Фридриха за стол рядом со знаменитым физиком. Может быть, в надежде, что ее сын найдет этого неизменно жизнерадостного гостя не столь «омерзительным», как весь остальной мир. Начитанный мальчик и без матери знает, что сидит рядом с человеком, только что вышедшим на след законов атомарного мира.