Читать книгу "Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания - Пол Хэлперн"

«Он проявил удивительную гражданскую смелость после прихода Гитлера к власти в Германии… и отказался от самой желанной профессорской должности в физике, — отмечает Тирринг, — но когда нацисты добрались до него, ему пришлось участвовать в этой жалкой показной акции солидарности с террористическим режимом».

Квантовые соратники

Эйнштейн, который в Берлине был коллегой и близким другом Шрёдингера, все время поддерживал с ним активную переписку, в которой они обсуждали общие интересы в физике и философии. Они вместе боролись против общего врага — чистой случайности — как противоположности естественного порядка.

Знакомые с работами Спинозы, Шопенгауэра, для которого объединяющим принципом была воля, собирающая воедино все природные силы, а также трудами других философов, Эйнштейн и Шрёдингер негодовали по поводу неопределенности и субъективности в описании Вселенной на самом фундаментальном уровне. И хотя они оба сыграли важную роль в создании и развитии квантовой механики, оба были убеждены, что эта теория неполна. Несмотря на признание экспериментов, подтверждающих квантовую теорию, они верили, что дальнейшие теоретические исследования позволят раскрыть вневременную, объективную реальность.

Их союз был закреплен борновской реинтерпретацией волнового уравнения Шрёдингера. Согласно первоначальному толкованию уравнения Шрёдингера, оно описывало поведение реальных непрерывных волн материи, представляющих электроны внутри и вне атомов. Максвелл создал детерминистические уравнения, описывающие свет как электромагнитные волны, распространяющиеся в пустом пространстве, Шрёдингер хотел создать уравнение, описывающее движение волн материи. Таким образом он надеялся предложить исчерпывающее описание всех физических свойств электронов.

Борн разрушил строгость описания Шрёдингера, заменив волны материи на волны вероятности. Вместо однозначного задания физических свойств он предложил вычислять их вероятность на основе волновой функции. Борн привел уравнение Шрёдингера в соответствие с идеями Гейзенберга о неопределенности. Гейзенберг полагал, что отдельные физические свойства, такие как положение и импульс (произведение массы и скорости), не могут быть измерены одновременно с высокой точностью. Он определил такую квантовую размытость в своем знаменитом принципе неопределенности: чем более точно исследователь измеряет положение частицы, тем менее точно он знает ее импульс, и наоборот.

Надеясь описать реальные состояния электронов и других частиц, а не только вероятности, Шрёдингер раскритиковал нематериальные элементы подхода Гейзенберга — Борна. Также он не принимал философские идеи Бора относительно объяснения квантовой механики, называемых принципом дополнительности. Принцип дополнительности утверждает, что в зависимости от того, какое оборудование исследователь выберет для эксперимента, проявятся либо волновые, либо квантовые свойства. Шрёдингер считал, что природа поддается наглядному представлению, а не представляет собой черный ящик со скрытыми параметрами.

Когда идеи Борна, Гейзенберга и Бора были повсеместно приняты в физическом сообществе и слились в то, что сейчас известно как копенгагенская интерпретация, или классическое квантовое представление, Эйнштейн и Шрёдингер по понятным причинам объединились. В преклонном возрасте каждый из них надеялся создать единую теорию поля, которая заполнила бы пробелы квантовой физики и объединила силы природы. Расширяющая общую теорию относительности путем включения в нее всех сил природы, такая теория заменила бы физику чистой геометрией, воплотив мечту пифагорейцев, которые верили, что «все есть число».

Альберт Эйнштейн в старости. Спасибо университету Нью-Хэмпшира, Коллекции Лотте Якоби и Архиву Эмилио Сегре из Американского института физики, подаренному Джеральдом Холтоном

У Шрёдингера были все причины чувствовать себя обязанным Эйнштейну. Речь Эйнштейна, произнесенная в 1913 году, зажгла в нем интерес к решению фундаментальных вопросов физики. Вышедшая в 1925 году статья Эйнштейна, в которой он ссылался на французского физика Луи де Бройля и его концепцию волн материи, вдохновила Шрёдингера на создание уравнения, описывающего поведение таких волн. Это уравнение принесло Шрёдингеру Нобелевскую премию, на которую, помимо других ученых, его номинировал Эйнштейн. Он также одобрил кандидатуру Шрёдингера на пост профессора Берлинского университета и рекомендовал его в члены прославленной Прусской академии наук. Эйнштейн тепло принимал Шрёдингера в своем летнем доме в Капуте и продолжал свои научные наставления в их длительной переписке. Мысленный эксперимент, разработанный Эйнштейном и его помощниками Борисом Подольским и Натаном Розеном для демонстрации парадоксальных аспектов квантовой запутанности (ЭПР-парадокс), а также предложенный Эйнштейном парадокс с бочкой пороха[1] вдохновили Шрёдингера на создание кошачьего парадокса. Наконец, идеи, развитые Шрёдингером в поисках единой теории, являлись вариантами предположений Эйнштейна. Два теоретика часто обсуждали в переписке такие способы модификации теории относительности, которые сделали бы ее достаточно математически гибкой для включения в нее других сил помимо гравитации.

Фиаско

Дублинский институт перспективных исследований, в котором Шрёдингер был ведущим физиком на протяжении 1940-х и в начале 1950-х годов, был создан по модели Принстонского института перспективных исследований, где Эйнштейн выступал в той же роли с середины 1930-х. Ирландская пресса часто сравнивала их, называя Шрёдингера Эйнштейном Ирландии.

Шрёдингер использовал любую возможность, чтобы упомянуть о своей дружбе с Эйнштейном, даже раскрывал подробности их частной переписки, когда это было ему выгодно. К примеру, в 1943 году, после того как Эйнштейн написал Шрёдингеру, что некая единая модель была «могилой его надежд» с 1920-хгодов, Шрёдингер использовал это утверждение, чтобы все выглядело так, будто он добился успеха там, где спасовал сам Эйнштейн. Он публично зачитал письмо Ирландской королевской академии, хвастаясь, что «выкопал» надежды Эйнштейна при помощи своих расчетов.

Эрвин Шрёдингер в зрелые годы жизни.