Маргарита Рютова-Кемоклидзе - Квантовый возраст

С необычайной простотой де Бройль объяснял, почему, скажем, электрону необходимо приписать волновые свойства: «Определение стационарных движений электронов в атоме заставляет вводить целые числа, но до сих пор единственными явлениями в физике, при описании которых вводили целые числа, были явления интерференции и собственных колебаний» [15, с. 398].

Статьи де Бройля никто не принимал всерьез, а если ему случалось выступать со своими идеями на семинаре, то его доклад вызывал всеобщее веселье аудитории. Первым на них обратил серьезное внимание Эйнштейн. В 1925 г. он писал Борну: «Прочтите ее! Хотя и кажется, что ее писал сумасшедший, написана она солидно» [Там же, с. 399]. Но Борн и разбираться не стал, а его молодые сотрудники устроили на тему дебройлевских идей потешный семинар. В том же году Эйнштейн обратил внимание Эрвина Шредингера на работы де Бройля.

Шредингеру было в ту пору 38 лет, но не только возраст отличал его от молодых создателей основ современной физики, воспитанников сильных «квантовых» школ. Шредингер был «сам по себе» и ни к одной из этих школ не принадлежал. Он родился и вырос в Вене. В 1910 г. окончил Венский университет, где, кроме философских и исторических курсов, выбрал физико-математические курсы и под сильным влиянием Хазенорля, занявшего после смерти великого Больцмана его кафедру, увлекся ими. Главным увлечением и любовью Шредингера в физике были статистические методы, восходящие к фундаментальным работам Больцмана. Именно увлечением, потому что он в равной мере увлекался биологией (ему принадлежат работы по эволюции человеческого глаза), языками, поэзией (имеется томик его стихов), скульптурой (его кабинет больше походил на мастерскую скульптора, чем на кабинет академического ученого) и более всего философией. «К современной теории атома я приближался очень медленно, — писал Шредингер. — Ее внутренние противоречия звучат как пронзительные диссонансы по сравнению с чистой, неумолимо ясной последовательностью мысли Больцмана. Было время, когда я прямо-таки готов был обратиться в бегство, однако, побуждаемый Экснером и Кольраушем, нашел спасение в учении о цвете» [16, с. 39]. Именно занятия цветометрией с глубоким знанием теории колебаний в сочетании с другими «внешними» факторами привели Шредингера к волновой механике.

К этим «внешним» факторам нужно отнести главным образом, пожалуй, следующие. Это тесное общение с Германом Вейлем, который в то время заведовал кафедрой математики в Цюрихском университете и оказывал прямую помощь Шредингеру в разработке математического аппарата; затем общение и дружба с Питером Дебаем, объяснившим в 22-м году эффект Комптона, и, наконец, «щелчок по носу» [17, с. 331], который, по выражению Шредингера, он получил от Эйнштейна по поводу «тщетной попытки построить картину фазовой волны электрона на эллиптической орбите». С этим же «щелчком» Шредингер получил от Эйнштейна указание на важность работ де Бройля. Шредингера увлекли идеи де Бройля, сумасшедшие идеи человека, профессией которого была вовсе не физика, а история искусств. Об этом времени жена Шредингера вспоминает, как о самом смутном. Ее муж, такой спокойный, такой хороший семьянин, потерял покой и говорит очень странные вещи, говорит, что сделал открытие, почти такое же важное, как открытие Ньютона. Открытие это — волновая механика Шредингера — появится в 1926 г. В 1929 г. де Бройль будет удостоен Нобелевской премии. А в 1925 г., когда Шредингер только начал свою работу, Гейзенберг создал первый вариант квантовой механики — матричную механику.

В ту пору Гейзенбергу не было еще 24 лет. Как ассистент Борна он занимался расшифровкой все тех же атомных спектров. Полуклассический фундамент, на котором была построена теория Бора, оказался шатким. Объяснение спектроскопических данных оставалось на качественном уровне. Даже в простейшем случае атома водорода при строгом рассмотрении концы с концами не сходились. Все попытки Гейзенберга, основанные на боровской модели атома, оказались безуспешными. Тогда он решил отказаться от самой модели атома и вообще от каких-либо предположений о том, что происходит внутри атома, и взял за отправную точку эмпирические данные — внешние проявления движения электронов, строгие данные спектра излучения атомов. Это оказалось той «счастливой догадкой», которая позволила Гейзенбергу создать адекватный математический аппарат для описания электронов в атоме, исходя, подчеркнем еще раз, только из строгих эмпирических данных. Он получил блестящее согласие с экспериментом. Гейзенберг понял, что находится на верном пути, но одно поразительное обстоятельство обескураживало его. Символы, которыми он оперировал, вели себя странным образом, а именно: если взять произведение импульса электрона р и его координаты q , то разность qp – pq оказывалась не равной нулю. Эта разность неизменно равнялась постоянной Планка, умноженной на квадратный корень из минус единицы. Получалось, что счастливая догадка и основанная на ней стройная теория могли оказаться ничем. Эту работу Гейзенберг сделал на острове Гельголанд в Северном море, куда ему пришлось уехать из цветущего Геттингена, спасаясь от сенной лихорадки. Не очень довольный своим символическим исчислением, Гейзенберг все-таки написал статью и привез ее Максу Борну.