Жозе Фаус - Наука. Величайшие теории: выпуск 3: Гейзенберг. Принцип неопределенности. Существует ли мир, если на него никто не смотрит?

• Название: Наука. Величайшие теории: выпуск 3: Гейзенберг. Принцип неопределенности. Существует ли мир, если на него никто не смотрит?
• Автор: Жозе Фаус
• Издательство: Де Агостини
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2015

В течение многих лет Вернер Гейзенберг считался одним из самых демонических представителей западной науки. И это неудивительно, ведь именно он стоял во главе нацистской ядерной программы, к счастью, безуспешной. И все же сотрудничество ученого с преступным режимом не заслонило его огромный вклад в науку. В 1925 году Гейзенберг обобщил беспорядочное на первый взгляд скопление наблюдений в сфере квантовой физики за предыдущие десятилетия, а через два года вывел свой знаменитый принцип неопределенности. Ученый заявил, что наблюдатель влияет на созерцаемую им реальность. Этот принцип и выводы, из него следующие, заставили недоумевать многих ученых, в том числе и Эйнштейна, который, протестуя, писал: «Мне хотелось бы думать, что Луна существует, даже если я на нее не смотрю».

---

Эта неоднозначная ситуация еще более усложнилась в 1939 году, когда Гейзенберг был мобилизован для участия в ядерной программе. Встреча с Бором – всего лишь эпизод этой истории, и вряд ли мы когда-нибудь узнаем, о чем говорили два великих физика. Однако этот факт дает понять: Гейзенберг не осознавал, что в глазах коллег из Дании и других стран он был представителем оккупационного режима. Во множестве книг, посвященных Гейзенбергу, кто-то называет его героем Сопротивления, кто-то – подлым союзником нацистов, но в действительности все обстояло намного сложнее, и для изображения ситуации недостаточно черно-белой палитры. Нет никаких сомнений в том, что участники ядерной программы, осознавая все технические сложности, действительно хотели создать атомную бомбу. Им не удалось построить работающий ядерный реактор, а решение отказаться от создания бомбы принял министр вооружений с целью оптимизации ресурсов. Важным фактором, повлиявшим на принятие этого решения, была убежденность немецких ученых в своем превосходстве над союзниками и уверенность в том, что атомная бомба не будет создана до конца войны. А вот этические вопросы относительно участия в создании бомбы встали перед немецкими учеными лишь после ареста, в Фарм-холле. Когда Гейзенберг сказал, что внешние обстоятельства не дали ему возможности сделать нравственный выбор, он имел в виду решение правительства, и из его слов нельзя понять, что он сам думал об этой ситуации. По мнению автора этой книги, версия, предложенная учеными во время пребывания в Фарм-холле, заслуживает порицания. Время показало, что она состояла из недомолвок и благовидных интерпретаций прошлых событий.

У Зоммерфельда я выучился физике и оптимизму, у Макса Борна – математике, а Нильс Бор раскрыл передо мной глубинный философский смысл научных проблем.

Гейзенберг о том, чему он научился у современников

Гейзенберг обучался в трех важнейших центрах теоретической атомной физики у трех мировых лидеров в этой области. Он всякий раз оказывался в нужное время и в нужном месте, чтобы погрузиться в решение фундаментальных физических задач, давших начало новой теории. Его важнейшим вкладом в физику была матричная формулировка квантовой механики.

Все началось с блестящей догадки, которая была подтверждена на простых примерах, а затем, совместно с Борном и Йорданом, Гейзенберг разработал четкую и подробную формулировку. Большинство его последующих открытий стали результатом применения квантовой механики при решении конкретных задач. Наиболее известное его достижение – знаменитые неравенства, которые определяют границы применимости классических понятий «частица» и «волна».

Гейзенберг решил головоломку о линиях спектра парагелия и ортогелия, предсказал существование аналогичных форм для молекулы водорода, что было позднее подтверждено экспериментально, разработал квантовую теорию магнетизма железа и похожих металлов, заложил основы для описания структуры атомных ядер, рассмотрев протоны и нейтроны как два квантовых состояния одной частицы – нуклона. Все эти результаты были получены с помощью обменного оператора, который возникает при описании взаимодействия частиц по законам квантовой физики, а в классической физике не используется. Гейзенберг также сделал огромный вклад в классическую физику, проведя исследования турбулентности. Хотя ему не удалось создать квантовую теорию поля, его первые работы в этом направлении помогли заложить основы будущей теории.

Ученый обладал особой интуицией, позволявшей проникать в суть проблем и смотреть на них под неожиданным углом. Почти все его гипотезы содержат важные идеи, которые дали начало новым исследованиям. Имя Гейзенберга упоминается в учебниках по квантовой механике, атомной физике, молекулярной физике, физике конденсированного состояния, ядерной физике, квантовой теории поля, физике элементарных частиц, гидродинамике и многим другим дисциплинам. Нет никаких сомнений в том, что за все эти открытия Вернера Гейзенберга можно назвать гениальным ученым.

Список рекомендуемой литературы

Bohr, N., La teoria atomica у la description de la naturaleza, Madrid, Alianza Universidad, 1988.

Fernandez-Ranada, A., Ciencia, incertidumbreу conciencia. Heisenberg, Madrid, Nivola, 2004.

Frayn, М., Copenhague, Madrid, Centro Cultural de la Villa de Madrid, 2003.

Frisch, O., De la fision del atomo a la bomba de hidrogeno, Madrid, Alianza Editorial, 1982.

Heisenberg, W., Dialogos sobre la fisica atomica, Madrid, ВАС, 1972. -: La imagen de la naturaleza en la fisica, Barcelona, Seix-Barral, 1967.

Lapiedra, R., Las carencias de la realidad, Barcelona, Tusquets, 2008.

Sanchez Ron, J.M., Historia de la fisica cuantica, Barcelona, Critica, 2001.

Указатель

абсолютно черное тело 9, 26-28

атомный спектр 21, 22-23, 24,33, 41,48,52,57,70,88

Бальмер, Иоганн 24, 25

БКС, модель 71

Бор, Нильс 7,11,13, 33,48-63, 70-73, 79,82, 87,92, 93,97, 98, 100-106,113,116,120,126, 135,136,144-147,161,168,169

Бора, модель 48,50,51,52-56, 60

Борн, Макс 13, 58-65, 69, 70-72, 76-79,82-86,97,105,123-126, 169

Вайцзеккер, Карл Фридрих фон 92,111,123,126,139,140,144, 146-151,160

Вин, Вильгельм 46, 48, 63-65, 84

водорода атом 24, 50,51,53, 60, 63, 73, 79,80,81,84,115,116,118

водорода молекула 60, 91,116,169

волновая функция 81, 84, 86, 88, 89,90,91,103,108,114,124

волновой пакет 84,94

гелия атом 63, 88, 90,91,114,116

де Бройль, Луи 31, 80,98

де Бройля формула 31,98

деление ядра 131,133,134,136, 139,141,143,146,148,152

Дирак, Поль 83,118,120,126,161

Зоммерфельд, Арнольд 45

изотопический спин 117

импульс 31,50, 55,56,71, 77,87, 88,95-101,104,108,120, 145

Йордан, Паскуаль 13,77, 79,82, 83,97,118,123,126,169

квантовая электродинамика 118, 120,163

квантовое число главное 50, 51, 53

квантовое число магнитное 54

квантовые вероятности 83,86, 103,108,122

Кирхгоф, Густав 23, 26, 29

координата 74, 76,77,86,93,96, 97.98.100.101.104.108

копенгагенская интерпретация 49, 102,103,105

корпускулярно-волновой дуализм 30.31.80.97.98.100.104.108

космические лучи 119,120,121

Лауэ, Макс фон 123,125,128,146, 148,149,151,160

Ленард, Филипп фон 28,123,127, 128

Лос-Аламос 49,152,154

матрица 77,78, 79,82,97

рассеяния 145

Мейтнер, Лиза 134-136

механика волновая 80, 82, 84, 93,128

механика матричная 79, 82, 84,93, 123, 128

микроскоп 65,97,98,99,100

Гейзенберга 98

модель каркаса атома 53, 56, 58, 62, 70, 86, 87

недетерминированность 106-108

неопределенность 67, 93, 94,97, 98,104, 106,108

неточность 100,106-108

нуклон 117,118,121,135,169

Общество кайзера Вильгельма 158

Общество Макса Планка 29,158

ортогелий 88,91,114,169

парагелий 88, 91, 114,169

Паули, Вольфганг 38, 45, 47, 56, 60,62,63,73,81,82,85-87, 89-91,105,113,114,116,118, 119,164

Планк, Макс 8,13, 26-29, 31, 33, 43,48,50,51,53,56, 77,81, 95-97,108,123-125,128,134, 146,158,159,168

постоянная тонкой структуры 51,53

Резерфорд, Эрнест 32,92, 115,116

спектральные термы 54, 88

спин 56, 57, 86-92,114,117,118, 147

тонкая структура 50-52 уран 117, 134-139, 142, 143, 146

«Урановый проект» 138-144

ферромагнетизм 109,112

Фриш, Отто 135, 136

Фурье, ряд 74 ЦЕРН 13,159

частицы и волны 30

Шрёдингер, Эрвин 73, 80-84, 86, 92,123,126,128

Шрёдингера уравнение 82

Штарк, Йоханнес 58,123-125, 127-129

Эйнштейн, Альберт 8,9, 28-31, 34,39,40,45,49,57,61,62,71, 79, 82,104,122,125,127-130, 141,162

эффект Зеемана 53, 54, 56, 57, 64, 87

эффект Штарка 58

ядро атома 48, 56, 87, 89,115

В течение многих лет Вернер Гейзенберг считался одним из самых демонических представителей западной науки. И это неудивительно, ведь именно он стоял во главе нацистской ядерной программы, к счастью, безуспешной. И все же сотрудничество ученого с преступным режимом не заслонило его огромный вклад в науку. В 1925 году Гейзенберг обобщил беспорядочное на первый взгляд скопление наблюдений в сфере квантовой физики за предыдущие десятилетия, а через два года вывел свой знаменитый принцип неопределенности. Ученый заявил, что наблюдатель влияет на созерцаемую им реальность. Этот принцип и выводы, из него следующие, заставили недоумевать многих ученых, в том числе и Эйнштейна, который, протестуя, писал: «Мне хотелось бы думать, что Луна существует, даже если я на нее не смотрю».