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».

---

Война затягивалась, и энтузиазм первых лет постепенно снижался. Человеческие жертвы, недостаток продовольствия и топлива – все это вело к росту социального напряжения. В январе 1918 года в Германии начались забастовки и демонстрации – люди требовали прекращения войны. Митинги были подавлены военными, а 8 ноября 1918 года началось матросское восстание в Вильгельмсхафене и Киле, которое переросло в Ноябрьскую революцию, охватившую всю страну. На следующий день Вильгельм II отрекся от прусского престола и оставил трон императора Германии. В Берлине была провозглашена Веймарская республика. После подписания мирного договора консерваторы и правые отказались признать поражение. Они заявляли, что перемирие стало «ударом в спину» со стороны предателей – большевиков и евреев. В течение многих лет в стране сохранялась сложная политическая обстановка, не прекращались уличные бои, попытки государственных переворотов, то тут, то там вспыхивали революционные и контрреволюционные восстания. Все эти события повлияли на политические взгляды Гейзенберга и его понимание гражданского долга.

Конец отрочества

Когда в апреле 1919 года в Мюнхене была провозглашена Баварская Советская Республика, правительство отправило на подавление беспорядков воинские части и военизированные организации, состоявшие из фронтовиков и искателей приключений, монархистов и правых, которым были чужды как республика, так и революция. Руководство университетов убеждало студентов записываться в ополчение, чтобы защитить Баварию от большевизма. На Мюнхен была наложена экономическая блокада, началась подготовка к вторжению извне и возможной осаде. С помощью Wehrkraftverein учащиеся были мобилизованы на борьбу с большевиками, и Гейзенберг с апреля по июнь числился в правительственном полку. Он был проводником и писарем, занимался перевозкой оружия и охранял пленных, судьба которых была предрешена: когда в начале мая правительственные войска взяли Мюнхен, менее чем за неделю по приговорам полевых судов было расстреляно свыше 1000 человек.

В общем случае я бы сказал, что научиться чему-то возможно, только решая задачи. Очень важно, чтобы ученики пытались решать задачи. […]

В том, чтобы только слушать, мало пользы.

Гейзенберг в беседах с историком науки Томасом Куном, 1963 год

После войны молодежь предложила продолжить деятельность Wehrkraftverein, но сделать организацию менее военизированной. Так появилось движение «Искатели нового пути» (от нем. Neupfadfinder). Несколько учащихся Максимилиановской гимназии, которым было около 14 лет, решили создать собственную ячейку движения и попросили Гейзенберга возглавить ее. Эти события происходили в середине апреля 1919 года, в период расцвета Баварской Советской Республики. В начале августа более 200 руководителей ячеек «искателей» из Германии и Австрии собрались близ Регенсбурга, чтобы обсудить реформу молодежного движения. Все они были глубоко задеты исходом войны и чувствовали, что старшее поколение, приведшее страну к поражению, отчасти предало их, что личность растворялась в обществе, полном алчности и лицемерия. «Искатели» говорили, что нужно вернуться к фундаментальным ценностям и восстановить на их базе истину и добродетель в человеке и обществе, – словом, участники собрания отстаивали ценности немецкого романтизма. Они выступали против науки и рационализма и были довольно аполитичны. К ним присоединился и Гейзенберг, с ранних лет понимавший непреходящую ценность не только науки, но и музыки, поэзии и философии.

Гейзенберг с членами семьи в автомобиле. На переднем сиденье – Вернер (в центре), его отец и брат Эрвин.

Гейзенберг (слева, стоит) с братом Эрвином и родителями. Фотография сделана в конце Первой мировой войны.

Хотя группа Гейзенберга разделяла идеи «Искателей нового пути», она сохраняла определенную независимость. Ее члены устраивали турпоходы, организовывали встречи, посвященные музыке, поэзии, философским обсуждениям или игре в шахматы. Кстати, Гейзенберг был хорошим шахматистом и мог сыграть с друзьями партию в уме во время похода, а по возвращении домой полностью восстановить ее. Даже когда ученый уехал из Мюнхена для защиты докторской диссертации, он поддерживал отношения с членами своей ячейки и часто встречался с ними, пока нацисты не запретили все общества подобного рода. Участие юноши в молодежном движении укрепило его патриотические чувства и определило жизненную позицию. Зная об этом, можно лучше понять мотивы поступков ученого во время Второй мировой войны и по ее завершении. Как иронично отмечал Вольфганг Паули, Гейзенберг на многие годы остался подростком и часто вел себя как бойскаут.

В последние годы войны школы из-за нехватки топлива на зиму закрывались, а ученики должны были заниматься дома и посещать гимназию только для того, чтобы сдать выполненные задания и получить новые. Как и следовало ожидать, Гейзенберг намного опередил одноклассников. К примеру, он самостоятельно изучил анализ бесконечно малых и интегральное исчисление. В основе этих дисциплин лежат достаточно простые правила, однако чтобы развить интуицию, позволяющую видеть способы решения новых задач, необходимы длительные упражнения.

Гейзенберга интересовали атомы, в основном по философским причинам, о чем он пишет в первой главе своих мемуаров «Беседы вокруг атомной физики». Ученый вспоминал, что в его пособии по физике при объяснении химических реакций приводились изображения атомов с крючками и кольцами. Подобная модель казалась ему абсурдной.

Однако биограф Гейзенберга, Дэвид Кэссиди, утверждает, что в школьном учебнике не было никаких крючков и колец. Лишь один раз в нем была изображена молекула воды – точно такая, как мы ее представляем сегодня: три шарика, соединенные двумя палочками, которые обозначают химические связи. По-видимому, Гейзенберг, сам того не осознавая, дополнил школьные воспоминания более поздними идеями. Он также упоминает диалог Платона «Тимей», который прочел на греческом языке в рамках школьной программы. В этом диалоге Платон связывает каждый из четырех элементов (землю, огонь, воду и воздух) с одним из четырех правильных многогранников – кубом, тетраэдром, икосаэдром и октаэдром соответственно. Гейзенберг считал, что идеи Платона не имеют никакого основания, и не понимал, как мог столь проницательный мыслитель верить в нечто подобное. Юноша пришел к выводу: чтобы познать свойства материи, нужно определить ее элементарные составляющие. Именно этим и занималась атомная физика.

…Меня привлекала идея о том, что даже в мельчайших частицах материи можно встретить математические формы.

Комментарий Гейзенберга из его книги «Беседы вокруг атомной физики»

Будущий ученый также интересовался теорией относительности и прочел брошюру, написанную Эйнштейном специально для учеников средней школы. Позднее он ознакомился с трудом Германа Вейля «Пространство. Время. Материя», опубликованным в 1918 году. В этой увлекательной книге подробно объяснялась общая теория относительности и весь необходимый математический аппарат.

Однако интерес Гейзенберга к этой теме был связан не с физикой, а скорее с философией. В то время Вернер увлекся идеей о пересмотре понятий пространства и времени:

«Меня привлекал Кант, и мне нравился Платон, отчасти как поэт и отчасти как философ. Однако я был крайне впечатлен тем, как Эйнштейн сформулировал свою теорию относительности, его идеей о пересмотре понятия времени, что очень занимало и интересовало меня».

В конце июня 1920 года Гейзенберг сдал итоговый экзамен на получение аттестата зрелости и поступил в Мюнхенский университет, чтобы изучать математику.

Глава 2 Кризис атомной физики

Излучение, испускаемое или поглощаемое атомами, содержит информацию об их структуре и свойствах.

Уже во время учебы в университете Гейзенберг смог увидеть, что существовавшие в то время модели атомов опирались на странную смесь классических идей и квантовых гипотез, не всегда обоснованную и не лишенную противоречий.

Через несколько дней после окончания Первой мировой войны в Берлине состоялось заседание Прусской академии наук. Макс Планк, выступавший на нем, сказал: «[…] Есть кое-что, что никакой враг, ни внешний, ни внутренний, не смог отнять у нас: это положение немецкой науки в мире». По его мнению, наука была ярким проявлением немецкой культуры, и ее следовало использовать для того, чтобы восстановить национальное достоинство. Однако в сложившихся экономических условиях сделать это было непросто. Планк стал одним из основателей Чрезвычайной ассоциации немецкой науки – сообщества ученых, которое финансировалось из государственного и местных бюджетов, а также за счет частных пожертвований. Полученные средства направлялись на выплату стипендий и проведение исследований. Именно в этой непростой обстановке Гейзенберг открыл для себя атомную физику и квантовую теорию во всей их сложности и противоречивости.