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

• Название: Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания
• Автор: Пол Хэлперн
• Издательство: Питер
• Жанр: Физика
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-496-01861-6

Многие физики всю свою жизнь посвящают исследованию конкретных аспектов физического мира и поэтому не видят общей картины. Эйнштейн и Шрёдингер стремились к большему. Поиски привели их к важным открытиям: Эйнштейна — к теории относительности, а Шрёдингера — к волновому уравнению. Раздразненные найденной частью решения, они надеялись завершить дело всей жизни, создав теорию, объясняющую всё.

Эта книга рассказывает о двух великих физиках, о «газетной» войне 1947 года, разрушившей их многолетнюю дружбу, о хрупкой природе сотрудничества и открытий в науке.

Пол Хэлперн — знаменитый физик и писатель — написал 14 научно-популярных книг. В круг его интересов попадает всё — время и пространство, множественные измерения, темные материя и энергия, космология. Его последняя книга повествует о том, как Альберт Эйнштейн и Эрвин Шрёдингер сражались с несовершенством и недетерминированностью квантовой механики, пытаясь создать теорию поля, которая объединила бы все силы природы и потеснила квантовую странность. К сожалению, оба потерпели фиаско.

Сможет ли кто-то из современных ученых превзойти гениев прошлого? Найдется ли новый Эйнштейн, который сможет воплотить его мечту о единой физической теории в жизнь?

---

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. Вольфганг Пфаундлер, Инсбрук, Австрия, спасибо Архиву Эмилио Сегре из Американского института физики 

О лекции написали в Irish Times с вводящим в заблуждение заголовком «Эйнштейн отдает должное Шрёдингеру»{7}.

Сначала Эйнштейн отнесся к выступлению Шрёдингера снисходительно и проигнорировал его хвастовство. Однако реакция прессы на речь, которую Шрёдингер произнес в январе 1947 года, провозгласив победу в борьбе за теорию всего, была чрезмерной. Смелое заявление Шрёдингера о том, что он достиг цели, которая десятилетиями ускользала от Эйнштейна, и разработал теорию на замену теории относительности, было брошено в лицо Эйнштейну и требовало реакции.

И реакция воспоследовала. В своем едком ответе Эйнштейн выразил глубокое неудовольствие смелыми утверждениями Шрёдингера. В пресс-релизе, переведенном на английский язык его помощником Эрнстом Штраусом, он заявил: «О последней попытке профессора Шрёдингера… можно… судить только по ее математическим качествам, но не с точки зрения “истины” и согласия с подтвержденными фактами. Даже с этой точки зрения в ней не видится особых преимуществ — скорее наоборот»{8}.

О пререканиях написали газеты вроде Irish Press, что породило следующее замечание Эйнштейна: «Нежелательно… в какой-либо форме сообщать общественности о таких предварительных попытках. Еще хуже, когда создается впечатление, будто они приводят к конкретным открытиям, касающимся физической реальности»{9}.

Юморист Брайан О'Нолан, публиковавшийся в Irish Times под псевдонимом Myles na gCopaleen, высмеял ответ Эйнштейна, назвав его высокомерным и оторванным от реальности. Он писал: «Что знает Эйнштейн об использовании и значении слов? Мне кажется, довольно мало… К примеру, что он подразумевает под “истиной” и “подтвержденными фактами”? Его попытка сразить прозорливых читателей газет на их собственной территории не впечатляет»{10}.

Два старых приятеля, союзники в битве против общепринятой интерпретации квантовой механики, никогда и представить не могли, что будут выступать друг против друга в международной прессе. Этого точно не хотели ни Эйнштейн, ни Шрёдингер, когда годами вели переписку о создании единой теории поля. Однако смелые заявления Шрёдингера Ирландской королевской академии привлекли внимание журналистов, рыскавших в поисках связанных с Эйнштейном новостей.

Одной из причин, приведших к стычке, стало желание Шрёдингера угодить ирландскому премьер-министру Имону де Валера, который лично организовал переезд Шрёдингера в Дублин и его назначение в институт. Де Валера активно интересовался достижениями Шрёдингера, надеясь, что тот принесет славу только что обретшей независимость Ирландской республике. Де Валера, ранее работавший преподавателем математики, был поклонником ирландского математика Уильяма Роуэна Гамильтона. В 1943 году он позаботился о том, чтобы столетний юбилей одного из открытий Гамильтона — особого типа чисел, называемых кватернионами, — отмечался по всей стране. В большинстве своих работ Шрёдингер использовал гамильтонов формализм. Что может быть лучше, чем отметить освобождение Ирландии и выразить уважение ее светилу, Гамильтону, принеся ей славу в качестве места, где теория относительности Эйнштейна была развенчана и заменена более полной теорией? Многообещающее выступление Шрёдингера соответствовало чаяниям его покровителя. Irish Press, принадлежавшая де Валера и контролируемая им, должна была приложить все силы к тому, чтобы весь мир узнал, что родина Гамильтона, Йейтса, Джойса и Шоу смогла создать «теорию всего».

Подход Шрёдингера к науке (как и к жизни) был импульсивным. Окрыленный многообещающими результатами, он хотел во всеуслышание объявить о них миру, слишком поздно поняв, что пренебрег своим хорошим другом и учителем. Он считал свое открытие — якобы простой математический способ, в котором заключен закон природы, — чем-то вроде божественного откровения, и поэтому ему не терпелось провозгласить фундаментальную истину, покорившуюся лишь ему одному.

Стоит ли говорить, что, как верно заметил Эйнштейн, Шрёдингер ни на йоту не приблизился к созданию теории, объясняющей все. Он всего лишь нашел одну из математических вариаций общей теории относительности, которая технически могла бы включить в себя другие силы. Однако пока не будет найдено решение такой вариации, соответствующее физической реальности, она останется просто абстрактным примером, а не истинным описанием природы. И хотя найдено множество способов расширить общую теорию относительности, до сих пор не найден тот, который бы описывал реальное поведение элементарных частиц и их квантовые свойства.

По части создания шумихи, однако, Эйнштейн и сам был не промах. Периодически он предлагал собственные способы объединения и преувеличивал их значение перед прессой. К примеру, в 1929 году Эйнштейн, к радости общественности, заявил, что создал теорию, объединяющую все силы природы, и превзошел теорию относительности. Учитывая то, что он не нашел (и не найдет) физически реальных решений своих уравнений, его высказывание было чересчур поспешным. Что не помешало ему раскритиковать Шрёдингера за то же самое.

Жена Шрёдингера, Энни, позже расскажет физику Питеру Фройнду, что и он, и Эйнштейн хотели подать друг на друга в суд за плагиат, физик Вольфганг Паули, хорошо знавший обоих, предупредил их о возможных последствиях обращения к средствам судебной защиты. Судебный иск, попавший в прессу, причинит неудобство для обоих и быстро превратится в фарс, уничтожив их репутацию. Меры в язвительности они не знали. Например, Шрёдингер однажды сказал физику Джону Моффату, посетившему Дублин: «Мои методы намного превосходят методы Альберта! Я объясню тебе, Моффат, почему Эйнштейн — старый глупец»{11}.