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?

---

Он закончил докторантуру под руководством Паули в Цюрихе. Как у немецких евреев, у обоих ученых не было никакого будущего в Европе, поэтому они переехали в Америку, куда их пригласил сам Эйнштейн. Заметив любопытное сходство их фамилий, Хелен Дукас прозвала их «Берг и Барг»{115}.

Помимо встреч с ассистентами, время Эйнштейна больше ничем не было ограничено. Он овдовел в декабре 1936 года, когда после продолжительной болезни умерла Эльза. У нее были серьезные проблемы с почками и сердцем. Ее дочь Ильзе умерла от рака двумя годами ранее. Дукас, жившая с Эйнштейном на Мерсер-стрит, взяла на себя большую часть обязанностей по дому. Марго и позже Майя (младшая сестра Альберта) тоже жили вместе с ними.

Эйнштейн составил себе расписание. Каждое утро около одиннадцати часов Бергманн и Баргманн приезжали к нему домой. Они общались в неформальной обстановке и планировали день, учитывая время, необходимое для расчетов и, возможно, вечер камерной музыки. Дукас провожала трех мужчин до дверей, проверяя, чтобы Эйнштейн был одет по погоде.

Эйнштейн, Бергманн и Баргманн шли по парку в направлении Института перспективных исследований. До 1939 года пунктом их назначения был Файн-Холл, офис номер 109, в кампусе Принстона; а позже пунктом назначения станет Фалд-Холл, новое главное здание, построенное на Олден-Фарм, за пределами центра города. По дороге они во всех подробностях рассказывали друг другу о трудностях или победах, которые одержали в своих исследованиях со вчерашнего дня. Большинство людей, слушая их разговор, абсолютно не понимали, о чем они говорят.

После того как Эйнштейн обосновывался в своем кабинете, он тщательно проверял их последние результаты и подробно обо всем расспрашивал. Его офис в Фалд-Холл был разделен на две части: большой кабинет с большой доской и маленькую комнату с маленькой доской. Две доски служили разным целям. Большая доска с надписью «Удалить» использовалась для быстрых расчетов, которые часто ни к чему не приводили, различных заметок и всего остального, что, как они считали, носило временный характер.

Фалд-Холл, где был расположен офис Эйнштейна, Институт перспективных исследований, Принстон, Нью-Джерси. Фото Пола Хэлперна 

Маленькая доска с надписью «Не стирать» была священной скрижалью, куда должны быть записаны «окончательные» уравнения{116}. В действительности «окончательные» обычно означало, что они будут изучаться в течение нескольких недель или месяцев, прежде чем их заменят следующие. Тем не менее, если бы они оказались правильными, надпись «Не стирать» спасла бы их от уничтожения.

К тому времени критерии Эйнштейна истинности уравнений уже сильно отличались от критерия соответствия эксперименту. Хотя он и оставался нерелигиозным человеком в общепринятом смысле слова, его космическая религия, основанная на идеях Спинозы, определяла его суждения. Он часто просил своих ассистентов подумать о том, какие возможные варианты выбрал бы Бог при создании теории всего{117}. Сингулярности (точки, в которых физические величины становятся бесконечными) и любые другие величины, которые не могут быть определены уравнениями, считались «грехами», как он сам выражался. Уравнения должны быть такими же строгими, как архитектурный проект, и ничего не оставлять на волю случая.

Учитывая его стремление к полному описанию Вселенной, свободному от противоречий и неточностей, вновь обретенная одержимость Эйнштейна пятым измерением была своего рода уловкой. Использование дополнительного измерения допускало нелокальные связи между отдаленными объектами, пока эти объекты находятся в ненаблюдаемых многомерных областях пространства-времени. В ЭПР-эксперименте и в переписке с другими учеными Эйнштейн был категорически против того, чтобы волновая функция содержала скрытую информацию о частицах. Все физические величины должны быть «вещественными» и «реальными» в любой момент времени, даже если они не измеряются. Тем не менее в его пятимерной попытке объединения информация могла быть спрятана в недоступных наблюдению областях пространства. Он был как политик, рассказывающий прессе: «В то время как мой оппонент не может подтвердить документально какие-либо связи с зарубежными корпорациями, я добросовестно это делаю — все мои документы надежно заперты в моем неприступном безопасном хранилище».

Главное преимущество пятимерных теорий объединения состояло в том, что общая теория относительности сама по себе могла оставаться в исходном виде. Дополнительная динамика может быть построена таким образом, что четырехмерное описание гравитации, подтвержденное измерениями во время солнечного затмения и другими экспериментами, будет сохранено. Некоторые из других предложений Эйнштейна относительно теорий объединения, такие как телепараллелизм, не сохраняют эти важные результаты, что с самого начала заставляет сомневаться в их истинности. Уравнения, которые, как надеялся Эйнштейн, заменят квантовую механику, должны зависеть от дополнительных слагаемых, возникающих из-за увеличения числа измерений с четырех до пяти. Это было похоже на ситуацию владельца величественного исторического особняка, решившего соорудить пристройку, чтобы получить дополнительное пространство, вместо того чтобы переделать все здание и разрушить его очарование.

Помощники Эйнштейна восхищались его упорством. День за днем они мчались на всех парах к теории объединения, преодолевая все препятствия. Как только Эйнштейн понимал, что они движутся в неверном направлении, он настойчиво задавал новый курс, не выражая разочарования и ни о чем не сожалея. Эйнштейн верил, что в конечном итоге они достигнут цели и что это только вопрос времени.

Бесполезные уступки

В последние месяцы 1937 года наиболее насущной проблемой для Шрёдингера стала необходимость совмещать преподавание в университете, научную деятельность и встречи с тремя разными женщинами: Энни, Хильде и Ханси (которая, как и планировала, переехала обратно в Австрию). У него была, казалось бы, стабильная должность профессора в Граце и прекрасная должность приглашенного профессора в Вене, которая давала ему возможность в любой момент посетить родной город и хорошего друга Тирринга.

Шрёдингер лишился всего этого в начале 1938 года, когда после аншлюса Австрия оказалась под железной пятой нацистов. Учитывая непомерные амбиции Гитлера и существенное военное превосходство Германии, аннексия Австрии, пожалуй, была неизбежной. Шушниг отчаянно пытался во всем потакать диктатору, чтобы сохранить независимость Австрии. Его усилия достигли своего апогея на встрече с Гитлером 12 февраля, на которой он согласился координировать свою внутреннюю и внешнюю политику с политикой Германии, а также дать полную свободу австрийским нацистам. Затем он понял, что просчитался, и решил провести референдум о сохранении Австрией независимости, запланировав его на 13 марта. Гитлер был в ярости и приказал войскам начать вторжение. Предвидя свое поражение, Шушниг подал в отставку 11 марта. Когда нацистские войска следующим утром вошли на территорию Австрии, сделав ее одной из провинций рейха, австрийская армия не оказала никакого сопротивления.

Шрёдингер был известен как противник нацизма и близкий друг Эйнштейна. Испытанная неприязнь к политике, он вообще не видел необходимости прилюдно сообщать о своих взглядах. В Граце, где нацисты были довольно популярны, он не распространялся о своих убеждениях. Тем не менее за несколько недель до аншлюса Шрёдингер делал в Вене доклад о работе Эддингтона, в заключение которого осудил стремление одних государств господствовать над другими. Сразу поняв, о какой доминирующей державе он говорил, публика восторженно ему зааплодировала.

После прихода к власти в Австрии нацисты быстро начали «очищать» университеты от социалистов, коммунистов, пацифистов, австрийских националистов и всех, кто был в политической оппозиции. Из университетов и с других государственных должностей были уволены все евреи. Тирринг, ярый пацифист, сразу потерял работу. Шрёдингер, конечно, понимал, к чему все это может привести.

Шрёдингеру надоело быть бродяжничающим исследователем, и он решил, что изо всех сил постарается сохранить свое профессорство, чего бы ему это ни стоило. Поскольку у Хан си было еврейское происхождение, он разорвал с ней отношения. Естественно, она была расстроена его бессердечным отношением. Он также пошел к назначенному нацистами ректору университета Граца Хансу Райхельту и попросил у него совета. Райхельт предложил Шрёдингеру написать письмо с заявлением его лояльности рейху и отправить его в сенат университета. Опасаясь увольнения, он согласился.

К огромному стыду Шрёдингера, его заявление о поддержке аншлюса было отправлено во все газеты рейха и опубликовано 30 марта. Зарубежные ученые вскоре узнали об этом из публикации в журнале Nature. Бывшие коллеги Шрёдингера были поражены, прочитав его «исповедь», которая звучала так, будто ее писал новоиспеченный гитлеровец. «Вплоть до последнего момента я не понимал истинную волю и… судьбу моей страны, — писал Шрёдингер. — Голос крови призывает [бывших сомневающихся] обратиться к своему народу и тем самым найти свой путь обратно к Адольфу Гитлеру»{118}.