Один из создателей квантовой механики /Окончание/

(Окончание. Начало здесь ==>>)

В январе 1937 года он познакомился с молодой девушкой Элизабет Шумахер, дочерью берлинского профессора экономики, и в апреле женился на ней. В следующем году у них родились близнецы Вольфганг и Анна-Мария. Всего у них было семь детей, некоторые из них также проявили интерес к науке: Мартин стал генетиком, Йохен физиком, а Анна-Мария и Верена физиологами. Будучи превосходным пианистом, Гейзенберг часто играл в камерных ансамблях с членами своей семьи.

К этому времени коренным образом изменилась политическая ситуация в Германии: к власти пришел Гитлер. Гейзенберг, решивший остаться в стране, вскоре подвергся нападкам со стороны противников так называемой «еврейской физики», к которой относились, в том числе, квантовая механика и теория относительности. 15 июля 1937 года в официальной газете вышла большая статья нобелевского лауреата сторонника нацистского режима Йоханнеса Штарка под названием «„Белые евреи“ в науке», в которой провозглашалась необходимость устранения «еврейского духа» из немецкой физики. На долю персонально Гейзенберга пришлись угрозы отправки в концентрационный лагерь. Несмотря на ряд приглашений из-за рубежа, поступивших ему в это время, Гейзенберг не желал покидать страну и решил договориться с правительством. Гейзенберг составил два официальных письма — в адрес Имперского министерства образования и на имя рейхсфюрера СС Генриха Гиммлера, — в которых потребовал официальной реакции на действия Штарка и его сторонников. В письмах он заявил, что если нападки официально одобряются властями, он покинет свой пост; если же нет, то ему требуется защита со стороны правительства. Благодаря знакомству матери учёного с матерью Гиммлера письмо достигло адресата, однако прошёл ещё почти год, в течение которого Гейзенберга допрашивали в гестапо, прослушивали его домашние разговоры и шпионили за его действиями, прежде чем был получен положительный ответ одного из высших руководителей Рейха. Тем не менее, должность профессора в Мюнхене была всё же отдана другому, более лояльному партии кандидату.

Тем не менее, на протяжении 1930-х — начала 1940-х годов учёный плодотворно работал над проблемами теории атомного ядра, физики космических лучей, квантовой теории поля. С 1939 года он принимал участие в деятельности немецкого ядерного проекта в качестве одного из его лидеров, а в 1942 году был назначен профессором физики Берлинского университета и руководителем Института физики Общества кайзера Вильгельма.

Готовность немецких учёных (в том числе и Гейзенберга) сотрудничать с властями и участвовать в военных разработках Третьего Рейха особенно возросла с началом Второй мировой войны, ибо сотрудничество с военными служило надёжной защитой от призыва на фронт. У согласия Гейзенберга работать на нацистское правительство была и другая сторона, следующим образом выраженная Моттом и Пайерлсом: «…разумно предположить, что он желал Германии победы в войне. Он не принимал многие аспекты нацистского режима, но он был патриотом. Желание поражения своей страны подразумевало бы намного более бунтарские взгляды, чем те, которых он придерживался.»

Во время Второй мировой войны Гейзенберг возглавлял германский проект по созданию атомной бомбы. Он не был сторонником режима Гитлера, считал себя человеком, далеким от политики, но продолжать работу в Берлинском университете он

мог, лишь работая одновременно над «оружием возмездия».

В сентябре 1941 года Гейзенберг приезжает в оккупированный нацистами Копенгаген. Гейзенберг возглавлял в то время ядерную программу Германии. В датской столице Гейзенберг встречается со старым другом и учителем Бором. Учёные встречались с глазу на глаз. После этой встречи от былой дружбы между Бором и Гейзенбергом не осталось и следа. Подробности беседы двух учёных не известны, а её трактовки сильно отличаются. По словам самого Гейзенберга, он хотел узнать мнение своего учителя о моральном аспекте создания нового оружия, однако, поскольку не мог говорить открыто, Бор его неправильно понял. Датчанин дал совсем иную интерпретацию этой встречи. У него создалось впечатление, что немцы интенсивно работают над урановой темой, а Гейзенберг хотел разузнать, что он об этом знает. Более того, Бор считал, что его гость предложил ему сотрудничать с нацистами.

В 1942 году Гейзенберг докладывал комитету, возглавляемому министром вооружения Шпеером, о работе над «урановым проектом»: «Я сообщил, что создать атомный реактор возможно. Я не упомянул, что это позволит производить плутоний, поскольку мы хотели, чтобы таким вещам придавали как можно меньше значения». Достигнутый компромисс между Гейзенбергом и нацистским руководством историк физики Дэвид Кэссиди назвал «фаустовской сделкой».

Незадолго перед появлением американских войск Гейзенберг отправился на велосипеде в баварскую деревню близ Урфельда, где находилась его семья и где его вскоре отыскали союзники. В июле 1945 года в числе десяти крупнейших немецких учёных, имевших отношение к нацистскому ядерному проекту, он был интернирован в поместье Фарм-Холл недалеко от Кембриджа.

За физиками, находившимися здесь в течение полугода, было устроено постоянное наблюдение, а их разговоры записывались при помощи скрытых микрофонов. Эти записи были рассекречены британским правительством в феврале 1992 года и являются ценным документом по истории германского ядерного проекта. Вскоре после окончания мировой войны началась бурная дискуссия о причинах неудачи немецких физиков в создании атомной бомбы. Дискуссии продолжаются до сих пор и пока далеки от завершения.

О своей работе во время Второй мировой войны Гейзенберг говорил: «После открытия расщепления ядра Отто Ганом в 1938 году следствием войны оказалось то, что я вместе с моими сотрудниками должен был заниматься конструированием атомных реакторов. Несмотря на то что вначале я был далёк от такой задачи, мой интерес в высшей степени возбудила открытая атомной физикой возможность получения огромных атомных источников энергии. Я считаю, что немецким физикам очень повезло в том, что ход войны и действия правительства исключали любую серьезную попытку изготовления атомного оружия и тем самым избавляли физиков от тяжелой ответственности за подобное деяние».

Хотя Гейзенберг по праву считается сегодня одним из величайших физиков современности, он в то же время подвергается критике за многие его поступки после прихода к власти Гитлера. Гейзенберг никогда не был членом нацистской партии, однако он занимал высокие академические должности и был символом немецкой культуры на оккупированных территориях. С 1941 по 1945 год Гейзенберг был директором института физики кайзера Вильгельма и профессором Берлинского университета. Не раз отвергая предложения эмигрировать, он возглавил основные исследования по расщеплению урана, в которых был заинтересован Третий рейх.

После окончания войны учёный был арестован и отправлен в Англию. Гейзенберг давал различные объяснения своим действиям, которые ещё больше способствовали падению его репутации за границей. Верный сын своей страны, Гейзенберг, которому удалось проникнуть в тайны природы, не сумел разглядеть и понять глубину трагедии, в которую была ввергнута Германия.

В начале 1946 года полковник Блаунт, член научного отдела военного правительства британской оккупационной зоны, пригласил Гейзенберга и Отто Гана в Гёттинген, с которого должно было начаться возрождение науки в разрушенной Германии. В 1946 году он вернулся в Гёттинген, где занял должность профессора в университете и стал директором Института Макса Планка.

Гейзенберг много внимания уделял организационной работе сначала в рамках Совета по науке, а затем Общества Макса Планка, пришедшего на смену Обществу кайзера Вильгельма. В 1949 году, после создания ФРГ, Гейзенберг стал первым президентом Немецкого научно-исследовательского сообщества, которое должно было осуществлять содействие научной работе в стране. В качестве главы Комитета по атомной физике он стал одним из инициаторов начала работ по ядерным реакторам в Германии.

В то же время Гейзенберг выступал против приобретения страной ядерного оружия, которое планировалось правительством Аденауэра. В 1955 году он сыграл активную роль в появлении так называемой Декларации Майнау, подписанной шестнадцатью нобелевскими лауреатами, а спустя два года — Гёттингенского манифеста восемнадцати немецких учёных. В 1958 году он подписал обращение с призывом запретить ядерные испытания, инициированное Лайнусом Полингом и адресованное генеральному секретарю ООН. Отдаленным итогом этой деятельности стало присоединение ФРГ к Договору о нераспространении ядерного оружия.

Гейзенберг активно поддерживал создание ЦЕРН, участвуя в работе ряда его комитетов. В частности, он был первым председателем Комитета по научной политике и занимался определением направлений развития ЦЕРН. Одновременно Гейзенберг занимал должность директора Физического института Общества Макса Планка, который в 1958 году переехал из Гёттингена в Мюнхен и был переименован в Институт физики и астрофизики. Учёный возглавлял это учреждение до выхода в отставку в 1970 году. Он использовал своё влияние для открытия новых институтов в рамках Общества — Исследовательского центра в Карлсруэ (сейчас в составе Университета Карлсруэ), Института физики плазмы, Института внеземной физики. В 1953 году он стал первым послевоенным президентом Фонда Александра фон Гумбольдта, направленного на содействие иностранным учёным, желающим поработать в Германии. Этот пост он занимал на протяжении двух десятков лет.

Несмотря на многочисленные административные и общественные обязанности, учёный продолжал свою научную работу, в последние годы основное внимание уделяя попыткам построения единой теории поля, которая должна была бы объединить все типы фундаментальных частиц. В послевоенное время, в условиях нарастающего количества вновь открываемых элементарных частиц, встала проблема их описания при помощи как можно меньшего числа полей и взаимодействий, в простейшем случае — единственного поля (тогда можно говорить о «единой теории поля»). Начиная примерно с 1950 года, проблема поиска верного уравнения, описывающего это единое поле, стала основной в научном творчестве Гейзенберга. (Эта задача не решена до сих пор.)

После выхода в отставку Гейзенберг выступал в основном по общим или философским вопросам естествознания. 25 апреля 1958 г., выступая на заседании в Берлине по случаю столетия со дня рождения М. Планка, Гейзенберг представил присутствующим уравнение, которое, по его словам, выглядит "таким образом, как будто бы оно выражает все известные свойства элементарных частиц и является истинным уравнением материи".

Н. Бор отнёсся к теории Гейзенберга с недоверием и именно по её поводу были сказаны его знаменитые слова, что эта теория "недостаточно безумна", чтобы быть верной.

Гейзенберг был награжден золотой медалью Барнарда «За выдающиеся научные заслуги» Колумбийского университета (1929), золотой медалью Маттеуччи Национальной академии наук Италии (1929), медалью Макса Планка Германского физического общества (1933), бронзовой медалью Национальной академии наук США (1964), международной золотой медалью Нильса Бора Датского общества инженеров-строителей, электриков и механиков (1970). Он был удостоен почётных степеней университетов Брюсселя, Будапешта, Копенгагена, Загреба и Технического университета в Карлсруэ, состоял членом академий наук Норвегии, Геттингена, Испании, Германии и Румынии, а также Лондонского королевского общества, Американского философского общества, Нью-Йоркской академии наук. Королевской ирландской академии и Японской академии.

В 1975 году его здоровье стало ухудшаться, и 1 февраля 1976 года учёный скончался в Мюнхене в возрасте семидесяти четырёх лет от рака почки и жёлчного пузыря. У него остались жена и семеро детей.

Гейзенберг является автором ряда фундаментальных результатов в квантовой теории: он заложил основы матричной механики, сформулировал соотношение неопределённостей, применил формализм квантовой механики к проблемам ферромагнетизма, аномального эффекта Зеемана и прочим. В дальнейшем активно участвовал в развитии квантовой электродинамики (теория Гейзенберга — Паули) и квантовой теории поля (теория S-матрицы), в последние десятилетия жизни предпринимал попытки создания единой теории поля. Ряд работ посвящён также физике космических лучей, теории турбулентности, философским проблемам естествознания.

Известный физик Юджин Вигнер писал: «Нет такого живущего физика-теоретика, который сделал больший вклад в нашу науку, чем он. В то же время он был доброжелателен со всеми, лишён высокомерия и составлял приятную компанию.»

В день памяти Гейзенберга его ученики и коллеги собираются послушать органную музыку, которую он так любил. Старинный инструмент, на котором часто играл и сам Гейзенберг, звучит в этот день особенно торжественно.

Однажды он сказал:

• Когда спрашивают, в чём, собственно, заключалось великое достижение Христофора Колумба, открывшего Америку, то приходится отвечать, что дело не в идее использовать шарообразную форму Земли, чтобы западным путем приплыть в Индию: эта идея уже рассматривалась другими. Дело было не в тщательной подготовке экспедиции, не в мастерском оснащении кораблей, что могли осуществить опять-таки и другие. Но наиболее трудным в этом путешествии-открытии, несомненно, было решение оставить всю известную до сих пор землю и плыть так далеко на запад, чтобы возвращение назад с имеющимися припасами было уже невозможно.

• "Понимать" - это, по-видимому, означает овладеть представлениями, концепциями, с помощью которых мы можем рассматривать огромное множество различных явлений в их целостной связи, иными словами, "охватить" их.

• Мне кажется, — примерно так отвечал я, — что для Планка религия соединима с естествознанием потому, что они, по его мнению, относятся к совершенно разным областям действительности. Естествознание имеет дело с объективным материальным миром. Оно ставит перед нами задачу сформулировать правильные высказывания об этой объективной действительности и понять существующие в ней связи. Религия же имеет дело с миром ценностей. Она говорит о том, что должно быть, что мы должны делать, а не о том, что есть. В естествознании речь идет об истинном и неистинном, в религии — о добре и зле, о ценном и не имеющем ценности. Естествознание есть основа технически целесообразного действия, религия есть основа этики.

С этой точки зрения конфликт между обеими сферами, начавшийся в XVIII в., покоится на недоразумении, которое возникает, когда образы и символы религии мы истолковываем как естественнонаучные утверждения, что, конечно, бессмысленно. Согласно такому воззрению, которое я хорошо усвоил еще в родительском доме, две эти сферы порознь соотнесены с объективной и субъективной сторонами мира. Естествознание в известном смысле есть тот способ, каким мы подходим к объективной стороне действительности, каким мы анализируем её. Напротив, религиозная вера есть выражение личностного выбора, когда мы устанавливаем для себя ценности, в соответствии с которыми упорядочиваем своё жизненное поведение. Как правило, мы делаем этот выбор, сообразуясь с той общностью, к которой мы принадлежим, будь то семья, народ или наш культурный круг.

Сильнейшим образом влияет на наш выбор воспитание и среда. Однако в конечном счете он субъективен и потому не подлежит критерию «истина или ложь». Если я правильно понимаю Макса Планка, он использовал свою свободу выбора, недвусмысленно приняв решение в пользу христианской традиции. Его образ мысли и поступки, включая особенно отношения с людьми, идут, безусловно, в русле этой традиции, и тут никто не может отказать ему в уважении. Таким образом, обе сферы, объективная и субъективная стороны мира, у него четко разъединены — но я должен признаться, что мне такое разделение немного не по душе. Я сомневаюсь, что человеческие общества могут долгое время жить с таким резким отграничением знания от веры.

• Если мы хотим сравнить результаты современной физики частиц с идеями любого из старых философов, то философия Платона представляется наиболее адекватной: частицы современной физики являются представителями групп симметрии, и в этом отношении они напоминают симметричные фигуры платоновской философии.

• Первый глоток из стакана естествознания делает атеистом, но на дне стакана ожидает Бог.

• Только немногие знают, как много надо знать, чтобы понять, как мало знаешь.

• Физика рождается в общении.

• Сложнее всего говорить обычным языком о квантовой теории. Непонятно, какие слова нужно употреблять вместо соответствующих математических символов. Ясно только одно: понятия обычного языка не подходят для описания строения атома.

• Красота природы отражается в красоте наук о природе.

• Опыты, определяющие какую-нибудь физическую величину, делают в то же время недействительным ранее добытое знание других величин, так как они влияют неконтролируемым образом на измеряемую систему и тем самым изменяют ранее известные величины.

• ...Почти каждый новый шаг в развитии естествознания достигается ценой отказа от чего-либо предшествующего... Таким образом, по мере расширения знаний у ученых в известной степени уменьшаются притязания на полное «познание» мира.

• Науку делают люди.

• ...Вряд ли можно продвинуться в современной атомной физике, не зная греческой философии.

• ...Понятие возможности, которое играет решающую роль в философии Аристотеля, в современной физике снова заняло центральное положение. Математические законы квантовой теории можно рассматривать просто как количественную формулировку аристотелевских понятий «дюнамис» или «потенция».

• В первую очередь надо сосредоточить свое внимание на расплывчатых границах физики со смежными сферами науки и на ином способе образования понятий. К таким пограничным сферам относятся математика, теория информации и философия, и в будущем, обсуждая очередное научное завоевание, мы, видимо, не всегда сможем без затруднения решать, идет ли здесь речь об успехе физики, теории информации или философии...

Рассказывают, что ...

• Получив Нобелевскую премию, Гейзенберг прежде всего позвонил маме:

• Мама, поздравляю тебя с тем, что ты имеешь такого сына. Я только что получил Нобелевскую премию!

• В ранней юности Гейзенберг увлёкся древними греками. У древних философов он решил искать точку опоры при разре¬шении волновавшего его уже тогда вопроса: как познать за¬коны, управляющие поведением атомов.

Вера в простую математическую сущность всех закономерных взаимосвязей природы стала для него путеводной звездой в дебрях научного поиска.

• Кто-то очень хорошо сказал, что современный физик по понедельникам, средам и пятницам - специалист по квантовой теории, а по вторникам, четвергам и субботам - по теории относительности; в воскресенье он уже совсем не специалист, а просто грешник, истово молящийся богу, чтобы он кого - нибудь вразумил, желательно, конечно, его самого, и помог как-нибудь примирить эти две теории.

*В письме Эрвину Шрёдингеру от 23 октября 1926 года Вильгельм Вин писал: «Гейзенберг принадлежит к тем юным физикам, которые настроены исключительно на теорию и об экспериментах не имеют ни малейшего понятия.»

• «Реактивные самолеты, электронные вычислительные машины, летающие на Луну ракеты, атомные бомбы... Мир, которого Гёте надеялся избежать, стал нашей действительностью, и понимание того, что партнёр Фауста тоже приложил к этому руку, только усугубляет наши трудности. К тому же мы ещё не достигли конца этого пути. Вероятно, недалеко то время, когда в процесс развития техники будет полностью вовлечена и биология. Возможность выращивать людей, предназначенных к заранее заданной роли, возможность с предельной целесообразностью организовать жизнь на земле и тем самым лишить её всякого смысла, доведена с ужасающей последовательностью до абсурда» (В. Гейзенберг, «Картина природы у Гёте и научно-технический мир»).

• Когда-то ходил такой анекдот. Один физик жалуется другому: "У меня с женой соотношение неопределенностей: когда я знаю, куда она ушла, то не знаю с кем, а когда знаю, с кем, то не знаю куда". Эта шутка довольно точно отражает суть соотношения между координатой и импульсом элементарной частицы, открытого Вернером Карлом Гейзенбергом.

*Гейзенберг впервые представил чётко сформулированный вывод о наиболее глубоком следствии из принципа неопределённости, связанном с отношением к классическому понятию причинности.

Принцип причинности требует, чтобы каждому явлению предшествовала единственная причина. Это положение отрицается принципом неопределённости, доказываемым Гейзенбергом. Причинная связь между настоящим и будущим теряется, а законы и предсказания квантовой механики имеют вероятностный, или статистический, характер.

*В книге “Физика и философия” Гейзенберг констатирует четыре существующие в современной физической науке “замкнутые системы” известным образом связанных понятий, определений и аксиом, каждая из которых описывает определённую область явлений природы. Первая система – механика Ньютона, включающая статику, акустику, аэродинамику, небесную механику и т. д. Вторая система сформировалась в связи с теорией теплоты. Третья система выведена из электрических и магнитных явлений. Четвёртая система – квантовая теория, охватывающая квантовую механику, теорию атомных спектров, химию, теорию проводимости и т. д. Кроме того, отмечается возможность существования пятой замкнутой системы понятий, которая будет построена в связи с созданием теории элементарных частиц.

*Как подчеркивает Гейзенберг, классическая физика строилась на следующем основном положении: существуют объективные события, происходящие во времени и пространстве и не зависящие от наблюдателя и его измерений. Познание этих объективных событий, совершающихся в реальных пространстве и времени, и составляет сущность науки. В целом эта характеристика классической физики правильна. Действительно, материалистическая теория познания стихийно принимается всем естествознанием, в том числе и классической физикой.

Однако Гейзенберг утверждает, что положение изменилось с возникновением атомной физики и в особенности квантовой механики. Эти новые физические теории привели якобы к созданию совершенно “нового способа мышления”, неизбежным следствием которого является отказ от признания объективности пространства и времени, отказ от принципа причинности. Гейзенберг ставит вопрос – должен ли ученый раз и навсегда отказаться от мысли об объективности событий во времени и пространстве или же этот отказ можно рассматривать как некий “переходящий кризис”, от которого наука в дальнейшем избавится? На этот вопрос он отвечает с полной решительностью: такой отказ должен быть окончательным; никогда и никакие эксперименты уже не вернут науку на путь признания объективности явлений, пространства и времени. Стремление понимать явления природы как объективные, он сравнивает с донаучными попытками людей, считавших Землю плоским диском ограниченного размера, найти “край мира”. Как нет “края мира”, так будто бы и нет объективных явлений, независящих от наблюдателя!

*В 1944 году Управление стратегических служб (на основе которого было создано ЦРУ) отправило агента по имени Мо Берг на лекцию Гейзенберга в Цюрихе (Швейцария, как известно, во время войны сохраняла нейтралитет), Берг был спортсменом, звездой бейсбола, знал немецкий (и ещё несколько языков), а ещё разбирался в физике. По содержанию лекции он должен был понять, сколь сильно продвинулась Германия в разработке атомной бомбы. В случае, если вывод оказался бы положительным, инструкция предписывала застрелить Гейзенберга. Берг просидел всю лекцию, сжимая пистолет в руке, но Гейзенберг благоразумно обошёл эту тему стороной и таким образом счастливо избежал смерти.