Под знаком кванта - Леонид Иванович Пономарёв
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Квантовая физика родилась в лоне европейской культуры, а люди, ее создавшие,— лучшие ее представители. Эйнштейн, Борн, Гейзенберг, Эренфест, Лауэ были превосходными музыкантами, а Планк даже читал в университете лекции по теории музыки и в юности намеревался стать профессиональным пианистом. (Он руководил также хором, в котором пел молодой Отто Ган, тридцать лет спустя открывший деление урана.)
Гейзенберг, Паули, Лауэ, Шрёдингер владели древними языками, Луи де Бройль — по профессии историк, а Шрёдингер был глубоким знатоком философии и религии, особенно индийской, писал стихи и в конце жизни издал свой поэтический сборник.
Даже в научной переписке Планк и Зоммерфельд обменивались стихами.
История создания квантовой механики сохранила несколько живых воспоминаний, которые помогают представить ту обстановку напряжения и подъема, в которой люди разных национальностей, возрастов и темпераментов всего за три года построили современное здание квантовой механики.
Быть может, все началось в тот день, когда Зоммерфельд вошел в комнату, где занимался второкурсник Гейзенберг, запретил ему играть в шахматы, дал в руки фотопластинку с фотографией спектра излучения атома в магнитном поле и предложил найти закономерности в расположении спектральных линий. А может — тремя годами позже, в июне 1922 г., во время длительной прогулки Гейзенберга и Бора, который по приглашению Гёттингенского университета читал там цикл лекций по квантовой теории. Или, наконец, в конце мая 1925 г., когда ассистент Вернер Гейзенберг заболел сенной лихорадкой и по совету своего тогдашнего руководителя Макса Борна уехал отдыхать на остров Гельголанд в Северном море. Там он проделал свои знаменитые вычисления и пережил редкий душевный подъем, о чем впоследствии рассказывал: «Наконец настал вечер, когда я смог приступить к вычислению энергии отдельных членов в энергетической таблице или, как говорят сегодня, в матрице энергии. Возбуждение, охватившее меня,... мешало сосредоточиться, и я начал делать в вычислениях ошибку за ошибкой.
Окончательный результат удалось получить лишь к трем ночи. В первый момент я испугался... При мысли, что я стал обладателем всех этих сокровищ — изящных математических структур, которые природа открыла передо мной,— у меня захватило дух. О том, чтобы заснуть, нечего было и думать. Начало уже светать. Я вышел из дому и отправился к южной оконечности острова, где в море выдавалась одиноко стоящая скала... Без особого труда одолев высоту, я дождался восхода солнца на ее вершине».
Уже 5 июня, по возвращении из отпуска, он написал о своих вычислениях Кронигу, 24 июня — подробное письмо Паули, а набросок статьи отдал Максу Борну с просьбой поступить с ней по его усмотрению. Борн одобрил его идею, и 29 июля статья Гейзенберга «О квантовотеоретическом истолковании кинематических и механических соотношений» поступила в редакцию журнала. Сам Гейзенберг, по-видимому, не сразу осознал значение своей работы, поскольку, выступая 28 июля по приглашению «клуба Капицы» в Кембридже, он избрал для доклада другую тему: «О терм-зоологии и Зееман-ботанике».
Макс Борн продолжал упорно думать о смысле работы своего ассистента. «Гейзенберговское правило умножения,— вспоминал он в своей нобелевской речи,— не давало мне покоя, и через восемь дней интенсивных размышлений и проверок в моей памяти воскресла алгебраическая теория, которой учил меня профессор Розанес в Бреслау... Я никогда не забуду того глубокого волнения, которое я пережил, когда мне удалось сконцентрировать идеи Гейзенберга о квантовых условиях в виде таинственного уравнения pq — — qp = h/2ni».
Как раз в это время Борн по пути в Ганновер поделился в поезде трудностями нового исчисления с коллегой из Гёттингена. По воле случая или прихоти судьбы в том же купе ехал недавний студент Паскуаль Йордан — один из немногих
людей, знавших в то время матричное исчисление, поскольку именно он помогал Рихарду Куранту готовить к печати вышедший в 1924 г. знаменитый курс «Методы математической физики» Куранта и Гильберта. На вокзале в Ганновере Йордан представился Борну и предложил свою помощь. Это было как нельзя более кстати, поскольку Паули сотрудничать с Борном отказался и советовал ему вообще не вмешиваться в развитие событий, искренне считая, что новая наука — это «Knabenphysik», фи
зика для мальчиков (Борну в то время было 42 года — слишком много, по мнению Паули). Борн и Йордан за^ вершили свою статью к осени, вскоре к ним присоединился Гейзенберг, и совместно они дали первое последовательное изложение матричной механики (16 ноября 1925 г. их статья «О квантовой механике» поступила в редакцию журнала).
Чуть раньше, 7 ноября того же года, в редакцию поступила статья Дирака «Основные уравнения квантовой механики», в которой он предложил свое математическое оформление идей Гейзенберга. По образованию Дирак был инженером-электриком, но в годы послевоенной депрессии он не нашел работы по специальности и решил продолжить образование в Кембридже под руководством Фаулера, от которого он и узнал о статье Гейзенберга, после того как в сентябре 1925 г. Фаулер получил ее гранки от Борна.
Той же осенью Борн уехал в длительную командировку в Америку и во время пребывания там зимой 1926 г. совместно с Норбертом Винером — будущим создателем кибернетики — ввел одно из самых важных понятий квантовой механики — понятие оператора физической величины, который, в частности, может быть представлен и матрицей, как в схеме Гейзенберга.
Той же зимой Вольфганг Паули с помощью матричной механики нашел энергии уровней атома водорода и показал, что они совпадают с энергиями стационарных состояний в модели атома Бора.
Годом раньше, 29 ноября 1924 г., Луи де Бройль защитил диссертацию «Исследования по теории квантов». В 1910 г. он получил в Сорбонне звание лиценциата литературы по разделу истории, однако под влиянием брата, лекций Ланжевена по теории относительности и чтения книг Пуанкаре «Наука и гипотеза», «Ценность науки» он со всем пылом юности отдался изучению физики.
Брат Луи де Бройля Морис был признанным специалистом в физике рентгеновских лучей и много думал над их природой. Он был согласен с Уильямом Брэггом, который еще в 1912 г., сразу после открытия Лауэ и за 10 лет до опыта Комптона,
