Прямоходящие мыслители. Путь человека от обитания на деревьях до постижения мироустройства

В необычайно эмоциональном примечании к своей статье о равносильности Шрёдингер написал, что он «чувствует обескураженность, если не сказать отвращение»[398] к методам Гейзенберга, «кои представляются мне очень трудными и лишенными возможности визуализации». Отвращение, как выяснилось, было взаимным. Прочитав статью, в которой Шрёдингер представлял свою теорию, Гейзенберг написал Паули: «Чем больше я думаю над физической частью статьи Шрёдингера, тем отвратительнее она мне кажется… написанное Шрёдингером о возможности визуализации его теории – чепуха»[399].

Соперничество оказалось односторонним: метод Шрёдингера быстро стал излюбленным подходом большинства физиков – для решения большинства задач. Ряды ученых, взявшихся за квантовую теорию, быстро расширились, а применявших метод Гейзенберга – поредели.

Даже Борн, содействовавший Гейзенбергу в разработке его теории, предпочел метод Шрёдингера, а друг Гейзенберга Паули восхищался, до чего проще выводить спектр водорода с помощью уравнений Шрёдингера. Гейзенбергу это все страшно не нравилось. Бор меж тем сосредоточился на понимании соотносимости двух теорий. В конце концов британский физик Поль Дирак предложил исчерпывающее объяснение глубокой связи между ними и даже изобрел собственную гибридную математическую трактовку – как раз ее все и предпочитают ныне, – которая позволяет ловко перемещаться от теории к теории, в зависимости от конкретной задачи. К 1960 году накопилось более 100 000 статей[400], посвященных применению квантовой теории.

* * *

Вопреки любым прорывам в квантовой теории подход Гейзенберга навсегда останется в ее сердце: ученого вдохновляло желание исключить классическую картину, в которой у частиц есть траектории или пространственные орбиты, и в 1927 году он наконец издал статью, гарантировавшую ему победу в этой войне. Он раз и навсегда доказал, что, какую математическую трактовку ни применяй, дело упирается в научный принцип – мы его знаем как принцип неопределенности: представлять себе движение по-ньютоновски – без толку. Хотя взгляды Ньютона на действительность могут показаться эффективными на макроскопическом уровне, в масштабах атомов и молекул, из которых макроскопические объекты состоят, Вселенной управляют совершенно иные законы.

Принцип неопределенности регулирует, что мы можем знать в любой заданный момент времени о любой паре наблюдаемых величин – положении в пространстве и скорости[401]. Это не ограничение в методиках измерения и не предельность человеческой находчивости – это ограничение, наложенное самой природой. Квантовая теория утверждает, что предмет не имеет точных свойств – положения в пространстве и скорости, и, более того, при попытке их измерить чем с большей точностью измеряется одна величина, тем меньше точности в измерении второй.

В повседневной жизни мы, конечно же, можем – вроде бы – измерить положение в пространстве и скорость сколь угодно точно. С виду – противоречие принципу неопределенности, однако, если проделать математические расчеты по квантовой теории, обнаружится, что массы привычных предметов до того громадны, что принцип неопределенности неприменим к явлениям повседневности. Вот почему Ньютонова физика так славно применялась столько лет: границы Ньютонова завета проступили, только когда физики взялись за явления в масштабах атома.

К примеру, представим, что электроны имеют массу футбольного мяча. Тогда, если зафиксировать положение электрона с точностью до одного миллиметра в любую сторону, все равно можно измерить его скорость с точностью даже большей, чем плюс-минус одна миллиардно-миллиардно-миллиардная километра в час. Этого всяко достаточно для любых нужд, к каким мы могли бы применить эти расчеты на практике. А вот настоящий электрон, поскольку он гораздо легче футбольного мяча, – совсем другое дело. Если измерить положение настоящего электрона с точностью, соответствующей примерно размерам атома, принцип неопределенности утверждает: в этом случае скорость электрона не может быть определена точнее, чем плюс-минус тысячи километров в час, – такова разница между неподвижным электроном и движущимся со скоростью реактивного самолета. Вот где Гейзенбергу воздаяние: те самые ненаблюдаемые орбиты в атоме, описывающие точную траекторию движения электрона, как ни крути, запрещены самой природой.