Текст книги "Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания"

Автор книги: Пол Хэлперн

сообщить о нарушении

Текущая страница: 20 (всего у книги 26 страниц)

Глава 7.
ФИЗИКА И СВЯЗИ С ОБЩЕСТВЕННОСТЬЮ

 
В семействе почтеннейшем Штейн
Гертруда была, Эп и Эйн.
Романы Гертруды – заумны,
Эпа статуи – просто безумны,
И не понят был всеми Штейн Эйн.
 

Автор неизвестен, публикация в журнале Time от 10 февраля, 1947 г.^{158},[14]14
  Гертруда Стайн – американская писательница и критик. Автор произведений в стиле «потока сознания». Джейкоб Эпстайн – американский скульптор. Автор скульптурных портретов, религиозно-аллегорических композиций. – Примеч. пер.


[Закрыть] 

После окончания войны образ Эйнштейна в глазах общественности заметно усложнился. По иронии судьбы в общественном сознании его научная деятельность прочно ассоциировалась с бомбардировками Хиросимы и Нагасаки. И это несмотря на то, что у него даже не было разрешения на участие в атомном проекте. Тот факт, что масса превратилась в энергию в результате ядерных взрывов, прочно связал образ ядерного гриба с теорией относительности. Даже сегодня все еще существует миф о том, что Эйнштейн был «отцом атомной бомбы». Если до войны Эйнштейн считался блестящим ученым, то после нее он, казалось, получил еще и лавры супергероя.

Отголоском этого образа стал странный слух, растиражированный в популярной газетной колонке Уолтера Уинчелла 23 мая 1948 года под названием «Ученые создают световой луч, способный расплавить стальную глыбу». Он уверял миллионы своих читателей, что Эйнштейн совместно с десятью бывшими нацистскими учеными разрабатывает сверхмощный луч смерти. По его словам, «11 ученых (во главе с Эйнштейном), одетые в асбестовые костюмы, наблюдали луч света… Стальной блок размером 20 на 20 дюймов растаял также быстро, как быстро вы щелкаете дома выключателем… Это новое секретное оружие может быть установлено на самолетах и способно разрушать целые города»^{159}.

Судя по личному делу Эйнштейна, заведенному ФБР и недавно опубликованному в соответствии с Законом о свободе информации, эта утка была воспринята достаточно серьезно. Чтобы ее опровергнуть, разведывательному подразделению армии США пришлось рапортовать, что «эта информация в действительности лишена всякого основания… невозможно разработать подобную машину, которая была бы эффективна на расстоянии более нескольких футов»^{160}.

Также ФБР опасалось, что Эйнштейн может перейти на сторону Советского Союза. Можно предположить, что отчасти этот страх был вызван опасениями, что Эйнштейн может увезти с собой тщательно охраняемые ядерные секреты. Подобного рода подозрения, конечно же, были безосновательны, поскольку он никогда не имел доступа к работе над атомной бомбой и ничего не знал о специфике ее производства.

Как ни странно, но ФБР, по-видимому, не знало о романтической связи между Эйнштейном и Маргаритой Конёнковой, которая якобы была советской разведчицей. Эйнштейн познакомился с Конёнковой в 1935 году, когда ее муж, известный скульптор Сергей Конёнков, работал над бюстом Эйнштейна для Института перспективных исследований. В какой-то момент у них завязался роман, который продолжался до конца войны. Историки узнали об их отношениях в 1998 году, когда любовные письма Эйнштейна Конёнковой, датированные 1945–1946 годами, всплыли на аукционе^{161}. Предвосхищая моду на создание общего имени (как звездная пара Брэд Питт и Анджелина Джоли, известная как «Бранджелина»), Альберт и Маргарита придумали для себя прозвище «Альмар». Примерно в то же время, когда стало известно о существовании этих писем, бывший советский разведчик заявил, что Конёнкова была русской Матой Хари, встречалась с Эйнштейном, чтобы заполучить секреты атомной программы США. Она действительно познакомила его с советским вице-консулом в Нью-Йорке. Тем не менее на сегодняшний день нет убедительных доказательств того, что она была шпионкой. Не говоря уже о том, что она не могла заставить Эйнштейна раскрыть какие-либо военные секреты, поскольку он их попросту не знал. К счастью, история не стала известна желтой прессе – Эйнштейн был уже достаточно недоверчив к СМИ.

Эйнштейн продолжал давать газетам множество поводов для выставления его в нелепом свете. Свое презрение к прессе он выразил в ответе на вопрос одной швейцарской газеты о том, что он может рекомендовать почитать молодым людям, следующим образом: «Человек, который читает только газеты… напоминает мне очень недальновидного человека, который стыдится носить очки. Он полностью зависит от суждений и моды своего времени и больше ничего не видит и не слышит»^{162}.

Но ничто на свете не подготовило бы Эйнштейна к той волне интереса к его персоне, которая началась после того, как из Дублина пришла новость о том, что Шрёдингер, по-видимому» смог превзойти его в создании единой теории поля. Чтобы восстановить истинное положение вещей, он вынужден был противостоять пытливым журналистам. По крайней мере, отчасти шквал сообщений в прессе объяснялся тем, что в ситуации был замешан сам де Валера.

В долгий период тяжелой экономической ситуации, который переживала Ирландия, Дэв надеялся, что DIAS, его Олимп мысли, будет освещать его путь. Шрёдингеру, как звездному игроку, нужно было наращивать количество побед для ирландской науки. Ирландская пресса считала своим долгом болеть за хозяев и трубить о каждом достигнутом успехе. Ведь политическая оппозиция не дремала и была готова воспользоваться любым подвернувшимся поводом. Внимательно наблюдая за каждой оплошностью, она была жадна до сенсаций и с нетерпением поджидала своего часа.

Заходящая звезда Дэва

В послевоенный период, после более чем десяти лет у власти, звезда премьер-министра стала закатываться. Массовая безработица, введение карточной системы на продукты и отток людей из страны, напоминавший времена картофельного голода[15]15
  Ирландский картофельный голод (или Великий голод в Ирландии) произошел в 1845–1849 годах. Голод был вызван массовым заражением картофельных посевов патогенным грибом Phytophthora infestans. – Примеч. пер.


[Закрыть], еще больше усиливали ощущение, что он далек от проблем народа. Новая социал-демократическая партия «Республиканский клан» (Clann na Poblachta) стала публично дистанцироваться от «Фианна Файл». Дебаты в палате представителей Ирландии становились все более непристойными, члены парламента горячо критиковали политику правительства и постоянно напоминали де Валера о его должностных обязанностях.

Де Валера оставался сильно связанным с DIAS. Он и его партия по-прежнему приводили основание DIAS в качестве своего основного достижения, несмотря на недостаточную очевидность того, что он достиг своей цели – всемирной известности и авторитета. Например, во время всеобщих выборов в Ирландии 1948 года его партия привела основание Дублинского института в числе одного из своих достижений^{163}.

На фоне социальных волнений де Валера и руководство DIAS приняли решение расширить свою миссию и учредить факультет космической физики. Хотя добавление новых программ находилось в рамках полномочий института, де Валера понимал, что ему придется запросить у парламента дополнительное финансирование на новый факультет. Его попытка увеличить расходы во время жесткого дефицита была встречена крайне негативно. В ходе парламентских дебатов, состоявшихся 13 февраля 1947 года, особенно отличился Джеймс Диллон, депутат консервативной партии «Фине Гэл», громкий критик администрации де Валера.

«Я считаю, что все это делается с целью создания дешевой и сомнительной рекламы дискредитировавшей себя администрации, – пояснил Диллон. – Я вспоминаю “Жизнь де Валера” [в которой] он писал, что политика была для него невыносимым испытанием: что на самом деле его счастье было в том, чтобы оставить все мирские дела и свободно погрузиться в высшие сферы математики, где мало кто смог бы последовать за ним. Это спектакль, которым он нас до сих пор развлекает, а также себя и того космического физика, который сидит на площади Меррион, погружаясь в космический эфир, в то время как невежды консервативной партии (“Фине Гэл”), и аграрной партии (“Клан на Талман”), и лейбористской партии занимают себя проблемами пенсионеров и коров и прочими малодостойными проблемами подобного рода»^{164}.

При этом достоверно неизвестно, на кого именно ссылается Диллон, говоря: «Космический физик, который сидит на площади Меррион», – на Шрёдингера или кого-то еще. Но независимо от того, кто именно, помимо де Валера, был мишенью для его колких замечаний, DIAS явно был не в фаворе из-за его избранности. Шрёдингер столкнулся с огромным давлением: он должен был доказать, что оправдывает свое жалованье и расходы на офис во время острого кризиса.

Асимметричное товарищество

Беседы о волновой механике в начале 1920-х годов, долгие прогулки в окрестностях Капута в конце тех же 1920-х и бурные споры о квантовой философии в середине 1930-х делали отношения Эйнштейна и Шрёдингера с годами все более близкими и дружескими. Переписка о единой теории поля в начале 1940-х годов обозначила общие интересы, которые объединили их еще сильнее. Однако временем наибольшего единства их теоретических интересов и методов исследования стал период с января 1946-го по январь 1947 года. В это время каждый из них пытался создать расширенную общую теорию относительности, исключив условия симметрии. Они практически в унисон искали единство. Их идеи отличались лишь незначительными деталями. В течение этого года они практически во всех смыслах были коллегами, за исключением того, что не публиковали совместных статей. Но очень скоро их сотрудничество резко оборвалось, когда Шрёдингер, находясь отчасти под давлением необходимости поддержать Дэва, заявил о победе над Эйнштейном на своем впечатляющем докладе в Ирландской королевской академии.

Почему Шрёдингер внезапно вышел из дуэта и стал работать самостоятельно? Хотя их теоретические интересы были одинаковыми, в жизненных ситуациях Эйнштейна и Шрёдингера в то время наблюдалась явная асимметрия. Эйнштейна мало волновало одобрение начальства. К тому моменту руководство принстонского Института перспективных исследований и физическое сообщество в целом относились к нему как к реликвии (больше для шоу, чем для научных исследований), и он сам это хорошо понимал. Ему также не приходилось беспокоиться о своей научной продуктивности и обеспечении семьи, поскольку Эльза давно умерла. Скорее, это был его собственный «внутренний контролер», который вел бесконечную борьбу, не давая ни минуты покоя.

Шрёдингер, в свою очередь, чувствовал, что ему все еще нужно проявить себя, оправдать жалованье и, может быть, заработать еще больше. Его известная лекция «Что такое жизнь?», упоминавшаяся в международной прессе, укрепила его авторитет. Если бы он сделал что-то подобное тому, что делал Эйнштейн, это помогло бы еще больше. Поэтому он сосредоточился на том, что делал Эйнштейн, и на том, может ли он это сделать лучше. Он стал кем-то вроде ученика мастера боевых искусств, внимательно наблюдающим за каждым его движением, пытающимся повторить каждый его шаг и страстно мечтающим однажды его превзойти.

Не то чтобы Шрёдингер был абсолютно беспринципным человеком. Он был искренне заинтересован в этом проекте, который хорошо сочетался с его математическим талантом. Последнее, чего бы он хотел, – это подвести Эйнштейна или предать его. Он думал, что сможет каким-то образом произвести впечатление на Д эва и покровителей института, не навредив лично Эйнштейну. До самого последнего момента он не понимал, что его заявление об успехе поставит в неловкое положение и даже оскорбит его лучшего друга.

Из переписки обоих ученых мы можем проследить, как развивались их идеи. 22 января 1946 года Эйнштейн отправил Шрёдингеру письмо со своими соображениями насчет того, как можно обобщить теорию относительности, сохранив несимметричные компоненты метрического тензора. Это была работа, которую он только что завершил в сотрудничестве со Штраусом. Напомним, что метрический тензор задает способ измерения расстояний в пространстве-времени, то есть расширение теоремы Пифагора для искривленных пространств. Его можно записать в виде матрицы размером 4x4 с шестнадцатью компонентами. Как правило, из-за симметрии этой матрицы только десять ее компонент являются независимыми. Однако Эйнштейн решил отказаться от требования симметричности метрического тензора, восстановив оставшиеся шесть компонент в статусе независимых величин. Он полагал, что дополнительные независимые компоненты метрического тензора можно будет использовать для описания электромагнитного поля, аналогично тому, как он раньше пытался это сделать с помощью введения дополнительных измерений.

Эйнштейн указал Шрёдингеру на то, что Паули выдвинул возражения по поводу его нового метода. Паули вообще не нравилась идея смешивания симметричных и несимметричных компонент. Он полагал, что система не будет преобразовываться должным образом и поэтому будет нефизичной. Вторя библейскому стиху, Паули однажды сказал Вейлю: «Что Бог соединил, человек да не разъединяет»^{165}.

«Паули показал мне язык», – пожаловался Эйнштейн Шрёдингеру^{166}.

Что в этом было нового? Паули реагировал критикой на каждую новую гипотезу Эйнштейна. К глубокому сожалению Эйнштейна, каждый раз Паули оказывался прав. Но, может, в этом случае «Бич Божнй» каким-то образом что-то упустил? Эйнштейн хотел получить от Шрёдингера консультацию по этому вопросу.

19 февраля Шрёдингер написал ответное письмо с некоторыми предложениями. Он показал, как выразить метрический тензор таким образом, чтобы «Паули прекратил показывать язык»^{167}. Он также предложил Эйнштейну включить мезонные поля (поля сильного взаимодействия), сделав тем самым объединение фундаментальных взаимодействий более полным.

Мезонное поле оказалось для них камнем преткновения. Эйнштейн не хотел усложнять теорию дополнительным взаимодействием. Он считал, что достаточно будет найти математически обоснованную теорию гравитации и электромагнетизма, в которой бы отсутствовали уже успевшие всем надоесть сингулярности. Для Шрёдингера объединения всего двух из трех фундаментальных взаимодействий было недостаточно. Он хотел сделать хет-трик, чтобы победить все известные силы природы. Всю весну они много спорили об этой проблеме, но каждый был упрям и несгибаем.

С другой стороны, в один прекрасный момент Шрёдингер почувствовал, что попытка Эйнштейна разработать теорию без сингулярностей, которая бы полностью описывала поведение электронов, слишком амбициозна. Верный своему стилю, он обратился к метафоре для описания своих чувств. «Вы затеяли охоту на крупную дичь, как говорят англичане, – писал он Эйнштейну 24 марта. – Вы охотитесь на льва, а я же пока говорю о кроликах»^{168}.

Подарок от чертовой бабушки

Несмотря на различия в подходах, Эйнштейн и Шрёдингер продолжали сближаться. Седьмого апреля Эйнштейн начал свое письмо с возвышенного комплимента: «Эта переписка приносит мне большое удовольствие, потому что Вы мой ближайший брат и Ваш мозг устроен так же, как и мой»^{169}.

Шрёдингер был взволнован и польщен тем, что стал таким доверенным лицом. Невозможно представить более блестящую похвалу для физика, чем слова, что его мозг работает, как у Эйнштейна. Ничто не может быть восхитительнее, чем подобные слова от такого великого человека. В другом месте Эйнштейн назвал Шрёдингера «смышленым шельмецом», чем раздул его самомнение еще сильнее.

В своей обширной переписке (они обменивались подробными письмами раз или два в месяц) ученые нередко смеялись над трудностями, с которыми сталкивались. Чаще всего они использовали выражение «подарок от чертовой бабушки», как однажды обозвал Эйнштейн математическую проблему, над которой они бились.

Эйнштейн имел в виду колдовской сглаз (в смысле закрадывающееся ощущение, что он обречен на провал), и Шрёдингер нашел это выражение забавным.

В ответ Шрёдингер предложил собственную историю. «Давно меня ничто так не смешило, как “подарок от чертовой бабушки” – писал он. – В предыдущих фразах вы в точности описали Голгофу, на которую я пошел лишь для того, чтобы завершить дело, возможно, с таким же бесполезным результатом, как и Вы»^{170}.

Эйнштейн ответил: «Ваше последнее письмо было необычайно интересным. Я был чрезвычайно тронут вашим энтузиазмом в отношении “чертовой бабушки”»^{171}.

Оба они постоянно сталкивались с математическими демонами. Одной из проблем, досаждавших физикам, было понятие общей ковариантности. Важной особенностью общепринятой формулировки общей теории относительности является идеальное требование того, чтобы простые преобразования координат (такие, как вращения системы координат) не влияли на результаты физических измерений. Однако в некоторых расширениях общей теории относительности такая инвариантность отсутствует. Одни компоненты преобразуются там иначе, чем другие, что делает теорию далекой от идеала. Это как если взять легковой автомобиль с жилым автоприцепом и надеяться, что при повороте направо прицеп последует за ним в том же темпе, иначе произойдет авария и автопоезд расцепится.

К концу 1946 года два физика были так близки, что Шрёдингер пытался убедить Эйнштейна переехать в Ирландию. Для совместной работы такие условия были бы идеальными. Но Эйнштейн вежливо отказался, написав: «Старому растению не место в новом горшке»^{172}.

Примерно в январе 1947 года Шрёдингеру удалось добиться того, что он посчитал крупным прорывом. Он нашел (или думал, что нашел) простой лагранжиан, который хорошо сочетался с его единой теорией и из которого можно было получить полевые уравнения для гравитации, электромагнетизма и мезонных полей.

Взволнованный этим открытием, он подготовил доклад для Ирландской королевской академии, чтобы представить его на собрании 27 января.

Речь всей жизни

Зима 1947 года в Ирландии была очень суровой. Из-за сильных морозов и снегопадов острая нехватка топлива переживалась еще более болезненно. Популярность правительства сильно упала, что неудивительно. К концу января в Дублине установилась довольно низкая температура и пошел легкий снежок. И дальше погода только ухудшалась.

Несмотря на то что снег практически полностью покрыл город, велосипедисты продолжали ездить по центральным улицам. Шрёдингера не страшила погода, поскольку у него была миссия, которую он намеревался завершить. На своем велосипеде вдоль Доусон-стрит, большой магистрали, параллельной главной улице Дублина Графтон-стрит, он прибыл в академию с «ключом ко Вселенной» в рюкзаке: простой комбинацией символов, которая умещалась на клочке бумаги размером с почтовую марку, но которую он считал лагранжианом, описывающим всё во Вселенной. Подставьте этот лагранжиан в уравнения движения, разработанные Гамильтоном, и вы увидите, как чудесным образом появляются все силы природы.

Дух Гамильтона часто посещал это величественное кирпичное здание. В 1852 году, когда Академия переехала на Доусон-стрит, 9, Гамильтон был ведущим ученым и мыслителем Ирландии и присутствовал на всех заседаниях академии. Интересуясь связью между временем и пространством, он восхищался тем, как физики объединяют их в своих математических теориях. Как он однажды заметил, «из символов спрясть бы такую нить, чтоб ею пространство и время сшить»^{173}.

Конференц-зал академии, спроектированный известным архитектором Фредериком Кларендоном, был воплощением элегантности. Огромные люстры, свисавшие с высокого потолка, дополняли слабое освещение от высоких окон, расположенных над балконами.

Стоявшие вдоль стен книжные шкафы, напоминая членам академии о значимости научного наследия прошлого, ломились от увесистых фолиантов. Каждый курс лекций, тщательно записанный для потомков в изданиях трудов академии, также пополнял коллекцию библиотеки.

Премьер-министр занял свое место в зале вместе с приблизительно двадцатью другими участниками, включая студентов и профессоров. Без сомнения, он был счастлив находиться здесь, а не в Дойле перед лицом возмущенной оппозиции. Его присутствие практически гарантировало освещение доклада в прессе. Репортеры Irish Press и Irish Times, предупрежденные о том, что заседание может стать отличным информационным поводом, сидели все во внимании и нетерпеливо ждали сенсации.

Президент академии Томас Перси Клод Киркпатрик (врач, библиофил и историк медицины) подошел к трибуне. Он тоже приехал на велосипеде, поскольку у него не было автомобиля. Киркпатрик представил нового члена академии, графа Росса, и первого спикера, ботаника Дэвида Уэбба, который прочитал лекцию о видах растений Ирландии.

Затем настал черед Шрёдингера. Зал затих, и все взоры устремились на австрийского лауреата Нобелевской премии.

«Чем ближе человек подбирается к истине, тем проще становятся вещи, – начал Шрёдингер. – Я имею честь представить вам сегодня краеугольный камень аффинной теории поля, а также решение проблемы, волнующей физиков уже более тридцати лет: непротиворечивое обобщение великой теории Эйнштейна 1916 года»^{174}.

Репортеры старательно делали заметки о новой научной революции и прокручивали в голове варианты громких заголовков. Они надеялись, что смогут каким-то образом понять математические выкладки в достаточной степени, чтобы донести их значимость до читателей.

^{Конференц-зал Ирландской королевской академии, в котором Шрёдингер прочитал многие из своих главных лекций. Фотограф и дата неизвестны; © RIA}

Шрёдингер объяснил, как Эйнштейн и Эддингтон почти нашли правильный лагранжиан, равный квадратному корню из определителя тензора Риччи, взятого со знаком минус. Но именно Шрёдингер заставил его работать. (Напомним, что тензор Риччи используется для описания кривизны пространства-времени, а его определитель, или детерминант, получается путем суммирования комбинаций его компонент.) Шрёдингер отметил, что основное отличие его подхода от предыдущих заключается в том, что он использовал несимметричную аффинную связность. Неназванные коллеги пытались разубедить его, но он стоял на своем.

Шрёдингер использовал свои излюбленные аналогии с животным миром, чтобы обосновать использование аффинной связности, которая не была симметричной, и тем самым включить в теорию дополнительные независимые переменные. «Наездник хочет, чтобы его конь взял барьер, – сказал Шрёдингер. – Он смотрит на него и думает: “Несчастное создание, у него четыре ноги, ему будет очень трудно управляться сразу со всеми четырьмя. Я знаю, что делать. Я буду учить его последовательно. Сначала я свяжу вместе его задние ноги, и он научится прыгать только передними ногами. Это будет намного проще. И тогда мы посмотрим, возможно, после этого он сможет научиться прыгать, используя одновременно четыре конечности”. Эта аналогия отлично описывает ситуацию. Несчастное создание [аффинная связность] получило свои задние ноги, связанные условием симметрии, которое отобрало 24 из 64 степеней его свободы. Следствием такого ограничения стало то, что оно не могло прыгать»^{175}.

Закончил свою речь Шрёдингер необычайно амбициозным прогнозом, что его теория способна объяснить, почему вращающиеся массы (например, такие объекты, как Земля) могут создавать вокруг себя магнитные поля. С 1943 года его цели расширились от описания аномалий магнитного поля Земли до объяснения законов всего мироздания. Он говорил о том, что выхолило за рамки его компетенции! Он мало что знало геомагнетизме и, похоже, не был знаком с исследованиями, которые успешно объясняли этот эффект при помощи модели ядра Земли.

Например, в 1936 году датский геофизик Инге Леманн продемонстрировала с помощью анализа сейсмических волн, что Земля имеет как внутреннее, так и внешнее ядро. В 1940 году американский геофизик Фрэнсис Бёрч разработал модель для описания магнитного поля Земли, основанную на некоторых предположениях о поведении железа, находящегося в ее ядре под высоким давлением. Хотя его модель и была довольно упрощенной и неточной, она представляла собой надежную отправную точку для дальнейших исследований источников возникновения магнитного поля Земли. С учетом этого становится ясно, что Шрёдингер не просто промазал мимо мишени, но даже не прицелился как следует.