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

Автор книги: Пол Хэлперн

сообщить о нарушении

Текущая страница: 23 (всего у книги 26 страниц)

Карандаш и бумага

После встречи с Гейзенбергом Эйнштейн проживет еще примерно полгода. С 1948 года он знал, что у него в груди тикает бомба замедленного действия – аневризма аорты, – которая может разорваться в любой момент. По нескольким причинам, одной из которых стало пошатнувшееся здоровье, Эйнштейн отказался от поездок и большую часть времени проводил в Принстоне. Один раз он выехал в Сарасоту (Флорида) на отдых, но такие поездки за пределы города были редким явлением.

Смерть родной сестры Майи в 1951 году сильно потрясла его. Он почувствовал себя более одиноким, чем когда-либо раньше. Единственным утешением в последние годы жизни для него было сближение с сыном Гансом Альбертом, который переехал в США и получил должность профессора гидроинженерии в Беркли. Ганс Альберт часто навещал его, и они наверстывали упущенное, обсуждая общие научные интересы.

Серьезно опасаясь ядерной войны, Эйнштейн активно выступал за создание мирового правительства. Он полагал, что передача контроля над оружием массового уничтожения централизованному мировому парламенту – это единственный способ предотвратить его применение. Зная, что отпущенное ему на земле время истекает, он пытался сделать все от него зависящее для сохранения планеты.

Будучи убежденным сторонником создания еврейского государства, он был встревожен разворачивающимся конфликтом в государстве Израиль, основанном в 1948 году. Надеясь, что на этой земле евреи и арабы смогут жить вместе в мире и согласии, он призывал к решению территориальных споров за столом переговоров. Эйнштейн хотел видеть такой Израиль, который был бы дружен со своими соседями и признан ими.

В 1952 году, когда первый президент Израиля Хаим Вейцманумер, Эйнштейну официально предложили занять его место. Хотя это было большой честью, он категорично и вежливо отклонил предложение. Без сомнения, состояние его сердца и нежелание путешествовать повлияли на его решение. Но основным фактором было то, что он предпочитал одиночество всеобщему вниманию, а также то, что он не хотел исполнять роль главы государства, особенно если ему придется выступать против решений правительства.

Последним крупным общественным деянием Эйнштейна стал манифест Рассела – Эйнштейна, антивоенное воззвание ученых, инициированное философом Бертраном Расселом. В манифесте утверждалось, что в следующей мировой войне, скорее всего, будет использовано ядерное оружие, которое может разрушить крупнейшие города и угрожает уничтожить всю человеческую расу, поэтому необходимо положить конец вооруженным конфликтам. Эйнштейн подписал документ 11 апреля 1955 года, всего за неделю до смерти.

Последние несколько дней жизни Эйнштейна сопровождались сильной болью. Но тем не менее он оставался бодр и весел. Дукас испугалась, когда 13 апреля обнаружила его лежащим на полу. Она вызвала врача, который приехал и выписал Эйнштейну морфин. На следующий день приехали несколько врачей и сообщили Дукас, что аневризма Эйнштейна очень нестабильна и скоро произойдет ее разрыв. Врачи рекомендовали операцию, но Эйнштейн отказался, сказав, что прожил уже достаточно долго и настало время уходить. Когда на следующий день он не смог пошевелиться от боли, Дукас вызвала скорую. Его доставили в больницу Принстона.

Даже находясь при смерти, Эйнштейн продолжал работать над единой теорией поля. За день до кончины он попросил принести ему карандаш и блокнот, чтобы он мог продолжить свои расчеты. Его сын приехал и находился рядом с ним весь день, вместе со своим доверенным Отто Натаном и Дукас

Ранним утром 18 апреля линия жизни Эйнштейна достигла своей конечной точки – последней сингулярности жизни. Как врачи и предупреждали, произошел разрыв аорты. Эйнштейн пробормотал медсестре несколько слов по-немецки, медсестра их не поняла и не смогла воспроизвести. Увы, они оказались потеряны для потомков.

Эйнштейн никогда не хотел, чтобы ему ставили памятник, даже был против могилы. Его тело было кремировано, а прах развеян. Патологоанатом Томас Харви во время вскрытия трупа Эйнштейна перед кремацией странным образом, ни у кого не спрашивая, принял решение извлечь и сохранить его мозг для научных исследований. В последующие годы он разделил мозг на части в целях изучения. Сегодня фрагменты мозга Эйнштейна представлены на выставке в Музее медицинской истории Мюттера, штат Филадельфия.

В честь Эйнштейна, через несколько месяцев после его смерти, в Берне состоялась крупная конференция, организованная Паули и посвященная юбилею специальной теории относительности. На ней присутствовали ведущие ученые со всего мира, в том числе Бергманн, который вернулся в Европу впервые после войны. Брурия Кауфман, последняя ассистентка Эйнштейна, представила на конференции его финальную статью о единой теории поля.

Вена зовет

Со смертью Эйнштейна Шрёдингер потерял одного из своих самых близких друзей. Несмотря на конфликт 1947 года, они по-прежнему доверяли мнению друг друга. К счастью, ученые успели возобновить переписку до смерти Эйнштейна, иначе Шрёдингеру пришлось бы еще тяжелей.

С 1946 года Шрёдингер надеялся на переезд обратно в Австрию. Тем не менее он не хотел возвращаться в Вену, пока город был частично оккупирован советскими войсками и окружен советским сектором. Устав от политики, Шрёдингер не имел ни малейшего желания быть пешкой в холодной войне. По его мнению, нейтралитет был лучшей политикой.

Поэтому он очень обрадовался, когда в 1955 году бывшие союзники пришли к соглашению о выводе всех оккупационных войск из Австрии. В свою очередь, Австрия официально взяла на себя обязательство сохранять нейтралитет и оставаться свободной от ядерного оружия. С точки зрения Шрёдингера, на чьей памяти рухнула Австро-Венгерская империя, возник фашизм и состоялся аншлюс, это была лучшая политическая новость за все время.

Когда Шрёдингеру предложили место в Венском университете, он надеялся, что ему удастся продолжить творческую карьеру после отъезда из Дублина. Когда Эрвин и Энни сели на корабль, покинув приютивший их город, де Валера был последним, кто пришел с ними проститься. Это был момент горькой радости, поскольку Шрёдингер так же сильно любил Ирландию, как и тосковал по горам своего родного края. Федеральное министерство образования радостно приветствовало его. Австрия была рада возвращению своего прославленного земляка.

Как это ни печально, возвращение Шрёдингера домой не было столь радостным и спокойным, как он ожидал. В последние годы жизни Эрвин и Энни тяжело болели. У обоих были серьезные проблемы с легкими. Помимо бронхиальной астмы, Энни страдала тяжелой депрессией и проходила курсы электрошоковой терапии. До появления антидепрессантов электрошок был стандартным методом лечения. Эрвин страдал от частых бронхитов и воспалений легких, усугублявшихся из-за постоянного курения. После удаления катаракты ему приходилось носить очки с толстыми линзами. Он также страдал от флебита, атеросклероза, высокого давления и проблем с сердцем. Во время прогулок ему часто приходилось останавливаться, чтобы отдышаться. Он был подавлен тем, что больше не может ходить по горам, как в молодости.

Буквально перед отъездом из Дублина у него случился настолько сильный бронхиальный приступ, что для того, чтобы хоть немного облегчить свое состояние, Эрвин принял очень большую дозу снотворного, запив ее виски. На следующее утро Энни нашла его в бессознательном состоянии и не смогла разбудить. Она в панике вызвала врача, которому, к счастью, удалось откачать Шрёдингера.

Приступив к работе в Венском университете, он попытался сосредоточиться на своих исследованиях. Несмотря на плохое состояние здоровья, Шрёдингер успел поработать еще над несколькими научными проектами. Он стал наставником молодого физика Леопольда Халперна, который был его ассистентом. Халперн впоследствии работал с Дираком, другим лауреатом Нобелевской премии по физике 1933 года.

Переосмысливая философские идеи своей молодости, Шрёдингер написал эссе «Что реально?», которое дополняло его монографию 1925 года «Поиски пути». Он также опубликовал работу «Мой взгляд на мир», которая подытоживала его взгляды на природу жизни, сознания и реальности. Несколькими годами ранее Шрёдингер издал книгу о греческой философии «Природа и греки». Шрёдингер всегда видел себя скорее натурфилософом или естествоиспытателем, какими были Платон и Аристотель, а не специалистом по вычислениям, в которых он, несомненно, также был искусен.

Переходы и завершения

12 августа 1957 года Эрвину исполнилось семьдесят лет. Вскоре он решил, что пришло время уйти на пенсию. В конце учебного года ему был присвоен статус почетного профессора в отставке, который давал множество привилегий, но не обязывал преподавать. Хотя это было довольно необычно – выйти в отставку вскоре после вступления в должность, Шрёдингер и в прошлом не задерживался на одном месте, особенно в начале карьеры. Разве что его пребывание в Дублине затянулось более чем на десять лет.

Неизвестно, как Шрёдингер отреагировал на статью докторанта Принстонского университета Хью Эверетта III, вышедшую в июле 1957 года под названием «Формулировка квантовой механики через “соотнесенные состояния”». В статье подробно излагалась достойная альтернатива стандартной интерпретации квантовой механики – то, что позже получит название многомировая интерпретация квантовой механики. Хотя сейчас эта статья считается программной, в то время физики не уделили ей особого внимания. Уилер, научный руководитель Эверетта, поощрял его творческие порывы, но переживал, что ведущие физики, например Бор, сочтут их нелепыми. И действительно, Бора не особенно впечатлили работы Эверетта. Только после того, как физик Брайс Девитт развил эту гипотезу в 1970-х годах, она начала обретать сторонников.

Интересно, что задолго до этого у Эверетта был краткий контакт с Эйнштейном. В 1943 году, когда Хью было двенадцать лет, он написал Эйнштейну письмо, в котором спрашивал, управляется ли Вселенная случаем или в ее основе лежит более общий фундаментальный закон. Эйнштейн с присущим ему юмором ответил, что Хью в своем письме сформулировал и сам же разрешил его собственную, Эйнштейна, философскую дилемму.

Многомировая интерпретация предлагает однозначный анализ сценария кота Шрёдингера. Согласно ей, каждое квантовое наблюдение приводит к разветвлению реальности на бесчисленные варианты параллельных путей. Эверетт решил вопрос о детерминизме и роли наблюдателя очень необычным образом: утверждая, что существование обладающего сознанием наблюдателя разделяется равномерно по всем ветвям реальности. Поэтому каждая копия наблюдателя будет считать, что его сценарий является истинным и предопределенным, и он будет прав в этой ветви реальности. Никакого коллапса не происходит, устраняется эффект воздействия наблюдателя на наблюдаемое. Следовательно, помещение кота в стальной ящик с радиоактивным механизмом срабатывания приведет к бифуркации, вызванной возможностью распада. В одной ветви реальности радиоактивное вещество распадется, кот скончается, а наблюдатель расстроится. В другой ветви распада не произойдет, кот выживет, а наблюдатель будет радоваться.

Эверетт считал, что его интерпретация предполагает бессмертие^{213}. Для любого фактора, который может привести к смерти, всегда существует параллельная ветвь, в которой выживание будет возможно. Так что если кот был помещен в стальную камеру на час в день, в одной из версий реальности всегда будет живой кот, который увидит начало следующего эксперимента, и так далее.

Если бы такое бессмертие было возможным, то мы ничего не знали бы обо всех несчастных копиях себя, обреченных на жестокую участь. Мы не увидели бы скорбящих лиц во всех других параллельных ветвях. Однако мы видим, как уходят наши любимые люди – по крайней мере, так нам кажется в нашей ветви. Поэтому непонятно, будет ли такой вид бессмертия благословением или проклятием. В ситуации Эрвина и Энни в конце 1950-х годов можно увидеть некоторые аналогии: к тому времени они оба страдали от такого множества заболеваний, что каждый из них начал представлять, как он будет жить без партнера.

В 1958 году в драме унификации физики настал черед запоздалого выхода Гейзенберга, который официально представил собственную единую теорию поля. В отличие от Эйнштейна и Шрёдингера, он основывался на стандартной интерпретации квантовой механики и физике элементарных частиц. На основе спиноров (объектов, похожих на векторы, но преобразующихся по-другому) он включил в теорию все, что было известно о слабом ядерном взаимодействии, в том числе недавнее открытие Янга и Т. Д. Ли – нарушение четности. Сохранение четности означает, что зеркальное отражение некоторого физического процесса должно быть эквивалентно самому этому процессу. Как показали Янг и Ли, процессы, связанные со слабым взаимодействием (то есть силой, которая ответственна за многие виды радиоактивного распада), не всегда следуют этому правилу. К тому времени Шрёдингер был уже вне игры и не прокомментировал единую теорию поля Гейзенберга, которой в любом случае не хватало экспериментальных доказательств.

В том же году умер Паули, внесший вклад в единую теорию Гейзенберга. Ученый мир был потрясен, ведь Паули было всего 58 лет, и он все еще активно работал. Он и Гейзенберг враждовали почти целый год, после того как пресса назвала первого «ассистентом Гейзенберга»^{214}. Оскорбленный Паули начал открыто критиковать теорию Гейзенберга. Услышав однажды, как Гейзенберг рассказывает по радио о своей новой теории в том ключе, что ее осталось дополнить всего парой деталей, Паули послал физику Георгию Гамову рисунок в виде пустого прямоугольника с надписью: «Это показывает всему миру, что я могу рисовать, как Тициан. На картине отсутствуют лишь некоторые технические детали»^{215}.

Гейзенберг был настолько возмущен, что не пришел на похороны Паули. Таков был печальный итог некогда продуктивного сотрудничества. По сравнению с Паули и Гейзенбергом Эйнштейн и Шрёдингер проявили значительно больше великодушия друг к другу.

Двумя светлыми моментами последних лет жизни Шрёдингера были свадьба Рут и Арнульфа Брауницера в мае 1956 года, а также рождение их первенца, Андреаса, в феврале 1957 года. Несколькими годами ранее Эрвин рассказал Рут, что он ее биологический отец. Так что теперь он мог открыто наслаждаться тем, что стал дедушкой. К сожалению, законный отец Рут, Артур Марх, скончался вскоре после рождения Андреаса.

Брауницеры поселились в Альпбахе, восхитительной тирольской деревушке неподалеку от Инсбрука. Ее свежий воздух и обилие цветов полюбились и Шрёдингеру. В Альпбахе хорошо отдыхалось после оживленной Вены. На момент написания этих строк Рут и Арнульф по-прежнему живут там.

В мае 1960 года Эрвин получил неутешительное известие от своего лечащего врача: туберкулез, от которого, как он надеялся, он избавился десятилетия назад, вновь заявил о себе. В течение года болезнь прогрессировала, его дыхание становилось более и более затруднительным. В конце концов его положили в больницу, где он провел все рождественские праздники.

Шрёдингер сказал Энни, что хочет провести свои последние дни дома, а не в больнице. Она забрала его домой и все время была рядом, нежно держа его за руку. Трудности преклонных лет показали, как глубоко они привязаны друг к другу. Его последними словами стали признания ей в верности.

Четвертого января 1961 года Шрёдингер покинул материальный мир. Под присмотром Ханса Тирринга его тело было передано коронеру для вскрытия, а затем перевезено в Альпбах, где они был похоронен 10 января. Тирринг произнес надгробную речь. На могиле установили кованый железный крест с кругом, в котором выгравировано его знаменитое волновое уравнение.

Много лет спустя Рут установила перед надгробным камнем табличку с одним из стихов Шрёдингера. Этот стих, содержащий строку «все бытие по сути едино», красиво иллюстрирует его отношение к ведической философии, где все взаимосвязано и вечно. Сочетание стихотворения на табличке и физического уравнения на памятнике великолепно характеризует его личность, которая была так сложна и неординарна.

Кот пробирается в культуру

На момент смерти Шрёдингер был известен физикам прежде всего благодаря его волновому уравнению, в то время как биологи (и люди, интересующиеся биологией) были знакомы с ним, главным образом, по книге «Что такое жизнь?». Тем не менее широкая общественность практически ничего не знала о кошачьем парадоксе, той самой работе, которая в конечном итоге сделает его знаменитым. Все изменилось в 1970-х годах, когда в нескольких научно-фантастических произведениях использовался этот запутанный сюжет.

Один из первых рассказов на эту тему под названием «Кот Шрёдингера» вышел в 1974 году, его написала Урсула Ле Гуин. Она узнала о мысленном квантовом эксперименте, читая «физику для крестьян», как она выразилась. «Очевидно, что это была великолепная метафора для определенного типа научной фантастики»^{216}.

В последующие годы появилась уйма фантастических рассказов о квантовых котах, написанных различными авторами. Многие из них были посвящены теме параллельных вселенных и аналогичным идеям. В 1979 году Роберт Антон Уилсон опубликовал книгу «Соседняя Вселенная», первую книгу в трилогии о коте Шрёдингера, посвященной альтернативной истории. Книга Роберта Хайнлайна «Кот, проходящий сквозь стены», опубликованная в 1985 году, описывает новые реальности, порожденные путешествиями во времени. Примерно в это же время в нескольких научно-популярных книгах обсуждалась проблема парадокса. Появился целый ряд историй о квантовых животных – как правило, с участием котов и кошек, но иногда в этих историях участвовали и другие существа или даже люди, оказавшиеся в ситуации неопределенности между жизнью и смертью.

Поэма, опубликованная в 1982 году писателем Сесилом Адамсом в его колонке The Straight Dope («Из надежного источника»), стала частью широко известной истории о квантовом котенке (особенно после того, как она стала доступна в Интернете многими годами позже). В ней описывается героическая битва между Уином (Шрёдингером) и Элом (Эйнштейном) за неопределенность Вселенной, которая порождает парадокс кота Шрёдингера и фразу Эйнштейна про игральные кости. Сага заканчивается тем, что Уин на похоронах Эла заключает пари: сможет ли тот добраться до рая.

Процарапав себе путь в литературу, жуткий кот перепрыгнул в мир поп-музыки благодаря группе Tears For Fears. Группа выпустила песню «Кот Шрёдингера» в качестве второй песни своего сингла в начале 1990-х годов. Позже они написали песню «Ошибка Бога» со словами «Бог не играет в кости», преобразовав утверждение Эйнштейна в размышления о непредсказуемости любви. Как объяснил Роленд Орзабал, автор песен группы, «моя песня… это просто насмешка над классической научной манерой смотреть на вещи, насмешка над рациональным материализмом, над привычкой разделять вещи на части, не будучи в состоянии собрать потом их обратно, видеть отдельные деревья вместо леса. В конце песни я пою: “Кот Шрёдингера мертв для этого мира”. Кот мертв или просто спит? Мне нравится неоднозначность, неопределенность»^{217}.

В последние годы кот Шрёдингера стал популярным мемом. Он появился на футболках, в комиксах (например, в популярном веб-комиксе «xkcd»), в телесериалах (таких, как «Теория Большого взрыва» и «Футурама»). Но, пожалуй, самым известным упоминанием о коте Шрёдингера стала публикация 12 августа 2013 года на главной странице Google карикатуры на этот мысленный эксперимент, приуроченная к 126-й годовщине со дня рождения Шрёдингера. Благодаря этим разнообразным упоминаниям в культуре кот и даже сам эпитет «шрёдингеровский», применяемый к чему угодно, стал символом неоднозначности в целом.

Научное наследие

Многое из того, что мы сегодня знаем о сложной жизни Эйнштейна и Шрёдингера, было обнаружено в раскрытых архивах К сожалению, высокая ценность интеллектуального наследия привела к затяжным боям за контроль над ними.

В 1963 году Энни приняла гостя из Соединенных Штатов, философа и историка науки Томаса Куна. Кун работал над сбором документов об истории создания квантовой физики. После интервью Энни отдала Куну большую коробку весом более двухсот фунтов, полную писем, рукописей, дневников и других личных материалов ее покойного мужа. Она оказалась просто сокровищницей, бесценной для историков.

Кун перекопировал большую часть материалов (в основном на микропленку) и передал оригиналы в Центральную библиотеку Венского университета. Библиотека десятилетиями хранила коробку, в то время как ученые изучали копии в хранилищах и исследовательских центрах по всему миру.

После того как в 1965 году Энни умерла, Рут осталась единственной наследницей Шрёдингера, но она ничего не знала про коробку до 1980-х годов. Она говорила с Вальтером Тиррингом, руководителем Института физики Венского университета, но он сказал ей, что ни о каких новых материалах ему не известно. В 2006 году она попросила ректора университета вернуть ей материалы. Университет собрал совещание по правовым вопросам и решил подать в суд, чтобы урегулировать права владения. Брауницеры наняли адвоката, и начались судебные препирательства, которые должны были установить, кому принадлежит право собственности на архивы Шрёдингера^{218}.

Дело тянулось несколько лет. Значительного прогресса удалось добиться в 2008 году, когда осенью обе стороны договорились о шагах к возможному решению спора^{219}. Идея была в том, чтобы создать новый фонд для управления наследственным имуществом. Наконец в октябре 2014 года дело было урегулировано и бумаги Шрёдингера внесены в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Научные работы Эйнштейна также стали предметом судебных тяжб Душеприказчиками Эйнштейна были Отто Натан и Хелен Дукас Они одобрили использование его изображений и материалов, до тех пор пока основная часть материалов не будет передана Еврейскому университету в Иерусалиме. Чтобы исследователи могли получить доступ к работам Эйнштейна, в Принстоне была создана копия его архива. Натан и Дукас подписали соглашение с издательством Princeton University Press, разрешающее начать публикацию сборника трудов Эйнштейна. Однако в 1970-х годах между Натаном и издательством разгорелся конфликт из-за выбора редакторов. Чтобы урегулировать их разногласия, потребовалось вмешательство суда. В итоге физик и историк науки Джон Стейчел стал ведущим редактором этого проекта.

Последующего развития событий никто не ожидал. Стейчел и другой историк, Роберт Шульман, узнали о сейфе в банке Беркли, в котором вторая жена Ганса Альберта, Элизабет, хранила около пятисот писем из переписки Эйнштейна и Милевы. В их число вошли около пятидесяти ранних любовных писем, проливающих свет на доселе неизвестный период жизни Эйнштейна. После долгих споров между наследниками Эйнштейна и Princeton University Press издательство получило право опубликовать любовные письма Эйнштейна. Многие читатели были потрясены контрастом между страстью Альберта и Милевы в начале их отношений и презрением, которое он демонстрировал позже, перед разводом.

Судьбы Эйнштейна и Шрёдингера показывают нам, что даже самые гениальные ученые – тоже люди. У них случались вспышки озарения, но им приходилось переносить и длительные периоды, когда они работали безо всякого результата. Их отношения знавали и хорошие времена, и предательство. Они могли погнаться за мимолетными иллюзиями, но потом возвращались домой, к тем, кто действительно заботился о них.

Переписка Эйнштейна и Шрёдингера наполнена теплом и взаимной поддержкой. Может быть, как Дон Кихот и Санчо Панса, они сражались с ветряными мельницами. Каждый из них хорошо понимал, что задачи, которые он ставит перед собой, могут быть расценены как донкихотство, а его образ жизни – как эксцентричный. Тем не менее компаньерос оставались верны друг другу в глубине сердца.