4. Царство неопределенности
В Цюрихе Шрёдингер не просто восстановился после болезни. Создавалось впечатление, что в него вселился гений.
Он развил свое уравнение и превратил его в полноценную механику, описанную в пяти статьях, которые написал всего за полгода, и каждая новая статья была гениальнее предыдущей. Первым о существовании квантов энергии заявил Макс Планк. Он написал Шрёдингеру, что прочитал его статьи «с тем удовольствием, с каким ребенок узнает ответ к загадке, которая много лет не дает ему покоя». Поль Дирак пошел еще дальше: эксцентричный и гениальный англичанин, о чьих математических способностях слагали легенды, сказал, что уравнение австрийского коллеги заключает в себе практически всё, что на тот момент известно о физике и, во всяком случае в начале, все знания о химии. Шрёдингер почувствовал вкус славы.
Сначала никто не решался оспаривать важность новой волновой механики, однако стали появляться точно такие же вопросы, как те, что задавал себе Шрёдингер в санатории доктора Гервига. «Красивая теория. Одна из самых совершенных, точных и прекрасных, что когда-либо открыл человек. Однако есть в ней кое-что странное. Она будто предупреждает нас: «Не принимайте меня всерьез. Мир, который я показываю, совсем не похож на тот, который представляете себе вы, когда используете меня», – писал Роберт Оппенгеймер. Он одним из первых усомнился в том, что волновая функция сообщает о реальности. Шрёдингер отправился в путешествие по Европе: презентовал свою теорию, повсеместно срывал овации, а потом столкнулся с Вернером Гейзенбергом.
В Мюнхене австриец не успел толком закончить свою презентацию, когда на подиум поднялся его молодой соперник и начал стирать с доски его расчеты, а вместо них чертить свои ужасные матрицы. Гейзенберг считал, что формула Шрёдингера – непростительная деградация. Нельзя пытаться объяснить квантовый мир, используя методы классической физики. Атомы – это вам не стеклянные шарики! Электроны – не капельки воды! Пусть уравнение Шрёдингера красивое и практичное, но в его сути кроется ошибка: оно не признает крайнюю странность этой шкалы материи. Гейзенберга выводила из себя не сама волновая функция (хотя поди разбери, что это за чертовщина такая). Для него делом принципа было доказать: пускай научное сообщество околдовано новым инструментом, который ученым подарил австриец, он-то знает, что это тупик, они идут вслепую и только удаляются от истинного понимания. Никто из них не отважится сделать то, что удалось Гейзенбергу во время его хождения по мукам на Гельголанде: он не просто всё рассчитал, он научился мыслить квантовым образом. Гейзенберг кричал всё громче и громче, стараясь перекричать шиканье толпы. Безуспешно. Шрёдингер, напротив, сохранял спокойствие. Впервые в жизни он чувствовал полный контроль над собой. Он был настолько уверен в несомненной ценности своей работы, что гнев молодого немца не заставил шевельнуться ни один волосок у него на теле. Прежде чем организатор вытолкал Гейзенберга за дверь под улюлюканье толпы, Шрёдингер сказал ему: без сомнения, в мире есть вещи, о которых нельзя рассуждать, используя метафоры и здравый смысл, но внутренняя структура атома к ним не относится.
Гейзенберг вернулся домой поверженным, но не сдался. Следующие два года он критиковал все публикации и все выступления Шрёдингера, однако на его оппонента словно снизошла божественная благодать. В смертельной схватке двух ученых Шрёдингер нанес сокрушительный удар: опубликовал статью, в которой доказал, что их с Гейзенбергом взгляды на проблему математически эквивалентны. Если решать задачу с использованием их теорий, ответы получаются абсолютно одинаковыми. Это два взгляда на один и тот же предмет, только гипотеза Шрёдингера имеет преимущество: она позволяет понимать процессы интуитивно. Он частенько говорил молодому Гейзенбергу: не нужно выкалывать себе глаза, чтобы увидеть субатомные частицы, достаточно закрыть их и представить. В конце статьи, словно смеясь Гейзенбергу в лицо, Шрёдингер написал: «Обсудив теории о субатомных частицах, вполне можно остановиться только на одной».
Матричная механика Гейзенберга была обречена. Озарение, которое он пережил на Гельголанде, не останется даже в анналах науки. Казалось, каждый день кто-нибудь публикует новую статью, выполнив расчеты по его матрицам, но переводит свои изыскания на изящный язык волн Шрёдингера. Когда сам Гейзенберг не смог вывести даже тень атома водорода, используя собственные матрицы, и был вынужден использовать теорию соперника, его ненависть достигла точки кипения. Он делал вычисления, скрипя зубами, словно ему выдергивали их один за другим.
Пусть он был довольно молод, родители всё равно давили на него: сколько можно понапрасну растрачивать свой талант? Лучше устроиться в какой-нибудь немецкий университет и стать профессором. Гейзенберг уехал в Данию, где работал ассистентом Нильса Бора и жил в крохотной мансарде на последнем этаже Института Нильса Бора при Копенгагенском университете. Из-за наклонного потолка в мансарде у него выработалась привычка ходить, опустив голову, и каждый день эта привычка служила напоминанием того, что он лишь суррогат датчанина, как говаривал его отец.
У Гейзенберга и Бора было много общего: учитель, подобно ученику, прославился благодаря едва ли не намеренной непрозрачности своих аргументов, и, хотя он пользовался огромным уважением, многие говорили, что в его гипотезах больше философии, чем физики. Бор одним из первых принял постулаты Гейзенберга, однако стал неизменным источником разочарований своего ассистента, поскольку предлагал учитывать также и волны Шрёдингера, объединить две гипотезы в один принцип, который назвал комплементарностью.
Вместо того чтобы разрешить противоречия между двумя видами механики, Бор хотел их объединить. Он верил: атрибуты элементарных частиц возникают из некоторых связей, они имеют значение в строго определенном контексте. Не может быть одной точки зрения на вопрос. Если измерять их с помощью одного эксперимента, то у частиц наблюдались свойства волны; если провести другой эксперимент, то – свойства частицы. Два подхода исключают и в то же время дополняют друг друга: ни один из них не отражает мир в совершенстве, но предлагает взглянуть на возможную модель мира. Гейзенберг ненавидел комплементарность. Он знал: нужна единая система понятий, а не две дополняющие друг друга, и готов был пойти на всё, только бы создать такую систему. Если для того, чтобы постичь квантовую механику, придется разрушить концепцию реальности, он сделает это.
Когда он не работал, закрывшись в комнате, где ходил из угла в угол, повесив голову и скруглив плечи, то до рассвета спорил с Бором. Их споры длились несколько месяцев и становились с каждым разом всё более ожесточенными. Однажды Гейзенберг так кричал на Бора, что потерял голос, и тогда датчанин решил продлить зимний отпуск, хотел отдохнуть от своего взбеленившегося ученика, чье упрямство вступало в конфликт с его собственным, да и характер ассистента физику порядком надоел. Больше спорить было не с кем, Гейзенберг остался один на один со своими демонами и вскоре стал себе злейшим врагом. Пускался в длинные монологи, в ходе которых как бы раздваивался: сначала аргументировал свою точку зрения, потом Бора. Он так увлекался, что научился в точности повторять невыносимо педантичную манеру своего учителя говорить, как если бы у него было расщепление личности. Интуиция предала его, и он решил представить себе электрон как связку волн. Что описывает уравнение Шрёдингера применимо к электрону, обращающемуся вокруг ядра? Не настоящую волну – в этом нет никаких сомнений; у электрона есть несколько «лишних» измерений. Может, оно описывает все возможные состояния электрона? Его уровни энергии, скорости, координаты. И в то же время они – как несколько фотографий, наложенных одна на другую. Что, если это волна из возможностей? Статическое распространение? Название волновой функции перевели на французский язык так: densité de présence
[12]. Вот всё, что показывает механика Шрёдингера: нечеткие образы, призрачное присутствие, неопределенное и размытое, следы чего-то не из этого мира. Однако что будет, если одновременно использовать эту точку зрения и его собственную? Ответ показался ему настолько абсурдным, что стало интересно. Электрон – одновременно частица, заключенная в одной точке, и волна, растягивающаяся во времени и пространстве. Парадоксально настолько, что голова кругом. Бесит невозможность опровергнуть гипотезу Шрёдингера. Гейзенберг вышел в парк возле университета – пройтись.
