– Что такое детерни… детерминистическая теория? – спросила Галатея.
– Это такая теория, которая может точно вычислить будущее положение и скорость тел: например, небесная механика – детерминистическая: она способна с огромной точностью рассчитать, где будут располагаться планеты Солнечной системы через сто или тысячу лет. Эйнштейн полагал, что случайность и непредсказуемость присутствует в квантовой механике только из-за непонимания глубинных механизмов динамики квантовых систем.
Трудно сказать, кто окажется прав в данном споре. Вероятно, квантовые случайности сохранятся и на следующем витке понимания в теоретической физике. Зато мы лучше поймём, что такое волна вероятности, в каком виде в ней существует частица, и почему она с такой легкостью и скоростью может выныривать в любой точке волны де Бройля – словно дельфин из настоящей морской волны. Может, для того, чтобы ответить на эти вопросы, нужен новый де Бройль – учёный, который будет способен не только на математические выкладки, но и на глубокое и наглядное проникновение в суть физического процесса.
– Может быть… – загадочно ответила Галатея с горящими глазами, в которых совсем не было сна.
Примечания для любопытных
Луи-Виктор-Пьер-Раймон де Бройль (1892–1987) – знаменитый французский физик, принц и седьмой герцог де Бройль, выдвинувший концепцию волн материи, которая стала одной из основ квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1929).
Сольвеевские конгрессы – конгрессы по физике и химии, каждые три года проводимые в Брюсселе. Первый Сольвеевский конгресс состоялся в 1911 году по личной инициативе и на средства бельгийского учёного и промышленника Эрнста Сольве (1838–1922). Первый конгресс был посвящен теме квантов Планка: «Действительно ли нужно прибегать к квантовому описанию мира?» и стал поворотным пунктом в развитии физики XX века.
Жорж Лошак (1930) – французский физик, сотрудник де Бройля. Глава Фонда де Бройля.
Дифракция – огибание препятствия волнами. Благодаря дифракции свет проникает в зоны тени, куда идеальный прямой луч проникнуть не может.
Клинтон Дэвиссон (1881–1958) – известный американский физик, открывший дифракцию электронов на кристаллической решетке (опыт Дэвиссона-Джермера), что подтвердило существование волн де Бройля. Лауреат Нобелевской премии по физике (1937), вместе с Джорджем Томпсоном.
Лестер Джермер (1896–1971) – американский физик, соавтор Дэвиссона по открытию дифракции электронов, что доказало концепцию корпускулярно-волнового дуализма, предложенную де Бройлем.
Джордж Томпсон (1892–1975) – известный британский физик, подтвердивший на опыте волновые свойства электрона. Лауреат Нобелевской премии по физике (1937), вместе с Клинтоном Дэвиссоном.
Сказка об очень умном физике Гейзенберге, который ничего не знал наверняка
Вечерние горы подергивались прохладным туманом, по зелёным пологим пастбищам бродили коровы, позвякивая шейными колокольчиками и похрустывая свежей травой. На лугу высились стога сена, заготовленные на зиму. В одном из стогов лежал светловолосый подросток и читал книгу философа Канта. Где-то вдали стреляли пушки и рвались снаряды, а мальчик лежал и читал про законы звёзд и про этические постулаты. Он не знал, что ждёт впереди его самого, его страну и весь мир. Но мы знаем, что скоро кончится эта война, но она будет далеко не последней; мы знаем, что в ближайшие десятилетия мир изменится до неузнаваемости – благодаря и тому, что мальчик по имени Вернер лежит и читает Канта для собственного удовольствия…
В конце XIX века жил-был в Германии учёный Август Гейзенберг, который занимался самым тихим и несовременным занятием в мире – изучал старые византийские рукописи, написанные на древнегреческом языке.
Он ездил в Италию и Грецию для их исследования и преподавал историю студентам в университете. У него было два сына – Эрвин, который стал химиком, и Вернер, увлёкшийся математикой и физикой. И надо же было такому случиться, что в семье человека, больше всего ценившего невозмутимость исторических событий, вырос бунтарь, который изменил ход истории в совсем юном возрасте.
Возможно, разгадка кроется в том, что юность Вернера Гейзенберга пришлась на бурный революционный период в истории Германии. Весной 1918 года Вернера с другими 16-летними школьниками отправили на ферму работать, помогая воюющей Германии. Вернер был не похож на других мальчиков и успевал после работы на ферме читать философов – Платона и Канта, очень трудных для понимания среднего человека. После Первой мировой войны в Германии наступил период политической нестабильности, общественного брожения и страстных митингов. В 1919 году Вернер посещал собрания молодежного движения, где он выслушал немало горячих выступлений против общественных традиций и предрассудков. Но и сейчас он оказался не похож на остальных подростков – и в это революционное время увлекся больше всего физикой и математикой.
Во время долгой болезни, ещё будучи школьником, Вернер Гейзенберг прочёл сложную книгу Германа Вейля «Пространство, время и материя» и впечатлился мощью описанных математических методов. Его выдающиеся знания были отмечены на выпускном экзамене гимназии.
В 1920 году Вернер поступил в Мюнхенский университет, став учеником профессора Зоммерфельда и окунувшись в мир современной теоретической физики. В 1923 году он подготовил диссертацию по теоретической гидродинамике, но не учёл, что для получения степени необходимо сдать экзамен и по экспериментальной физике. В результате он не смог ответить ни на один вопрос старого и дотошного профессора Вина – ни о разрешающей способности микроскопа, ни о принципах работы свинцового аккумулятора.
– Да, свинцовые аккумуляторы могут утопить любого теоретика! – хихикнул Андрей.
– Только заступничество профессора Зоммерфельда спасло диссертанта от полного провала. Получив степень, Вернер с головой погрузился в новую квантовую физику и стал ассистентом Макса Борна в Гёттингене – вместе с другим ассистентом, Паули. Борн вспоминал Гейзенберга: «Он был похож на простого крестьянского парня, с короткими светлыми волосами, ясными живыми глазами и чарующим выражением лица. Он выполнял свои обязанности ассистента более серьёзно, чем Паули, и оказывал мне большую помощь. Его непостижимая быстрота и острота понимания всегда позволяли ему проделывать колоссальное количество работы без особых усилий».
Гейзенберг поработал и у Нильса Бора в Копенгагене. Но скромный парень быстро перерос роль ассистента. В 1925 году в возрасте 23 лет Вернер создал новую квантовую механику на основе математических матриц. Она была уже совсем независима от классической физики и стала вехой в квантовой научной революции.
– В 23 года! – поразилась Галатея. – А что такое матрицы?
– Матрицами называют прямоугольные таблицы из чисел. Гейзенберг предположил, что любой физической величине, которую можно наблюдать в эксперименте, соответствует своя матрица. Молодой учёный сумел описать квантовые скачки в атоме Бора и любые изменения в состоянии квантомеханических систем с помощью математических операций над матрицами.
