В конце XIX века физика развивалась вокруг двух революционных теорий: механической и статической интерпретации термодинамики и электродинамики Максвелла. С помощью этих двух теорий ученые попытались решить новую задачу: объяснить связь между светом и материей.

Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шрёдингер родился 12 августа 1887 года в Вене. В эпоху Возрождения биографии обычно начинались с описания положения звезд в момент рождения, но в случае Шрёдингера нет нужды выискивать на небосклоне благоприятные знаки. Можно сказать, что сама наука склонилась над колыбелью мальчика. Дед Шрёдингера, Александр Бауэр, преподавал химию в университете, и только потеря глаза во время эксперимента положила конец его исследовательской деятельности. Однако наука стала причиной встречи будущих родителей ученого: его отец, Рудольф Шрёдингер, студент Александра в Высшей технической школе в Вене (ныне Технический университет), ухаживал за одной из его дочерей, Георгиной Бауэр. Пара поженится в 1886 году. Наверняка ни отец, ни дед Эрвина не могли и мечтать о том, что их отпрыск с помощью одного уравнения объяснит всю известную им химию.

Рудольф унаследовал небольшое семейное предприятие — фабрику по производству клеенки, что обеспечивало семье безбедное существование вплоть до поражения Австро-Венгрии в Первой мировой войне и последовавшего банкротства. Впрочем, это наследство таило в себе толику яда, потому что ради того, чтобы возглавить предприятие, Рудольф отказался от своих настоящих интересов — итальянской живописи, воеточной керамики и изучения филогенеза. Шрёдингер утверждал, что его родители стояли у истоков двух величайших страстей в его жизни — тяги к знаниям и к красоте, которую воплощал мир женщин:

«Для растущего сына [мой отец] был другом, учителем и неутомимым собеседником, третейским судьей по любому вопросу, достойному внимания [...]. Помимо этого, я думаю, что [своей матери] я обязан уважением к женщинам».

Его бабушка по материнской линии носила фамилию Рассел и имела англосаксонские корни. Минни, одна из теток Шрё- дингера, считала своим долгом сохранить британские гены даже на территории Австрии. Так, она учила племянника языку Шекспира, читая ему книги с библейскими историями, — и это еще до того, как он научился писать по-немецки. Не отставала от сестры и мать: Георгина установила особые дни, когда сын должен был разговаривать исключительно по-английски. Все эти знания очень пригодились Эрвину спустя несколько десятилетий, когда нацистская волна обрушилась на его родину.

Хотя я был вынужден покинуть родную землю, но никогда не чувствовал себя чужаком в чужой стране.

Эрвин Шрёдингер

Благодаря академической карьере дед будущего ученого, Александр, входил в высшее венское общество и носил два важных титула: официально он был государственным советником (по-немецки этот титул звучит как «гофрат»), а неформально его считали настоящим светским львом; его благородные манеры вызывали восхищение. Александр приобрел пятиэтажное здание в одном из самых богатых районов города и жил там вплоть до своего отъезда из Вены в 1921 году, сдавая зятю в аренду верхний этаж. Эрвин, единственный ребенок в семье, вырос в оранжерейных условиях: у него было две личные комнаты с видом на внутренний двор, его окружали мать, тетушки Рода и Минни, а также целый батальон нянь и служанок.

Финансовое положение семьи позволило не отдавать Эрвина в обычную школу до 11 лет — вместо этого он занимался дома с учителем. Однако когда пришло время присоединиться к системе государственного образования, мальчик не испытал никаких трудностей, хотя был на год старше одноклассников. Осенью 1898 года он поступил в престижную Академическую гимназию, где получил хорошее гуманитарное образование и изучил древние языки. В более поздние годы Шрёдингер переводил Гомера с греческого на английский, а провансальских трубадуров — на немецкий. С первых месяцев обучения внимание одноклассников Эрвина привлекла его невероятная одаренность в области физики и математики. Один из его соучеников вспоминает:

«[...] его способность усваивать была такова, что, даже не работая дома, он понимал и применял на практике эти материалы сразу же, непосредственно в классе. Едва объяснив урок, господин Нейман, наш учитель, [...] мог вызвать Шрёдингера к доске и дать ему несколько упражнений, которые тот решал с обескураживающей легкостью. Для любого нормального ученика физика и математика были сущим кошмаром, но для него они стали любимыми предметами».

С раннего возраста Шрёдингер полюбил театр, а особенно — пьесы австрийского драматурга Франца Грильпарцера. Он хранил программки спектаклей, поля которых были исписаны впечатлениями от представления. Отец Эрвина хотя и не был убежден в правоте Дарвина, познакомил сына с эволюционной теорией — несмотря на то что ее преподавание в те годы было в школах запрещено. После того как мальчик проглотил тысячу или даже больше страниц «Происхождения видов», он объявил себя «приверженцем дарвинизма, разумеется».

В юности Шрёдингер проявил себя как настоящий Дон Жуан. Конечно, по числу побед он не мог угнаться за этим соблазнителем, но список покоренных женщин (а ученый вел его в течение всей своей жизни) по длине вполне может составить конкуренцию перечню его научных статей. Первой любовью Эрвина, о которой нам известно, была Лотта, сестра его лучшего друга по средней школе.

Осенью 1906 года Шрёдингер приступил к изучению физики в Венском университете, вновь привлекая внимание своими способностями. Другие студенты видели в нем «дух огня за работой, трудившийся с полной отдачей и разрушавший границы между отдельными областями, чтобы самостоятельно и по-новому поставить вопросы перед природой».

Больцман: Атом или жизнь

Людвиг Больцман (1844-1906) так же, как и Шрёдингер, увлекся естественными науками в раннем детстве и так же безгранично восхищался работой Чарльза Дарвина. Вот что он говорил об этом на одной из своих лекций в Берлинской академии наук в 1886 году: 

«Если вы спросите меня относительно моего убеждения, назовут ли нынешнюю эпоху железным веком или веком пара и электричества, я отвечу, не задумываясь, что она будет называться веком механического миропонимания природы — веком Дарвина».

Шрёдингер несколько расширил это определение, включив в него самого венского физика и сделав, таким образом, XIX век также веком Больцмана. Этот ученый стал одним из основателей статистической механики — науки, которая произвела революцию в термодинамике,— построив ее на предположении о том, что материя состоит из атомов. Кажущийся хаос, кишащий множеством молекул, проявляется мировым порядком, таким, каким мы его знаем, и подчиняется макроскопическим законам. Но самое главное, Больцман привнес в энтропию свою статистическую интерпретацию и заново сформулировал второй закон термодинамики, основываясь на механическом подходе. Уравнение, связывающее число возможных совместимых микроскопических конфигураций с макроскопическим состоянием, выгравировано на надгробии, которое установлено на могиле ученого в Вене.

Страсть к науке

Имя Больцмана связано с фундаментальными законами и константами, а также со многими другими понятиями, которые он разработал либо которые служили развитию квантовой механики. Больцман, рожденный в ночь с последнего дня Масленицы на первый день Великого поста, в шутку говорил, что в этом и состоит причина резких смен его настроения от чрезмерной радости до глубокой печали. Контраст между праздником в таверне на первом этаже и страданиями его матери во время родов навсегда сохранился в темпераменте ученого. Жизнь Больцмана также напоминает водоворот: в дополнение к колебаниям настроения от вершин эйфории до пучины отчаяния он постоянно менял место жительства и работы (Вена, Грац, проездом Хайдельберг и Берлин, возвращение в Вену, вновь Грац, некоторое время в Мюнхене, опять возвращение в Вену, Лейпциг и снова Вена — этот город он не уставал покидать). Всю свою жизнь Больцман вел яростные научные споры. Его позиции встречали сопротивление ведущих ученых, таких как Вильгельм Оствальд (нобелевский лауреат по химии) и Эрнст Мах, однако и сторонников у него хватало. Оппоненты Больцмана отрицали существование атомов — основу его теории, — считая, что это оставляет возможность для разного рода спекуляций и не может быть проверено экспериментально. Больцман чувствовал себя в ловушке — не столько из-за этого научного противостояния, сколько все же из-за психологических особенностей личности, и из-за этого впадал в отчаяние. В дополнение он часто страдал от мигреней и в конце концов потерял зрение — а вместе с ним и способность читать. Больцман уже совершал попытки самоубийства, но 5 сентября 1906 года довел начатое до конца: ученый повесился, пока его жена и дочь купались в заливе Триеста.

Лучшим другом Эрвина в университете был Франц Фриммель, студент-ботаник, с которым они исследовали самые глухие венские закоулки, до изнеможения рассуждая о смысле жизни, который исчезал, стоило повернуть за угол. Столица Австро-Венгерской империи в те годы была котлом, в котором бурлили самые разные страсти. Любители искусства могли здесь возмущаться обнаженными Климта и Шиле; меломаны — критиковать симфонии Малера или освистывать Шёнберга; а обычные граждане — требовать сноса кубистического дома Адольфа Лоза; и все они изгоняли своих демонов на кушетке Зигмунда Фрейда. Зажиточный класс с упоением отдавался богатой культурной жизни, блеск которой освещал и науку. В области физики наибольшее количество споров вызывал Людвиг Больцман. После выпускных экзаменов в гимназии Шрёдингер считал дни каникул, с нетерпением ожидая начала учебного года, чтобы попасть на занятия к Больцману. Он знал, что на его курсе философии зал был забит, зрители сидели даже на лестницах. Но встреча так и не состоялась: Больцман покончил с собой в начале сентября.

Ни один физик, включая Планка и Эйнштейна, не был наделен такой чувствительностью, как Больцман.

Эрвин Шрёдингер

Однако именно под духовным покровительством отца современной термодинамики Шрёдингер приобщился к физике. Больше всего в период обучения на юношу повлияли Фридрих Хазенёрль и Франц Экснер — бывшие ученики Больцмана, вынужденные волею судьбы распоряжаться его наследием. Это наследие коротко можно охарактеризовать так: «атомарные основы материи пронизывают физику своей статистической природой». Именно лекции Фридриха Хазенёрля, который заменил Больцмана на кафедре теоретической физики, укрепили растущий интерес Шрёдингера к этой науке.

 

Победа хаоса

Законы термодинамики устанавливались эмпирически, этот медленный и трудоемкий процесс занял весь XIX век. В это время были популярны опыты с шестернями, котлами и поршнями, а заголовки первых работ — такие как «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1824) Сади Карно или «О движущей силе теплоты и о законах у которые можно отсюда получить для теории теплоты» (1850) Рудольфа Клаузиуса — подчеркивают царившее в те годы желание добиться от тепла максимальной промышленной эффективности. В эти годы инженеры регулярно публиковали свои теоретические размышления, патентуя открытия. Они не углублялись в три закона термодинамики, применявшиеся к системам гораздо более сложным, чем паровой двигатель, который служил инженерам источником вдохновения. Эта работа продемонстрировала, что можно анализировать очень сложные системы и формулировать законы, касающиеся их, не понимая внутренней структуры объекта. Для того чтобы изучать свойства воздушного или теплового потока, никто не прибегает к рентгенографии, позволяющей разглядеть эти явления во всех деталях.

Первоначально термодинамика ограничивалась изучением материи и ее свойств, не учитывая ее структуры. Постепенно она начала работать и с другими категориями — такими же понятными (объем), не наглядными, но интуитивными (температура или давление), отчасти метафизическими (тепло и энергия) или совсем уж загадочными (энтропия). Сади Карно даже описал цикл работы тепловых машин, не обращаясь к идее молекул и вообще исходя из соображений о том, что тепло есть невидимая жидкость.

Подвергнув термодинамику статистической интерпретации, Людвиг Больцман, Джеймс Клерк Максвелл и Джозайя Гиббс совершили переворот в науке. Основываясь на атомарной гипотезе, согласно которой материя состоит из бесчисленного количества частиц (атомов или молекул), подчиняющихся законам механики Ньютона, ученые успешно применили эту гипотезу к идеальному газу (газ, между молекулами которого не действуют силы притяжения или отталкивания). Законы вероятности могут дать весьма сомнительный результат, если применить их к ограниченному числу образцов, но они оказываются безошибочными в большом масштабе. А недостатка в объекте для исследований ученые не испытывали, поскольку материя содержит порядка 2 х 1019 молекул на кубический сантиметр воздуха. Благодаря трудам Больцмана, Максвелла и Гиббса был переброшен мост между физикой повседневной жизни и молекулярным уровнем, и все тайны и сомнения, окружавшие до сих пор теорию термодинамики, рассеялись. Давление теперь объяснялось столкновениями миллиардов молекул со стенками сосуда, а измеряемая температура — их средней скоростью движения... Известные соотношения, такие как обратная зависимость между объемом и давлением газа, продемонстрированная в лаборатории Роберта Бойля, наконец обрели смысл: чем меньше свободного пространства для молекул, тем чаще они наталкиваются на стенки. Этот успех привел к признанию молекулярной гипотезы. Совместно с физикой, статистика открывала возможности для проектов и экспериментов, ранее недоступных.

Эта область математики позволяла тестировать атомарные модели вещества, широко экстраполируя их характеристики и сравнивая прогнозы с наблюдениями. Прекрасным примером является проведенный Эйнштейном анализ хаотических траекторий крошечных частиц, взвешенных в жидкости (броуновского движения), которые таким образом реагируют на постоянные столкновения с миллионами молекул воды.

Больцман заново открыл классическую термодинамику, введя концепцию энтропии, — ее часто определяют как измерение уровня хаоса в системе. Положение и скорость триллионов молекул — частиц, составляющих газ или вещество, — могут индивидуально варьироваться без каких-либо изменений — с нашей точки зрения — общего состояния образуемой ими системы. Другими словами, бесконечное количество различных состояний на атомном уровне (в микроскопическом масштабе) неразличимо на нашем (в макроскопическом). В терминах термодинамики мы говорим о разных конфигурациях вещества, соответствующих одному и тому же состоянию. Молекулы, находящиеся в воздухе комнаты, постоянно меняют свое положение, хотя человек при этом не заметит никаких изменений температуры, давления или объема, занимаемого молекулами. Энтропия становится мерой микроскопических изменений, которые могут происходить в системе незаметно для нас.

Второй парадокс Шрёдингера

Скульптура, посвященная энтропии. Университет Монтеррея, Мексика.

Беспокойный дух Шрёдингера порождает еще один парадокс, не чуждый глубокой философичности, хотя и полностью подавленный квантовой славой пресловутого кота (см. главу 4).

Этот парадокс был представлен публике в 1943 году, в цикле лекций в Тринити-колледже в Дублине. Перед самой разношерстной аудиторией (в нее входили дипломаты, церковнослужители, студенты и дамы из высшего общества) ученый попытался ответить на вопрос: что такое жизнь? Если нам дают 60 кг атомов кальция, фосфора, углерода, водорода, азота и кислорода, а также разные другие элементы, такие как сера или натрий, то законы случайности диктуют столько комбинаций, что невозможно прогнозировать какой-либо результат. Эти комбинации характеризуются очень высоким уровнем энтропии. При смешении атомов становится невозможным различить изменения. По истечении огромного количества времени атомы начнут формировать длинные цепочки молекул, которые затем могут объединяться друг с другом, чтобы составить белки, организоваться в клетки, создать ткани, сформировать органы, построить живое существо. В этом существе, как в убранной детской комнате, любые изменения мгновенно бросаются в глаза. Организмы характеризует очень низкий уровень энтропии. Шрёдингер сформулировал свой парадокс следующим образом:

«Как организму удается достичь концентрации порядка и избежать беспорядка атомного хаоса второго закона термодинамики?»

Чтобы ответить на этот вопрос, он расширяет свою область исследования живых существ. Ценой воплощенного порядка для каждого организма является увеличение чистой энтропии вокруг него. Характерная организация живых существ компенсируется беспорядком, остающимся на их пути в виде накопления отходов, производства газов и экскрементов, деградации потребляемой энергии. Следовательно, жизнь возможна благодаря положительному балансу энтропии.

Эта концепция легко ассоциируется с порядком: чем более система упорядочена, тем легче обнаружить малейшие изменения, и наоборот. По мнению родителей, детские игрушки редко расположены так, что можно говорить о порядке в комнате; напротив, множество конфигураций игрушек свидетельствует о беспорядке. Детская комната может находиться в беспорядке совершенно по-разному, но привести ее к порядку можно всего несколькими способами. И при этом любой случайности достаточно, чтобы вновь посеять хаос.

Существует взаимосвязь между упорядоченностью структуры и вероятностью этой упорядоченности. Если предусмотреть место абсолютно для каждой игрушки, то в конечном итоге сохранить конфигурацию, заданную родителями, практически невозможно. Практика показывает, что, в соответствии со вторым принципом термодинамики, детская комната стремится к хаосу.

Природные системы развиваются спонтанно: их элементы распределяются в соответствии с конфигурациями наиболее вероятными или характеризующимися наиболее высокой энтропией, то есть наиболее неупорядоченными. Отдавшись случайному наиболее общему стремлению, материя распределяет атомы в соответствии со все более и более неорганизованными конфигурациями.

Согласно Больцману, второму закону термодинамики следует давать статистическую интерпретацию. Ничто не мешает системе развиваться в направлении менее вероятных и более организованных конфигураций, но только в качестве этапа ее эволюции. Подталкиваемые случайными взаимными движениями, молекулы воздуха в комнате могут сосредоточиться в одном из углов, хотя это почти невозможно. Такая вероятность существует, но она настолько мала, что до ее реализации пройдет целая вечность.

Идеальные газы, для которых удалось успешно применить статистическую механику, представляют собой особый вид материи. Прежде чем сконцентрироваться на взаимодействии света и материи, физики выстроили новые стратегии расширения контроля над новой термодинамикой. Однако вначале необходимо кратко рассмотреть, что же ученые того времени понимали под светом.

 

Видимое и невидимое

Квантовая механика — это теория, берущая свое начало из взаимосвязей между светом и материей. В годы ее появления ученые обрели новую точку зрения по отношению к свету. Установив связь между феноменами электричества и магнетизма, Максвелл обнаружил, что малейшие изменения в силе тока или в расположении зарядов распространяются в пространстве в форме волны, скорость которой соответствует скорости света в вакууме. В результате ученый пришел к выводу, что электромагнитное излучение и свет являются одним и тем же явлением. На этом основании и мы будем употреблять оба термина в одном значении. Именно таким неожиданным образом была впервые установлена связь между материей — местом расположения заряда — и излучением.

Хотя мы ассоциируем свет со зрением, с точки зрения физики глаза практически слепы к электромагнитному излучению. В крайне узком диапазоне, который только и подвластен нашим ощущениям, изменение λ сводится к изменению цвета. Когда волна выходит за рамки 700 нм, она переходит в инфракрасный диапазон и исчезает из нашего спектра. Когда длина волны падает ниже 400 нм, она также исчезает из нашего спектра, поскольку сетчатка глаза не воспринимает ультрафиолетовый диапазон (см. рисунок 1 на следующей странице).

Первооткрывателем в этой области был немецкий астроном Уильям Гершель, который в 1800 году поставил простой опыт, доступный каждому. Используя те же методы, что и Ньютон, он разложил луч света с помощью призмы на компоненты. Затем он поместил термометр в каждый диапазон проявившихся цветов. Дойдя до красного, он продолжил сдвигать термометр и замерил температуру инфракрасного спектра. Таким образом было установлено, что даже невидимое для нас излучение обладает энергией. То же самое справедливо и для радиоволн, которые возбуждаются электронами в антенне, или гамма-лучей, источниками которых являются атомные ядра. Излучение по-разному взаимодействует с телами. Чтобы заметить это, достаточно поместить в микроволновую печь стакан воды и кусок алюминия. Вода поглощает микроволны, тогда как алюминий их отражает. Атмосфера непрозрачна для ультрафиолета, однако проницаема для радиоволн.

РИС. 1

Какие законы регулируют взаимодействие между светом и материей? Как тела испускают излучение? Как они поглощают его? Максвелл определил в своих уравнениях свет как волну, и с тех пор ученые имели о нем достаточно четкое представление, но предмет изучения оказался намного сложнее. Термодинамика и электродинамика были двумя драгоценными камнями в короне физики XIX века. Вооружившись ими, исследователи чувствовали себя уверенно, пока не начали брать на абордаж более тонкие и сложные нюансы взаимодействия атомов и молекул. И в этом случае потребность в новом подходе нашла ответ в статистике с ее способностью выявлять скрытые аспекты проблем.

 

Спектры излучения

Горячие тела испускают электромагнитное излучение, даже если мы его не видим. К примеру, водонагреватель излучает волны, частоты которых соответствуют видимому свету, но их интенсивность так слаба, что наши глаза не могут воспринимать их даже в темноте. Как правило, твердое тело излучает свет в широком диапазоне длин волн независимо от температуры, однако большая часть энергии концентрируется вокруг определенного значения. По мере увеличения температуры тела значение λ уменьшается. Для большей наглядности рассмотрим распределение веса в большой группе лиц. Данные будут распределены в пространстве значений веса, но большая их часть сконцентрируется вокруг среднего значения. Этот эффект сохранится, если даже мы изменим параметры наблюдаемых, просто среди хорошо питающегося населения средний вес будет больше, чем среди бедных жителей, однако в каждой популяции мы заметим крайние степени тучности и худобы. Можно провести аналогию между степенью упитанности населения и температурой тела. Основная часть энергии сосредоточена вокруг определенной длины волны (средний вес), которая варьируется в зависимости от температуры (качество и количество питания). Наши глаза воспринимают волны, длина которых лежит в пределах от 400 до 700 нм. В кузнице сталь краснеет при температуре около 500 °С, а при приближении к 600 °С цвет набирает интенсивность. При температуре от 700 до 800 °С сталь приобретает вишневый цвет, при нагревании свыше 840 °С она становится розовато-желтой, при более чем 900 °С — оранжевой и после 1000 °С — лимонно-желтой. Металл, нагретый выше 1200 °С, избавляется от желтых оттенков, становится белым и подходит к точке плавления.

Световые колебания

Для представления света как волны используются две характеристики: амплитуда (высота волны) и длина, или частота волны (степень растяжения или сжатия волны). Представим себе, например, пробку, плавающую на поверхности моря, волны которого перемещаются с одинаковой скоростью. Пробка не движется по горизонтали, она лишь поднимается и опускается в ритме волн. Самое высокое положение совпадает с гребнем волны, самое низкое — с ее подошвой. Вертикальная разница между этими двумя точками и есть амплитуда.

Степень колебания пробки можно рассматривать как интуитивную меру энергии, передаваемой волнами. Она зависит от частоты (v) или от длины волны (λ). Эти две переменные передают одну информацию, причем первая обратна второй: длинной волне соответствует небольшая частота, и наоборот. В случае света, скорость распространения которого в вакууме постоянна (с), имеем: с = λ • ν. Так как с остается константой, то увеличение одной переменной неизбежно приводит к уменьшению другой.

На следующем рисунке λ соответствует расстоянию между двумя соседними гребнями волны. Это расстояние также соответствует расстоянию между любыми другими последовательными парами точек волны, расположенными на одной и той же высоте.

А теперь распространим по направлению к пробке две волны, движущиеся с одинаковой скоростью, но одна из них будет иметь более короткую λ(Α), а вторая — более длинную λ(Β). Первая волна поднимет и опустит пробку несколько раз за определенное время, а прохождение второй волны более гладкое.

Высота расположения пробки соответствует высоте волны в той точке, где она находится. Если волна начинает цикл подъемов и спадов, пробка повторяет их. Вот почему короткая, энергичная λ соответствует повышенной ν (пробка часто проходит одни и те же позиции), а длинная, спокойная λ соответствует низкой ν (пробка проходит эти позиции с меньшей частотой). Очевидно, что волны с короткой λ вызывают более значительное волнение, но потребляют при этом больше энергии, чем волны с длинной λ.

Так же как распределение веса у населения может быть проиллюстрировано графиком, можно графически представить распределение плотности энергии для каждой длины волны при заданной температуре. Такой тип представления называется энергетическим спектром.

Для изучения взаимосвязей материи и света нужно было создать экспериментальную ситуацию, свободную от взаимодействий с другими явлениями, которые могут усложнить анализ. Физики приступили к поискам экспериментального поля, в котором атомы и электромагнитные волны могли бы свободно взаимодействовать. Решение дали печи. Когда печь, изолированная от окружения, нагревается и достигает равновесного состояния, она испускает универсальный спектр излучения, зависящий исключительно от температуры. Каким бы ни были материал стенок печи, ее форма и размеры, все печи при одинаковой температуре излучают один и тот же спектр. Этот универсальный спектр выражает глубокое и прямое взаимодействие между материей и излучением.

В лаборатории при открытии печи измеряется спектр, показанный на рисунке 2. Видно, как энергия концентрируется вокруг самой высокой точки каждой кривой и как λ, в соответствии с этим экстремумом, смещается к более короткой длине волны (более энергетичной) по мере возрастания температуры (7). Это смещение было продемонстрировано в 1893 году немецким физиком Вильгельмом Вином и показано на графике пунктирной линией: максимальная λ обратно пропорциональна Т. С увеличением температуры максимальная λ уменьшается. Речь идет о прогнозируемой тенденции: короткие длины волн соответствуют большому количеству энергии и высокой температуре.

РИС. 2

При наблюдаемых температурах большая часть света находится за пределами видимого спектра; ситуация меняется, когда Т растет, а λ уменьшается (рисунок 3). Мы можем вывести из этих кривых другой важный результат, связанный с эмиссией излучения из твердых тел: полная плотность энергии, излучаемой печью (все, что находится ниже кривой), прямо пропорциональна четвертой степени температуры тела, выраженной в градусах Кельвина. Это закон Стефана — Больцмана, открытый эмпирически в лаборатории австрийского физика Йозефа Стефана и продемонстрированный пять лет спустя с помощью аргументов термодинамики его учеником Людвигом Больцманом.

На рисунке 4 зона под кривой, соответствующая 6000 К, в 81 раз больше, чем та, что ограничена спектром излучения до 2000 К:

Спектр излучения печи определяет границы поля, на котором будет рассмотрено, насколько эффективно классическая физика может теоретически обосновать эти кривые при моделировании поведения газа и света. Этот вызов согласился принять Макс Планк — прусский ученый, от которого, после 40 лет спокойной работы, никто не ожидал великих свершений.

РИС. 3

РИС. 4

 

Революция поневоле

Хотя отдельные предпосылки можно найти и в более ранних работах, авторство квантовой механики связывают с именем Макса Планка, который 14 декабря 1900 года представил Немецкому физическому обществу результаты своих исследований в статье под названием «К теории распределения энергии излучения нормального спектра». Это исследование, появившееся в последний месяц последнего года XIX века, поставило радостную фермату над целым веком развития науки, хотя описанное в нем открытие вскоре обрушило все основы научного знания.

До этих пор Планк в своей научной карьере не занимался изучением и применением второго закона термодинамики. Его любопытство было направлено на поиски абсолютных законов, таких принципов, которые сохраняются во все времена. Именно поэтому универсальное излучение печи привлекло внимание ученого, которого часто называют революционером поневоле — и определение не отдает должного упорству исследователя. Из всех ученых, содействовавших рождению квантовой теории, Планк, без сомнений, следовал наиболее консервативным принципам. Так, в течение многих лет он отрицал существование атомов и защищал непрерывность материи, и эта позиция была понятна, ведь специальность Планка — классическая термодинамика — не углублялась в недра изучаемых систем. И учитывая это, выглядит настоящей иронией судьбы тот факт, что именно Планку приписывают ответственность за нанесение последнего удара по классической непрерывности.

Также ученый выступал против любой статистической интерпретации второго закона, он был убежден в том, что увеличение энтропии абсолютно, хотя анархический характер этой идеи внушал Планку некоторое отвращение. Стремление к знаниям, смешанное с предрассудками, ставило его в сложное положение. В статьях ученого можно заметить осторожность профессионального игрока в покер, который рискует целым состоянием, и разгадать его блеф не всегда просто. В октябре 1900 года Планк открыл математическую кривую спектра излучения, видимую на предыдущем рисунке. Он обнаружил функцию, зависящую от частоты и температуры, что привело — при подстановке числовых значений v и Т — к тем же кривым, что были получены в лаборатории. Так ученый обнаружил математическую модель закона излучения, который он искал. Открытие само по себе было заметным успехом, но амбиции Планка не остановились на этой простой формуле: он хотел сделать ее следствием физической картины мира, в котором ее можно было бы последовательно применять. Ученый безоговорочно признавал свой собственный постулат: «С того момента, как я сформулировал [закон], я старался придать ему физический смысл». Едва ли он сам понимал, насколько обескураживающим будет этот искомый смысл.

Это одна из наиболее важных и трансцендентальных интерполяций в истории физики; она обнаруживает почти сверхъестественную физическую интуицию.

Макс Борн о формуле излучения, открытой Планком

С самого начала Планку не хватало важных элементов, которые позволили бы понять, что происходит внутри печи.

Например, на тот момент, когда Планк решил обратиться к задаче, о существовании нейтронов и протонов было еще неизвестно. Электроны вошли в физику лишь за три года до этого, в 1897 году.

Планк мог опираться на два важных достижения физики XIX века — термодинамику и электродинамику Максвелла. Шотландский математик заявил, что колебание электрического заряда генерирует электромагнитные волны — именно так работают антенны, которые произвели настоящую революцию в мире телекоммуникаций (сегодня нас окружают микроволны, испускаемые нашими мобильными телефонами).

В радиоантенне электромагнитная волна приводит в движение электроны, которые встречает на своем пути. Таким образом, стенки печи взаимодействуют с излучением благодаря возвратно-поступательному движению электронов. Последние остаются в своих атомах и колеблются вокруг фиксированных точек. В статье Планк не упоминает ни об электронах, ни о материи и говорит только о «колебании» (осцилляторе, генераторе колебаний).

Пустая и остывшая печь не испускает никакого излучения. Нагревание системы мгновенно вызывает возбуждение электронов и испускание электромагнитных волн. Эти волны распространяются, пересекают пространство печи и в конечном счете сталкиваются с другими стенками и другими электронами, при этом ведут себя как принимающие и излучающие антенны. Взаимодействие между светом и материей началось. Через некоторое время достигается стабильная ситуация: печь наполняется излучением, разделенным на разные частоты в зависимости от уже упомянутой спектральной кривой.

Планк стремился показать, что как только будет достигнуто равновесие, подтвердится второй закон термодинамики. Каким бы изменениям ни подвергалась печь, энтропия в конечном итоге со временем возьмет верх. Таким образом, ученому необходимо было определить все микроскопические конфигурации, связанные с каждым макроскопическим состоянием системы, присвоить каждой конфигурации вероятность и отыскать наиболее вероятную (с максимальной энтропией). В этот момент научная решительность Планка заставила умолкнуть его предрассудки. У него не было иного выбора, кроме как применить статистическую интерпретацию Больцмана и идею о том, что вероятность каждого состояния пропорциональна числу микроскопических конфигураций, совместимых с этим состоянием. Он также воспользовался другой находкой венского физика для расчета вероятностей.

Для вычисления энтропии можно прибегнуть к двум типам переменных: дискретным или непрерывным. Если мы решим выделить группу из 20 зрителей в кинозале, то увидим, что места, которые они могут занимать, ограничены. Каждый зритель занимает конкретное место, и на плане зала каждая смена места выражается резким скачком. В этом случае мы говорим о дискретной переменной. Но если мы должны выделить в коробке группу из 20 молекул, вариантов их расположения безграничное множество. Чтобы изменить положение, молекулам не нужно делать резких скачков: им достаточно переместиться на сколь угодно малое расстояние, и это уже будет новое положение.

С математической точки зрения работать с дискретными переменными гораздо удобнее, чем с непрерывными. Идея

РИС. 5

РИС. 6

РИС. 7

Больцмана заключается в том, чтобы взять непрерывное пространство и представить его как дискретное. Возьмем, к примеру, ограниченную квадратом поверхность, как показано на рисунке 5.

В ограниченном пространстве число позиций, которые может занимать частица, бесконечно. Как в таком случае их учитывать? Достаточно нанести сетку и считать, что все точки, лежащие в одной клетке, занимают одно и то же положение (рисунок 6).

Можно пронумеровать состояния, как места в кинозале, и сосчитать их. Чем тщательнее процесс выборки, тем точнее будет приближение (рисунок 7).

Когда площади клеток стремятся к нулю (□—>0), мы возвращаемся в наше непрерывное пространство с бесконечным числом точек. Таким образом, при работе с непрерывными переменными стратегия состоит в том, чтобы выбрать диапазон вероятностей и установить математическую структуру для учета состояний и определения вероятностей. Затем сетка удаляется, и происходит переход дискретного вычисления в непрерывное.

Изучая проблему печи, Планк должен был распределить доступную энергию между осцилляторами стенок и внутренним излучением. Чтобы провести расчеты, он решил выразить энергию в дискретных фрагментах: ε = h • v, где h — константа, a v — частота излучения.

Определяя вероятность каждого положения и устремляя h к нулю, он восстанавливал непрерывное пространство и добивался желаемого результата. Однако еще до достижения последнего этапа, в то время как энергия оставалась дискретной, Планк уже пришел к правильной формуле излучения. Что случилось бы, если бы он захотел идти до конца? Тогда он получил бы результат, согласно которому энергия стремилась бы к бесконечности. На практике это означало бы, что при открывании печи из нее вырвалась бы смертельная вспышка ультрафиолетовых лучей,— так гласила классическая физика.

Но уменьшить h до бесконечности было невозможно. Кроме того, в соответствии с уравнением излучения и при сравнении теоретической и экспериментальной кривых постоянная в конечном итоге достигла определенного значения, которое не уменьшалось: 6,62 • 10-34 Джс. Другими словами, осциллятор, вынужденный совершать колебательные движения вперед и назад, за 1 секунду приобретает энергию, равную 6,62 • 10-34 Дж. Речь идет о совершенно незначительном количестве энергии: 1 Дж позволяет поднять небольшое яблоко весом около 100 г на высоту 1 м.

Вскоре Эйнштейн назвал каждый из этих фрагментов энергии квантом, а сам процесс фрагментации — квантованием. Так родились первые термины герметичного языка квантовой физики — термины, которые дали ей имя. Константу h назвали постоянной Планка, в честь создателя. Она играет роль датчика, показывающего, с какого масштаба учитывается прерывистость энергии. Дискретизация, возникающая при этом, чрезвычайно тонкая, наши органы чувств не отличают ее от непрерывности — и это объясняло, почему дискретная природа энергии до сих пор оставалась незамеченной, хотя и вовсе не уменьшало растерянности Планка. Когда мы встаем и начинаем бежать, то считаем, что наша кинетическая энергия начинает расти с нулевого значения непрерывно, а не рывками, пусть даже ничтожными и малозаметными. Подобная идея противоречит классическому духу.

Много лет спустя, в 1931 году, Планк вспоминал эту ситуацию словами: 

«...могу охарактеризовать всю процедуру как акт отчаяния, так как по своей природе я миролюбив и не склонен к сомнительным авантюрам. Однако я уже бился шесть лет (с 1894 года) над проблемой равновесия между излучением и веществом без каких бы то ни было успехов [...] требовалось найти любой ценой теоретическую интерпретацию, однако эта цена могла быть высокой». 

Квантование энергии так беспокоило Планка, что он пытался ограничить его и замкнуть в конкретном случае. Ученый предпочел сказать себе, что это был побочный эффект, связанный со специфическим механизмом взаимодействия осцилляторов. Можно провести параллель с ведром, которое используют для поднятия воды из колодца. Количество воды, извлеченной из колодца, кратно объему ведра, но перемещаемая жидкость (энергия) непрерывна и за пределами сосуда может быть представлена любой величиной.

Однако в это время статьи Планка внимательно читал один молодой профессор, который изо всех сил пытался свести концы с концами, давая частные уроки, и при этом уже воспринял идеи, перевернувшие физику. Альберт Эйнштейн обладал особым талантом обобщения, и печь предоставила ему все возможности, чтобы дать волю этому дару.

В 1905 году он, будучи на тот момент исключенным из академических кругов, опубликовал серию статей, которые не просто сделали его знаменитым, но вписали его имя в пантеон истории науки. В своем письме другу Конраду Хабихту он характеризует одну из этих статей как «весьма революционную». Быть может, он ссылается на наброски к специальной теории относительности или на приложение, в котором он решал уравнение Е = mc²? На самом деле ученый писал о статье, озаглавленной «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света», в которой рассматривал квантовую гипотезу Планка. Эйнштейн начал свое размышление, затрагивая трудности концептуального порядка: 

«Согласно теории Максвелла, во всех электромагнитных, а значит и световых явлениях энергию следует считать величиной, непрерывно распределенной в пространстве, тогда как энергия весомого тела, по современным физическим представлениям, складывается из энергий атомов и электронов. Энергия весомого тела не может быть раздроблена на сколь угодно большое число произвольно малых частей, тогда как энергия пучка света, испущенного точечным источником, по максвелловской (или вообще по любой волновой) теории света, непрерывно распределяется по все возрастающему объему». 

Существует противоречие между непрерывностью света и дискретностью материи. Эйнштейн разыскал в работах Планка решение, позволяющее связать между собой эти понятия, препарировав энергию: «Он убедительно доказал, что помимо атомной структуры предмета существует также атомная структура энергии». Очевидно, сам Планк не слишком одобрял такую интерпретацию своей работы: 

«[...] Я думаю, что [...] можно было бы продвинуться дальше и найти решение путем поиска значения кванта энергии h х v в совместных действиях, с помощью которых осцилляторы влияют друг на друга». 

Эйнштейн поддерживал идею о том, что сегментация присуща излучению и сохраняется, даже когда излучение распространяется на удалении от материи. Видимая только издалека, высокая плотность квантов света имеет знакомые очертания классической максвелловской волны.

Значение постоянной Планка настолько мало, что дискретность энергии остается неразличимой в нашем масштабе, так же как невозможно различить каждый мазок в картинах импрессионистов. Постепенно, по мере приближения, небольшие волны цвета — которые, кажется, растворяются друг в друге в неуловимых переходах — делятся на небольшие пятна. То же самое происходит с квантовым импрессионизмом света. Нельзя игнорировать его фрагментарную природу во взаимодействии с веществом.

В своей первой статье Эйнштейн использовал идею фрагментации энергии в печи Планка и применил ее к трем известным явлениям, чтобы объяснить их и доказать, что фрагментация не является прерогативой осцилляторов. Феномен, который сделал ученого знаменитым, называется фотоэлектрическим эффектом. Через несколько лет за его объяснение Шведская королевская академия наук присудит Эйнштейну Нобелевскую премию, и это при том, что она откажется принять во внимание две его теории относительности — слишком смелые теоретические гипотезы, ничем не подтвержденные.

На протяжении многих лет Эйнштейн все больше развивает квантование. Согласно его знаменитому уравнению относительности (Е = mc²), энергия заключает в себе компонент, связанный с массой: следовательно, кванты необходимо рассматривать в терминах частиц. Названные фотонами, они обозначают бомбардирующие частицы света, которые могут сталкиваться, к примеру, с электронами и заставлять их менять траекторию. В 1923 году в лаборатории штата Миссури Артур Комптон подтвердил эту гипотезу, бомбардируя атомы рентгеновскими лучами (лучи света с очень короткой длиной волны). Планк, встревоженный последствиями своего успеха, призывал физиков к сдержанности: «Введение кванта должно совершаться настолько консервативно, насколько это возможно.

То есть нужно вносить только те изменения, которые абсолютно необходимы по определению». К счастью, это не было общим настроением эпохи.

Фотоэлектрический эффект

РИС. 1

РИС. 2

РИС. 3

Каждый квант с r , с частотой v x , попадает в электрон со скоростью V r Каждый квант с 2 , с частотой v 2 , попадает в электрон со скоростью V 2 .

Как можно видеть на рисунке 1, направление пучка света на металлическую пластину вызывает высвобождение электронов. В 1902 году венгерский физик Филипп Ленард обнаружил, что скорость частиц, выбиваемых из металла, увеличивается с ростом частоты падающего света, но не с ростом его интенсивности (рисунки 2 и 3). Эйнштейн предположил, что свет состоит из квантов. Энергетический заряд, переносимый каждым квантом, зависит от частоты. Таким образом, при увеличении частоты отдельные высокоэнергетические кванты передают энергию отдельным электронам, вызывая рост их скорости. И напротив, увеличение интенсивности света приводит к росту количества квантов, способных воздействовать на электроны с той же энергией. В этом случае из пластины будет выбиваться больше частиц, но их скорость будет примерно одинакова.

 

Военный период

Ранние работы Шрёдингера, находившегося под влиянием учителей, лежат в сфере гибридной, неполной физики: с одной стороны, они словно поставлены на якорь в классическом мире, который находится под угрозой исчезновения, а с другой — отваживаются отправиться в туманные края. Они — плоды переходной науки, которую триумф квантовой физики впоследствии уничтожит.

В мае 1910 года, после защиты диссертации на тему «Электрическая проводимость на поверхности изоляторов во влажном воздухе», Шрёдингеру было присвоено звание доктора. Сложно разглядеть в этом названии «дух огня» (пролагающий свой собственный путь и по-новому ставящий вопросы перед природой), который так восхищал его соучеников. Эта работа исследовала влияние атмосферной влажности на электропроводимость некоторых изоляторов (стекло, черное дерево, янтарь и так далее) и имела экспериментальный характер. Главная задача Шрёдингера состояла в изучении изоляции научных приборов в условиях сурового климата.

Едва он закончил учебу, как в отделе теоретической физики освободилось место ассистента. Наличие академических заслуг и великолепного досье позволило Шрёдингеру рассчитывать на эту должность, но на его пути возникли два препятствия: военная служба и несчастный случай с его университетским товарищем Гансом Тиррингом, который произошел во время катания на лыжах в окрестностях Мариацелля, живописного местечка в Штирийских Альпах. Неудачно упав, Тирринг сломал ногу и, таким образом, был освобожден от службы в армии. Он и занял вакансию ассистента, пока Шрёдингер носил военную шинель.

Вернувшись к гражданской жизни через несколько лет, Шрёдингер должен был согласиться на должность, менее соответствующую его научным интересам. Он стал ассистентом в Институте экспериментальной физики под руководством Экснера. Вот как Шрёдингер описал свой опыт работы в лаборатории: 

«За эти годы я усвоил две вещи: во-первых, я не наделен талантом к экспериментальной работе; во-вторых, моя родина и мои соотечественники не талантливее меня в том, что касается реализации первоочередных экспериментальных проектов». 

Без сомнений, исследователь узнал и многие другие вещи. Экспериментируя с оптическими инструментами, он заметил аномалию в своем восприятии цвета, которая уменьшала его чувствительность к зеленому и увеличивала диапазон различаемых оттенков красного. Экспериментальный багаж Шрёдингера позволил ему также отнести себя «к тому роду теоретиков, которые понимают, что значит проводить измерения путем прямого наблюдения».

В 1913 году, на следующий день после Рождества, ученый преодолел еще один этап в своей академической карьере и удостоился звания venia legendi (хабилитированный доктор), благодаря чему мог начать преподавать в качестве приват-доцента, взимая скромную плату с учеников, которых ему удавалось привлечь на свои занятия.

В своих первых статьях Шрёдингер продемонстрировал исключительную математическую виртуозность, основанную на интуиции физика — хотя еще и не отточенной. Вена после смерти Больцмана лежала в стороне от передовых научных течений, что препятствовало созреванию Шрёдингера, поскольку ему так и не приходилось сталкиваться с проблемами, которые стали бы настоящим вызовом его способностям.

Помимо этого, внимание Шрёдингера отвлекала проблема иного рода, которая ставила под угрозу его зарождающуюся карьеру. Проблему звали Фелиси. Можно смело утверждать, что занятия наукой и интеллект были не слишком престижны для буржуазного брака. Мать Фелиси, баронесса Краусе, была уверена, что Эрвин — совсем не та кандидатура, которая могла бы составить счастье ее дочери. Приват-доцент с почти нулевым доходом не был способен поддерживать требуемый образ жизни. Отчаявшись, Шрёдингер умолял отца принять его в свой бизнес. Рудольф возражал ему с тем же упорством, которое выказывала баронесса по отношению к браку. Жизнь оказалась сильнее любви, и все обещания, которыми втайне обменялись влюбленные, были забыты. Шрёдингер был готов пожертвовать ради Фелиси всем. Но что у него было? Вероятно, эта романтическая неудача остудила пыл Шрёдингера в отношении традиционного брака, что и объясняет его дальнейшую бурную личную жизнь.

Визитной карточкой венских физиков — такой же, как торт «Захер»,— были исследования атмосферного электричества и радиоактивности. Летом 1913 года университет нанял Шрёдингера для сбора данных на станции в Зеехаме, неподалеку от Зальцбурга. Регистрация следов радона в воздухе была скукой смертной. Впрочем, деревушка Зеехаме на берегу озера Матзее во время летних каникул оживлялась, и Шрёдингер нашел лекарство от скуки — после того как директор проекта представил ему няню своих детей, Аннемари Бертель. Эта девушка, дочь судебного фотографа, нашла молодого профессора «весьма очаровательным», и после этого радон был окончательно отодвинут на второй план. Разница в возрасте несколько смущала Шрёдингера, поэтому он предпочел выждать несколько лет, прежде чем сделать официальное предложение.

Если так будет продолжаться и дальше, я закончу тем, что стану физической и духовной развалиной. Я отвык от работы и не могу сконцентрироваться даже на полчаса.

Шрёдингер, в годы пребывания на фронте

Писательница Эдит Уортон вспоминала, как одним прекрасным вечером в июне 1914 года она подошла к небольшой группе людей, толпившихся перед кафе «Отея»: «Ты не в курсе?

Эрцгерцог Франц Фердинанд был убит... в Сараево... Где находится Сараево? Его жена была рядом. Как ее звали? Они оба мертвы». Уортон признавала, что большинству из них имя эрцгерцога совершенно ничего не говорило, и разговоры быстро вернулись к недавно опубликованной книге, новому приобретению Лувра, последней выставке... Венское общество не слишком взволновала новость о том, что молодой сербский националист застрелил эрцгерцога Австрии. Казалось даже, что старый император, недовольный преемником, которого ему предписывала линия наследования, был больше рад новому дофину. В других странах Европы также никто не замечал признаков надвигающейся бури. Трещина, расколовшая хрустальный купол бального зала, ширилась, как смертоносная паучья сеть, оставаясь совершенно невидимой.

В последний день июля 1914 года Рудольф Шрёдингер зашел в кабинет своего сына в Институте физики, чтобы передать ему только что пришедшую повестку. Они вместе отправились приобрести два пистолета, из которых Эрвин не сделает ни одного выстрела.

В последующие годы он служил в звании офицера артиллерии во главе нескольких батарей в разных местах Италии. Сперва Шрёдингер высадился на перевале Предиль, где первый и последний раз мог любоваться огнями святого Эльма, — это было одним из его самых ярких военных воспоминаний. В конце 1915 года Шрёдингер отличился храбростью во время третьей большой битвы при Изонцо, в которой пали 80 тысяч австро-венгерских и 125 тысяч итальянских солдат. Основной обязанностью ученого было применение ньютоновской физики: он отвечал за вычисление траектории снарядов и наведение орудий, и этот долг он исполнял безупречно даже под самыми свирепыми обстрелами.

По мере возможности он пытался извлечь выгоду из своего положения физика-теоретика, учитывая, что в конце концов единственной его лабораторией была его собственная голова. Именно во время войны произошло знакомство Шрёдингера с общей теорией относительности: «В Просекко состоялось мое первое знакомство с теорией Эйнштейна 1916 года. Хотя у меня было полно времени, ее понимание давалось мне с трудом». Следует отдать должное скромности ученого: он настолько овладел сложным формализмом теории, что опубликовал две статьи, которые привлекли внимание самого Эйнштейна, — успех, мало кому доступный в то время. Одна из статей Шрёдингера затрагивала наиболее сложный аспект теории — неоднозначность, возникающую в определении гравитационной энергии.

Эрвин Шрёдингер с родителями и тетей Минни (справа) в Инсбруке в 1892 году.

Австрийский физик в возрасте семи лет.

В 1898 году Шрёдингер поступает в Академическую гимназию в Вене, где будет учиться в течение восьми лет. Эта фотография датируется примерно 1905 годом.

Австрийский солдат Эрвин Шрёдингер в 1915 году.

Год спустя в Просекко он познакомится с теорией относительности Эйнштейна.

В те моменты, когда у Шрёдингера не было доступа к научной литературе, реальность войны представала перед ним во всем своем ужасе. Кроме того, ему постоянно снилась Лотта, его первая школьная подружка: «Это сравнимо с тем, как если бы я все еще был под впечатлением того вечера, когда впервые взял ее за руку».

Во время штурма Плаута в провинции Тренто, 7 октября 1915 года, от взрыва гранаты погиб учитель Шрёдингера, Фридрих Хазенёрль. Весной 1916 года Шрёдингер был повышен до обер-лейтенанта, на следующий год — переведен в Вену. Новое назначение предполагало меньше риска. Он отвечал за преподавание метеорологии первокурсникам в офицерской школе на юге от Вены, в городе Винер-Нойштадте. Там ученый и оставался до перемирия в 1918 году.

Чтобы преодолеть отчаяние и голод послевоенного времени, он всецело окунулся в философию, как делал это в самые трудные часы на фронте. Шрёдингер прочитал полное собрание сочинений Шопенгауэра, который приобщил его к пессимизму, мизантропии и восточной философии. Находясь в мистическом трансе, он покрывал страницы блокнотов мыслями, вдохновленными чтением Упанишад. Страсть к священным индийским текстам пожирала его так же сильно, как и несколькими годами ранее — любовь к Фелиси. Когда ученому предложили должность профессора теоретической физики в Черновцах, он согласился — с тайным намерением ограничить занятия наукой аудиторными часами, а все свободное время посвящать всестороннему изучению веданты. Однако падение Австро-Венгерской империи прервало это погружение в восточный мистицизм: 

«Вмешался мой ангел-хранитель: внезапно Черновцы больше не были частью Австрии. Все осталось на бумаге. Я вынужден был остаться верным теоретической физике и, к моему большому удивлению, время от времени собирал ее плоды».