Эта книга рассказывает о двух великих физиках, о «газетной» войне 1947 года, разрушившей их многолетнюю дружбу, а также о хрупкой природе сотрудничества и открытий в науке.

Когда мировая пресса объявила их соперниками, оба уже были нобелевскими лауреатами преклонного возраста, а главные работы давно остались за плечами. Однако газетчики преподносили совсем другую историю — якобы о противостоянии опытного бойца, который никогда не сдается, и выскочки, которому не терпится победить другого и получить приз. В то время Эйнштейн был невероятно популярен, каждое его слово тут же подхватывалось журналистами, и лишь очень ограниченный круг людей был знаком с работами австрийского физика Эрвина Шрёдингера.

Те, кто следил за достижениями Эйнштейна, знали, что он уже несколько десятилетий работал над единой теорией поля. Он надеялся продолжить труд, начатый Джеймсом Клерком Максвеллом, английским физиком XIX века, по объединению всех сил природы в единой системе уравнений. Максвелл объединил электричество и магнетизм, введя в науку новый объект — электромагнитное поле, что привело к открытию такого явления, как электромагнитные волны. Общая теория относительности, предложенная Эйнштейном, описывает гравитацию как искривление пространства-времени. Подтверждение этой теории принесло ему всемирную славу. Однако Эйнштейн не собирался останавливаться на достигнутом. Его мечтой было включить результаты Максвелла в расширенную теорию относительности, объединив таким образом электромагнетизм и гравитацию.

Раз в несколько лет Эйнштейн торжественно объявлял о создании очередной единой теории, которая через какое-то время оказывалась неверной и потихоньку заменялась на новую. Начиная с 1920-х годов одной из главных его целей стал поиск детерминистической альтернативы вероятностной интерпретации квантовой теории, отстаиваемой

копенгагенской школой:

Нильсом Бором, Вернером Гейзенбергом, Максом Борном и другими учеными. Понимая, что эксперименты подтверждают верность квантовой теории, он, тем не менее, считал ее неполной. В глубине души Эйнштейн верил, что «Бог не играет в кости», как он сам однажды сказал, ставя вопрос о том, каким, на его взгляд, должно быть идеальное механистическое мироздание. Под «Богом» он подразумевал то же, что и голландский философ XVII века Бенедикт Спиноза, — проявление высшего естественного порядка. Спиноза считал, что Бог — это синоним Природы, он вечен и неизменен и не оставляет места случайности. Эйнштейн, соглашаясь со Спинозой, искал неизменные законы, управляющие механизмами природы. Он твердо намеревался доказать, что мир абсолютно детерминистичен.

Шрёдингер, эмигрировавший в 1940-х годах из оккупированной Австрии в Ирландию, как и Эйнштейн, не признавал общепринятую в то время интерпретацию квантовой механики и видел в Эйнштейне союзника. Эйнштейн также почувствовал в Шрёдингере родственную душу. После обмена идеями об объединении сил природы Шрёдингер неожиданно объявил о достигнутом им успехе, чем привлек к себе всеобщий интерес. В результате между ним и Эйнштейном произошел раскол.

Сегодня при упоминании имени Шрёдингера в памяти сразу всплывают кот, ящик и парадокс. Его знаменитый мысленный эксперимент, опубликованный в 1935 году в рамках работы «Текущая ситуация в квантовой механике», представляется одним из самых жестоких в истории науки. Впервые услышав о нем, люди сначала ужасаются и тут же испытывают громадное облегчение, узнавая, что эксперимент — гипотетический и никогда не проводился на живом коте.

Шрёдингер предложил этот мысленный эксперимент в 1935 году в работе, посвященной исследованию феномена

квантовой запутанности

в физике. Квантовая запутанность (термин, введенный Шрёдингером) — это ситуация, когда две или несколько частиц описываются одним квантовым состоянием, то есть если что-то происходит с одной из частиц, это одновременно затрагивает и все остальные частицы.

Частично вдохновленная диалогом с Эйнштейном, загадка кота Шрёдингера проверяет на прочность принципы квантовой физики, предлагая нам представить судьбу кота, состояние которого запутано с состоянием частицы. Кот заперт в ящике, в котором находятся атом радиоактивного вещества, счетчик Гейгера и герметичный сосуд с ядом. Ящик закрыт на такой интервал времени, по истечении которого атом с вероятностью 50% может распасться с испусканием частицы. Аппарат сконструирован таким образом, что если счетчик Гейгера зарегистрирует порожденную в результате распада частицу, то сосуд с ядом разобьется и кот погибнет. Однако если распада не произойдет, то кот не пострадает.

Как отмечает Шрёдингер, согласно правилам измерений в квантовой механике, пока ящик закрыт, состояние кота (мертвый или живой) будет запутано с состоянием радиоактивного атома, распад которого фиксирует счетчик Гейгера. Таким образом, кот оказывается в состоянии квантовой суперпозиции подобно зомби (и живой и мертвый одновременно) до тех пор, пока не сработает таймер, исследователь не откроет коробку и не произойдет редукция запутанного квантового состояния кота и счетчика в какое-нибудь одно из возможных состояний.

С конца 1930-х до начала 1960-х годов этот мысленный эксперимент редко упоминался, разве что на лекциях по физике в качестве анекдота. К примеру, профессор Колумбийского университета и нобелевский лауреат Т. Д. Ли рассказывал о нем своим студентам, демонстрируя им странную природу редукции волновой функции

Неопределенность состояния кота Шрёдингера удивительно соответствует противоречивости его создателя. Педантичный профессор-очкарик находился в квантовой суперпозиции контрастирующих взглядов. Его «инь-ян»-существование началось еще в детстве, так как в семье говорили на немецком и английском языках, и он вырос билингвом. Будучи связан со многими странами, но пылая особой любовью к родной Австрии, он был одинаково далек и от национализма, и от интернационализма, и от политики как таковой.

Шрёдингер любил физические упражнения на свежем воздухе, но при этом вынуждал других задыхаться от вездесущего дыма его трубки. На официальные конференции он приходил одетый как обыкновенный турист. Он называл себя атеистом и размышлял о божественном замысле В его жизни был период, когда он жил одновременно и со своей женой, и с женщиной, бывшей матерью его первого ребенка. Его докторская диссертация соединяла в себе экспериментальную и теоретическую физику. На ранней стадии карьеры он задумывался о том, не переключиться ли ему на философию, но затем вернулся к физике. Л затем он бесчисленное количество раз менял место работы в институтах Австрии, Германии и Швейцарии.

Физик Вальтер Тирринг описывал Шрёдингера следующим образом: «Он вел себя так, будто его постоянно преследуют: его гений гнал его от одной проблемы к другой, а политические силы двадцатого века — из одной страны в другую. Он был человеком, полным противоречий»

{5}

.

В его карьере был период, когда он яростно настаивал на том, что надо отказаться от принципа причинности в пользу чистой случайности. Несколько лет спустя, после разработки детерминистического уравнения, у него начали возникать сомнения. Возможно, все же существуют законы причинности, — рассуждал он. А затем физик Макс Борн реинтерпретировал его уравнение в терминах вероятности. После периода споров об этом подходе Шрёдингер снова начал склоняться к вероятностной интерпретации. Позже колесо рулетки его философских убеждений опять остановилось на детерминизме.

В 1933 году, осуждая нацистский режим, Шрёдингер решительно отказался от престижной должности профессора теоретической физики в Берлинском университете. Он был самым выдающимся физиком нееврейского происхождения, добровольно отказавшимся работать на национал-социалистов. Проработав некоторое время в Оксфорде, Шрёдингер принял решение вернуться в Австрию и занять пост профессора в Грацком университете. Но после аншлюса Австрии нацистской Германией он по неизвестным причинам предпринял попытку заключить с правительством сделку, чтобы сохранить за собой должность. В опубликованном «письме примирения» с новой властью он извинился за прежнюю оппозиционность и заявил о своей лояльности. Но, несмотря на это, ему все же пришлось покинуть Австрию, и он отправился в Дублин, чтобы занять многообещающий пост в Институте перспективных исследований. На нейтральной территории он публично отказался от своего «письма примирения».

Эйнштейн, который в Берлине был коллегой и близким другом Шрёдингера, все время поддерживал с ним активную переписку, в которой они обсуждали общие интересы в физике и философии. Они вместе боролись против общего врага — чистой случайности — как противоположности естественного порядка.

Знакомые с работами Спинозы, Шопенгауэра, для которого объединяющим принципом была

воля,

собирающая воедино все природные силы, а также трудами других философов, Эйнштейн и Шрёдингер негодовали по поводу неопределенности и субъективности в описании Вселенной на самом фундаментальном уровне. И хотя они оба сыграли важную роль в создании и развитии квантовой механики, оба были убеждены, что эта теория неполна. Несмотря на признание экспериментов, подтверждающих квантовую теорию, они верили, что дальнейшие теоретические исследования позволят раскрыть вневременную, объективную реальность.

Их союз был закреплен борновской реинтерпретацией волнового уравнения Шрёдингера. Согласно первоначальному толкованию уравнения Шрёдингера, оно описывало поведение реальных непрерывных волн материи, представляющих электроны внутри и вне атомов. Максвелл создал детерминистические уравнения, описывающие свет как электромагнитные волны, распространяющиеся в пустом пространстве, Шрёдингер хотел создать уравнение, описывающее движение волн материи. Таким образом он надеялся предложить исчерпывающее описание всех физических свойств электронов.

Борн разрушил строгость описания Шрёдингера, заменив волны материи на волны вероятности. Вместо однозначного задания физических свойств он предложил вычислять их вероятность на основе волновой функции. Борн привел уравнение Шрёдингера в соответствие с идеями Гейзенберга о неопределенности. Гейзенберг полагал, что отдельные физические свойства, такие как положение и импульс (произведение массы и скорости), не могут быть измерены одновременно с высокой точностью. Он определил такую квантовую размытость в своем знаменитом

принципе неопределенности:

чем более точно исследователь измеряет положение частицы, тем менее точно он знает ее импульс, и наоборот.

Надеясь описать реальные состояния электронов и других частиц, а не только вероятности, Шрёдингер раскритиковал нематериальные элементы подхода Гейзенберга — Борна. Также он не принимал философские идеи Бора относительно объяснения квантовой механики, называемых

Дублинский институт перспективных исследований, в котором Шрёдингер был ведущим физиком на протяжении 1940-х и в начале 1950-х годов, был создан по модели Принстонского института перспективных исследований, где Эйнштейн выступал в той же роли с середины 1930-х. Ирландская пресса часто сравнивала их, называя Шрёдингера Эйнштейном Ирландии.

Шрёдингер использовал любую возможность, чтобы упомянуть о своей дружбе с Эйнштейном, даже раскрывал подробности их частной переписки, когда это было ему выгодно. К примеру, в 1943 году, после того как Эйнштейн написал Шрёдингеру, что некая единая модель была «могилой его надежд» с 1920-хгодов, Шрёдингер использовал это утверждение, чтобы все выглядело так, будто он добился успеха там, где спасовал сам Эйнштейн. Он публично зачитал письмо Ирландской королевской академии, хвастаясь, что «выкопал» надежды Эйнштейна при помощи своих расчетов.