Гейзенберг. Принцип неопределенности. Существует ли мир, если на него никто не смотрит?

Автор описывает научные достижения Гейзенберга в квантовой механике и других дисциплинах, представляя их в историческом контексте. На этом пути нас ждет множество поворотов и развилок, но не в наших силах всем им уделить равное внимание. Вряд ли книга даст однозначный ответ на вопросы, связанные с ролью Гейзенберга в немецкой ядерной программе, однако на ее основе читатель сможет составить свое мнение о действиях гениального физика в те годы и задуматься о роли науки в военных конфликтах, а также о социальной ответственности ученых.

1901 5 декабря в немецком городе Вюрцбурге родился Вернер Карл Гейзенберг.

1920 Гейзенберг поступает в Мюнхенский университет и становится участником семинаров Арнольда Зоммерфельда.

1923 Получает степень доктора в Мюнхенском университете. Становится ассистентом Макса Борна в Университете Гёттингена.

1925 Вместе с Борном и Йорданом пишет знаменитую «работу трех» (Dreimannerarbeit), в которой приводятся основные постулаты новой квантовой теории: существование стационарных состояний атомов и квантовых скачков между состояниями, сопровождающихся излучением или поглощением света.

1927 Публикует доклад о принципе неопределенности, который описывает взаимоотношения между наблюдателем и наблюдаемым на квантовом уровне.

1928 Возглавляет кафедру теоретической физики в Лейпцигском университете.

1932 Предлагает квантовую модель ядра атома, в рамках которой нейтроны и протоны описываются как два квантовых состояния одной и той же частицы.

1933 Получает Нобелевскую премию 1932 года за создание квантовой механики.

1937 29 апреля в Берлине вступает в брак с Элизабет Шумахер.

1939 В конце сентября мобилизован для работы над немецкой ядерной программой.

1942 Назначен директором берлинского Института физики Общества кайзера Вильгельма.

1943 Возглавляет кафедру теоретической физики в Берлинском университете. Формулирует теорию матриц рассеяния, описывающую столкновения элементарных частиц.

1945 3 мая задержан союзниками; в июле перевезен в Фарм-холл (Англия).

1946 Исполняет обязанности директора Института физики и астрофизики общества Макса Планка в Гёттингене.

1951 Становится главой Комитета по атомной физике, а также возглавляет немецкую делегацию при учреждении ЦЕРН.

1953 Избран президентом Фонда Александра фон Гумбольдта – организации, посвященной поддержке иностранных ученых и развитию международного сотрудничества.

1976 1 февраля умирает от рака в своем доме в Мюнхене.

Глава 1 Истоки квантовой физики

В последние годы XIX и в первые годы XX века, с открытием электронов, рентгеновских лучей, радиоактивности и фотоэффекта, ученые смогли увидеть неизвестный до тех пор мир атомов. Однако новые открытия вызвали новые вопросы. Материя вела себя столь странно, что в попытках объяснить ее поведение пришлось прибегнуть к принципиально новым идеям: ученые предположили, что свет образован порциями энергии, что существуют частицы, которые ведут себя как волны, и так далее. Таковы были истоки квантовой революции.

Детство и юность Вернера Гейзенберга прошли в период становления квантовой физики. Вскоре после поступления в Мюнхенский университет он начал участвовать в развитии недавно появившейся науки – атомной физики. В Первую мировую войну и послевоенный период была сформирована особая социальная среда, в которой вращались ученые, создававшие новую науку.

В семье Гейзенберга хранилось полное генеалогическое древо, в котором были перечислены шесть поколений предков. Оно понадобилось ученому в 1930-е годы, когда ему пришлось доказывать чистоту крови нацистским властям. Его предки со стороны отца были преимущественно ремесленниками – бондарями и слесарями, предки со стороны матери – крестьянами и фермерами. В последней трети XIX века экономический и промышленный рост Германской империи открыл представителям среднего класса путь вверх по социальной лестнице: они получили доступ к высшему образованию, а вместе с ним – возможность стать врачами, адвокатами, судьями и государственными чиновниками. Дед Гейзенберга по материнской линии Николаус Векляйн изучал классические языки и был директором Максимилиановской гимназии – одной из лучших средних школ Мюнхена. Отец ученого, Август Гейзенберг, преподавал греческий и латынь.

В те годы после окончания начальной школы дети получали техническое образование либо (чаще всего это касалось представителей высших слоев) готовились к поступлению в университет в гимназиях – государственных учебных заведениях, напоминавших современные средние школы.

В своих самостоятельных работах в области математической физики он добился намного большего, чем того требует гимназический курс.

Комментарий преподавателя к итоговой экзаменационной работе Гейзенберга, 1920 год

Август Гейзенберг получил докторскую степень и начал преподавать в Максимилиановской гимназии. Одновременно он продолжал заниматься древнегреческим языком для хабилитации – получения высшей ученой степени, следующей за степенью доктора и позволяющей преподавать в университете. В 1899 году Август Гейзенберг женился на Анни Векляйн, одной из дочерей директора Максимилиановской гимназии. После рождения первого сына, Эрвина, супруги переехали в Вюрцбург, город в 200 километрах к северу от Мюнхена, где Август получил должность преподавателя местной гимназии. В Вюрцбурге 5 декабря 1901 года, спустя год после открытия квантовой физики, и родился Вернер Карл Гейзенберг.

С внезапной смертью заведующего кафедрой древнегреческого языка Мюнхенского университета жизнь Гейзенбергов изменилась. Как правило, при освобождении одной из существующих должностей или учреждении новой руководство университета обращалось к различным экспертам, в том числе зарубежным, и с их помощью составляло список из трех кандидатов, который подавался в министерство образования. Однако в этом случае должность требовалось занять как можно скорее, и министерству был представлен единственный кандидат, имевший прекрасные рекомендации. Таким образом, в начале 1910 года Август Гейзенберг возглавил единственную в Германии кафедру византийской филологии.

В одном из интервью 1960-х годов Вернер Гейзенберг упомянул два важных обстоятельства, в которых его отец сыграл значительную роль. Август был прекрасным учителем, он занимался с детьми в игровой форме и стремился поддерживать между ними дух соперничества. Часто отец предлагал старшему брату решать математические задачи, и юный Вернер, поняв, что ему это тоже по силам, почувствовал интерес к математике. Кроме этого, Август Гейзенберг прививал детям любовь к музыке. Вернер играл на виолончели и пианино и часто аккомпанировал отцу, когда тот пел тенором оперные арии. Эта игра на пианино и вообще увлечение музыкой сопровождали ученого всю его жизнь, и он достиг немалых высот для любителя.