Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга) - Фридрих Гернек

То, что волновая механика вела к правильным решениям в тех случаях, когда отказывала старая теория Бора, говорило в ее пользу и способствовало ее распространению. Однако, как показал Гейзенберг, "популярная наглядность волновой механики" имела свои недостатки: она уводила в сторону от того направления, которое определялось, с одной стороны, работами Эйнштейна и де Бройля, а с другой - плодотворностью школы Бора.

Шрёдингер пытался обосновать квантовую теорию, односторонне отказавшись от дуализма корпускулы и волны, опираясь только на представление о волне и совершенно отбросив понятие "частица": идея в корне антиатомистическая и тем более удивительная, что принадлежит она духовному ученику и пламенному почитателю Больцмана.

Шрёдингер рассматривал электрон только как своего рода зарядную волну вокруг атомного ядра, которое само является какой-то волной, и попытался обойтись совсем без электрона как частицы. В своем нобелевском докладе он заявил, что атом является "в действительности не чем иным, как феноменом преломления электронной волны, до некоторой степени пойманной атомным ядром". Корпускулы - это, по его мнению, простые "группы волн", или "пакеты волн", которые симулируют движение частиц.

Эти взгляды не соответствовали действительности. Любой счетчик Гейгера и любая камера Вильсона опровергали их. Волны материи, которые первоначально представлялись как наглядно-реальные волновые процессы по типу стоячих волн акустики, приняли абстрактно-математический облик и получили благодаря Борну в конце концов более символическое значение как "волны вероятности". Однако ход мысли Шрёдингера имел глубоко истинное содержание, и потому он оказался полезным для отыскания новых фактов природы.

Открытие Дэвиссоном и Джермером дифракции электронных пучков в кристаллах - это только самый первый пример такого рода. Еще более важным было открытие новых элементарных частиц, существование которых могло быть предсказано на основе системы формул развитой волновой механики, и разгадка в последующие годы многих вопросов, связанных с изучением электрических проводников и полупроводников.

Волновая механика в своей нерелятивистской, неприменимой к свету форме, как она изложена в классических трудах Эрвина Шрёдингера, кажется нам сегодня особенно наглядной иллюстрацией к словам Луи де Бройля: "Мы никогда не должны забывать (история наук это доказывает), что каждый успех нашего познания ставит больше проблем, чем решает, и что в этой области каждая новая открытая земля позволяет предполагать о существовании еще не известных нам необъятных континентов". Шрёдингер сам первый признал и показал, что волновая механика с формально-математической точки зрения полностью равноправна с другими формами квантовой теории, которые в это же время или незадолго до этого были разработаны на основе идей Гейзенберга Борном, Иорданом и Гейзенбергом в Гёттингене и Дираком в Кембридже. Шрёдингера отнюдь не радовала эта равноценность его волновой механики со столь антипатичными ему статистическими теориями; но логика вещей принудила его признать это.

Гёттингенская и кембриджская формы квантовой механики отличаются коренным образом по исходным положениям и по применяемым методам от волновой механики Шрёдингера, однако они ведут к одинаковым результатам. Так как использованные Шрёдингером частные дифференциальные уравнения были более понятны физикам и более легки в употреблении, чем непривычный еще метод матричного расчета, то новая теория в том виде, какой ей придал Шрёдингер, практически получила всеобщее признание. Этому способствовало еще и то, что в ней сохранились неизменными классические геометрические представления о пространстве и времени "Волновая механика пользовалась значительно большей популярностью, чем гёттингенская или кембриджская формы квантовой механики", - сказал в 1954 году в своем нобелевском докладе Макс Борн.

Доказательство математической равноценности волновой механики и матричной механики стало вехой в дальнейшем развитии всей квантовой физики. Совпадение по результатам двух коренным образом отличающихся друг от друга систем объяснения показало физикам, что теоретическое исследование шло по верному пути. И хотя вскоре возникли новые трудности, они обусловливались запутанной природой рассматриваемых явлений.

Несмотря на им самим доказанную эквивалентность обоих объяснений квантовых феноменов, Шрёдингер упорно противился тому, чтобы признать удовлетворительным и исчерпывающим статистическое объяснение квантовой теории, математически разработанное в первую очередь Борном и Гейзенбергом. Уже во время его визита в Копенгаген осенью 1926 года дело дошло до длительных и эмоционально насыщенных споров между Шрёдингером и Бором, в которых, по свидетельству Гейзенберга, "в мельчайших подробностях неумолимо обсуждались самые значительные трудности теории атома и вовремя которых Бор не успокаивался прежде, чем проблема не раскрывалась до конца".

Как страстный сторонник идеи непрерывности Шрёдингер испытывал непреодолимую антипатию к "скачкам квантов" Он стремился устранить это обоснованное Бором представление, которое казалось ему ужасным. Во время одной из своих бесед с Бором Шрёдингер воскликнул в отчаянии: "Если мы собираемся сохранить эти проклятые квантовые скачки, то я вообще сожалею, что имел дело с атомной физикой!" Бор ответил ему "Зато остальные весьма признательны Вам за это, ведь благодаря Вам был сделан решающий шаг вперед в развитии атомной теории" Четверть века спустя Шрёдингер в одном из своих сочинений заявит, что скачки квантов казались ему "год от года все более неприемлемыми".

Наряду с Альбертом Эйнштейном и Максом фон Лауэ Эрвин Шрёдингер принадлежал к тем великим физикам-мыслителям последних десятилетий, которые до конца своей жизни не могли примириться со статистическим толкованием квантовой механики. Он надеялся, что появится какая-нибудь возможность возвратиться в субатомной сфере к классической физике с ее безусловной естественной необходимостью и ее наглядными представлениями Шрёдингер не соглашался с тем, что в мире квантов существует только закон вероятности и что здесь вопрос об объективной реальности должен ставиться иначе, чем в мире больших тел Его переписка с Планком, Эйнштейном и Лоренцом по вопросам квантовой механики отчетливо свидетельствует о его предубеждении по отношению к взглядам копенгагенской школы.

Исследовательская работа ученого по физике не ограничивалась вопросами квантовой теории и теории относительности.

Вначале он работал (также и экспериментально) преимущественно над проблемами учения о теплоте, и особенно над теорией специфической теплоты. Позднее он много занимался вопросами учения о цвете, прежде всего цветовым зрением и измерением цвета. О том, как настойчиво и самостоятельно он размышлял о применении результатов исследований по квантовой физике к биологическим явлениям, свидетельствует его широко распространенная книжка "Что такое жизнь?", в которой он, как говорится в подзаголовке, рассматривал живую клетку глазами физика.

Хотя Шрёдингер, конечно, не был философом в строгом смысле слова, однако он был физиком, проявляющим интерес к теории познания, и, по выражению Гейзенберга, был "вполне философским умом".

В работе "Дух и материя" он рассматривал такие основные философские вопросы, как связь сознания и мозга или соотношение естествознания и религии. В книге "Мое мировоззрение", которая вышла после его смерти, но к печати была подготовлена еще им самим, ученый дал прекрасное, также и в языковом отношении, изображение своих теоретико-познавательных воззрений в их совокупности.

Своими философскими наставниками Шрёдингер называл среди других Спинозу, Шопенгауэра и Маха. В некоторых существенных точках его философия соприкасается с воззрениями крупного английского философа и борца за мир Бертрана Рассела, с которым он неоднократно встречался в Лондоне во время своего пребывания в Англии и личность которого произвела на него глубокое впечатление.

Мировоззрение австрийского физика в основных чертах оформилось сравнительно рано; позднее он углублял и развивал только некоторые его аспекты. Проблема реальности внешнего мира, которую постоянно обсуждали Планк и Эйнштейн, играла важную роль и в философских высказываниях Шрёдингера. Понятие внешнего мира в общепринятой форме казалась ему "удобным, но несколько наивным". По его мнению, следовало бы лучше говорить о "реальном мире предметов", чем о внешнем мире, так как и "собственное тело" принадлежит к этому миру.

Высказывания Шрёдингера о роли языка при решении теоретико-познавательных проблем являются следствием присущего ему духа творческого сомнения, который неизменно обнаруживал свою плодотворность в истории естествознания. Он настойчиво подчеркивал необходимость тщательной критики языка, поступая в данном случае в полном соответствии со взглядами Нильса Бора. Его замечания о псевдопроблемах в философии еще долго будут оставаться актуальными.