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

Весной 1919 года Борн в качестве ординарного профессора прибыл в университет во Франкфурте-на-Майне. Там он должен был принять кафедру Лауэ, который в свою очередь переехал в Берлин. Этот "обмен" состоялся по желанию Лауэ, стремившегося возвратиться в университет, где он начал свою научную деятельность, чтобы работать с Максом Планком.

Когда осенью 1919 года после опубликования результатов английской экспедиции, наблюдавшей солнечное затмение, начался "эйнштейновский бум" и враждебные нападки на создателя теории относительности, Борн во "Франкфуртер цайтунг" ответил на это несколькими довольно резкими статьями. Эти статьи и доклады по теории относительности год спустя легли в основу общедоступного изложения учения Эйнштейна. Книга сразу же выдержала несколько изданий.

Во Франкфурте, где в его распоряжении была лаборатория, Борн провел и возглавил несколько экспериментальных исследований. Особо следует отметить его работу по непосредственному измерению длины свободного пути нейтральных атомов. Однако самыми известными были исследования, которые проводил Отто Штерн, приват-доцент и ассистент Борна совместно с Вальтером Герлахом, ассистентом Института экспериментальной физики. Это были те знаменитые опыты с молекулярными пучками, которые блестяще подтвердили основной вывод квантовой теории: направленную квантованность атомов в магнитном поле За результаты своих исследований Штерн, который был вынужден в 1933 гору оставить кафедру в Гамбурге и переселиться в США, в 1943 году получил Нобелевскую премию по физике.

В 1921 году Макс Борн стал преемником своего бывшего учителя Вольдемара Фойгта в Гёттингенском университете, где он заканчивал свое образование, получил степень доктора и начал преподавательскую деятельность в качестве приват-доцента.

За 12 лет работы в Гёттингене Борн основал большую школу теоретической атомной физики с интернациональным коллективом учеников и сотрудников. К ней принадлежали такие исследователи, как Ферми, Дирак, Оппенгеймер, Мария Гёпперт-Мейер, И. фон Нейман, Теллер, Вигнер, Полинг, Гейтлер, Вайскопф, Розенфельд и другие знаменитые ученые, многие из которых стали лауреатами Нобелевской премии. Ассистентами Борна были Вольфганг Паули и Вернер Гейзенберг. Вместе с ним или под его руководством работали советские физики Фок, Тамм, Френкель и Румер. Его институт посещали Иоффе и Капица, американский физик Гамов, получивший известность благодаря своим космологическим исследованиям, также был учеником Борна.

Норберт Винер, известный американский математик, основатель кибернетики, который некоторое время обучался в Гёттингене, писал в автобиографии о тех годах: "Главную роль в создании и первоначальном развитии квантовой механики в Гёттингене сыграли Макс Борн и Гейзенберг. Макс Борн был гораздо старше Гейзенберга, но, хотя в основе новой теории, несомненно, лежали его идеи, честь создания квантовой механики как самостоятельного раздела науки принадлежит его более молодому коллеге. Спокойный, мягкий человек, музыкант в душе, Борн больше всего на свете любил играть с женой на двух роялях".

Совместно с Винером во время зимнего семестра 1925/26 года, когда он был в Америке в качестве профессора-гостя, Борн написал работу о формулировании квантовых законов для периодических и непериодических процессов. Винер одной фразой охарактеризовал Борна: "Это был самый скромный ученый, которого я знал".

Из книг Борна, относящихся к первым годам его преподавательской деятельности в Гёттингене, наряду с работой по теории относительности в первую очередь следует назвать "Строение материи". Книга переведена на многие языки В статье "Атомная теория твердого состояния" Борн продолжил свои исследования динамической теории кристаллов. На основе более поздней теории атома Бора и Зоммерфельда он исследовал связь атомной физики и химии. В статье "Мост между химией и физикой", опубликованной в "Натурвиссеншафтен", подробно рассматривается эта связь.

Большое значение имело то, что в одно время с Борном в Гёттингене работали блестящий экспериментатор Джеймс Франк и прекрасный педагог-физик Роберт Поль. Но в первую очередь благодаря деятельности Борна этот маленький университетский городок, являвшийся цитаделью математики, в 20-х годах стал также центром исследований по проблемам атомной физики.

Около 1925 года гёттингенская школа решительно вмешалась в развитие квантовой физики. В 1924 году Макс Борн впервые использовал в одной из статей выражение "квантовая механика" и ввел его тем самым в физическую литературу. В этот период влияние Борна на дальнейшее становление атомной физики было особенно сильным. В 1925...1927 годах физики-теоретики в Гёттингене разработали основы статистической атомной механики. Борн сам продумал и обосновал вероятностное толкование квантовой механики. Он создал "новый стиль мышления о явлениях природы"; в этом и состоит его самая большая научная заслуга.

Исходным пунктом этого развития была работа Гейзенберга "О квантовотеоретическом толковании кинематических и механических связей". Во введении к своим "Избранным статьям" Борн сообщает подробности событий. "Летом 1925 года Гейзенберг дал мне рукопись своей фундаментальной работы, в которой он сделал расчеты переходных амплитуд. Работа произвела на меня глубокое впечатление, и я послал ее в физический журнал. Несколько недель спустя я заметил, что методы расчета Гейзенберга совпадают с матричным счислением, которое я изучал у Розанеса в Бреслау".

Итак, хотя направляющая идея матричной механики принадлежит Гейзенбергу, что всегда подчеркивал и сам Борн, однако математическое оформление этой гениальной идеи и ее развитие в законченную теорию - прежде всего, если не исключительно - заслуга Борна.

Почти в то же время в Англии, в Кембридже Паулем Дираком также под влиянием Гейзенберга был развит подобный же вид квантовой механики. Наконец, Эрвин Шрёдингер, исходя из совершенно иной точки зрения, создал в Цюрихе свою волновую механику, которая вскоре была признана равноценной в математическом отношении гёттингенской и кембриджской формам квантовой механики. Об этом уже говорилось выше.

Статистическая квантовая механика, которая совершенно отказывается от наглядных представлений с использованием моделей и оперирует только вероятностными высказываниями (волны Шрёдингера толкуются как "вероятностные волны"), натолкнулась на резкие возражения многих физиков. Эйнштейн, который осенью 1927 года начал дискуссию с Бором и Гейзенбергом, уже в декабре 1926 года писал Борну: "Квантовая механика - теория, внушающая большое уважение. Но внутренний голос говорит мне, что это еще не то, что нужно. Эта теория дает много, но едва ли она подвела нас ближе к тайне старца (бога. Перев.). Во всяком случае, я убежден, что тот не играет в кости".

Этой отрицательной позиции по отношению к статистической квантовой теории с ее "играющим в кости богом" Эйнштейн придерживался до конца. Незадолго до своей смерти в письмах к Борну он пытался доказать логическую несостоятельность копенгагенского толкования квантовой механики. Хотя в конце концов он должен был признать, что это ему не удалось, он не снял своих возражений. Эйнштейн упорствовал в своих воззрениях, считая, что статистическая квантовая механика дает лишь незаконченное описание процессов, происходящих в атоме, и что в будущем неизбежен возврат к давно зарекомендовавшему себя образу мышления.

Сердечная дружба, которая связывала Борна и Эйнштейна и которая как в зеркале отражается в объемистой переписке, не страдала от этого различия взглядов. Дружеская привязанность Борна к Шрёдингеру также не ослабевала от того, что Шрёдингер, как союзник Эйнштейна, тоже страстно выступал против статистического понимания квантовых законов.

В письмах к Борну Шрёдингер в свойственной ему манере ополчается против "наглости", с которой Борн отваживается утверждать, что копенгагенское толкование является общепринятым. Он должен бы знать, пишет Шрёдингер, что, например, Планк, Эйнштейн, Лауэ, де Бройль и он были неудовлетворены такой трактовкой. В ответ на возражение Борна, что ведь большинство физиков-атомщиков соглашаются с копенгагенской школой, Шрёдингер восклицает: "С каких это пор верность научного положения решается большинством голосов? (Ты, конечно, мог бы отпарировать: по крайней мере со времен Ньютона.)".

Захват власти фашистами положил конец деятельности в Германии и этого великого ученого и учителя. В апреле 1933 года Макс Борн был отстранен от руководства своим институтом в Гёттингенском университете. Его учебник по оптике, вышедший в 1933 году, был запрещен. Шрёдингер посоветовал ему выехать за границу. В мае 1933 года Борн со своими родными покинул фашистский рейх.

Он принимает приглашение Резерфорда, переданное ему на съезде в Цюрихе английским физиком-ядерщиком Блэккетом, и направляется вначале в Кембридж. Доцентуру, которую получил Борн, нельзя было сравнить с его блистательным положением руководителя кафедры в Гётингене. Всемирно известный 50-летний ученый возвратился почти к тому же, с чего он начинал свой путь четверть века назад. Однако дальнейшее политическое развитие в Германии подтвердило правильность его решения. Несколько лет спустя он получил британское гражданство.