Страница 29 из 33
В Дублине Шрёдингер посвятил себя еще одной большой научной работе, связанной с объединением гравитации и электромагнетизма. Проект отнял восемь лет, с 1943 по 1951 год.
Отправной точкой была основная теория относительности Эйнштейна. Идея работы состояла в том, чтобы геометризовать электрические и магнитные поля, что было возможным с математической точки зрения. Однако все сформулированные в этой сфере теории либо не описывали природу, либо не соответствовали наблюдаемым феноменам. Эйнштейн начиная с 1920-х годов вел аналогичный поиск, так что они со Шрёдингером обсуждали свои достижения в активной переписке. Оба ученых в значительной степени отказались принимать во внимание 20-летний прогресс в ядерной физике, который привел к открытию новых фундаментальных взаимодействий, сильных и слабых.
В своем возрасте я уже отбросил всякую надежду на то, чтобы заложить новый краеугольный камень в здание науки.
Речь Шрёдингера о его намерении объединить гравитацию и электромагнетизм
Осторожность ученых, безусловно, была пропорциональна степени их упорства, но Шрёдингер, который приближался к 60-летию, грешил избытком уверенности. Он пригласил прессу и объявил о создании единой теории, в которой релятивизм Эйнштейна сводился к «простому частному случаю». Он осознавал, как высоки ставки: «Если я ошибся, то стану посмешищем». Эйнштейн был ошеломлен новостью. Когда редактор научной колонки New York Times спросил его мнение, он резко раскритиковал Шрёдингера. В их отношениях наступило внезапное охлаждение. Все их прежнее научное сотрудничество превратилось в дым и развеялось на ветру, как, впрочем, и их надежды на единую теорию. Эта цель оказалась не по силам не только Эйнштейну и Шрёдингеру, но и другим ученым, которые пришли им на смену, захваченные тем же желанием объединить все известные теории в одну. В результате этой ссоры
Шрёдингер решил осуществить свою давнюю мечту и посвятить больше времени двум своим еще юношеским увлечениям — философии и поэзии.
Шрёдингер не страдал от отсутствия источников поэтического вдохновения, так как, несмотря на возраст, его чувственный пыл не угас. Ученый снял квартиру в центре города для встреч — с актрисой и активистской Шейлой Мэй, а также неизвестной молодой ирландкой. Через положенное время у него родились еще две внебрачные дочери. Хильда решила, что пришло время вернуться в Инсбрук.
Шрёдингер провел под небом Дублина около 17 лет. Наконец, в 1956 году пришло время помириться с Австрией. Возвращение ученого сопровождалось всенародными торжествами. Ученому предоставили персональную должность профессора теоретической физики в Венском университете. Наконец-то он мог насладиться почетом и уважением на родине, но губительное время потихоньку делало свое дело. В легких ученого прослушивались хрипы, Шрёдингер страдал от одышки и аритмии, и обследование показало, что в его альвеолах затаился застарелый туберкулез, подхваченный после войны. Болезнь, усугубленная постоянным курением трубки, ждала, когда ученый постареет и уже не сможет сопротивляться.
На протяжении совместной жизни Эрвин и Аннемари повстречали на своем пути многих людей, но к ее концу оказалось, что главными действующими лицами друг для друга были они сами. Теперь, расставаясь даже ненадолго, супруги обменивались любовными письмами, которые были очень похожи на те, что они писали в молодости, в самом начале отношений. Шрёдингер — любитель парадоксов, авантюрист и консерватор, завершил карьеру Дон Жуана ухаживаниями за собственной женой.
В первую неделю января 1961 года его сердце и его легкие начали отказывать. Шрёдингер не хотел умирать в больнице. Он говорил: «Я родился в своем доме и там умру, даже если от этого моя жизнь будет короче». Его последние слова были обращены к супруге: «Аннемари, любовь моя, останься со мной, пока я не умру».
На краю реальности
Мы проделали долгий путь и за это время отвергли некоторые модели атома (представляющие собой Солнечную систему в миниатюре), чтобы заменить их более совершенными (электронные облака и орбитали). Нам осталось преодолеть последний этап. «Видя» электроны, которые занимали орбитали s, р или d, мы предполагаем, что знаем заранее, каково энергетическое состояние атома. Речь идет о мысленном построении, ведь в лаборатории перед началом опыта исследователь не знает, возбужден электрон или находится в своем фундаментальном состоянии.
Возьмем атом водорода с одиноким электроном. В его распоряжении находятся все орбитали, как если бы он был постояльцем отеля с бесконечным множеством свободных номеров. Волновая функция скажет нам о вероятности зафиксировать частицу в какой-то точке пространства, в фундаментальном состоянии и с минимальной энергией Е1; волновая функция ψ2 покажет вероятность найти его в состоянии энергии Е2 и так далее. Но прежде чем зафиксировать излучаемую им энергию и переход между уровнями, как мы узнаем, в какую энергетическую комнату он вернулся? Вероятность того, что он находится в какой-то точке (какой бы ни была его энергия), можно представить более сложной волновой функцией, получаемой при сложении функций, описывающих каждое отдельное состояние. С технической точки зрения сложение функций Ψа и Vb образует новую функцию, которая также является решением уравнения Шрёдингера. Как следствие, в случае с атомом водорода мы можем включить все состояния:
Ψ = a1Ψ1 + а2Ψ2 + а3Ψ3 + а4Ψ4 + а5Ψ5 + ... +аnΨn
Функция ψ, которую мы получили, нанизывая друг на друга решения для каждого конкретного уровня, является решением уравнения Шрёдингера, которое предполагает все энергетические состояния. Чему соответствует это сложение в физическом смысле? Это электрон перед измерением; в этот момент он характеризуется таким свойством, как наложение состояний (суперпозиция). По отношению к различным возможностям ψ всегда предпочитает соединительный союз «и» разъединительному союзу «или», таким образом, электрон одновременно находится во всех состояниях и ни в одном из них. Мы имеем дело с соединением в один момент времени всех возможных состояний. Шрёдингер говорил о функции ψ как о списке ожиданий. Функция показывает все возможные состояния и определяет, какова вероятность того, что при произведенном измерении каждое из них воплотится.
Экспериментальный результат, полученный ученым, выражается в конкретном измерении, частном положении электрона, длине волны спектральной линии, определенной интенсивности. В принципе, никто не наблюдает за фантасмагорическим наложением состояний, поскольку не существует множества одновременно дрожащих точек на экране детектора, как и различных размытых линий. Закономерно возникает вопрос: что именно определяет состояние, которое может быть материализовано при измерении? Чтобы отделить список ожиданий, предлагаемый функцией ψ для каждого наблюдаемого объекта и полученного конечного результата, была введена концепция коллапса волновой функции. Речь идет о мгновенной, если так можно выразиться, кристаллизации функции, когда исчезают все возможности списка за исключением одной (откуда термин «коллапс») — той, которая и регистрируется. Уравнение Шрёдингера не говорит нам, когда происходит это мгновенное изменение, и не описывает его. Конечное состояние должно вполне соответствовать естественному положению вещей, поскольку решение в пользу одной из возможностей случайно принимает сама природа (см. рисунок).
Коллапс волновой функции ставит очень много вопросов, для разрешения которых предлагается исходить из противоположных положений. Довольно долго наиболее распространена была копенгагенская интерпретация, основные черты которой были сформированы в ходе дискуссии между Гейзенбергом и Бором, хотя ученые так и не пришли к полному согласию.