Новая земля Гейзенберга

1 февраля исполнилось 30 лет памяти учёного-христианина, которому мы обязаны новой научной картиной мира и, возможно, тем, что Россия и Европа не лежат сейчас в радиоактивных руинах

Вместо предисловия

Так совпало, что 1 февраля – как раз в день смерти В.Гейзенберга – в Москве на физмате МГУ проходила ежегодная конференция «Христианство и наука». Физики и священники собрались в том самом лектории, где когда-то выступал знаменитый Нильс Бор – друг и единомышленник Гейзенберга, приезжавший в Советский Союз в 1961 году. Сидя на старой деревянной лавке, истёртой многими поколениями студентов, я ждал, что хотя бы один докладчик на конференции помянет христианского учёного, открывшего, что «первокирпичик» материи – это не вещество, а своего рода образ, математическое слово. Как и сказано в Библии: «В начале было слово...» Ждал, но никто о его 30-летнем юбилее так и не вспомнил.

После конференции зашел я в книжный киоск физмата и здесь (наверное, в единственном месте в Москве) нашел сразу две книги Гейзенберга: «Часть и целое» и «Физика и философия». Изданы они специализированным научным издательством тиражом всего 1600 штук. Ну, хоть студенты о нем прочитают...

А вечером заглянул в театральную афишу МХАТа – не идёт ли «Копенгаген»? Эту пьесу о великом физике-ядерщике, написанную Майклом Фрейном, МХАТ поставил ещё в 2003 году. Тогда она почти что провалилась. Театральный обозреватель писал: «Я видел, как стекленели глаза моих соседей, когда артисты со сцены, я бы сказал, в стиле книг типа «Занимательная физика», начинали объяснять сущность квантовой теории. Думаю, что и Олег Табаков (Нильс Бор), и Плотников (Вернер Гейзенберг) ощущали периодическую потерю контакта с залом. Так что оба, выходя из своих образов, пытались отпускать в зал шутки типа: «Ну, хоть это-то понятно?» А зал смеялся... Смеялся, когда Гейзенберг говорил о своих душевных терзаниях в параллель с тем, какие технические ухищрения он использует, чтобы оттянуть создание атомной бомбы. Зал смеялся, когда в момент одного из кульминационных трагических диалогов между Бором и Гейзенбергом на сцену вышла неизвестно как просочившаяся туда кошка и заорала утробно-мартовским голосом. Вот это залу было понятно... В антракте ушла пятая часть зрителей. Красивые, молодые, хорошо одетые. И все как один с недовольными физиономиями и остекленевшими глазами».

Обозреватель так заключил: «Ещё лет десять-пятнадцать назад молодёжь бы восприняла спектакль. Эх, если бы так рассказали о квантовой механике мне, когда я был ещё школьником! Мечта! А тут, как об стенку горох...»

С той поры МХАТ редко-редко все же повторяет этот спектакль при полупустых залах. Но в тот день, 1 февраля, его на сцене не было. Тоже забыли про юбилей.

Что же есть слава человеческая? Памяти христианина Вернера Гейзенберга посвящаю этот очерк.

Камешки на берегу

Меры мира нам даны:
Бесконечен путь длины –
Чужд ей отдых и граница,
Вечно ширина струится,
И бездонна глубина.

Если можешь, будь таким:
Вечно будь неутомим;
Завершить любое дело,
Лишь не ведая предела.
Пусть поможет ширина
Мир тебе узреть сполна;
А в глубинах мирозданья
Обретёшь ты суть познанья.

Лишь в упорстве твой успех.
Ясность – в широте таится,
В безднах – истина гнездится.

Это стихотворение старого немецкого поэта Ф.Шиллера физик-математик Гейзенберг любил цитировать на склоне своих лет.

Вернер Гейзенберг (справа) с отцом

Родился Вернер Гейзенберг в 1901 году, и юность его совпала с началом 20-х годов. В ту пору над Германией, в отличие от вздыбленной советской России, ещё голубело небо старой доброй Европы. Это была ещё страна Шиллера и Гёте, Баха и Бетховена, Канта и Гегеля. Все так же романтично отражались в прудах старинные замки, в зелени аккуратных садиков краснели вечной черепицей домики рассудительных бюргеров, а по дорогам южной Баварии все так же шли веселые студенты-школяры и пели песни, что звучали здесь сто лет назад... Но на этом буколическом фоне появилось и нечто новое. Страна бурлила, тут и там возникали различные молодёжные движения, политические партии – страна была на перепутье.

А юный Гейзенберг увлечённо изучал «мёртвые» языки – санскрит и древнегреческий. Этому всячески содействовал его отец, заведующий кафедрой классической филологии и византинистики (единственной тогда в Германии). Однажды Вернер заинтересовался дифференциальным исчислением и попросил отца принести ему книги по математике из университетской библиотеки. Тот принёс трактат Кронекера на латинском языке. Сей учёный труд был «проглочен» гимназистом за несколько дней. Юношу восхитил и поразил тот факт, что математика, в частности, геометрия, находится в прямом соответствии с природой.

В одну из вылазок за город, по пути к озеру Штарнбергер, Вернер поспорил со своим приятелем Куртом, который придерживался атеистических взглядов. Спор начался с того, что Вернер высмеял рисунок в школьном учебнике физики – на нем атомы были снабжены крючочками и петлями, при помощи которых они друг с другом сцеплялись. Приятель не поддержал шутки, и произошёл примерно такой диалог:

– Художник не виноват, – сказал Курт, – ведь мы ещё не знаем, как атомы взаимодействуют, поэтому вольны изображать в понятных человеческому восприятию образах.

– Но крючочки – это же нелепость и обман! – удивился Вернер.

– Да будет тебе известно, что опыт предшествует любому знанию. Пока что наш опыт ведает о крючках и петельках – и таким образом мы смотрим на атомы. Позже, после экспериментов над атомами, мы приобретём новый опыт – и тогда будем смотреть на них иначе.

– Если бы ты был прав, то вряд ли бы возникла наука и вообще люди смогли бы познавать, – вступил в спор их спутник Роберт. – Непосредственный опыт дается нам через органы чувств, а они несовершенны и неправильно отражают суть предметов. Кроме того, практический опыт – это всего лишь куча найденных на берегу камешков, они молчат о себе и ни за что не скажут тебе, в чем их суть и как они связаны с мирозданием. Так что, кроме опыта, необходим еще разум, в который уже заложено пред-знание о предметах. А опыт и эксперименты – они часто нужны лишь для того, чтобы проверить на практике откровения разума.

– Но разум человека разве не есть сумма опыта, накопленного человеческим мозгом за миллионы лет эволюции?

– Ты опять говоришь о бессмысленных камушках... Сколь большую гору камней не громозди в течение миллионов лет, она сама по себе дворцом не станет. Между тем мы все же способны постигать мир. Почему? Потому что человеческая душа причастна Божественному разуму. Она связана с Богом, и от Бога же ей дана, как писал философ Мальбранш, «способность представления, даны образы или идеи, в свете которых она упорядочивает и понятийно расчленяет многообразие чувственных впечатлений».

– У вас, философов, всегда наготове теология, – проворчал Курт.

Их разговор передан здесь в несколько других словах (на самом деле приводилось множество сложных доводов с двух сторон), но смысл его именно таков.

Чёрный пудель

Примечательно, что за год до этого, когда весной 1919-го на улицах Мюнхена шли бои между защитниками Баварской Советской Республики и правительственными войсками, Вернер лежал на крыше местной семинарии и листал школьное издание платоновского диалога «Тимей». Одно из размышлений греческого учёного поразило юношу – об атомах. Платон утверждал, что мельчайшие частицы материи состоят не из материальных сгустков, а из абстрактных фигур: треугольников, квадратов и т.д. То есть если материю раздробить на самые маленькие кусочки, то мы увидим математические образы или идеи, которые придают гармонию и смысл предметному миру. Оказывается, не только в душе человека, но и во всей материи разлит Божественный смысл...

Вернер Гейзенберг

По окончании школы Вернер решил посвятить себя математике. Его отец устроил ему встречу с самим Фердинандом фон Линдеманом, профессором математики, который прославился окончательным математическим решением древней проблемы квадратуры круга. Эта встреча оказалась судьбоносной для Вернера и для всей науки. Он вспоминал: «Линдеман принял меня в тёмном, до странности старомодно обставленном кабинете. Прежде чем заговорить с профессором, я заметил на его письменном столе приютившуюся рядом с его рукой крошечную собачку чёрной масти, которая мне в таком окружении невольно напомнила пуделя в рабочем кабинете Фауста. Тёмное четвероногое злобно смотрело на меня, явно считая проходимцем, намеревающимся нарушить покой своего хозяина. Запинаясь, я едва сумел изложить своё дело (просьбу посещать семинар профессора. – Ред.)... И тут собачка на письменном столе вдруг начала ужасно лаять. Хозяин тщетно пытался ее успокоить. Крошечное животное распалилось в своём гневе до яростного воя, так что взаимопонимание делалось все более затруднительным. Вдобавок Линдеман спросил, какие именно книги я проштудировал за последнее время. Я назвал работу Вейля «Пространство, время, материя». Среди непрекращающегося воя маленькой чёрной собачки Линдеман завершил нашу беседу словами: «Ну, значит, вы так или иначе уже погибли для математики». На том он со мной и расстался».

Слово Линдемана, имевшего высокий пост в университете, было приговором. И пришлось Гейзенбергу, оставив математику, искать место ученика на другом факультете. Так физика обрела великого первооткрывателя, будущего лауреата Нобелевской премии.

«Некий абсурд»

К той поре основы классической научной картины мира были буквально потрясены открытиями Максвелла, Лоренца и других учёных, которые развил в своей «Специальной теории относительности» берлинский физик Альберт Эйнштейн. Самым поразительным оказалось то, что понятие одновременности событий в космосе потеряло свою однозначность. Если раньше «одновременное» понималось просто как совершаемое в один и тот же миг, то теперь сам этот «миг» предстал в разных протяжённостях и качествах. Скажем, если отправиться в путь на двух космических кораблях с разными скоростями, то часы внутри них будут показывать разное время. Оказывается, пространство и время как-то взаимосвязаны...

Удивительные взаимосвязи открылись и в микрокосме – в физике элементарных частиц. Атом предстал как миниатюрная планетная система, в центре которой находится атомное ядро, а вокруг него вращаются сравнительно лёгкие электроны. При этом законы, которые действуют внутри этой «планетной системы», оказались совершенно чужды законам механики или астрономии. Сначала немец Планк, а затем датчанин Бор обнаружили, что, вопреки представлениям классической физики, атом испускает энергию не непрерывно, а порциями – квантами. Происходит это испускание в моменты, когда электроны меняют свои «орбиты», причём не плавно, а мгновенными скачками – будто кто-то произвольно переключает «коробку передач». При этом электроны и кванты представляют собой нечто несообразное: с одной стороны, это вроде бы «твёрдые» частицы, с другой – бестелесные волны, колебания...

Как они встретились

Нильс Бор

В 1922 году Гейзенберг отправился в город Гёттинген, где Нильс Бор должен был сделать доклад перед немецкими физиками. Там он задал Бору пару вопросов, которые поставили учёного в тупик. После доклада Бор пригласил студента прогуляться. Они шли по лесной тропинке к озарённому солнцем холму, с которого одним взглядом можно было окинуть прославленный университетский городок со шпилями старинных церквей Иоанна и Иакова.

– В сущности, я более солидарен с вами, чем вы думаете, – говорил Бор. – Скажу немного об истории моей гипотезы. Её исходным пунктом отнюдь не была мысль, будто атом есть планетная система в миниатюре и будто здесь можно применять законы астрономии. Главным для меня было другое, а именно – устойчивость материи, с точки зрения прежней физики предстающая настоящим чудом.

Ведь разве не чудо, что одни и те же вещества всегда и везде встречаются с одними и теми же свойствами, что образуются одинаковые кристаллы, возникают одинаковые химические соединения и так далее? Представьте, после разнообразных изменений, воздействующих извне, атом железа в конце концов остаётся все тем же атомом железа. С точки зрения классической механики, это непостижимо, особенно если считать, что атом действительно подобен планетной системе. Ну, представьте, если бы нашу Солнечную систему кто-то скомкал в гигантских ладонях – выправилась бы она в том же виде? В этой связи можно даже вспомнить о биологии: ведь устойчивость живых организмов, восстановление после ранений сложнейших форм, способных к существованию непременно лишь как целое, – явление того же рода.

Как видите, из-за этой непостижимой устойчивости материи ньютоновская механика неприменима внутри атома. Мы в известном смысле оказываемся в положении мореплавателя, попавшего в далёкую страну, где не только условия жизни совершенно иные, но и язык живущих там людей абсолютно чужд...

– Но как же тогда двигаться вперёд? – спросил Вернер. – Ведь, в конце концов, физика должна быть точной наукой.

– Будем надеяться, что с течением времени возникнут новые понятия.

«Это замечание Бора, – записал позже Гейзенберг, – заставило меня вспомнить мысль, высказанную Робертом во время нашего путешествия к озеру Штарнбергер: АТОМЫ НЕ ЯВЛЯЮТСЯ ВЕЩАМИ. Он оказался почти прав: электроны, из которых состоят оболочки атомов, это уже явно не вещи, – во всяком случае, не вещи в смысле классической физики, безо всяких оговорок поддающиеся описанию в терминах места, скорости, энергии, протяжённости».

– Сможем ли мы вообще когда-нибудь понять атомы? – спросил Вернер Нильса. Тот секунду помедлил, а потом сказал: «Пожалуй, сможем». И не ошибся. Им предстояло это сделать совместно силою математического гения Вернера Гейзенберга.

Двое на вершине

Гейзенберг после защиты докторской

В 1924 году Гейзенберг, защитив докторскую диссертацию, приезжает в Копенгаген к Нильсу Бору, поступает в его институт. С той поры их уже нельзя было представить отдельно друг от друга: вместе они работали, вместе проводили свободное время. Во время отпусков путешествовали по любимым для Вернера горам южной Германии, иногда с риском для жизни: не раз Гейзенберг срывался со скалы вместе со снежной лавиной. Несмотря на разницу в возрасте, им никогда не было скучно вдвоём. Если бы кто услышал, о чем беседуют двое туристов, бредущих с рюкзачками по пустынному гребню горы, то принял бы их за сумасшедших. Физические термины, математические формулы, жаргонные словечки, придуманные ими для обозначения явлений квантового мира, для которых в обычном языке нет слов, – все это действительно производило странное впечатление.

Говоря даже о простых вещах, интуитивно два физика подбирались к пониманию загадки «невещественного» микрокосмоса. В первые же дни после приезда Вернера в Данию Нильс повёл его показывать местные достопримечательности. Они шли по берегу Зундского пролива, любовались на множество парусных судов, среди которых выделялись гигантские ветераны с четырьмя мачтами и полным парусным вооружением – их вывели из старых доков после Первой мировой войны, отправившей на дно почти все паровые судна.

– Вы в Мюнхене выросли вблизи гор, – говорил Нильс Бор, – а у нас, в Дании, только одна гора – высотой 160 метров. Для вас наша земля, наверное, слишком равнинна. Но для нас, датчан, не это важно, а море. Когда мы глядим на море, нам кажется, что мы впитываем частицу бесконечности...

Гейзенберг вспоминал: «Мы шли и бросали в воду камни... Впереди у дороги я увидел телеграфный столб, настолько далёкий от нас, что, лишь бросая изо всей силы, мог надеяться вообще достать до него камнем. Против всякой вероятности я попал в него с первого броска. Бор задумался и сказал: «Если, стараясь взять прицел, рассчитывать, как следует бросать, как размахиваться, то никакой надежды попасть, конечно, не будет. Но если, вопреки всем разумным соображениям, представить, что попасть всё-таки можно, то тут уж дело другое, тут явно что-то может получиться». Мы потом ещё долго говорили о значении образов и представлений в атомной физике...»

И вот в конце мая 1925 года Вернер Гейзенберг, «вопреки всем разумным соображениям», неожиданно сумел сформулировать точную математическую картину квантового мира. Помогла этому сенная лихорадка...

(Окончание на следующей странице)