Может показаться странным, что большинство отцов-основателей атомной физики и квантовой механики были немцами. Однако это легко объяснить тем фактом, что в начале XX века Германия лидировала в мировой науке. Гораздо удивительнее другое: все важные открытия были сделаны в самые трудные для страны годы. После Первой мировой войны большинство немецких ученых продолжали свою работу, но финансирование исследований из-за тяжелой экономической ситуации было крайне затруднено. И несмотря на это квантовая механика была успешно создана и нашла применение.
Веймарская республика, образованная после Первой мировой войны, не пережила пришествия нацизма в 1933 году. И мы подходим ко второму важному эпизоду в жизни Гейзенберга, о котором рассказывается в пьесе Фрейна, – речь о визите ученого в Копенгаген в годы нацистского господства в Европе. Споры о причинах этой встречи не умолкают до сих пор. Одни считают, что Гейзенберг хотел получить через Бора информацию о ядерной программе союзников, другие – что он, напротив, собирался информировать самих союзников о немецкой программе. А быть может, он намеревался вызвать в научном мире дискуссию о возможности использования ядерного оружия, за которой мог последовать международный бойкот подобных видов вооружения? По сути, копенгагенский визит – лишь небольшой эпизод, касающийся участия Гейзенберга в немецкой ядерной программе и создании атомной бомбы.
Историки и физики, которые пытались разобраться в произошедшем, придерживаются самых разных точек зрения: одни утверждают, что Гейзенберг симпатизировал нацистам, другие изображают его активным борцом с режимом. Объяснить поступки Гейзенберга было бы намного проще, если бы в 1930-е годы он эмигрировал или, напротив, вступил в нацистскую партию, но реальность оказалась намного сложнее. Известно, что Гейзенберг получал приглашения из различных американских университетов, однако он остался в Германии. Ученый трудился в научной сфере и стремился сохранять политический нейтралитет, держась в стороне от организаций, близких к режиму. Он взял на себя инициативу по нейтрализации некоторых решений нацистского правительства, а также пережил нападки со стороны некоторых членов нацистской партии из- за своих выступлений в защиту теоретической физики и нежелания четко обозначить политическую позицию.
Хотел ли Гейзенберг создать атомную бомбу для Гитлера или, напротив, он делал все возможное, чтобы бойкотировать разработку? Знал ли ученый, как построить бомбу? Споры историков вокруг этих вопросов не утихают и сегодня.
В этой книге мы рассмотрим наследие Гейзенберга с разных точек зрения: биографической, исторической и научно- популярной. Мы увидим, что жизнь ученого была неразрывно связана с физикой и научной политикой. А свободное время он посвящал общению со своей семьей, музицированию, выездам на природу.
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.
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.