Пол Хэлперн - Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания
На этот месяц у Шрёдингера были запланированы три публичные лекции на совершенно другую тему, а именно: «Что такое жизнь?». Хотя у него не было никакой специальной подготовки или опыта научных исследований в области биологии, в юности он перенял увлеченность отца наукой о живых организмах и хотел поделиться своими мыслями на эту тему.
Прибыв в Физический театр Тринити-колледжа для чтения первой лекции, он увидел, что зал настолько забит, что многие желающие даже не смогли в него попасть. Он согласился повторить лекцию несколько дней спустя для тех, кому не удалось поприсутствовать. Естественно, премьер-министр, его самый большой поклонник, среди сотен пришедших сидел на самом видном месте. В конце лекции Шрёдингера ждали бурные овации.
Некоторые из ключевых идей Шрёдингера касались взаимосвязей между свойствами атомов и поведением живых существ. Указывая на то, что большинство естественных систем, как правило, стремится к увеличению энтропии (беспорядка), он показал, что жизнь сохраняет упорядоченность за счет поглощения энергии, например от Солнца. Он также предположил, что апериодические кристаллы (неповторяющееся расположение атомов) сыграли важную роль в развитии жизни. Таким образом, он был одним из первых, кто предположил, что жизнь была закодирована в химических последовательностях. Книга Шрёдингера, основанная на этих лекциях, послужит источником вдохновения для биологов 1950-х годов, таких как Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, которые будут разрабатывать модель двойной спирали ДНК.
Научно-популярные лекции привлекли внимание журнала Time, который сообщал, что «Шрёдингер — очень обаятельная личность. Его мягкая, веселая речь, его необычная улыбка просто очаровывают. И дублинцы гордятся тем, что лауреат Нобелевской премии живет среди них»{146}.
Когда Irish Press впервые сообщила об общей унитарной теории Шрёдингера, журналисты послали Эйнштейну экземпляр статьи, чтобы узнать его мнение. Наконец в апреле Эйнштейн телеграфировал. Это был сдержанный, вежливый ответ. «Профессор Шрёдингер обладает очень осторожным и критически настроенным умом, — писал он, — так что его новая попытка решить эту колоссальную проблему должна быть весьма интересна каждому физику. На данный момент я не в состоянии сказать что-либо еще»{147}.
В той же статье была опубликована реакция Шрёдингера на ответ Эйнштейна. «Конечно, профессор Эйнштейн не может сказать больше, пока он не увидит полноценную научную публикацию», — ответил он.
Этот обмен мнениями в прессе был достаточно любезным и на тот момент дружбе не угрожал. Однако по мере роста уверенности Шрёдингера в правильности своей теории его заявления о превосходстве над работами Эйнштейна становились все смелее и смелее.
Могила надежд Эйнштейна
На заседании Ирландской королевской академии 28 июня Шрёдингер в очередной раз взволновал своих коллег утверждением, что его общая унитарная теория получила экспериментальное подтверждение. Объяснив, что воскресил идею, от которой отказался Эйнштейн двадцать лет назад, Шрёдингер хвастался, что сделал то, чего не смог Эйнштейн. На заседании он прочел вслух одно из писем Эйнштейна, адресованное лично ему. В письме Эйнштейн называет свои ранние работы по аффинной теории «могилой своих надежд».
«Я думаю, что сейчас мы можем эксгумировать его надежды, — сказал Шрёдингер, — потому что в последнее время мне удалось обеспечить этой части теории довольно надежное эмпирическое подтверждение»{148}.
В статье с заголовком «Эйнштейн потерпел неудачу» газета Irish Press безосновательно заявила, что Шрёдингеру удалось то, в чем Эйнштейн «признал свой провал». Статья вводит в заблуждение, поскольку в ней предполагается, что Эйнштейн уже давно отказался от попыток построения единой теории, в то время как дело обстояло прямо противоположным образом. Он часто признавал, что его ранние идеи были неверными, но по-прежнему сохранял надежду на конечный успех.
Каковы же были решающие экспериментальные доказательства теории Шрёдингера? На самом деле там не было ничего стоящего. Предполагаемое доказательство основывалось на данных наблюдений магнитного поля Земли. По иронии судьбы, компас, прибор, который Эйнштейн лелеял, как ребенка, стал символом попытки представить его идеи устаревшими. Исследования, на которые ссылался Шрёдингер, не были достаточно новыми — одно датировалось 1885 годом, а другое — 1922-м. Хотя уже были доступны более современные данные, Шрёдингер о них даже не упоминает. Например, в том же месяце, когда Шрёдингер читал свой доклад, геофизик Джордж Вуллард опубликовал статью, в которой систематически исследовал магнитный и гравитационный профили Северной Америки{149}. Несмотря на это, Шрёдингер взял данные из старых пыльных книг.
Иногда геофизики находят расхождения между ожидаемым и реальным поведением магнитных силовых линий. Это, как правило, указывает на неизвестные ранее намагниченные структуры под поверхностью, такие как скальные породы с большим, чем обычно, содержанием магнитного железняка. Поэтому если геофизик обнаруживает аномальное отклонение стрелки компаса, он может начать искать пласты подземных пород, которые могут быть причиной этого.
Обычно значение магнитного поля Земли меняется с течением времени и от места к месту. Это поле порождается за счет сложного эффекта динамо, зависящего от изменения состояния намагниченных материалов в земном ядре, мантии и коре.
Шрёдингер, однако, интерпретировал такие расхождения иным образом. Он использовал их для иллюстрации того, что классическая теория электромагнетизма была не совсем точна в своих прогнозах, и (вместе со стандартной общей теорией относительности) должна быть заменена на его собственную единую теорию. Как сообщала Irish Press в своей передовице, «именно воздействие на стрелку компаса, указывающее на колебания интенсивности магнитного поля Земли, неожиданно доказало правильность великой теории профессора Шрёдингера. Это напоминает то, как движение звезд подтвердило справедливость теории относительности Эйнштейна, которую новая теория профессора Шрёдингера дополняет и, в какой-то мере, даже заменяет»{150}.
При разработке волнового уравнения Шрёдингер основывался на известных физических законах, таких как закон сохранения энергии и непрерывность волн. Его успех был обусловлен точным соответствием спектральных линий атомов предсказаниям теории. Когда Эйнштейн предложил свою общую теорию относительности, он опирался на принцип эквивалентности — надежную гипотезу, основанную на измерениях ускорений тел при движении в их пространстве. Она была проверена несколькими независимыми способами, в том числе при помощи феномена искривления Солнцем света, идущего от звезды, которое трудно объяснить в рамках ньютоновской теории.
В то же время у общей унитарной теории Шрёдингера, «подтвержденной» аномальным поведением стрелки компаса, не было ни строгого теоретического обоснования, ни достоверных экспериментальных подтверждений. Он разработал свою теорию, опираясь на абстрактные математические рассуждения, а не на общеизвестные (или хотя бы гипотетические) физические законы. Кроме того, данные, которые он использовал для доказательства теории, гораздо проще объясняются естественной изменчивостью магнитного поля Земли. Даже сам Шрёдингер на тот момент рассматривал свою теорию как предварительную и неокончательную. Он будет работать над ней еще несколько лет, прежде чем заявит о своей победе еще раз. Тем не менее характер освещения разработки теории в прессе создавал впечатление, что она была свершившимся фактом, бесспорным крупным достижением в науке.
В августе Шрёдингер написал Эйнштейну письмо с описанием электромагнитного «доказательства» правильности своей теории.{151} Эйнштейн был настроен скептически. Он ответил в сентябре, перечислив другие возможные объяснения, почему магнитное поле Земли может быть асимметричным, в числе которых было неравномерное покрытие океанами земной поверхности в Северном и Южном полушариях{152}. В октябре Шрёдингер написал в ответ, признавая свою ошибку: «Скорее всего, вы, как обычно, правы»{153}.
Но, несмотря на критику Эйнштейна, Шрёдингер был непоколебим. Он эмоционально объяснял Эйнштейну, как он планирует расширить аффинную теорию, чтобы включить в нее три поля: гравитационное, электромагнитное и мезонное (сильное взаимодействие). Гравитационное и мезонное поля должны были описываться симметричными компонентами аффинной связности, а электромагнитное — антисимметричными. Эта идея заинтересовала Эйнштейна и послужила толчком к более обстоятельной переписке.
Эйнштейну по-прежнему нравилось иметь друга по переписке, с которым можно обмениваться идеями. Он по-дружески писал Шредингеру: «Я высоко ценю то, что вы открыто сообщаете мне о ваших достижениях. В какой-то степени я это заслужил, ведь десятилетиями я в одиночку бился головой об эту стену»{154}.
