Пол Хэлперн - Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания
Очевидно, что дискуссии по обе стороны Атлантики о том, является Дублин «научным» или нет, отражают те сомнения, которые де Валера хотел развеять путем создания DIAS и привлечением к его работе Шрёдингера. Но, несмотря на все его усилия, похоже, что он потерпел неудачу в деле разрекламированного на весь мир ирландского научного ренессанса.
Ответ Эйнштейна
Естественно, публику интересовало, будет ли мудрец с собственной точкой зрения на теорию относительности побит на своем пути к созданию теории объединения. Корреспондент New York Times Уильям Лоуренс, который довольно часто брал интервью у Эйнштейна в последние годы его жизни, послал ему экземпляр статьи Шрёдингера и пресс-релиз, чтобы оценить реакцию ученого. Лоуренс также отправил копии Юджину Вигнеру, Роберту Оппенгеймеру и другим выдающимся физикам. В своем обращении к Эйнштейну Лоуренс написал: «Если после изучения этих документов окажется, что вы согласны с доктором Шрёдингером, я буду глубоко признателен за ваши комментарии на сей счет»{184}.
Times опубликовала три статьи о якобы совершившемся прорыве. Первая содержала слова Эйнштейна, что он «отказывается комментировать» (пока не появится больше информации).{185} Другая статья вышла под следующим заголовком: «Сообщается, что теорию Эйнштейна удалось расширить: дублинский ученый утверждает, что он создал единую теорию поля, которую искали в течение 30 лет».{186} В третьей статье отмечалось, что хотя Шрёдингер и может оказаться прав, он знает обо всех «подводных камнях на своем пути»{187}.
Вскоре после этого еще одна пресс-группа, Overseas News Agency, действуя независимо от остальных, выслала Эйнштейну статью Шрёдингера. Управляющий директор агентства Иаков Ландау, продолжая сыпать соль на раны, также просил его высказать мнение о «достоинствах формулы и ее последствиях»{188}.
Судя по ответу, Эйнштейн пришел в ярость. С помощью Штрауса он написал собственное заявление для прессы. Хотя начинается оно в нейтральном и научном тоне, к концу тон становится язвительным и колким. Эйнштейн писал: «Основания теоретической физики к настоящему времени не определены. Мы стремимся найти в первую очередь удобные (логически простые) основания теоретической физики. Обычный человек, естественно, склонен рассматривать ход развития науки таким образом, что основания получаются из опыта путем последовательного обобщения фактов (абстракции). Однако это не тот случай».
После объяснения, почему теория Шрёдингера представляет собой просто математическое упражнение (причем не самое удачное), а не реальный физический результат, Эйнштейн в завершение обрушился с критикой на журналистов: «Такие коммюнике, облеченные в форму сенсации, вводят широкую публику в заблуждение относительно характера научных исследований. У читателей складывается впечатление, что каждые пять минут в науке происходит революция, что-то вроде переворотов в маленьких нестабильных республиках. В действительности же в теоретической науке идет процесс постепенного развития, в который своим неустанным трудом вносят вклад лучшие умы каждого последующего поколения ученых. Вот так медленно рождается более глубокое понимание законов природы. И следует отдать должное такому характеру научной работы»{189}.
Комментарий Эйнштейна по поводу действий прессы был вполне обоснован. Однако и ему самому можно бросить упрек в отношении его реакции на репортажи о его собственных попытках создания единой теории поля, которые во многих случаях преподносились как уже совершенный прорыв, а не как находящиеся в стадии разработки исследования. Например, когда газеты в 1929 году устроили шумиху вокруг его теории телепараллелизма, он, вместо того чтобы отказаться от всех спекуляций, выступил с публичными заявлениями о ее важности.
После того как критичный ответ Эйнштейна появился в различных изданиях, таких как Pathfinder (вашингтонский журнал), а также в ирландской прессе, Шрёдингер опубликовал свой собственный пресс-релиз, в котором представил этот вопрос как проблему академической свободы: «Конечно, за профессором Эйнштейном должно быть последнее слово в споре о правах ученых свободно высказывать свое мнение и докладывать о своих результатах в его Академии»{190}.
Как вспоминала Энни, обе стороны даже собирались обвинить друг друга в плагиате в судебном порядке. Когда об этом узнал Паули, он решил выступить посредником. Паули предупредил, что судебный иск может плохо сказаться на репутации обоих ученых. «Кроме того, — отметил он, — я действительно не понимаю, из-за чего весь сыр-бор. Эта теория еще недостаточно осмыслена. Если вы каким-либо образом свяжете ее с моим именем, то тогда у меня тоже появится повод подать на вас в суд»{191}.
Шрёдингер вскоре решил, что продолжать спор будет неразумно. Он и так уже серьезно конфликтовал с другом. Ситуация вышла из-под контроля. Он начал называть этот инцидент «пакостью Эйнштейна» (Einstein Schweinerei).
Хотя Шрёдингер и воздержался от продолжения дискуссии, писатель-сатирик Брайан О'Нолан решил вступиться за него. Под псевдонимом он написал разгромную колонку, в которой обвинил Эйнштейна в снобизме. «Вы знаете, мне совсем не понравилось то выступление, — прокомментировал он. — Прежде всего, обратите внимание на неприкрытую насмешку… Я, черт возьми, ведь обычный человек. А обыватели, естественно, склонны рассуждать о довольно глупых вещах, [таких как] золото, растущее на деревьях … Это просто оскорбление и ничего больше»{192}.
Как и Шрёдингер, Эйнштейн не стал продолжать спор. Он не ответил на публикацию О'Нолана, о которой, вероятно, даже и не узнал. Тем не менее прошло еще три года, прежде чем он возобновил переписку со старым другом.
Исторические вехи
В 1948 году принстонский физик Джон Уилер, живший рядом с Эйнштейном и часто навешавший его, принес волнующее известие. Блестящий аспирант Уилера Ричард Фейнман разработал новый подход к квантовой механике, который назвал «суммой по историям»[16]. Подход обобщал принцип наименьшего действия Гамильтона и описывал, как обмен фотонами между электронами и другими заряженными частицами порождает электромагнитное взаимодействие. В этом процессе фотон выступает в роли частицы-посредника — существование таких частиц требуется в калибровочной теории электромагнетизма Вейля. Фейнман показал, что, в отличие от классической механики, в которой частицы движутся по единственной траектории, при описании квантовых взаимодействий необходимо учитывать все возможные траектории с весом, зависящим от их вероятности, чтобы получить итоговый результат.
Понять разницу между классической механикой и фейнмановской суммой по историям поможет следующая аналогия. Представьте себе мальчика в ботинках, идущего домой из школы. Предположим, у него на выбор есть три различных маршрута: короткий путь по песчаной тропинке, более длинный путь по грязной дорожке и еще более длинный путь по гравийной. В классической механике он выберет наиболее эффективный маршрут и испачкает ботинки песком. А теперь сравните это с квантовой версией, в которой результатом будет сумма по всем возможным траекториям. В этом случае в конце пути на его ботинках будет не только много песка, но еще и грязь и немного гравия. Это как если бы он пошел всеми тремя маршрутами сразу, но каким-то образом «большая его часть» пошла бы коротким путем.
Одной из первоначальных проблем применения метода Фейнмана стало появление нежелательных бесконечных слагаемых. Впрочем, Фейнман и независимо от него физики Джулиан Швингер и Синъитиро Томонага разработали способ, называемый «перенормировкой», который позволял сокращать эти бесконечности. Перенормировка подразумевает группировку слагаемых таким образом, чтобы положительные и отрицательные слагаемые сокращались, а итоговая сумма была конечной.
Теория Фейнмана, Швингера и Томонаги, названная квантовой электродинамикой (КЭД), позволила глубже понять взаимодействие между частицами. Хотя изначально методы были разработаны для описания электромагнитного взаимодействия, через некоторое время они были модифицированы и использованы для описания слабых и сильных ядерных взаимодействий. Это стало решающим шагом на пути к построению Стандартной модели — способа описания электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий на основе единой теории.
Эйнштейн мало интересовался такими идеями. По воспоминаниям Уилера, фейнмановская идея суммирования по траекториям Эйнштейна не впечатлила. Проблема заключалась в зависимости таких сумм от вероятностей. «Я не могу поверить, что Бог играет в кости, — говорил Эйнштейн Уилеру, — но, быть может, я заслужил право на ошибку»{193}.
