Эпизоды «революции вундеркиндов»
Кандидат физико-математических наук, доктор естествознания (Германия) Евгений Беркович
В начале 20-х годов XX века Гёттингенский университет привлекал большое число молодых людей, желавших заниматься физикой и математикой.
Продолжение. Начало см. «Наука и жизнь» № 9, 10 2018 г.
Эпизод второй. «Крестьянский парень» и проваленный экзамен по физике
Гёттинген
Уезжая в Гамбург, Паули рекомендовал Борну взять на освободившееся место ассистента ещё одного талантливого ученика Зоммерфельда, своего друга Вернера Гейзенберга. Зоммерфельд поддержал эту идею, так как считал, что Вернеру было бы полезно познакомиться с «другой физикой». К тому же сам Зоммерфельд осенью 1922 года принял приглашение прочитать лекции в университете Висконсина в США. Он придавал этой поездке большое политическое значение — она тоже должна была помочь снять с немецкой науки бойкот стран Антанты, победивших в Первой мировой войне. Единственное условие, которое Зоммерфельд поставил, состояло в том, чтобы Гейзенбергу было позволено в следующем году вернуться в баварскую столицу для защиты диссертации по гидродинамике. Мюнхенскому профессору не хотелось терять такого талантливого ученика.
Работу Гейзенберга Борн собирался оплачивать из частного фонда, специально созданного по его инициативе профессорами Гёттингенского университета для поддержки ассистентов. Деньги были небольшие, значительно меньше зарплаты ассистента в гамбургском университете, куда Гейзенберга звал профессор Вильгельм Ленц. Но познакомившись с уровнем физико-математических исследований, ведущихся в Гёттингене, Вернер решил отправиться к Борну.
В начале 20-х годов XX века Гёттингенский университет привлекал большое число молодых людей, желавших заниматься физикой и математикой. Молодые профессора — Рихард Курант, Макс Борн, Роберт Поль, Джеймс Франк, — возглавившие институты математики, теоретической и экспериментальной физики, продолжили традиции Феликса Клейна и Давида Гильберта, всё ещё связанных с университетом, и сделали Гёттинген поистине мировым центром в области точных наук. По числу студентов выше стоял только Технический университет в Берлине1. В зимний семестр 1922—1923 годов, когда Гейзенберг прибыл в Гёттинген, из трёх тысяч студентов университета треть изучала математику и естествознание. «Учеников здесь как сена», — писал Борн коллеге Вальтеру Герлаху2.
Лекции по теоретической физике слушали более восьмидесяти студентов разных специальностей — большое число по тем временам, столько было, пожалуй, только на лекциях Зоммерфельда в Мюнхене, но у Борна было больше аспирантов, желающих получить докторскую степень по физике. Уезжая на длительный срок в Америку, Зоммерфельд прислал Борну ещё четырёх продвинутых студентов, среди которых был и Гейзенберг.
В октябре 1922 года Вернер Гейзенберг предстал перед своим новым руководителем. Макс Борн так вспоминал первую встречу с Гейзенбергом: «Выглядел он как крестьянский парень, блондин с коротко остриженными волосами, ясными светлыми глазами и очаровательным выражением лица»3.
Несостоявшаяся встреча с Эйнштейном
Для Вернера Гейзенберга 1922 год выдался особенно насыщенным. Фактически этот год стал переломным в научной карьере совсем ещё молодого человека — в декабре 1921 года ему исполнилось всего двадцать лет. Несколько событий 1922 года определили судьбу будущего нобелевского лауреата.
Приезд Гейзенберга в Гёттинген в октябре был не первым в том знаменательном для него году. Он уже побывал здесь в июне — Арнольд Зоммерфельд привозил своего студента в университетский городок на реке Лайне на знаменитый «Боровский фестиваль», о котором мы говорили во вступлении к этим заметкам (см. «Наука и жизнь» № 9, 2018 г.).
Ещё одним важным для Гейзенберга событием того года было участие в работе юбилейного съезда Общества немецких естествоиспытателей и врачей, который проходил в сентябре в Лейпциге. Старейшее объединение немецких учёных разных специальностей было создано в 1822 году. Многие сообщества по отдельным научным дисциплинам — математическое, физическое и другие — существовали поначалу как секции этого большого Общества. И даже выделившись в самостоятельные объединения, они по традиции продолжали проводить съезды совместно со своей «материнской организацией».
Руководство Немецкого физического общества решило отметить роль эйнштейновских идей в науке: пленарный доклад поручили сделать самому автору теории относительности. Этот доклад был главным пунктом программы, и именно ради него отец Вернера купил ему билет для поездки на съезд.
В Лейпциг Вернер приехал в воскресенье 17 сентября и для экономии поселился в самой дешёвой гостинице в не очень благополучном районе города. Родителей он успокаивает в письме того же дня: «Я хорошо добрался и устроился. Здесь есть одно милое молодёжное общежитие — очень дешёвое — тут я могу переночевать, а завтра попробую найти что-то другое»4.
Конечно, до поиска новой гостиницы дело не дошло. Денег катастрофически не хватало даже на еду, так что с отсутствием удобств в общежитии можно было смириться. Родители посылали ему вдогонку по почте тёплые носки и шоколад, чтобы немного подкрепить двадцатилетнего студента.
Утром в понедельник 18 сентября состоялось помпезное открытие съезда. На нём присутствовало, по словам Гейзенберга, восемь тысяч участников. После торжественного заседания Вернер вернулся в гостиницу, чтобы написать краткий отчёт родителям: «Собственно профессиональные заседания начнутся только завтра после обеда и будут продолжаться до пятницы; вообще-то в пятницу уже не будет ничего интересного. За окном льёт как из ведра, поэтому я остаюсь тут под крышей. Сегодня вечером физики встречаются в кафе, туда мне надо обязательно пойти, там может быть с научной точки зрения много полезного. С деньгами, что у меня есть, 2000 М, я, естественно, обойдусь, это не совсем точно, но я надеюсь. Только карта участника съезда естествоиспытателей стоит 85 М. Теперь я подожду вечера, чтобы о нём что-нибудь написать. К сожалению, нужно отметить, что порция кофе с пирожным (что заказывают все участники) стоит 115 М, чего долго мой кошелёк не вынесет. В любом случае общие обеды для участников для меня невозможны»5.
Главное событие съезда — выступление Эйнштейна — должно было состояться во вторник 19 сентября после обеда. Вспоминая почти полвека спустя тот день, Гейзенберг писал: «Время до доклада я использовал для прогулки к памятнику Битвы народов, под которым я, с пустым желудком и крайне утомлённый проведённой в вагоне ночью, улёгся в траву и сразу заснул. Я проснулся оттого, что некая юная девица кидалась в меня сливами; но потом она уселась возле меня и для смягчения моего гнева предложила мне взять из своей корзинки сколько угодно этих плодов, что очень кстати утолило мой голод»6.
Едва войдя в помещение, где должен был состояться доклад Эйнштейна, Гейзенберг почувствовал непонятное напряжение, разлитое в воздухе, обстановка разительно отличалась от той, что царила во время «Боровского фестиваля» в Гёттингене. Вернер не знал тогда предыстории этого заседания, ставшего кульминацией противостояния двух выдающихся учёных, двух нобелевских лауреатов — Альберта Эйнштейна и Филиппа Ленарда. Это противостояние подробно описано в моей книге «Альберт Эйнштейн в фокусе истории ХХ века»7. Здесь же скажем об этом кратко.
Поначалу отношения двух учёных были уважительными. Эйнштейн ссылался на опыты Ленарда в своей знаменитой работе 1905 года о фотоэффекте, за которую в 1921 году получил наконец Нобелевскую премию. Ленард посылал Эйнштейну оттиски своих статей. Единственное, с чем не мог смириться профессор Ленард, было отрицание Эйнштейном существования мирового эфира, без которого нельзя было представить классическую физику. Ленард со своими учениками долго пытался доказать реальность эфира — конечно, безуспешно. Эйнштейн твёрдо верил в свою теорию относительности, выбросившую эфир из научного обихода.
Отношения между двумя профессорами резко обострились после 1919 года, когда справедливость общей теории относительности была экспериментально подтверждена. Две экспедиции английских астрономов, руководимые директором астрономической обсерватории в Кембридже сэром Артуром Эддингтоном, отправились летом того года в Южное полушарие, где наблюдалось полное солнечное затмение. Оно позволило измерить отклонение световых лучей, идущих от далёких звёзд, при прохождении вблизи такого массивного небесного тела, как наше Солнце. Измерения показали полное соответствие с теорией Эйнштейна. Эддингтон докладывал полученные результаты на заседании Королевского общества (британской Академии наук) 6 ноября 1919 года. Его сообщение произвело настоящую сенсацию, о теории Эйнштейна писали газеты всего мира, новость обсуждали на улицах, в пивных, на вокзалах…
Эйнштейн не очень любил публичность, но быстро понял, что против прессы выступать бесполезно. Любое его высказывание тут же попадало в газеты, любой его поступок становился предметом обсуждения. В письме другу Максу Борну от 9 сентября 1920 года он сравнивал себя с царём Мидасом: «Как у персонажа из сказки всё, к чему он прикасался, превращалось в золото, так и у меня всё становится криком газет»8.
Портреты Эйнштейна печатали крупнейшие журналы и газеты мира, а «Берлинер иллюстрирте Цайтунг» в номере от 14 декабря 1919 года поместила фотографию учёного на первой странице9.
Такая популярность имела и оборотную сторону: она сделала великого физика мишенью для недоброжелателей и сторонников иных политических взглядов. Ленард тяжело переживал необычайную популярность своего научного противника, но до поры до времени оставался в рамках научной этики. Зато некоторые проходимцы от науки, вроде Пауля Вайланда, прикрываясь именем Ленарда, устроили настоящую травлю Эйнштейна, не стесняясь открыто провозглашать антисемитские лозунги.
Окончательный разрыв отношений Ленарда и Эйнштейна произошёл на первом после недавно закончившейся мировой войны съезде Общества немецких естествоиспытателей и врачей, который проходил в сентябре 1920 года в маленьком курортном городке Бад Наухайм. Доклады о теории относительности в рамках совместного заседания Немецкого физического и Немецкого математического обществ были запланированы на 23 и 24 сентября. Вот тогда-то и состоялась давно ожидаемая очная дискуссия между Ленардом и Эйнштейном. О предстоящей дискуссии Эйнштейн объявил в статье в «Берлинер Тагеблатт» 27 августа 1920 года и пригласил туда «каждого, кто осмелится выступить перед научным форумом, изложить свои возражения»10.
В целом подавляющее большинство присутствовавших в Бад Наухайме физиков оказались на стороне Эйнштейна. Ленард чувствовал себя непонятым и одиноким.
И вот теперь реванш за поражение в Бад Наухайме Филипп Ленард собирался получить на съезде в Лейпциге.
Он надеялся, что ему удастся убедить коллег перестать восхищаться теорией Эйнштейна и признать её фикцией. Об этом говорит его интенсивная переписка с Максом Планком, Вилли Вином и другими именитыми физиками. Но все усилия оказались тщетными, специалисты по-прежнему высоко ценили теорию относительности и отдавали должное гениальности её автора. Директор гейдельбергского института физики был глубоко разочарован.
Это видно по тону его «Предупреждения немецким естествоиспытателям», добавленного в качестве предисловия ко второму изданию брошюры «Эфир и праэфир», опубликованной в июле 1922 года, специально к съезду в Лейпциге11.
В «Предупреждении» Ленард критикует физиков и математиков, придающих слишком большое значение теории относительности, которая, по его мнению, есть просто гипотеза. Книга Ленарда, считает её автор, делает эту гипотезу просто ненужной. С тем, что о ней трезвонят газеты, ещё можно было бы смириться, но куда опаснее, что её восхваляет научное сообщество.
Написанное в июле 1922 года «Предупреждение» знаменует поворотный пункт в жизни Ленарда. До этого он не позволял себе в научных публикациях хотя бы в малой степени проявить антисемитские чувства. Теперь же юдофобия Ленарда стала публичной. «Прозревший» под влиянием националистической, «фёлькиш» пропаганды, он начинает видеть в творчестве своего научного антипода, прежде всего, еврейский дух, смертельно опасный для здорового немецкого творчества. Как раз в это время в голове Ленарда закладываются основы нового учения, которое он назовёт «немецкая», или «арийская», физика. Расистский взгляд на науку, развитию которого гейдельбергский профессор посвятит все оставшиеся годы жизни, будет одобрительно встречен руководством Третьего рейха, но бесперспективность и научная бесплодность такого подхода со временем станут очевидными даже далёким от физики людям.
Эйнштейн хорошо понимал важность выступления в Лейпциге. Ради него он отказался участвовать в совместной немецко-голландской экспедиции в Батавию (нынешняя Джакарта) для наблюдения полного солнечного затмения. На этой поездке, сулившей укрепление позитивного образа Германии в мире, настаивало министерство иностранных дел. В письме директору департамента министерства Фридриху Хайльброну от 1 июня 1922 года Эйнштейну пришлось объясняться: «Я согласился на доклад перед собранием естествоиспытателей, что препятствует моему участию в экспедиции по наблюдению солнечного затмения, только после многократных уговоров моего коллеги Планка и после длительного внутреннего сопротивления. Если я теперь откажусь, то это вызовет серьёзную размолвку, в том числе между мной и частью ведущих немецких физиков, в отношениях с которыми и без того имеется постоянное напряжение, отчётливо проявившееся во время съезда естествоиспытателей в Бад Наухайме. В интересах доброго согласия с моими местными коллегами я должен избегать всего, что приведёт к срыву моего доклада»12.
Стерпеть почёт, оказанный ненавистной теории, было выше сил Ленарда. Он и ещё восемнадцать его единомышленников — профессоров и докторов наук — сделали специальное заявление для прессы и подготовили яркую листовку на плотной красной бумаге, которую раздавали всем желающим у дверей в зал заседаний. В заявлении и в листовке говорилось: «Мы, нижеподписавшиеся физики, математики и философы, решительно протестуем против впечатления, будто теория относительности представляет собой высшую точку современного научного исследования. Считаем это несовместимым с серьёзностью и достоинством немецкой науки, когда в высшей степени спорная теория поспешно, на манер базарного зазывалы, вносится в мир дилетантов и профанов»13.
Такую листовку вручили при входе в зал заседаний и Вернеру Гейзенбергу. Вот как он описывает это в воспоминаниях «Часть и целое»: «Когда я собирался войти, какой-то молодой человек — как я позже услышал, ассистент или ученик известного профессора физики из южнонемецкого университетского города — сунул мне в руку типографски отпечатанный красным шрифтом листок, предостерегавший не доверять Эйнштейну и его теории относительности. Эта теория, говорилось в листке, вздорная спекуляция, разрекламированная еврейской печатью и всецело чуждая немецкому духу»14.
Гейзенберг не называет Ленарда по имени, ограничиваясь легко понятным эвфемизмом: «известный профессор физики из южнонемецкого университетского городка» (Гейдельберга). Слегка отличается и описание листовки: историки говорят о «плотной красной бумаге», а Гейзенберг говорит о листке, отпечатанном «красным шрифтом». Думается, оба описания — в пределах ошибок памяти, главное, что листовка бросалась в глаза красным цветом.
Вернер сразу оценил демагогию текста и низость его авторов. Действие листовки оказалось противоположным замыслу Ленарда и его единомышленников. Гейзенберг пишет в воспоминаниях: «Что до содержания листовки, то оно произвело во мне то естественное действие, что я отбросил все сомнения относительно общей теории относительности, обрисованные мне в своё время Вольфгангом [Паули. —Прим. Е. Б.], и был теперь непоколебимо убеждён в правильности этой теории. Ибо я уже давно по своему опыту мюнхенской гражданской войны усвоил, что о том или ином политическом направлении никогда нельзя судить по целям, которые оно громко провозглашает и к которым, возможно, действительно стремится, а только по средствам, которые оно применяет для осуществления целей. Дурные средства показывают, что их инициаторы сами уже не верят в убеждающую силу собственных идей. Средства, применённые здесь учёным-физиком против теории относительности, были так дурны и демагогичны явно оттого, что противник Эйнштейна заведомо не надеялся опровергнуть его теорию с помощью научных доводов»15.
Когда я дошёл до этого места в воспоминаниях Гейзенберга, мне стало ясно, что он точно появлялся перед аудиторией, в которой должен был состояться доклад Эйнштейна, и держал в руках листовку, написанную будущим автором «Арийской физики» и восемнадцатью его единомышленниками. Но тут же меня уколола другая фраза из воспоминаний «Часть и целое». Гейзенберг пишет: «Доклад Эйнштейна состоялся в большой аудитории, куда, словно в театральный зал, можно было входить со всех сторон через маленькие двери»16.
Стоп! Вот эта фраза точно написана не очевидцем. Я даже сверил перевод с оригиналом, ведь бывает, что переводчик искажает написанное автором. Но нет, и в немецком тексте воспоминаний Гейзенберга стоит: «Доклад Эйнштейна состоялся…»17. А ведь это неверно: Эйнштейн на съезде в 1922 году не выступал! Несмотря на высказанное ранее желание, автор теории относительности не появился в Лейпциге. В последний момент он отказался от выступления, и доклад «Принцип относительности в физике» читал Макс фон Лауэ. Друзья Эйнштейна убедили его не рисковать — очень надёжные источники утверждали, что великий физик, друг недавно убитого министра иностранных дел Вальтера Ратенау, тоже внесён организацией «Консул» в «чёрный список» приговорённых к смерти. В письме Максу Планку от 7 июля 1922 года учёный объяснил свой отказ: «Так как я принадлежу к той группе, против которой националистическая сторона планирует покушения… Теперь ничто не поможет лучше, чем терпение и отъезд в путешествие»18.
Другу ещё по бернским временам Морису Соловину Эйнштейн пояснял: «…меня всё время предостерегают, я официально в отъезде, но на самом деле ещё здесь. Антисемитизм очень силён»19.
Президент Немецкого физического общества Макс Планк сразу понял, что опасения Эйнштейна основательны, и в письме Максу фон Лауэ жаловался: «Эти люмпены довели дело до того, что они уже в состоянии зачеркнуть событие немецкой науки мирового значения»20.
На согласие фон Лауэ заменить Эйнштейна Планк реагировал с облегчением: «С чисто практической точки зрения эта замена, вероятно, имеет и преимущество, ибо те, кто вечно думают, что принцип относительности есть, по сути, еврейская реклама для Эйнштейна, получат хороший урок обратного»21.
Не вызывает сомнения, что Вернер Гейзенберг был в фойе того зала, где должен был состояться доклад Эйнштейна. Также очевидно, что сам доклад об общей теории относительности Гейзенберг не слышал. Ибо он, конечно, не мог спутать известного уже на весь мир физика с профессором Максом фон Лауэ. О содержании доклада в воспоминаниях Гейзенберга нет ни строчки, хотя другой своей встрече с Эйнштейном, состоявшейся четырьмя годами позже, он посвятил целую главу в книге воспоминаний, запомнив каждое слово великого учёного.
Своё молчание о докладе 1922 года Гейзенберг оправдывает тем, что расстроился, прочитав «красную листовку»: «Но после такого разочарования я уже не мог как следует вслушаться в доклад, а по окончании заседания не предпринял никакой попытки познакомиться с Эйнштейном, что мог бы сделать, скажем, воспользовавшись рекомендацией Зоммерфельда»22.
Мне кажется, что дело в другом. Мы уже упоминали, что до начала заседания у Вернера было несколько свободных часов, и, кроме приятной встречи с юной девицей у памятника Битвы народов, он мог по какой-то надобности заглянуть в свою гостиницу. Там его ждал неприятный сюрприз: все его вещи были украдены. Он пишет об этом в воспоминаниях, относя посещение гостиницы ко времени после заседания, а не до: «…мне пришлось констатировать, что всё моё добро, рюкзак, бельё и второй костюм, украдено. К счастью, мой обратный билет оставался у меня в кармане. Я пошёл на вокзал и сел в первый же поезд до Мюнхена. Всю дорогу я пребывал в полном отчаянии, поскольку знал, что не могу взвалить на своего отца столь большую финансовую потерю»23.
В письме матери, отдыхавшей с отцом вне Мюнхена, Вернер в ожидании поезда домой сообщает подробности происшедшего: «Я сижу здесь, на главном вокзале [Лейпцига. — Прим. Е. Б.], совершенно несчастный и не знаю, что мне делать. Только представь, что со мной произошло. В общежитии сегодня после обеда украли мой рюкзак. К счастью, туалетный набор был вне рюкзака, но прекрасные зелёные брюки от моего зимнего костюма пропали, точно так же, как бритвенный аппарат, сумочка для туалетных принадлежностей, всё, хоть реви. Кто виноват, я не знаю, я все свои вещи положил туда, куда сказал управляющий гостиницы, что там будет безопасно. Больше я не мог ничего сделать. Но теперь у меня ничего нет. Конечно, я всё сообщил в полицию, но чем она поможет? Тогда я прикинул, что мне дальше делать. И мне кажется, что у меня нет другой возможности, как сразу сесть на поезд и ехать в Мюнхен. Что я и сделаю через час»24.
И добавляет в оправдание: «Пару докладов я всё-таки здесь услышал, так что в целом всё было не напрасно»25.
Вернувшись в Мюнхен, он пишет отцу 20 сентября, чтобы его успокоить: «Я считаю, что поступил правильно, сразу уехав из Лейпцига, так как самую важную для меня часть программы лейпцигского съезда, т.е. беседы с людьми, у которых общие со мной научные интересы и с которыми я бы иначе никак не встретился, я выполнил в первые два дня. Надеюсь, ты тоже согласен с моим решением. Я со своей стороны делаю всё возможное, чтобы вернуть утерянное или заменить его»26.
Итак, можно подвести итог: Вернер не был вечером во вторник на заседании съезда. Но признаться в том, что деньги отца на билет из Мюнхена в Лейпциг и обратно были потрачены зря, он не мог. Поэтому и придумал, а потом поверил, что видел Эйнштейна, но «не мог как следует вслушаться в доклад».
Гордый юноша по приезде в Мюнхен нашёл себе работу лесоруба в лесном районе к югу от города. Там на сосновый лес напал жук-короед, и требовалось рубить больные деревья и сжигать их кору. Только заработав таким способом достаточно денег, чтобы компенсировать лейпцигские потери, он смог снова вернуться к физике.
Этот эпизод из биографии Гейзенберга не только ярко показывает человеческие качества будущего отца квантовой механики, но и учит нас критически относиться к любым воспоминаниям, описывающим события спустя годы. А теперь вернёмся в Гёттинген осени 1922 года.
«Вы ещё хотите, чтобы я у Вас работал?»
Поначалу Вернеру понравился небольшой живописный городок Нижней Саксонии, где не было крупных промышленных предприятий, мешавших спокойной научной работе. Основное взрослое население города — профессора, офицеры местного гарнизона и пенсионеры. Концертов, спектаклей и других представлений, типичных для Мюнхена или Гамбурга, здесь практически не было. Культурную жизнь немного скрашивали музыкальные вечера, которые регулярно устраивали у себя дома профессора университета. То, что Вернер прилично играл на фортепьяно, пришлось как нельзя кстати. Макс Борн писал Эйнштейну в апреле 1923 года: «Зимой у меня был здесь Гейзенберг (так как Зоммерфельд находился в Америке); он, по крайней мере, столь же одарён, как Паули, но лично приятнее и дружественнее. Кроме того, очень хорошо играет на фортепьяно»27.
Но зимой Вернер нередко страдал от одиночества: он первый раз был так долго вдали от родителей и мюнхенских друзей-бойскаутов. С новыми друзьями он сходился нелегко. Спасала работа и полное погружение в атомную физику. Борн поставил перед ним задачу применить модель Бора к атому гелия и к атомам других многоэлектронных элементов. Чтобы добиться совпадения теории с результатами экспериментов, приходилось прибегать к всё более усложнённым допущениям и вычислениям. Борн признавался Эйнштейну: «Я вижу теперь, что всё в действительности должно быть совсем, совсем другим, чем сейчас представляется»28.
Гейзенберг приехал к Борну не с пустыми руками — он ещё в Мюнхене предложил свою модель атома с полуцелыми квантовыми числами (в представлении Бора квантовые числа должны быть всегда целыми). Эту идею Зоммерфельд сначала не принял, но потом согласился. Вернер докладывал свои результаты на физическом симпозиуме в Гёттингене и получил одобрение местных профессоров. Но задачу, поставленную Борном, модель Гейзенберга до конца не решала.
В Гёттингене Вернер продолжал учиться: слушал курс гидродинамики у ведущего специалиста в этой области Людвига Прандтля, а также лекции математиков Давида Гильберта и Рихарда Куранта. Кроме того, Гейзенберг участвовал в семинаре по трудам Пуанкаре в области небесной механики, проводимом его шефом в одной из комнат собственной квартиры. Продолжая исследования, начатые совместно с Паули, Борн надеялся перенести идеи и методы небесной механики в физику атома. В этом направлении и трудился новый ассистент Борна Вернер Гейзенберг. Результаты были неутешительны. Чувствовалось, что необходима основательная перестройка основ атомной физики.
Эту перестройку суждено было начать через два года именно Вернеру Гейзенбергу, но сначала ему нужно было окончить университет и получить докторскую степень. Поэтому в конце мая 1923 года он вернулся в Мюнхен, чтобы защитить диссертационную работу по гидродинамике, тему которой ему дал в своё время Зоммерфельд. Профессор, кстати, тоже в мае вернулся в Мюнхен из США и участвовал в процедуре защиты диссертации своего любимого ученика. Неожиданно для них обоих защита прошла не так гладко, как ожидалось, будущий нобелевский лауреат едва не провалился на устном экзамене по физике.
Тема диссертации была взята из жизни: когда реку Изар делали судоходной от предгорья Альп до Мюнхена, то в некоторых местах течение реки переходило из спокойного, ламинарного, в бурное, турбулентное. Нужно было изучить условия такого перехода. Ранее эта проблема решалась опытным путём, при этом основную роль играла безразмерная величина, называемая «числом Рейнольдса». Гейзенбергу предстояло вывести условия перехода из ламинарности в турбулентность из уравнений гидродинамики.
Этой проблемой Вернер занимался ещё во втором семестре, результаты докладывал на научной конференции в Инсбруке, поэтому за содержательную часть диссертации он особенно не волновался. Зоммерфельда немного беспокоило, что точных решений уравнений получить не удалось, Гейзенберг применял различные методики приближённых вычислений, однако сложность полученных математических объектов оправдывала такой подход.
Обычная процедура защиты состояла из двух этапов. Готовая диссертация подавалась в деканат философского факультета, в который в то время в Мюнхене входили отделения физики и математики. Декан отправлял работу на критический отзыв научному руководителю. Если отзыв был положительный, то далее отзывы на работу давали другие сотрудники соответствующего отделения. Если ни у кого не было возражений, кандидат на учёную степень допускался к устному экзамену. Экзамен проводился по трём дисциплинам — основной и двум вспомогательным. У Гейзенберга основным предметом была, естественно, физика, кроме неё нужно было сдавать астрономию и математику. Отметки за каждый предмет выставлялись по немецкой системе: от высшей «1» до худшей «5». Диссертация считалась защищённой, если итоговая отметка лучше «5». Традиционно оценка диссертации даётся по-латыни: высшая «1» соответствует «summa cum laude» (с отличием), «2» — «magma cum laude» (очень похвально), «3» — «cum laude» (похвально) и самая слабая «4» — «rite» (удовлетворительно).
Устное испытание состоялось 23 июля 1923 года. Экзамен по математике принимал у Гейзенберга профессор Перрон, поставивший ему высший балл. По астрономии Вернер получил у профессора Зелигера оценку «2». А экзамен по физике оценивали два профессора: экспериментатор Вилли Вин и теоретик Арнольд Зоммерфельд. Между ними давно шёл спор, какая физика важнее, и Вин, традиционный экспериментатор, требовал от учащихся, прежде всего, умения проводить сложные физические опыты. Гейзенберг, с первого курса нацеленный на физическую теорию, не уделял экспериментальному практикуму должного внимания, и профессор Вин решил на экзамене наказать юношу. Он задал ему сложные вопросы о разрешающих способностях оптических приборов, на которые Вернер не смог достойно ответить, и поставил ему самый низкий балл «5», не дающий права считать диссертацию защищённой. Спасло положение только то, что Зоммерфельд поставил высшую отметку «1», отметив выдающиеся способности Гейзенберга-теоретика. В итоге общая отметка получилась хоть и низкой «троечкой», но диссертация всё же была защищена со скромной оценкой «cum laude»29.
Гейзенберг был шокирован и подавлен. Он привык уже, что его выступления на международных научных конференциях, а также на Физическом коллоквиуме в Гёттингене встречались ведущими физиками-теоретиками аплодисментами. А тут профессор Вин утверждал, что он недостоин звания «доктор наук». С этим было трудно примириться.
Зоммерфельд был вне себя, он был уверен, что его ученик гений, и вдруг такое унижение! Следуя традиции, профессор пригласил своих ассистентов и студентов на небольшой ужин у себя дома в честь нового доктора наук. Однако Гейзенберг пробыл у своего учителя недолго, извинился, ушёл домой, собрал вещи и той же ночью уехал в Гёттинген, чтобы утром предстать перед Максом Борном.
Между Борном и Зоммерфельдом уже была договорённость, что Вернер после защиты в Мюнхене будет готовить вторую докторскую диссертацию в Гёттингене. Видя, как страдал его ассистент зимой вдали от дома, Борн разрешил ему провести всё лето и начало осени в Мюнхене. Поэтому он был сильно удивлён, увидев в разгар лета молодого человека, сидящего с трагическим лицом у дверей кабинета директора Института теоретической физики. Рассказав, что он почти провалил экзамен по физике, растерянный и смущённый Вернер перешёл к главному вопросу, ради которого он примчался из Мюнхена в Гёттинген: «Вы ещё хотите, чтобы я у Вас работал?»30.
Пожалуй, Макс Борн, как никто другой, мог понять драму своего ассистента. Когда-то физические опыты доставили ему самому массу проблем. Хотя он и получил в Гёттингене докторскую степень по прикладной математике, становиться профессиональным математиком Борн не собирался. Но и в физике он чувствовал себя неуверенно. Ему нужно было научиться ставить физические эксперименты и применять теорию на практике. С этой целью он поступил ассистентом в университетскую физическую лабораторию в Бреслау, которой руководили тогда два неразлучных друга-профессора Отто Луммер и Эрнст Прингсхайм31. Работая в Физико-техническом институте в Берлине, они поставили в 1899 году тот самый знаменитый опыт Луммера—Прингсхайма (по-русски иногда пишут Луммера—Прингсгейма), который послужил Максу Планку основой для введения квантов света.
На новом месте Макс Борн попытался повторить опыт своих руководителей, для чего собрал установку в выделенном для этого кабинете. Однажды вечером Макс не закрыл кран, одна из резиновых трубок, подводящих воду, соскочила, и утром весь нижний этаж лаборатории оказался залитым водой. Прингсхайм тихо ворчал, зато Луммер дал волю своему гневу. И хотя Борн оплатил все расходы, связанные с ремонтом, Луммер его не простил и вынес страшный приговор: «Вы никогда не будете физиком»32.
Теперь маститый физик-теоретик расспрашивал Гейзенберга, какие вопросы задавал ему профессор Вин на экзамене. Убедившись, что вопросы действительно были чрезвычайно сложными, Борн подтвердил Гейзенбергу, что его предложение на зимний семестр остаётся в силе: Вернер получит место ассистента с твёрдым окладом. Успокоенный, юноша вернулся в Мюнхен, чтобы провести остаток лета со своими друзьями в путешествии по Финляндии.
Безусловно, добросовестный Вернер не раз возвращался к тем вопросам на экзамене, на которые он не смог ответить. Ирония «судьбы»: через пару лет Гейзенберг откроет знаменитое «соотношение неопределённости», имеющее непосредственное отношение к разрешающей способности оптических приборов. Это соотношение прославило его имя не только в физике, но и в философии, и явно обескуражило профессора Вина, поставившего юному диссертанту сложный вопрос из области физического эксперимента. Правда, и там не обошлось без конфуза — об этом в следующих заметках этой серии.
...Отец Вернера, профессор Мюнхенского университета по отделению классической филологии, Август Гейзенберг, озабоченный будущим своего младшего сына, так быстро успокоиться не мог. В физике Август ничего не понимал, но хорошо знал, что оценка «cum laude» за диссертацию вряд ли сулит её обладателю блестящее научное будущее.
В то время отделение физики и отделение классической филологии входили в состав философского факультета Мюнхенского университета, то есть профессора Гейзенберг и Вин являлись сотрудниками одного и того же факультета. Но этого мало. В один и тот же год они были избраны его деканами, исполняя обязанности по очереди. Кроме того, оба входили в академический сенат философского факультета. Так что поводов поговорить о судьбе незадачливого диссертанта у обоих профессоров было достаточно. Когда в ноябре начались занятия в университете, Август Гейзенберг получил, как говорится, «из первых рук» информацию о судьбе своего сына. Вин не скрывал, что юноша недостаточно силён в физике, чтобы рассчитывать на успешную карьеру учёного.
Не на шутку встревоженный Август Гейзенберг написал об этом Вернеру, посоветовав больше внимания уделять экспериментальной физике. Но юноша, благодарный Максу Борну за доверие, ответил отцу, чтобы по таким вопросам он обращался непосредственно к его начальнику, так как сам он ничего не решает: «Пока я работаю в Гёттингене, я должен делать всё, что желает Борн, точно так же, как в Мюнхене я должен был делать всё, чего хотел Зоммерфельд»33.
Отец не успокоился и в январе 1924 года обратился к двум гёттингенским профессорам, Максу Борну и Джеймсу Франку, с вопросом: каковы шансы его сына в физике? Кроме того, он попросил Франка научить Вернера проводить физические эксперименты.
Борн ответил своему мюнхенскому коллеге, что его сын необыкновенно талантлив, а Франк включил юношу в свой физический практикум, где обучал студентов проведению опытов. Правда, через короткое время Франк и Вернер пришли к мнению, что тратить время на обучение искусству экспериментатора Гейзенбергу нет смысла, он создан быть теоретиком. И нередко учитель и ученик менялись ролями: Франк ловил в коридорах Физического института молодого ассистента, чтобы получить у него консультацию по сложному теоретическому вопросу.
Редакция благодарит автора за предоставленные иллюстрации.
(Продолжение следует.)
Комментарии к статье
1 Cassidy David. Werner Heisenberg. Leben und Werk. — Heidelberg, Berlin, Oxford: Spektrum Akademischer Verlag, 1995, S. 176.
2 Там же, S. 703.
3 Born Max. Mein Leben. Die Erinnerungen des Nobelpreistragers. — Munchen: Nymphenburger Verlagshandlung, 1975, S. 291.
4 Heisenberg Werner. Liebe Eltern. Briefe aus kritischer Zeit. 1918—1945. Hrsg. von A. M. Hirsch-Heisenberg. — Munchen: Langer-Muller Verlag, 2003, S. 39.
5 Там же, S. 40—41.
6 Гейзенберг Вернер. Физика и философия. Часть и целое. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1989, с. 174.
7 Беркович Евгений. Революция в физике и судьбы её героев. Альберт Эйнштейн в фокусе истории ХХ века. — М.: URSS, 2018.
8 Albert Einstein — Hedwig und Max Born. Brief-wechsel 1916—1955. — Munchen: Nymphenburger Verlagshandlung, 1969, S. 59.
9 Sugimoto Kenji. Albert Einstein. Die kommentierte Bilddokumentation. — Grafelfing vor Munchen: Verlag Moos&Partner, 1987, S. 60.
10 Folsing Albrecht. 1995. Albert Einstein. Eine Biographie. — Ulm: Suhrkamp, 1995, S. 26.
11 Lenard Philipp. Uber Ather und Urather. 2. Auflage. — Leipzig, Verlag Hirzel, 1922.
12 Grundmann Siegfried. Einsteins Akte. Wissenschaft und Politik — Einsteins Berliner Zeit. —Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2004, S. 222.
13 Goenner Hubert. Einstein in Berlin. — Munchen: Verlag C. H. Beck, 2005, S. 193.
14 Гейзенберг Вернер. Физика и философия. Часть и целое. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1989, с. 174.
15 Гейзенберг Вернер. Физика и философия. Часть и целое. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1989, с. 175.
16 Там же, с. 174.
17 Heisenberg Werner. Der Teil und das Ganze. Gesprache im Umkreis der Atomphysik. — Munchen: R.Piper & Co. Verlag, 1969, S. 66.
18 Grundmann Siegfried. Einsteins Akte. Wissen-schaft und Politik — Einsteins Berliner Zeit. –Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2004, S. 175—176.
19 Там же.
20 Там же, S. 223.
1 Там же.
22 Гейзенберг Вернер. Физика и философия. Часть и целое. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1989, с. 175.
23 Там же.
24 Heisenberg Werner. Liebe Eltern. Briefe aus kritischer Zeit. 1918—1945. Hrsg. von A.M. Hirsch-Heisenberg. — Munchen: Langer-Muller Verlag, 2003, S. 41.
25 Там же.
26 Heisenberg Werner. Liebe Eltern. Briefe aus kritischer Zeit. 1918—1945. Hrsg. von A.M. Hirsch-Heisenberg. — Munchen: Langer-Muller Verlag, 2003, S. 42.
27 Albert Einstein — Hedwig und Max Born. Brief-wechsel 1916—1955. — Munchen: Nymphenburger Verlagshandlung, 1969, S. 109.
28 Там же, S. 110.
29 Cassidy David. Werner Heisenberg. Leben und Werk. — Heidelberg, Berlin, Oxford: Spektrum Akademischer Verlag, 1995, S. 193. Макс Борн пишет в воспоминаниях (с. 292), что оценка диссертации Гейзенберга была «rite», что, скорее всего, является ошибкой памяти.
30 Cassidy David. Werner Heisenberg. Leben und Werk. — Heidelberg, Berlin, Oxford: Spektrum Akademischer Verlag, 1995, S. 194.
31 Академик А. Б. Мигдал в знаменитой статье «Нильс Бор и квантовая физика», опубликованной в «Успехах физических наук», т. 147, вып. 2, ошибочно назвал Прингсхайма Петером. Петер Прингсхайм – дальний родственник Эрнста, тоже физик, но к опыту Луммера—Прингсхайма отношения не имеет.
32 Беркович Евгений. Революция в физике и судьбы её героев. Альберт Эйнштейн в фокусе истории ХХ века. — М.: URSS, 2018, с. 116.
33 Cassidy David. Werner Heisenberg. Leben und Werk. Heidelberg, Berlin, Oxford: Spektrum Akademischer Verlag, 1995, S. 194.
Статьи по теме
Читайте в любое время
