Гейзенберг В. Философские проблемы атомной физики.
Пер. с англ.

Содержание

Из предисловия. Полвека спустя

В конце 1952 г. в библиотеке Института философии на стенде новых поступлений я увидел книгу: Werner Heisenberg. Philosophic Problems of Nuclear Science, изданную в Нью-Йорке. Тогда я только что защитил кандидатскую и был зачислен сотрудником Института в сектор "Философия естествознания". Мой интерес к философской книге Гейзенберга, выдающегося физика, вполне понятен. Тем более, что в то время подобного рода книги были редкостью. С интересом и энергией молодых лет я стал переводить для себя английскую книгу немецкого ученого.

Позднее я узнал о других книгах Гейзенберга, переведенных на русский язык. А недавно К.А.Томилин опубликовал полный список переводов книг и статей немецкого физика, в котором отмечены выходные данные его трудов [Исследования по истории физики и механики 2002. М.: Наука, 2003. С.234]. В списке 10 книг (монографии и сборники) и 90 статей. Из этого списка упомяну некоторые книги, содержание которых так или иначе связано с книгой 1952 г. Еще до войны, в 1932 г., вышел перевод книги "Физические принципы квантовой теории". В предисловии к этой книге Гейзенберг писал: "Цель книги покажется мне достигнутой, если она несколько будет способствовать распространению того "копенгагенского духа" квантовой теории (если я могу так выразиться), который дал направление всему развитию новой атомной физики" [С.8]. Вскоре после войны, в 1947 г., появился перевод книги "Физика атомного ядра". Книга эта – собрание докладов, прочитанных Гейзенбергом в 1942 г. в высшей Технической школе. Автор начинает с описания истории атомного учения. В частности, он пишет: "Представление об атомном строении материи, т.е. допущение о существовании мельчайших неделимых частиц, из которых составлена материя, исходит уже от античной философии. Две с половиной тысячи лет назад на это осмелились греческие мыслители. Кто хочет понять современную атомную теорию, тому следует обратить внимание на историю атомизма" [С.7]. Среди книг в списке К.А.Томилина отмечу еще сборник статей "Шаги за горизонт" (1987), в издании которого мне пришлось участвовать в качестве редактора и автора вступительной статьи. И еще: для меня особенно интересна книга "Физика и философия. Часть и целое". М., 1989. (Вторая часть этой книги вышла отдельным изданием [М.: УРСС, 2004].) В конце этой книги А.В.Ахутин опубликовал основательный анализ философских воззрений Гейзенберга.

Что касается книги 1952 г., напомню, изданной в Нью-Йорке, над переводом которой я старательно и торопливо, как я помню, работал и которая вышла в русском переводе в 1953 г., то она представляется теперь в ряду тех книг выдающегося физика, которые удивляют своим охватом многих проблем развивающейся науки и ее истории. Особенно поразительной в книге 1953 г. оказалась для меня речь Гейзенберга, произнесенная перед студентами Геттингенского университета 13 июля 1946 г. Эту речь он озаглавил: "Наука как средство взаимного понимания народов".

Всего год как закончилась жестокая война, которая велась со стороны Германии под лозунгами национал-социализма. Кажется, естественным было бы допустить, что выдающийся физик, работая во время войны в научном институте своей страны, разделял господствующую националистическую идеологию. Но при таком допущении было удивительным читать его речь перед студентами вскоре после войны, где он так настойчиво и так убедительно говорил об интернациональной значимости научных исследований в полном противоречии с националистическими идеями, в атмосфере которых он жил и работал.

Рассказывая о воздействии на него личности Бора, Гейзенберг говорил студентам Геттингена, что его общение с датским физиком привело к пониманию того, что "если кто-либо пытается выяснить строение атома, то совершенно безразлично, кто он – немец, датчанин или англичанин. Я усвоил также и нечто, быть может, еще более важное: в науке всегда можно, в конце концов, решить, что правильно и что ложно; она имеет дело не с верой, мировоззрением или гипотезой, но, в конечном счете, с теми или иными определенными утверждениями, из которых одни правильны, другие неправильны, причем вопрос о том, что правильно и что неправильно, решают не вера, не происхождение, не расовая принадлежность, а сама природа или, если хотите, бог, но во всяком случае не люди" [Гейзенберг Вернер. Философские проблемы атомной физики. М., 1953. С.125].

Надо было пережить годы особенного националистического угара, вызванного войной, чтобы оценить значимость сказанного в 1946 г. Гейзенбергом перед студентами Геттингенского университета. Такой угар с особенной настойчивостью распространился в послевоенные годы и в нашей стране. Разумеется, в облике привычных для нас идеологических штампов. Это тот случай, когда непримиримые противоположности, доведенные до предела, оказываются в своем существе тождественными. Утверждение Гейзенберга о науке как средстве взаимного понимания народов явно расходилось с тем, что можно было услышать тогда на семинарах или прочитать в философских публикациях.

Я с удивлением вчитывался в текст речи Гейзенберга, испытывая особенные трудности перевода, постоянно сомневаясь, верно ли я понимаю английский язык немецкого физика. В наше время процитированные мысли Гейзенберга представляются очевидными. Но если еще раз допустить, что Гейзенберг во время войны так или иначе разделял националистическую идеологию в том ее обличии, которое было характерно для национал-социализма, то невольно возникает вопрос: что же – выдающийся физик, как только закончилась война, вдруг так радикально изменил свое мировоззрение? К моему удивлению, некоторые историки науки так и оценили эволюцию его идей. В сказанном, и во многом другом, книга Гейзенберга, изданная в 1952 г. в Америке, была тогда открытием новых для меня проблем. Вскоре я узнал об издании этой книги на немецком языке, сверка с которой была проведена уже после того, как рукопись перевода с английского была в издательстве.

Я рассказал о своей работе над переводом книги Ивану Васильевичу Кузнецову, в те годы зав. сектором "Философии естествознания" в Институте философии. Кузнецов оценил значимость этой книги и предложил мне как можно скорее закончить работу над переводом, с тем чтобы опубликовать его в московском издательстве. В те годы это было издательство ИЛ ("Иностранная литература"). Иван Васильевич написал предисловие к русскому переводу и рекомендовал его к изданию.

Публикуя ныне второе стереотипное издание перевода книги, вышедшей в 1953 г., по обоюдному согласию с издательством "УРСС" мы ничего не меняем в предисловии к этой книге, написанном И.В.Кузнецовым, – оно, как легко понять, выражает идеологию послевоенных лет в нашей стране и ныне может служить историческим документом эпохи. Нет необходимости что-либо исправлять в аргументации и оценках, типичных для того времени. За прошедшие десятилетия радикально изменилось понимание исторических событий и человеческих деяний. Предоставим современному читателю составить свое суждение относительно всего, что было высказано полвека тому назад в предисловии к этой книге Гейзенберга. Равно как и оценить идеи выдающегося физика XX в., высказанные им вскоре после Второй мировой войны.

Но я хотел бы вместе с нынешним читателем вернуться к книге Гейзенберга 1953 г., выходящей теперь вторым стереотипным изданием. В этом издании после публикации основного текста я пытаюсь кратко представить личность автора этой книги, его облик, его поведение в условиях тоталитарного режима, его оценку времени, в котором он жил. Что каcается его философских идей, то их основательный анализ, как я уже упомянул, дан в статье А.В.Ахутина; я подчеркну лишь некоторые мысли выдающегося физика, которые мне представляются существенными при оценке его воззрений.

Подчеркнем, что книга вышла в русском переводе именно в 1953 г. В марте этого года скончался Сталин. Ироничный Окуджава в одной из своих песен образно выразил многозначность случившегося: "Умирает мартовский снег. Мы устроим ему веселые похороны"; и строчками далее: "Умирает мартовский снег. Мы ему воздадим генеральские почести". Генеральная линия распалась на кусочки и все смешалось тогда в нашем доме.

К работе над изданием книги был причастен автор предисловия И.В.Кузнецов, авторитет которого определил возможность ее выхода в свет. Выход книги философского характера на русском языке западного "физика-идеалиста" именно в 1953 г. нежданно оказался для нас знаком больших перемен. Однако, как говорили и писали в то время, "сознание отстает от бытия", иногда на долгие годы. Несмотря на постепенное изменение интеллектуальной атмосферы, личность Гейзенберга оставалась под подозрением – во время войны он руководил так называемым "Урановым проектом". Физики антигитлеровской коалиции опасались, что еще в ходе войны гитлеровская Германия может получить в свое распоряжение новое невиданное оружие – атомную бомбу. Тот факт, что Гейзенберг, оставшись в Германии, вскоре после начала войны стал возглавлять работы, которые могли вести к получению такого оружия, определил оценку личности выдающегося физика. Иначе говоря, для историка науки после войны возникла "проблема Гейзенберга". Немецкий историк науки Хорст Кант подробно рассмотрел ситуацию, связанную с участием Гейзенберга в урановом проекте. Начиная свой анализ, он пишет, что "участие Вернера Гейзенберга в немецком урановом проекте представляется наиболее противоречивым аспектом его жизни" [Исследования по истории физики и механики. М., 2003. С.151].

Евгений Львович Фейнберг назвал ситуацию, в которой оказался Гейзенберг, "трагедией эпохи". Не только Гейзенберг, но многие другие интеллектуалы, да наверное и люди разных профессий испытали трагедию того времени. Обсуждая проблему, связанную с жизнью немецкого ученого, российский физик пишет следующее: "Мы приходим к заключению, что политическое поведение Гейзенберга в большой мере определялось естественной заботой о судьбе немецкого народа и самой страны. Такой глубокий патриотизм может, конечно, в известных случаях переходить в национализм и даже шовинизм, в убеждение о превосходстве своей нации над всеми другими. В истории Германии так бывало несмотря на то, что веками немецкая культура была открыта для благотворного взаимообмена с культурами других народов" [Фейнберг Е.Л. Эпоха и личность. Физики. Очерки и воспоминания. М., 1999. С.242].

И действительно, исторический факт заключается в том, что в Германии произошло превращение патриотизма в национализм. Невозможно определенно утверждать, почему это случилось, вопреки высоким культурным традициям этой страны. Можно только сослаться на высказывание Бора, который основательно размышлял не только о проблемах атомной физики, но и судьбах человеческого существования. Гейзенберг в своих воспоминаниях сохранил для нас такое высказывание Бора: "Возможно, возрастание могущества Германии за последнее столетие далось ей в некотором смысле слишком легко. Возьмем войну 1864 г. против нашей страны, оставившую у нас столько горького чувства, потом победу над Австрией в 1866 и над Францией 1870 г. Немцам, должно быть, показалось, что мановением руки можно построить центрально-европейскую державу. Но все обстоит не так уж просто. Чтобы основать державу, необходимо даже в случае, когда нельзя обойтись без насилия, прежде всего завоевать сердца многих людей и склонить их к новой форме объединения. Этого пруссакам, несмотря на всю их доблесть, явно не удалось" [Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989. С.178].

В связи с тем, что говорил Бор о политической истории Германии, можно сказать, что тут проявилась психологическая склонность людей переоценивать свои успехи в том или ином виде деятельности. Человек, добившийся успеха, начинает осознавать себя особенным существом, выделенным среди других. Апеллируя к высшим силам, он ощущает себя богоизбранным в своем превосходстве. Иногда это служит внутреннему оправданию безнравственных деяний. На основе такой склонности, при условии узости культурного сознания, возникает феномен идентичности – отдельный человек отождествляет себя с тем кругом людей, к которому он принадлежит по рождению или по условиям жизни.

Люди склонны объединяться в "стаи" – так им живется безопаснее и комфортнее. Человек чувствует близость, "родство" с любым другим членом "стаи" – Он идентичен Ему. "Стаи" – это не только метафора, но это реальные феномены социального поведения: различные религиозные конфессии, политические партии, определенные нации и даже нынешние террористы, явно управляемые могущественными кланами. А когда начинается война, склонность к идентичности оказывает особенное действие – стремление к объединению перед грозящими испытаниями способствует превращению патриотизма в национализм. При этом национализм часто прикрывается патриотизмом. Не каждый может внутренне противостоять общему умонастроению.

В разговоре с Бором Гейзенберг обратил внимание на тот факт, что в начале войны мир в сознании людей изменился: повседневные заботы, стоявшие в центре жизни, отступили и даже, можно сказать, исчезли. Людей постигла одна и та же судьба – это объединяло. Но к этому можно добавить уже сказанное – такое объединение народа направляло его сознание в сторону национализма. На замечание Гейзенберга Бор ответил выразительными словами: "И верно, что нет силы, способной в описываемый Вами момент сказать "нет". Но разве не ужасно, что это так? Разве всенародный порыв, свидетелем которого Вы были, не имеет совершенно явственного сходства с тем, что происходит, например, когда осенью птицы стаями тянутся на юг? Ни одна из птиц не знает, кто принял решение об этом перелете на юг и почему этот перелет происходит. Но каждая захвачена всеобщим возбуждением, чувством стаи и счастлива, что может лететь, хотя для многих полет кончится гибелью. У людей в подобном совместном порыве поражает то, что он, с одной стороны, стихийно несвободен, как, скажем лесной пожар или любое другое естественное явление природы; а с другой стороны, в поддавшемуся ему индивиде он порождает ощущение крайней свободы. Молодой человек, участвующий во всенародном движении, сбрасывает с себя груз повседневных забот и тревог" [Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. С.179].

Обсуждая проблему национализма, Фейнберг формулирует вопрос по отношению к Гейзенбергу: произошло ли подобное превращение патриота в националиста? И наш физик четко отвечает на поставленный им вопрос: "Для такого предположения у нас нет никаких оснований" [Фейнберг Е.Л. Эпоха и личность. Физики. Очерки и воспоминания. С.243]. Обращение к литературе, где так или иначе затрагивается "проблема Гейзенберга", позволяет принять оценку Фейнберга – Гейзенберг оставался немецким патриотом в высоком значении этого слова, но его патриотизм никак не переходил в национализм. Иногда одно и то же слово приобретает различный смысл в зависимости от контекста употребления. В данном случае слово "патриотизм" может оставаться в своем высоком значении, а может и падать до самого низкого уровня, опускаясь до оправдания безнравственных деяний по отношению к людям из другой "стаи", а порою и по отношению к своим, в особенности если кто-то из них затрагивает их материальные интересы. Такая неопределенность требует внимания при использовании подобных понятий – тут необходимо понимание конкретной ситуации. В данном случае неопределенность понятия способствует тому, что "проблема Гейзенберга" остается нерешенной – существовали и еще существуют различные оценки его личности.

Летом 1959 г. в Киеве проходила международная конференция по физике высоких энергий. Основные докладчики на конференции к тому времени – это физики нового поколения. Гейзенберг присутствовал как "живой классик" – он не был докладчиком и провел лишь небольшой семинар, на котором представил свои идеи по единой теории элементарных частиц. На этой конференции я был в составе небольшой группы сотрудников московского Института философии, приглашенных в качестве "наблюдателей". Мне действительно посчастливилось наблюдать, как Гейзенберг и наш физик-теоретик и математик Н.Н.Боголюбов, прогуливаясь перед началом заседания, оживленно беседовали, прежде чем войти в здание, где проходила конференция. Я только ныне осознаю и вспоминаю, что во все дни конференции мне не пришлось видеть Гейзенберга с кем-либо из других наших физиков. Можно истолковать этот факт как проявление особенного отношения ученых нашей страны к немецкому ученому. Создавалось впечатление, что Гейзенберг для участников международной конференции – это залетная птица из другой "стаи".

Отношение к Гейзенбергу в нашей стране явно сказалось в декабре 1971 г., в год его семидесятилетия. Говоря о юбилее выдающегося ученого, я предложил моей аспирантке Галине Богомоловой, только что защитившей диссертацию об эволюции философских воззрений Гейзенберга, написать для журнала "Природа" статью о его научных достижениях и философских идеях. Конечно, редакция журнала ожидала юбилейной статьи от кого-либо из наших авторитетных физиков. Но все попытки получить такую статью к юбилею Гейзенберга окончились неудачей. Публикация статьи Г.Богомоловой, представленной к сроку, спасала положение – семидесятилетний юбилей немецкого физика, несмотря на молчание наших ученых, был все же отмечен в нашей стране публикацией статьи Богомоловой в журнале "Природа" [1971. N12]. Я вспомнил эти эпизоды, затрагивающие отношение к выдающемуся физику, для того, чтобы указать на сложность оценки человека, вынужденного жить и работать в условиях жестокой диктатуры. С того времени, когда отмечалось семидесятилетие ученого, прошло свыше трех десятилетий, а если отсчитывать срок со времени выхода книги 1953 г., то протекло полвека. Давность событий позволяет с большей уверенностью исторически осмыслить многое из того, что связано с фактами из жизни и с воззрениями Гейзенберга. Сейчас можно обратиться к возможно более объективному описанию непредсказуемых при его жизни поворотов в судьбе ученого. На основании известных мне источников я пытаюсь представить некоторые события из жизни Гейзенберга, позволяющие оценить его поступки в связи с событиями времени, в котором ему довелось жить.

Вернер воспитывался в семье профессора Мюнхенского университета Августа Гейзенберга, специалиста по Византийской культуре и новогреческим языкам. Основательное музыкальное образование стало для него первой областью творчества, которая вела его в высокую сферу различных форм интеллектуальной жизни. Но время поисков призвания оказалось для него нелегким во многих отношениях. После экзамена на аттестат зрелости он тяжело заболел и в долгие дни болезни, а затем и нескорого выздоровления, как он сам пишет, "оставался наедине со своими книгами". Надо думать, что погружение в мир книг определило направленность его интереса – он решается изучать математику. Опустим подробности внешних влияний на его поиски призвания и скажем, что волею непредсказуемых событий его решение корректируется – он становится учеником знаменитого Зоммерфельда, который представлял тогда в Мюнхенском университете теоретическую физику. Такому счастливому повороту в его жизни способствовал и отец.

Но увлечение музыкой остается у него на всю жизнь. Он часто бывает у своего друга, виолончелиста Вальтера, и музицирует на прекрасном рояле. Мама друга, слушая игру Гейзенберга, однажды сказала ему: "От Вашей игры и от характера Ваших рассуждений о музыке у меня сложилось впечатление, что искусство ближе Вашему сердцу". И все же Гейзенберг склоняется к профессиональному занятию теоретической физикой.

В студенческие годы его жизнь, как он сам вспоминает, протекала в двух совершенно разных мирах – в дружеском кругу молодежного движения тех лет и в абстрактно рациональной области науки. Мир музыки настолько органичен его личности, что не выделяется им как особенная сфера его жизни. Хотя у тех, кто его близко знал, не было сомнения, что музыка была той областью жизни, которая составляла внутренний стимул теоретической мысли.

А мысль все настойчивее обращалась к проблемам атомной физики. Возможно, такое направление интересов определялось общим интеллектуальным настроем эпохи. Регулярный семинар Зоммерфельда способствовал углубленному интересу к этим проблемам. Здесь же, на этом семинаре, Гейзенберг познакомился с Вольфгангом Паули, ставшим его другом и непременным критиком. Ему необычайно повезло – с таким другом жизнь приобретала особенный смысл. Это та редкостная роскошь дружеского общения, которая стимулирует и обогащает мысль. В самом начале дружбы им было о чем поговорить – теория относительности и новая теория атома волновала обоих. Особенно привлекала атомная теория, которая своими загадками призывала к творчеству.

Паули еще в 1921 г. обратил внимание своего друга на то, что датчанину Нильсу Бору удалось связать удивительную устойчивость атомов с квантовой гипотезой Планка. Хотя, склонный к критическому взгляду на любые теоретические идеи, Паули вместе с тем заметил: "Однако сама по себе идея Планка еще никем не разъяснена". Зоммерфельд внимательно следил за развитием своих учеников, поддерживая их устремления к новым идеям и пытаясь включить молодые умы в живой процесс горячих обсуждений волнующих проблем.

В начале лета 1922 г. Нильс Бор был приглашен в Геттинген для прочтения лекций о своей теории атома. Зоммерфельд понимал, что его ученикам будет полезно прослушать выдающегося физика. В эти летние дни он спросил Гейзенберга, не хочет ли он лично познакомиться с Бором. Вспоминая удивившее его приглашение, Гейзенберг замечает, что в те времена поездка в Геттинген из Мюнхена представляла для него неразрешимую финансовую проблему. Надо думать, что Зоммерфельд понимал это затруднение ученика и, приглашая его в Геттинген, сразу же заметил, что расходы, связанные с поездкой, он берет на себя. Другие участники семинара, по-видимому, не нуждались в такой опеке.

Вспоминая лекции в Геттингене, названные позднее "Фестивалем Бора", Гейзенберг писал: "Бор говорил довольно тихим голосом, с мягким датским акцентом, и когда он разъяснял отдельные положения своей теории, то выбирал слова осторожно, гораздо осмотрительнее, чем мы привыкли слышать от Зоммерфельда, и почти за каждым тщательно сформулированным предложением угадывались длительные мыслительные ряды, лишь начала которых высказывались, а концы терялись в полумраке чрезвычайно волновавшей меня философской позиции. Содержание лекции казалось новым и вместе с тем не новым. У Зоммерфельда мы изучали теорию Бора и потому знали, о чем идет речь. Но все слова в устах Бора звучали иначе, чем у Зоммерфельда. Непосредственно ощущалось, что свои результаты Бор получил не путем вычислений и доказательств, а путем интуиции и догадок, и что теперь ему было нелегко защищать их перед геттингенцами с их высокой математической выучкой" [Гейзенберг Вернер. Физика и философия. Часть и целое. С.169].

Гейзенберг в этом воспоминании удивительно точно рисует портрет великого датчанина. А он, молодой студент, решается в ходе лекции Бора сделать критическое замечание по поводу исследований нидерландского физика-теоретика Х.Крамерса в области изучения спектральных явлений. Бор сослался на Крамерса в подтверждение своих рассуждений, указывая, что хотя принципы теории еще не ясны, однако можно положиться на то, что теоретические результаты Крамерса правильны и позднее будут подтверждены экспериментами. Именно на эти слова Бора возразил молодой студент, заметив, что работы Крамерса несостоятельны. Конечно, на эту реплику надо было решиться. Но внешне происшедшее могло представляться дерзостью, если не упоминать, что за такой решимостью Гейзенберга скрывалась основательная предварительная работа – он еще до лекций Бора тщательно проанализировал работы Крамерса, относящиеся к проблеме, и докладывал результаты своего анализа на семинаре Зоммерфельда. Бор почувствовал, что за репликой молодого человека стоят основательные занятия по проблемам его теории. Вспоминая значащие для него события, Гейзенберг подробно описывает происшедшее, и такое описание позволяет воссоздать атмосферу творческого общения выдающегося ученого и студента, начинающего свой непростой путь в науке.

После лекции Бор подошел к Гейзенбергу и спросил, не может ли он во второй половине дня прогуляться с ним и обсудить возникшие вопросы. Вернувшись к предмету утренней дискуссии, Бор во время прогулки пояснил, что необходимо весьма осмотрительно относиться ко всем утверждениям о строении атома. Он кратко рассказал ему об исходных принципах новой теории атома. Часто говорят, что атом представляет собою планетную систему в миниатюре, и полагают, что к атому можно применять законы классической астрономии. Такое понимание атомного строения Бор решительно отвергает. И хотя известно, что картина планетарного строения атома вполне разделялась Резерфордом, тем не менее, опираясь на эту картину непрестанного движения внутриатомных частиц, невозможно было понять внутриатомный мир. Главная исходная мысль, иначе говоря, основной принцип построения новой атомной теории, настаивал Бор, заключается в факте устойчивости материи. С точки зрения классической физики этот факт не получает объяснения и представляется подлинным чудом.

Бор особенное внимание обратил на слово "устойчивость". Под этим словом, говорил Бор, он имеет в виду тот факт, что одни и те же вещества всегда и везде встречаются с одними и теми же свойствами – так, мы наблюдаем, как образуются одинаковые кристаллы, возникают одинаковые химические соединения и т.д. Можно производить самые разнообразные воздействия, например, на кусок железа, но в результате таких воздействий атомы, из которых состоит этот кусок, оказываются обладающими теми же самыми свойствами – они сохраняют эти свойства. Все подобные наблюдения можно выразить так: в природе имеется тенденция к образованию определенных форм. Бор пояснил, что слово "форма" используется им в данном случае для обозначения сохраняющихся объектов природы, способных воспроизводиться тождественными самим себе при всевозможных изменениях. В этой связи можно было бы обратиться к наблюдению живых организмов, ибо живые существа несут удивительную способность сохранять себя как нечто целое. Но Бор не стал углубляться в биологические проблемы, обратившись к более простым формам, с которыми приходится встречаться в физике и химии.

Гейзенберг вспоминает, что Бор подчеркнул решающее значение проблемы устойчивости и тот факт, что на эту проблему не обращалось должного внимания, существенно тормозил развитие новой атомной теории. Направленность мысли на наблюдаемые изменения, на очевидный Гераклитов поток, уводит мысль от подлинных проблем. Если обращаться к идеям античных мыслителей, то надо в связи с поисками принципов новой атомной теории упомянуть Парменида, учившего о вечности бытия, его неизменности. Можно сказать, что направленность мысли, если использовать термин Поппера, на "парменидионизм" открыла рациональный путь к новой атомной теории. Бор обратил внимание на мировую постоянную Планка, указывающую на дискретность изменения энергии атомной системы. Стремление включить в рассмотрение новую мировую постоянную позволило направить теоретические поиски в нужном направлении. Планк обнаружил, что энергия атомной системы изменяется ступенчато, так сказать, с остановками. Эти остановки, как заметил Бор, были названы стационарными состояниями.

Бор осознал нетерпимость ситуации, когда прежних понятий оказывалось недостаточно, чтобы построить теорию строения атома – все отчетливей становилось ясным, что ньютонова механика неприменима внутри атома. Физика оказалась перед трудной задачей объяснения внутриатомного мира – для этого нужны поиски другого языка. Ко времени беседы с Гейзенбергом Бор мог только сказать по этому поводу, что непонятные черты пробивающейся к росту квантовой теории, связанные с устойчивостью материи, как-то могут быть усмотрены посредством новых понятий, по-видимому, совершенно ненаглядных. Но эти новые понятия необходимо еще найти.

Внимательно слушая Бора, Гейзенберг заметил: "Если строение атомов столь мало поддается наглядному описанию, как Вы говорите, и если у нас, собственно, нет языка, на котором мы могли бы вести речь об этом их строении, то сможем ли мы вообще когда бы то ни было понять атомы?" [Гейзенберг Вернер. Физика и философия. Часть и целое. С.172]. После недолгого размышления Бор сказал, что все же мы сможем понять атомы, но сначала нам необходимо будет ответить на вопрос: что такое понимание? Ответ Бора на вопрос Гейзенберга полон глубокого смысла – в его ответе ожидание плодотворного поворота мысли к самой себе. Бор неожиданно переходит в область философского подхода к научному познанию, и такой подход органичен его особенному способу размышления. Именно такой подход ведет мысль к построению искомой теории.

Вспоминая всю ситуацию, связанную с вечерней прогулкой с Бором, Гейзенберг замечает, что их путь шел по одной из хорошо ухоженных лесных тропинок к озаренной солнцем вершине, откуда можно было одним взглядом обозреть прославленный университетский городок с возвышающимися шпилями старинной церкви Иоанна и Иакова. Для Гейзенберга беседа с Бором была решающим событием в его жизни. В своей автобиографической книге он писал: "Эта прогулка оказала сильнейшее воздействие на мое последующее развитие, или даже, вернее сказать, что все мое научное развитие, собственно, и началось с этой прогулки" [Там же. C.170]. Когда они, заканчивая прогулку, приближались к первым городским домам, Бор предложил Гейзенбергу обсудить возможность того, чтобы часть студенческой жизни провести ему в Геттингене, а затем посетить и Копенгаген.

Но эти счастливые надежды, открывшиеся приглашением Бора, не скоро смогли осуществиться. Протекли почти два года работы – защита докторской диссертации по устойчивости ламинарного течения в жидкости, последующий за этой защитой экзамен в Мюнхене и еще один семестр в Геттингене в качестве ассистента Макса Борна – прежде чем в пасхальные каникулы 1924 г. Гейзенберг смог отправиться в Данию. Уже в первые часы пребывания на датской земле он почувствовал значимость личности Бора – когда в случае формальных затруднений он объяснял, что намерен работать в Копенгагене у профессора Бора, все затруднения мгновенно преодолевались. По прибытии в Институт Бора, Гейзенберг оказался среди большого числа блестящих молодых людей из самых разных стран, и главное, как он осознавал, эти молодые люди превосходили его в знании языков и были более основательно подготовленными в той науке, в которой ему предстояло работать. Ему пришлось преодолевать трудности общения. Но ему повезло – Елизабет Гейзенберг в своей книге замечает, что пожилая хозяйка квартиры приняла его как сына и стала обучать его английскому и датскому языкам.

Погруженный в заботы Института, Бор не смог сразу уделить внимание приглашенному ученику. И все же вскоре нашел возможность отправиться с ним в поход по острову Зеландия. Гейзенберг в своих воспоминаниях описал особенно значащие подробности их бесед. Описывая одну из прогулок с Бором, он замечает, что однажды они шли вдоль берега, минуя небольшие рыбацкие поселки, и могли различать по ту сторону пролива шведский берег, отдаленный здесь от датского лишь на несколько километров. Они подошли к старинному замку Кронборг в Эльсиноре. На крепостных стенах замка они смогли видеть старинные орудия, символы былого могущества. Бор рассказал, что датский король Фридрих II построил замок в конце XVI в. Бор и Гейзенберг стояли в сумерках на бастионе возле старых пушек и скользили взглядом по парусным судам в проливе – при этом, как вспоминает Гейзенбрег, они явственно ощутили, какая гармония может исходить от места, где отгремели былые бои. Бор заметил, что если применить научный подход, то замок предстает перед нами как сооружение из камней; мы наслаждаемся формами, в которые их сложил архитектор. При таком подходе ничего не изменится, если мы узнаем, что здесь жил Гамлет. И тем не менее, как только мы об этом узнаем, замок Кромберг вдруг становится другим. Стены, крепостные валы и двор замка образуют для нас особенный мир, в котором простой закоулок напоминает о темноте человеческой души, мы слышим вопрос: "Быть или не быть?". Новое знание о воспринимаемом изменяет содержание восприятия.

И все же, так или иначе они возвращались к заботам и волнениям текущих дней. Проблемы атомной физики овладевали их помыслами, составляя важнейшую часть их жизни. На пути понимания стабильности атомов вставали трудности, которые не удавалось преодолеть. Конечно, не только Бор и Гейзенберг, но и физики разных стран, пытаясь преодолеть трудности, постепенно привыкали к тому, что понятия классической физики при перенесении их в сферу атома верны лишь наполовину – невозможно требовать при их применении большой точности. В летний семестр 1924 г. на семинарах Макса Борна в Геттингене уже говорилось о задаче построения новой научной дисциплины – квантовой механики, призванной занять место ньютоновской механики. В следующем году, продолжая свою работу в Геттингене, Гейзенберг пытался, как он вспоминает, угадать правильные формулы интенсивности спектра водорода, используя метод математических расчетов, который он, будучи еще в Копенгагене, применял в совместной работе с Крамерсом. Вскоре он убедился, что от такого метода пришлось отказаться и что не следует опираться на понятие орбит электронов в атоме, достаточно обратиться к "как никак" наблюдаемым величинам – амплитудам и частотам колебаний.

В разгаре этой работы, в мае 1925 г, он заболел сенной лихорадкой (вид аллергии). Болезнь способствовала погружению в проблему. Вскоре стало ясно, что необходимо искать наиболее простую математическую форму теории, в которой должны содержаться только наблюдаемые величины. Вместе с тем должны быть гарантии того, что математическая схема непротиворечива. Это требование связано с тем, чтобы в предложенной математической схеме выполнялся закон сохранения энергии, ибо, как замечает Гейзенберг, "без закона сохранения энергии вся схема утрачивает какую-либо ценность".

Сосредотачивая усилия на выполнимости закона сохранения энергии, Гейзенберг продвинулся далеко в построении искомой теории. Он писал в своих воспоминаниях: "У меня было ощущение, что я гляжу сквозь поверхность атомных явлений на лежащее глубоко под нею основание поразительной внутренней красоты" [Гейзенберг Вернер. Физика и философия. Часть и целое. С.190]. Гейзенберг сообщил о своих результатах в построении математической схемы новой теории своему другу Паули. Обычно критичный Вольфганг Паули поощрил его в разработке взятого направления. В его жизни наступила пора необыкновенно интенсивной работы. При этом оказалось, что в различных странах наблюдались не менее интенсивные усилия по построению новой атомной теории: коллективная мысль шла независимым путем как единый поток, составленный из различных струй: в Геттингене к Гейзенбергу присоединились Бор и Иордан, в Кембридже одиноко работал Дирак, в Берлине – Планк, Эйнштейн, фон Лауэ, Нернст. Весной 1926 г. Гейзенберг был приглашен в Берлинский университет, чтобы рассказать о своих работах по построению новой квантовой механики.

Примерно в те дни, когда Гейзенберг делал доклад в Берлине, геттингенцам стало известно о работе венского физика Шредингера, который подошел к проблемам атомной теории с совершенно другой стороны. Он был убежден, что переход от частиц к волнам позволит разрешить все затруднения – Шредингер отрицал дискретности, каковы бы они ни были. Вступая в полемику с Шредингером, Гейзенберг собрал все известные ему аргументы в пользу того, что дискретность является подлинной чертой самой реальности. Бор усмотрел в этих непримиримых позициях главную проблему рождающейся атомной теории. Датский мудрец настойчиво искал объединения противоположностей.

Зимой 1926–1927 гг. Гейзенберг снова в Копенгагене и его дискуссии с Бором становятся условием и содержанием творческой жизни. Гейзенберг жил тогда на верхнем этаже под крышей боровского Института. Почти каждый вечер Бор, освободившись от основной работы, поднимался к Гейзенбергу, чтобы продолжать обсуждение волнующих проблем – возникшее при этом напряжение мысли стало непрестанной чертой всех бесед Гейзенберга и Бора, и это напряжение усилилось к февралю 1927 г. настолько, что Бор не выдержал и, прекратив беседы, уехал в Норвегию, чтобы на лыжных прогулках отвлечься от непримиримых споров со своим учеником.

Оставшись один в Копенгагене, Гейзенберг продолжал интенсивно размышлять о дискретности как фундаментальной черте природного мира и о непрерывности, на которой настаивал Шредингер, убежденный, что переход от частиц к волнам материи избавит новую физику от парадоксов строящейся квантовой теории. Бор же увез с собой на лыжную прогулку груз нескончаемых споров о природе внутриатомного мира. Ситуация споров привела к тому, что перед Бором во весь рост встала проблема теоретического синтеза дискретного и непрерывного. Гейзенберг, оставаясь в Копенгагене, продолжал размышлять над проблемами, сформулированными Бором и направленными к поискам единой картины. Ученик Бора не мог отказаться от дискретности, заданной историей знания, опытом его мысли и простым наблюдением, но не мог принять и чистую непрерывность. Можно утверждать, что в его сознании настойчиво возникала боровская мысль, устремленная к единству разнообразного – невозможно устранить из теоретического рассмотрения ни дискретность, ни непрерывность.

Прогуливаясь в одиночестве по Феллед-парку, окружавшему Институт Бора, Гейзенберг размышлял вместе с тем и об источнике теоретических идей. Нет сомнения, что мы черпаем идеи из наблюдения над физическими процессами. Но сама по себе процедура наблюдения далеко не проста – надо помнить о принципе Эйнштейна – "только теория решает, что именно можно наблюдать". Допустим, мы наблюдаем туманные следы в камере Вильсона. Гейзенберг усомнился: наблюдаем ли мы при этом, скажем, движущийся электрон? Возможно, мы наблюдаем не частицу, но всего лишь дискретные следы неточно определенных положений электрона. В камере Вильсона видны лишь отдельные капельки воды, которые заведомо значительно больше электрона. Поэтому вернее было бы спросить: можно ли в квантовой механике описать ситуацию, при которой электрон лишь приблизительно, т.е. с некоей неточностью, находится в данном месте и при этом приблизительно, т.е. опять-таки с неточностью, обладает заданной скоростью? Записав эти размышления с помощью математических символов, Гейзенберг получил соотношения, названные позднее соотношениями неопределенностей.

Обращаясь к ходу размышлений, представленному самим Гейзенбергом, спросим, что нам кажется более важным: процесс рассуждения или его результат? Наверное, в процессе научной мысли, как она растет в живой истории науки, важно и то, и другое. Хотя, конечно, физику важен результат – в данном случае записанные в виде формулы соотношения неопределенностей. Историк же науки обратит внимание на процесс получения результата, и этот процесс оказывается для него существенно важным, ибо только в этом процессе мы сможем усмотреть картину рождения научной мысли и тем самым схватить ее содержание.

Обратимся к туманному следу электрона в камере Вильсона и опишем полученный Гейзенбергом результат пока на естественном языке, без формул (хотя формулы эти предельно просты): произведение неопределенности местоположения частицы на неопределенность количества движения (произведение массы на скорость) не может быть меньше постоянной Планка.

Бор вернулся из норвежских снегов с новыми мыслями, которые, как и у Гейзенберга, вырастали из зерен их дискуссий. Гейзенберг вспоминает об этом в спокойных тонах, замечая, однако, что после лыжного отпуска Бора были еще сложные дискуссии по проблемам истолкования квантовых процессов. Ученик Бора делает исторически важное утверждение: "Бор тоже продвинулся в развитии своих идей, пытаясь, как и в беседах со мной, сделать принципиальной основой истолкования дуализм волновой и корпускулярной картин. Центральное место в его размышлениях занимало вновь созданное им понятие дополнительности, призванное описывать ту ситуацию, когда одно и то же событие мы можем охватить с помощью двух различных способов рассмотрения. Оба эти способа взаимно исключают друг друга, но они также и дополняют друг друга, и лишь сопряжение двух противоречащих друг другу способов рассмотрения полностью исчерпывает наглядную суть явления" [Гейзенберг Вернер. Физика и философия. Часть и целое. С.205–206].

Гейзенберг при этом замечает, что Бор увидел в соотношениях неопределенностей "лишь еще один слишком специальный случай общей ситуации дополнительности". В этом последнем утверждении можно усмотреть существо различных оценок происшедшего после возвращения Бора из Норвегии – глава копенгагенской школы привез из лыжной прогулки весьма общий принцип, в то время как его ученик за это время сформулировал конкретное проявление этого принципа. Но такая оценка полученных соотношений неопределенности не устраивает Гейзенберга – он стремится подчеркнуть, что его соотношения неопределенностей имеют столь же широкое значение, как и принцип дополнительности. После этого он пространно разъясняет ситуацию разногласий между Эйнштейном и Бором, которая так выразительно проявилась осенью 1927 г. на Международном конгрессе, посвященном памяти Вольты в итальянском городе Комо, а вскоре и на Сольвеевском конгрессе в Брюсселе. На этих представительных встречах физиков действительно обсуждалась проблема общности действия соотношений неопределенностей в квантовой физике, названных позднее соотношениями Гейзенберга. Впрочем, надо заметить, что обсуждение это проходило вне официальной программы конференции. По общему признанию, победу в этой полемике между Бором и Эйнштейном одержал Бор и тем самым подтвердил значимость соотношений неопределенностей, на общности действия которых настаивал Гейзенберг.

И такое название – соотношения неопределенностей Гейзенберга – закрепилось с 1927 г. и, можно сказать, стало каноническим. И все же, попытаемся критически оценить ход аргументации Гейзенберга, который не мог принять истолкование ситуации, предложенной Бором, а именно, что соотношения неопределенностей – это специальные случаи принципа дополнительности. Гейзенберг настаивал на одинаковой общности действия как принципа дополнительности, так и соотношений неопределенностей. В этой связи зададимся вопросом: как понимать общность действия принципа дополнительности, с одной стороны, и общность действия соотношений неопределенностей – с другой?

Истолкование возникшей ситуации, которое предложил Бор, вполне понятно, а именно: соотношения неопределенностей всего лишь специальный случай действия принципа дополнительности. Но в таком случае, на каком основании Гейзенберг настаивал на общности применимости соотношений неопределенностей в сопоставлении с принципом дополнительности? Основание это заключается в том, что ученик Бора, доказывая общность действия соотношений неопределенностей, имел в виду построение квантовой теории и демонстрировал эту общность, показывая применимость соотношений неопределенностей во всей области квантовых явлений. Именно такую общность действия соотношений неопределенностей и отстаивал Бор в его знаменитой полемике с Эйнштейном.

Об авторе

Вернер Гейзенберг (1901-1976)

Выдающийся немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Родился в 1901 году в Германии. Окончил Мюнхенский университет в 1923 году. До 1927 года работал c Максом Борном и Нильсом Бором, позже стал профессором Лейпцигского и Берлинского университетов. C 1941 года – директор института физики имени Макса Планка.

В.Гейзенберг предложил новую формулировку физики, радикально отличавшуюся в своих базовых концепциях от классической формулировки Ньютона; совместно с Нильсом Бором разработал так называемую матричную механику – первый вариант квантовой механики; произвел квантовомеханический расчет атома гелия, показав возможность его существования в двух различных состояниях. Он также является автором работ по структуре атомного ядра, релятивистской квантовой механике и единой теории поля. В 1927 году сформулировал знаменитый "принцип изменчивости", который считается одним из основополагающих и всеобъемлющих во всей науке. В 1933 году получил Нобелевскую премию за работы по квантовой механике.