В 1933 году, в возрасте 32 лет, Гейзенберг получил Нобелевскую премию по физике «за создание квантовой механики». Он, безусловно, обрадовался, но, будучи скромным и справедливым человеком, выразил удивление тем, что его коллеги по созданию квантовой механики – Эрвин Шрёдингер и Поль Дирак – получили одну Нобелевскую премию на двоих, а Макс Борн вообще ею обойдён.
– Вернер так много работал, но была ли у него девушка или семья? – спросила Галатея. – Заниматься одной наукой, наверное, довольно скучно!
– В 35 лет Вернер женился на молодой девушке Элизабет Шумахер, дочери берлинского профессора-экономиста. Они жили долго и счастливо, и у них было семеро детей.
– Вот это настоящая сказка! – обрадовалась Галатея.
– Дочери Гейзенберга, Анна-Мария и Верена, стали учёными-физиологами, сын Мартин – генетиком, а Йохен пошёл по стопам отца и стал физиком-ядерщиком.
Гейзенберг умер в 1976 году. На его смерть Юджин Вигнер, лауреат Нобелевской премии по физике за 1963 год, написал: «Нет такого живущего физика-теоретика, который сделал больший вклад в нашу науку, чем он. В то же время он был доброжелателен со всеми, лишён высокомерия и составлял приятную компанию».
Примечания для любопытных
Византия (Византийская империя, или Восточная Римская империя) (395-1453) – государство, сформировавшееся после раздела Римской империи на западную и восточную части. Через 80 лет после этого Западная Римская империя распалась на более мелкие и быстро деградировавшие страны, а Византия на тысячу лет осталась единственной наследницей древнегреческой и римской культуры.
Вернер Гейзенберг (1901–1976) – знаменитый немецкий физик-теоретик, один из основателей квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1932).
Платон (428 или 427–348 или 347 гг. до н. э.) – великий древнегреческий философ, ученик Сократа, учитель Аристотеля.
Герман Вейль (1885–1955) – известный немецкий математик и физик-теоретик. Автор знаменитой книги «Пространство, время и материя» (1918) – одного из первых изложений общей теории относительности Эйнштейна.
Арнольд Зоммерфельд (1868–1951) – известный немецкий физик-теоретик и математик. Учитель Гейзенберга.
Макс Борн (1882–1970) – известный немецкий и британский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1954).
Феликс Блох (1905–1983) – известный физик, ученик Гейзенберга. Лауреат Нобелевской премии по физике (1952).
Невилл Мотт (1905–1996) – известный английский физик. Лауреат Нобелевской премии по физике (1977), вместе с Филипом Андерсоном и Джоном ванн Флеком.
Рудольф Пайерлс (1907–1995) – известный английский физик немецкого происхождения. Ученик Гейзенберга.
Юджин Вигнер (1902–1995) – известный американский физик и математик венгерского происхождения. Лауреат Нобелевской премии по физике (1963) «за вклад в теорию атомного ядра и элементарных частиц».
Сказка о молчаливом Дираке, удвоившем мир и погрузившем нас в море Дирака
Человеческий характер – будет ли человек молчаливым или разговорчивым, во многом зависит от детства. Так произошло и с Полем Дираком. Он родился в Англии, его отец, швейцарец, преподавал в Бристоле французский язык и требовал, чтобы дома все разговаривали только по-французски. Для англоязычных детей это было непросто, поэтому Дирак вырос молчаливым мальчиком, склонным к уединённым размышлениям.
В 16 лет Поль Дирак поступил на инженерный факультет Бристольского университета, хотя его любимым предметом была математика. В будущем он стал физиком-теоретиком, но всегда высоко ценил своё инженерное образование. Дирак писал:
«Раньше я видел смысл лишь в точных уравнениях. Мне казалось, что если пользоваться приближёнными методами, то работа становится невыносимо уродливой, в то время как мне страстно хотелось сохранить математическую красоту. Инженерное образование, которое я получил, как раз научило меня смиряться с приближёнными методами, и я обнаружил, что даже в теориях, основанных на приближениях, можно увидеть достаточно много красоты… Я оказался вполне подготовленным к тому, что все наши уравнения надо рассматривать как приближения, отражающие существующий уровень знаний, и воспринимать их как призыв к попыткам их усовершенствования. Если бы не инженерное образование, я, наверное, никогда не добился бы успеха в своей последующей деятельности…»
В конце университетского обучения Поль прошёл практику в одной из инженерных фирм, но там не были впечатлены талантами инженера Дирака и не предложили ему работу.
– Я так понимаю, что это стало огромным благом для науки? – спросил Андрей.
– Полагаю, да. Если бы Дирак ушёл в инженерную деятельность, он мог быть потерян для фундаментальной науки.
Оставшись без работы, Дирак вольнослушателем изучал математику в Бристольском университете и в конце концов получил стипендию для продолжения учёбы в Кембридже.
Дирак увлекся общей теорией относительности. Он внимательно изучил знаменитую книгу по теории относительности, написанную Артуром Эддингтоном, – и даже беседовал с автором, признанным экспертом в данной области. Но, когда Дирак приехал в Кембриджский университет, его научным руководителем по аспирантуре стал профессор Фаулер – специалист по статистической механике. Сначала Дирак был разочарован, но это быстро прошло. Фаулер познакомил молодого человека с идеями Бора и концепциями зарождающейся атомной физики. Дирак увлёкся новой темой. Впоследствии он вспоминал: «Помню, какое огромное впечатление произвела на меня теория Бора. Я считаю, что появление идей Бора было самым грандиозным шагом в истории развития квантовой механики. Самое неожиданное, самое удивительное заключалось в том, что столь радикальное отступление от законов Ньютона дало такие замечательные плоды».
Свою диссертацию Дирак так и назвал: «Квантовая механика». Сильное впечатление на него произвела лекция Гейзенберга, которую тот прочёл в Кембридже. Дирак переписывался с Гейзенбергом, изучал его работы и позднее написал: «У меня есть наиболее веские причины быть почитателем Вернера Гейзенберга. Мы учились в одно время, были почти ровесниками и работали над одной и той же проблемой. Гейзенберг преуспел там, где у меня были неудачи. К тому времени накопилось огромное количество спектроскопического материала, и Гейзенберг нашел правильный путь в его лабиринте. Сделав это, он дал начало золотому веку теоретической физики…»
За несколько лет молодой Дирак опубликовал ряд статей, которые вместе с работами Гейзенберга и Шрёдингера стали основой новой квантовой механики. Один из результатов Дирака оказался особенно впечатляющим. Он пытался получить релятивистское уравнение для электрона…
– Что такое релятивистское уравнение? – спросила Галатея.
– Это уравнение, которое описывает движение тел при самых больших скоростях, хотя и меньших, чем скорость света. Ведь ни одному материальному телу, в том числе электрону, теория относительности не разрешает обгонять свет. Нерелятивистскими уравнениями являются уравнения, например, динамики Ньютона, которые описывают движение тел со скоростями, гораздо меньшими, чем скорость света.
В то время релятивистского уравнения для электрона не существовало. Дирак вспоминал: «… при согласовании квантовой механики с теорией относительности возникли трудности. Я был очень озабочен ими в то время, но других физиков по какой-то непонятной мне причине эти проблемы совершенно не волновали».
Дирак долго не мог получить нужную формулу. Он писал: «В течение нескольких месяцев эта задача оставалась нерешённой, и ответ возник совершенно неожиданно, явив собой один из примеров незаслуженного успеха».
– Как это «неожиданно»? И почему этот успех Дирак называет незаслуженным? – спросила Галатея.
– Дирак скромничает. Неожиданный успех приходит лишь к тому, кто много знает и долго думает над задачей. Неожиданным бывает только конкретное решение, вдруг озаряющее проблему, когда все кусочки головоломки встают на свои места, приводя к совершенно новой картине мира. Незаслуженным такой успех может назвать только скромный человек, который испытывает глубокое благоговение перед красотой мира. А Дирак был именно таким. Когда природа открывает скромным учёным свои великолепные секреты, то они могут считать это счастье незаслуженным.
Дирак часто повторял, что уравнения должны быть красивыми и что красивая теория имеет гораздо больше шансов быть правильной. В итоге своих размышлений Дирак получил уравнение, которое сейчас называется уравнением Дирака. Это уравнение описывало электрон и его спин…
– Что такое спин? – перебила Галатея.
– Это одновременно и простой, и сложный вопрос. Если рассмотреть электрон как обычный вращающийся шарик, то его вращение и называется спином.
