46. ВЕРНЕР ГЕЙЗЕНБЕРГ (1901–1976)
В 1932 году Нобелевская премия в области физики была присуждена Вернеру Карлу Гейзенбергу, немецкому физику, за его роль в создании квантовой механики — одного из наиболее важных достижений в истории науки. Механика — это раздел физики, который связан с основными законами, управляющими движением материальных объектов. Это наиболее фундаментальный раздел физики, которая, в свою очередь, является наиболее фундаментальной из всех наук. В начале двадцатого века постепенно стало очевидным, что принятые законы механики неспособны описать поведение мельчайших частиц, таких как атомы и составляющие их элементы. Это было огорчительно и загадочно, поскольку принятые законы отлично работали при применении их к макроскопическим объектам (то есть к объектам с гораздо большими размерами, чем отдельные атомы).
В 1925 году Вернер Гейзенберг предложил новую формулировку физики, которая в своих базовых концепциях радикально отличалась от классической формулировки Ньютона. Эта новая теория — после некоторой модификации, произведенной последователями Гейзенберга — имела огромный успех и сейчас принята как применимая ко всем физическим системам любых типов или размеров. Можно продемонстрировать математически, что там, где задействованы только макроскопические системы, прогнозы квантовой механики отличаются от прогнозов классической механики совсем немного. (По этой причине классическая механика — которая с математической точки зрения гораздо проще квантовой — все еще пригодна для большинства научных расчетов.) Однако там, где задействованы масштабы атома, прогнозы квантовой механики уже сильно отличаются от классической. Эксперименты показывают, что в этих случаях верны прогнозы квантовой механики. Один из выводов теории Гейзенберга — знаменитый «принцип изменчивости», который ученый сформулировал в 1927 году. Этот принцип считается одним из основополагающих и всеобъемлющих во всей науке. Принцип изменчивости показывает определенные теоретические границы нашей способности проводить научные измерения. Смысл этого принципа огромен. Если основные законы физики препятствуют ученому, находящемуся даже в идеальных условиях, получить точные данные о системе, которую он пытается исследовать, очевидно, что будущее поведение этой системы предсказать вообще невозможно. Согласно принципу неопределенности, никакие усовершенствования наших измерительных приборов никогда не позволят нам преодолеть эти трудности! Принцип изменчивости утверждает, что физика по самой природе вещей может сделать лишь статистические прогнозы. (Ученый, изучающий радиоактивность, например, может предсказать, что из триллиона атомов радия два миллиона на следующий день будут излучать гамма-лучи. Однако он не в состоянии предсказать, поведет ли себя так же любой отдельный атом.) На практике это не очень серьезное ограничение. Там, где задействованы большие размеры, статистические методы часто могут обеспечить прочную основу для действия, но там, где задействованы малые размеры, статистические прогнозы совсем не прочны. Фактически в области малых размеров принцип изменчивости заставляет нас отказаться от наших идей точной физической причинной связи. Это представляет наиболее глубокое изменение в основе философии науки, столь глубокое, что такой великий ученый, как Эйнштейн, однажды сказал: «Бог играет со Вселенной в кости». Однако это, по существу, всего лишь точка зрения, которую большинство современных физиков вынуждены признать.
Ясно, что с теоретической точки зрения квантовая теория, распространенная, возможно, даже больше теории относительности, изменила нашу базовую концепцию физического мира. Но выводы из этой теории не только философские. Среди примеров их практического применения есть такие современные приборы, как электронные микроскопы, лазеры и транзисторы. Квантовая теория также имеет широкое применение в ядерной физике, атомной энергетике, астрономии и химии. Она формирует основы наших представлений о спектроскопии, используется в теоретических исследованиях таких разнообразных тем, как свойства жидкого гелия, внутреннее строение звезд, ферромагнетизм и радиоактивность.
Вернер Гейзенберг родился в Германии в 1901 году. В 1923 году в Мюнхенском университете он получил степень доктора по теоретической физике, а с 1924 по 1927 год работал в Копенгагене вместе с великим датским физиком Нильсом Бором. Его первая важная работа по квантовой механике была опубликована в 1925 году, а формулировка принципа изменчивости появилась в 1927 году. Умер Гейзенберг в 1976 году в возрасте семидесяти четырех лет. У него остались жена и семеро детей.
Рассматривая важность квантовой механики, читатель может удивиться, почему Гейзенберг не помещен выше в нашем списке. Но ведь он был не единственным замечательным ученым, участвовавшим в развитии квантовой механики. Большие заслуги принадлежат его предшественникам Максу Планку, Альберту Эйнштейну, Нильсу Бору и французскому ученому Луи де Брольи. Много других ученых, включая австрийца Эрвина Шрёдингера и англичанина Поля Адриена Мориса Дирака, сделали большой вклад в квантовую теорию за годы, последовавшие сразу после опубликования конструктивной работы Гейзенберга. Тем не менее я думаю, что Гейзенберг был основной фигурой в развитии квантовой механики и что — даже когда слава уже распределена — его заслуги ставят его на высокое место в нашем списке.
