Мир по Эйнштейну. От теории относительности до теории струн - Тибо Дамур

Американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер начал преподавать теорию относительности (специальную и общую) на физическом факультете Принстонского университета с осени 1952 г. Это была его идея пригласить студентов своего курса на чаепитие в дом Эйнштейна в мае 1953 г., чтобы таким образом мотивировать их к более глубокому изучению теории относительности. И именно он убедил Эйнштейна весной 1954 г. прийти, чтобы провести семинар для избранной группы студентов физического факультета. Конечно, информация о предстоящем семинаре быстро распространилась, и большое количество студентов со смежных кафедр, особенно математики, пришли, чтобы услышать Эйнштейна. В группу студентов, заполнившую небольшой лекционный зал, удалось втиснуться и нескольким профессорам.

Центральной темой лекции, ставшей последней для Эйнштейна и прочитанной почти день в день за год до его смерти, была квантовая теория{156}. Эйнштейн объяснил, почему он думает, что в настоящем виде эта теория, по-видимому, не является последним словом. Он вспомнил процесс перехода атома в состояние с большей энергией под воздействием электромагнитного излучения. При постепенном уменьшении интенсивности излучения этот эффект перехода возникает все реже и реже, что приводит к идее вероятностного описания процесса перехода. Именно таким образом в квантовую теорию была введена вероятность{157}. «Может быть, я еретик, но если излучение вызывает перескоки [между атомными состояниями], то это излучение должно иметь такую же зернистую структуру, как и материя», – провозгласил Эйнштейн. Затем он подошел к ключевому вопросу: каков реальный смысл амплитуды вероятности A? Дает ли она исчерпывающее описание физического процесса? «Создавая специальную теорию относительности, я знал, что она дает неполное описание. Так происходит со всем, что мы делаем в этой жизни: с одной стороны, верим, с другой – сомневаемся». В качестве примера Эйнштейн предложил рассмотреть квантовое описание макроскопического объекта (шарика диаметром 1 мм, совершающего движение в ящике). Для этого шарика – объекта, который можно видеть невооруженным глазом, – описание движения при фиксированной энергии посредством амплитуды вероятности кажется парадоксальным. Амплитуда вероятности дает размытое описание положения шарика, в то время как повседневный опыт показывает, что он всегда наблюдается во вполне определенном месте.

«Трудно поверить, что это описание является полным. Создается впечатление, что оно делает мир практически непроницаемым, по крайней мере если какая-нибудь мышка не наблюдает за ним. Можно ли в такое поверить, чтобы взгляд какой-то мышки мог значительно изменить Вселенную?»

Это образное сравнение произвело большое впечатление на большинство слушателей. Затем Эйнштейн заметил, что, согласно его представлению, логическая простота может иногда стать хорошим руководящим принципом: именно с помощью этого принципа ему удалось построить общую теорию относительности. Он объяснил, как шел к этой теории и почему думал, что она является незавершенной: описание материи с помощью распределения энергии и напряжения казалось лишь каким-то временным решением, «словно морковка вместо носа у снеговика». Он выразил сожаление по поводу того, что большинство физиков приняли квантовую теорию и специальную теорию относительности в качестве отправной точки, пренебрегая гравитацией как несущественной. Тогда как он, напротив, считал, что гравитация, т. е. структура пространства-времени, должна быть принята во внимание с самого начала. Он закончил, отметив, что «существует много оснований двигаться в сторону теории, не содержащей ни пространства, ни времени. Однако никто не знает, каким образом построить подобную теорию».

Среди слушателей Эйнштейна 14 апреля 1954 г. был худощавый, энергичный молодой человек с орлиным профилем и пытливым взором: Хью Эверетт III{158}. Ему было только 23 года, когда он вместе со своим другом Чарлзом Мизнером, слушавшим курс Уилера по теории относительности, пришел на эту лекцию. Ни за что на свете Хью Эверетт не пропустил бы эту возможность увидеть своего кумира. В 12 лет он написал Эйнштейну, адресовав ему вопрос, основывается ли Вселенная на случайной или упорядоченной структуре, и был весьма удивлен, получив вежливый ответ от самого Эйнштейна. После изучения химической технологии в течение первых двух лет в университете в Вашингтоне он провел последние шесть месяцев (с сентября 1953 г.) в Принстонском университете, где числился на кафедре математики. Однако на самом деле его интересовала теоретическая физика. В частности, с начала занятий в сентябре 1953 г. он посещал вводный курс по квантовой механике, который читал Роберт Дик.

Хью Эверетта поразили замечания Эйнштейна об очевидно неполном характере квантовой теории, предполагающей такое «туманное» описание Вселенной, которое, казалось, нуждается в присутствии живых существ, пусть даже это будет одна мышь, чтобы вызвать эффект, называемый приверженцами копенгагенской догмы «редукцией или коллапсом волнового пакета», т. е. переход от размытого мира в конкретный мир, который мы видим вокруг нас. Тогда он начал серьезно задумываться о физическом смысле формализма квантовой теории.

Несколько месяцев спустя в Высшем колледже во время вечеринки с большим количеством шерри между Хью Эвереттом, Чарли Мизнером и Оге Петерсоном (ассистентом Нильса Бора, который страстно интересовался проблемами, создаваемыми интерпретацией квантовой теории) состоялась оживленная дискуссия. В разгар беседы Хью набросал новую концептуальную схему для интерпретации квантовой теории, которая избегала как парадоксов, указанных Эйнштейном (и Шредингером), так и необходимости допущения таинственного случайного процесса коллапса волнового пакета. Эта гениальная идея, высказанная, когда ему было около 24 лет, легла в основу докторской диссертации Хью Эверетта, в которой он разработал революционную интерпретацию квантовой теории.

Эверетт обратился к Джону Уилеру (который был учеником и сотрудником Нильса Бора и также весьма интересовался квантовой теорией) и попросил его стать научным руководителем своей кандидатской диссертации. Уилер согласился. Для Эверетта это согласие привело к определенным проблемам. С одной стороны, Уилер был очень открыт для новых идей и всегда призывал своих студентов думать самостоятельно. С другой стороны, Бор с его принципом комплементарности являлся для Уилера непререкаемым авторитетом. Поэтому, признавая новаторский характер идей Эверетта, Уилер высказывал всевозможные возражения против формулировок этих идей. Например, в письме к Эверетту в сентябре 1955 г. Уилер указывал, что ему «было бы очень неудобно показать Бору текст диссертации в его настоящем виде», так как это может вызвать «неправильные толкования и домыслы» среди читателей, не являющихся экспертами. В конце концов, после настойчивых советов Уилера Эверетт сжал весьма объемный текст, в котором он детально развивал свои идеи, в гораздо более короткую версию, ставшую его кандидатской работой, защищенной в 1957 г. и опубликованной в том же году с отзывом Уилера.