Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания - Пол Хэлперн

Бор вежливо порадовался вместе с Эйнштейном за его последние успехи на пути теории объединения, но его ум был занят более насущными делами. Он сидел со стеклянным взглядом и слушал основоположника общей теории относительности, поглощенного поисками призрачной «теории всего», которая, казалось, игнорирует все открытия с тех времен. Как в ней обстоят дела со спином? А с нейтронами? А с ядерными силами? Возможно, он пропустил все, за исключением последнего тезиса. В конце беседы Эйнштейн пристально посмотрел на Бора и сказал, что его цель — создать альтернативу квантовой механике. Бор отвел взгляд в сторону и не сказал ни слова.

Через несколько месяцев после визита Бора Эйнштейн и сам оказался втянут в процесс создания атомной бомбы. В июле 1939 года, во время отпуска в восточной части Лонг-Айленда, два венгерских физика Лео Силард и Юджин Вигнер прибыли к нему домой с грозным посланием. Они были серьезно обеспокоены тем, что нацисты начнут добывать уран в бельгийском Конго и использовать его для создания бомбы. Силард теоретически показал возможность цепной ядерной реакции, в которой нейтроны, испущенные при делении ядер определенного изотопа урана, вызывают распад следующих ядер, выделяя при этом значительное количество разрушительной энергии.

В августе Эйнштейн написал предостерегающее письмо президенту США Франклину Рузвельту. Силард перевел его на английский язык, а Эйнштейн подписал и отправил. Спустя два года Рузвельт подписал указ о создании Манхэттенского проекта — сверхсекретного проекта по разработке атомной бомбы, во главе которого встал Дж. Роберт Оппенгеймер. Хотя Эйнштейн никогда не имел доступа к секретной информации по Манхэттенскому проекту, во время войны ему неоднократно предлагали приложить руку к военным разработкам. Мир был расколот на множество частей, а Эйнштейн стремился вперед, к теории космического единства.

Потратив на теории объединения почти два десятилетия, обычно оптимистичный Эйнштейн начал отчаиваться. Например, в обращении к Американскому научному конгрессу в Вашингтоне 15 мая 1940 года он признался, что «задача кажется безнадежной, все логические подходы к описанию Вселенной заводят в тупик».

И даже в такие мрачные моменты Эйнштейн все еще отказывался признавать, что миром правит случай. «Несмотря на то, что нет никаких сомнений в верности принципа неопределенности Гейзенберга, — сказал Эйнштейн на конференции, — я не могу поверить, что мы должны согласиться с точкой зрения, что законы природы аналогичны игре в кости».

Но подобная неуверенность будет мимолетной. Его искания были сродни поискам Северо-западного прохода: если один маршрут оказывался заблокированным, путешественники пытались найти другой путь. Музыка успокоит его дух, пока он будет планировать новые направления исследований. Затем он проведет консультации с ассистентами, возобновит свои усилия и пойдет новым курсом.

В 1941 году Эйнштейн, Бергманн и Баргманн опубликовали «лебединую песнь» — статью о пятимерной теории объединения. В этом же году Бергманн покинул Институт перспективных исследований, чтобы занять должность в колледже Блэк-Маунтин. В конечном итоге он создал в Сиракузском университете влиятельную исследовательскую группу, работающую в области общей теории относительности, и начал развивать свои собственные варианты теории квантовой гравитации. Баргманн стал профессором математики в Принстоне. Эйнштейну опять пришлось искать себе новых помощников.

Следующую свою работу по теории объединения Эйнштейн выполнил в соавторстве со своим старым другом и частым критиком Вольфгангом Паули. Паули считал своей святой обязанностью быть максимально честным, насколько это возможно, и с друзьями, и с врагами. Он с гордостью носил прозвище, которое дал ему Эренфест: die Geissel Gottes (Бич Божий). Паули даже иногда подписывал так свои письма. Эйнштейн высоко ценил подробный анализ Паули своих статей, но всегда должен был быть готов к беспощадной критике с его стороны. В некотором смысле Паули занимал важное место в его космической религии. За каждый «грех» неверного толкования «замысла Бога» относительно законов природы он терпел мученичество в виде насмешек Паули.

В 1940 году математический факультет Института перспективных исследований пригласил Паули стать его временным сотрудником. Руководство выбрало его вместо Шрёдингера (еще на стадии рассмотрения), поскольку считало, что так будет менее рискованно. Оно оценило Шрёдингера как «блестящего, но менее надежного, чем Паули». Еще в 1937 году сравнивая их относительные достоинства, университетское начальство сделало выбор в пользу Паули.

Почему математический факультет IAS посчитал Шрёдингера «менее надежным»? Мог ли кто-то в руководстве знать о его необычной семейной ситуации? Поскольку он, по-видимому, обсуждал этот вопрос с президентом Принстонского университета, возможно, слухи дошли до соседнего института. В качестве альтернативной гипотезы можно предположить, что список публикаций Шрёдингера, в который наряду со статьями с математическими расчетами входили философские работы, был расценен как слишком бессистемный. Как бы там ни было, Паули считался более предпочтительной кандидатурой.

Паули был рад покинуть бурлящую военную Европу и переехать в более спокойную часть света. Хотя Цюрих, где он работал, был сравнительно безопасен для человека еврейского происхождения, его близость к гитлеровскому рейху, конечно, не делала этот город идеальным. Поэтому Паули предпочел провести военные годы в Принстоне.

Эйнштейн решил воспользоваться тем, что работает под одной крышей с Паули в Фулд-Холл, и попытаться добиться «общего помещения» и для сил природы. Развив идеи, разработанные совместно с Бергманном и Баргманном, Эйнштейн приступил вместе с Паули к созданию пятимерной модели объединения. Это был один из немногих случаев, когда он работал с известным физиком, а не с ассистентом

Тщательный подход Паули привел их к несомненному выводу, что не существует физически реалистичных решений для таких моделей, которые были бы свободны от сингулярностей (бесконечных членов). Единственные решения, не содержащие сингулярностей, которые они смогли найти, оказались безмассовыми и электрически нейтральными, такими как фотоны, в то время как одной из целей объединения было описание поведения заряженных массивных частиц, таких как электроны.

В 1943 году Эйнштейн и Паули опубликовали совместную статью, в которой указали на отсутствие надежных решений. В то время как «пятимерная теория Калуцы выглядит довольно убедительной, — отметили они, — ее основания являются неудовлетворительными».

Устремления Эйнштейна в многомерные пространства завели в тупик. Он решил отказаться от подхода Калуцы и Клейна и сосредоточиться на теориях со стандартным количеством измерений: тремя пространственными и одним временным. И хотя другие ученые взялись бы за теорию Калуцы — Клейна и попытались преуспеть в этом направлении, Эйнштейн посчитал, что он уже исчерпал ее возможности. Надпись «Не стирать» пришлось стереть с доски. Очевидно, настало время двигаться дальше.

По иронии судьбы, примерно в тот момент, когда Эйнштейн зашел в тупик, у Шрёдингера проснулся энтузиазм. Вдохновленный тремя теоретиками, которыми он восхищался — Эйнштейном, Эддингтоном и Вейлем, — Шрёдингер тоже решил попытать счастья. Он пересмотрел некоторые из своих ранних работ по общей теории относительности и единой теории поля и начал разрабатывать собственный подход.