Знание-сила, 2007 № 04 (958)

Год назад Паули угадал особые свойства электрона, резко отличающие его от фотона и придающие кристаллическую структуру электронным оболочкам любого атома. Теперь Гайзенберг строит формальное исчисление атомных симметрий на основе числовых матриц — хорошо знакомых каждому алгебраисту, но неведомых физикам до последних дней. 250 лет не случалось такого потрясения основ физики!

В ту пору Ньютон нырнул в глубь механики твердых тел и достиг ее дна, составленного из дифференциальных уравнений. Сейчас Гайзенберг ныряет вглубь квантовой физики атома: ее дно вымощено представлениями групп Ли. Математики открыли их сорок лет назад — когда пытались навести порядок среди симметрий дифференциальных уравнений так же, как веком раньше Лагранж и Галуа симметризовали ансамбль корней многочлена. Теперь у физиков возникло предчувствие, что всю Природу можно и нужно описать на языке разных симметрий и их изменений. При этом любые изменения симметрий провоцируются скачками в плотности свободной энергии на один атом, электрон или на кубометр пространства.

Не это ли — универсальная понятийная оболочка для давних догадок Кювье и иных эволюционистов о Прогрессе, ведущем Биосферу и Человечество по пути катастроф? Может быть... Но пока все эти соображения умещаются в сфере философии. Кто первый доведет их до строгой математики (как довел свою философию Ньютон) — тот и сравняется в славе с пращуром европейской науки.

Первую Нобелевскую премию за квантовые дела получит де Бройль — через пять лет после своего главного открытия. За ним плотным строем пойдут Гайзенберг, Дирак и Шредингер. Вольфганг Паули присоединится к этой компании сразу после Второй мировой войны, а Энрико Ферми — за год до ее начала. Таким путем смышленый итальянец выскользнет из-под власти Муссолини и перенесет свой талант в США, где четырьмя годами позже он запустит первый урановый реактор.

Так причудливо сплелись научные и политические стимулы деятельности ученых-физиков Европы в двадцатилетнем промежутке между двумя мировыми войнами ХХ века. Интересно, что наследие Эйнштейна не служит объектом столь жарких споров и бурного прогресса, как наследие Планка и Резерфорда. После первых экспериментальных удач 1919 года теория относительности (сиречь, глобальная геометрия вакуума) застыла в ожидании новых фактов. Их, кажется, может дать только астрономия. Но ей нужны сверхмощные телескопы; деньги на их постройку есть только в США. Так на сцену выходит молодой Эдвин Хаббл.

Только что он обнаружил в давно знакомой туманности Андромеды привычные переменные звезды — цефеиды. Но как слабы их вспышки по сравнению с любыми переменными звездами нашей Галактики! Используя известные соотношения между светимостью цефеид и периодом их миганий, Хаббл впервые рассчитал расстояние до туманности Андромеды. Оно в десятки раз больше диаметра нашей Галактики! Значит, галактик в Космосе много! Хабблу повезло наткнуться на крупнейшую и ближайшую из них — истинного близнеца нашей родной Галактики.

Это открытие нужно быстро развивать: с него начнется галактическая астрономия. Через пять лет Хаббл накопит наблюдения по десяткам ближних галактик: он измерит красные смещения линий в их спектрах — и с изумлением поймет, что почти все они удаляются от Земли! Притом чем дальше от нас галактика — тем быстрее она улетает! Неужели Земля (или наша Галактика) служит центром разбегающейся Вселенной? Этого не может быть! Ведь Вселенная однородна — согласно Ньютону или Эйнштейну, в этом вопросе они согласны!

Выход из такого противоречия возможен лишь один: вся наша трехмерная Вселенная раздувается, как двумерный мыльный пузырь! Где происходит это раздувание? Этот вопрос физически бессмыслен, ибо вся материя (вещество, свет, гравитация) составляет лишь «стенки» вселенского «пузыря». Но оценить скорость и ускорение его расширения по красному смещению дальних галактик — это возможно; это даст ценную информацию о глобальной структуре Вселенной и ее возрасте!

Конечно, Эйнштейн жаждет получить такие сведения — как прежде их жаждал Ньютон. Но никто из астрономов не успеет их добыть при жизни великого и наивного мудреца. Ведь для этого мало хороших телескопов на горах Земли; нужны космические зонды — спутники Земли или Солнца. Для их запуска нужны мощные ракеты: их уже проектируют Циолковский в России и Годдард в США. Но правители не готовы финансировать эти проекты, пока очередная война не покажется им неизбежной...

Вернер Гайзенберг

Поль Дирак

К счастью, Гитлер поздно заметит успехи и возможности немецких ракетчиков; оттого боевые ракеты фон Брауна появятся лишь в 1944 году и успеют убить менее 5 тысяч англичан. Но пока речи Гитлера слушают лишь завсегдатаи пивных заведений — в том самом Мюнхене, где выросли физики Гайзенберг и Паули!