В 1919 году Эрвин Шрёдингер обручился с Анной Бертель. К сожалению, в послевоенной Австрии научная деятельность не могла принести достатка, Анна, например, работала в Вене секретарем, и ее месячный заработок превышал годовой доход Эрвина. Начался длительный период мытарств, в ходе которого ученый сменил целый ряд мест работы. В 1920 году Шрёдингер отказался от предложенной ему адъюнктуры в Вене и принял предложение перейти в Йенский физический институт, где занял должность ассистента. Это позволило получить ему материальную независимость и жениться. Вскоре молодой ученый, работы которого становились все более известными, стал получать приглашения от различных научных центров. В Иене он проработал только четыре месяца, после чего перебрался в Штутгарт, где занял должность профессора теоретической физики Высшей технической школы. Но и в Штутгарте Шрёдингер не задержался. Спустя семестр он переехал в Бреслау, а буквально через несколько недель получил приглашение занять кафедру теоретической физики в Высшей технической школе Цюриха. Кафедру до него занимали Эйнштейн и Лауэ. Отказаться от такого лестного предложения Шрёдингер, естественно, не мог. В 1921 году он переехал в Цюрих.
В Цюрихе Шрёдингер начал заниматься строением атома. В 1924 году он увлекся квантовой статистикой, а в 1925–1926 годах написал работы, благодаря которым его и называют одним из создателей волновой механики. Толчком к ним послужила выдвинутая в 1924 году Луи де Бройлем идея о волновых свойствах материи. 3 ноября 1925 года Шрёдингер писал Эйнштейну о том, что его очень заинтересовала работа французского ученого. В конце ноября он провел семинар, посвященный идеям де Бройля. На этом семинаре один из студентов высказал предположение, что должно существовать уравнение, которое может описывать возможные состояния системы и изменение состояния квантовых объектов во времени. Еще через несколько недель Шрёдингер вычислил это уравнение. В 1926 году он опубликовал серию из шести статей под общим названием "Квантование как задача о собственных значениях", которые совершили переворот в физике. В них ученый фактически создал волновую (квантовую) механику. Уравнение Шрёдингера – основное уравнение нерелятивистской квантовой механики, играет для этого раздела физики такую же роль, как уравнение движения Ньютона для классической механики. В своих работах Эрвин Шрёдингер также дал решение своего уравнения для ряда частных задач и предложил общий метод его применения в теории возмущений. Здесь, однако, необходимо отметить, что взгляды Шрёдингера несколько отличались от современных. Он (впрочем, как Эйнштейн, Планк, де Бройль и многие другие физики) был сторонником "классической" (чисто волновой) интерпретации волновой функции – величины, определяемой уравнением. Это расходилось с точкой зрения Нильса Бора, ратовавшего за вероятностное толкование квантовой механики. После длительной и изматывающей дискуссии Шрёдингер неохотно, но все-таки признал правоту датчанина. Тем не менее, Шрёдингер до конца своих дней так окончательно и не примирился с вероятностной квантовой механикой.
В конце 1926 года Эрвин Шрёдингер по приглашению американских ученых отправился читать лекции в университет Мэдисона. К этому времени Макс Планк ушел с кафедры теоретической физики в Берлинском университете, и она была предложена Шрёдингеру. Летом 1927 года Эрвин переехал в Берлин. А уже через год он единогласно (что, кстати, происходило очень редко) был избран членом Берлинской академии.
Возможно, у кого-то сложилось мнение, что Эрвин Шрёдингер слишком часто менял места работы. Но он в первую очередь интересовался не материальной стороной дела, а научным окружением и условиями работы. Так, от очень выгодного с точки зрения финансов предложения американцев перебраться за океан Шрёдингер отказался, приняв (да и то по настоянию самого Планка) кафедру в Берлине. Правда, дальнейшие события показали, что это, возможно, было ошибкой. В 1933 году к власти в Германии пришла Национал-социалистическая рабочая партия. И хотя сам Шрёдингер был "чист" с точки зрения нацистов, но антисемитизм новых властей, преследование несогласных или просто недостаточно восторженных сторонников нового режима возмущало его. Кроме того, чтобы спокойно жить и работать в Германии, нужно было, по крайней мере, демонстрировать ура-патриотические настроения. А Эрвин Шрёдингер всегда говорил: "Я терпеть не могу, когда меня донимают политикой". Неудивительно, что вслед за многими другими учеными он решил покинуть Германию.
К этому времени Эрвин и Анна фактически только формально были мужем и женой. Уже давно они поняли, что не созданы друг для друга, и их отношения были далекими от супружеских. Анна имела постоянную связь с другом Шрёдингера Вейлом, а Эрвин с женой своего помощника Хильдой Марч. Летом 1933 года Шрёдингер в сопровождении Анны и Хильды отправился в Южный Тироль. Отдохнув в горах, они отправились в Англию, 4 ноября прибыли в Оксфорд. Здесь Эрвина Шрёдингера и застало известие о присуждении ему Нобелевской премии.
Три года ученый провел в Оксфорде на положении исследователя-стипендиата. В 1935 году он опубликовал очень остроумное эссе о положении тогдашней квантовой механики, в котором, в частности, был приведен знаменитый мысленный эксперимент с "котом Шрёдингера". Этот эксперимент показывает неполноту вероятностной квантовой механики при переходе от субатомных явлений к макроскопическим. Согласно условиям эксперимента, в ящике находится кот, радиоактивное ядро и емкость с газом, которая открывается в том случае, если ядро распадется. За час ядро распадается с пятидесятипроцентной вероятностью. С точки зрения квантовой механики ядро к концу эксперимента является суперпозицией (смешением) двух состояний – распавшегося и не распавшегося. Следовательно, кот и жив, и мертв одновременно, в то время как экспериментатор, открыв ящик, обнаружит там либо живого, либо мертвого кота.
30 мая 1934 года Хильда родила дочь. В чопорной Англии тот факт, что мужчина живет с двумя женщинами, которые совместно воспитывали его ребенка, создавал определенные затруднения. Да и мысль вернуться на родину в Австрию все больше привлекала ученого. Поэтому в 1936 году он принял предложение занять пост профессора теоретической физики в Граце. Однако в марте 1938 года произошел аншлюс Австрии. Фашистский режим вновь добрался до Эрвина Шрёдингера. И на этот раз немецкие власти, помня о бегстве ученого, были настроены очень агрессивно. Университет в Граце получил имя Адольфа Гитлера, ректором стал член нацистской партии. По этому поводу Эрвин написал довольно резкое письмо в университетский совет. В результате ученый был уволен, его вычеркнули из всех университетских списков Австрии и Германии, но при этом ему было запрещено покидать страну. К счастью, Шрёдингеру и Анне удалось бежать. Через Италию, Швейцарию и Бельгию они вновь оказались в Англии.
От главы правительства Ирландии Имона де Валера Шрёдингер получил предложение возглавить Институт специальных исследований. Следующие 17 лет Шрёдингер проработал в Дублине. В эти годы ученый, как и Альберт Эйнштейн, много времени и сил посвящал изучению гравитации и попыткам создания единой теории поля. В январе 1947 года на этом поприще его постигла серьезная неудача: он полагал, что сделал крупное обобщение, в результате которого теория Эйнштейна станет частным случаем, и даже сообщил об этом прессе. Вскоре, однако, выяснилось, что ученый допустил ошибку, на которую ему указал сам Эйнштейн. Это неприятное для ученого событие надолго выбило Шрёдингера из колеи.
Надо сказать, что, помимо физики, Эрвин Шрёдингер интересовался и другими науками. Так в Дублине он написал книги "Что такое жизнь? С точки зрения физика" (1944), которая внесла серьезный вклад в развитие биологии, и "Природа и греки" (1954) – исследование, посвященное греческой науке и философии. Кроме того, в 1949 году он опубликовал сборник своих стихов. Личная жизнь ученого тоже была полна событий. За время жизни в Дублине у него появилось еще две дочери от двух ирландских женщин.
В 1956 году Шрёдингер вернулся в Австрию. Последующие три года он проработал в Венском университете, а затем поселился в тирольской деревне Альпбах. Ученый продолжал интересоваться наукой, а кроме того, незадолго перед смертью написал сочинение, в котором изложил свои метафизические взгляды. Умер Эрвин Шрёдингер 4 января 1961 года.
ХАББЛ ЭДВИН
(1889 г. – 1953 г.)
"Абсолютная сила духа, моральная стойкость, никаких безрассудств, дворянин по облику".
Алан Сэндидж
В биографии Эдвина Хаббла много неясных моментов. Дело в том, что зачастую известные исследователям факты противоречат воспоминаниям самого ученого. К сожалению, рамки небольшого обзора не позволяют вести подробных исследований или хотя бы излагать альтернативные точки зрения. Поэтому мы попытаемся опираться только на достоверные и проверенные факты.
Итак, Эдвин Пауэл Хаббл родился 20 ноября 1889 года в городе Мэнсфилд, штат Миссури, США. Отец его был владельцем страхового агентства. Эдвин был третьим ребенком в семье, после него на свет появилось еще пятеро братьев и сестер.
Дети в семье Хабблов получали всестороннее развитие. Все играли на музыкальных инструментах, дома часто устраивали по вечерам концерты. Кроме того, семья была очень религиозна. Эдвин очень любил читать, особенно ему нравились фантастические романы Жюля Верна. Его дедушка по материнской линии Уильям Гендерсон Джеймс построил телескоп, и конечно, это во многом способствовало тому, что у Эдвина рано проснулся интерес к астрономии. Его сестра Элен вспоминала: "Телескоп настолько очаровал Эдвина, что тот попросил, чтобы вместо празднования своего восьмого дня рождения ему позволили до позднего часа не ложиться спать и насмотреться в инструмент до полного удовольствия…". Семья была обеспеченной, но всех детей приучали к домашней работе, кроме того, им разрешалось зарабатывать на карманные расходы во время каникул. Хаббл вспоминал, что с удовольствием ухаживал за лужайкой у дома, подстригал на ней траву, получая за это деньги от отца. Однажды летом он получил работу в геодезической партии, прокладывавшей маршрут железной дороги в лесах у Великих озер. Рассказывали, что во время этой поездки на юношу напали двое грабителей. Эдвина даже ранили ножом, но он вышел из схватки победителем. Надо сказать, что физически Эдвин Хаббл был развит просто прекрасно.
После окончания средней школы Эдвин стал студентом Чикагского университета. Учился он с интересом, участвовал в исследованиях, проводимых в лаборатории известного физика Милликена.
В студенческие годы Хаббл активно занимался спортом – боксом и футболом, ему даже предлагали стать профессиональным боксером. Но Эдвин выбрал науку. В 1910 году, получив стипендию для продолжения обучения в Великобритании, Хаббл неожиданно изменил своему увлечению астрономией и решил изучать в Оксфордском университете международное право.
В 1913 году, получив в Англии степень бакалавра права, Эдвин вернулся в США. Однако адвокатской практикой он занимался недолго – любовь к астрономии все-таки взяла верх. Эдвин отправился в Чикаго и поступил на работу в Иеркскую обсерваторию. Эта обсерватория располагала лучшим по тем временам оборудованием – 100-сантиметровым телескопом и 60-сантиметровым телескопом-рефлектором. Хаббл занял должность ассистента директора обсерватории Э. Фроста и приступил к активной научно-исследовательской работе. За непродолжительное время молодой ученый открыл 512 новых туманностей. На 1917 год он запланировал подготовить докторскую диссертацию "Фотографические исследования слабых туманностей". В том же 1917 году Хаббл получил приглашение от Эллери Хейла, директора обсерватории Маунт-Вилсон в Калифорнии. Хейл предложил Эдвину работу на самом большом в то время 250-сантиметровом рефлекторе. "К сожалению, не могу принять Ваше предложение. Ухожу на войну", – такой неожиданный ответ получил директор обсерватории. Соединенные Штаты Америки вступили в Первую мировую войну. Хаббл за ночь дописал свою диссертацию, на следующее утро защитил ее и добровольцем пошел в армию. После учебного лагеря он получил звание капитана, был назначен командиром батальона в дивизии "Черный ястреб", в составе которой его направили во Францию. К окончанию войны Хаббл имел чин майора.
После демобилизации Эдвин Хаббл все же принял предложение Эллери Хейла и приступил к работе в Иеркской обсерватории. Он возобновил изучение туманностей. В 1922 году вышла его работа "Общее исследование диффузных галактических туманностей", в которой он заложил основы классификации туманностей, в частности, разделил все туманности на галактические (газово-пылевые туманности, находящиеся в нашей галактике) и внегалактические (находящиеся вне Млечного Пути), то есть собственно другие галактики. Для галактических туманностей Хаббл рассмотрел механизмы свечения. Он показал, что планетарные туманности светятся за счет переизлучения туманностью интенсивного ультрафиолетового излучения, испускаемого центральной звездой. Свечение же диффузных туманностей (туманностей неправильной формы), согласно исследованиям Хаббла, вызвано отражением света близлежащих звезд.
В 1923 году ученый приступил к подробному изучению туманности в созвездии Андромеды. На снимке, сделанном 4 октября, он обнаружил вспышки двух новых звезд и одну небольшую звезду. Сравнив этот снимок с другими, Хаббл обнаружил, что небольшая звезда является цефеидой. К тому времени цефеиды Млечного Пути были уже довольно неплохо изучены. По известной уже зависимости периода пульсации цефеид от их светимости (мощности излучения) можно было установить светимость открытой Хабблом звезды. А сравнение светимости с видимым блеском звезды давало возможность рассчитать расстояние до нее и, следовательно, до туманности Андромеды. Хаббл приблизительно оценил это расстояние в 1 миллион световых лет (по современным данным – 2 миллиона). Хотя в своих расчетах Хаббл и ошибся в два раза – полученное им расстояние намного превышало размеры нашей Галактики. Подобные данные Хаббл получил еще для двух туманностей. Фактически ученый поставил точку в споре о природе спиральных туманностей, окончательно доказав, что они являются самостоятельными звездными системами, подобными Млечному Пути. Стало понятно, что Вселенная является пространством, заполненным звездными островами – галактиками. Доклад о результатах своих исследований Хаббл сделал 1 января 1925 года на заседании Американского астрономического общества. За эту работу он был награжден премией Ассоциации развития науки. С этого момента имя Эдвина Хаббл а стало известно во всем научном мире.
В дальнейшем Хаббл продолжил изучать строение галактик. Вскоре он предложил их классификацию, в основу которой были положены морфологические особенности. Ученый разделил галактики на спиральные, эллиптические и неправильные. Следует отметить, что на классификации Хаббла базируется и современная классификация галактик. Естественно, что глобальные исследования Хаббла привели и к множеству частных открытий. Ученый обнаруживал новые звезды, цефеиды, шаровые скопления, газовые туманности.
В середине января 1929 года Эдвин Хаббл опубликовал небольшую работу "О связи между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей". В ней содержалась информация о важнейшей закономерности, известной ныне как закон Хаббла. Остановимся на нем подробнее. Астрономам был известен такой парадоксальный факт: длины волн, излучаемых атомами далеких галактик, несколько больше, чем длина волн, излучаемых такими же атомами, находящимися на Земле. Хаббл первым предположил, что это наблюдение является следствием эффекта Доплера. Это означало, что галактики движутся в направлении от Млечного Пути. Но Хаббл на этом не остановился. К тому времени он получил информацию о расстоянии до 46 галактик. Хаббл сравнил расстояния со скоростью движения галактик, вычисленной благодаря эффекту Доплера. Результат оказался потрясающим: чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она движется.
Закон Хаббла по своему значению не уступает, например, законам Кеплера. Закон этот удивителен, но следствия его еще удивительней. Оказывается, Вселенная расширяется, более того, закон Хаббла позволяет предполагать возраст Вселенной (ведь имеется возможность примерно подсчитать, когда это расширение началось). По современным представлениям Вселенная появилась около 15 миллиардов лет назад. Поскольку скорость движения галактик не может превышать скорость света, можно сделать вывод и о максимальных размерах Вселенной – 15 миллиардов световых лет. Кроме этого, закон Хаббла является основой различных моделей появления и развития Вселенной.
К этому времени Эдвин Хаббл был уже известным и титулованным ученым. В 1927 году он был избран в Национальную академию США, стал действительным членом Королевского астрономического общества Великобритании. Опубликование же работы "О связи между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей" буквально вознесло его на вершину научного Олимпа. Ученого приглашали читать лекции в университеты всего мира. Основываясь на материалах своих лекций, Хаббл опубликовал две книги: "Мир туманностей" (1935) и "Наблюдательный подход к космологии" (1937). В 1940 году американский ученый получил Золотую медаль Королевского астрономического общества.
Интересно, что прославленный астроном предпочитал выполнять все исследовательские работы лично. Его коллега, известный астрофизик Алан Рекс Сэндидж, вспоминал, что у Хаббла никогда не было ассистентов, всю работу он делал сам, вплоть до самого конца, когда он перенес тяжелую болезнь.