Андрей Ваганов
Молодые, задорные и гениальные творцы квантовой механики! Энрико Ферми, Вернер Гейзенберг и Вольфган Паули. Середина 1930-х. Фото из журнала «CERN courier»
Футбол, гольф, лаун‑теннис, пинг‑понг… Кроме того, что все это спортивные состязания с мячом, – что еще есть в них общего? Именно эти игры были в первой трети ХХ века – во время зарождения и становления квантовой механики – любимым развлечением творцов квантово‑механической парадигмы. Случайно это или в этом есть какая‑то закономерность? Об этом можно спорить. Но имеющийся эмпирический материал заставляет предположить, что мы имеем дело с еще не познанной закономерностью…
Датский физик‑теоретик, создатель квантовой теории атома (Нобелевская премия по физике за 1922 год «…за заслуги в изучении строения атомов и испускаемого ими излучения») Нильс Бор (1885–1962)… Отец Бора серьезно опасался, что увлечение Нильса и его брата Харальда (в будущем известного математика) футболом не позволит им полностью раскрыться в науке. Оба брата играли в полупрофессиональной команде: Нильс – голкипер, Харальд – полузащитник. Особенно папу Бора «беспокоил» Харальд. В 1908 году он в составе сборной Дании занял второе место на Олимпиаде в Лондоне. (В финале футбольного турнира датчане проиграли англичанам.) Но и про Нильса автор его биографии Даниил Данин всерьез размышлял: кто он – «физик, философ, футболист… Ах, этот философ‑вратарь, не умевший с нужной сноровкой бросаться из ворот навстречу мячу!».
А уже в 1910 году англичанин Эрнест Резерфорд (1871–1937) громогласно заявит: «Теперь я знаю, как выглядит атом!» Как Солнечная система с расположенным в центре ядром и планетами‑электронами на орбитах – знаменитая планетарная модель атома. Нильс Бор как раз и объяснил устойчивость такого атома: оказывается, электроны, «эти заряженные шарики», скачут с орбиты на орбиту и этим спасаются от падения на ядро! А ядро – шар побольше = футбольный мяч! Его‑то и поймал философ‑вратарь.
Есть в этих играх с мячом что‑то глубоко общее с нашим естественным (обывательским) представлением об устройстве атомной материи. Какая‑то предзаданная визуальная аналогия. Треки элементарных частиц на фотопластинках или в камере Вильсона – как траектории полета шарика (мяча, мячика). Эти электроны, скачущие с одной орбиты на другую, – это же лаун‑теннис и пинг‑понг в чистом виде!
Советский физик‑теоретик Дмитрий Иваненко (1904–1994), первый высказавший в 1932 году гипотезу о протон‑нейтронном строении атомного ядра, вспоминал свои студенческие годы в Ленинградском государственном университете: «Обратимся теперь непосредственно к стилю работы нас, студентов‑теоретиков, начавших публиковать статьи и участвовать с докладами на конференциях с 1926 года, то есть в самые первые месяцы установления квантовой механики… Воскресные дни проходили в поездках в пригородные дворцы; в конце 20‑х годов пришло увлечение теннисом».
И все‑таки знаковая игра квантовых механиков и физиков‑ядерщиков – пинг‑понг…
Сравните два синонима: «настольный теннис» и «пинг‑понг». Второй, несомненно, более «упругий», более аудиовизуальный. И при этом он созвучен с терминами из физики элементарных частиц, астрофизики и физики высоких энергий: «спин», «кварк», «квант», «лептон», «нуклон», «Big Bang»… Мячик – налево, мячик – направо… Порой такая фонетическая «упругость» может дать толчок к вполне физическим умозаключениям. На эту тему есть интересный исторический прецедент.
Когда Эдварда Теллера (1908–2003), создателя американской водородной бомбы, ученого, внесшего большой вклад в ядерную физику, спросили, какой день он считает самым счастливым в своей жизни, он, не задумываясь, ответил: «День в середине 1930‑х, когда я играл с Гейзенбергом в пинг‑понг. В этот момент я понял квантовую механику».
В контексте нашей темы имя немецкого физика‑теоретика, сформулировавшего фундаментальный принцип неопределенностей, и, пожалуй, центровой фигуры среди создателей квантовой механики, Вернера Гейзенберга (1901–1976), возникает совершенно не случайно. Гейзенберг, молодой профессор в Лейпцигском университете, в конце 1920‑х годов, перед лекциями, часто посещал теннисный корт. Но подлинной страстью квантового гения стал именно пинг‑понг.
«Настольный теннис играл важную роль в жизни Института теоретической физики, – пишет немецкий историк науки Евгений Беркович («Наука и жизнь», № 9, 2019). – Теннисные столы располагались в двух комнатах, и по вечерам там проходили жаркие турниры. Особенно напряженным днем для научных занятий и спорта оказался вторник. В этот день с трех до пяти Гейзенберг проводил семинар для продвинутых слушателей, названный по примеру геттингенского семинара Макса Борна «Структура материи». К девяти вечера группа Гейзенберга снова собиралась в институте, где устраивался большой турнир по настольному теннису. Ожидавшие своей очереди игроки беседовали о физике, пили чай, играли в шахматы… Когда в научном споре не оказывалось победителя, противники нередко брали в руки ракетки, чтобы выяснить отношения за теннисным столом. Вернер Гейзенберг был не только лидером в своей науке, но и лучше всех играл в теннис».
Ученик и ассистент Вернера Гейзенберга Рудольф Пайерлс вспоминал об игре своего учителя: «Гейзенберг играл чрезвычайно хорошо и с такой же страстью всех победить, с какой стремился стать великим физиком».
Пингпонгомания захватила не только немецких физиков. В соседней Дании дань этой «забаве» отдал и Нильс Бор. Советский, а впоследствии американский физик‑теоретик, астрофизик, специалист в области квантовой механики и ядерной физики Георгий (Джордж) Гамов в 1930–1931 годах был стипендиатом Института теоретической физики Нильса Бора в Копенгагене. В автобиографии «Моя мировая линия» Гамов вспоминал: «Работа в Институте Бора была совершенно свободной: можно было приходить утром сколь угодно поздно и оставаться сколько хочешь вечером, играя в пинг‑понг и обсуждая физику и вообще все на свете».
Вряд ли это было совпадением. Давно выявлена высокая корреляция между интеллектом (уровнем IQ) и способностью к концентрации. Фактически речь идет о скорости реакции. И коэффициент корреляции достигает 0,71. «Во многих видах спорта, например в настольном теннисе, важно иметь быстрое время реакции, – пишут британские исследователи Эдвард Даттон и Ричард Линн в книге «Раса и спорт. Эволюция и расовые различия спортивных способностей» (М., 2018). – В большом числе исследований наблюдалась связь между временем реакции и интеллектом». Генетика работает!
Любопытно в этой связи, что теорию атома и квантовую механику создали в основном северо‑западные европейцы (высокоширотные): Планк, Бор, Гейзенберг, Шредингер, Паули, Резерфорд, Борн, Дирак… Но это отдельная тема, требующая, конечно, более тщательного историко‑статистического анализа.
С известной долей спекуляции я бы все‑таки рискнул сказать, что предрасположенность к игре с целлулоидным шариком – это своеобразный индикатор IQ (интеллекта). Впрочем, не только с целлулоидным.
Уже упоминавшийся Георгий Гамов в 1929–1930 годах работал в Кембриджском университете (Англия). «Когда я прибыл в Кембридж, – вспоминал Гамов, – то сразу почувствовал себя так, как будто вернулся домой, к чему‑то родному и близкому. Я купил себе пару брюк для игры в гольф – искусство, которое я так никогда и не освоил, несмотря на все старания моего хорошего друга Джона Кокрофта».
Перекличка квантовой и ядерной физики с гольфом на этом не кончаются.
В 1932 году Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон сконструировали в Кембриджском университете каскадный генератор (ускоритель элементарных частиц) с напряжением 0,8 млн вольт и осуществили на нем расщепление ядра лития, бомбардируя его ускоренными протонами. Георгий Гамов, находившийся тогда в Ленинграде, шлет своему другу Кокрофту телеграмму: «Хороший удар, Джон; хороши протоны для гольфа!»
И вот, пожалуйста, у тех же Даттона и Линна читаем: «В гольфе очень важны стратегические способности и хорошая память, в высокой степени коррелирующие с коэффициентом интеллекта IQ… Гольф также требует навыков тонкой моторики, особенно ловкости рук… Мы прогнозируем перепредставленность в этой игре европейцев».
Шотландец Роберт Форган в 1881 году в книге «Руководство для гольфистов» («The Golfers Handbook») то же самое выразил более образно: «Гольф – это наука, познание жизни. Это вызов, дуэль, требующая мужества, искусства, самоконтроля. Гольф – это испытание вашего темперамента, проверка на прочность, раскрытие вашего характера. Он дает возможность вести себя как джентельмен. Он позволяет почувствовать мир природы, физическую нагрузку, свободу от забот и беспокойств. Гольф дает общение с друзьями, возможность быть любезным, добрым, великодушным к сопернику. Он дает физическую и моральную стойкость».
Ядра, электроны, шарики, мячи... Футбол, гольф, лаун‑теннис, пинг‑понг…
комментарии(0)