Не все приняли идею о волнах материи столь же благосклонно. Планк вспоминал впоследствии, что, услышав от Крамерса на одном из семинаров о работе де Бройля, он «только покачал головой», а присутствовавший при этом Лоренц сказал: «Эти молодые люди считают, что отбрасывать старые понятия в физике чрезвычайно легко!»
В начале 1925 г. Макс Борн обсуждал эти идеи со своим близким другом и коллегой по Гёттингенскому университету Джеймсом Франком. При обсуждении присутствовал студент Борна Вальтер Эльзассер, который тут же предложил провести эксперимент по дифракции электронов. «Это необязательно,— ответил Франк,— эксперименты Дэвиссона уже установили наличие наблюдаемого эффекта» (сам Дэвиссон так не считал и вряд ли хорошо был знаком с идеей де Бройля). Вальтер Эльзассер после этих дискуссий написал короткую заметку, в которой объяснял результаты опытов Дэвиссона и Кансмена, а также эффект Рамзауэра — Таунсенда с помощью представлений о волнах материи.
Заметка Эльзассера была напечатана в июле 1925 г., еще до направления в печать первой работы Гейзенберга, но на нее мало кто обратил тогда внимание: вскоре большинство увлеклось новой матричной механикой.
Эрвину Шрёдингеру в 1925 г. было уже 38 лет, и он не так просто поддавался моде и увлечениям. Подобно Гейзенбергу, он окончил классическую гимназию, где основными предметами были латынь и греческий, а по складу ума он был поэтом и мыслителем. К сожалению, Шрёдингер не оставил после себя, подобно Гейзенбергу, живых воспоминаний об эпохе «Sturm und Drang» квантовой механики. Быть может, потому, что свои главные открытия он сделал в зрелые годы, когда юношеский пыл действия сменяется спокойной мудростью знания, а ликование первооткрывателя смягчается пониманием относительной ценности всего сущего.
О своем тогдашнем впечатлении от теории Гейзенберга — Борна — Йордана Шрёдингер впоследствии вспоминал: «...меня отпугивали, если не сказать отталкивали, казавшиеся мне очень трудными методы трансцендентной алгебры и отсутствие всякой наглядности». Взгляды де Бройля были ему явно ближе, и тут же представился случай изучить их более пристально: в конце 1925 г. Петер Дебай, которого он сменил на кафедре физики в Цюрихском университете, попросил рассказать о работах де Бройля аспирантам знаменитого Цюрихского политехникума. Вскоре после этого появилась первая статья из серии работ Шрёдингера «Квантование как проблема собственных значений» (она поступила в редакцию 27 января 1926 г., примерно в то же время, когда Борн и Винер ввели понятие оператора, а Паули с помощью матричной механики нашел спектр атома водорода). 21 июня 1926 г. Шрёдингер отправил в редакцию шестую статью серии, а уже 25 июня Борн направил в печать сообщение, в котором предлагалась статистическая интерпретация волновой функции. Тем самым построение основ волновой квантовой механики было, по существу, закончено.
Через много лет Макс Борн, говоря об этих работах Шрёдингера, воскликнет: «Что есть более выдающегося в теоретической физике?», а Макс Планк добавит: «Уравнение Шрёдингера в современной физике занимает такое же место, какое в классической механике занимают уравнения, найденные Ньютоном, Лагранжем и Гамильтоном». Но в то время теоретики встретили волновую механику настороженно, поскольку в ней явно отсутствовали квантовые скачки — то, к чему лишь недавно и с большим трудом привыкли и что считалось главной особенностью атомных явлений.
В июне 1926 г. Гейзенберг приехал в Мюнхен навестить родителей и «пришел в совершенное отчаяние», услышав на одном из семинаров доклад Эрвина Шрёдингера и его интерпретацию квантовой механики. «Чем больше я размышляю над физической стороной теории Шрёдингера, тем ужаснее она мне кажется», писал он Паули.
Зато экспериментаторы (Вильгельм Вин и другие), которые называли теорию Гейзенберга «атомистикой» (то есть мистикой атома), приветствовали теорию Шрёдингера с воодушевлением. (Вин к тому же, без сомнения, не забыл, как Гейзенберг провалил ему выпускной экзамен по экспериментальной физике.)
Споры о волновой механике продолжались часами и днями и достигли предельной остроты в сентябре 1926 г., когда Шрёдингер приехал по приглашению Бора в Копенгаген. Шрёдингер настолько устал от дискуссий, что даже заболел и несколько дней провел в доме Бора, который в течение всей болезни почти не отходил от его постели. Время от времени, характерным жестом подняв палец, Нильс Бор повторял: «Но, Шрёдингер, вы все-таки должны согласиться...» Однажды, почти в отчаянии, Шрёдингер воскликнул: «Если мы собираемся сохранить эти проклятые квантовые скачки, то я вообще сожалею, что имел дело с атомной теорией!» — «Зато остальные весьма признательны вам за это»,— ответил ему Бор.
С течением времени точки зрения сторонников матричной и волновой механик сближались. Сам Шрёдингер доказал
их математическую эквивалентность еще в марте 1926 г., и независимо от него к тому же выводу пришли Карл Эккарт в Америке, Корнелиус Ланцош и Вольфганг Паули в Германии.
В августе 1926 г. на съезд Британской ассоциации содействия науке приехал из Америки Дэвиссон и обсуждал свои новые эксперименты по отражению электронов от поверхности кристаллов с Борном, Хартри и Франком. Они снабдили его статьями Шрёдингера, которые он прилежно изучал на обратном пути через океан. Год спустя, продолжая с Джермером свои опыты, он экспериментально доказал реальность электронных волн, а за полгода до этого, в мае 1927 г., Дж. П. Томсон также обнаружил дифракцию электронов — волновая механика обрела прочное экспериментальное основание.
Опыты по дифракции электронов, впервые ставшие известными летом 1926 г., сильно укрепили веру в теории де Бройля и Шрёдингера. Постепенно физики не только поняли, но и смирились с тем, что дуализм «волна — частица» — это твердо установленный факт, а не остроумная гипотеза. Теперь ученые старались понять, к каким следствиям он приводит и какие ограничения накладывает на представления о квантовых процессах. При этом они сталкивались с десятками парадоксов, смысл которых понять зачастую не удавалось.
В ту осень 1926 г. Гейзенберг жил в мансарде физического института в Копенгагене. По вечерам к нему наверх поднимался Бор, и начинались дискуссии, которые часто затягивались далеко за полночь. «Иногда они заканчивались полным отчаянием из-за непонятности квантовой теории уже в квартире Бора за стаканом портвейна,— вспоминал Гейзенберг.— Однажды после одной такой дискуссии я, глубоко обеспокоенный, спустился в расположенный за институтом Фэллед-парк, чтобы прогуляться на свежем воздухе и немного успокоиться перед сном. Во время этой прогулки под усеянным звездами ночным небом у меня мелькнула мысль, не следует ли постулировать, что природа допускает существование только таких экспериментальных ситуаций, в которых... нельзя одновременно определить место и скорость частицы». В этой мысли — зародыш будущего соотношения неопределенностей.
Быть может, чтобы снять напряжение тех дней, в конце февраля 1927 г. Нильс Бор уехал отдохнуть в Норвегию. Оставшись один, Гейзенберг продолжал напряженно думать. В частности, его очень занимал давний вопрос товарища по 188
учебе Борхерта Друде (сына известного физика Пауля Дру-де): «Почему нельзя наблюдать орбиту электрона в атоме при помощи лучей с очень малой длиной волны, например гамма-лучей?» Обсуждение этого эксперимента довольно быстро привело его к соотношению неопределенностей. (Надо думать, что Гейзенберг с благодарностью вспомнил при этом строгого экзаменатора Вилли Вина, который хотел его прогнать с экзамена за незнание предела разрешающей способности микроскопа. Как впоследствии признавался сам Гейзенберг, он был достаточно добросовестным, чтобы все-таки изучить этот раздел оптики после экзамена, который ему зачли лишь благодаря заступничеству Зоммерфельда, и знания эти оказались теперь как нельзя более кстати.)
Через несколько дней возвратился из отпуска Бор с готовой идеей дополнительности, которую он окончательно продумал в Норвегии. Еще через несколько недель напряженных дискуссий с участием Оскара Клейна все пришли к выводу, что соотношение неопределенностей — это частный случай принципа дополнительности, для которого возможна количественная запись на языке формул. 23 марта 1927 г. статья Гейзенберга «О наглядном содержании квантовотеоретической кинематики и механики» с комментарием Бора поступила в редакцию.
