"Бог не кидає кубики": чому "творець" квантової механіки викликав обурення у Ейнштейна

Дослідження Макса Борна суттєво змінили підходи до квантової фізики. Незважаючи на те, що вчений дотримувався принципів пацифізму, одним з його учнів став автор ядерної бомби.

11 грудня виповнюється 143 роки від дня народження знаменитого німецького фізика єврейського походження Макса Борна (1882 -- 1970). Він є одним із творців квантової механіки, який також зробив значний внесок у фізику твердого тіла та оптику. Борн є автором фундаментальних результатів у квантовій теорії. Він став одним з основоположників матричної механіки і запропонував імовірнісну інтерпретацію хвильової функції Шредінгера. Роботи Макса Борна зробили революцію у квантовій фізиці. Також учений викликав обурення в Альберта Ейнштейна своїми висновками.

Макс Борн -- один із творців квантової механіки, чиї ідеї лежать в основі нашого розуміння субатомного світу. Роботи Борна, присвячені хвильовій функції, цікаві тим, що показують, як Всесвіт може бути непередбачуваним і загадковим у своїх найдрібніших масштабах, але при цьому ми можемо зрозуміти його за допомогою математики. Правило Борна відкрило шлях до відкриттів, що лежать в основі сучасних пристроїв, таких як лазери і мікропроцесори.

Макс Борн розпочав свою наукову кар'єру з вивчення математики. Його захоплювали абстрактні концепції, а не фізичні явища. Проте ситуація кардинально змінилася з настанням квантової революції в Європі, коли Борн занурився у дослідження хвильової функції – одного з основних компонентів квантової фізики.

Макс Борн отримав Нобелівську премію з фізики 1954 року за відкриття, зроблені ним за майже 30 років до цього. Борн отримав Нобелівську премію разом із німцем Вальтером Боте "за фундаментальні дослідження в галузі квантової механіки, особливо за статистичну інтерпретацію хвильової функції".

Борн також створив матричну механіку — одне з перших комплексних математичних описів квантової механіки.

Одним із найважливіших внесків Макса Борна до квантової механіки є розробка ймовірнісної інтерпретації хвильової функції, відомої як правило Борна. Відповідно до цього принципу, квадрат амплітуди хвильової функції визначає ймовірність виявлення частинки в конкретній точці простору. Це відкриття перетворило квантову механіку на дисципліну, що базується на ймовірнісних концепціях. Борн вперше висловив думку, що в рамках квантового світу ми не можемо точно локалізувати частинку, а лише можемо оцінити ймовірність її присутності у визначеному місці.

Правило Борна -- це один із фундаментальних законів квантової механіки, який пов'язує абстрактну математику (хвильову функцію) з реальним фізичним світом (результатами вимірювань). Це відкриття зробило революцію у квантовій фізиці. До Борна фізика була детерміністською: якщо знати початкові умови, можна точно передбачити майбутнє. Правило Борна запровадило фундаментальну випадковість: ми не можемо передбачити, де точно опиниться частинка, ми можемо передбачити тільки ймовірність того, що вона опиниться в певному місці.

Без принципу Борна квантова механіка залишалася б лише абстрактною математичною конструкцією, позбавленою будь-якого зв'язку з реальним світом.

Хоча Борн і дружив з Альбертом Ейнштейном, їхні погляди на квантову фізику суттєво відрізнялися. Ейнштейн дотримувався принципів детермінізму і не міг прийняти ідею, що випадковість, яку висунув Борн, є основою реальності.

Борн кореспондував з Ейнштейном, висловлюючи свої сумніви щодо детерміністичного підходу. У відповідь на захист квантової невизначеності з боку Борна, Ейнштейн відзначив: "Бог не грає в кості". Цю знамениту цитату він написав у листі до Борна в 1926 році.

Ця висловлювання відображає незгоду Ейнштейна з концепцією випадковості в квантовій фізиці, підкреслюючи його віру в те, що Всесвіт підлягає чітким і передбачуваним законам, а не випадковим випадінням "кісток".

Попри цю наукову дискусію, Борн і Ейнштейн зберігали теплі стосунки на протязі багатьох років.

Квантова механіка є системою принципів, що пояснюють, як поводяться об'єкти в квантовій області, тобто на мікроскопічному рівні, де знаходяться субатомні частинки. Натомість класична фізика охоплює опис нашого світу в масштабах, що значно перевищують ці мікроскопічні розміри.

У класичній фізиці ви завжди можете передбачити поведінку того чи іншого об'єкта, але у квантовому світі ви нічого не знаєте напевно, адже існують тільки ймовірності.

Це не лише теоретичне міркування. Без усвідомлення незвичайностей квантового світу ми б не мали комп'ютерів і мобільних телефонів, лазерних технологій, МРТ-апаратів та GPS-систем. Це всього лише кілька прикладів того, як квантова механіка кардинально трансформувала нашу технологічну реальність.

Макс Борн з'явився на світ у місті Бреслау, що тепер відоме як Вроцлав у Польщі. Він походив з родини Густава Борна, який викладав анатомію та ембріологію. Макс мав сімейне життя: його супутницею стала дружина, з якою вони виховали трьох дітей — двох доньок і сина.

З 1921 по 1933 рік він обіймав посаду професора теоретичної фізики в Геттінгенському університеті в Німеччині, де заснував одну з найзначніших і найвпливовіших шкіл в цій галузі.

У 1933 році, згідно із законами, ухваленими нацистами в Німеччині, Макса Борна звільнили з університету через його єврейське походження і він змушений був емігрувати до Великої Британії.

Після недовгої роботи в Кембриджі (1933-1936), Борн обійняв посаду професора природничої філософії в Единбурзькому університеті (Шотландія), де залишався до виходу на пенсію 1952 року. В Единбурзі Борн створив наукову школу, яка приваблювала численних аспірантів і молодих учених з усього світу.

Серед учнів Борна були майбутні лауреати Нобелівської премії, такі як Вернер Гейзенберг, Вольфганг Паулі, Енріко Фермі та Роберт Оппенгеймер (творець ядерної бомби).

Після закінчення Другої світової війни Борн став одним із ключових фігур у русі науковців, що виступали за мир. Він рішуче підтримував ідею мирного застосування науки та виступав проти використання ядерної зброї.

У 1953 році Борн повернувся до Німеччини, де в 1970 році пішов з життя в Геттінгені.

Як зазначав Фокус, ряд фізиків висловлює думку, що час може насправді не існувати. Проблема природи часу є однією з найскладніших у фізиці, і вчені досі не можуть знайти спільну думку з цього питання.