Шрёдингер предпринял попытку применить волновое описание электронов к построению последовательной квантовой теории, не связанной с неадекватной моделью атома Бора. В известном смысле он намеревался сблизить квантовую теорию с классической физикой, которая накопила немало примеров математического описания волн. Первая попытка, предпринятая Шрёдингером в 1925 году, закончилась неудачей. Скорости электронов в его теории были близки к скорости света, что требовало включения в нее специальной теории относительности Эйнштейна и учета предсказываемого ею значительного увеличения массы электрона при очень больших скоростях. Одной из причин постигшей ученого неудачи было то, что он не учел наличия специфического свойства электрона, известного ныне под названием спина (вращение электрона вокруг собственной оси наподобие волчка), о котором в то время было мало известно. Следующую попытку ученый предпринял в 1926 году. Скорости электронов на этот раз были выбраны им настолько малыми, что необходимость в привлечении теории относительности отпадала сама собой. Вторая попытка увенчалась получением волнового уравнения Шрёдингера, дающего математическое описание материи в терминах волновой функции. Шрёдингер назвал свою теорию волновой механикой. Решения волнового уравнения находились в согласии с экспериментальными наблюдениями и оказали глубокое влияние на последующее развитие квантовой теории.
Шрёдингер опубликовал результаты в серии статей «Квантование как задача собственных значений» в престижном журнале «Annalen der Physik» весной 1926 года. Работа вызвала всеобщий восторг. Теоретик вскоре получил письмо от своего кумира Эйнштейна, где были такие слова: «Замысел Вашей работы свидетельствует о подлинной гениальности».
Незадолго до того Гейзенберг, Борн и Йордан опубликовали другой вариант квантовой теории, получивший название матричной механики, которая описывала квантовые явления с помощью таблиц наблюдаемых величин.
Шрёдингер показал, что волновая механика и матричная механика математически эквивалентны. Известные ныне под общим названием квантовой механики, эти две теории дали долгожданную общую основу описания квантовых явлений. Многие физики отдавали предпочтение волновой механике, поскольку ее математический аппарат был им более знаком, а ее понятия казались более «физическими»; операции же над матрицами — более громоздкими.
В 1927 году Шрёдингер по приглашению Планка стал его преемником на кафедре теоретической физики Берлинского университета. Здесь он особенно близко сошелся, несмотря на разницу лет, с Эйнштейном и Планком, с которыми проводил многие часы вне службы. В 1929 году Шрёдингер был избран членом Прусской академии наук.
Вскоре после того как Гейзенберг и Шрёдингер разработали квантовую механику, Дирак предложил более общую теорию, в которой присутствовали элементы специальной теории относительности.
В 1933 году ученый оставил кафедру теоретической физики Берлинского университета, после прихода к власти нацистов, в знак протеста против преследования инакомыслящих и, в частности, против нападения на улице на одного из его ассистентов, еврея по национальности. Из Германии Шрёдингер отправился в качестве приглашенного профессора в Оксфорд, куда вскоре после его прибытия пришла весть о присуждении ему Нобелевской премии.
Шрёдингер и Дирак были удостоены Нобелевской премии по физике «за открытие новых продуктивных форм атомной теории». На церемонии презентации Ханс Плейель, член Шведской королевской академии наук, воздал должное Шрёдингеру за «создание новой системы механики, которая справедлива для движения внутри атомов и молекул». По словам Плейеля, волновая механика дает не только «решение ряда проблем в атомной физике, но и простой и удобный метод исследования свойств атомов и молекул и стала мощным стимулом развития физики».
Осенью 1936 года Шрёдингер вернулся в Австрию и стал профессором университета в Граце. Но нацизм и здесь его настиг. После захвата Австрии немцами он как нежелательный элемент был отстранен от должности. Не дожидаясь более жестких мер, Шрёдингер бежал в Италию, затем через Швейцарию — в Англию. После недолгого пребывания в Оксфорде он принял приглашение премьер-министра Ирландии, математика по образованию, де Валера возглавить исследования по теоретической физике во вновь созданном Институте высших исследований в Дублине. Семнадцать лет он прожил здесь, занимаясь исследованиями по волновой механике, статистике, статистической термодинамике, теории поля и особенно по общей теории относительности.
Как пишет А.М. Френк: «Живя в Ирландии, Шрёдингер не переставал совершать пешие и велосипедные прогулки, любил заниматься лепкой, и, по свидетельству его сотрудников, вылепленные им небольшие статуэтки свидетельствовали о недюжинном таланте и вкусе. По-прежнему сохранилась у него и любовь к поэзии: в 1949 году он даже издал в ФРГ небольшой томик своих стихотворений, в который входили и переводы с английского. Вообще его интересы были необычайно широки. Новые открытия в области генетики произвели на него столь большое впечатление, что он откликнулся книгой "Что такое жизнь?", в которой обсуждал соотношение между проблемами живой материи и физикой. Плодом старого увлечения классикой стала другая книга — "Природа и древние греки". Шрёдингер много писал по методологическим проблемам физики, популяризировал последние достижения своей науки. Такие его работы, как "Теория науки и человек", "Индетерминизм и свободная воля", "Строение Вселенной и строение материи", "Что такое элементарная частица?" и др. с интересом читаются до сих пор».
После войны австрийское правительство пыталось склонить Шрёдингера вернуться в Австрию, но он отказывался, пока страна была оккупирована советскими войсками. В 1956 году он принял специально организованную для него кафедру теоретической физики Венского университета. Это был последний пост, который он занимал в своей жизни. К тому времени его здоровье сильно ухудшилось.
4 января 1961 года после продолжительной болезни создатель волновой механики скончался. Похоронен он, согласно его завещанию, около Вены, в маленькой деревне Аплаче, которую очень любил.
ЭНРИКО ФЕРМИ
(1901–1954)
Энрико Ферми родился 29 сентября 1901 года в Риме. Он был младшим из трех детей железнодорожного служащего Альберто Ферми и урожденной Иды де Гаттис, учительницы. Несмотря на то что мать была моложе мужа на 14 лет, она обладала в семье большим авторитетом.
Еще в детстве Энрико обнаружил большие способности к математике и физике. Э. Персико, ставший позднее известным физиком, вспоминает:
«Когда я впервые встретился с Ферми, ему было 14 лет. Я с удивлением обнаружил, что мой новый товарищ не только "силен в науке", как говорилось на школьном жаргоне, но и обладает совершенно иной формой ума, чем знакомые мне мальчики, которых я считал умными ребятами и хорошими учениками…
Вспоминая чувство удивления и восхищения, которое интеллект Энрико возбуждал во мне, почти его сверстнике, я задаюсь вопросом: приходило ли мне когда-либо в голову по отношению к нему слово "гений"?.. Блистательность интеллекта Энрико была слишком непривычной для меня, чтобы я мог найти для нее верное определение».
Выдающиеся познания Энрико, приобретенные в основном в результате самообразования, позволили ему поступить осенью 1918 года одновременно в Высшую Нормальную школу Пизы и на физико-математический факультет старинного Пизанского университета. В 1934 году Ферми, уже будучи знаменитым ученым, говорил: «Когда я поступил в университет, классическую физику и теорию относительности я знал почти так же, как и теперь».
Большую часть времени Ферми отводил на изучение предметов, выбранных им самим. Он писал Персико в феврале 1919 года: «Сейчас, поскольку для занятий в школе мне почти что ничего не надо делать, а я располагаю множеством книг, то я пытаюсь расширить свои знания математической физики и постараюсь сделать то же самое в области чистой математики, так как чем дальше я продвигаюсь, тем больше убеждаюсь, что для меня необходимы обе эти науки. Кроме того, изучая одну из них, изучаешь и другую тоже, и я из книг по физике несомненно почерпнул больше математики, чем из математических книг».
В 1921 году Ферми опубликовал первые работы в области электродинамики и теории относительности. Однако темой его дипломной стало экспериментальное исследование по оптике рентгеновских лучей.
В июле 1922 года Ферми получил университетский диплом, и, конечно, «cum laude» (с похвалой). Приблизительно тогда же и с той же оценкой им была защищена дипломная работа в Высшей Нормальной школе.
Несмотря на огромный авторитет в Пизанском университете, Энрико там работы не предложили. Он вернулся в Рим, где, по протекции директора Физического института Римского университета сенатора Корбино, молодой талантливый ученый получил временную должность преподавателя математики в Римском университете.
В 1923 году он поехал командировку в Германию, в Геттинген, к Максу Борну. У Борна Ферми встретился с такими блестящими молодыми физиками-теоретиками, как Паули, Гейзенберг и Йордан. Но, как это ни странно, много лет спустя Ферми вспоминал об этом времени без особой радости. Геттингенские профессора ходили, по выражению физика, с видом всеведения, и им не приходило в голову, что они могли бы приободрить молодого итальянца.
По возвращении в Италию Ферми с января 1925 года до осени 1926 года работал во Флорентийском университете. Здесь он получил свою первую ученую степень «свободного доцента» и — что самое главное — создал свою знаменитую работу по квантовой статистике. В декабре 1926 года он занял должность профессора вновь учрежденной кафедры теоретической физики в Римском университете. Здесь он организовал коллектив молодых физиков: Разетти, Амальди, Сегре, Понтекорво и других, составивших итальянскую школу современной физики.