Страница:
Во время своего гейдельбергского семестра Макс Борн слушал лекции математика Лео Кёнигсбергера, который, правда, более известен в истории науки своей трехтомной документальной биографией Гельмгольца, чем своими заслугами в математике. К этому периоду относится и зарождение дружбы Борна с Джеймсом Франком, в это же время начинавшим в Гейдельберге свое обучение. В статье, написанной по случаю дня рождения Борна, Франк вспоминал о тех временах, когда "более 60 лет назад" он познакомился с Борном в первые дни своего первого семестра у Кёнигсбергера.
"Ты сразу произвел на меня большое впечатление, дорогой Макс, говорится в поздравлении Франка. - Передо мной был молодой человек одного со мной возраста. Но за его плечами было уже два семестра учебы, в то время как я из-за моей мечтательности вынужден был еще год заниматься повторением школьного курса; он знал, чего хотел, был во всех отношениях более зрелым, чем я, и уже считался отличным математиком. Все это не помешало нам, однако, вскоре стать друзьями. Было ли это следствием того, что он почувствовал во мне такое же стремление к изучению законов природы, которые испытывал сам? Или следствием его ума и доброты, с которыми он наблюдал, слегка забавляясь, но с неподдельным интересом за моими попытками сориентироваться? Или же нас привлекали друг в друге наши различия?"
В следующем летнем семестре в Цюрихе Борна, по его собственным словам, особенно увлекли лекции математика Адольфа Гурвица, который за несколько лет до этого был учителем Эйнштейна и в последний момент отказал своему ученику в освободившемся месте ассистента, чем очень оскорбил Эйнштейна. Сейчас мы можем сказать - к счастью, для будущего создателя теории относительности.
Однако решающим для развития Борна как ученого было обучение в Гёттингене, куда он направился следующей весной. В этом городе, "прославившемся своими колбасами и университетом", как говорится в "Путешествии по Гарцу" Гейне, Борн закончил свое образование.
В Гёттингене он встретил знаменитого математика Давида Гильберта, который находился в зените своей научной славы. Учителями Борна были и "великий Феликс", как студенты называли математика Феликса Клейна, и Герман Минковский, лекции которого в Цюрихе прилежно пропускал Эйнштейн. "Из трех великих: Феликса Клейна, Давида Гильберта и Германа Минковского, Клейн интересовал меня меньше всего, Гильберт - больше всего", - говорил Борн позднее Через год после своего прибытия в Геттинген он стал приват-ассистентом Гильберта: свидетельство того, что начинающий физик уже тогда имел выдающиеся математические познания и навыки.
Склонность Макса Борна к астрономии получила в Гёттингене новую пищу. Карл Шварцшильд, который в дальнейшем приобрел известность как руководитель Астрофизической обсерватории в Потсдаме (его именем названа сейчас обсерватория в Таутенбурге под Йеной), возглавлял тогда Гёттингенскую обсерваторию, в которой в свое время несколько десятилетий работал Гаусс. В свои 30 лет Шварцшильд был одним из самых молодых профессоров университета.
"Я присоединился к его астрофизическому семинару, - сообщал Макс Борн, - и был впервые введен в современные проблемы астрономии. Мы обсуждали среди прочих и вопрос об атмосферах планет, и мне пришлось делать доклад об утечке газа в межзвездное пространство из-за диффузии, происходящей вопреки силе тяжести. Так что я был вынужден заняться тщательным изучением кинетической теории газов, которая тогда, в 1904 году, не была систематической частью программы по физике. Но это не единственный предмет, с которым я познакомился благодаря обучению у Шварцшильда".
Известный астрофизик, скончавшийся во время первой мировой войны (Эйнштейн посвятил его памяти взволнованную речь), не ограничивался в своих исследованиях узкой специальностью. Ему принадлежат классические работы и по геометрической оптике. Молодой Борн многому мог научиться у Шварцшильда, и позднее он всегда с благодарностью вспоминал об этом великолепном учителе, который, по его словам, так сильно отличался "от обычного типа величественных бородатых немецких ученых того времени". Пристальный интерес вызывали у него лекции по оптике Вольдемара Фойгта, последователем которого он стал спустя два десятилетия.
За работу в области теории упругости (эта работа была по ходатайству Феликса Клейна отмечена премией философского факультета университета) Макс Борн получал в январе 1907 года степень доктора философии. Его диссертация (которая также была удостоена премии) называлась "Исследование устойчивости упругих линий на плоскости и в пространстве в различных краевых условиях". Экспериментальную часть исследования он провел в своей студенческой комнате при помощи простых, им же самим построенных аппаратов. Тогда это еще было возможно Впервые при этом Борн ощутил "удовлетворение и радость" от совпадения теории и измерений.
Весной 1907 года молодой доктор на многие месяцы отправился в Кембридж в Англию для того, "чтобы узнать что-нибудь об электроне из первоисточника". В Кавендишской лаборатории он слушал лекции Дж.Дж. Томсона и Дж. Лармора. Крупный исследователь атома Томсон произвел на нега сильное впечатление своими "удивительными экспериментами". Лекции Лармора дали ему меньше, и не только потому, что ирландское произношение ученого затрудняло понимание.
Осенью 1907 года Макс Борн возвратился в свой родной город. Он стремился еще более основательно заняться экспериментальными работами под руководством физиков-экспериментаторов Отто Луммера и Эрнста Прингсгейма. В 90-х годах в Берлине они осуществили измерения черного излучения, способствовавшие открытию Планком элементарного кванта действия, и незадолго до этого стали преподавать в Бреслау. "Мои попытки учиться экспериментировать у Луммера и Прингсгейма, - писал Борн в автобиографическом введении к своим избранным статьям, - были не очень успешными, а после наводнения, происшедшего в моем кабинете по моей же небрежности, они приостановились".
Еще в Гёттингене Борн на семинарах Минковского познакомился с представлениями, которые были разработаны Фитцджеральдом, Лоренцем, Пуанкаре и другими теоретиками по вопросу электродинамики движущихся тел. Он был знаком также и с преобразованиями Лоренца. Работы Эйнштейна были тогда еще неизвестны. Его внимание привлек к ним только в Бреслау его знакомый польский физик. Борн воспринял идеи Эйнштейна "как откровение".
Рукопись статьи, написанной под влиянием публикаций Эйнштейна о принципе относительности и рассматривавшей релятивистскую теорию движения электронов, Борн послал Минковскому. Математик пригласил его приехать, чтобы помочь ему в исследованиях по теории относительности.
В конце 1908 года Борн снова отправился в Геттинген. К сожалению, вскоре, в начале 1909 года, Минковский после непродолжительной болезни скончался в возрасте 44 лет. Его молодому сотруднику пришлось просматривать научное наследие, завершать и готовить к печати его незаконченную работу. За статью, для работы над которой его пригласил Минковский, Борн осенью 1909 года получил право преподавания теоретической физики. В своем конкурсном докладе на получение доцентуры он рассматривал предложенную Томсоном модель атома.
Летом 1912 года гёттингенский приват-доцент отправился в Соединенные Штаты Америки по приглашению известного физика-экспериментатора Майкельсона, первого американского лауреата Нобелевской премии по физике. В Чикагском университете Борн читал лекции по теории относительности. Одновременно он имел возможность работать в лаборатории Майкельсона.
После своего возвращения из США Борн начал создавать единую физику кристаллов на атомистической основе. При этом он исходил из эйнштейновской теории специфической теплоты. Ссылаясь на работы фон Лауэ и Дебая, он рассматривал вопрос о собственных колебаниях пространственной решетки кристалла. Этому была посвящена его первая большая книга "Динамика кристаллических решеток", где он попытался вывести упругостные и электрические свойства кристаллов из атомного строения их решеток.
Еще до того, как вышла эта работа, Берлинский университет по предложению Планка пригласил высокоодаренного молодого ученого на должность экстраординарного профессора теоретической физики. Обосновывая приглашение, Планк указал на настоятельную необходимость привлечения свежих сил к преподаванию по этой специальности и заявил, что факультет не может предложить никого более достойного, чем приват-доцент из Гёттингена доктор Борн. Письмо Планка свидетельствует о том, насколько точно оценивал великий учитель молодую научную поросль.
Планк писал: "Д-р Борн является ясно мыслящим, знающим, всей душой преданным своей науке и ее прогрессу физиком-теоретиком, он обладает также всеми необходимыми для чтения лекций и для общения со студентами качествами. Он столь блистательным образом удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к личности нового экстраординария, что факультет в данном случае очень охотно использует первое назначение на недавно созданную кафедру и предлагает эту единственную кандидатуру".
С 1915 по 1919 год Макс Борн работал в Берлинском университете. Как и большинство его более молодых коллег-физиков, он получил задание военного руководства. Будучи офицером, он работал при испытательной артиллерийской комиссии в Берлине над созданием метода измерения звука, который должен был позволять определять место установки вражеских пушек быстрее и надежнее, чем это было возможно с помощью известных до того средств. Находясь на этом посту, Борн имел возможность продолжить свои исследования.
"После того как я утвердился в военном ведомстве, - рассказывал он, - я нашел время для того, чтобы снова начать свою научную работу. В моем письменном столе имелось два выдвижных ящика, один был полон бумаг по звукометрии, в области которой я работал вместе с десятком других военнообязанных физиков, а в другом лежали мои собственные исследования". Его коллеги-физики поступали точно так же. "Мы были совершенно гарантированы от того, - заметил Борн, - чтобы наш майор заметил различие между акустическими формулами по звукометрическим методам и другими нашими иероглифами".
Во время пребывания в Берлине Борн часто встречался с Эйнштейном. Впервые он увидел его в 1909 году на собрании естествоиспытателей в Зальцбурге, где Эйнштейн говорил о квантовой гипотезе света, а сам он делал доклад о динамике электрона в духе принципа относительности. И вот теперь он встречал его почти ежедневно, так как квартира Эйнштейна находилась недалеко от места службы Борна. Эйнштейн часто посещал своего коллегу, который был блестящим пианистом, чтобы помузицировать вместе с ним.
"В свой первый визит к нам, - писал Борн в "Воспоминаниях об Эйнштейне", - Эйнштейн принес скрипку, чтобы вместе со мной сыграть сонату. Мою жену, которую он не знал, он приветствовал словами: "Я слышал, что у вас только что родился ребенок". Потом он снял фальшивые манжеты, бросил их в угол и стал наигрывать на скрипке. Его любимым композитором был тогда Гайдн".
В качестве гостя Борн принимал также участие в совещаниях интеллигентов, на которых обсуждались злободневные политические вопросы. "К концу войны, - сообщал он, - ряд выдающихся людей, среди которых был историк Дельбрюк, экономист Брентано, Эйнштейн и другие, организовали собрание, на которое пригласили высших чиновников министерства иностранных дел. На обсуждение был поставлен вопрос о военных действиях подводных лодок, неограниченного расширения которых требовал главный военный штаб, что неминуемо должно было привести к вступлению в войну Америки. Эйнштейн уговаривал меня принять участие в этом собрании, чего я как офицер, в сущности, не имел права делать. Среди них я был самым молодым и никогда не раскрывал рта... Эти попытки воздействовать на военных руководителей не принесли ничего, и события шли своим чередом".
В бурные ноябрьские дни 1918 года Борн вместе с Вертгеймером, одним из основателей гештальтпсихологии, по просьбе Эйнштейна выступил в роли посредника. Революционные студенты арестовали ректора Берлинского университета и некоторых реакционных профессоров. Так как Эйнштейн пользовался особым уважением и любовью студентов, руководство университета попросило его о помощи. Борн и Вертгеймер сопровождали Эйнштейна.
После того как три профессора тщетно обращались к "Совету студентов", который заседал в здании рейхстага, они отправились в "Совет народных уполномоченных", чтобы там содействовать освобождению ректора и других профессоров. "Слишком долго описывать, - писал Борн, - как мы добирались до Вильгельмштрассе и дворца рейхсканцлера, где возбужденные группы депутатов и служащих обсуждали внутреннее положение и только что объявленные условия перемирия. Поскольку Эйнштейна знали, двери перед ним открывались мы пробрались к Эберту и изложили ему свою просьбу. А затем начался бесконечный обратный путь Но игра стоила свеч".
Общение с Эйнштейном, по словам Борна, было счастьем, так как нельзя было не почувствовать его полной независимости от собственного "Я". Как-то, когда Эйнштейн тяжело заболел и жена Борна спросила его, не боится ли он смерти, он сказал. "Я чувствую себя настолько солидарным со всем живущим, что для меня безразлично, где начинается и где кончается отдельное". Борн считал берлинские годы самыми памятными в своей жизни, потому что он был так близок тогда с Эйнштейном и Планком.
Весной 1919 года Борн в качестве ординарного профессора прибыл в университет во Франкфурте-на-Майне. Там он должен был принять кафедру Лауэ, который в свою очередь переехал в Берлин. Этот "обмен" состоялся по желанию Лауэ, стремившегося возвратиться в университет, где он начал свою научную деятельность, чтобы работать с Максом Планком.
Когда осенью 1919 года после опубликования результатов английской экспедиции, наблюдавшей солнечное затмение, начался "эйнштейновский бум" и враждебные нападки на создателя теории относительности, Борн во "Франкфуртер цайтунг" ответил на это несколькими довольно резкими статьями. Эти статьи и доклады по теории относительности год спустя легли в основу общедоступного изложения учения Эйнштейна. Книга сразу же выдержала несколько изданий.
Во Франкфурте, где в его распоряжении была лаборатория, Борн провел и возглавил несколько экспериментальных исследований. Особо следует отметить его работу по непосредственному измерению длины свободного пути нейтральных атомов. Однако самыми известными были исследования, которые проводил Отто Штерн, приват-доцент и ассистент Борна совместно с Вальтером Герлахом, ассистентом Института экспериментальной физики. Это были те знаменитые опыты с молекулярными пучками, которые блестяще подтвердили основной вывод квантовой теории: направленную квантованность атомов в магнитном поле За результаты своих исследований Штерн, который был вынужден в 1933 гору оставить кафедру в Гамбурге и переселиться в США, в 1943 году получил Нобелевскую премию по физике.
В 1921 году Макс Борн стал преемником своего бывшего учителя Вольдемара Фойгта в Гёттингенском университете, где он заканчивал свое образование, получил степень доктора и начал преподавательскую деятельность в качестве приват-доцента.
За 12 лет работы в Гёттингене Борн основал большую школу теоретической атомной физики с интернациональным коллективом учеников и сотрудников. К ней принадлежали такие исследователи, как Ферми, Дирак, Оппенгеймер, Мария Гёпперт-Мейер, И. фон Нейман, Теллер, Вигнер, Полинг, Гейтлер, Вайскопф, Розенфельд и другие знаменитые ученые, многие из которых стали лауреатами Нобелевской премии. Ассистентами Борна были Вольфганг Паули и Вернер Гейзенберг. Вместе с ним или под его руководством работали советские физики Фок, Тамм, Френкель и Румер. Его институт посещали Иоффе и Капица, американский физик Гамов, получивший известность благодаря своим космологическим исследованиям, также был учеником Борна.
Норберт Винер, известный американский математик, основатель кибернетики, который некоторое время обучался в Гёттингене, писал в автобиографии о тех годах: "Главную роль в создании и первоначальном развитии квантовой механики в Гёттингене сыграли Макс Борн и Гейзенберг. Макс Борн был гораздо старше Гейзенберга, но, хотя в основе новой теории, несомненно, лежали его идеи, честь создания квантовой механики как самостоятельного раздела науки принадлежит его более молодому коллеге. Спокойный, мягкий человек, музыкант в душе, Борн больше всего на свете любил играть с женой на двух роялях".
Совместно с Винером во время зимнего семестра 1925/26 года, когда он был в Америке в качестве профессора-гостя, Борн написал работу о формулировании квантовых законов для периодических и непериодических процессов. Винер одной фразой охарактеризовал Борна: "Это был самый скромный ученый, которого я знал".
Из книг Борна, относящихся к первым годам его преподавательской деятельности в Гёттингене, наряду с работой по теории относительности в первую очередь следует назвать "Строение материи". Книга переведена на многие языки В статье "Атомная теория твердого состояния" Борн продолжил свои исследования динамической теории кристаллов. На основе более поздней теории атома Бора и Зоммерфельда он исследовал связь атомной физики и химии. В статье "Мост между химией и физикой", опубликованной в "Натурвиссеншафтен", подробно рассматривается эта связь.
Большое значение имело то, что в одно время с Борном в Гёттингене работали блестящий экспериментатор Джеймс Франк и прекрасный педагог-физик Роберт Поль. Но в первую очередь благодаря деятельности Борна этот маленький университетский городок, являвшийся цитаделью математики, в 20-х годах стал также центром исследований по проблемам атомной физики.
Около 1925 года гёттингенская школа решительно вмешалась в развитие квантовой физики. В 1924 году Макс Борн впервые использовал в одной из статей выражение "квантовая механика" и ввел его тем самым в физическую литературу. В этот период влияние Борна на дальнейшее становление атомной физики было особенно сильным. В 1925...1927 годах физики-теоретики в Гёттингене разработали основы статистической атомной механики. Борн сам продумал и обосновал вероятностное толкование квантовой механики. Он создал "новый стиль мышления о явлениях природы"; в этом и состоит его самая большая научная заслуга.
Исходным пунктом этого развития была работа Гейзенберга "О квантовотеоретическом толковании кинематических и механических связей". Во введении к своим "Избранным статьям" Борн сообщает подробности событий. "Летом 1925 года Гейзенберг дал мне рукопись своей фундаментальной работы, в которой он сделал расчеты переходных амплитуд. Работа произвела на меня глубокое впечатление, и я послал ее в физический журнал. Несколько недель спустя я заметил, что методы расчета Гейзенберга совпадают с матричным счислением, которое я изучал у Розанеса в Бреслау".
Итак, хотя направляющая идея матричной механики принадлежит Гейзенбергу, что всегда подчеркивал и сам Борн, однако математическое оформление этой гениальной идеи и ее развитие в законченную теорию - прежде всего, если не исключительно - заслуга Борна.
Почти в то же время в Англии, в Кембридже Паулем Дираком также под влиянием Гейзенберга был развит подобный же вид квантовой механики. Наконец, Эрвин Шрёдингер, исходя из совершенно иной точки зрения, создал в Цюрихе свою волновую механику, которая вскоре была признана равноценной в математическом отношении гёттингенской и кембриджской формам квантовой механики. Об этом уже говорилось выше.
Статистическая квантовая механика, которая совершенно отказывается от наглядных представлений с использованием моделей и оперирует только вероятностными высказываниями (волны Шрёдингера толкуются как "вероятностные волны"), натолкнулась на резкие возражения многих физиков. Эйнштейн, который осенью 1927 года начал дискуссию с Бором и Гейзенбергом, уже в декабре 1926 года писал Борну: "Квантовая механика - теория, внушающая большое уважение. Но внутренний голос говорит мне, что это еще не то, что нужно. Эта теория дает много, но едва ли она подвела нас ближе к тайне старца (бога. Перев.). Во всяком случае, я убежден, что тот не играет в кости".
Этой отрицательной позиции по отношению к статистической квантовой теории с ее "играющим в кости богом" Эйнштейн придерживался до конца. Незадолго до своей смерти в письмах к Борну он пытался доказать логическую несостоятельность копенгагенского толкования квантовой механики. Хотя в конце концов он должен был признать, что это ему не удалось, он не снял своих возражений. Эйнштейн упорствовал в своих воззрениях, считая, что статистическая квантовая механика дает лишь незаконченное описание процессов, происходящих в атоме, и что в будущем неизбежен возврат к давно зарекомендовавшему себя образу мышления.
Сердечная дружба, которая связывала Борна и Эйнштейна и которая как в зеркале отражается в объемистой переписке, не страдала от этого различия взглядов. Дружеская привязанность Борна к Шрёдингеру также не ослабевала от того, что Шрёдингер, как союзник Эйнштейна, тоже страстно выступал против статистического понимания квантовых законов.
В письмах к Борну Шрёдингер в свойственной ему манере ополчается против "наглости", с которой Борн отваживается утверждать, что копенгагенское толкование является общепринятым. Он должен бы знать, пишет Шрёдингер, что, например, Планк, Эйнштейн, Лауэ, де Бройль и он были неудовлетворены такой трактовкой. В ответ на возражение Борна, что ведь большинство физиков-атомщиков соглашаются с копенгагенской школой, Шрёдингер восклицает: "С каких это пор верность научного положения решается большинством голосов? (Ты, конечно, мог бы отпарировать: по крайней мере со времен Ньютона.)".
Захват власти фашистами положил конец деятельности в Германии и этого великого ученого и учителя. В апреле 1933 года Макс Борн был отстранен от руководства своим институтом в Гёттингенском университете. Его учебник по оптике, вышедший в 1933 году, был запрещен. Шрёдингер посоветовал ему выехать за границу. В мае 1933 года Борн со своими родными покинул фашистский рейх.
Он принимает приглашение Резерфорда, переданное ему на съезде в Цюрихе английским физиком-ядерщиком Блэккетом, и направляется вначале в Кембридж. Доцентуру, которую получил Борн, нельзя было сравнить с его блистательным положением руководителя кафедры в Гётингене. Всемирно известный 50-летний ученый возвратился почти к тому же, с чего он начинал свой путь четверть века назад. Однако дальнейшее политическое развитие в Германии подтвердило правильность его решения. Несколько лет спустя он получил британское гражданство.
С Эрвином Шрёдингером, который вскоре после этого прибыл в Оксфорд и провел там три года, Макса Борна связала теперь еще более тесная дружба. Оба физика часто посещали друг друга или обменивались письмами. В некрологе на смерть Шрёдингера в 1951 году Борн писал: "Когда Гитлер пришел к власти, Шрёдингер, человек "арийской крови" и преемник Макса Планка, вовсе не должен был отказаться от должности и покинуть Германию. Он сделал и то, и другое, и мы восхищались им. Ибо вовсе нелегко человеку среднего возраста эмигрировать. Но он не хотел л слышать о том, чтобы остаться. Он уехал, потому что его не оставляли в покое и от него требовали, чтобы он занимался политикой Он в очень редких случаях и неохотно делал это а позже, когда его собственная наука трагическим образом оказалась втянутой в большую политику".
В Кембридже Борн пережил памятное событие, которое ярко освещает трагедию многих немецких эмигрантов "Когда я приехал в 1933 году в Кембридж, - сообщал он, - был там и Фриц Габер, больной и душевно разбитый изгнанием из своей отчизны. Я попытался свести его с Резерфордом, но тот отказался пожать руку инициатору химической войны".
Среди научных работ, опубликованных Борном в этот период, особенно примечательно теоретическое исследование электродинамики, которое он провел вместе с молодым польским физиком Леопольдом Инфельдом. В 1935 году Борн по приглашению индийского физика, лауреата Нобелевской премии Рамана приезжал в Бангалор для того, чтобы в качестве профессора-гостя прочитать ряд лекций в институте Рамана.
После его возвращения П.Л. Капица передал ему почетное приглашение принять профессуру в Московском университете. Однако Борн не мог на это решиться. Он предпочел остаться в Великобритании, которая после его изгнания из Германии первой оказала ему гостеприимство, и переехал в Эдинбург, куда был приглашен в это же время.
Семнадцать лет работал Макс Борн в шотландском университетском городе на кафедре "натурфилософии", как традиционно со времен Исаака Ньютона называли теоретическую физику. И здесь он развернул вскоре широкую исследовательскую и преподавательскую деятельность. Как и в Гёттингене, среди его учеников было немало иностранцев.
По свидетельству Норберта Винера, "самым блистательным учеником" Борна в Эдинбурге был Клаус Фукс, немецкий исследователь атома, работающий ныне в Центральном институте ядерных исследований в Россендорфе. Фукс, как противник фашизма, покинул гитлеровскую Германию и сначала учился в Бристоле. Затем в Эдинбурге при заботливой поддержке Борна он получил две академические степени и вместе со своим учителем опубликовал в 1938...1940 годах несколько интересных работ.
"Ты сразу произвел на меня большое впечатление, дорогой Макс, говорится в поздравлении Франка. - Передо мной был молодой человек одного со мной возраста. Но за его плечами было уже два семестра учебы, в то время как я из-за моей мечтательности вынужден был еще год заниматься повторением школьного курса; он знал, чего хотел, был во всех отношениях более зрелым, чем я, и уже считался отличным математиком. Все это не помешало нам, однако, вскоре стать друзьями. Было ли это следствием того, что он почувствовал во мне такое же стремление к изучению законов природы, которые испытывал сам? Или следствием его ума и доброты, с которыми он наблюдал, слегка забавляясь, но с неподдельным интересом за моими попытками сориентироваться? Или же нас привлекали друг в друге наши различия?"
В следующем летнем семестре в Цюрихе Борна, по его собственным словам, особенно увлекли лекции математика Адольфа Гурвица, который за несколько лет до этого был учителем Эйнштейна и в последний момент отказал своему ученику в освободившемся месте ассистента, чем очень оскорбил Эйнштейна. Сейчас мы можем сказать - к счастью, для будущего создателя теории относительности.
Однако решающим для развития Борна как ученого было обучение в Гёттингене, куда он направился следующей весной. В этом городе, "прославившемся своими колбасами и университетом", как говорится в "Путешествии по Гарцу" Гейне, Борн закончил свое образование.
В Гёттингене он встретил знаменитого математика Давида Гильберта, который находился в зените своей научной славы. Учителями Борна были и "великий Феликс", как студенты называли математика Феликса Клейна, и Герман Минковский, лекции которого в Цюрихе прилежно пропускал Эйнштейн. "Из трех великих: Феликса Клейна, Давида Гильберта и Германа Минковского, Клейн интересовал меня меньше всего, Гильберт - больше всего", - говорил Борн позднее Через год после своего прибытия в Геттинген он стал приват-ассистентом Гильберта: свидетельство того, что начинающий физик уже тогда имел выдающиеся математические познания и навыки.
Склонность Макса Борна к астрономии получила в Гёттингене новую пищу. Карл Шварцшильд, который в дальнейшем приобрел известность как руководитель Астрофизической обсерватории в Потсдаме (его именем названа сейчас обсерватория в Таутенбурге под Йеной), возглавлял тогда Гёттингенскую обсерваторию, в которой в свое время несколько десятилетий работал Гаусс. В свои 30 лет Шварцшильд был одним из самых молодых профессоров университета.
"Я присоединился к его астрофизическому семинару, - сообщал Макс Борн, - и был впервые введен в современные проблемы астрономии. Мы обсуждали среди прочих и вопрос об атмосферах планет, и мне пришлось делать доклад об утечке газа в межзвездное пространство из-за диффузии, происходящей вопреки силе тяжести. Так что я был вынужден заняться тщательным изучением кинетической теории газов, которая тогда, в 1904 году, не была систематической частью программы по физике. Но это не единственный предмет, с которым я познакомился благодаря обучению у Шварцшильда".
Известный астрофизик, скончавшийся во время первой мировой войны (Эйнштейн посвятил его памяти взволнованную речь), не ограничивался в своих исследованиях узкой специальностью. Ему принадлежат классические работы и по геометрической оптике. Молодой Борн многому мог научиться у Шварцшильда, и позднее он всегда с благодарностью вспоминал об этом великолепном учителе, который, по его словам, так сильно отличался "от обычного типа величественных бородатых немецких ученых того времени". Пристальный интерес вызывали у него лекции по оптике Вольдемара Фойгта, последователем которого он стал спустя два десятилетия.
За работу в области теории упругости (эта работа была по ходатайству Феликса Клейна отмечена премией философского факультета университета) Макс Борн получал в январе 1907 года степень доктора философии. Его диссертация (которая также была удостоена премии) называлась "Исследование устойчивости упругих линий на плоскости и в пространстве в различных краевых условиях". Экспериментальную часть исследования он провел в своей студенческой комнате при помощи простых, им же самим построенных аппаратов. Тогда это еще было возможно Впервые при этом Борн ощутил "удовлетворение и радость" от совпадения теории и измерений.
Весной 1907 года молодой доктор на многие месяцы отправился в Кембридж в Англию для того, "чтобы узнать что-нибудь об электроне из первоисточника". В Кавендишской лаборатории он слушал лекции Дж.Дж. Томсона и Дж. Лармора. Крупный исследователь атома Томсон произвел на нега сильное впечатление своими "удивительными экспериментами". Лекции Лармора дали ему меньше, и не только потому, что ирландское произношение ученого затрудняло понимание.
Осенью 1907 года Макс Борн возвратился в свой родной город. Он стремился еще более основательно заняться экспериментальными работами под руководством физиков-экспериментаторов Отто Луммера и Эрнста Прингсгейма. В 90-х годах в Берлине они осуществили измерения черного излучения, способствовавшие открытию Планком элементарного кванта действия, и незадолго до этого стали преподавать в Бреслау. "Мои попытки учиться экспериментировать у Луммера и Прингсгейма, - писал Борн в автобиографическом введении к своим избранным статьям, - были не очень успешными, а после наводнения, происшедшего в моем кабинете по моей же небрежности, они приостановились".
Еще в Гёттингене Борн на семинарах Минковского познакомился с представлениями, которые были разработаны Фитцджеральдом, Лоренцем, Пуанкаре и другими теоретиками по вопросу электродинамики движущихся тел. Он был знаком также и с преобразованиями Лоренца. Работы Эйнштейна были тогда еще неизвестны. Его внимание привлек к ним только в Бреслау его знакомый польский физик. Борн воспринял идеи Эйнштейна "как откровение".
Рукопись статьи, написанной под влиянием публикаций Эйнштейна о принципе относительности и рассматривавшей релятивистскую теорию движения электронов, Борн послал Минковскому. Математик пригласил его приехать, чтобы помочь ему в исследованиях по теории относительности.
В конце 1908 года Борн снова отправился в Геттинген. К сожалению, вскоре, в начале 1909 года, Минковский после непродолжительной болезни скончался в возрасте 44 лет. Его молодому сотруднику пришлось просматривать научное наследие, завершать и готовить к печати его незаконченную работу. За статью, для работы над которой его пригласил Минковский, Борн осенью 1909 года получил право преподавания теоретической физики. В своем конкурсном докладе на получение доцентуры он рассматривал предложенную Томсоном модель атома.
Летом 1912 года гёттингенский приват-доцент отправился в Соединенные Штаты Америки по приглашению известного физика-экспериментатора Майкельсона, первого американского лауреата Нобелевской премии по физике. В Чикагском университете Борн читал лекции по теории относительности. Одновременно он имел возможность работать в лаборатории Майкельсона.
После своего возвращения из США Борн начал создавать единую физику кристаллов на атомистической основе. При этом он исходил из эйнштейновской теории специфической теплоты. Ссылаясь на работы фон Лауэ и Дебая, он рассматривал вопрос о собственных колебаниях пространственной решетки кристалла. Этому была посвящена его первая большая книга "Динамика кристаллических решеток", где он попытался вывести упругостные и электрические свойства кристаллов из атомного строения их решеток.
Еще до того, как вышла эта работа, Берлинский университет по предложению Планка пригласил высокоодаренного молодого ученого на должность экстраординарного профессора теоретической физики. Обосновывая приглашение, Планк указал на настоятельную необходимость привлечения свежих сил к преподаванию по этой специальности и заявил, что факультет не может предложить никого более достойного, чем приват-доцент из Гёттингена доктор Борн. Письмо Планка свидетельствует о том, насколько точно оценивал великий учитель молодую научную поросль.
Планк писал: "Д-р Борн является ясно мыслящим, знающим, всей душой преданным своей науке и ее прогрессу физиком-теоретиком, он обладает также всеми необходимыми для чтения лекций и для общения со студентами качествами. Он столь блистательным образом удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к личности нового экстраординария, что факультет в данном случае очень охотно использует первое назначение на недавно созданную кафедру и предлагает эту единственную кандидатуру".
С 1915 по 1919 год Макс Борн работал в Берлинском университете. Как и большинство его более молодых коллег-физиков, он получил задание военного руководства. Будучи офицером, он работал при испытательной артиллерийской комиссии в Берлине над созданием метода измерения звука, который должен был позволять определять место установки вражеских пушек быстрее и надежнее, чем это было возможно с помощью известных до того средств. Находясь на этом посту, Борн имел возможность продолжить свои исследования.
"После того как я утвердился в военном ведомстве, - рассказывал он, - я нашел время для того, чтобы снова начать свою научную работу. В моем письменном столе имелось два выдвижных ящика, один был полон бумаг по звукометрии, в области которой я работал вместе с десятком других военнообязанных физиков, а в другом лежали мои собственные исследования". Его коллеги-физики поступали точно так же. "Мы были совершенно гарантированы от того, - заметил Борн, - чтобы наш майор заметил различие между акустическими формулами по звукометрическим методам и другими нашими иероглифами".
Во время пребывания в Берлине Борн часто встречался с Эйнштейном. Впервые он увидел его в 1909 году на собрании естествоиспытателей в Зальцбурге, где Эйнштейн говорил о квантовой гипотезе света, а сам он делал доклад о динамике электрона в духе принципа относительности. И вот теперь он встречал его почти ежедневно, так как квартира Эйнштейна находилась недалеко от места службы Борна. Эйнштейн часто посещал своего коллегу, который был блестящим пианистом, чтобы помузицировать вместе с ним.
"В свой первый визит к нам, - писал Борн в "Воспоминаниях об Эйнштейне", - Эйнштейн принес скрипку, чтобы вместе со мной сыграть сонату. Мою жену, которую он не знал, он приветствовал словами: "Я слышал, что у вас только что родился ребенок". Потом он снял фальшивые манжеты, бросил их в угол и стал наигрывать на скрипке. Его любимым композитором был тогда Гайдн".
В качестве гостя Борн принимал также участие в совещаниях интеллигентов, на которых обсуждались злободневные политические вопросы. "К концу войны, - сообщал он, - ряд выдающихся людей, среди которых был историк Дельбрюк, экономист Брентано, Эйнштейн и другие, организовали собрание, на которое пригласили высших чиновников министерства иностранных дел. На обсуждение был поставлен вопрос о военных действиях подводных лодок, неограниченного расширения которых требовал главный военный штаб, что неминуемо должно было привести к вступлению в войну Америки. Эйнштейн уговаривал меня принять участие в этом собрании, чего я как офицер, в сущности, не имел права делать. Среди них я был самым молодым и никогда не раскрывал рта... Эти попытки воздействовать на военных руководителей не принесли ничего, и события шли своим чередом".
В бурные ноябрьские дни 1918 года Борн вместе с Вертгеймером, одним из основателей гештальтпсихологии, по просьбе Эйнштейна выступил в роли посредника. Революционные студенты арестовали ректора Берлинского университета и некоторых реакционных профессоров. Так как Эйнштейн пользовался особым уважением и любовью студентов, руководство университета попросило его о помощи. Борн и Вертгеймер сопровождали Эйнштейна.
После того как три профессора тщетно обращались к "Совету студентов", который заседал в здании рейхстага, они отправились в "Совет народных уполномоченных", чтобы там содействовать освобождению ректора и других профессоров. "Слишком долго описывать, - писал Борн, - как мы добирались до Вильгельмштрассе и дворца рейхсканцлера, где возбужденные группы депутатов и служащих обсуждали внутреннее положение и только что объявленные условия перемирия. Поскольку Эйнштейна знали, двери перед ним открывались мы пробрались к Эберту и изложили ему свою просьбу. А затем начался бесконечный обратный путь Но игра стоила свеч".
Общение с Эйнштейном, по словам Борна, было счастьем, так как нельзя было не почувствовать его полной независимости от собственного "Я". Как-то, когда Эйнштейн тяжело заболел и жена Борна спросила его, не боится ли он смерти, он сказал. "Я чувствую себя настолько солидарным со всем живущим, что для меня безразлично, где начинается и где кончается отдельное". Борн считал берлинские годы самыми памятными в своей жизни, потому что он был так близок тогда с Эйнштейном и Планком.
Весной 1919 года Борн в качестве ординарного профессора прибыл в университет во Франкфурте-на-Майне. Там он должен был принять кафедру Лауэ, который в свою очередь переехал в Берлин. Этот "обмен" состоялся по желанию Лауэ, стремившегося возвратиться в университет, где он начал свою научную деятельность, чтобы работать с Максом Планком.
Когда осенью 1919 года после опубликования результатов английской экспедиции, наблюдавшей солнечное затмение, начался "эйнштейновский бум" и враждебные нападки на создателя теории относительности, Борн во "Франкфуртер цайтунг" ответил на это несколькими довольно резкими статьями. Эти статьи и доклады по теории относительности год спустя легли в основу общедоступного изложения учения Эйнштейна. Книга сразу же выдержала несколько изданий.
Во Франкфурте, где в его распоряжении была лаборатория, Борн провел и возглавил несколько экспериментальных исследований. Особо следует отметить его работу по непосредственному измерению длины свободного пути нейтральных атомов. Однако самыми известными были исследования, которые проводил Отто Штерн, приват-доцент и ассистент Борна совместно с Вальтером Герлахом, ассистентом Института экспериментальной физики. Это были те знаменитые опыты с молекулярными пучками, которые блестяще подтвердили основной вывод квантовой теории: направленную квантованность атомов в магнитном поле За результаты своих исследований Штерн, который был вынужден в 1933 гору оставить кафедру в Гамбурге и переселиться в США, в 1943 году получил Нобелевскую премию по физике.
В 1921 году Макс Борн стал преемником своего бывшего учителя Вольдемара Фойгта в Гёттингенском университете, где он заканчивал свое образование, получил степень доктора и начал преподавательскую деятельность в качестве приват-доцента.
За 12 лет работы в Гёттингене Борн основал большую школу теоретической атомной физики с интернациональным коллективом учеников и сотрудников. К ней принадлежали такие исследователи, как Ферми, Дирак, Оппенгеймер, Мария Гёпперт-Мейер, И. фон Нейман, Теллер, Вигнер, Полинг, Гейтлер, Вайскопф, Розенфельд и другие знаменитые ученые, многие из которых стали лауреатами Нобелевской премии. Ассистентами Борна были Вольфганг Паули и Вернер Гейзенберг. Вместе с ним или под его руководством работали советские физики Фок, Тамм, Френкель и Румер. Его институт посещали Иоффе и Капица, американский физик Гамов, получивший известность благодаря своим космологическим исследованиям, также был учеником Борна.
Норберт Винер, известный американский математик, основатель кибернетики, который некоторое время обучался в Гёттингене, писал в автобиографии о тех годах: "Главную роль в создании и первоначальном развитии квантовой механики в Гёттингене сыграли Макс Борн и Гейзенберг. Макс Борн был гораздо старше Гейзенберга, но, хотя в основе новой теории, несомненно, лежали его идеи, честь создания квантовой механики как самостоятельного раздела науки принадлежит его более молодому коллеге. Спокойный, мягкий человек, музыкант в душе, Борн больше всего на свете любил играть с женой на двух роялях".
Совместно с Винером во время зимнего семестра 1925/26 года, когда он был в Америке в качестве профессора-гостя, Борн написал работу о формулировании квантовых законов для периодических и непериодических процессов. Винер одной фразой охарактеризовал Борна: "Это был самый скромный ученый, которого я знал".
Из книг Борна, относящихся к первым годам его преподавательской деятельности в Гёттингене, наряду с работой по теории относительности в первую очередь следует назвать "Строение материи". Книга переведена на многие языки В статье "Атомная теория твердого состояния" Борн продолжил свои исследования динамической теории кристаллов. На основе более поздней теории атома Бора и Зоммерфельда он исследовал связь атомной физики и химии. В статье "Мост между химией и физикой", опубликованной в "Натурвиссеншафтен", подробно рассматривается эта связь.
Большое значение имело то, что в одно время с Борном в Гёттингене работали блестящий экспериментатор Джеймс Франк и прекрасный педагог-физик Роберт Поль. Но в первую очередь благодаря деятельности Борна этот маленький университетский городок, являвшийся цитаделью математики, в 20-х годах стал также центром исследований по проблемам атомной физики.
Около 1925 года гёттингенская школа решительно вмешалась в развитие квантовой физики. В 1924 году Макс Борн впервые использовал в одной из статей выражение "квантовая механика" и ввел его тем самым в физическую литературу. В этот период влияние Борна на дальнейшее становление атомной физики было особенно сильным. В 1925...1927 годах физики-теоретики в Гёттингене разработали основы статистической атомной механики. Борн сам продумал и обосновал вероятностное толкование квантовой механики. Он создал "новый стиль мышления о явлениях природы"; в этом и состоит его самая большая научная заслуга.
Исходным пунктом этого развития была работа Гейзенберга "О квантовотеоретическом толковании кинематических и механических связей". Во введении к своим "Избранным статьям" Борн сообщает подробности событий. "Летом 1925 года Гейзенберг дал мне рукопись своей фундаментальной работы, в которой он сделал расчеты переходных амплитуд. Работа произвела на меня глубокое впечатление, и я послал ее в физический журнал. Несколько недель спустя я заметил, что методы расчета Гейзенберга совпадают с матричным счислением, которое я изучал у Розанеса в Бреслау".
Итак, хотя направляющая идея матричной механики принадлежит Гейзенбергу, что всегда подчеркивал и сам Борн, однако математическое оформление этой гениальной идеи и ее развитие в законченную теорию - прежде всего, если не исключительно - заслуга Борна.
Почти в то же время в Англии, в Кембридже Паулем Дираком также под влиянием Гейзенберга был развит подобный же вид квантовой механики. Наконец, Эрвин Шрёдингер, исходя из совершенно иной точки зрения, создал в Цюрихе свою волновую механику, которая вскоре была признана равноценной в математическом отношении гёттингенской и кембриджской формам квантовой механики. Об этом уже говорилось выше.
Статистическая квантовая механика, которая совершенно отказывается от наглядных представлений с использованием моделей и оперирует только вероятностными высказываниями (волны Шрёдингера толкуются как "вероятностные волны"), натолкнулась на резкие возражения многих физиков. Эйнштейн, который осенью 1927 года начал дискуссию с Бором и Гейзенбергом, уже в декабре 1926 года писал Борну: "Квантовая механика - теория, внушающая большое уважение. Но внутренний голос говорит мне, что это еще не то, что нужно. Эта теория дает много, но едва ли она подвела нас ближе к тайне старца (бога. Перев.). Во всяком случае, я убежден, что тот не играет в кости".
Этой отрицательной позиции по отношению к статистической квантовой теории с ее "играющим в кости богом" Эйнштейн придерживался до конца. Незадолго до своей смерти в письмах к Борну он пытался доказать логическую несостоятельность копенгагенского толкования квантовой механики. Хотя в конце концов он должен был признать, что это ему не удалось, он не снял своих возражений. Эйнштейн упорствовал в своих воззрениях, считая, что статистическая квантовая механика дает лишь незаконченное описание процессов, происходящих в атоме, и что в будущем неизбежен возврат к давно зарекомендовавшему себя образу мышления.
Сердечная дружба, которая связывала Борна и Эйнштейна и которая как в зеркале отражается в объемистой переписке, не страдала от этого различия взглядов. Дружеская привязанность Борна к Шрёдингеру также не ослабевала от того, что Шрёдингер, как союзник Эйнштейна, тоже страстно выступал против статистического понимания квантовых законов.
В письмах к Борну Шрёдингер в свойственной ему манере ополчается против "наглости", с которой Борн отваживается утверждать, что копенгагенское толкование является общепринятым. Он должен бы знать, пишет Шрёдингер, что, например, Планк, Эйнштейн, Лауэ, де Бройль и он были неудовлетворены такой трактовкой. В ответ на возражение Борна, что ведь большинство физиков-атомщиков соглашаются с копенгагенской школой, Шрёдингер восклицает: "С каких это пор верность научного положения решается большинством голосов? (Ты, конечно, мог бы отпарировать: по крайней мере со времен Ньютона.)".
Захват власти фашистами положил конец деятельности в Германии и этого великого ученого и учителя. В апреле 1933 года Макс Борн был отстранен от руководства своим институтом в Гёттингенском университете. Его учебник по оптике, вышедший в 1933 году, был запрещен. Шрёдингер посоветовал ему выехать за границу. В мае 1933 года Борн со своими родными покинул фашистский рейх.
Он принимает приглашение Резерфорда, переданное ему на съезде в Цюрихе английским физиком-ядерщиком Блэккетом, и направляется вначале в Кембридж. Доцентуру, которую получил Борн, нельзя было сравнить с его блистательным положением руководителя кафедры в Гётингене. Всемирно известный 50-летний ученый возвратился почти к тому же, с чего он начинал свой путь четверть века назад. Однако дальнейшее политическое развитие в Германии подтвердило правильность его решения. Несколько лет спустя он получил британское гражданство.
С Эрвином Шрёдингером, который вскоре после этого прибыл в Оксфорд и провел там три года, Макса Борна связала теперь еще более тесная дружба. Оба физика часто посещали друг друга или обменивались письмами. В некрологе на смерть Шрёдингера в 1951 году Борн писал: "Когда Гитлер пришел к власти, Шрёдингер, человек "арийской крови" и преемник Макса Планка, вовсе не должен был отказаться от должности и покинуть Германию. Он сделал и то, и другое, и мы восхищались им. Ибо вовсе нелегко человеку среднего возраста эмигрировать. Но он не хотел л слышать о том, чтобы остаться. Он уехал, потому что его не оставляли в покое и от него требовали, чтобы он занимался политикой Он в очень редких случаях и неохотно делал это а позже, когда его собственная наука трагическим образом оказалась втянутой в большую политику".
В Кембридже Борн пережил памятное событие, которое ярко освещает трагедию многих немецких эмигрантов "Когда я приехал в 1933 году в Кембридж, - сообщал он, - был там и Фриц Габер, больной и душевно разбитый изгнанием из своей отчизны. Я попытался свести его с Резерфордом, но тот отказался пожать руку инициатору химической войны".
Среди научных работ, опубликованных Борном в этот период, особенно примечательно теоретическое исследование электродинамики, которое он провел вместе с молодым польским физиком Леопольдом Инфельдом. В 1935 году Борн по приглашению индийского физика, лауреата Нобелевской премии Рамана приезжал в Бангалор для того, чтобы в качестве профессора-гостя прочитать ряд лекций в институте Рамана.
После его возвращения П.Л. Капица передал ему почетное приглашение принять профессуру в Московском университете. Однако Борн не мог на это решиться. Он предпочел остаться в Великобритании, которая после его изгнания из Германии первой оказала ему гостеприимство, и переехал в Эдинбург, куда был приглашен в это же время.
Семнадцать лет работал Макс Борн в шотландском университетском городе на кафедре "натурфилософии", как традиционно со времен Исаака Ньютона называли теоретическую физику. И здесь он развернул вскоре широкую исследовательскую и преподавательскую деятельность. Как и в Гёттингене, среди его учеников было немало иностранцев.
По свидетельству Норберта Винера, "самым блистательным учеником" Борна в Эдинбурге был Клаус Фукс, немецкий исследователь атома, работающий ныне в Центральном институте ядерных исследований в Россендорфе. Фукс, как противник фашизма, покинул гитлеровскую Германию и сначала учился в Бристоле. Затем в Эдинбурге при заботливой поддержке Борна он получил две академические степени и вместе со своим учителем опубликовал в 1938...1940 годах несколько интересных работ.