7. Техника эксперимента. Опишите самый дорогой способ определения постоянной Планка.
 
   8. Дисперсионные соотношения. Дайте объяснение явлению множественного рождения странных статей по ядерной физике, которые наблюдаются в нефизической части «Physical Review».
   Покажите, что принцип причинности позволяет полностью предсказать результаты любого эксперимента, причём хорошее согласие наблюдается до тех пор, пока кто-нибудь этот эксперимент не поставит.[80]
– • • • —
   – Так я чувствую себя значительнее…
• • •
   – Взгляни на этого математика, – сказал логик. – Он замечает, что первые девяносто девять чисел меньше сотни, и отсюда с помощью того, что он называет индукцией, заключает, что любые числа – меньше сотни.
   – Физик верит, – сказал математик, – что 60 делится на все числа. Он замечает, что 60 делится на 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Он проверяет несколько других чисел, например, 10, 20 и 30, взятых, как он говорит, наугад. Так как 60 делился на них, то он считает экспериментальные данные достаточными.
   – Да, но взгляни на инженера, – возразил физик. – Инженер подозревает, что все нечётные числа простые. Во всяком случае, 1 можно рассматривать как простое число, доказывает он. Затем идут 3, 5 и 7, все, несомненно, простые. Затем идёт 9 – досадный случай; по-видимому, 9 не является простым числом, но 11 и 13, конечно, простые. Возвратимся к 9, – говорит он, – я заключаю, что 9 должно быть ошибкой эксперимента.
 
Из книги Д. Пойа. Математика и правдоподобные рассуждения, ИЛ, 1957.
 
• • •
   Американцы выпускают машину, которая спрессовывает легковой автомобиль в куб со стороной около 3 футов. Журнал «New Scientist» предлагает использовать эти кубы для вооружения пирамид – памятников нашей славной цивилизации. На пирамидах будет выбита надпись: «Бессмертной памяти XX столетия, когда люди тратили одну половину своей жизни на превращение металла в безлошадные повозки, на которых они с бешеной скоростью мчались из ниоткуда в никуда, а вторую половину жизни – на превращение безлошадных повозок в металлические кубы, из которых сооружаются пирамиды».

Personalia

В РАЗДЕЛЕ:
   Предисловие к 1-му тому «The Journal of Jocular Physics»* • Моё посвящение* • Новая сказка о любопытном Слонёнке* • Атом, который построил Бор* • Ключ к системе ключей* • О возможности создания электростанций на угле* • К 50-летию Рудольфа Пайерлса* • П.А.У.Л.И. и его применение*

Предисловие К 1-му тому «The Journal of Jocular Physics»

   К пятидесятилетию Нильса Бора сотрудники Института теоретической физики в Копенгагене (в котором, как правило, работает много физиков, съехавшихся со всех концов света) выпустили рукописный сборник под названием «The Journal of Jocular Physics» («Журнал шутливой физики»). Здесь мы печатаем предисловие к этому сборнику.
 
   Слачала мы планировали выпустить к пятидесятилетию профессора Бора юбилейный научный сборник, Но была серьёзная опасность, что при таких обстоятельствах профессор Бор почувствует себя обязанным весь этот сборник прочесть, а может быть, даже попытаться в нём что-нибудь понять, поэтому мы сочли неразумным задавать ему столь трудную задачу и решили ограничить тематику предполагаемого издания работами шуточного характера,
   Это решение продиктовано и оправдано не только желанием развлечь читателя. Большое событие, отмечать которое мы готовились, явилось великолепным поводом совершить, наконец, тот шаг, который был уже подготовлен бурным развитием нашей науки и в котором давно ощущалась необходимость: организовать и легализовать довольно старую область физики – The Jocular Physics. По причинам, ещё не выясненным, она до сих пор влачила просто жалкое существование на общем фоне стремительного развития науки. В качестве первой меры мы предприняли издание этого сборника, который знаменует рождение нового периодического издания, и посвящено оно будет исключительно юмористической стороне многогранной жизни мира физиков.
   Однако ошибочно было бы считать, что новый журнал призван служить просто той отдушиной, которая поможет выявить определённые черты характера (к прискорбию нашему, получившие широкое распространение даже среди зрелых учёных), лучше всего описываемые словом «инфантильность». Мы полностью отдаём себе отчёт в том, что этот «душок», несмотря на все старания его изгнать, всё же чувствуется в некоторых, наиболее слабых произведениях, вошедших в этот том. Однако доброжелательный читатель убедится в том, что мы искренне старались поддержать и сохранить тот дух исполненного надежды пессимизма и безмятежной готовности к худшему, который принёс такие богатые плоды в других областях атомной физики.
– • • • —
   «Журнал шутливой физики» по-видимому, нашёл своих читателей и понравился, так как в дальнейшем в Копенгагене было выпущено ещё несколько номеров. К шестидесятилетию и семидесятилетию Нилъса Бора были выпущены второй и третий тома.
   Аналогичный журнал был выпущен к пятидесятилетию Р. Пайерлса. Назван он «The Journal of Unclear Physics», то есть «Журнал Нечистой Физики».
   В нашем сборнике помещён ряд материалов из этих юбилейных журналов.

Моё посвящение

   Л. Розенфельд[81]
 
   Первым посланием, которое я получил от Бора, была телеграмма, гласившая, что Истерская конференция откладывается на два дня. В то время – это был 1929 год – я находился в Гёттингене вместе с Гайтлером. Мы изъявили желание побывать на этой знаменитой конференции и оба получили от Клейна благоприятный ответ, в который упомянутая телеграмма в последнюю минуту внесла поправку. Когда мы появились в Копенгагене, Бор сообщил нам о причине отсрочки: он должен был закончить («с любезной помощью Клейна», как он сказал) перевод одной из своих первых работ, чтобы поместить её в юбилейный сборник Копенгагенского университета. Он много рассказывал нам о древних традициях этих юбилейных сборников, а под конец добавил: «Если бы я не успел закончить, это была бы настоящая катастрофа!» Это утверждение показалось мне несколько преувеличенным. В то время я ещё не понимал, какие трагедии таит в себе внешне безобидная процедура наведения окончательного блеска на «почти готовый» текст статьи. Я не знал тогда, что мне назначено судьбой быть действующим лицом в огромном количестве таких трагедий.
   Единственным извинением мне может послужить тот факт, что во всём, что касается фатальной недооценки серьёзности этого дела (дописывания статей), я ни в коей мере не являюсь исключением. Достаточно вспомнить Фарадеевские лекции. Бор появился в Лондоне перед самыми Фарадеевскими торжествами с рукописью своей лекции, о которой он говорил: «Практически закончена». Недоставало всего нескольких страниц. Бор предполагал уединиться в романтической обстановке какого-нибудь древнего английского постоялого двора и за неделю «с любезной помощью Розенфельда» (так он объяснил мистеру Карру, секретарю химического общества) покончить с этим делом. Мистер Карр был в восторге. После напряжённого недельного труда в довольно перенаселённом и исключительно неромантическом отеле, где нам приходилось вести постоянную войну нервов с одной гневливой учительницей за монопольное право пользоваться гостиной, десять недостающих страниц действительно были написаны. Но тут нам стало ясно, что рукопись будет несравненно лучше, если к ней добавить ещё двадцать страниц. Бор буквально загорелся этой идеей, которая (как он сумел меня убедить) существенно приближала нас к окончанию работы. И он направил меня к мистеру Карру доложить об этом замечательном прогрессе в наших делах. Мне не показалось, что мистеру Карру улыбается такая перспектива. Скорее наоборот. Он даже не старался скрыть это. «А когда я попытался рассказать ему, как мы, не разгибая спины, трудились всю неделю, вид у него был – мне больно это признать – решительно недоверчивый. И я покинул его с разбитым сердцем».
   Но вернёмся к встрече на копенгагенском вокзале. То, что сообщение о предотвращённой с трудом катастрофе оставило меня равнодушным, больно задело бедного Клейна. Я вспоминаю сейчас его улыбку в тот момент. Она определённо была вымученной. Но что бы там ни было, за время, прошедшее с тех пор, я искупил своё легкомыслие.
   Что в облике Бора произвело на меня при первой встрече наибольшее впечатление, так это доброжелательность, которую излучало всё его существо. В нём было что-то отеческое, и это выгодно подчёркивалось присутствием нескольких его сыновей. Сыновья Бора всегда были для меня загадкой. Когда я встретил Бора на следующее утро в институте, вокруг него опять было несколько сыновей. Уже, кажется, других. На следующий день после обеда я был потрясён, увидев около него ещё одного, нового сына. Казалось, он извлекает их из рукава, как фокусник. С течением времени, однако, я научился отличать одного сына от другого и понял, что число их конечно.
   Я не знаю, с каким чувством возвращались афинские паломники после консультации с дельфийским оракулом. История об этом умалчивает. Но думаю, что их чувства были похожи на те, которые овладели мною, когда я прослушал вводный доклад Бора на конференции. Он начал с нескольких общих утверждений, целью которых, несомненно, было вызвать у каждого из присутствующих ощущение, что у него из-под ног внезапно выбили опору (это исключительно повышает остроту восприятия и настраивает на «дополнительный» образ мышления). С лёгкостью добившись этой предварительной цели, он поспешно перешёл к главному предмету своего выступления и потряс нас всех (кроме Паули) ненаблюдаемостью электронного спина. Мы с Гайтлером провели всю вторую половину дня, пытаясь постичь скрытую мудрость по каракулям в наших записных книжках. К вечеру мы почувствовали необходимость подкрепиться и вышли на улицу. Гайтлер, посещавший Копенгаген и до этого, был очень любезен, помогая преодолевать те мелкие затруднения, которые то и дело возникали при повседневном общении с датчанами. Когда я пожелал горячего шоколада и довёл об этом до сведения официанта, сказав ему по-немецки «Шоколад», Гайтлер мгновенно перевёл, произнеся на чистейшем датском языке «Шьоколад!» Таким образом мы избежали недоразумения, и мои познания датского, находившиеся в эмбриональном состоянии, существенно продвинулись вперёд.
   Следующий вечер мы провели в кино вместе с некоторыми другими участниками конференции. Кинотеатры всегда были заведениями, педагогическую ценность которых для молодых физиков-теоретиков трудно переоценить. Так было и в этот раз. Именно там Казимир начал свои известные расчёты магнитного поля электронов, которое действует на ядро. Ему пришлось работать в исключительно трудных условиях. Как только начиналась очередная часть картины, свет выключался, и бедняга Казимир должен был ждать, пока влюблённые преодолевают очередную трудность на пути к соединению, а потом снова принимался за вычисления. Он не терял ни секунды, и вспыхнувший свет каждый раз заставал его склонённым над клочком бумаги, который он лихорадочно покрывал запутанными формулами.
   В отчаянной ситуации он делал всё, что мог, и это было воодушевляющее зрелище.
   Последний день Копенгагенской конференции был для меня высшей точкой. Всё произошло довольно неожиданно. На утренней сессии один из наиболее видных гостей стал развивать свои взгляды на очень острый и спорный вопрос о «пропасти» между системой и наблюдателем, и эти взгляды показались мне ошибочными. Бор, однако, возражал (как мне показалось) очень мягко, и в его несколько смущённой речи слова «очень интересно» повторялись постоянно. Я был этим очень обеспокоен, тем более что элита в первом ряду, казалось, воспринимала это как должное. Поэтому я осмелился изложить свои сомнения непосредственно Бору и начал с осторожного утверждения, что взгляды выступавшего кажутся мне недостаточно обоснованными. «О, – сказал Бор быстро, – всё это абсолютная чепуха!» И я понял, что был введён в заблуждение просто терминологией.
   После этого он привёл меня в небольшую комнату, посреди которой стоял довольно длинный стол. Поставив меня около стола, Бор начал довольно быстрыми шагами описывать вокруг него эллипс с большим эксцентриситетом, причём место, на котором я стоял, было одним из фокусов. На ходу он говорил низким мягким голосом, излагая основы своей философии. Он ходил, склонив голову и нахмурив брови, изредка поглядывая на меня и как бы подчёркивая жестом важные места. Слова и фразы, которые я и раньше читал в его работах, внезапно ожили и наполнились значением. Эта было одно из тех мгновений, которые не часто встречаются в человеческой жизни, открытие целого нового мира блестящих мыслей, настоящее посвящение.
   Общеизвестно, что ни одно из посвящений не проходит без того, чтобы новичка не подвергали какому-либо болезненному испытанию, В негритянских общинах Центральной Африки, например, церемония посвящения заключается в сложной последовательности очень суровых испытаний, включая жестокие пытки. В этом отношении у меня тоже всё было в порядке. Поскольку я напрягал свой слух до предела, стараясь не пропустить ни одного слова учителя, то постепенно оказался вовлечённым в то же орбитальное движение и с тем же периодом, что и Бор. Истинный смысл этой церемонии открылся мне лишь тогда, когда Бор кончил, подчеркнув, что человек не способен понять принцип дополнительности, если его предварительно не довести до полного головокружения. Услышав это, я всё понял, мне оставалось только с признательностью и восхищением поблагодарить его за столь трогательную заботу.
– • • • —
   – Ну вот, мы его и вывели! Не понимаю, зачем он понадобился нашим ракетчикам.

Новая сказка о любопытном Слонёнке

   Нет, это сказка не о том скверном Слонёнке, котором писал Киплинг, Слонёнке, который жил Африке и которого колошматили его дорогие родственники, пока он не научился колошматить их сам. Это сказка о другом, о хорошем Слонёнке, которого никогда не колошматили родственники и который никогда не жил в Африке, что очень странно, потому что он жил почти во всех странах мира. У этого Любопытного Слонёнка с самого рождения был замечательный нос, так что он не нуждался в услугах Старого Крокодила, и со временем он открыл новую – Атомную Эру. И у него тоже было много-много дядек и много-много тёток, и он был полон несносного любопытства и ко всем приставал со своими вопросами.
   Потом Любопытный Слонёнок подрос и стал задавать новые и неслыханные вопросы, которые пугали его родственников. Он спросил своего престарелого дядюшку философа, почему у него такая логика, и престарелый дядюшка философ ответил, что это потому, что он знает, что он ничего не знает.
   А потом – всё из-за того же несносного любопытства – он пересёк Северное море и стал ходить по Англии и расспрашивать всех про Атом. И он спросил волосатого дядьку Джи-Джи[82], почему он делает такие глупые ошибки, а волосатый дядька Джи-Джи ответил, что это всё из-за романтического воображения. И несносный Любопытный Слонёнок направился к дымному городу Манчестеру, где росло много физиков, чтобы найти Старого Крокодила[83] и спросить его про Атом. И он только чуточку-чуточку побаивался Старого Крокодила, потому что он был храбрый Слонёнок. И Старый Крокодил оскалил свои страшные зубы и рассказал ему всё, что он знал про Атом.
   И Любопытный Слонёнок пошёл домой, неся с собой много разных постулатов и принципов, и разбрасывал их по дороге. А за ним шла толпа маленьких зверушек, которые подбирали эти постулаты и принципы и мастерили из них формулы и философские теории. И они воспевали хвалу Слонёнку, что, конечно, было очень скверно с их стороны, и уши дядюшек шевелились от ярости.
   Но Любопытный Слонёнок заставил почти всех дядюшек поверить почти во все его постулаты и принципы и сам стал дядькой, большим, мудрым и мирным, совсем как дикий слон Хати. И он стал курить трубку и разбрасывать вокруг золу, а некоторые из малых зверушек стали подражать ему и тоже стали большими и мудрыми. И Слонёнок построил большой дом, где он мог жить и приглашать в гости больших зверей и маленьких зверушек. И он охотно играл с маленькими зверушками, если у него было хоть немного времени.
   Но заря Атомной Эры наступала слишком быстро, и у Слонёнка было очень много дел: ведь он должен был всем большим зверям объяснить, что им надо делать. А так как некоторые из них начали поступать плохо, Слонёнок стал очень грустным. Но Король подарил ему маленького слона, вырезанного из слоновой кости, чтобы все звери и все его дорогие родственники всё время помнили, какой он добрый и мудрый Слонёнок.
 
   Лягушка, маленькая зверушка.
 
– • • • —
   Бор никогда не критиковал резко докладчиков, вежливость его формулировок была всем известна. Один из физиков после выступления на семинаре был ужасно расстроен. Приятель спросил его о причине. «Беда, – ответил тот, – профессор Бор сказал, что „это очень интересно“». Любимым предисловием Бора ко всякому замечанию было «I don't mean to critisize», т. е. «я не собираюсь критиковать…» Даже прочтя никуда не годную работу, он восклицал: «Я не собираюсь критиковать, я просто не могу понять, как может человек написать такую чепуху
• • •
   Однажды во время своего обучения в Гёттингене Нильс Бор плохо подготовился к коллоквиуму, и его выступление оказалось слабым. Бор, однако, не пал духом и в заключение с улыбкой сказал:
   – Я выслушал здесь столько плохих выступлений, что прошу рассматривать моё нынешнее как месть.
• • •
   Эйнштейн был в гостях у своих знакомых. Начался дождь. Когда Эйнштейн собрался уходить, ему стали предлагать взять шляпу.
   – Зачем? – сказал Эйнштейн. – Я знал, что будет дождь, и именно поэтому не надел шляпу. Ведь она сохнет дольше, чем мои волосы. Это же очевидно.

Атом, который построил Бор

 
Вот атом, который построил Бор.
Это – протон.
Который в центр помещён
Атома,
который построил Бор.
А вот электрон.
Который стремглав облетает протон.
Который в центр помещён
Атома,
который построил Бор.
Вот мю-мезон.
Который распался на электрон,
Который стремглав облетает протон,
Который в центр помещён
Атома,
который построил Бор.
А вот пи-мезон,
Который, распавшись, дал мю-мезон.
Который распался на электрон,
Который стремглав облетает протон,
Который в центр помещён
Атома,
который построил Бор.
Вот быстрый протон,
Который в ударе родил пи-мезон,
Который, распавшись, дал мю-мезон,
Который распался на электрон,
Который стремглав облетает протон,
Который в центр помещён
Атома,
который построил Бор.
А вот беватрон.
В котором ускорился тот протон,
Который в ударе родил пи-мезон,
Который, распавшись, дал мю-мезон,
Который распался на электрон,
Который стремглав облетает протон,
Который в центр помещён
Атома,
который построил Бор.
А вот дополнительность.
Это закон,
Который Бором провозглашён.
Закон всех народов,
Закон всех времён,
Успешно описывающий с двух сторон
Не только протон
И электрон,
Но также нейтрон,
Фотон,
Позитрон,
Фонон,
Магнон,
Экситон,
Полярон,
Бетатрон,
Синхротрон,
Фазотрон,
Циклотрон,
Циклон,
Цейлон,
Нейлон,
Перлон,
Одеколон,
Декамерон
И, несомненно, каждый нейрон
Мозга, которым изобретён
Тот замечательный беватрон,
В котором ускорился тот протон,
Который в ударе родил пи-мезон,
Который, распавшись, дал мю-мезон,
Который распался на электрон,
Который стремглав облетает протон,
Который в центр помещён
Атома,
который также построил
Нильс Бор![84]
 
– • • • —
   – Ну, кажется, мы на пороге великого открытия.
• • •
   Бор с женой и молодым голландским физиком Казимиром возвращались поздним вечером из гостей. Казимир был завзятым альпинистом и с увлечением рассказывал о скалолазании, а затем предложил продемонстрировать своё мастерство, избрав для этого стену дома, мимо которого вся компания в тот момент проходила. Когда он, цепляясь за выступы стены, поднялся уже выше второго этажа, за ним, раззадорившись, двинулся и Бор. Маргарита Бор с тревогой наблюдала за ними с низу. В это время послышались свистки и к дому подбежало несколько полицейских. Здание оказалось отделением банка.
• • •
   Посетив Гёттинген, Бор пригласил двадцатипятилетнего Гейзенберга на работу в Копенгаген. На следующий день во время обеда в честь Бора к нему подошли два полицейских и, предъявив обвинение «в похищении несовершеннолетних», арестовали его. Это были переодетые студенты университета.

Ключ к системе ключей

(Длинное письмо в редакцию)
 
   Paнеё было высказано мнение, что система дверных ключей в нашем институте сложнее, чем теория поля. Это явное извращение фактов, и чтобы его опровергнуть, в настоящем сообщении мы излагаем упрощённую теоретическую схему, на основе которой создавалась эта система.
   Начнём с определений.
   Ключ состоит из стержня, на котором укреплены штифты.
   Замок состоит из щели с отверстиями, расположенными соответственно позициям штифтов на стержне ключа. Кроме того, в замке имеется система рычажков, находящихся позади отверстий (см. рисунок).
   Введём теперь следующие три аксиомы:
   1. Штифты поворачивают рычажки; для того чтобы замок открылся, все рычажки в замке должны быть повёрнуты.
   2. Если в данной позиции нет штифта, отверстия или рычажка, мы будем говорить в дальнейшем о наличии в данной позиции антиштифта, антиотверстия или антирычажка соответственно.
   3. Ни в одном замке нет рычажков за антиотверстиями, ибо такой замок нельзя было бы открыть.
   Пусть штифты, отверстия и рычажки описываются значением 1 переменных ai, bi и ci соответственно. Индекс i – номер позиции. Антиштифты, антиотверстия и антирычажки соответствуют значению 0 тех же переменных. Определим теперь матричное умножение следующим способом:
   где символическое произведение abc = a, если одновременно c ≤ b и а ≥ с, в противном случае abc = 1 – a. Отсюда следует, что если (a1, a2…ak) есть собственный вектор оператора
   то ключ может отпереть замок.
   Используя этот формализм, легко найти полное число ключей, которые открывают данный замок (b/c). Оно равно
   а число замков, которые могут быть открыты данным ключом (а), равно
   При получении этих выражений учитывался тот факт, что замок (0/0) есть тривиальный антизамок. В уравнениях (2) и (3) k есть сумма коэффициентов Клебша-Гордана, равная единице.
   Развитый выше формализм позволил решить следующую задачу. Пусть некто хочет пройти из некоторой комнаты A через несколько дверей в произвольную комнату B. Число ключей, необходимое для этого, максимизировалось при произвольном выборе комнат A и B. (Проблема минимизации не решалась, поскольку её решение тривиально – одинаковые замки.) Затем сотрудники института были разбиты на ряд подгрупп, и система ключей строилась таким образом, чтобы одновременно выполнялись два условия:
   1) ни одна подгруппа не в состоянии открыть все те замки, которые могут быть открыты любой другой подгруппой;
   2) трансформационные свойства групп соответствуют возможности одалживания ключей.
   Создатели системы ключей надеялись, что она является единственно возможной и полной, и до известной степени это справедливо. Однако оказалось, что ключи, которые не должны были бы открывать некоторые двери, открывают их, если их вставлять в замок не до конца. Например, ключ (11111) может открыть замок (10000/11111) в = 5 различных положениях. Число n было названо странностью системы ключ – замок. Экспериментальными исследованиями было найдено, что наша система ключей является весьма странной. Однако этот недостаток можно исправить, если потребовать для последней позиции соблюдения равенств ak = bk = ck = 1. Будем надеяться, что при ближайшем пересмотре системы ключей в неё будет внесено это исправление.
   На отмычки настоящее исследование не распространяется.
   Автор выражает благодарность сотрудникам, работающим в разных группах, за горячее обсуждение затронутых проблем.