Сергей Капица. Физика и физики 20 века

Вольфганг Паули - ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. Принцип Паули, связанный с неразличимостью элементарных частиц

(1900‑1958)

Вольфганг Эрнст Паули родился в семье профессора Венского университета. Учился он в Мюнхене. Как и многие выдающиеся теоретики его поколения, Паули был учеником Зоммерфельда. Одна из первых проблем, к которой молодой Паули приложил свои силы, был вопрос об аномальном эффекте Зеемана. О своей увлеченности этой задачей Паули писал: «Когда в Мюнхене друзья спрашивают меня: «Почему Вы так несчастливо выглядите», я всегда отвечал: «Разве может быть счастливым тот, кто размышляет об аномальном Зееман‑эффекте?»

Эта задача не была тогда решена Паули, но установленный им впоследствии (1924 г.) принцип, так называемый принцип Паули в квантовой механике, в конечном счете, привел при создании современной теории атома к полному решению и этого вопроса. После Мюнхена Паули работал в Геттингене и Гамбурге; год он провел у Бора в Копенгагене. С 1928 г. Паули стал профессором теоретической физики в Федеральном политехникуме в Цюрихе. Пять лет второй мировой войны Паули провел в США, работая в Институте перспективных исследований в Принстоне. Затем снова вернулся в Цюрих, где активно работал до последних дней жизни.

Работы Паули посвящены основным проблемам современной теоретической физики. Отмеченный Нобелевской премией 1945 г. принцип Паули, связанный с неразличимостью элементарных частиц, ныне воспринимается как один пз основных законов природы. Известное замечание Паули о сохранении энергии при |3‑распаде привело к открытию нейтрино.

Существенное значение имеют его исследования о пространственной временной и зарядовой инвариантности взаимодействий. Большов влияние на развитие физики оказали пе только работы Паули, но и сама его личность, для которой была характерна необычайная сила ума и ясность мысли. Паули не был хорошим лектором, однако он был блестящим полемистом. Многие его идеи были высказаны в виде замечаний, иногда ядовитых по форме, в ходе острых дискуссий и в обширной переписке.

Мы приводим предисловие к изданию 1956 года первой книги Паули «Теория относительности».

ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Предисловие

Тридцать пять лет тому назад, в относительно раннем возрасте – 21 года,– мною был написан этот обзор по теории относительности для энциклопедии математических наук. Статья впервые была опубликована в виде отдельной монографии вместе с предисловием А. Зоммерфельда, который, как редактор этого тома энциклопедии, нес ответственность за мое авторство. Цель статьи заключалась в полном обзоре всей литературы по теории относительности, существовавшей к тому времени (1921). С тех пор написание учебников, обзоров и статей по теорип относительности разрослось в поток, который вновь усилился в связи с 50‑летней годовщиной первых работ Эйнштейна по теории относительности, в том самом 1955 г., когда все физики скорбили о его смерти.

В таком положении при новом издании книги следовало отказаться от всякой мысли о полноте обзора всей существующей теперь литературы. Поэтому для сохранения характера кнпги как исторического документа я решил просто перепечатать старый текст в его первоначальном виде, добавив только некоторое число примечаний в конце книги, относящихся к определенным местам изложения. Эти примечания должны дать читателю выборочные сведения о более поздних достижениях теории относительности, а также представить мои личные взгляды по некоторым спорным вопросам.

Особенно в последнем примечании, посвященном единой теории поля, я не мог скрыть от читателя свое скептическое отношение ко всем такого рода попыткам, которые предпринимались до сих пор, а также к надеждам на будущий успех теории такого рода. Эти вопросы тесно связаны с проблемой области применимости понятий классической теории поля в приложении к чертам атомного строения природы. Та критическая точка зрения, которую я осмелился развить в последнем параграфе первоначального текста, в отношении любых решений, следующих по этому классическому пути, с тех пор была существенно углублена в теоретико‑познавательном анализе квантовой, или волновой, механики, сформулированной в 1927 г. С другой стороны, Эйнштейна до конца его жизни поддерживала надежда на полное решение, которое можно будет получить на пути классической полевой теории. Эта разница в точках зрения смыкается в великой нерешенной задаче о связи теории относительности и квантовой теории, которая несомненно будет еще долгое время занимать физиков. Следует в особенности еще отметить, что ясной связи между общей теорией относительности и квантовой механикой также не видно.

Именно потому, что в последнем примечании я подчеркнул различие во взглядах на проблемы, которые выходят за первоначальные рамки специальной и общей теорип относительности и которых, с одной стороны, придерживался сам Эйнштейн, а с другой – большинство физиков, включая меня самого, я хотел бы заключить это предисловие некоторыми смягчающими замечаниями о месте теории относительности в развитии физики. .

Существует точка зрения, согласно которой теория относительности есть как бы конечный пункт классической физики, под которой мы понимаем физику Ньютона – Фарадея – Максвелла, подчиненную детерминистической причинности во времени и пространстве, тогда как затем пришли новые квантовомеханические законы природы. Эта точка зрения кажется мне верной лишь частично, и она не отдает должное большому влиянию Эйнштейна, творца теории относительности, на современный образ мышления физиков. В эпистемологическом анализе последствий конечности скорости света (а вместе с ней и скоростей всех сигналов) специальная теория относительности была первым шагом от наивной наглядности. Так, пришлось отказаться от понятия состояния движения «светоносного эфира», как ранее называлась эта гипотетическая среда, не только потому, что это движение не наблюдаемо, но и потому, что оно стало лишним в математическом формализме, только нарушающим теоретико‑групповые свойства преобразований.

Путем расширения группы преобразований в общей теории относительности Эйнштейн мог избавиться от предпочтительных инерциальных систем координат, как несовместимых с теоретико‑групповыми свойствами теории. Без этого общего критического подхода, при котором отказывались от наивной наглядности в пользу анализа понятий и соответствия между наблюдаемыми данными и математическими величинами теоретического формализма, была бы невозможна современная форма квантовой теории. Припцип дополнительности в квантовой теории в теоре‑тико‑познавательном анализе соответствия кванта действия привел к

дальнейшим: шагам в сторону от наивной наглядности наших представлений. В этом случае следовало отказаться как от понятия классической теории поля, так и от понятия о траекториях частиц (электронов) во времени и пространстве в пользу рациональных обобщений. И опять, от этих понятий отказались не только потому, что орбиты не наблюдаемы, но и потому, что они стали лишними и их включение только нарушило бы собственную симметрию общих групп преобразований, лежащих в основе математического формализма теории.

В теории относительности я вижу пример того, как фундаментальное научное открытие, иногда даже вопреки сопротивлению ее создателя, дает начало дальнейшему плодотворному развитию, следующему уже своим независимым путем.