В своей диссертации де Бройль развивает идею, согласно которой элементарные частицы вроде электронов могут представлять собой волны – подобно волнам на море или электромагнитным волнам. С помощью довольно туманных теоретических аналогий де Бройль продвигает мысль о том, что электрон можно представить в виде крохотной бегущей волны.
Какая может быть связь между размазанной в пространстве волной и частицей, которая, двигаясь по определенной траектории, все время остается компактной? Представьте себе лазерный луч: он выглядит как четкая траектория и при этом состоит из света, который представляет собой волну – колебания электромагнитного поля. На самом деле на большом расстоянии лазерный луч расходится: очерчиваемая траекторией луча линия – это всего лишь приблизительное описание, при котором мы пренебрегаем расходимостью.
Мысль, что траектория элементарной частицы тоже может быть приблизительным описанием поведения лежащей в основе частицы волны, захватывает Шредингера14. Когда он рассказывал об этом на семинаре в Цюрихе, кто-то из студентов спросил, а нет ли какого-нибудь уравнения для этих волн. Оказавшись в горах с юной венской подругой и заткнув уши жемчужинами, Шредингер в перерывах между порывами страсти ловко обратил вывод траектории луча света из волнового уравнения15 и таким хитроумным способом пришел к уравнению для волны, соответствующей электрону в атоме. Он решил это уравнение и… получил точные значения боровских энергий16. Обалдеть!
Позже, узнав про теорию Гейзенберга, Борна и Йордана, Шредингер показал, что с математической точки зрения обе теории по сути эквивалентны – они дают одинаковые значения физических величин17.
Идея волнового представления оказалась настолько простой, что отодвинула на второй план геттингенскую группу и их шаманские умозрительные рассуждения о наблюдаемых величинах. Это как колумбово яйцо – Гейзенберг, Борн, Йордан и Дирак построили сложную непонятную теорию только лишь потому, что пошли по извилистому и окружному пути. На самом деле все гораздо проще – электрон всего-навсего волна. «Наблюдения» тут ни при чем.
Шредингер также был продуктом полной жизни среды венских философов и интеллектуалов начала века: друг философа Ганса Райхенбаха, увлекался восточной философией, в частности индуистской ведантой, и (подобно Эйнштейну) страстный поклонник философии Шопенгауэра, в которой мир рассматривается как «представление». И конечно же, поскольку Шредингер был свободен от оков конформизма и ему вообще было все равно, «что подумают другие», то мысль заменить материальный мир волновым совершенно его не пугала.
Для обозначения своих волн Шредингер выбрал букву «пси» (ψ). Величину ψ часто называют «волновой функцией»18. Блестящие расчеты Шредингера показывают, что микроскопический мир состоит не из частиц, а из волн ψ. Вокруг атомных ядер обращаются не материальные точки, а непрерывные колебания шредингерских волн, подобных волнам в небольшом озере, постоянно продуваемом ветром.
Эта «волновая механика» выглядит гораздо убедительнее геттингенской «матричной» при том, что дает такие же предсказания. Шредингерские расчеты проще расчетов Паули. Физики первой половины ХХ века были хорошо знакомы с волновыми уравнениями и при этом не умели обращаться с матрицами. Как вспоминал один из физиков того времени, «шредингерская теория стала облегчением: больше не надо было изучать странные математические матричные операции»19.
И главное – шредингерские волны было проще представить и изобразить. Они дают ясное представление о том, что собой представляет «траектория электрона», от которой хотел избавиться Гейзенберг: электрон – это просто способная распространяться волна.
Казалось, Шредингер победил на всех фронтах.
Но это оказалось иллюзией.
Гейзенберг сразу же понял, что концептуальная ясность Шредингерских волн – это одна лишь видимость. Волна рано или поздно рассеивается в пространстве, в отличие от электрона, который прибывает куда бы то ни было только целиком и в определенную точку. Согласно уравнению Шредингера, для электрона, выброшенного из атомного ядра, волна ψ оказывается равномерно распределенной по всему пространству. Но когда электрон обнаруживают, например, с помощью счетчика Гейгера или на экране телевизора, он оказывается в одном конкретном месте, а не размазанным по пространству.
Волновая механика Шредингера вскоре стала предметом все более ожесточенных споров. Чувствуя, что важность его открытия подвергается сомнению, Гейзенберг язвительно заметил: «Чем больше я думаю о физической стороне теории Шредингера, тем большее отторжение она у меня вызывает. Он пишет, что визуализация его теории “вероятно, не совсем правильна”. Иными словами, это просто чепуха»20. Шредингер в ответ иронизирует: «Я не могу себе представить, что электрон скачет как блоха»21.