Юджин Вигнер

Письмо, изменившее ход истории, подписали трое. Альберт Эйнштейн, Лео Силард и Юджин Вигнер — физик, который не считал себя политиком, но 2 августа 1939 года оказался в нужной комнате. Разговор шёл о том, что нацистская Германия может получить атомную бомбу раньше союзников. Через несколько недель президент Франклин Рузвельт дал ход Манхэттенскому проекту.

К тому времени Вигнер уже был известен в научном мире не как организатор, а как человек, который умел видеть в симметрии физический закон. Венгерский математик и физик, он родился в Будапеште в 1902 году и умер в Принстоне в 1995-м, успев получить Нобелевскую премию и репутацию одного из создателей математического аппарата квантовой механики.

Симметрия как инструмент

В конце 1920-х Вигнер работал в Гёттингене ассистентом Давида Гильберта. Математические способности престарелого Гильберта к тому времени снизились, и работа разочаровала молодого физика. Зато он самостоятельно углубился в теорию групп Фердинанда Фробениуса и Эдуарда Риттера фон Вебера. В 1927 году он ввёл то, что сейчас называют D-матрицей Вигнера, а в 1931-м доказал теорему, которая до сих пор остаётся краеугольным камнем математической формулировки квантовой механики. Теорема описывает, как физические симметрии — повороты, трансляции, CPT-симметрия — представляются в гильбертовом пространстве состояний: любое преобразование симметрии является либо линейным и унитарным, либо антилинейным и антиунитарным.

Вместе с Германом Вейлем Вигнер ввёл теорию групп в повседневный обиход физиков. Монография Вейля «Теория групп и квантовая механика» 1928 года оказалась трудной для молодых физиков; книга Вигнера «Теория групп и её приложения к квантовой механике атомных спектров» 1931 года сделала метод доступным более широкой аудитории.

Из Будапешта в Принстон

Вигнер родился в еврейской семье среднего класса. Отец, Антал Вигнер, управлял кожевенно-дубильным цехом; мать, Эржебет, была домохозяйкой. До девяти лет мальчик учился дома, а в 1915 году поступил в гимназию Fasori Evangélikus Gimnázium, которую ранее посещал его отец. Там же учился Янош фон Нейман, годом младше и в другом классе. Оба многое почерпнули из уроков математика Ласло Ратца.

В 1919 году, спасаясь от режима Белы Куна, семья ненадолго бежала в Австрию. После возвращения Вигнеры перешли в лютеранство; сам Вигнер позже объяснял, что решение было «в глубине души не религиозным, а антикоммунистическим», и называл себя атеистом. В 1921 году он поступил в Высшую техническую школу Берлина, где изучал химическую технологию и посещал коллоквиумы Немецкого физического общества, где выступали Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Вольфганг Паули и другие ведущие исследователи. Там же он познакомился с Лео Силардом, который стал его близким другом.

В 1925 году Вигнер получил докторскую степень, защитив диссертацию «Формирование и распад молекул» под руководством Майкла Поланьи. Некоторое время он работал на кожевенном заводе отца в Будапеште, но в 1926 году принял предложение Карла Вайссенберга из Института кайзера Вильгельма в Берлине. Поланьи порекомендовал его для работы над рентгеновской кристаллографией. После шести месяцев у Вайссенберга Вигнер на два семестра перешёл к Ричарду Беккеру.

В 1930 году Принстонский университет нанял Вигнера на годичный курс лекций с заработком в семь раз больше европейского. Одновременно туда был принят фон Нейман. В Принстоне Вигнер и фон Нейман работали совместно: три статьи в 1928 году и две в 1929-м. Тогда же они сменили имена на английский манер — Енё Пал стал Юджином, Янош — Джоном. Когда контракт истёк, университет предложил им пятилетнее соглашение: полгода в Принстоне, полгода в Высшей технической школе. Это оказалось своевременно — в Германии к власти пришли нацисты. В 1937 году Вигнер получил американское гражданство и перевёз в США родителей.

Реактор, которого ещё не было

В Металлургической лаборатории Чикагского университета с 1942 по 1945 год Вигнер руководил группой, которая проектировала промышленные ядерные реакторы для превращения урана в оружейный плутоний. Реакторы тогда существовали только на бумаге, ни одна цепная реакция ещё не была осуществлена. В июле 1942 года Вигнер выбрал консервативную конструкцию мощностью 100 МВт с графитовым замедлителем и водяным охлаждением. В первом атомном реакторе «Чикагская поленница-1» произошла контролируемая цепная реакция.

Вигнер был разочарован тем, что компания DuPont отвечала не только за строительство, но и за детальное проектирование. В феврале 1943 года он пригрозил уйти в отставку, но начальник лаборатории Артур Комптон отговорил его, отправив в отпуск. Впоследствии решение DuPont оборудовать реактор дополнительными загрузочными трубами спасло проект, когда возникла проблема нейтронного отравления: без этих труб реактор работал бы только на 35% мощности, пока не сгорели бы примеси бора в графите, что отбросило бы проект на год назад. В 1950-х Вигнер работал на DuPont на участке Саванна-Ривер.

Во время работы над проектом он сделал важное открытие — эффект Вигнера, распухание графитового замедлителя из-за смещения атомов под действием нейтронного излучения. Это стало серьёзной проблемой для реакторов Хэнфордского комплекса в послевоенные годы и привело к сокращению производства и остановке реактора. Позже выяснилось, что эффект можно нивелировать контролируемым нагревом и отжигом. Вместе с Леонардом Эйзенбудом Вигнер разработал общий подход к ядерным реакциям — теорию R-матрицы Вигнера — Эйзенбуда, опубликованную в 1947 году.

В марте 1945 года Лео Сцилард составил от имени физиков меморандум против немедленного применения атомной бомбы. Вигнер его подписал. При этом он не чувствовал вины за участие в проекте и иногда сожалел, что бомба не была создана на год раньше.

Ок-Ридж и возвращение в Принстон

В начале 1946 года Вигнер занял должность директора лаборатории Клинтона в Ок-Ридже, но, не желая заниматься административной работой, стал содиректором, а Джеймс Лам взял на себя исполнительные обязанности. Когда в начале 1947 года Комиссия по атомной энергии стала отвечать за лабораторию, Вигнер опасался, что технические решения будут приниматься в Вашингтоне. Политику безопасности военного времени он называл «назойливой оплошностью», мешающей исследованиям. В марте 1947 года произошёл инцидент: КАЭ обнаружила, что учёные Вигнера проводят эксперименты с критической массой урана-235, хотя генерал-майор Лесли Гроувс запретил подобные опыты после смерти Луи Слотина в Лос-Аламосе. Вигнер предлагал отменить приказ, но был вынужден прекратить эксперименты, хотя они полностью отличались от того, что привёл к гибели Слотина.

Почувствовав, что управленческая роль ему не подходит, он покинул Ок-Ридж в 1947 году и вернулся в Принстон, хотя много лет оставался консультантом лаборатории. В послевоенный период он работал в Национальном бюро стандартов с 1947 по 1951 год, в комиссии по математике Национального исследовательского совета с 1951 по 1954 год, в комиссии по физике Национального научного фонда и в Генеральном консультативном комитете Комиссии по атомной энергии с 1952 по 1957 год и повторно с 1959 по 1964 год. Он также внёс вклад в гражданскую оборону: в ноябре 1963 года призывал выделить 10% бюджета национальной обороны на убежища от ядерных взрывов, утверждая, что такие расходы дешевле разоружения.

Сознание, математика и премия

Ближе к концу жизни интерес Вигнера сместился к философии. В 1960 году он опубликовал статью «Непостижимая эффективность математики в естественных науках», ставшую самой известной его работой за пределами технической физики. Вигнер утверждал, что совпадение математики и физики кажется «неразумным» и трудно объяснимым. Статья вызвала отклики в разных дисциплинах — среди них работы Ричарда Хэмминга по информатике, Артура Леска по молекулярной биологии, Макса Тегмарка по физике.

Обращаясь к философским вопросам квантовой механики, Вигнер разработал мысленный эксперимент, позже названный парадоксом друга Вигнера. Он иллюстрировал веру учёного в то, что сознание лежит в основе процесса квантово-механических измерений. Хью Эверетт III, ученик Вигнера, описал этот эксперимент во вступлении к своей диссертации 1957 года как «забавную, но крайне гипотетическую драму».

В 1963 году Вигнер получил Нобелевскую премию по физике «за вклад в теорию атомного ядра и элементарных частиц, в частности, за открытие и применение фундаментальных принципов симметрии». Денежная премия была разделена: половину получил Вигнер, другую половину разделили между Марией Гепперт-Майер и Дж. Хансом Д. Йенсеном. Вигнер заявил, что никогда не рассматривал такую возможность, и добавил: «Я никогда не ожидал, что моё имя попадёт в газеты, не совершив чего-нибудь злого».

Среди других наград — медаль Франклина (1950), премия Энрико Ферми (1958), премия «Атом во имя мира» (1959), медаль Макса Планка (1961), Национальная научная медаль США (1969), премия Альберта Эйнштейна (1972). В 1968 году он был удостоен Гиббсовской лекции.

Его жена Мэри умерла в ноябре 1977 года. В 1979 году Вигнер женился в третий раз — на Эйлин Клэр-Паттон Гамильтон, вдове физика Дональда Росса Гамильтона. В возрасте 90 лет он опубликовал мемуары «Воспоминания Юджина П. Вигнера с Эндрю Сэнтоном». В них он писал: «Полный смысл жизни, коллективный смысл всех человеческих желаний — это, по сути, тайна, недоступная нашему пониманию. В молодости меня раздражало такое положение дел. Но к настоящему времени я смирился с этим». Вигнер умер от пневмонии в Университетском медицинском центре в Принстоне 1 января 1995 года. У него остались жена Эйлин, дети Эрика, Дэвид и Марта, а также сёстры Берта и Маргит.

Вопросы

Правда ли, что Вигнер участвовал в создании атомной бомбы?

Да, он работал в Манхэттенском проекте с 1942 по 1945 год в Металлургической лаборатории Чикагского университета, где руководил группой по проектированию реакторов для производства плутония. Он также подписал письмо Эйнштейна — Силарда Рузвельту в 1939 году и меморандум Сциларда против немедленного применения бомбы в 1945-м.

За что Вигнер получил Нобелевскую премию?

В 1963 году — «за вклад в теорию атомного ядра и элементарных частиц, в частности, за открытие и применение фундаментальных принципов симметрии». Половина денежной премии досталась ему, другая половина была разделена между Марией Гепперт-Майер и Дж. Хансом Д. Йенсеном.

Что такое парадокс друга Вигнера?

Это мысленный эксперимент, который Вигнер разработал, чтобы показать роль сознания в квантово-механических измерениях. Он иллюстрировал идею, что сознание наблюдателя может влиять на коллапс волновой функции.