Нобелови лауреати – 1954 година

Макс Борн (Max Born)

11 декември 1882 г. – 5 януари 1970 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Валтер Боте)

(За фундаменталните му изследвания по квантова механика, особено за неговата статистическа интерпретация на вълновата функция.)

Германският физик Макс Борн е роден в Бреслау (днес Вроцлав, Полша) и е най-голямото от двете деца на Густав Борн, професор по анатомия в Бреслауския университет, и Маргарете (Кауфман) Борн, талантлива пианистка, по произход от известно семейство на силезийски индустриалци. Макс е на четири години, когато умира майка му, а четири години по-късно баща му се жени за Берта Лихтейнщайн, която му ражда син. Тъй като семейството му е свързано с водещи интелектуални и артистични кръгове в Бреслау, Борн расте в атмосфера, благоприятна за неговото развитие. Начално образование получава в гимназията „Кайзер Вилхелм“ в Бреслау.

Макар че иска да стане инженер, баща му го съветва да слуша различни лекционни курсове в Бреслауския университет, където Борн постъпва през 1901 г., скоро след неговата смърт. В университета Борн учи много предмети, но скоро е увлечен от математиката и физиката. Два летни семестъра прекарва в университетите в Хайделберг и Цюрих. През 1904 г. постъпва в Гьотингенсикя университет, където се занимава под ръководството на известни математици – Давид Хилберт и Феликс Клайн, а също така Херман Минковски. Хилберт, като оценява интелектуалните способности на Борн, го прави през 1905 г. свой асистент. Освен това Борн учи в Гьотинген астрономия. По времето, когато получава своята докторска степен (1907 г.) за дисертация, свързана с теорията за устойчивостта на еластичните тела, интересите му се пренасочват към електродинамиката и теорията за относителността.

След завършването на университета Борн е призован за една година военна служба в кавалерийски полк в Берлин, но скоро, след няколко месеца, е демобилизиран заради астмата си. Този кратък казармен опит укрепва ненавистта му към войната и милитаризма, която запазва за цял живот.

Следващите шест месеца Борн работи в Кеймбриджкия университет, където посещава лекциите на Дж. Дж. Томсън. След като се връща в Бреслау, той започва да прави експериментални изследвания, а след това пристъпва към теоретична работа върху теорията за относителността, развита от Алберт Айнщайн през 1905 г. Като обединява идеите на Айнщайн с математическия подход на Минковски, Борн открива нов опростен метод за изчисляване на масата на електрона. Оценявайки работата му, Минковски кани Борн да се върне в Гьотинген и да стане негов асистент. Но Борн работи с него само няколко седмици заради внезапната кончина на Минковски в началото на 1909 г.

Като завършва през същата година теоретичното си проучване на теорията за относителността, Борн става лектор в Гьотинген. Там той изследва свойствата на кристалите в зависимост от разположението на атомите. Заедно с Теодор фон Карман Борн разработва точна теория за зависимостта на специфичния топлинен капацитет от температурата – теория, която и до ден днешен лежи в основата на изучаването на кристалите. Кристалната структура остава главна изследователска област на Борн до средата на 20-те години.

През 1915 г. Борн става асистент-професор по теоретична физика на Макс Планк в Берлинския университет. По време на Първата световна война, въпреки ненавистта си към войната, Борн прави изследвания по звукометрия и дава оценка за новите изобретения в областта на артилерията. Именно през военните години започва дружбата му с Айнщайн. Освен физиката, двамата ги свързва любовта им към музиката и те с удоволствие изпълняват заедно сонати – Айнщайн на цигулка, а Борн на фортепиано.

След войната Борн продължава своите изследвания, свързани с теорията за кристалите, като работи заедно с Фриц Хабер за установяване на връзката между физическите свойства на кристалите и химическата енергия на съставящия ги компонент. В резултат от усилията на двамата учени е създадена аналитична техника, известна под името цикъл на Борн-Хабер.

Когато Макс фон Лауе пожелава да работи с Планк, Борн се съгласява да се сменят временно на постовете си и отива през 1919 г. във Франкфуртския университет, за да заеме мястото професор по физика и директор на Института по теоретична физика. Като се връща след две години в Гьотинген, той става директор на университетския Физически институт, като поставя условие неговият стар приятел и колега Джеймс Франк да бъде назначен в института като ръководител на експерименталните дейности. Под ръководството на Борн Физическият институт става водещ център по теоретична физика и математика.

Отначало Борн продължава в Гьотинген своите изследвания, свързани с теорията за кристалите, но скоро започва да разработва математическите основи на квантовата теория. Макар че изследванията му за кристалите са крайно важни и помагат да се положат основите на съвременната физика на твърдото тяло, именно приносът на Борн за квантовата теория му донася Нобелова награда.

Квантовата теория, която се занимава с поведението на атомите и със субатомните системи, се свежда до предположението, изказано от Макс Планк през 1900 г., че енергията на колебаещите се системи, взаимодействащи с излъчването, може да приема само дискретни значения. Обобщавайки тази идея, Айнщайн описва светлината като поток от частици, които нарича кванти. По-късно Нилс Бор използва квантовата теория, за да обясни строежа на атома и спектрите на някои елементи. Към 20-те години повечето физици са убедени, че всяка енергия се квантува, но първоначалната квантова теория оставя нерешени множество въпроси. Борн иска да създаде обща теория, която да обхваща всички квантови ефекти.

През 1925 г. асистентът на Борн Вернер Хайзенберг прави важна крачка за решаването на тази задача, като предполага, че в основата на всички атомни явления лежат определени математически принципи. Макар че Хайзенберг не може да се справи с математическите основи на откритите от него съотношения, Борн разбира, че той използва матрични операции (математически преобразувания, извършвани по определени правила с таблици от числа или променливи). Заедно с един от своите студенти, Паскуал Йордан, Борн формулира подхода на Хайзенберг и публикува резултатите в статия, озаглавена „За квантовата механика“ („Zur Quantenmechanik“). Терминът квантова механика, въведен от Борн, трябва да назове новата квантова теория, развита в края на 20-те години. През зимата на 1925/1926 г. Борн е поканен за лектор в Масачузетския технологичен институт.

През 1926 г. Ервин Шрьодингер решава да развие вълновата механика, съдържаща формулировки, алтернативни на квантовата механика, която на свой ред, както той доказва, е еквивалентна на формулировките на матричната механика. Връщайки се към някои методи на класическата физика, вълновата механика разглежда субатомните частици като вълни, описвани от вълнова функция. Използвайки принципите на вълновата механика и на матричната механика в теорията за атомното разсейване (отклонението на една частица под въздействието на друга при сблъсък или при преминаването ѝ на близко разстояние), Борн прави извода, че квадратът на вълновата функция, изчислен в някоя точка на пространството, изразява вероятността, че съответната частица се намира именно на това място. Ето защо, твърди той, квантовата механика дава само вероятностно описание на положението на частиците. Описанието на Борн за разсейването на частиците, което става известно като апроксимация на Борн, се оказва крайно важно за изчисленията във физиката на високите енергии. Скоро след публикуването на апроксимацията на Борн Хайзенберг обнародва своя знаменит принцип за неопределеността, който казва, че не е възможно да се определи едновременно точното положение на частицата и нейният импулс. В случая отново е възможно само статистическо предсказание.

Статистическата интерпретация на квантовата механика се развива по-нататък от Борн, Хайзенберг и Бор; тъй като Бор, който живее в Копенхаген, извършва по-голямата работа около интерпретацията, тя става известна като копенхагенска интерпретация. Макар че редица основатели на квантовата теория, сред които Планк, Айнщайн и Шрьодингер, не са съгласни с този подход, защото отхвърля причинността, повечето физици приемат копенхагенската интерпретация като най-плодотворна. Борн и Айнщайн водят деликатен епистоларен спор по този въпрос, макар че фундаменталните научни различия никога не помрачават тяхната дружба. Известността на Борн като реформатор на квантовата механика, която ляга в основата на новите представи за строежа на атома и на по-нататъшното развитие на физиката и химията, привлича много млади надарени физици при него в Гьотинген.

След участието на Борн във физическата конференция в Ленинград през 1928 г. здравето му се влошава, напомнят за себе си физическите натоварвания, и той е принуден да прекара една година в санаториум. Там не губи напразно времето си и написва учебник по оптика, забранен по-късно от нацистите, но използван широко в англоезичните страни. Това е един от няколкото учебника и популярни произведения, написани от Борн по различни общи физически проблеми; той публикува голям брой и специализирани съчинения.

Борн става през 1932 г. декан на научния факултет в Гьотинген, но след като нацистите идват на власт и са обнародвани антисемитските граждански закони, е изгонен от поста си. Като напуска Германия и се прехвърля във Великобритания, той е през следващите три години лектор в Кеймбридж. Прекарвайки шест месеца в Индийския физически институт в Бангалор, където работи с индийския физик Венката Раман, Борн заема през 1936 г. поста професор по натурфилософия в Единбургския университет. Там преподава и експериментира до оставката си през 1953 г., когато получава титлата почетен професор в оставка на Единбург.

Борн се жени през 1913 г. за Хедвиг Еренберг, дъщеря на гьотингенски професор по право. Семейството има син, който оглавява по-късно фармакологичния факултет в Кеймбридж, и две дъщери.

Скоро след оставката си Борн и съпругата му се заселват в Бад Пирмонт, малко градче близо до Гьотинген, пенсионните им права и конфискуваната им собственост са възстановени от следвоенното правителство. Там Борн продължава научната си работа, готви нови издания на своите публикации, пише и изнася лекции за социалната отговорност на учените, особено във връзка с използването на ядреното оръжие. През 1955 г. той е един от шестнадесетте нобелови лауреати, които се събират на остров Майнау, разположен в езерото Констанс, Швейцария, за да съставят изявление, осъждащо по-нататъшното разработване и използване на ядреното оръжие. Като общо декларацията е подписана от петдесет и един нобелови лауреати. Две години по-късно Борн е един от осемнадесетте гьотингенци, всичките все известни физици, които дават клетва да не участват в разработването и производството на подобен вид оръжие и които участват в кампанията срещу ядреното въоръжаване на Западна Германия.

Ученият умира в гьотингенска болница.

Макар че Борн е запомнен повече със своята работа в областта на квантовата механика, неговите изследвания и произведения изиграват важна роля за всички области, до които се докосват. „Никога не съм харесвал да бъда тесен специалист – пише Борн в своята автобиография. – Не бих бил много подходящ за съвременния маниер да се правят научни изследвания от големи групи специалисти. Философската основа на науката – ето какво винаги ме е интересувало повече от конкретните резултати“.

Многобройните награди на Борн, освен Нобеловата награда, включват медала Стоукс на Кеймбриджкия университет (1936 г.), медала Макс Планк на Германското физическо дружество (1948 г.) и медала Хюз на Лондонското кралско дружество (1950 г.). Той получава девет почетни докторски степени и е член на много научни дружества и академии, сред които Лондонското кралско дружество и американската Национална академия на науките.

Превод от руски: Павел Б. Николов