מקס בורן: הפיזיקאי שהפך את המציאות להסתברות
ב-4 בדצמבר 1926, אלברט איינשטיין התיישב לכתוב לחבר על הפיזיקה החדשה והמוזרה שצמחה בגטינגן. "מכניקת הקוונטים מרשימה ללא ספק," הוא הודה. "אך קול פנימי אומר לי שזה עדיין לא הדבר האמיתי... אני, בכל אופן, משוכנע שהוא אינו משחק בקוביות." השורה, שקוצרה מאוחר יותר למשפט המפורסם ביותר שאיינשטיין מעולם לא כתב בדיוק כך, כוונה לאדם שזה עתה הציג את הקוביות. שמו היה מקס בורן, וחמישה חודשים קודם לכן הוא פרסם את הרעיון שפונקציית הגל אינה אומרת לך היכן נמצא חלקיק – אלא רק מהי הסבירות למצוא אותו שם.
ברסלאו ומתמטיקאי גטינגן
בורן נולד ב-11 בדצמבר 1882 בברסלאו, אז בקיסרות הגרמנית וכיום ורוצלב בפולין, למשפחה יהודית בעלת נטייה מדעית חזקה: אביו, גוסטב יעקב בורן, היה אנטומיסט ופרופסור לאמבריולוגיה באוניברסיטת ברסלאו. אמו, מרגרטה קאופמן, הגיעה ממשפחה תעשייתית שלזית ונפטרה כשהיה בן ארבע.
לאחר לימודיו בגימנסיית קניג-וילהלם, הוא פנה לאוניברסיטת ברסלאו ב-1901, בילה קיץ בהיידלברג ב-1902 ואחד בציריך ב-1903 לפני שעבר לגטינגן באפריל 1904. המעבר הזה הכריע הכל. בגטינגן הוא למד אצל פליקס קליין, דויד הילברט והרמן מינקובסקי – סגל המתמטיקה החזק בעולם – וספג שליטה באלגברה מופשטת שרוב הפיזיקאים בדורו פשוט לא החזיקו בה. הדוקטורט שלו מ-1906, על יציבות של תיל אלסטי, זכה בפרס הפקולטה לפילוסופיה ובציון magna cum laude.
המכון
הוא הוסמך להוראה בפיזיקה תיאורטית בגטינגן ב-1909, הפך לפרופסור אקסטראורדינריוס בברלין ב-1914, קיבל קתדרה מלאה בפרנקפורט ב-1919, וב-1921 חזר לגטינגן כמנהל המכון לפיזיקה תיאורטית. במשך שתים-עשרה השנים הבאות, מכון זה היה מרכז הכובד של הפיזיקה העולמית.
רשימת השמות נראית כמעט קומית במבט לאחור. בין תלמידי הדוקטורט של בורן נמנו רוברט אופנהיימר (1927), מקס דלבריק (1930), מריה גופרט-מאייר (1931) וויקטור וייסקופף (1931); שניים מהם זכו בפרסי נובל ואחד ניהל את לוס אלמוס. עוזריו כללו את ורנר הייזנברג, וולפגנג פאולי, אנריקו פרמי, אדוארד טלר, יוג'ין ויגנר, פסקל יורדן, פרידריך הונד, גרהרד הרצברג ולאון רוזנפלד. שיחה עם הכימאי פריץ הבר על המתרחש כאשר מתכות מגיבות עם הלוגנים הניבה, ב-1918, את מעגל בורן-הבר. עבודה מאוחרת יותר עם אופנהיימר הניבה את קירוב בורן-אופנהיימר, שעדיין מהווה כלי סטנדרטי לטיפול במולקולות; קירוב בורן נותר כלי עבודה מרכזי בתורת הפיזור.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →מכניקת המטריצות
ב-9 ביולי 1925 מסר הייזנברג לבורן מאמר מלא במערכי מספרים מוזרים שהכפל שלהם היה תלוי בסדר שבו ביצעת אותו. בורן זיהה במה הוא מתבונן: מטריצות, השפה המתמטית שבה שלט בגטינגן עשרים שנה קודם לכן ושרוב הפיזיקאים אז ראו בה התמחות אזוטרית. יחד עם פסקל יורדן, ולאחר מכן עם הייזנברג, הוא תמלל והרחיב את התיאוריה לניסוח השלם הראשון של מכניקת הקוונטים, כשהוא מגיע ליחס החילוף pq − qp = ih/2π — המשוואה שאומרת שמיקום ותנע אינם יכולים להיות שניהם חדים, שנכתבה לפני שמישהו ידע מה משמעותה.
כלל בורן
ביולי 1926 הוא פרסם את הפרשנות הנושאת את שמו. ארווין שרדינגר הפיק משוואת גלים; איש לא ידע ממה הגל עשוי. בורן הציע ש-ψ*ψ הוא צפיפות הסתברות – שמכניקת הקוונטים אינה חוזה תוצאות אלא את הסיכויים לתוצאות. זה היה הרגע שבו הפיזיקה חדלה להיות דטרמיניסטית. כל מה שבא לאחר מכן, מהמשמעות של עקרון אי-הוודאות ועד לבעיית המדידה והוויכוח שנמשך מאה שנה, עובר דרך המאמר האחד הזה. איינשטיין מעולם לא קיבל זאת, והתכתובת ביניהם, שנמשכה מ-1916 עד 1955, הפכה למחלוקת המפורסמת ביותר במדע המודרני.
עמדתו הפילוסופית של בורן הייתה עקבית עם הפיזיקה שלו. "אני מאמין שרעיונות כמו ודאות מוחלטת, דיוק מוחלט, אמת סופית וכו' הם פרי הדמיון שאין לקבלם באף תחום של המדע," הוא כתב.
חוסר אזרחות
בינואר 1933 עלו הנאצים לשלטון ובורן, ממוצא יהודי למרות טבילה לותרנית ב-1914 שבוצעה בחלקה כדי להיטמע, הושעה מהקתדרה שלו בגטינגן. הוא עבר לקולג' סנט ג'ון בקיימברידג' (1933–1935), לאחר מכן למכון ההודי למדע בבנגלור (1935–1936), ואז לאדינבורו, שם החזיק בקתדרת טייט מ-1936 עד 1952. בנובמבר 1935 שללה גרמניה את אזרחותו, והותירה אותו חסר אזרחות; גטינגן ביטלה אז את הדוקטורט שהעניקה לו בהצטיינות ב-1906. הוא הפך לנתין בריטי ב-31 באוגוסט 1939 – יום אחד לפני שגרמניה פלשה לפולין.
מדוע מקס נחשב לגאון
היכולת הייחודית של בורן הייתה תרגום בין שתי שפות שטרם הוכרו: מתמטיקה טהורה ואינטואיציה פיזיקלית. כאשר הייזנברג הביא לו קבוצה של מערכים לא מוכרים, בורן היה מצויד באופן כמעט יחיד במינו לראות שהם מטריצות, ושהכפל הלא-חילופי אינו מבוכה אלא הפיזיקה עצמה. לאחר מכן הגיע המעשה הקשה יותר, שהיה אומץ פרשני ולא טכניקה: ההצעה שריבוע פונקציית הגל הוא הסתברות משמעותה הייתה נטישת ההנחה, שלא נשברה מאז ניוטון, שתיאור מלא של מערכת קובע את עתידה. הוא עשה זאת לבדו, במאמר אחד. ועדת פרס נובל אמרה זאת בסופו של דבר, כשהוקירה אותו ב-1954 "על מחקרו היסודי במכניקת הקוונטים, ובמיוחד על פרשנותו הסטטיסטית לפונקציית הגל."
טיעון הנגד מתחיל בתאריך ההוא. הוא המתין עשרים ושמונה שנים, בעוד הייזנברג לקח את פרס 1932 לבדו עבור מכניקת המטריצות שהם בנו יחד – הייזנברג הביע מאוחר יותר חרטה על כך שלא חלק את הקרדיט – ובעוד דור של תלמידיו ועוזריו קטף כבוד לפניו. ספקן יכול לטעון שהישגו המובהק של בורן היה פרשנות למשוואה של מישהו אחר, שעבודת המטריצות הייתה תובנה של הייזנברג בסימון של בורן, ושתפקידו העמיד ביותר היה מוסדי: הוא אסף וניהל את החדר שבו התרחשה מכניקת הקוונטים. אך זהו גם תיאור של כישרון ספציפי ונדיר – לדעת איזו מתמטיקה דורשת פיזיקה חדשה, ולהיות מוכן לומר מה המשמעות של המתמטיקה כשכל השאר עדיין מחשבים.
מורשת
הוא זכה גם במדליית מקס פלאנק ב-1948 ובמדליית יוז ב-1950, נבחר לעמית החברה המלכותית של אדינבורו ב-1937 ולחברה המלכותית במרץ 1939, וחלק את פרס הנובל שלו עם ולטר בותה. ב-1952 פרש לבאד פירמונט שבמערב גרמניה, וחזר למדינה שהפכה אותו לחסר אזרחות, ונפטר בגטינגן ב-5 בינואר 1970, בגיל שמונים ושבע. צאצאיו סיפקו סיומת בלתי צפויה: נכדתו, דרך בתו אירנה, הייתה הזמרת והשחקנית אוליביה ניוטון-ג'ון. הכלל, לעומת זאת, הוא האנדרטה. כל חישוב בתורת הקוונטים המודרנית מסתיים בו.