Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности - Манжит Кумар

Популярность Эйнштейна росла. Ему предложили место профессора в Немецком университете в Праге. Отказаться было невозможно, хотя это и означало, что надо покинуть Швейцарию, где он прожил пятнадцать лет. Эйнштейн и Милева с сыновьями Гансом Альбертом и Эдуардом, которому не было еще и года, приехали в Прагу в апреле 1911 года.

Вскоре после переезда Эйнштейн написал своему другу Микеланджело Бессо: “Я уже не задаюсь вопросом, существуют ли реально кванты, и не пытаюсь их больше строить. Мой мозг уже не может работать в этом направлении”. Вместо этого, писал Эйнштейн Бессо, он намерен ограничиться попыткой понять, к каким последствиям приводят кванты85. Не только он хотел ответить на этот вопрос. Девятого июня, меньше чем через месяц после того, как он отправил письмо Бессо, Эйнштейн получил необычное послание. Бельгийский промышленник Эрнест Гастон Сольве, сделавший состояние на открытии нового способа производства пищевой соды, предложил Эйнштейну тысячу франков на покрытие дорожных расходов, если тот согласится принять участие в “научном конгрессе”, который будет происходить в Брюсселе с 29 октября по 4 ноября86. Позднее его назовут I Сольвеевским конгрессом. Из всех европейских стран приглашены всего двадцать два человека. Они соберутся, чтобы обсудить “текущие вопросы молекулярной и кинетической теории”. Планк, Рубенс, Вин и Нернст подтвердили свое участие. Эта встреча на высшем уровне была посвящена кванту.

Восьмерых, в том числе Планка и Эйнштейна, попросили подготовить сообщения на заданные темы. Их тексты, написанные по-французски, по-немецки или по-английски, должны были быть разосланы другим участникам и послужить отправной точкой дискуссий на пленарных заседаниях. Планк должен был написать о теории излучения абсолютно черного тела, а Эйнштейну предложили изложить его квантовую теорию теплоемкости. Хотя Эйнштейну была предоставлена честь сделать заключительный доклад, его квантовая теория света не была включена в повестку.

“Это предприятие кажется мне очень привлекательным, — писал Эйнштейн Нернсту. — У меня ни на минуту не возникло сомнений, что Вы являетесь его душой”87. К 1910 году Нернст решил, что настало время разобраться с квантом, который, как он считал, представляет собой не более чем “прием, характеризующийся очень странными, почти гротескными свойствами”88. Он уговорил Сольве финансировать конгресс, и бельгиец, не поскупившись, арендовал “Метрополь”. Эйнштейн и его коллеги провели пять дней в роскошном отеле за разговорами о квантах. Как ни мало надежд возлагал Эйнштейн на этот “шабаш ведьм”, в Прагу он все равно вернулся разочарованным. Он жаловался, что не узнал ничего, чего не знал бы прежде89.

И однако Эйнштейн был рад познакомиться с другими “ведьмами”. Одна из них, Мария Кюри, оказавшаяся женщиной “безо всяких претензий”, оценила “ясность ума Эйнштейна, его способ подачи фактов и глубину знаний”90. Во время конгресса стало известно, что она получила Нобелевскую премию по химии. Мария Кюри — первый ученый, заслуживший две такие премии: в 1903 году ей была присуждена Нобелевская премия по физике. Это удивительное событие затмил разгоревшийся во время конгресса скандал. Французская пресса была полна слухов о ее романе с женатым французским физиком Полем Ланжевеном. Стройный молодой человек с холеными усами тоже был участником конгресса, и газеты много писали о побеге этой парочки. Эйнштейн, не заметивший между ними каких-либо особых отношений, считал эти сообщения чепухой. Он был уверен, что, несмотря на “блестящий ум, Кюри недостаточно привлекательна, чтобы представлять угрозу для кого-нибудь”91.

Хотя иногда казалось, что Эйнштейн чувствует себя не в своей тарелке, он был первым, кто научился жить в согласии с квантом. Именно это позволило ему обнаружить скрытую от других сторону природы света. Был еще один молодой теоретик, тоже научившийся жить с квантом. Он использовал его, чтобы воскресить несовершенную, уже отброшенную модель атома.

Глава 3.

“Золотой” датчанин

Манчестер, Англия, 19 июня 1912 года, среда. “Дорогой Харальд! Похоже, мне удалось кое-что понять про структуру атомов”, — пишет Нильс Бор младшему брату1. “Не рассказывай об этом никому, — предупреждает он. — Иначе не смогу писать тебе”. Молчание было очень важно для Бора. Он надеялся, что ему удастся осуществить мечту любого физика: приоткрыть завесу, скрывающую непознанное. Надо было еще кое-что доделать. И Бор пишет: “Очень хочу доделать все поскорее. Для этого мне даже пришлось взять в лаборатории отпуск на два дня (это тоже секрет)”2. Однако двадцатишестилетнему датчанину потребовалось гораздо больше времени, чтобы доработать и изложить свои идеи в трех статьях под общим названием “О строении атомов и молекул”. Первая, опубликованная в июле 1913 года, стала поистине революционной: Бор осмелился ввести квант непосредственно внутрь атома.

Нильс Хенрик Давид Бор родился в Копенгагене в 1885 году. В этот день его матери Эллен исполнилось двадцать пять лет. Перед рождением второго ребенка она вернулась под крыло родителей. Отец Эллен, банкир и политик, был одним из самых богатых людей города. Его особняк (дом №14) на Вед Странден — широкой мощеной улице, идущей от замка Кристианборг, где заседал датский парламент, — привлекал внимание своей величественностью. Хотя родители Нильса прожили здесь недолго, этот дом стал первым в череде просторных, обставленных со вкусом домов, в которых прошла жизнь Бора.

Кристиан Бор, отец Нильса, — известный профессор физиологии Копенгагенского университета, — открыл роль диоксида углерода при вытеснении кислорода из гемоглобина и исследовал процесс дыхания. За эти работы он был номинирован на Нобелевскую премию по физиологии и медицине. С 1886 года до его безвременной кончины в 1911 году (ему было всего пятьдесят шесть) семья жила в просторной квартире, принадлежавшей университетской Академии хирургии. Эту квартиру, расположенную на одной из фешенебельных улиц, всего в десяти минутах ходьбы от школы, очень любили все дети: Дженни (она была старше Нильса на два года), Нильс и Харальд (он был моложе Нильса всего на восемнадцать месяцев3). В семье было три горничных и няня, ухаживающая за детьми. Жизнь была комфортабельной и спокойной и значительно отличалась от существования большинства жителей Копенгагена, население которого все время росло.

Благодаря положению отца и происхождению матери частыми гостями дома были ведущие ученые, философы, писатели и художники Дании. Трое из них — физик Кристиан Кристиансен, философ Харальд Геффдинг и лингвист Вильгельм Томсен — были, как и Бор-старший, членами Датской королевской академии наук и литературы. Обычно после еженедельных собраний академии обсуждение продолжалось на квартире одного из участников “квартета”. Если гости приходили в дом к Бору, то подросткам, Нильсу и Харальду, разрешалось присутствовать при этих оживленных дискуссиях. Мальчикам выпала редкая возможность узнать, что волновало интеллектуалов Европы накануне конца столетия. Как напишет позже сам Нильс, это было “одно из их самых ранних и самых сильных впечатлений”4.

В школе Нильс прекрасно успевал по математике и естественным наукам, но к языкам способностей у него не было. “В то время он не задумываясь пускал в ход кулаки, если дело доходило до драк во время школьных перемен”, — вспоминал один из друзей5. В 1903 году, когда Бор поступил в Копенгагенский университет (в то время единственный университет в Дании), чтобы изучать физику, Эйнштейн уже более трех лет служил в патентном бюро в Берне6. В 1909 году, когда Бор получил степень магистра, Эйнштейн был экстраординарным профессором теоретической физики Цюрихского университета. Тогда же его впервые номинировали на Нобелевскую премию. Бор тоже отличился, но уровень награды был совсем другим. В 1907 году, когда ему был двадцать один год, он получил золотую медаль Датской королевской академии за работу о поверхностном натяжении воды. После этого его отец, получивший в 1885 году серебряную медаль, часто повторял: “Я серебряный, а Нильс — золотой”7.

Бор стал “золотым” после того, как отец заставил его уехать из лаборатории в деревню. Только там ему удалось закончить “золотую” статью. Хотя она была передана комиссии всего за два часа до окончания приема работ, Бор все еще хотел внести кое-какие добавления. Их он передал экзаменаторам двумя днями позднее. Желание Бора переписывать любой текст до тех пор, пока он не убедится, что изложение точно соответствует тому, что он хочет сказать, граничило с одержимостью. За год до окончания докторской диссертации Бор признался, что уже написал “четырнадцать более или менее отличающихся друг от друга черновиков”8. Однажды Харальд, заметив письмо на столе Бора, предложил его отправить, но услышал: “О нет! Это только первый набросок черновика”9.