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

“Это, должно быть, человек первоклассного ума, дальновидный, относящийся ко всему очень критически, никогда не теряющий нить сложного построения”, — такую оценку Эйнштейн дал датчанину в октябре 1919 года. Эйнштейн был старше Бора всего на шесть лет56. Эта похвала и стала причиной приглашения Бора в Берлин. Эйнштейн был давним его почитателем. Когда летом 1905 года несколько поутих бушевавший у него в мозгу ураган новых идей, он никак не мог найти “что-то действительно стоящее, чем можно было бы теперь заняться”57. “Конечно, открытым еще остается вопрос о спектральных линиях, — сказал он своему другу Конраду Габихту, — но, думаю, простой связи между их свойствами и известными физическими явлениями вообще нет. В данный момент возможность решить эту задачу представляется мне достаточно туманной”58.

Эйнштейн обладал удивительным чутьем, позволявшим ему понять, настал ли момент для решения той или иной физической задачи. Отказавшись от попытки раскрыть тайну спектральных линий, Эйнштейн вывел уравнение Е = mc2, утверждающее, что энергия и масса могут преобразовываться одна в другую. Но, как ему казалось, всемогущий Бог посмеялся над ним и “обвел вокруг пальца”59. Поэтому когда в 1913 году Бор показал, что его квантованный атом может дать ответ на загадку спектральных линий, Эйнштейн воспринял это как “чудо”60.

Как только Бор встретился с Планком и Эйнштейном, беспокойство — смесь возбуждения и мрачных предчувствий, — вызывавшее спазмы в животе по дороге от вокзала до университета, улетучилось. Он расслабился, когда от светских формальностей перешли к разговорам о физике. Его собеседники разительно отличались друг от друга. Планк олицетворял собой истинные прусские добродетели, а Эйнштейн — большеглазый, с непослушной шевелюрой и в коротковатых брюках — не производил впечатления человека, находящегося в согласии с самим собой, а может, и с окружающим беспокойным миром. Бор остановился у Планка.

Позднее датчанин рассказывал, что в Берлине время ушло на “разговоры о теоретической физике, с утра до вечера”61. Для человека, обожающего говорить о физике, лучшего времяпрепровождения нельзя было и представить. Особенно ему понравился завтрак, который устроили в его честь молодые университетские физики и на который никто из корифеев приглашен не был. Для молодежи это был шанс попытать Бора, поскольку после лекции “они были несколько обескуражены из-за того, что, как показалось, почти ничего не поняли”62. Эйнштейн же очень хорошо понял, о чем говорил Бор, — и ему это не понравилось.

Бор, подобно многим, не верил в существование квантов света Эйнштейна. Как и Планк, он допускал, что излучение поглощается и испускается квантами, но само излучение не квантовано. Ему представлялось, что имеется слишком много свидетельств в пользу волновой природы света, однако в присутствии Эйнштейна Бор заявил аудитории: “Природу излучения я обсуждать не буду”63. В то же время на него произвела глубокое впечатление работа Эйнштейна 1916 года о спонтанной и вынужденной эмиссии излучения и переходе электронов с уровня на уровень. Эйнштейн преуспел там, где он сам потерпел поражение: показал, что все отдано на откуп случаю и вероятности.

Эйнштейна по-прежнему беспокоило, что с помощью его теории нельзя предсказать ни время, ни направление вылета кванта света при перескоке электрона с более высокого энергетического уровня на более низкий. “Тем не менее, — писал он в 1916 году, — я совершенно убежден, что путь выбран правильно”64. Он верил, что именно этот путь рано или поздно приведет к реабилитации принципа причинности. Но Бор в своей лекции утверждал, что время и направление точно определить невозможно. Так эти два человека оказались по разные стороны баррикад. В оставшиеся дни, гуляя по Берлину или обедая у Эйнштейна, каждый из них пытался обратить другого в свою веру.

“Редко мне случалось получать такое удовольствие просто из-за того, что человек находится рядом со мной, — написал Эйнштейн Бору вскоре после возвращения последнего в Копенгаген. — Сейчас я изучаю Ваши великие работы и, чтобы не завязнуть где-нибудь, с удовольствием представляю себе Ваше веселое мальчишеское лицо. Вы улыбаетесь и разъясняете мне трудные места”65. Датчанин произвел на него неизгладимое впечатление. Несколькими днями позже Эйнштейн сказал Паулю Эренфесту: “Здесь был Бор. Я очарован им, как и вы. Он напоминает впечатлительного ребенка, передвигающегося по миру в каком-то гипнотическом состоянии”66. Бор не остался в долгу. На прекрасном немецком он постарался передать свои чувства от встречи с Эйнштейном: “Незабываемое впечатление на меня произвели встреча и разговор с Вами. Вы даже не представляете себе, как было важно для меня услышать Вашу точку зрения лично от Вас”67. Очень скоро Бор опять встретился с Эйнштейном: в августе на обратном пути из Норвегии тот ненадолго остановился в Копенгагене.

“Он высокоодаренный, блестящий человек, — написал Эйнштейн Лоренцу после встречи с Бором. — Это хорошая примета: выдающиеся физики в большинстве превосходные люди”68. Однако сам Эйнштейн стал мишенью для тех, кто не входил в число “превосходных людей”. Филипп Ленард, работу которого по фотоэлектрическому эффекту в 1905 году Эйнштейн использовал для подтверждения гипотезы о световых квантах, и Йоханнес Штарк, открывший расщепление спектральных линий в электрическом поле, стали ярыми антисемитами. Эти два Нобелевских лауреата стояли за “Рабочим объединением немецких естествоиспытателей за чистоту арийской науки”. Одной из основных целей этой организации было развенчание Эйнштейна и его теории относительности69. Двадцать четвертого августа 1920 года в зале Берлинской филармонии состоялось собрание этой группы. Теория относительности была объявлена “жидовской физикой”, а ее создатель — плагиатором и шарлатаном. Чтобы избежать прямых угроз, Эйнштейн, пошедший туда вместе с Вальтером Нернстом, наблюдал за происходящим из закрытой ложи.

Вальтер Нернст, Генрих Рубенс и Макс фон Лауэ выступили в газетах против возмутительных нападок в адрес Эйнштейна. Многие друзья и коллеги Эйнштейна, опасавшиеся за его жизнь, пришли в смятение, когда он опубликовал в газете “Берлинер тагеблатт” статью под названием “Мой ответ”. Эйнштейн писал, что не будь он евреем и интернационалистом, обошлось бы без обвинений в его адрес и нападок на его работу. Но почти сразу Эйнштейн пожалел, что поддался чувству возмущения и написал эту статью. “Время от времени каждый из нас к радости и Божьей, и человечества приносит жертву на алтарь человеческой глупости”, — написал он физику Максу Борну и его жене70. Эйнштейн полностью осознавал, что его статус “знаменитости” приводит к тому, что “если в сказке прикосновение царя к любой вещи превращало ее в золото, все, что касается меня, сводится просто к ажиотажу в газетах”71. Вскоре пошли слухи, что Эйнштейн собирается покинуть страну. Но он решил остаться в Берлине, “там, где наиболее сильны мои научные и человеческие связи”72.

Два года, последовавшие за встречами в Берлине и Копенгагене, Эйнштейн и Бор, каждый сам по себе, боролись с квантом. Бор стал ощущать усталость от этой борьбы. А Эйнштейн написал Эренфесту в марте 1922 года: “Полагаю, хорошо, что многое рассеивает мое внимание. Иначе размышления о квантах привели бы меня прямиком в сумасшедший дом”73. А месяцем позже Бор пожаловался Зоммерфельду: “Последние несколько лет я часто чувствую себя ученым-одиночкой. У меня складывается впечатление, что мои самые напряженные усилия по развитию принципов квантовой теории встречают очень мало понимания”74. Скоро его чувству одиночества пришел конец. В июне 1922 года Бор побывал в Германии и за одиннадцать дней прочитал в Геттингенском университете цикл из семи знаменитых лекций. Позднее это событие получило название “Боровский фестиваль” (Bohr Festspiele).

Более ста физиков, старых и молодых, съехались со всей страны послушать рассказ Бора о модели электронной оболочки атома. Его новая теория касалась расположения электронов внутри атома и объясняла расстановку элементов в периодической таблице. Бор предположил, что электронные оболочки окружают ядро атома наподобие слоев луковой шелухи. Фактически каждая такая оболочка состоит из набора электронных орбит. Максимальное число электронов, которые могут поместиться на каждой из орбит, фиксировано75. Бор утверждал, что элементы с похожими химическими свойствами имеют одно и то же число электронов на внешней оболочке.

Согласно модели Бора, одиннадцать электронов натрия распределены по оболочкам следующим образом: два, восемь и один, а пятьдесят пять электронов цезия образуют такую конфигурацию: два, восемь, восемнадцать, снова восемнадцать, восемь и один. Именно из-за того, что на внешних оболочках этих элементов всего один электрон, их химические свойства похожи. Во время лекций Бор, основываясь на своей теории, предсказал, что неизвестный элемент с атомным номером 72 в химическом отношении будет похож на цирконий (атомный номер 40) и титан (22). Эти два элемента находятся в одном столбце периодической таблицы. По утверждению Бора, новый элемент не будет, как считали многие, относиться к группе редкоземельных элементов, находящихся в той же строке.