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

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.

Эйнштейн не приехал на лекции Бора в Геттинген. После убийства министра иностранных дел Вальтера Ратенау, еврея по происхождению, он опасался за свою жизнь. Ратенау, один из ведущих немецких промышленников, пробыл министром совсем недолго. Утром 24 июня 1922 года по дороге на работу его застрелили. Это было уже триста пятьдесят четвертое убийство, совершенное после войны ультраправыми. Эйнштейн был среди тех, кто уговаривал Ратенау не занимать пост в правительстве. Когда тот все же стал министром, правая пресса восприняла это как “абсолютно неслыханную провокацию”76.

“После постыдного убийства Ратенау наша повседневная жизнь стала меня раздражать, — писал Эйнштейн Морису Соловину. — Я всегда настороже, прекратил читать лекции и числюсь официально в отпуске, хотя все время на месте”77. Из надежных источников ему стало известно, что для террористов он превратился в одну из главных мишеней. После этого Эйнштейн по секрету сказал Марии Кюри, что подумывает оставить пост в Прусской академии и найти тихое место, где он мог бы поселиться как частное лицо78. Человек, который с юности ненавидел авторитеты, теперь стал публичной фигурой. Он уже не был просто физиком. Он был символом немецкой науки и олицетворял еврейство.

К этому времени Эйнштейн прочитал все опубликованные работы Бора, в том числе статью “Структура атомов и физические и химические свойства элементов”, появившуюся в марте 1922 года в “Цайтшрифт фюр физик”. Почти полвека спустя он вспоминал, что “электронные оболочки атома и их значение для химии казались мне, да и сейчас кажутся, чудом”79. Эйнштейн говорил, что “это была музыка небесных сфер для ума”. Действительно, то, что сделал Бор, можно в равной степени назвать наукой и искусством. Он использовал результаты настолько разных экспериментов, как измерение атомных спектров и изучение химических реакций, а потом строил атомы, добавляя по одной электронной оболочке. Это было похоже на накручивание слой за слоем шелухи на луковицу. Так Бор воспроизвел каждый из элементов периодической таблицы.

В основе подхода Бора лежала уверенность в том, что в мире атомов действуют квантовые правила, однако полученные с их помощью выводы не должны вступать в противоречие с данными наблюдений на макроскопическом уровне, где властвует классическая физика. Это положение было названо им принципом соответствия. Оно позволило оставить на атомном уровне только те предположения о событиях, которые при экстраполяции не противоречат результатам, установленным в рамках классической физики. С 1913 года принцип соответствия помогал Бору строить мост, соединяющий квантовый и классический миры. Хендрик Крамерс, ученик Бора, вспоминал, что находились те, кто считал этот принцип “волшебной палочкой, не работающей нигде, кроме Копенгагена”80. Другие пытались размахивать ею, и только Эйнштейн воспринимал Бора как собрата-волшебника.

Что бы ни говорили об отсутствии у теории Бора твердого математического фундамента, идеи датчанина произвели на всех сильное впечатление. Понятны были и задачи, требовавшие осмысления. “Пребывание в Геттингене было чудесным и очень поучительным, — написал Бор после возвращения в Копенгаген. — Не могу выразить, как я был счастлив, чувствуя исходившее ото всех дружелюбие”81. Он больше не ощущал себя недооцененным и одиноким. Если у него и оставались сомнения по этому поводу, они развеялись в том же году.

На столе Бора лежало множество поздравительных телеграмм, но ни одна не значила для него столько, сколько пришедшая из Кембриджа. “Мы все очень рады, что Вы получили Нобелевскую премию, — писал Резерфорд. — Я знал, что это только вопрос времени, и рад, что это уже свершившийся факт. Премия — заслуженное признание проделанной Вами большой работы. Все мы в восторге от этой новости”82. После присуждения премии Бор все время мысленно возвращался к Резерфорду. “Я хорошо понимаю, сколь многим обязан Вам, — сказал Бор учителю, — и не только за непосредственное влияние на мою работу и за советы. Я благодарен Вам за дружбу, которую я чувствовал все эти двенадцать лет, прошедшие с нашей первой встречи в Манчестере. Это я считаю своей самой большой удачей”83.

Еще одним человеком, о котором Бор не переставал думать, был Эйнштейн. Он был очень рад и вздохнул с облегчением, когда стало ясно, что одновременно с вручением ему самому премии за 1922 год Эйнштейн получит Нобелевскую премию за 1921 год, присуждение которой было отложено на год. “Я понимаю, как мало заслуживаю ее, — написал он Эйнштейну, — но, должен сказать, считаю добрым знаком, что Ваш фундаментальный вклад в ту важную область физики, где работаю и я, как и работы Резерфорда и Планка, были оценены прежде, чем эта честь выпала мне”84.

В тот момент, когда были объявлены имена лауреатов, Эйнштейн находился на борту корабля, идущего на другой конец света. Восьмого октября, опасаясь за свою безопасность, Эйнштейн уехал в Японию читать лекции. Эльза поехала с ним. Он был “рад возможности надолго уехать из Германии, что позволит временно не думать о нависшей опасности”85. Эйнштейн вернулся в Берлин только в феврале 1923 года. Вначале предполагалось, что поездка займет шесть недель, но она обернулась пятимесячным путешествием. В это время Эйнштейн получил письмо от Бора, на которое ответил по пути домой: “Должен сказать без преувеличения, что Ваше письмо доставило мне не меньше удовольствия, чем Нобелевская премия. Особенно меня тронуло Ваше волнение из-за того, что Вы получите премию до меня. Это так похоже на Бора”86.

Десятого декабря 1922 года шведская столица была засыпана снегом. Церемония вручения Нобелевской премии началась в пять часов в присутствии короля Густава V. Вместо Эйнштейна премию получил немецкий посол, которому пришлось для этого одержать верх в споре с швейцарскими дипломатами, настаивавшими, что Эйнштейн — гражданин Швейцарии. Спор продолжался, пока немецкий посол не выяснил, что в 1914 году, принимая приглашение стать членом Прусской академии, Эйнштейн автоматически стал гражданином Германии, хотя и не отказывался от швейцарского гражданства.

Эйнштейн, отказавшийся в 1896 году от немецкого подданства и через пять лет ставший гражданином Швейцарии, был удивлен, что в конце концов оказался немцем. Нравилось ему это или нет, официальным лицам Веймарской республики было важно, чтобы у Эйнштейна было двойное гражданство. В ноябре 1919 года в статье для лондонской “Таймс” Эйнштейн написал: “Сегодня в газетах Германии меня называют немецким ученым, а в Англии — швейцарским евреем. А если меня надо представить bite noir [пугалом], лучше поступать наоборот. Пусть я буду швейцарским евреем в Германии и немецким ученым в Англии”87. Наверное, Эйнштейн вспомнил бы эти слова, если бы присутствовал на банкете в честь Нобелевских лауреатов и слышал, что в своем тосте немецкий посол выразил “радость моих сограждан по тому поводу, что в очередной раз достижения одного из них оказались важны всему человечеству”88.

Вслед за немецким послом коротко выступил Бор. Поблагодарив Томсона, Резерфорда, Планка и Эйнштейна, он предложил тост за международное сотрудничество в целях развития науки, “которое, мне кажется, в это тяжелое время является одной из самых светлых сторон существования человечества”89. Понятно, в тот момент Бор предпочел забыть, что немецких ученых не приглашают на международные конференции. На следующий день, когда Бор читал свою Нобелевскую лекцию “О строении атомов”, он чувствовал себя гораздо увереннее. Лекция начиналась так: “Современное состояние атомной теории характеризуется тем, что мы не только полностью уверены в существовании атома, но и уверены даже в том, что с точностью до деталей понимаем, из чего каждый атом состоит”90. Рассказав о развитии атомной физики, центральной фигурой которой он являлся в последние десять лет, в заключение Бор неожиданно сделал очень важное заявление.

В Геттингене Бор, основываясь на своей теории, описал свойства еще не открытого химического элемента с атомным номером 72. В это же время в Париже была опубликована экспериментальная работа, подтверждавшая давнее конкурирующее утверждение французов: элемент принадлежит к редким землям, занимающим в периодической таблице клетки 57-71. После того, как шок прошел, у Бора появились серьезные сомнения в справедливости этих результатов. К счастью, его старый друг Дьёрдь фон Хевеши, который тогда работал в Копенгагене, и Дирк Костер поставили эксперимент, позволивший прекратить споры о семьдесят втором элементе.