Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная - Уолтер Айзексон

Может, Эйнштейн и проиграл спор, но он, как и прежде, оставался звездой конгресса. Де Бройль, мечтавший о встрече с ним, увидел Эйнштейна первый раз и не был разочарован. “Меня особенно поразило спокойное, задумчивое выражение его лица, общая доброжелательность, простота и дружелюбие”, – вспоминал он.

Этим двоим поладить было легко, поскольку де Бройль, как и Эйнштейн, пытался понять, можно ли как-то спасти причинность и достоверность классической физики. В то время он работал над так называемой теорией двойного решения, которая, как он надеялся, позволит обосновать волновую механику с точки зрения классической физики.

“Школа индетерминистов, главные адепты которой были молоды и бескомпромиссны, встретила мою теорию с холодным неодобрением”, – вспоминал де Бройль. Эйнштейн же, наоборот, одобрительно отнесся к его усилиям. Возвращаясь в Берлин, до Парижа Эйнштейн ехал одним поездом с де Бройлем.

Прощальный разговор состоялся на платформе Северного вокзала. Эйнштейн сказал де Бройлю, что все научные теории, если оставить в стороне их математическое выражение, должны допускать такое простое изложение, “чтобы даже ребенок мог их понять”. А что может быть столь же непросто, продолжал Эйнштейн, как чисто статистическая интерпретация волновой механики! “Продолжайте, – напутствовал он де Бройля, расставаясь на станции. – Вы на правильном пути!”

Но это было не так. К 1928 году был достигнут консенсус в мнении, что квантовая механика правильна, де Бройль сдался и присоединился к большинству. “Эйнштейн, однако, не сложил оружие и продолжал настаивать, что чисто статистическая интерпретация волновой механики не может быть полной”, – с глубоким уважением вспоминал де Бройль годы спустя33.

Действительно, Эйнштейн оставался упрямой белой вороной. “Я восхищен достижениями нового поколения молодых физиков, известными как квантовая механика, и я верю, что во многом эта теория истинна, – сказал он в 1929 году, когда сам Планк вручал ему медаль своего имени. – Но (это “но” всегда присутствовало, когда Эйнштейн выступал в поддержку квантовой механики) я верю, что ограничения, накладываемые статистическими законами, будут сняты”34.

Так была подготовлена сцена для еще более драматического, решающего сольвеевского поединка между Эйнштейном и Бором. Он состоялся на конгрессе, проходившем в октябре 1930 года. В теоретической физике столь увлекательные сражения случаются редко.

В этот раз, пытаясь поставить в тупик группу Бора – Гейзенберга и сохранить достоверность механики, Эйнштейн придумал еще более изощренный мысленный эксперимент. Как уже упоминалось, принцип неопределенности утверждает, что существует компромисс между возможностью точного измерения координаты частицы и точного измерения ее импульса. Кроме того, согласно тому же принципу неопределенность свойственна и процессу одновременного измерения энергии системы и времени, в течение которого происходит исследуемый процесс.

В мысленный эксперимент Эйнштейна входил ящик с излучением, снабженный затвором. Затвор открывается и закрывается так быстро, что за один цикл может вылететь только один фотон. Затвор контролируется точными часами. Ящик взвешивают и получают точное значение его веса. Затем в строго определенный момент времени затвор открывается, и вылетает один фотон. Ящик взвешивают снова. Связь между энергией и массой (помните, E = mc2) позволяет точно определить энергию. А зная показания часов, мы знаем точное время вылета фотона. Вот так-то!

Конечно, на самом деле есть ограничения, не позволяющие реально поставить такой эксперимент. Но теоретически он возможен и, следовательно, опровергает принцип неопределенности.

Брошенный вызов потряс Бора. “Он метался от одного к другому, пытаясь уговорить всех, что такого быть не может, что если Эйнштейн прав, значит, физике пришел конец, – записал один из участников конгресса. – Но опровержения он придумать не мог. Я никогда не забуду вид этих двух противников, выходящих из университетского клуба. Величественная фигура Эйнштейна, идущего спокойно, чуть улыбаясь иронически, и семенящего рядом с ним, ужасно огорченного Бора”35. (См. фотографию на с. 424.)

По иронии судьбы в этом научном споре после бессонной ночи Бору удалось заманить Эйнштейна в расставленную им же самим ловушку. В этом мысленном эксперименте Эйнштейн не принял в расчет свое собственное величайшее открытие – теорию относительности. Согласно этой теории в сильном гравитационном поле часы идут медленнее, чем при более слабой гравитации. Эйнштейн об этом забыл, но Бор помнил. При испускании фотона масса ящика уменьшается. Ящик находится в гравитационном поле земли. Чтобы его можно было взвесить, ящик подвешен на пружинке со шкалой. После вылета фотона он несколько поднимается, и именно этот небольшой подъем обеспечивает неприкосновенность принципа неопределенности для энергии и времени.

“Главным здесь был учет связи между скоростью хода часов и их положением в гравитационном поле”, – вспоминал Бор. Отдавая должное Эйнштейну, он любезно помог ему выполнить вычисления, которые и принесли в этом раунде победу принципу неопределенности. Но окончательно переубедить Эйнштейна не удавалось никому и никогда. Даже год спустя он все еще продолжал перебирать различные варианты подобных мысленных экспериментов36.

Кончилось все следующим: квантовая механика доказала, что как теория она вполне успешна, а Эйнштейн впоследствии пришел к тому, что можно назвать его собственным толкованием неопределенности. Он уже говорил о квантовой механике не как о неправильной теории, а только как о неполной. В 1931 году он номинировал Гейзенберга и Шредингера на Нобелевскую премию. (Гейзенберг был удостоен премии в 1932 году, а Шредингер – одновременно с Дираком – в 1933 году.) Предлагая их кандидатуры, Эйнштейн написал: “Я убежден, что эта теория, несомненно, содержит часть истины в последней инстанции”

Часть истины в последней инстанции. Эйнштейн все еще полагал, что есть еще нечто за реальностью, определяемой копенгагенской интерпретацией квантовой механики.

Ее недостаток в том, что она “не претендует на описание физической реальности, а только на определение вероятности осуществления физической реальности, которую мы наблюдаем”. Так в том же году писал Эйнштейн в статье в честь Джеймса Клерка Максвелла, великого мастера столь любимого им теоретико-полевого подхода к физике. Он закончил ее, заявив во всеуслышание о своем кредо реалиста – откровенном отрицании утверждений Бора, что физика имеет отношение не к природе как таковой, а только к тому, “что мы можем сказать о природе”. Услышав такое Юм, Мах, да, возможно, и сам Эйнштейн, когда был моложе, подняли бы в удивлении брови. Но теперь он провозглашал: “Вера во внешний мир, не зависящий от воспринимающего его субъекта, является основой всех естественных наук”37.

Когда он был более решителен и радикальные идеи теснились у него в голове, Эйнштейн не слишком обращал внимание на свое мировоззрение. Он тогда позиционировал себя как эмпирик или позитивист. Другими словами, работы Юма и Маха стали его библией, и он остерегался таких понятий, как эфир и абсолютное время, то есть тех, которые не могут быть поняты при непосредственном наблюдении. Теперь, когда его неприятие идеи существования эфира ослабло, а неудовлетворенность квантовой механикой возрастала, он стал отходить от этих канонов. “Что мне не нравится в таком способе рассуждения, – размышлял постаревший Эйнштейн, – так это лежащая в его основе позитивистская позиция, которая, с моей точки зрения, недоказуема и, как мне кажется, приводит к тому же, что и принцип Беркли[80], Esse estpercipi”38.