Самая большая ошибка Эйнштейна - Дэвид Боданис

* * *

Да, это создавало натяжки в (уже классическом) представлении, которое некогда предложил Эйнштейн, однако все же не нарушало его. Собственно, Эйнштейна можно считать главным игроком во многих из этих первых научных достижений по части сверхмалых объектов, игроком настолько важным, что даже Нобелевскую премию ему присудили не за его «крупномасштабные» исследования (не за специальную и общую теории относительности), а за работу 1905 года, где он показал, каким образом свет может одновременно являться и потоком частиц, и волной (эту идею назовут корпускулярно-волновым дуализмом). Представив свет как поток частиц (их назвали фотонами), легко объяснить, почему свет выбивает электроны из металлов (то есть фотоэффект). Широким кругам общественности эта идея казалась просто еще одним свидетельством его гениальности, но для Эйнштейна она стала вполне ожидаемой и естественной: Вселенная устроена упорядоченно, и человеческому рассудку вполне по силам выявить ее упорядоченность.

Десятилетие спустя после первой работы о фотонах, на волне вдохновения после открытия в Берлине соотношения G = T, Эйнштейн продолжил свои ранние разработки, касающиеся субатомных частиц. Летом 1916 года, отдыхая после изнурительных исследований, приведших к открытию его гениального соотношения, он подробнее описал, каким образом электроны, которые обычно не могут слететь вниз с «более высоких» орбит вокруг ядра, иногда могут прийти в возбужденное состояние, если их облучить дополнительной порцией света. Когда же они теряют энергию, то падают на более низкую орбиту, излучая при этом свет, подобно Люциферу, низринувшемуся с небес. Это может привести к своего рода цепной реакции, только в данном случае порождающей не гибельный атомный взрыв, а просто чистый и полезный свет.

Эйнштейн не мог сконструировать аппарат, где длительное время шел бы такой процесс: в Берлине времен Первой мировой плохо было с оборудованием. Но за такой процесс усиления света посредством стимуляции излучения (Light-Amplifi cation through the Stimulated Emission of Radiation, отсюда позже возникло сокращение «лазер») в конце концов ухватились его собратья-ученые. В своей краткой и как будто даже легкомысленной статье на сей счет Эйнштейн, по сути, изложил главные принципы динамики лазера – устройства, лежащего в основе современной волоконно-оптической связи, без которой не смог бы работать Интернет. А поскольку он не знал, когда происходят такие перескоки электронов, он небрежно заметил в своей статье, что следует, по-видимому, учитывать вероятность таких беспричинных скачков.

Оставался важнейший вопрос: будут ли эти идеи (насчет фотонов, электронов, ядра и других субатомных объектов) по-прежнему вписываться в ту определенность, которую наука со времен Галилея и Ньютона обнаруживала в мире? Эйнштейн полагал, что они должны в нее вписываться. Однако его убеждениям в том, что Вселенной правят четкие и логичные принципы, все больше противоречили новейшие исследования. Так, ему не нравилось, что он (по крайней мере, в своих исходных выкладках) не мог точно определить, какие именно электроны первыми окажутся выбитыми со своих орбит. «Слабость этой теории, – писал он в сообщении о своих изысканиях, – коренится… в том факте… что она оставляет на волю «случая» продолжительность и направление этих элементарных актов».

Но тогда его не очень беспокоил элемент случайности, вкравшийся в его теорию светового излучения, порождаемого «падением» электронов. Во многих других областях мы вполне довольствуемся статистическим средним: скажем, определяя высоту новобранцев во французской и германской армиях или же цвет листьев в лесу в определенное время года. И это не значит, что мы находимся под гнетом случайности. Мы знаем, что, вглядевшись пристальнее, сумеем вычленить последовательность событий, которые привели к тому, что каждый конкретный рекрут обладает именно таким ростом, а каждый конкретный лист – именно такой окраской. По общепринятому мнению, отступление на позиции статистики и теории вероятностей не носит фундаментального характера: это просто удобное допущение, полезное при работе с большими объемами данных, когда мы не в состоянии детально разобраться в причинно-следственных связях, которыми обусловлено поведение каждого конкретного объекта. По мере того, как мы будем узнавать больше, вероятности сами собой исчезнут из наших результатов.

Эйнштейн придерживался именно таких взглядов – и полагал, что случайность в конце концов удастся изгнать из его теории. Вот почему он поставил слово «случай» в кавычки. Он понимал, что в рамках его расчетов удобно рассуждать о вероятностях различных видов электронных переходов. Но в глубине души он оставался «классическим» физиком и считал, что, найдись у нас время на изучение всех подробностей, мы, без всякого сомнения, увидели бы, что каждый такой переход обусловлен простыми, ясными и четкими причинами. «Главная штука, которую тут над нами сыграл Вечный Загадчик, – говорил Эйнштейн своему другу Бессо, – пока еще совершенно нами не понята».

Эйнштейн верил, что великие загадки Вселенной можно разгадать логическим путем. Однако к середине 1920-х годов стали поступать все новые и новые результаты, которые, казалось бы, нарушали обещанную ясность, что и привело к столкновению Эйнштейна со своими коллегами-физиками, занимавшимися изучением сверхмалых объектов: эта новая область в то время как раз начала бурно развиваться.

* * *

По мере развития субатомных исследований в 1920-е годы становилось все очевиднее, что микромир устроен согласно весьма неожиданным законам. Хотя простые атомы (скажем, атом водорода) покорно следовали боровским принципам, в атомах более сложных (углерода, золота, алюминия) электроны, похоже, вели себя совершенно иначе. Арнольд Зоммерфельд и другие физики предпринимали попытки как-то подлатать теорию, чтобы все в атоме действовало традиционным образом. Например, предлагалось принять, что электроны вращаются вокруг ядра не совсем как планеты вокруг Солнца, аккуратными кругами, лежащими в одной плоскости, а по эллипсам – или же следуя сложным трехмерным траекториям. Но это были только жалкие потуги.

В 1924 году Макс Борн, друг Эйнштейна, профессор знаменитого Гёттингенского университета, сообщил своим лучшим дипломникам и преподавателям-ассистентам, что с него довольно полумер: он хочет разработать теорию, которая объяснит все существующие нестыковки и неясности. Борн был почти ровесником Эйнштейна, и было логично ожидать, что он воспротивится этим неожиданным новооткрытым явлениям, столь отличающимся от всего, чему его учили. Но Борн, обладавший мощным интеллектом, все же как ученый по уровню был ниже Эйнштейна. Впрочем, в данном случае это оказалось даже преимуществом: он не так цеплялся за свои былые достижения, как Эйнштейн. Для Эйнштейна невероятно плодотворным оказался именно классический подход. Борн практически ничего не терял, переходя на совершенно иные позиции.

И Борн, и его студенты знали, что Исааку Ньютону удалось понять механику крупномасштабного, видимого мира, в котором мы живем: мира деревьев, лун, планет, могучих паровозов (которых, впрочем, при Ньютоне еще не изобрели). Теперь же Борн настаивал: задача сегодняшних физиков – проделать то же самое для микромира, где происходят эти удивительные крошечные квантовые скачки. И назвать новую науку (если ее удастся создать) следует квантовой механикой.