Самая большая ошибка Эйнштейна - Дэвид Боданис

Если мы имеем дело с реальной шиной, достаточно просто взвесить ее, а не измерять, сколько воздуха из нее выходит. Эйнштейн воспользовался недавними исследованиями, которые показали: принцип Гейзенберга означает также и то, что в данный конкретный момент времени можно измерить либо энергию частицы, либо само время, в которое она обладает этой энергией, но не то и другое одновременно. Эта новая находка позволила Эйнштейну предпринять самую яростную из своих атак на принцип неопределенности.

Для мысленного эксперимента, представленного в Брюсселе, Эйнштейн придумал устройство, которым наверняка гордился бы герр Галлер, некогда руководивший его работой в патентном бюро. Эйнштейн попросил Бора вообразить ящик с облаком мельчайших излучающих частиц внутри (скажем, фотонов – «частиц света»). В одной стенке имеется крошечный затвор, управляемый сверхточными часами. Вся эта штука находится на весах, так что можно определять ее массу. В некий момент, отмеряемый часами, затвор открывается, выпуская один фотон, а потом затвор сразу же закрывается. Коробку взвешивают до и после – и таким способом мы сумеем оценить, насколько она стала легче.

Проделывая это, мы узнаем, сколько энергии несет в себе выпущенный на волю фотон: нам сообщат об этом весы (поскольку масса и энергия эквивалентны). Мы сумеем узнать и то, в какое именно время вылетит фотон: нам сообщат об этом часы. Окажись принцип неопределенности Гейзенберга верным, такого никогда бы не могло произойти. Поскольку часы никак не связаны с весами (в отличие от манометра, где сам процесс измерения влияет на точность измерения), доводы Гейзенберга полностью разбиты. Полная определенность возможна. Мир классической физики с ее четкими причинно-следственными связями спасен.

Бор знал, что мыслит медленнее многих ученых (хотя и глубже большинства из них). Но он привык, что в самом начале работы над задачей у него всегда возникает хотя бы проблеск возможного решения. А вот для эйнштейновской световой коробки он никакого возможного решения не видел. Фотон вылетает через затвор. Часы отмеряют время. Чаша весов движется. Часы и весы вовсе не находятся поблизости друг от друга.

Как примирить эту картинку с гейзенберговской неопределенностью?

Этот мысленный эксперимент Эйнштейна обескуражил Бора. Один из современников вспоминал: «Он [Бор] выглядел очень несчастным. Весь вечер он переходил от одного физика к другому, пытаясь убедить их, что все это может оказаться неверным… Но он не мог придумать никакого опровержения! Никогда не забуду, как Бор и Эйнштейн, эти два яростных оппонента, покидали университетский клуб. Эйнштейн, являя собой очень величественную фигуру, шествовал спокойно, с легкой иронической улыбкой. Рядом семенил чрезвычайно расстроенный Бор».

Но Эйнштейн ликовал недолго. Бор не спал почти всю ночь: несомненно, он, непрерывно что-то бормоча, пытался все-таки доискаться до решения и наверняка привлек к работе аспирантов и вообще всех, кому не посчастливилось – или наоборот, посчастливилось – оказаться рядом. Ранее Гейзенберг писал о том, как Бор сражается с научными задачами: «Даже после долгих часов борьбы он не желает отступать». Так вышло и на этот раз.

И утром Бор таки нашел решение! Когда затвор открывается и фотон вылетает наружу, масса коробки действительно уменьшается. Но ведь мы непрерывно взвешиваем коробку. А значит, она должна постоянно лежать на чаше весов. Когда фотон вылетает, чаша поднимается – очень слабо, но все же. А значит, она оказывается чуть выше в гравитационном поле Земли, то есть гравитационная сила, на нее действующая, становится слабее. А согласно эйнштейновской же теории относительности, время в гравитационном поле разной силы течет с неодинаковой скоростью.

Эйнштейн и Бор на брюссельской конференции 1930 года. Снимок сделал Эренфест – вероятно, в тот день, когда Эйнштейн предложил свой эксперимент с коробкой и часами, но еще до того, как Бор тщательно проанализировал эту идею.

Бор набросал предварительные расчеты, и когда все (сам Бор, Гейзенберг, вероятно, Эренфест, а возможно, и ряд других ученых, остановившихся в том же отеле) увидели, к чему идет дело, Эйнштейн – надо отдать ему должное – сам помог заполнить пробелы. Эйнштейн и Бор пришли к выводу: неопределенность при взвешивании вызвана крошечным гравитационным сдвигом, достаточным для того, чтобы картина полностью соответствовала гейзенберговскому принципу неопределенности.

Разрабатывая свой мысленный эксперимент, Эйнштейн пренебрег собственной теорией относительности, которую Бор и использовал для того, чтобы отвергнуть эту последнюю попытку Эйнштейна доказать, будто в основе устройства Вселенной непременно должна лежать причинность. Это означало крах мечты Эйнштейна доказать свою гипотезу 1916 года – о том, что мы прибегаем к вероятностям лишь как к временной мере, от которой можно будет отказаться, когда наука продвинется дальше, расширив наши знания о мире. Обиднее всего было то, что удар нанесли инструментом, который разработал он сам, Эйнштейн.

Гейзенберг торжествовал. Узнав о том, что последний бастион Эйнштейна пал, он записал: «Мы… поняли, что теперь можем быть абсолютно уверены в своей правоте… Новую интерпретацию, которую дает квантовая механика, оказалось не так-то просто опровергнуть».

Бор был скромнее, но из его вежливого гортанного бормотания явно следовало: он победил, а Эйнштейн проиграл.

Эйнштейн больше никогда не ездил на такие конференции.

И больше никогда не пытался опровергать Бора или Гейзенберга в ходе публичной дискуссии. Но он по-прежнему был уверен, что лучшие экспериментаторы мира заблуждаются и их данные неполны.

Чтобы утешиться, Эйнштейн, как бывало и прежде, обратился к музыке. Он обожал почти всю классику, хотя к большинству композиторов у него имелись претензии. «Я всегда чувствую, – писал он, – что Гендель хороший автор, даже совершенный, но в нем слышится нечто поверхностное, неглубокое». Шуберт тоже не выдерживал строгую проверку. «Шуберт в числе моих любимых сочинителей, потому что он превосходно умеет передавать эмоции и обладает огромной изобретательностью по части мелодий, – признавал Эйнштейн. – Но в его крупных сочинениях мне мешает нехватка четкой формы и архитектурной выстроенности».

Список несовершенств на этом не заканчивается. «Шуберт привлекает меня своими малыми сочинениями, – писал Эйнштейн. – В них есть оригинальность и богатство чувства. Но ему не хватает формального величия, и это мешает мне наслаждаться им в полной мере… Мне кажется, у Дебюсси очень изысканная палитра, но при этом он структурно беден». И вывод: «Я не могу пробудить в себе сколько-нибудь заметный энтузиазм по отношению к такого рода экзерсисам».

Как эти композиторы, такие великие во всем прочем, могли упустить крупномасштабное единство, если он знал, что оно существует, остается лишь его нащупать? Такое единство ощущали, на его взгляд, лишь Бах и Моцарт – два титана, в которых было нечто, что позволило им превзойти остальных. «Не могу определить, кто из них значит для меня больше», – признавался Эйнштейн. Но он точно знал: с ними никто не сравнится. А как же Бетховен? Эйнштейн находил его «мощным», но при этом «чрезмерно драматичным и чересчур личным»: по мнению великого физика, в сочинениях этого композитора слишком много случайного, произвольного – возможно, из-за того, что наши эмоции очень зависят от нашего физического состояния и от нашего прошлого. А вот Моцарт пошел гораздо дальше: по мнению Эйнштейна, его музыка «столь чиста, что кажется, будто она всегда пребывала где-то во Вселенной, лишь ожидая, пока маэстро ее откроет». Сочинения Моцарта казались более «необходимыми», они словно бы позволяли заглянуть в платоновское царство истин, которое существует далеко за пределами случайных событий чьей-либо персональной, личной истории.