Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная - Уолтер Айзексон

Нильс Бор, который стал главой квантово-механического движения со штаб-квартирой в Копенгагене, впервые встретился с Эйнштейном в 1920 году, когда приезжал в Берлин. Он появился в квартире Эйнштейна вместе с датским сыром и маслом и очень быстро перешел к обсуждению роли случая и вероятности в квантовой механике. Эйнштейн выразил озабоченность в связи с “отказом от непрерывности и принципа причинности”. Бор был смелее, ступив на эту зыбкую почву. В свете известных фактов, возразил он Эйнштейну, “единственная оставшаяся возможность” – отказ от строгого соблюдения принципа причинности.

Эйнштейн признался, что, хотя он и обеспокоен, на него производит глубокое впечатление прорыв, совершенный Бором при объяснении структуры атома. “Я и сам мог бы прийти к чему-то похожему, – посетовал Эйнштейн, – но если все это и на самом деле правда, значит, физика кончилась”40.

Хотя идеи Бора смущали Эйнштейна, сам неуклюжий и непринужденный датчанин очень располагал к себе. “Нечасто в моей жизни случалось, чтобы человек просто своим присутствием доставлял мне такую радость”, – написал он Бору после его визита, добавив, что он с удовольствием представляет себе его “радостное мальчишеское лицо”. Столь же увлеченно он говорил о Боре и за его спиной. “Здесь был Бор, и я увлекся им так же, как вы, – написал он их общему другу Эренфесту в Лейден. – Он чрезвычайно впечатлительный парень и передвигается по миру как будто в трансе”41.

А Бор, со своей стороны, преклонялся перед Эйнштейном. Когда в 1922 году было объявлено, что они один за другим стали обладателями Нобелевской премии, Бор написал Эйнштейну, что его радость еще больше, поскольку Эйнштейн, учитывая его “фундаментальный вклад в ту специфическую область, где я работаю”, добился признания первым42.

Следующим летом по дороге домой из Швеции, где он читал Нобелевскую лекцию, Эйнштейн остановился в Копенгагене, чтобы повидать Бора. Бор встречал его на вокзале, намереваясь на трамвае отвезти домой. По дороге они заговорились. “Мы сели в трамвай, но разговор был столь оживленным, что заехали мы слишком далеко, – вспоминал Бор. – Мы вышли и отправились в обратный путь, но опять заехали слишком далеко”. Они ни на что не обращали внимания, уж слишком увлекательным был разговор. По словам Бора, они “ездили туда и обратно, и можно себе представить, что думали о нас люди”43.

Это было нечто большее, чем просто дружба. Их отношения перешли в сложную интеллектуальную взаимозависимость. Начав с расхождения во взглядах на квантовую механику, они расширили тему споров, перейдя к связанным с этим вопросам о науке, теории познания и философии. “За всю историю человеческой мысли не было более значительного диалога, чем тот, который многие годы вели Нильс Бор и Альберт Эйнштейн о смысле квантов”, – сказал работавший с Бором физик Джон Уилер. Английский специалист по социальной философии и писатель Чарльз Перси Сноу пошел еще дальше. “Никогда еще не было столь содержательных интеллектуальных дебатов”, – утверждает он44.

Их диспут затрагивал основы мироздания. Возможна ли объективная реальность, существующая независимо от того, можем мы ее наблюдать или нет? Имеются ли законы, гарантирующие строгое соблюдение принципа причинности для явлений, которые в своей основе представляются случайными? Предопределены ли все процессы, происходящие во Вселенной?

Пока оба были живы, Бор продолжал что-то бессвязно бормотать и мучиться после очередной неудачной попытки обратить Эйнштейна в свою “квантово-механическую” веру. “Эйнштейн, Эйнштейн, Эйнштейн”, – ворчал он после каждой яростной схватки. Но дискуссия велась с глубоким чувством привязанности друг к другу и даже с юмором. Однажды, когда Эйнштейн, уже в который раз, декларировал, что Бог не играет в кости, именно Бор нанес встречный удар, высказав знаменитое возражение: “Эйнштейн, перестаньте указывать Богу, что Ему делать!”45

Квантовые скачки

В отличие от теории относительности, созданной фактически человеком, работавшим в гордом одиночестве, квантовая механика появилась в период с 1922 по 1927 год в результате бурной активности шумной группы молодых бунтовщиков, действовавших и совместно, и поодиночке. Свою теорию они строили на фундаменте, заложенном Планком и Эйнштейном, которые сами продолжали сопротивляться тем кардинальным последствиям, к которым привели кванты. Еще они использовали достижения Бора, ставшего воспитателем нового поколения физиков.

Луи де Бройль, носивший титул герцога, поскольку представители его рода столетиями служили французской короне, изучал историю в надежде стать государственным чиновником, но после окончания лицея увлекся физикой. Его диссертация, опубликованная в 1924 году, изменила эту область знаний. Де Бройль задался вопросом: если волна может вести себя как частица, почему частица не может вести себя как волна?

Эйнштейн говорил, что свет должно рассматривать не только как волну, но и как частицу. Сходным образом, согласно де Бройлю, частица, такая как электрон, может тоже считаться волной. “Внезапно меня осенило, – вспоминал позднее де Бройль. – Корпускулярно-волновой дуализм Эйнштейна – абсолютно общее явление, распространяющееся на все физические объекты, а если это так, с движением всех частиц – фотонов, электронов, протонов и всех остальных – должно быть сопоставлено распространение волны”46.

Используя закон фотоэффекта Эйнштейна, де Бройль показал, что с электроном (как и любой частице) должна сопоставляться длина волны, равная постоянной Планка, деленной на импульс частицы. Оказалось, что эти длины волн чрезвычайно малы. Это значит, что с ними сталкиваешься только в субатомном мире, а не тогда, когда бросаешь камни, изучаешь планеты или играешь в бейсбол[75].

В модели атома Бора электроны могут переходить с орбиты на орбиту (или, говоря точнее, менять стабильные конфигурации стоячих волн), только совершив определенные квантовые скачки. Диссертация де Бройля помогала объяснить это, рассматривая электроны не только как частицы, но и как волны.

Такие волны размещаются на круговой орбите вблизи ядра. Подобная схема работает, если на орбите помещается целое число – скажем, 2, 3 или 4 – длин волн частицы. Волну нельзя точно вписать в предписанный ей круг, если какая-то часть длины волны остается за его пределами.

Де Бройль сделала три копии своей диссертации. Одну он послал своему руководителю Полю Ланжевену, дружившему с Эйнштейном и мадам Кюри. Ланжевен, несколько сбитый с толку, попросил еще один экземпляр, чтобы послать его Эйнштейну. Эйнштейн оценил работу очень высоко. Она, по его словам, “приподняла завесу над великой тайной”. Как гордо заметил де Бройль, “это заставило Ланжевена согласиться с моей работой”47.