Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная - Уолтер Айзексон

Великий сольвеевский спор,

1927 и 1930 годы

Упорные арьергардные бои, которые Эйнштейн вел против наступающей со всех сторон квантовой механики, достигли наибольшего напряжения в Брюсселе, во время двух знаменитых Сольвеевских конгрессов. В обоих случаях Эйнштейн выступал как провокатор, пытаясь нащупать брешь в торжествующей победу новой премудрости.

На первом из них, состоявшемся в октябре 1927 года, присутствовали три великих мастера, стоявших у истоков новой эры в физике, но теперь скептически настроенных по отношению к ее детищу – таинственному миру квантовой механики. Там были семидесятичетырехлетний Хендрик Лоренц, шестидесятидевятилетний Макс Планк и сорокавосьмилетний Альберт Эйнштейн. Хендрику Лоренцу, получившему Нобелевскую премию за исследования электромагнитного излучения, оставалось жить всего несколько месяцев. Макс Планк был обладателем Нобелевской премии за теорию кванта, а Эйнштейн – за открытие закона фотоэлектрического эффекта.

Среди остальных двадцати шести участников конгресса больше половины тоже в свое время стали лауреатами Нобелевской премии. Здесь же были и все чудо-мальчики новой квантовой механики, надевшиеся либо переубедить, либо победить Эйнштейна. Это были двадцатипятилетний Вернер Гейзенберг, двадцатипятилетний Поль Дирак, двадцатисемилетний Вольфганг Паули, тридцатипятилетний Луи де Бройль и представитель Америки тридцатипятилетний Артур Комптон. Был и представитель среднего поколения сорокалетний Эрвин Шредингер, зажатый между “сердитыми молодыми людьми” и стариками-скептиками. И конечно, здесь был сорокадвухлетний Нильс Бор, в прошлом “сердитый молодой человек”, который своей моделью атома способствовавший появлению квантовой механики, а теперь стойкий защитник вступающих в противоречие с интуицией следствий из этой теории25.

Лоренц попросил Эйнштейна сделать на конгрессе доклад о состоянии дел в квантовой механике. Эйнштейн сначала дал согласие, но потом отказался. “После длительных колебаний я пришел к выводу, что недостаточно подхожу для того, чтобы представить доклад, отражающий текущее положение дел, – ответил он. – Отчасти это связано с тем, что я не одобряю чисто статистический способ рассуждений, на котором основываются новые теории”. А затем он с горечью добавил: “Прошу вас, не сердитесь на меня”26.

Вместо него доклад, открывший конгресс, сделал Бор. Он не скупился на похвалу, описывая достижения квантовой механики. В субатомном мире нет определенности и строго выполняющегося принципа причинности, говорил он. Нет детерминистских законов, только вероятности и шанс. Не имеет смысла говорить о “реальности”, не зависящей от процесса наблюдения и измерения. В зависимости от характера ставящегося эксперимента свет может быть либо волнами, либо частицами.

Во время официальных заседаний Эйнштейн говорил очень мало. “Я должен извиниться, что не разобрался в квантовой механике достаточно глубоко”, – заметил он в самом начале. Но за обедом и во время долгих вечерних разговоров, возобновлявшихся за завтраком, он втягивал Бора и его сторонников в оживленные споры, затравкой для которых служила его любимая шутка о Боге, который не играет в кости. “Нельзя строить теории на основании большого числа всяческих “если”, – вспоминает Паули доводы Эйнштейна. – Это глубоко неправильно, даже если основывается на опыте и логически непротиворечиво”27.

“Вскоре дискуссия свелась к поединку между Эйнштейном и Бором, споривших о том, можно ли атомную теорию в ее нынешнем виде считать окончательной”, – вспоминал Гейзенберг28. Как сказал впоследствии Эренфест своим студентам, “о, это было восхитительно”29.

И во время заседаний, и в пылу неформальных дискуссий Эйнштейн пытался обработать своих противников, ставя искусные мысленные эксперименты, которые должны были доказать, что квантовая механика не дает полного описания реальности. С помощью хитроумного воображаемого устройства он пытался показать, что все характеристики движущейся частицы могут, по крайней мере в принципе, быть точно измерены.

Например, один из мысленных экспериментов Эйнштейна состоял в следующем. Пучок электронов пускают на экран со щелью. Пройдя через щель, электроны ударяются о фотографическую пластину, и их координаты фиксируются. Было еще много дополнительных элементов воображаемого прибора, таких, например, как задвижка, которая позволяла мгновенно открывать и закрывать щель. Все они были изобретательно использованы Эйнштейном, который хотел продемонстрировать, что теоретически можно одновременно знать точно координату и импульс электрона.

“Эйнштейн являлся на завтрак с каким-нибудь подобным предложением”, – вспоминал Гейзенберг. Происки Эйнштейна его, как и Паули, волновали не слишком. “Все будет в порядке, – твердили они, – все будет в порядке”. Но Бор часто приходил в возбуждение и начинал что-то исступленно бормотать.

Обычно в зал, где проходило заседание конгресса, они шли вместе, разрабатывая по пути стратегию, с помощью которой можно было бы показать несостоятельность идей Эйнштейна. “К обеду мы обычно уже могли доказать, что его мысленный эксперимент не противоречит принципу неопределенности, – вспоминал Гейзенберг, – и Эйнштейн признавал поражение. Но на следующее утро он появлялся за завтраком с новым, обычно более сложным мысленным экспериментом”. К обеду они уже знали, как опровергнуть и его.

Так это и продолжалось. Бору удалось отбить каждый мяч, посланный Эйнштейном, и показать, как принцип неопределенности в каждый момент времени действительно ограничивает доступную нам информацию о движущемся электроне. “Так продолжалось несколько дней, – рассказывает Гейзенберг. – И под конец мы – Бор, Паули и я – знали, что у нас под ногами твердая почва”30.

“Эйнштейн, мне стыдно за вас”, – ворчал Эренфест. Он был огорчен из-за того, что в отношении квантовой механики Эйнштейн проявляет ту же неуступчивость, что когда-то физики-охранители в отношении теории относительности. “К Бору он сейчас относится точно так же, как воинствующие защитники одновременности относились к нему самому”31.

Замечание, сделанное Эйнштейном в последний день конгресса, показывает, что принцип неопределенности был не единственным заботящим его аспектом квантовой механики. Его также волновало – и чем дальше, тем больше, – что квантовая механика, возможно, допускает действие на расстоянии. Другими словами, согласно копенгагенской интерпретации, нечто происшедшее с одним телом мгновенно определяет результат измерения свойств другого тела, расположенного в совершенно другом месте. Согласно теории относительности, пространственно разделенные частицы независимы. Если действие, произведенное над одним телом, немедленно влияет на другое тело, расположенное в отдалении от него, отметил Эйнштейн, “с моей точки зрения, это противоречит постулату теории относительности”. Никакая сила, включая гравитационную, не может передаваться со скоростью, превышающей скорость света, настаивал он32.