СЕМЬ ИСКУССТВ

Убеждения заставляли людей идти на костер, совершать убийства, отправляться на каторгу. Убеждения Эйнштейна обрекли его на одиночество. Он стал в одиночку строить свою единую теорию поля — объединение тяготения и электромагнетизма — в надежде, что в ней появятся частицы. Он решил идти своим одиноким путем.

Виталий Мацарский

БЫЛ ЛИ ЭЙНШТЕЙН КЛАССИЧЕСКИМ ФИЗИКОМ?

На этот вопрос, на мой взгляд, следует ответить резко положительно. Возможно, это всем ясно и без меня, и я ломлюсь в открытую дверь, но столь часто приходится слышать, что Эйнштейн был бунтарем, революционером, ниспровергателем, что хочется в этом убедиться самому. Да, благодаря ему вся современная физика выглядит совершенно не так, как в начале прошлого века. И создана она была в основном благодаря его усилиям.

Но какими методами он этого достиг? Каков был его подход? Каков был стиль его мышления? Тут совет дал сам Эйнштейн: «Если вы хотите узнать у физиков-теоретиков что-нибудь о методах, которыми они пользуются, я советую вам держаться такого принципа: не слушайте, что они говорят, а разглядывайте их деяния»[1]. Этим мы и займемся.

Что значит быть классическим физиком? Для наших целей примем, что классическим будет считаться физик-теоретик, который в своей работе остается в рамках механики Ньютона, термодинамики Больцмана, электродинамики Максвелла и пользуется методами этих разделов физики. Кроме того, он согласен с наличием объективной реальности, существующей независимо от экспериментатора. Он также придерживается принципа локальности, иногда называемого принципом близкодействия, согласно которому на физический объект влияет только его непосредственное окружение.

Некоторые точно знают, когда закончилась классическая физика. Нобелевский лауреат премии по физике 2005 года Рой Глаубер уверенно заявил: «Всё, что мы понимали или могли понять до 14 декабря 1900 года, даты выхода в свет работы Планка, для нас есть классика».[2] Посему предлагаю ЮНЕСКО объявить 14 декабря «Днем рождения постклассической физики» и всенародно праздновать его ежегодно. Можно даже объявить его выходным днем.

В голову другого человека не залезешь, а уж тем более в голову Эйнштейна. Но если человек оставил многочисленные статьи, книги, письма, если опубликованы многочисленные воспоминания о нем и его не менее многочисленные биографии (о которых всё знает Евгений Беркович)[3], то можно по крайней мере попытаться проникнуть в его методы решения научных проблем, в характерный способ подхода к их решению. Этим мы и займемся.

Для начала попробуем окунуться в жизнь самого начала XX века. Кажется, что это было очень давно, но на самом деле не очень. Так, мой дед родился в том же году, когда Макс Планк предложил свою гипотезу квантов — в 1900-м. К моменту завершения создания современной квантовой механики (о чем он, конечно же, не подозревал, потому как работал парикмахером в провинциальном городе) ему было всего 27 лет. Его хорошо помню не только я — он откармливал меня, оголодавшего на уборке помидоров в подшефном университету совхозе, жареной на сале картошкой с печенкой — но и моя дочка, его правнучка, которая пятилетней за праздничным столом не знала, чем вытереть испачканные мороженым руки, и с радостью последовала совету деда вытереть их о платье, чем и запомнила его на всю жизнь. Все это я к тому, что во времена моей далекой молодости начало века помнили еще многие.

Жизнь тогда было совершенно иной. К 1900 году электрическое освещение в европейских городах стало уже нормой. Средства же связи, например, только начинали развиваться. Грэм Белл изобрёл телефон в 1876 г. и им довольно быстро стали пользоваться в Чикаго, а вот в Париже по телефону поначалу можно было связаться только в своем доме с консьержем или привратником, почему аристократия пользоваться им брезговала. В 1888 г. Генрих Герц опубликовал статью «О лучах электрической силы», где рассказал об экспериментальном обнаружении электромагнитных волн, чем подтвердил теорию Джеймса Кларка Максвелла. Первая электрическая трамвайная линия открылась в Берлине в 1881 году. Даже пишущая машинка, появившаяся в 1886 году, тогда казалась чудом. Французский писатель Эдмон Гонкур, попав на авеню Оперá в контору американского юриста, чтобы подписать договор на перевод одного из своих произведений, впервые увидел документ, «отпечатанный на маленьком пианино». Электрону к началу XX века исполнилось четыре года.

Влезть в чужую голову не выйдет, а вот влезть в чужую шкуру попробовать можно. Вот Эйнштейн в 1905 году, ему 26 лет.

Как ни странно, между ним и 26-летним мной оказалось немало общего. Мы оба стали молодыми отцами (правда, оказалось, что до этого у Эйнштейна уже была дочь, судьба которой неизвестна), нас обоих вечером ждало ведро грязных пеленок — у нас стиральной машины не было, а у Эйнштейна и подавно. Обоим нужно было содержать неработающую жену, для чего приходилось подрабатывать на стороне — я занимался переводами, а Эйнштейн реферированием для приложения к журналу Annalen der Physik, и с 1902 по 1905 год он напечатал их целых 21.

Редактором Annalen der Physik тогда был крупный немецкий физик Пауль Карл Людвиг Друде. С его работами по классической электронной теории Эйнштейн был знаком, потому как обрушился в письме на одну из его статей с суровой критикой. В том же письме он поинтересовался и местом ассистента, что было довольно странно. Вряд ли профессор взял бы к себе в ассистенты молодого человека, критикующего его работы.

Реферировал он статьи по молекулярно-кинетической теории, термодинамике, электродинамике и оптике, статистической механике, теории излучения. Если учесть, что реферировались работы, представлявшие интерес для журнала, который был одним из ведущих в Германии, а значит и в мире, то Эйнштейн должен был быть в курсе самых последних достижений в физике.

Продолжая свою беспардонную аналогию с величайшим гением всех времен и народов, добавлю, что мы одного роста — 176 см, хотя Эйнштейн был покрупнее, в 26 лет имели очень черные волосы, в задумчивости покручивали висок — я левый, а он правый (о чем мне рассказал его соавтор Банеш Хоффман) — и имели пристрастие к табаку (его лучший биограф Абрахам Пайс даже дал мне подержать его последнюю трубку). У нас обоих оказался варикоз, из-за которого Эйнштейна освободили от службы в швейцарской армии, меня же от советской армии нет. Можно добавить еще неприязнь к парикмахерским и стесняющей одежде. На этом сходство между нами, увы, заканчивается.

Может показаться, что я отношусь к Эйнштейну без должного пиетета. Заверяю, что это совершенно не так, иначе я не потратил бы столько времени и усилий на публикацию нашего с женой перевода замечательной научной биографии Эйнштейна пера Пайса.[4] На нее я буду часто ссылаться.[5]

Дело в том, что в 1905 году Эйнштейн еще не был светочем и дивным гением. Он был неудачником и остро это переживал. По получении в 1900 году дипломов цюрихского политехникума все его однокашники получили должности ассистентов. Все кроме Эйнштейна. Он стал лихорадочно искать работу, любую работу — от частного репетиторства до учителя средней школы, он был даже готов пойти работать в страховую компанию, там математики были нужны. На два письма Вильгельму Фридриху Оствальду с просьбой о месте ассистента профессор даже не ответил. Отец был настолько озабочен подавленным состоянием сына, что написал Оствальду трогательное умоляющее письмо с просьбой поддержать Альберта, а может быть и подыскать ему место. Ответа тоже не последовало.

В оправдание Оствальда нужно сказать, что он был первым и единственным, кто выдвинул Эйнштейна на Нобелевскую премию по физике еще в 1910 году. Сам он получил нобелевку по химии годом раньше. Оствальд повторил свою номинацию Эйнштейна еще дважды — в 1912 и в 1913 гг.

Наконец, по протекции отца своего друга и сокурсника Марселя Гроссмана в 1902 году Эйнштейну удалось получить в Федеральном патентном бюро в Берне место эксперта 3-го класса с испытательным сроком. (О том, как Эйнштейн искал работу см. статью Евгения Берковича[6].) Он был вне себя от счастья. Появился небольшой, но стабильный заработок, можно было жениться и заводить детей, а также заняться наукой, благо голову переполняли свежие идеи.

Эйнштейн к тому времени уже опубликовал пять работ по молекулярной физике и термодинамике, которые позже сам назвал никчемными (к 1902 году он написал три статьи, еще две были опубликованы в 1903 и 1904 годах — прим. ред.). Это не совсем так, поскольку статьи была добротными и верными (кроме первых двух), но не содержали новизны. Вполне традиционной была и его диссертация о новом методе измерения размеров молекул, опубликованная в 1905 г. первой (диссертация была опубликована в виде отдельной брошюры в Берне в типографии K.J. Wyss. В конце диссертации стоит дата окончания работы: 15 апреля 1905 года. Поэтому диссертация была второй работой 1905 года — прим. ред.). Требовалось что-то другое, совершенно новое, привлекающее внимание. Поэтому мне не кажется случайным, что второй работой, опубликованной в марте 1905 г., стала статья о световых квантах, которую сам Эйнштейн в письме другу Конраду Габихту назвал революционной (статья о световых квантах сдана в редакцию журнала «Annalen der Physik» 18 марта, то есть была первой работой 1905 года — прим. ред.). Она должна была эпатировать, заставить говорить о себе, разорвать цепь неудач.

Эйнштейн неоднократно говорил и писал, что в физике у него были два героя — Ньютон и Максвелл. Но между их взглядами существовал конфликт. Максвелл полагал, что свет есть электромагнитная волна, по Ньютону же свет был потоком частиц, корпускул. Волновая теория, которой еще во времена Ньютона придерживался Христиан Гюйгенс, прекрасно описывала явления дифракции и интерференции. Для корпускул Ньютона это представляло проблему. Чтобы объяснить разложение света в призме, ему приходилось предполагать, что корпускулы притягиваются прозрачным веществом, и в стекле движутся быстрее, чем в вакууме «пропорционально синусам углов, измеряющих величину преломления в телах», писал Ньютон в «Оптике». Вот так, по его мнению, возникала радуга.

Вполне возможно, что размышляя о том, как приложить новорожденное представление Планка о квантах энергии в теории излучения, Эйнштейн не мог не вспомнить о корпускулах Ньютона, о совершенно классических частицах, обладающих массой, импульсом и, конечно, энергией. Эти частицы света простым и естественным образом объясняли вылет электронов из металлов. Обладая достаточной энергией, кванты света выбивали электроны из атомов.

Удивляет, как современные физики снисходительно похлопывают Эйнштейна по плечу. Вот, например, что сказал в своей нобелевской лекции уже упоминавшийся Рой Глаубер, получивший премию «за вклад в квантовую теорию оптической когерентности». «Объяснение Эйнштейна было наивно простым. Он предположил, что сам свет состоит из локализованных пакетов энергии, причем каждый из них обладает одним квантом энергии»[7].

Это сейчас нобелевскому лауреату, выросшему на идеях Эйнштейна, всё кажется «наивно простым», а тогда, в 1905 году, световые кванты не выглядели ни наивными, ни простыми. Даже в 1922 году Нильс Бор в своей нобелевской лекции заявил: «Несмотря на свою эвристическую ценность, гипотеза световых квантов, совершенно несовместимая с явлениями интерференции, не в состоянии пролить свет на природу излучения.»[8] Пикантность этого заявления состоит в том, что Эйнштейну Нобелевская премия за 1921 год была присуждена за объяснение фотоэффекта, основанное на гипотезе световых квантов. Но нас сейчас интересует не столько отношение современников Эйнштейна к гипотезе световых квантов (о чем речь пойдет ниже), сколько ход его мыслей.

К 1905 году Эйнштейн уже пришел к выводу о том, что в светоносном эфире нет нужды, а потому

«…без эфира энергия, непрерывно распределенная в пространстве, представляется мне абсурдом»[9]. Еще в 1901 году он писал невесте Милеве: «Мишель [Бессо] дал мне книжку по теории эфира 1885 г. Она настолько устарела, что можно подумать, будто она написана в глубокой древности. Сразу видно, как быстро сейчас меняются представления. Я собираюсь вплотную заняться изучением того, что Лоренц и Друде написали об электродинамике движущихся тел.»[10].

Эту же тему он активно обсуждал с профессором цюрихского университета Альфредом Кляйнером, у которого позднее защитил докторскую диссертацию.

«Сегодня я полдня провел у Кляйнера в Цюрихе, объясняя ему свои идеи об электродинамике движущихся тел и беседуя о самых разных проблемах физики. Он не так глуп, как я думал и вообще славный малый»[11].

Эйнштейн жаловался Милеве Марич на затяжку с рассмотрением его диссертации.

«Подумать только, какие препоны ставят эти стариканы-обыватели перед человеком не их круга. Это омерзительно! Такие типы инстинктивно считают каждого умного молодого человека опасным для их шаткого самомнения. Так мне это сейчас представляется. Если он осмелится отвергнуть мою докторскую диссертацию, я опубликую его отказ рядом с текстом диссертации, и он выставит себя дураком. Если же он ее примет к защите, то посмотрим, какую позицию займет герр Друде».[12]

Альфред Кляйнер действительно оказался славным малым. Он не только стал научным руководителем успешно защищенной Эйнштейном диссертации, но и позднее помог ему получить должность в университете, а потом и рекомендовал его на вновь созданную кафедру теоретической физики.

Тут мы подходим к следующей классической (во всех смыслах слова) работе Эйнштейна, где он изложил специальную теорию относительности, СТО. Называется она «К электродинамике движущихся тел»[13].

Эйнштейн начал работать над ней еще в 1901 году. Он писал тогда Милеве:

«Сейчас я очень усердно тружусь над электродинамикой движущихся тел, что обещает вылиться в капитальную статью. Я писал тебе о сомнениях в правильности идей об относительном движении, но мои сомнения основывались исключительно на простой математической ошибке. Сейчас я верю в нее больше, чем когда-либо»[14].

Статья, опубликованная в 1905 году, оказалась не просто «капитальной», а фундаментальной, классической, хотя теперь ее мало кто читает, проще заглянуть в учебник. Впрочем, оригинальные работы Эйнштейна, похоже, читают только историки физики, активно работающим ученым это ни к чему.

Начинается эпохальная статья с указания на противоречие. «Известно, что электродинамика Максвелла в современном ее виде приводит в применении к движущимся телам к асимметрии, которая несвойственна, по-видимому, самим явлениям.» Далее Эйнштейн переходит к изложению собственно теории.

«Развиваемая теория основывается, как и всякая другая электродинамика, на кинематике твердого тела, так как суждения всякой теории касаются соотношений между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процессами. Недостаточное понимание этого обстоятельства является корнем тех трудностей, преодолевать которые приходится теперь электродинамике движущихся тел».

Он тут же переходит к определению «координатной системы, в которой справедливы уравнения механики Ньютона». Снова Максвелл и Ньютон располагаются рядом. Дабы не было сомнений в том, что это за система координат, Эйнштейн пишет:

«Если некоторая материальная точка находится в покое относительно этой координатной системы, то ее положение относительно последней может быть определено методами эвклидовой геометрии с помощью твердых масштабов и выражено в декартовых координатах».

Эвклидова геометрия и декартовы координаты — это классический образец классического подхода.

Тут же автор переходит к понятию одновременности: «Мы должны обратить внимание на то, что все наши суждения, в которых время играет какую-либо роль, всегда являются суждениями об одновременных событиях». Затем, на основе введенного им постулата конечности скорости света, путем несложных преобразований он приходит к формулам, позволяющим пересчитывать время для некой инерциальной системы из другой такой же системы, и в итоге получает формулы преобразований, названных Анри Пуанкаре преобразованиями Лоренца. С помощью этих преобразований нужно пересчитывать и время в разных системах отсчета.

Как справедливо заметил Абрахам Пайс, «Сколько инерциальных систем отсчета, столько и времен. В этом суть кинематического раздела июньской статьи Эйнштейна, одного из крупнейших достижений науки как по содержанию, так и по форме». По сути, СТО есть расширение механики Ньютона для скоростей, сравнимых со световой. Можно также сказать, что механика Ньютона есть частный случай СТО, когда скорости тел гораздо меньше скорости света.

Переходя к объяснению физического смысла полученных уравнений, Эйнштейн указывает, что «…твердое тело, которое в покоящемся состоянии имеет форму шара, в движущемся состоянии — при наблюдении из покоящейся системы — принимает форму эллипсоида вращения». Впоследствии выяснилось, что это не так, причем выяснилось это аж через 55 лет.

Известный физик Виктор Вайсскопф писал в 1960 году:

«Мы все считали, что согласно СТО, движущийся объект будет выглядеть сплющенным в направлении движения… Пассажир быстро движущегося космического корабля, выглянув в иллюминатор, должен был бы увидеть сферу, сплющенную в эллипсоид. Это определенно не так. Форма объекта не меняется, он будет казаться лишь повернутым».[15]

С жесткими стержнями тоже возникло затруднение. Уже через два года сам же Эйнштейн понял, что абсолютно твердые тела несовместимы с СТО, поскольку по ним можно было бы передавать сигналы с бесконечной скоростью, что противоречит постулату о постоянстве конечной скорости света.

В электродинамической части Эйнштейн рассмотрел уравнения Максвелла, самостоятельно вывел выражение для уже полученной Лоренцом силы, названной его именем, получил выражения для эффекта Допплера и аберрации. Чего нет в этой статье, так это самой знаменитой формулы E = mc². Впервые он записал ее в другой статье 1905 года.[16]

Если бы в каждую из инерциальных систем отсчета посадить по Ньютону, то каждый из них чувствовал бы себя в ней вполне комфортно, как в созданных им абсолютных пространстве и времени. Но вот если бы Ньютону захотелось узнать, что показывают стрелки на часах его двойника, пролетающего мимо прямолинейно и равномерно, ему пришлось бы проводить вычисления по формулам преобразований Лоренца. А вот если бы рядом с ним расположился Максвелл, то он не испытывал бы никаких затруднений — его уравнения инвариантны относительно преобразований Лоренца.

По словам того же Пайса,

«… вскоре началось великое формальное упрощение СТО. Вначале это не произвело на Эйнштейна большого впечатления, он счел запись своей теории в тензорной форме „излишней ученостью»“». Проделал это бывший преподаватель математики Эйнштейна в цюрихском политехникуме Герман Минковский. В 1908 году он прочитал в Кельне лекцию «Пространство и время», начинавшуюся так: «Взгляды на пространство и время, которые я собираюсь изложить, основаны на результатах экспериментальной физики, и в этом их сила. Взгляды эти радикальны. Отныне пространство само по себе и время само по себе уходят в мир теней, и сохраняет реальность лишь их своеобразный союз».[17]

Эйнштейн прекрасно понимал, что СТО есть первый шаг, что эта теория применима лишь к частному случаю инерциальных систем, потому она иногда называется частной теорией относительности. Он принялся строить общую теорию относительности, ОТО, справедливую для неинерциальных систем, т.е. для тяготения. Эйнштейн завершил ее после неимоверных усилий 25 ноября 1915 года. Позднее он сам говорил, что СТО создали бы и без него, к этому были очень близки и Анри Пуанкаре, и Хендрик Лоренц. А вот ОТО, по мнению многих физиков, без Эйнштейна была бы, вероятно, создана гораздо позже или не создана вообще.

Остается лишь подчеркнуть, что и СТО, и ОТО являются классическими теориями, построенными с применением классического подхода, с использованием реально ощутимых вещей — часов и жестких стержней в СТО и падающего лифта, в котором незадачливый пассажир не ощущает своего веса, в ОТО. Крупный советский физик-теоретик Игорь Юрьевич Кобзарев с этим согласен:

«Если по своему содержанию работы Эйнштейна по частной теории относительности и его более поздние работы по общей теории относительности принадлежали к классической физике (курсив мой — в.м.) в нашем теперешнем ее понимании, то по своему духу и стилю именно они начинали новый период ее истории».[18]

В 1905 году Эйнштейн опубликовал также работу по броуновскому движению (сразу после статьи о световых квантах), плюс уже упоминавшуюся статью, где впервые появилась его знаменитая формула. Он «стрелял» по разным направлениям в надежде где-то попасть в цель. А попал во все цели, что равносильно чуду. Недаром 1905 год называют annus mirabilis Эйнштейна, годом чудес. Отметим еще раз, что статьи 1905 г. были чисто классическими по своему подходу, но при этом открыли новую эру в физике. Результат, к которому Эйнштейн пришел в работе о световых квантах, был действительно революционным, но достигнут он был классическими методами с применением классической термодинамики Больцмана. Так Эйнштейн стал революционером поневоле. Как и Макс Планк.

Все эти работы были без промедления напечатаны в журнале Annalen der Physik. Как видно, его редактор Пауль Друде тоже оказался «славным парнем», сразу распознавшим гения. В те времена редактор сам решал, что печатать, а что нет. А вот если бы тогда уже существовала система анонимного рецензирования, то еще неизвестно, вышла ли бы статья о световых квантах в свет. Скорее всего ее зарубили бы рецензенты, как явно противоречащую общепринятым представлениям.

Признание пришло не сразу. Некоторое время к разочарованию Эйнштейна царило молчание, а потом первым откликнулся Макс Планк, попросивший автора прояснить некоторые неясные ему положения. Радости автора не было границ — к нему обратился один из столпов физики. Завязалась переписка, в результате которой сам Планк стал работать в этой области, опубликовав отличные статьи. Поддержка Планка оказалась весьма кстати, и благодаря ему СТО стала набирать популярность. Этому немало способствовало и кельнское выступление Минковского, привлекшее внимание широкой публики, в том числе философов. Идеи СТО стали проникать в научные массы. Работы по броуновскому движению и о новом методе определения размеров молекул и постоянной Авогадро получили признание довольно быстро, чего нельзя сказать о гипотезе световых квантов.

С ней дело обстояло иначе. Она показалась настолько дерзкой, так противоречащей волновой теории великого Максвелла, что ей просто не поверили. Молодой физик Макс фон Лауэ, сразу и с восторгом принявший СТО, приехал познакомиться с Эйнштейном в 1906 году и стал его другом на всю жизнь. Он писал Эйнштейну в 1907 году: «Очень рад, что вы отказались от своей теории световых квантов». Многие считали так же.

В 1912 году крупный немецкий физик Арнольд Зоммерфельд писал: «Эйнштейн сделал слишком далеко идущие выводы из открытия Планка [кванта действия] … он больше не придерживается, как мне кажется, своей первоначальной, чрезвычайно дерзкой точки зрения [о световых квантах]». Американский экспериментатор Роберт Милликен, занимавшийся тогда проверкой теории фотоэффекта, утверждал в 1913 г., что Эйнштейн, по его мнению, «отказался от этой идеи [о световых квантах] года два назад».

В том же 1913 году ведущие немецкие физики, в том числе Планк, признавая огромные заслуги Эйнштейна, рекомендовали избрать его членом Прусской академии наук. В своем представлении они писали:

«Можно сказать, что вряд ли есть хоть одна крупная проблема в современной физике, в решение которой Эйнштейн не внес бы заметного вклада. То, что иногда в своих рассуждениях он заходит слишком далеко, как, например, в случае гипотезы световых квантов, вряд ли следует ставить ему в вину, так как даже в точных науках невозможно предлагать действительно новаторские идеи, не беря на себя определенного риска».

Как справедливо заметил А. Пайс, «когда Планк ввел понятие квантов для описания спектральных свойств естественного излучения, он применил квантование к веществу, к своим вещественным осцилляторам. Тогда он не представлял себе, что такой подход требует пересмотра классического описания самого поля излучения. При его подходе вроде бы только по-иному рассматривалось взаимодействие излучения с веществом. Это выглядело не очень странно, так как проблема взаимодействия все равно была полна неясностей. Что же касается Эйнштейна, то гипотезой световых квантов он осмелился посягнуть на уравнения Максвелла для свободного поля, о которых, как небезосновательно считалось, было известно гораздо больше, чем о взаимодействии излучения с веществом. Поэтому необычная идея Планка гораздо меньше шокировала физиков, чем экстравагантные предположения Эйнштейна».

Итак, классические физики не могли согласиться с воззрениями Эйнштейна. Казалось бы это противоречит моему заявлению о том, что Эйнштейн и сам был классическим физиком. Но последуем его совету и посмотрим, какими методами он пришел к гипотезе световых квантов.

Макс Планк назвал свою квантовую гипотезу «актом отчаяния». Он предложил ее в последний месяц последнего года XIX века, желая любой ценой получить формулу для описания теплового излучения. Тем самым он как бы подвел черту под всей физикой того золотого века. Планк был классическим адептом классической термодинамики, которой и воспользовался для изобретения своей формулы. Самой гипотезе он, похоже, не очень доверял, считая дискретные порции энергии лишь удобным приемом, столь успешно применявшимся Людвигом Больцманом в термодинамике. Так, в своей основополагающей статье о квантах он спокойно написал: «…при делении полной энергии Е на 3 получаем число элементов энергии, распределенных по N резонаторам. Если этот результат оказывается не целым числом, округляем его до ближайшего целого».[19] Иными словами, число квантов у Планка могло быть и дробным.

Эйнштейн же был более последователен. Анализируя подход Планка, он подметил, что энтропия монохроматического излучения зависит от объема точно так же как энтропия газа. А если газ состоит из дискретных молекул, то почему бы и свету не состоять из дискретных элементов?

Эйнштейн подумывал об этом уже довольно давно. Вскоре после появления статьи Планка он писал своей невесте: «Мне недавно пришло в голову, что при возникновении света, возможно, происходит прямое преобразование поступательной энергии в свет по аналогии с кинетической энергией молекул»[20] Налицо чисто классический подход.

Эпохальную статью марта 1905 года[21] Эйнштейн начинает так:

«Между теоретическими представлениями физиков о газах или других весомых телах и максвелловской теорией электромагнитных процессов в так называемом пустом пространстве существует глубокое формальное различие. … Не следует забывать, что оптические наблюдения относятся не к мгновенным, а к средним по времени величинам. Поэтому, несмотря на полное подтверждение экспериментом теории дифракции, отражения, преломления, дисперсии и т.д., может оказаться, что теория света, оперирующая непрерывными пространственными функциями, приведет к противоречию с опытом, когда ее будут применять к явлениям возникновения и превращения света».

И здесь, как в статье об СТО, он первым делом указывает на нестыковку взглядов, их противоречие. Фотоэффект приводил именно к таким противоречиям. Для их устранения и понадобились кванты света.

«Я и в самом деле думаю, что опыты, касающиеся «излучения черного тела» … и других групп явлений, связанных с возникновением и превращением света, лучше объясняются предположением, что энергия света распределяется по пространству дискретно. Согласно сделанному здесь предположению, энергия пучка света, вышедшего из некоторой точки, не распределяется непрерывно во все возрастающем объеме, а складывается из конечного числа локализованных в пространстве неделимых квантов энергии, поглощаемых или возникающих только целиком», писал Эйнштейн.

Такое предположение не могло не шокировать, ведь оно шло вразрез с общепринятым представлением о сферически распространяющейся в объеме волне, как то следовало из теории Максвелла. Об откликах современников на эту идею Эйнштейна уже говорилось выше.

Вся статья построена на последовательном применении термодинамики Больцмана в духе Планка. В результате, Эйнштейн приходит к ясному выводу: «Монохроматическое излучение малой плотности… в смысле теории теплоты ведет себя так, как будто оно состоит из независимых друг от друга квантов энергии…»

Ближе к концу статьи о фотоэлектрическом эффекте, активно изучавшемся Филиппом Ленардом, Эйнштейн пишет:

«Насколько мне известно, наше представление о фотоэлектрических процессах не противоречит наблюдениям Ленарда. Если каждый квант возбуждающего света отдает свою энергию электронам независимо от всех прочих квантов, то распределение электронов по скоростям, … не должно зависеть от интенсивности возбуждающего света; с другой стороны, количество электронов, покидающих тело, при прочих равных условиях должно быть пропорционально интенсивности возбуждающего света».

Во вводной части Эйнштейн скромно выразил надежду на то, «… что предлагаемая здесь точка зрения, возможно, принесет пользу и другим исследователям в их изысканиях». Эти изыскания в конце концов привели к фундаментальным изменениям в физике, хотя результаты были получены Эйнштейном на основе чисто классического термодинамического подхода и классическими методами.

Похоже, что гипотеза световых квантов вызывала беспокойство и у самого Эйнштейна. Он изо всех сил пытался понять, что же они такое, как заставить их вписаться в волновую картину. Он полагал, что его гипотеза носит временный, переходный характер, о чем говорил неоднократно. В 1911 г. на первом Сольвеевском конгрессе он недвусмысленно заявил: «Я подчеркиваю временный характер этого вспомогательного представления [о световых квантах], которое, по-видимому, несовместимо с экспериментально проверенными следствиями волновой теории». Эйнштейн явно не хотел навсегда порывать с Максвеллом.

В 1907 году он писал своему новому другу физику Максу Лаубу:

«Я постоянно занят вопросом излучения… Проблема квантов невероятно важна и сложна, ей должны заниматься все». Как свидетельствует лично знавший Эйнштейна А. Пайс, «…о теории относительности он говорил спокойно, о квантовой теории — со страстью. Квантами он был одержим. Однажды Эйнштейн сказал своему другу Отто Штерну: “Я думал о квантовых проблемах в сто раз больше, чем об общей теории относительности”». В 1951 г. Эйнштейн писал своему верному другу Мишелю Бессо: «После 50 лет раздумий я так и не смог приблизиться к ответу на вопрос, что же такое световой квант».

Что же мучило Эйнштейна на протяжении всей его творческой жизни? Об этом он писал Бессо еще в мае 1911 г.: «Я уже больше не задаю вопрос, существуют ли эти кванты на самом деле. Я больше не пытаюсь воссоздать их, так как знаю теперь, что мой мозг не в состоянии постичь проблему с этой стороны». Всю жизнь он пытался понять, что эти кванты есть «на самом деле», что они собой представляют.

Поначалу он не называл световые кванты частицами, аккуратно именуя их «световыми комплексами», квантами энергии. В статье по СТО 1905 г. Эйнштейн писал: «Замечательно то, что и энергия и частота светового комплекса с изменением состояния движения наблюдателя меняются по одному и тому же закону». В статье 1909 г. «О современном состоянии теории излучения»[22] повторялось предположение о том, что излучение состоит из движущихся независимо, мало протяженных комплексов с энергией hν». При этом, что странно, об импульсе, которым обязаны обладать такие комплексы, Эйнштейн ничего не сказал, как если бы сомневался в том, можно ли считать их частицами.

В другой статье 1909 г. Эйнштейн выразился так:

«Если бы излучение состояло из очень мало протяженных комплексов с энергией hν, которые движутся независимо друг от друга в пространстве и независимо отражаются (картина, весьма грубо представляющая гипотезу световых квантов), то вследствие флуктуации светового давления на нашу пластинку передавались бы … импульсы…».

Как отмечает А. Пайс,

«Он не упомянул прямо импульс квантов или релятивистскую зависимость выражений Е = hν и р = hν/c. Тем не менее, он явно имел в виду концепцию частиц (фотон), так как тут же высказал предположение о том, что „появление электромагнитных полей света должно быть связано с особыми точками так же, как появление электростатических полей — с электронной теорией“. Перефразируем это утверждение так: вполне может быть, что световые кванты — это частицы в том же смысле, в котором частицами являются электроны».

Эйнштейн в явном виде дал выражение для импульса фотона (как теперь именуются световые комплексы) лишь в 1916 г. Ему понадобилось 12 лет (!), чтобы записать вроде бы очевидные и элементарные выражения, приведенные чуть выше. А ведь на создание чрезвычайно математически изощренной общей теории тяготения у него ушло всего десять лет, если отсчитывать от 1905 г. Значит, на то должны были быть веские причины. Правда, после 1909 г. он в основном работал над созданием ОТО.

Основная причина, по-видимому, заключалась в том, что Эйнштейн не мог придумать, как совместить две противоречащие друг другу классические теории — теорию истечения Ньютона с его корпускулами, столь похожими на световые кванты, и волновую теорию Максвелла. Как помимо электрона добавить в нее еще и квант света? Впрочем, с электроном тогда тоже были проблемы. Хендрик Лоренц активно развивал теорию жесткого электрона, деформируемого при релятивистских скоростях, что нравилось отнюдь не всем. Герман Минковский, например, с усмешкой говорил, что вводить в теорию Максвелла жесткий электрон так же нелепо, как идти на концерт с заткнутыми ватой ушами.

«То, что наши теперешние основы теории. излучения должны быть отброшены, я уже пытался показать ранее… Я считаю, что следующая фаза развития теоретической физики даст нам теорию света, которая будет в каком-то смысле слиянием волновой теории света с теорией истечения… Нельзя считать несовместимыми обе структуры (волновую и квантовую)… речь идет лишь о модификации наших современных теорий, а не о полном отказе от них»,

писал Эйнштейн в 1909 г.

Заняться таким «слиянием» никто не спешил. По-видимому, большинство физиков полагало, что всё как-нибудь образуется. Квантам света, как мы видели, мало кто тогда верил.

В 1911 г. состоялся первый Сольвеевский конгресс, посвященный теории излучения и квантам. Эйнштейн выступил на нем с докладом, объясняющим аномалии удельной теплоемкости твердых тел с точки зрения квантов. Дискуссии были напряженными, но не очень продуктивными.

Нильс Бор позднее писал:

«Несмотря на то, что оказался необходимым радикальный пересмотр оснований для однозначного применения первичных физических понятий, всех ободряло то, что была очень ярко продемонстрирована устойчивость физического фундамента благодаря новому триумфу классического подхода при определении свойств разреженных газов и использовании статистических флуктуации для подсчета числа атомов».[23] Классического подхода!

Эйнштейн в письме другу сразу после окончания конгресса отозвался об его итогах менее оптимистично:

«…никто ничего не понимает. Всё это мероприятие доставило бы массу удовольствия отцам-иезуитам. В целом конгресс оставил у меня впечатление скорбных стенаний у руин Иерусалима».

Любопытно, что участвовавший в конгрессе Эрнест Резерфорд мог бы пролить некоторый свет, но он почему-то ни слова не сказал о том, что еще в 1909 г. вместе с сотрудниками обнаружил в атоме очень маленькое массивное ядро. Еще через два года он предложил планетарную модель атома, так что ему было что сказать, но он промолчал, возможно, рассудив, что это не имеет отношения к теме конгресса.

А в 1913 г. Нильс Бор на основе планетарной модели Резерфорда объяснил спектр атома водорода, предположив наличие в атоме стационарных уровней энергии электронов. При скачке электрона с более высокого уровня на более низкий испускался квант света с определенной энергией. Это был триумф квантовой теории, которая довольно скоро стала называться «старой».

Модель Бора чем-то напоминала струны, прикосновение к которым издает звук определенной частоты. Возможно, та же аналогия приходила в голову и скрипачу Эйнштейну, который позже отозвался об этой модели так: «Это наивысшая музыкальность в области мысли».

Завершив в ноябре 1915 г. титанический труд по построению ОТО и немного передохнув, Эйнштейн возвращается к световым квантам. В 1916 г. он публикует две работы, в которых получает выражения для импульса и окончательно приходит к выводу, что кванты света есть полноправные частицы. Он пишет Мишелю Бессо: «Я не сомневаюсь больше в реальности квантов излучения, хотя по-прежнему одинок в этом убеждении». Курсив Эйнштейна.

Но не только это его беспокоило. В рассмотренных им процессах индуцированного и спонтанного излучения проявлялось тревожащее свойство — предсказать направление импульса нельзя! Это направление оказывалось чисто случайным. Эйнштейн полагал, что это есть «… слабость теории, [которая] заключается… в том, что… время и направление элементарного процесса представляются случайными». Он, очевидно, имел в виду необходимость создания такой теории, в которой эти случайности были бы устранены. Потому он и сказал «представляются случайными», убежденный в том, что на самом деле никаких случайностей быть не должно.

Похоже, еще тогда, в 1917 г., а может быть и раньше, Эйнштейн первым осознал, какая колоссальная проблема возникла для классической физики вместе со световыми квантами. Это ясно из его слов: «…свойства элементарного процесса [спонтанного излучения] … делают почти неизбежным создание подлинно квантовой теории излучения».

В том же 1917 г., отвлекшись от проблемы квантов, Эйнштейн решил применить свою ОТО ни более ни менее как ко всей Вселенной. Он построил модель однородной изотропной безграничной, но пространственно замкнутой стационарной Вселенной. В духе своих классических представлений для выполнения требования стационарности ему пришлось добавить к своим уравнениям так называемый космологический член, препятствующий гравитационному сжатию.

Понимая свою исключительную дерзость, Эйнштейн писал Паулю Эренфесту, одному из самых верных друзей: «Я набрел в теории тяготения на нечто такое, за что меня могут упечь в сумасшедший дом». Статья Эйнштейна 1917 г. «Вопросы космологии и общая теория относительности»[24] породила современную космологию, которую некоторые ее сторонники теперь называют «прецизионной». Из современных моделей следует, что обычное, так называемое барионное вещество составляет лишь 4-5% содержимого Вселенной, а всё остальное есть неведомые и невидимые темная материя и темная энергия. Любопытно, что сказал бы по этому поводу Эйнштейн?

В 1923 г. Артур Комптон установил, что рентгеновские лучи рассеиваются на покоящихся электронах. Тем самым была подтверждена идея, согласно которой световые кванты есть частицы, обладающие энергией и направленным импульсом. Из этих экспериментов ясно следовало, что они не могут объясняться классической волновой теорией рассеяния света веществом. После открытия эффекта Комптона, как он стал называться, отмахнуться от фотона уже было нельзя.

В 1924 г. Эйнштейн сделал еще один крупный вклад в квантовую теорию. Он развил идею индийского физика Шатьендраната Бозе, которая в конечном итоге привела к статистике частиц, названной их именами. По поводу этой работы он потом сказал, что она была сделана так, между прочим.

В том же 1924 г. Эйнштейн узнал о диссертации молодого французского физика Луи де Бройля, которая, казалось давала надежду на примирение волновой и корпускулярной теорий. Эйнштейн получил экземпляр диссертации еще до защиты от ее оппонента Поля Ланжевена, который был смущен новизной идей де Бройля и хотел услышать мнение мэтра. Эйнштейну идея очень понравилась, и позднее он писал Лоренцу: «Младший брат… де Бройля предпринял очень интересную попытку интерпретации квантовых правил Бора-Зоммерфельда (в диссертации, защищенной в Париже в 1924 г.). Мне кажется, что это первый робкий луч света, пролитый на самую темную из физических загадок. Я тоже обнаружил кое-что, свидетельствующее в пользу его построений». Со старшим братом Морисом, известным физиком-экспериментатором, Эйнштейн был знаком по Сольвеевскому конгрессу 1911 г., где тот был научным секретарем, а потом редактором ее трудов.

Младший де Бройль сделал гигантский шаг. Он предположил, что квантовое выражение для энергии частиц должно быть справедливо не только для фотонов, но и для электронов. Он приписал им «фиктивную сопряженную волну» — «волну-призрак», «волну-лоцман», которая должна была направлять частицу по некой траектории. Тем самым сохранялись черты обеих классических теорий — волновой и корпускулярной.

В начале 1926 г. Эрвин Шрёдингер предложил заменить «волну-призрак» для индивидуальных частиц своей волновой функцией для множества частиц. Чуть раньше Вернер Гейзенберг предложил свою матричную механику. Вскоре Поль Дирак опубликовал свое знаменитое уравнение, а затем появилась статистика частиц, названная по имени Дирака и Энрико Ферми. Так началось бурное развитие «новой» квантовой теории — квантовой механики. В 1927 г. Гейзенберг предложил принцип неопределенности. Квантовая революция свершилась.

Однако ее «породители» — Планк и Эйнштейн — участия в этом не принимали. Как потом непочтительно выражались некоторые об Эйнштейне, «он почил в Бозе». В то время он уже напряженно работал над объединением гравитации и электромагнетизма.

В 1927 г. состоялся пятый Сольвеевский конгресс на тему «Электроны и фотоны». Председатель конгресса Лоренц предложил Эйнштейну выступить на нем с большим докладом. Тот ответил:

«Я помню, что пообещал Вам выступить с докладом о квантовой статистике на конгрессе. После долгих размышлений и колебаний я пришел к убеждению, что недостаточно компетентен для того, чтобы прочитать доклад, который отражал бы нынешнее положение вещей. Это связано с тем, что я не мог активно участвовать в современном развитии квантовой теории, а это необходимо для подготовки доклада. Частично это объясняется тем, что я не очень способен к восприятию происходящих бурных изменений, а частично тем, что я не одобряю чисто статистический подход, на котором базируются новые теории… До последнего времени я надеялся сообщить что-либо ценное в Брюсселе; сейчас я полностью утратил эту надежду. Прошу Вас не сердиться на меня, не считайте, что я отнесся к поручению легкомысленно, напротив, я старался изо всех сил…».

Бор на конгрессе отстаивал «…существенно статистический характер интерпретации физического опыта посредством волновой трактовки… Символический характер всей концепции, может быть, наиболее разительно проявился в необходимости замены обычного координатного трехмерного пространства представлением состояния системы из нескольких частиц в виде волновой функции в конфигурационном пространстве с числом координат, равным числу степеней свободы системы.

Эйнштейн был категорически несогласен со статистическим подходом. «Трудно заглянуть в карты господа бога. Но я ни на секунду не верю, что он бросает кости и прибегает к „телепатии» (как то следует из квантовой теории в ее теперешнем виде)», писал он другу. То же он повторил в письме Максу Борну в 1926 г.:

«Квантовая механика производит очень сильное впечатление. Но внутренний голос говорит мне, что это все не то. Из этой теории удается извлечь довольно много, но она вряд ли подводит нас к разгадке секретов Всевышнего. Я, во всяком случае, полностью убежден, что Он не играет в кости».

Мне при этом всегда представлялась следующая картинка. Господь бог в нерешительности сидит перед крохотным отверстием, в которое он по одиночке пропускает электроны. При этом он не может определить в какую точку экрана они попадут, а потому вынужден вычислять вероятности. Всемогущему Творцу это как-то не к лицу. Возможно, Эйнштейну виделось нечто подобное.

Предлагаемая Бором и его сторонниками интерпретация новой квантовой механики не нравилась даже одному из ее создателей. Бор часто вспоминал отчаянное восклицание Шрёдингера о том, что он, возможно, не опубликовал бы своих работ, если бы мог предвидеть к каким последствиям все это приведет. Бор настойчиво пытался его переубедить. От беспрестанных дискуссий в институте Бора Шрёдингер заболел, но Бор не оставлял его и в постели, так что тому пришлось сбежать, всерьез опасаясь за свое здоровье.

Эйнштейн полагал, что природа не требует выбора между квантовой и волновой теорией, а требует только синтеза обеих теорий, что физиками пока еще не достигнуто. Он полагал, что именно этим и нужно заниматься. Другие, в том числе Бор, так не считали. Так началось великое противостояние научных взглядов Эйнштейна и Бора. Классические убеждения Эйнштейна вступили в прямой конфликт с неортодоксальными взглядами Бора. Несмотря на это, по воспоминаниям верного многолетнего секретаря Эйнштейна Элен Дюкас, они продолжали «любить друг друга горячо и нежно».

Хотя Эйнштейн не участвовал в разработке квантовой механики, он внимательно следил за всем происходящим в этой области. Он признавал, что она позволила достичь значительного прогресса, и в 1928 г. представил Гейзенберга и Шрёдингера к Нобелевской премии, а в 1932 г. одного Шрёдингера, но отказывался считать квантовую механику фундаментальной теорией, ссылаясь на ее неполноту.

Эйнштейн заявил об этом в ставшей знаменитой статье ЭПР, написанной вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном. Сейчас это одна из наиболее цитируемых статей Эйнштейна. Вместо того, чтобы пересказывать ее своими словами, лучше привести авторское резюме.

В полной физической теории существует определенный элемент, соответствующий каждому элементу реальности. Достаточным условием реальности той или иной физической величины является возможность предсказания ее с достоверностью, не нарушая системы. В квантовой механике в случае двух физических величин, описываемых не-коммутирующими операторами, знание одной из этих величин делает невозможным знание другой. Тогда, либо 1) описание реальности в квантовой механике с помощью волновой функции является неполным, либо 2) эти две физические величины не могут одновременно обладать реальностью. Рассмотрение проблемы предсказания поведения некоторой системы на основе измерений, выполненных над другой системой, которая предварительно взаимодействовала с рассматриваемой, приводит к результату, что если утверждение «1» неверно, то утверждение «2» также неверно. Таким образом, это приводит к заключению, что описание физической реальности с помощью волновой функции является неполным.

В ЭПР авторы особо останавливаются на объективной реальности. «При анализе физической теории необходимо учитывать различие между объективной реальностью, которая не зависит ни от какой теории, и теми физическими понятиями, с которыми оперирует теория. Эти понятия вводятся в качестве элементов, которые должны соответствовать объективной реальности, и с помощью этих понятий мы и представляем себе эту реальность», писали они.

Эйнштейн был убежден в наличии объективной реальности, с ее надежной, проверенной веками причинностью, с возможностью в любой момент времени определить положение и скорость любого объекта, описать любое физическое явление классическим языком. Он говорил в 1933 г.: «Я все еще верю в возможность построить такую модель реальности …которая выражает сами события, а не только их вероятности».

Квантовая же механика такие возможности отрицала. Согласно ей, на вопрос, где сейчас находится частица можно ответить только статистически. Положение частицы определяется лишь после серии экспериментов со строго контролируемыми условиями, и только после этого можно определить лишь вероятность нахождения частицы в том или ином месте. До измерений частица не находится нигде, она просто не существует, а «появляется» только в результате экспериментов.

Бор же полагал, что

«…в качестве уместного способа выражения можно настоятельно рекомендовать ограничение использования слова „явление», которое должно относиться исключительно к наблюдениям, проводившимся при строго определенных условиях, с учетом всех обстоятельств проведения эксперимента».

Как указал Пайс,

«В отличие от тех, кто был уверен в том, что понятие явления с необходимостью включает в себя учет всех конкретных условий эксперимента, в ходе которого проводятся наблюдения, Эйнштейн считал, что нужно искать более глубокие теоретические представления, позволяющие описывать явления вне зависимости от данных условий. Под термином объективная реальность он понимал именно это. После 1933 г. он был практически единственным, кто полагал, что, хотя квантовая механика логически непротиворечива, она есть лишь некое незавершенное представление более глубокой теории, допускающей описание с применением объективной реальности».

Эйнштейн писал другу молодости Морису Соловину в 1938 г.:

«Если во времена Маха огромный вред наносила господствовавшая тогда точка зрения догматического материализма, то в наши дни преобладают субъективная и позитивистская точка зрения. Сторонники этой точки зрения провозглашают, что рассмотрение природы как объективной реальности — это устаревший предрассудок. Именно это ставят себе в заслугу теоретики, занимающиеся квантовой механикой. Люди так же поддаются дрессировке, как и лошади, и в любую эпоху господствует какая-нибудь одна мода, причем большая часть людей даже не замечает господствующего тирана».

Убежденность Эйнштейна в наличии объективной реальности была очень глубока. Поступиться ей он не соглашался ни при каких обстоятельствах. Он был готов сам искать объективную реальность, невзирая на то, сколько ему потребуется времени. Здесь уместно привести несколько выдержек из его работ на эту тему.

«В этой статье[25] я хочу кратко и элементарно изложить, почему я не считаю метод квантовой механики в принципе удовлетворительным. Однако в то же время я хочу заметить, что никоим образом не собираюсь отрицать того, что эта теория представляет выдающийся, в известном смысле даже окончательный, шаг в физическом познании. Мне представляется, что эта теория будет содержаться в более поздней примерно так, как геометрическая оптика в волновой оптике: связи останутся, но основа будет развита и, соответственно, заменена более широкой».

«Если спросить, что характерно для мира физических идей, независимо от квантовой теории, то прежде всего бросается в глаза следующее: понятия физики относятся к реальному внешнему миру, т. е. они предполагают идеи о вещах, требующих независимого от воспринимающих субъектов „реального существования“ (тела, поля и т.д.); эти идеи, с другой стороны, приводятся в возможно более верное соответствие с чувственными восприятиями».

«…я склонен думать, что следовало бы рассматривать описание квантовой механики… как неполное и непрямое описание реальности, которое позже будет заменено опять полным и прямым», писал Эйнштейн.

А вот что Эйнштейн писал в самом конце жизни, в 1953 г.[26]:

«…что говорит Ψ-функция об (индивидуальном) „реальном состоянии“? Прежде всего можно усомниться в том, что такой вопрос вообще имеет какой-либо смысл. Действительно, можно встать на такую точку зрения: „реальное“ есть только результат отдельного наблюдения, а не то, что объективно существует в пространстве и времени независимо от акта наблюдения. Принимая эту чисто позитивистскую точку зрения, можно, очевидно, не думать о том, как понимать „реальное состояние“ в рамках квантовой теории. Тогда попытки ответить на поставленный вопрос напоминают борьбу с призраками. … понятия, применяемые в высказываниях, при чисто позитивистском анализе все без исключений оказываются лишенными смысла».

И далее:

«Применяемые в наших высказываниях независимые понятия и системы понятий являются творением человека, созданными им орудиями, оправдание и ценность которых основываются исключительно на том, что они позволяют „с пользой“ упорядочить ощущения (оправданность). Иначе говоря, применение этих орудий оправдано[27] постольку, поскольку понятия позволяют „объяснить“ ощущения. Только с точки зрения этой оправданности и следует выносить суждение об обоснованности понятий и систем понятий. Это относится также и к понятиям „физическая реальность“, „реальность внешнего мира“, „реальное состояние системы“. Априори нет оснований считать эти понятия логически необходимыми или запрещать их; это решает только оправданность. За этими словами-символами кроется целая программа, которая безусловно служила основой развития физического мышления вплоть до создания квантовой теории: все должно сводиться к мысленным пространственно-временным объектам и к закономерным связям между этими объектами. В таком описании нет ничего, что было бы связано с эмпирическими знаниями об этих объектах. Например, Луне в каждый данный момент времени приписывается положение в пространстве (относительно некоторой системы координат), независимо от того, наблюдается это положение или нет. Этот способ описания и подразумевают, когда говорят о физическом описании „реального внешнего мира“, каким бы ни был выбор элементарных понятий (материальные точки, поле и т. д.), положенных в основу такого описания».

«По моему мнению … нельзя отказаться от возможности объективного описания отдельной макросистемы (от описания „реального состояния“) без того, чтобы физическая картина мира в известной степени „скрылась в тумане“. В конце концов, кажется неизбежным представление, что физика должна стремиться к описанию реального состояния отдельной системы. Природу в целом можно рассматривать только как отдельную (однократно существующую) систему а не как „ансамбль систем“», заключил Эйнштейн.

На мой взгляд, из этих отрывков и других приведенных выше цитат Эйнштейна следует, что он постоянно, прямым текстом (хотя и другими словами) заявлял о том, что он классический физик до мозга костей. «Я убежден в наличии объективной реальности независимой от наблюдателя», писал он. Кстати, среди своих единомышленников он как-то упомянул Эрвина Шрёдингера и Макса Лауэ.

Как это ни удивительно, Эйнштейна не слышали, вернее, даже не слушали. Бор явно считал, что он уже давно понял взгляды своего главного оппонента и проповедовал свое понимание квантовой механики в пространных, иногда довольно туманных философских статьях. Недаром Эйнштейн однажды в сердцах назвал его «пророком», а в другой раз «мистиком». Вольфгангу Паули пришлось разъяснять позицию Эйнштейна одному из его ближайших друзей и в прошлом соратнику Максу Борну.

«Эйнштейн дал мне почитать вашу рукопись», — писал не лезший за словом в карман и не признававший никаких авторитетов Паули своему бывшему руководителю Борну 31 марта 1954 г., чуть больше чем за год до кончины Эйнштейна. —

«Он вовсе не сердится на вас, он лишь сказал, что вы из тех людей, которые никогда не слушают. Это совпадает со сложившимся у меня впечатлением, потому как я не мог узнать Эйнштейна ни по вашим письмам, ни по вашей рукописи. Мне кажется, что вы воздвигли себе ложного Эйнштейна, а затем с большой помпой свергли его с пьедестала. В частности, Эйнштейн не считает понятие „детерминизм“ столь уж фундаментальным, как это часто представляется (мне он это говорил неоднократно). Он также не согласен с тем, что якобы использует в качестве критерия приемлемости теории ответ на вопрос, „является ли она строго детерминистской“? Отправной точкой для Эйнштейна является „реализм“, а не „детерминизм“, откуда следует, что его философский предрассудок иной»[28].

В конце замечательной книги Пайса, где речь идет о мировоззрении Эйнштейна и о попытках построения единой теории поля, чувствуются недоумение и досада автора. Как же его гениальный герой мог не признавать квантовую механику и не считать ее фундаментальной теорией? На мой взгляд, именно в этом особенно ярко и проявилась гениальность Эйнштейна. Он понял, что несут с собой кванты гораздо глубже и гораздо раньше остальных. Молодые ребята в середине 1920-х годов создали прекрасный метод расчета происходящих в микромире событий. Благодаря квантовой механике появились все эти современные устройства, которые принято называть красивым русским словом «гаджеты». Как часто говорят вслед за Ричардом Фейнманом, квантовую механику не понимает никто, а по мнению Фримена Дайсона и понимать там нечего. «Заткнись и вычисляй», как гласит поговорка, часто приписываемая Фейнману, тогда как на самом деле ее автор другой американский физик Дэвид Мермин. Эйнштейн отказывался считать эти вычислительные методы, сколь бы точны они ни были, фундаментальной теорией. (Отмечу в скобках, что ни в статьях, ни в переписке он ни разу не употребил термин «скрытые переменные».)

Пайс объясняет «слепоту» Эйнштейна так: «Мне кажется, что крупные достижения могут вызвать своего рода шок у их автора и что чистота теорий относительности подействовала на Эйнштейна ослепляюще». Это заявление можно понять и как завуалированное обвинение создателя СТО и ОТО в «звездной болезни». Вряд ли это так.

Эйнштейн полагался на свою невероятную физическую интуицию, которая до сих пор его не подводила. Именно эта фантастическая интуиция позволяла ему находить нестыковки, неувязки между различными теориями и предлагать выход из конфликтных ситуаций. Так было дело с СТО, световыми квантами и броуновским движением. В последнем случае, хотя это нечасто упоминается, своим толкованием флуктуаций он как бы мимоходом устранил противоречие со вторым законом термодинамики, что кое-кого сильно беспокоило. Согласно традиционному толкованию, движение взвешенных в жидкости частиц происходило за счет их соударений с молекулами, так что теплота переходила в механическую работу без каких-либо изменений в окружении, что противоречило второму закону термодинамики. Эйнштейн устранил и это противоречие.

В письме Соловину 1948 г. Эйнштейн сокрушался по поводу взглядов современных физиков:

«…сегодня я читал [парализованной сестре Майе] любопытные аргументы, которые Птолемей выдвинул против мнения Аристарха о том, что Земля вращается вокруг собственной оси и движется вокруг Солнца. При этом я невольно подумал о некоторых аргументах современных физиков: высокоученых и изысканных, но лишенных интуиции».

Убеждения заставляли людей идти на костер, совершать убийства, отправляться на каторгу. Убеждения Эйнштейна обрекли его на одиночество. Он стал в одиночку строить свою единую теорию поля — объединение тяготения и электромагнетизма — в надежде, что в ней появятся частицы. Он решил идти своим одиноким путем.

Его не поддержал никто. Практически все физики сочли Эйнштейна просто старым чудаком, занимавшимся невесть чем, реликтом славного прошлого. Был гений да весь вышел. Он писал Соловину в 1949 г.:

«Вы думаете, что я с чувством полного удовлетворения смотрю на дело всей моей жизни. Вблизи же все выглядит иначе. Нет ни одного понятия, относительно которого я был бы уверен, что оно останется незыблемым. Я даже не уверен, что нахожусь на правильном пути вообще. Современники же видят во мне еретика и реакционера, который, так сказать, пережил самого себя. Все это, конечно, вопрос моды и объясняется их недомыслием, но чувство неудовлетворенности поднимается во мне и изнутри».

Оставаться в одиночестве Эйнштейну было не впервой. Он был одинок со своим фотоном, в одиночку строил теорию тяготения, и в итоге оказался прав. Видимо, он надеялся оказаться правым и в этот раз.

Эйнштейн понимал, как выглядит в глазах современников и старался относиться к этому с юмором. Он сообщал Соловину: «…меня еще высоко ценят здесь как старый музейный экспонат и как своеобразную диковину, но это хобби уже проходит». Вот как он писал о себе:

«Я должно быть выгляжу страусом, прячущим голову в релятивистский песок, чтобы не видеть зловредных квантов… Ко мне в общем относятся, как к окаменелости, которую возраст сделал слепой и глухой. Меня такое отношение не очень огорчает, так как оно прекрасно соответствует моему темпераменту».

Подведем итоги. Эйнштейн не был бунтарем, ниспровергателем и революционером. Не был он и реакционером. Он был классическим физиком и пользовался классическими методами. Объективная реальность была для него важнее всего. Судьба распорядилась так, что именно его работы произвели революцию в физике, хотя сам он оставался верным последователем своих гениальных предшественников — Ньютона и Максвелла.

В этом мнении я не одинок. Так, хорошо знавший Эйнштейна немецкий физик Райнхольд Фюрт (позднее он работал с Максом Борном в Эдинбурге) высказался прямо и недвусмысленно: «Эйнштейн несомненно был классическим физиком. Как и Планк»[29].

Что же касается одинокой позиции Эйнштейна, то он оставался оптимистом. В конце жизни он как-то сказал, что лет через сто физики его поймут. Что ж, ждать осталось недолго. Подождем еще немного.

***

Выражаю искреннюю и глубокую признательность Геннадию Горелику за очень полезные обсуждения и конструктивную критику. Он потратил массу времени, придавая строгости моим рассуждениям, хотя совершенно с ними не согласен. Большое спасибо Евгению Берковичу за ценные поправки.

Примечания

[1]О методе теоретической физики, Спенсеровская лекция, 1933, т.4, с. 181-189.

[2]Глаубер Р.Дж. Сто лет квантам света. УФН, 176, 12, 2006.

[3]Почему ошибаются биографы Эйнштейна? https://7i.7iskusstv.com/y2023/nomer10/berkovich/

[4]См. https://7i.7iskusstv.com/y2020/nomer3/macarsky/

[5]Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. М. Наука, 1989.

[6]Трудные времена. https://7i.7iskusstv.com/y2022/nomer11/berkovich/

[7]Глаубер Р.Дж. Сто лет квантам света. УФН, 176, 12, 2006.

[8]Бор Н. О строении атомов. УФН, 3, 1923.

[9]A. Einstein, MS, ‘Response to manuscript of Planck’, Collected papers, vol. 3, Doc. 3.

[10]Einstein to Mileva Maric, Collected papers, vol. 1, Doc. 131.

[11]Einstein to Mileva Maric, Collected papers, vol. 1, Doc. 130.

[12]Einstein to Mileva Maric, Collected papers, vol. 1, Doc. 128.

[13]Собрание научных трудов, т. 1, М. Наука, 1965.

[14]Einstein to Mileva Maric, Collected papers, vol. 1, Doc. 128.

[15] Weisskopf V. The visual apearance of rapidly moving objects. Phys. Today, 9, 1960.

[16]Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии? Собрание научных трудов, т. 1, М. Наука, 1965.

[17]Г. Минковский, “Пространство и время”, УФН, 69:2 (1959), Physikalische Zeitschrift, 10 (1909).

[18]Кобзарев И. Пуанкаре и теоретическая физика накануне создания теории относительности. УФН 113, 4 (1974).

[19]Planck M. Verh. Dt. Phys. Ges. 2, 237–245 (1900); Ann. Phys., 1901, 4, 561.

[20]A. Einstein to M. Marić [30 April 1901], Collected papers, vol. 1, Doc. 101.

[21]Эйнштейн А. Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света. Собрание научных трудов, т. 3. М. Наука, 1966.

[22]Том 3, с. 164.

[23]Бор Н. Сольвеевские конгрессы и развитие квантовой физики. УФН, 91, 4, 1967.

[24]Том 1, с. 601.

[25]Квантовая механика и действительность. Том 3, с. 612, 1948 г. Почему-то в русском переводе слово «реальность» заменено словом «действительность».

[26]Элементарные соображения по поводу интерпретации основ квантовой механики, Том 3, с. 617.

[27]Здесь Эйнштейн сделал любопытное подстраничное примечание: «В основе словесного родства слов „правда“ и „оправдываться“ лежит родство по существу; не следует понимать это утверждение только в утилитарном смысле».

[28]The Born-Einstein Letters, Macmillan, 1971. Благодарю Е. Берковича за указание на это важное письмо.

[29]R. H. Fürth, ‘Personal reminiscences’, in Einstein: the first hundred years (ed. M. Goldsmith, A. Mackay and J. Woudhuysen), Pergamon Press, Oxford, 1980.