2

2

О содержании этих двух статей знал пока лишь небольшой кружок друзей, собиравшихся в двух тесных комнатах на Крамгассе, 49, либо в дешевом кафе «Олимпия», а иногда на квартире инженера и сослуживца Эйнштейна, итальянца Микельанджело Бессо. Они называли себя «веселой академией» — на пять членов академии приходились, впрочем, лишь два ученых диплома! Братья Пауль и Конрад Габихт и известный уже нам Морис Соловин были еще студентами. За кружкой пива они обсуждали занимавшие их вопросы. Предметом обсуждения были новые книги, главным образом на философские темы, в том числе «Наука и гипотеза» Пуанкаре, «О сущности вещей в себе» Клиффорда, «О гипотезах, лежащих в основании геометрии». Риманна. Они прочли, кроме того, «Антигону» Софокла, «Андромаху» Расина и большую часть «Дон-Кихота». «Бывало так, — вспоминал Соловин, — что, прочитав страницу, или полстраницы, или даже одну фразу, мы останавливались и начинали дискуссию, продолжавшуюся подчас несколько дней». Говорил Бессо, жестикулируя и возвращаясь к неизменному коньку — философскому кредо великого своего земляка Галилея: «Природа сначала создала вещи по своему усмотрению, а затем уже умы человеческие, способные постигать (и то с большим трудом) кое-что в ее тайнах». — «Но Мах…» — пытался заметить кто-нибудь. Оратор отвечал на это страстной филиппикой. Нет, Мах не пользовался большим кредитом в доме Микельанджело Бессо!

Шумные дискуссии, тонувшие в удушливом сигарном дыме и прерывавшиеся игрой на скрипке, — играл Эйнштейн, Соловин сопровождал его на флейте — не вызывали особой радости у Милевы Марич. «Можно ли так безрассудно тратить время?» — спрашивала она, прибирая за гостями окурки и груды пепла — единственный, по ее мнению, вещественный след трудов знаменитой «академии». Эйнштейн, по-видимому, не разделял ее точки зрения, и его собеседников поражала та способность сосредоточения, которая уводила его в эти часы далеко за пределы обыденного. Запомнился, например, случай, происшедший четырнадцатого марта, в день рождения Альберта, когда решено было попотчевать именинника редким лакомством — русской икрой, отведать которую Эйнштейн давно собирался. Веселой гурьбой все отправились в «Олимпию» и там в разгаре торжества преподнесли на тарелке заранее припасенный сюрприз. Эйнштейн в этот момент говорил о ньютоновском законе инерции и о возможном его физическом объяснении. Он отправил себе в рот икру и продолжал комментировать закон инерции. Когда икра была съедена и оратор остановился, чтобы поставить невидимую точку, собеседники спросили его, знает ли он, что он сейчас съел. «Нет, а что?» — «Это была икра!» — «Как, неужели это была икра?» — воскликнул Эйнштейн с грустью, и долго еще случай с икрой служил темой для веселых воспоминаний.

Бесспорно было также для членов «академии», что их рассеянный собрат способен не только к самоуглублению, но — при случае — и к злой иронии и беспощадному сарказму. Морису Соловину пришлось испытать это на себе, когда, не утерпев, отправился он однажды на концерт приехавшей в Берн музыкальной знаменитости. Между тем на этот же самый вечер в квартире Соловина был назначен очередной сбор «академии». На повестке значился один из трактатов Юма. Желая спастись от гнева своих коллег, Соловин оставил на столе в своей комнате тарелку со сваренными вкрутую яйцами и другою снедью и приколол записку, сообщавшую по-латыни: «Amicis carissimis ova dura et salutem» («Дражайшим друзьям — яйца вкрутую и привет!»). Вернувшись в полночь домой, он увидел свою комнату перевернутой вверх дном и окутанной дымом от сожженной на полу бумаги. Приколотая к стене записка, написанная рукой Эйнштейна, гласила: «Amico carissimo fumum spissum et salutem» («Дражайшему другу — густой дым и привет»!).

…Летними ночами после очередного «заседания» отправлялись они пешком на гору Гуртен, что к югу от Берна, встречать солнечный восход. Вид звездного неба приводил их в радостное волнение и заставлял рассуждать на астрономические темы. Окаменевшая симфония Альп побуждала к замечаниям, касавшимся тектоники, горообразования и прочих геологических проблем. К наступлению зари они достигали вершины и с трепетом ожидали появления солнца.

Опершись на посох и переводя дыхание после крутого подъема, вглядывался Альберт Эйнштейн в ночную мглу, окутывавшую горную цепь и долину. Далеко внизу, сокрытый колеблющимися волнами предутреннего тумана, был Берн. Вдруг брызнули первые лучи, и все окрасилось нежным розоватым сиянием, и сквозь прорывы в клубящейся серой пелене вспыхнули крыши Берна.

Раздел за разделом, строка за строкой, вдвоем с Бессо он проверял и шлифовал черновые наброски своих рукописей, В одной из них фигурировало странное словцо «кванты», введенное в физику Максом Планком. Латинское слово «квантум», правда, известно было каждому гимназисту и означает в переводе «количество», «порция», но эта лингвистическая справка еще не разъясняла глубину переворота, внесенного берлинским близоруким профессором в физическую картину мира. Как часто бывает в истории науки, сам Планк на первых порах угадывал значение сделанного им открытия лишь ощупью и далеко не в полной мере.

Планка интересовала обнаружившаяся в конце XIX века крупнейшая неувязка между теоретически выведенной (из уравнений Максвелла) формулой распределения энергии между различными длинами световых волн, испускаемых идеально-поглощающим («абсолютно черным») телом, и реальным распределением. Неувязку оказалось возможным устранить, если принять, что энергия световых лучей излучается, как уже говорилось, не сплошной струей, а «капля за каплей», квант за квантом, причем количество энергии, содержимое в каждой «капле», пропорционально частоте и обратно пропорционально длине световой волны. Самый богатый энергией квант поэтому, если взять видимую глазом область лучей, оказывается у наиболее коротковолновых — фиолетовых — лучей и равен примерно миллиардно-миллиардной доле калории. Самый малый принадлежит длинноволновым — красным — лучам и еще в два раза меньше. Множитель пропорциональности между количеством энергии, сосредоточенной в кванте, и частотой излучения был обозначен в планковой формуле буквенным знаком h, но никто, повторяем, и прежде всего Планк, не мог поверить тогда, что за этим значком скрывается «мировая постоянная», лежащая в основе микромира.

Вопрос о том, что происходит с квантом световой энергии после того, как он испущен веществом, также не особенно волновал Планка. Считалось навеки доказанным фактом, что свет распространяется в пространстве только в виде волн, и прерывистый, «капельный», характер испускания света мог бы и не противоречить этому факту. Сам Планк, во всяком случае, не усматривал тут особенной проблемы: обращавшимся к нему с вопросами он шутливо отвечал так: «Если пиво из бочки берут полулитровыми кружками, то из этого еще не следует, что пиво внутри бочки состоит из полулитровых порций и что пиво может перевозиться по железной дороге только полулитровыми порциями!»

Свою идею о квантах Планк изложил впервые 14 декабря 1900 года на заседании физического общества в Берлине.

Как вспоминали потом современники, доклад не вызвал особенного энтузиазма, и слушатели расходились скорее с чувством недоумения по поводу того, что им пришлось услышать.

Оставалась к тому же еще одна загадка, не получившая ответа у Планка и поражавшая тех немногих физиков, которые в ту пору занимались этими мало актуальными, как казалось, вещами….

В восьмидесятых годах Герц в Германии и Столетов в России заметили впервые, что под действием света металлические тела теряют отрицательный электрический заряд, — теряют, как было разъяснено вскоре, электроны. Явление это получило название «фотоэлектрического эффекта».

Что свет, как и любая физическая форма материи, способен оказывать давление на вещество и «выдавливать» из него, в частности, электроны, стало особенно ясным после того, как ученик Столетова — Лебедев в Москве проверил на тончайшем прямом опыте факт давления света. Любители образных сравнений добавляли, что подобно тому, как морские волны, набегая на прибрежную скалу, дробят и отрывают от нее куски камня, подобно этому и световые волны, ударяя о вещество, «выбивают» из его атомов еще более мелкие частички — электроны! Пусть так, но как понять тогда, почему скорость выбиваемых светом электронов, как окончательно убедились в 1902 году, вовсе не зависит от мощности, от яркости светового пучка, но зависит исключительно от его длины волны и частоты, то есть от цвета? Быстрее всего летят электроны, вырванные под ударом фиолетовых, а медленнее всего — под действием красных лучей. По достижении определенного — для каждого вещества своего собственного — наименьшего порога световой частоты выбивание электронов прекращается вовсе. Яркость света по-прежнему не играет тут никакой роли. Количество вырванных электронов, правда, зависит от интенсивности освещения: оно больше при воздействии более ярким светом. Но ведь главным показателем силы воздействия светового «прибоя» должно являться не количество выбитых «осколков», а как раз скорость, с которой они разбрасываются под ударом набегающей волны!

Читатель припоминает, однако, в этой связи, что кванты, или порции, коротковолнового — фиолетового — света как раз несут с собой больше энергии, чем кванты длинноволнового — красного. И не по этой ли именно причине удар «фиолетовых» квантов оказывается более эффективным, более чувствительным в смысле выбивания электронов из металла? Дело происходит, другими словами, примерно так, как при бомбардировке крепостной стены артиллерийскими снарядами. Размеры отдельных пробоин в стене (и скорости ее осколков) зависят не от интенсивности бомбардировки, то есть не от количества выпущенных снарядов, а только от калибра снарядов. Скорости брызнувших из металла электронов должны зависеть тогда тоже только от «калибра», от величины энергии ударившего кванта, что и наблюдается в действительности.

Во все это можно было поверить, но для этого надо было предварительно принять, что световая энергия не только черпается квантами в момент испускания света веществом, но и поглощается квантами, и что кванты существуют все время, пока распространяется свет. Надо принять, что свет состоит не только из волн, но и из частиц — из неведомых, из необычайных крупинок, зернышек, — Эйнштейн назвал их «световыми квантами» (сегодня физики пользуются также термином «фотоны», от греческого «фотос» — свет). Идею зернистой природы света, скажем кстати, высказывали еще две тысячи лет тому назад атомисты древности — Эпикур, Лукреций, Демокрит. В конце XVII столетия ту же идею попытался возобновить Ньютон. Но в те самые годы, когда великий англичанин опубликовал свою «Оптику», другой сильный ум, Христиан Гюйгенс, в Голландии с успехом развил представление о волнах света. Немалое количество опытных фактов, как оказалось вскоре, могло быть объяснено только на основе этого представления. В XIX веке Огюстен Френель и Клерк Максвелл двинулись еще дальше, воздвигнув великолепное здание волновой теории света, в рамках которой не осталось уже ровно никакого места для ньютоновских световых частиц… И вот на протяжении двухсот с лишним лет, истекших после Гюйгенса, ни один дерзкий ум не осмеливался выйти за эти пределы, ни один бунтарь не решался порвать с впитавшейся в плоть и кровь традицией, согласно которой свет есть волны, и только волны, и ничего иного, кроме волн!

Перед этим порогом мысли останавливались в смущении современники. Через этот порог переступил Эйнштейн.

Подав через века руку Ньютону и возобновив — на новой качественной основе — идею о световых частицах, он показал тем самым живой пример диалектики хода познания, пример, который не забудется историей.

Картина реально движущихся в пространстве квантов света (в сочетании с формулой Планка для вычисления их энергии) позволила Эйнштейну не только объяснить до мельчайших деталей фотоэлектрический эффект, но и охватить весь круг явлений взаимодействия света с веществом. Именно эти явления составили впоследствии основу всей современной техники звукового кино, телевидения, «видения в темноте» и многого другого из области чудес прикладной электроники. Из математических выкладок Эйнштейна, относившихся к столь причудливой и совсем уже, казалось, «научно-фантастической» области, как кванты света, родилась, стало быть, новая и громадная отрасль промышленности. А если учесть решающую роль электроники в автоматизации производства, то цепочка, ведущая от абстрактных высот физической теории к технико-экономическим переворотам нашего времени, окажется сложенной ив не столь уж большого числа звеньев. Это пример обратного воздействия теоретического естествознания на экономический базис общества. Но, с другой стороны, — и этого никак нельзя упускать — само обращение Эйнштейна к квантам света было обязано отнюдь не только простой любознательности и внезапному «озарению свыше». Гений всегда берется за решение самых первоочередных и самых нужных задач, выдвигаемых общественным развитием. В порядке дня физики на рубеже XIX и XX веков, как уже говорилось, было проникновение в скрытые процессы, происходящие под поршнями тепловых двигателей. На первый взгляд нет ничего общего между этими процессами и световыми явлениями в «абсолютно черном» теле. Но только на первый взгляд. Чертой гения является установление глубинных связей как раз между внешне наиболее далекими событиями, и путь эйнштейновской мысли, занятой в эти дни вопросами молекулярно-кинетической теории и броуновским движением кусочков мелко растолченной смолы, повел в сторону квантов света.

Раскроем эйнштейновскую работу — она датирована 17 марта 1905 года, — посвященную квантам. (Статья занимает десяток с лишним страниц в одной из тетрадок 17-го тома «Анналов».) «Абсолютно черное тело» рисуется здесь как замкнутый объем, наполненный своеобразным «газом», чьими «молекулами» являются не частицы обычного вещества, а неделимые крупицы света. Крупицы наделены массой и энергией и ведут себя как подлинные корпускулы материи хотя и особого, не схожего с веществом рода. (Особенность квантов света состоит, например, в их способности нацело поглощаться и в» новь испускаться атомами вещества). Зеркальце микроскопических размеров, мысленно подвешенное внутри наполненного излучением объема, должно вследствие хаотических ударов световых квантов начать беспорядочно раскачиваться, должно совершать нечто вроде броуновского движения! Применив уравнения этого последнего из своей собственной (напечатанной почти одновременно) работы, а также формулу распределения энергии излучения, данную Планком, Эйнштейн и смог вывести закон, управляющий колебаниями воображаемого зеркальца. Именно так, исходя из конкретной материальной модели взаимодействия света и вещества, было сделано великое открытие световых квантов. «Самым наглядным и прямым образом, — читаем в автобиографии, — вытекала необходимость приписать планковским квантам непосредственную реальность…»

Эту мысль выражало и заглавие, которое дал своей статье Эйнштейн, — «Об одной эвристической точке зрения на происхождение и превращение света». Эвристический, если переводить это слово[15] расширительно, означает: «дающий путеводную нить», Эйнштейн хотел сказать этим названием, что представление о световых квантах не является просто рабочей гипотезой, а ведет в глубь реального физического мира.

— …Но что же такое все-таки свет? — допытывался Микельанджело Бессо у Альберта. — Волны или частицы? Ведь то и другое несовместимо! Волны охватывают непрерывное пространство, а частицы отображают прерывный, зернистый лик реальности. Либо то, либо другое. Но волновую природу света требуют бесчисленные точнейшие опыты. А формула излучения Планка и фотоэлектрический эффект, как ты неопровержимо показал вот здесь (Бессо хлопал по пачке корректурных листков, лежавших на столе), с такой же неопровержимой ясностью говорят о квантах света. Как же быть? Снова тупик, катастрофа? Или — или. Tertium non datur![16]

«Или — или»! Произнося эти слова, Бессо смотрел на своего друга и видел, как морщится нос и весело блестят искорки в глазах Эйнштейна, — верный признак того, что друг находится в хорошем настроении и испытывает подъем беспокойной мысли.

— Или — или? — отвечал тот. — А почему не «и — и»! Свет — и волны, и частицы в одно и то же время. Прерывное и непрерывное разом. Природа любит противоречия — противоречия, лежащие притом в самой сердцевине вещей. Будущее покажет, не является ли данное конкретное противоречие в структуре света отправной точкой для новых, величайших событий в физике…

В один из теплых осенних вечеров — Бессо запомнил дату: 30 сентября 1905 года — почта принесла кипу оттисков другой, только что напечатанной в «Анналах» статьи. Они рассматривали пахнувшие типографской краской листы. «Zur Elektrodynamik bewegter Korper» — «К электродинамике движущихся тел» — стояло в заголовке. Статья была помечена июнем 1905 года и начиналась на 811-й странице все того же 17-го тома. Поистине этот том подавал все надежды стать знаменитостью! Бессо помнил, как шла работа над статьей. Ей предшествовали годы упорных раздумий и труда, но мысль, решившая все, блеснула у Альберта внезапно. «Он рассказал, как в один из вечеров он лег в постель с ощущением полной безнадежности ответа на мучившую его загадку. Никакого просвета. Но вдруг тьма озарилась, и возник ответ». Он встал и тотчас же начал работу. Рукопись — около тридцати печатных страниц — была готова через пять недель, и в эти недели словно взрыв умственной энергии высвободил то, что копилось годами. В бюро патентов было замечено странное поведение молодого референта: когда неожиданно входили в комнату, где он стоял в одиночестве за своим пюпитром, референт смущался как школьник и прятал поспешно под стол какие-то листки! Ночью мозг его не знал покоя. «В эти недели, — припоминал он впоследствии, — я наблюдал у себя разные нервные явления, я был как в угаре…»

В последних абзацах статьи Бессо прочел: «Благодарность другу и коллеге г. Бессо».

— Ты берешь меня с собой в историю, Альберт. Зачем это? — В его глазах блестели слезы. Потом, помолчав, добавил: — Мне кажется, — Бессо показал на оттиск статьи, — мне кажется, что этот геологический переворот во взглядах людей на природу ты мог бы назвать теория относительности.

Эйнштейн промолвил:

— Это допустимое название. Оно определяет, правда, лишь один, и не самый важный, аспект вопроса.