Текст книги "Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности"

Автор книги: Манжит Кумар

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 32 страниц)

В теории гравитации Ньютона сила, с которой притягиваются друг к другу два тела, например Солнце и Земля, пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами масс. Поскольку тела не соприкасаются, гравитация по Ньютону – мистическая сила, “действующая на расстоянии”. В общей теории относительности гравитация обусловлена деформацией пространства, вызванной присутствием большой массы. Земля двигается вокруг Солнца не потому, что ее толкает некая невидимая сила, а благодаря деформации пространства из-за огромной массы Солнца. То есть материя деформирует пространство, а деформированное пространство направляет движение материи.

В ноябре 1915 года Эйнштейн проверил общую теорию относительности, объяснив с ее помощью особенности орбитального движения Меркурия, которые не могла объяснить теория гравитации Ньютона. При каждом обороте вокруг Солнца Меркурий несколько меняет орбиту. Очень точно измеряя положение Меркурия, астрономы выяснили, что орбита этой планеты слегка вращается. Эйнштейн использовал общую теорию относительности для вычисления сдвига орбиты. Когда стало ясно, что цифры совпадают с точностью до ошибки эксперимента, он почувствовал сильное сердцебиение, ему показалось, что внутри что-то оборвалось. “Вне всякого сомнения, теория прекрасна”, – записал он²⁹. Самые смелые мечты Эйнштейна осуществились, но титанический труд истощил его силы. Придя в себя, он занялся квантом.

В мае 1914 года еще работавший над общей теорией относительности Эйнштейн одним из первых осознал, что опыт Франка – Герца подтверждает существование уровней энергии в атоме и является “убедительным подтверждением квантовой гипотезы”³⁰. К лету 1916 года у Эйнштейна появилась собственная “блистательная идея” о том, как атом испускает и поглощает свет³¹.

Это давало возможность “удивительно просто вывести – именно вывести – формулу Планка”³². Вскоре Эйнштейн пришел к выводу, что “существование квантов света можно считать установленным”³³. Однако за все приходится платить. Ему пришлось пожертвовать принципом причинности, являющимся обязательным в классической физике, и ввести в мир атомов вероятность.

До этого Эйнштейн еще мог думать об альтернативах, но на этот раз ему удалось вывести формулу Планка с помощью квантового атома Бора. Начав с упрощенной модели атома, у которого есть только два энергетических уровня, он указал три возможности, которыми может воспользоваться электрон, перепрыгивая с одного уровня на другой. Прыжок электрона с более высокого энергетического уровня на более низкий при одновременном испускании кванта света Эйнштейн назвал “спонтанной эмиссией”. Она может происходить, только если атом находится в возбужденном состоянии. Квантовый скачок второго типа имеет место тогда, когда атом приходит в возбужденное состояние, поглощая квант света, и электрон перепрыгивает с более низкого уровня на более высокий. Такие скачки Бор использовал для объяснения природы атомных спектров поглощения и испускания. Эйнштейн показал, что возможен еще один перескок: “вынужденная эмиссия”. Под воздействием светового кванта атом, уже находящийся в возбужденном состоянии, вместо того чтобы поглотить падающий квант, “вынужден” перейти в состояние с более низкой энергией. Другими словами, электрон “вынужден” перескочить на более низкий уровень, испуская световой квант. Четырьмя десятилетиями позже вынужденное излучение послужило основой для создания лазера. (Это слово составлено из первых букв английского выражения light amplification by stimulated emission of radiation, что означает “усиление света при вынужденном излучении”.)

Эйнштейн, кроме того, понял, что квант света обладает импульсом. В отличие от энергии импульс – это вектор, то есть, кроме абсолютной величины, у него есть и направление. Однако из уравнений Эйнштейна явно следовало, что точное время спонтанного перехода электрона с одного энергетического уровня на другой, как и направление движения кванта света, испущенного атомом, совершенно случайны. Самопроизвольная (спонтанная) эмиссия чем-то напоминает поведение радиоактивного элемента. Известно, что через определенное время, за время полураспада, произойдет распад половины атомов. Но невозможно узнать, когда именно распадется определенный атом. Точно так же можно вычислить вероятность того, что спонтанный переход произойдет, но все детали перехода отдаются на волю случая. Никакой связи между причиной и следствием нет. Эйнштейн считал, что концепция вероятности перехода, предоставляющая “случаю” возможность распоряжаться временем перехода и направлением испускания кванта света, – “слабое место” его теории. Он мог какое-то время с этим мириться, надеясь, что с развитием квантовой физики подобное недоразумение будет устранено³⁴.

Сделанное открытие беспокоило Эйнштейна. Получается, что в самом сердце квантового атома хозяйничают случай и вероятность. В реальности квантов он больше не сомневался, но ему казалось, что под угрозой принцип причинности³⁵. “Положение дел с причинностью и мне доставляет много беспокойства, – написал он Планку тремя годами позднее, в январе 1920 года³⁶. – Удастся ли когда-нибудь понять квантовое поглощение и излучение с учетом требования выполнения принципа причинности, или статистический подход восторжествует? Должен заметить, что в этом вопросе у меня нет полной уверенности. Мне будет очень неуютно, если надо будет отказаться от детального выполнения принципа причинности”.

Вопрос, волновавший Эйнштейна, можно пояснить на следующем примере. Пусть человек держит яблоко на некотором расстоянии от земли. Если ему не давать упасть, можно сказать, что оно находится в нестабильном состоянии сравнительно с состоянием, при котором оно лежит на земле. Если яблоко отпустить, немедленно начинают действовать гравитационные силы, являющиеся причиной его падения. Теперь представим себе, что яблоко ведет себя как электрон в возбужденном атоме: после того, как мы разожмем руку, оно упадет на землю не сразу, а некоторое время повисит в воздухе и упадет в непредсказуемый момент времени, оценить который можно только в терминах теории вероятности. Может оказаться, что для яблока очень велика вероятность упасть на землю почти сразу. Но имеется отличная от нуля вероятность, что оно часами будет висеть над землей. Электрон в возбужденном атоме обязательно перейдет на более низкий уровень, после чего атом окажется в основном состоянии, но точный момент перехода может определить только случай³⁷. В 1924 году Эйнштейн все еще мучительно пытался осознать последствия своего открытия: “Для меня невыносима мысль о том, что под воздействием излучения электрон сам, по своей свободной воле, может выбрать не только время прыжка, но и его направление. Если это так, уж лучше я буду сапожником или крупье в казино, но не физиком”³⁸.

Годы напряженной интеллектуальной работы и холостяцкий образ жизни сделали свое дело. Эйнштейну было тридцать восемь лет, когда в феврале 1917 года он почувствовал сильные боли в желудке. У него обнаружили болезнь печени. Ученому становилось все хуже. За два месяца он потерял двадцать пять килограммов. Но это было только начало. У Эйнштейна обнаружили целый букет серьезных болезней: камни в желчном пузыре, язву двенадцатиперстной кишки, гепатит. По предписанию врачей он должен был много отдыхать и хорошо питаться. Это было легче сказать, чем сделать. Годы тягот и невзгод войны до неузнаваемости изменили жизнь. В Берлине даже картошка стала редкостью. Большинство немцев голодало. Мало кто умер от голода, но недоедание угрожало жизни многих. По некоторым оценкам, в 1915 году голодали восемьдесят восемь тысяч человек, в следующем году – сто двадцать тысяч. Восстания вспыхнули в более чем тридцати немецких городах. Это и неудивительно: люди были вынуждены есть хлеб не из зерна, а из измельченной соломы.

Существовал все удлинявшийся список эрзац-провианта. Шелуха семечек, смешанная со шкурой животных, заменяла мясо. Из сушеной репы делали “кофе”. Пепел заменял перец, а смесь соды и крахмала мазали на хлеб, представляя себе, что это масло. Непрекращающийся голод привел к тому, что в Берлине кошки, крысы и лошади стали считаться лакомством. Если лошадь падала замертво на улице, ее тушу мгновенно разрубали на куски и растаскивали. По словам одного из очевидцев подобного происшествия, люди “дрались за лучшие куски, и их лица и одежда были вымазаны кровью”³⁹.

Настоящая еда была редкостью. Она была доступна только тем, кто мог за нее платить. Эйнштейн оказался счастливее многих: жившие на юге родственники и друзья из Швейцарии передавали ему продуктовые посылки. Посреди этого моря страданий он чувствовал себя, “как капля масла в воде, отделенным от других по складу ума и взглядам на жизнь”⁴⁰. Но сам вести хозяйство ученый не мог, и ему пришлось, хоть и с неохотой, переехать в пустовавшую квартиру рядом с квартирой Эльзы. Хотя Милева все еще отказывалась дать Эйнштейну развод, Эльза наконец добилась своего. Они стали близки настолько, насколько это позволяли приличия. Здоровье медленно возвращалось к Альберту. Уход за больным предоставил Эльзе прекрасную возможность заставить его сделать все, чтобы получить развод. Эйнштейн не выказывал желания торопиться со второй женитьбой. И первую он воспринимал “как десять лет заключения”, но под конец сдался⁴¹. Милева согласилась, когда Эйнштейн предложил увеличить ей содержание, пообещал, что ей будут выплачивать пенсию как его вдове, и посулил отдать деньги, когда получит Нобелевскую премию. К 1918 году он уже шесть раз становился номинантом и был абсолютно уверен, что премия почти у него в кармане.

Эйнштейн и Эльза поженились в июне 1919 года. Ему было сорок, ей – сорок три. То, что произошло потом, Эльзе не могло даже присниться. Еще до конца года жизнь молодоженов в корне изменилась: Эйнштейн стал мировой знаменитостью. Одни приветствовали его как “нового Коперника”, другие высмеивали.

В феврале 1919 года (к этому времени Эйнштейн и Милева наконец развелись) из Англии отправились две экспедиции: на остров Принсипе у берегов Западной Африки и в город Собрал на северо-западе Бразилии. Каждый из пунктов назначения был тщательно выбран астрономами: оттуда 29 мая лучше всего можно будет наблюдать солнечное затмение. Целью ученых была проверка гипотезы, на которой строилась общая теория относительности Эйнштейна – его утверждения об изгибании светового луча в гравитационном поле. Планировалось сделать фотографии близких к Солнцу звезд, которые видны всего несколько минут во время полного солнечного затмения. Конечно, эти звезды не находятся вблизи Солнца, но исходящие от них световые лучи должны пройти близко от него, прежде чем попасть на Землю.

У астрономов были снимки, сделанные ночью шесть месяцев назад, когда положение Земли относительно Солнца было таким, что свет тех же звезд заведомо не проходил вблизи Солнца. Небольшое изменение положения звезд, которое, как надеялись ученые, можно будет обнаружить, сравнивая эти два набора фотографий, обусловлено отклонением светового луча из-за искривления пространства-времени вблизи Солнца. Теория Эйнштейна точно предсказывала величину этого смещения.

Общие собрания Лондонского королевского общества и Британского королевского астрономического общества проходили редко. Но 6 ноября в Лондоне такое собрание состоялось. На нем обсуждался вопрос, прав Эйнштейн или нет⁴².

РЕВОЛЮЦИЯ В НАУКЕ!

НОВАЯ ТЕОРИЯ ВСЕЛЕННОЙ!

ИДЕИ НЬЮТОНА ОПРОВЕРГНУТЫ!

Это заголовок статьи на двенадцатой странице лондонской “Таймс”, вышедшей на следующее утро. А тремя днями позже, ю ноября, в “Нью-Йорк тайме” появилась статья сразу с шестью заголовками: “Свет в небе искривляется / Триумф теории Эйнштейна / Ученые взбудоражены результатами наблюдений за солнечным затмением / Звезды находятся не в тех местах, где мы их видим, и не там, где они должны быть согласно расчетам, но повода волноваться нет / Книга для двенадцати мудрецов / ‘Никто в мире не поймет ее’, – сказал Эйнштейн, когда его бесстрашные издатели решились на публикацию”⁴³. Эйнштейн никогда ничего подобного не говорил, но это был прекрасный материал для газетчиков, бросившихся писать о необычайной сложности математического аппарата новой теории и об идее искривленного пространства.

Одним из тех, кто невольно внес вклад в создание атмосферы таинственности вокруг общей теории относительности, был президент Королевского общества Джозеф Джон Томсон. “По-видимому, теория Эйнштейна – высочайшее достижение человеческой мысли, – заявил он журналистам после заседания, – но еще никому не удалось понятным языком объяснить, что она действительно собой представляет”⁴⁴. Правда, еще в конце 1916 года Эйнштейн опубликовал книгу, в которой популярно изложил и специальную, и общую теорию относительности⁴⁵.

“Общая теория относительности начинает вызывать определенный энтузиазм у моих коллег”, – сообщил Эйнштейн своему другу Генриху Цангеру в декабре 1917 года⁴⁶. Однако после первых сообщений в газетах нашлось и много желающих высмеять “ставшего внезапно знаменитым доктора Эйнштейна и его теорию”⁴⁷. Один из критиков написал, что теория относительности – “шаманская глупость” и “плод размышлений душевнобольного”⁴⁸. Эйнштейн, которого поддержали, например, Планк и Лоренц, вел себя единственно разумным образом: игнорировал клеветников.

В Германии Эйнштейн был уже хорошо известен, когда его портрет появился на обложке “Берлинер иллюстрирте цайтунг”. Подпись под фото гласила: “Новый человек в мировой истории, исследования которого, наравне с работами Коперника, Кеплера и Ньютона, означают полный пересмотр представлений о природе”. Эйнштейн отказался отвечать на выпады критиков, но он и не хотел быть миропомазанным как преемник трех величайших ученых мира. “Когда отклонение светового луча стало достоянием публики, возник такой культ моей личности, что я чувствую себя языческим идолом, – написал он после того, как “Берлинер иллюстрирте цайтунг”, один из самых крупных иллюстрированных журналов в Европе, появился в газетных киосках. – Но это, с Божьей помощью, пройдет”⁴⁹. В этом ученый ошибся.

Волна восхищения, охватившая мир после известия об Эйнштейне и его теории, была в какой-то мере обусловлена тем, что люди еще не до конца пришли в себя после потрясений Первой мировой войны. Она закончилась в 11 часов утра 11 ноября 1918 года. А двумя днями ранее Эйнштейн “из-за революции” отменил курс лекций по теории относительности⁵⁰. Несколько позднее в тот же день Вильгельм II отрекся от престола и бежал в Голландию, а с балкона Рейхстага была провозглашена республика. Самым уязвимым местом новой Веймарской республики была экономика. Инфляция усиливалась, немцы перестали доверять марке. Стараясь угнаться за ее быстрым падением, люди занимались перепродажей всего, что только возможно.

Это был порочный круг: репарации раскручивали спираль инфляции, а экономика пошла под откос из-за того, что Германия была не в состоянии оплатить поставки дров и угля. К концу 1922 года американский доллар стоил уже семь тысяч марок. Но это было ничто в сравнении с гиперинфляцией, начавшейся в 1923 году: в ноябре доллар стоил уже 4 210 500 000 000 марок, стакан пива —150 миллиардов, а буханка хлеба – 80 миллиардов. Страна была близка к взрыву. Ситуацию удалось взять под контроль только благодаря американским кредитам и уменьшению репарационных выплат.

На фоне этих неурядиц известия об искривлении пространства, отклонении светового луча и сдвиге звезд, доступные пониманию только “двенадцати мудрецов”, потрясли воображение публики. Ведь у каждого есть интуитивное представление о том, что представляют собой пространство и время. Когда “каждый извозчик, каждый официант начинал спорить о теории относительности”, Эйнштейну стало казаться, что мир – это “сумасшедший дом, населенный любознательными пациентами”⁵¹.

Международная слава Эйнштейна и известные всем антивоенные настроения ученого делали его легкой мишенью в разворачивающейся кампании человеконенавистничества. “Антисемитизм здесь силен, а политическая реакция просто невыносима”, – писал Эйнштейн Эренфесту в декабре 1919 года⁵². Вскоре стали приходить письма с угрозами, а иногда ему доводилось выслушивать прямые оскорбления прямо на пороге квартиры или рабочего кабинета. В феврале 1920 года группа студентов сорвала его лекцию в университете. Один из них крикнул: “Я перережу глотку этому грязному жиду!” ⁵³ Но политические деятели Веймарской республики хорошо представляли себе истинную ценность Эйнштейна. После войны немецких ученых не допускали даже к участию в международных конференциях. Министр культуры заверил Эйнштейна, что Германия “гордится и всегда будет гордиться возможностью считать вас, герр профессор, одним из самых ярких представителей нашей науки”⁵⁴.

Нильс Бор сделал больше, чем кто-либо другой, чтобы как можно быстрее восстановить личные контакты между учеными из враждовавших стран. Он был гражданином нейтральной страны и к немецким коллегам относился без неприязни. Бор одним из первых послал приглашение немецкому ученому: предложил Арнольду Зоммерфельду прочитать лекцию в Копенгагене. После его отъезда Бор заметил: “Мы много говорили об общих принципах квантовой теории и ее приложениях к отдельным задачам атомной физики”⁵⁵. Немецкие ученые, как и принимающая сторона, хорошо понимали, что еще не скоро их позовут на международные конференции. И те, и другие знали цену подобным частным приглашениям. Поэтому когда Макс Планк попросил Бора прочесть лекцию о квантовом атоме в Берлине, тот с радостью согласился. Была назначена дата – 27 апреля 1920 года. Впервые Бору предстояло встретиться с Планком и Эйнштейном. Этой встречи он ждал с волнением.

“Это, должно быть, человек первоклассного ума, дальновидный, относящийся ко всему очень критически, никогда не теряющий нить сложного построения”, – такую оценку Эйнштейн дал датчанину в октябре 1919 года. Эйнштейн был старше Бора всего на шесть лет⁵⁶. Эта похвала и стала причиной приглашения Бора в Берлин. Эйнштейн был давним его почитателем. Когда летом 1905 года несколько поутих бушевавший у него в мозгу ураган новых идей, он никак не мог найти “что-то действительно стоящее, чем можно было бы теперь заняться”⁵⁷. “Конечно, открытым еще остается вопрос о спектральных линиях, – сказал он своему другу Конраду Габихту, – но, думаю, простой связи между их свойствами и известными физическими явлениями вообще нет. В данный момент возможность решить эту задачу представляется мне достаточно туманной”⁵⁸.

Эйнштейн обладал удивительным чутьем, позволявшим ему понять, настал ли момент для решения той или иной физической задачи. Отказавшись от попытки раскрыть тайну спектральных линий, Эйнштейн вывел уравнение Е = mc², утверждающее, что энергия и масса могут преобразовываться одна в другую. Но, как ему казалось, всемогущий Бог посмеялся над ним и “обвел вокруг пальца”⁵⁹. Поэтому когда в 1913 году Бор показал, что его квантованный атом может дать ответ на загадку спектральных линий, Эйнштейн воспринял это как “чудо”⁶⁰.

Как только Бор встретился с Планком и Эйнштейном, беспокойство – смесь возбуждения и мрачных предчувствий, – вызывавшее спазмы в животе по дороге от вокзала до университета, улетучилось. Он расслабился, когда от светских формальностей перешли к разговорам о физике. Его собеседники разительно отличались друг от друга. Планк олицетворял собой истинные прусские добродетели, а Эйнштейн – большеглазый, с непослушной шевелюрой и в коротковатых брюках – не производил впечатления человека, находящегося в согласии с самим собой, а может, и с окружающим беспокойным миром. Бор остановился у Планка.

Позднее датчанин рассказывал, что в Берлине время ушло на “разговоры о теоретической физике, с утра до вечера”⁶¹. Для человека, обожающего говорить о физике, лучшего времяпрепровождения нельзя было и представить. Особенно ему понравился завтрак, который устроили в его честь молодые университетские физики и на который никто из корифеев приглашен не был. Для молодежи это был шанс попытать Бора, поскольку после лекции “они были несколько обескуражены из-за того, что, как показалось, почти ничего не поняли”⁶². Эйнштейн же очень хорошо понял, о чем говорил Бор, – и ему это не понравилось.

Бор, подобно многим, не верил в существование квантов света Эйнштейна. Как и Планк, он допускал, что излучение поглощается и испускается квантами, но само излучение не квантовано. Ему представлялось, что имеется слишком много свидетельств в пользу волновой природы света, однако в присутствии Эйнштейна Бор заявил аудитории: “Природу излучения я обсуждать не буду”⁶³. В то же время на него произвела глубокое впечатление работа Эйнштейна 1916 года о спонтанной и вынужденной эмиссии излучения и переходе электронов с уровня на уровень. Эйнштейн преуспел там, где он сам потерпел поражение: показал, что все отдано на откуп случаю и вероятности.

Эйнштейна по-прежнему беспокоило, что с помощью его теории нельзя предсказать ни время, ни направление вылета кванта света при перескоке электрона с более высокого энергетического уровня на более низкий. “Тем не менее, – писал он в 1916 году, – я совершенно убежден, что путь выбран правильно”⁶⁴. Он верил, что именно этот путь рано или поздно приведет к реабилитации принципа причинности. Но Бор в своей лекции утверждал, что время и направление точно определить невозможно. Так эти два человека оказались по разные стороны баррикад. В оставшиеся дни, гуляя по Берлину или обедая у Эйнштейна, каждый из них пытался обратить другого в свою веру.

“Редко мне случалось получать такое удовольствие просто из-за того, что человек находится рядом со мной, – написал Эйнштейн Бору вскоре после возвращения последнего в Копенгаген. – Сейчас я изучаю Ваши великие работы и, чтобы не завязнуть где-нибудь, с удовольствием представляю себе Ваше веселое мальчишеское лицо. Вы улыбаетесь и разъясняете мне трудные места”⁶⁵. Датчанин произвел на него неизгладимое впечатление. Несколькими днями позже Эйнштейн сказал Паулю Эренфесту: “Здесь был Бор. Я очарован им, как и вы. Он напоминает впечатлительного ребенка, передвигающегося по миру в каком-то гипнотическом состоянии”⁶⁶. Бор не остался в долгу. На прекрасном немецком он постарался передать свои чувства от встречи с Эйнштейном: “Незабываемое впечатление на меня произвели встреча и разговор с Вами. Вы даже не представляете себе, как было важно для меня услышать Вашу точку зрения лично от Вас”⁶⁷. Очень скоро Бор опять встретился с Эйнштейном: в августе на обратном пути из Норвегии тот ненадолго остановился в Копенгагене.

“Он высокоодаренный, блестящий человек, – написал Эйнштейн Лоренцу после встречи с Бором. – Это хорошая примета: выдающиеся физики в большинстве превосходные люди”⁶⁸. Однако сам Эйнштейн стал мишенью для тех, кто не входил в число “превосходных людей”. Филипп Ленард, работу которого по фотоэлектрическому эффекту в 1905 году Эйнштейн использовал для подтверждения гипотезы о световых квантах, и Йоханнес Штарк, открывший расщепление спектральных линий в электрическом поле, стали ярыми антисемитами. Эти два Нобелевских лауреата стояли за “Рабочим объединением немецких естествоиспытателей за чистоту арийской науки”. Одной из основных целей этой организации было развенчание Эйнштейна и его теории относительности⁶⁹. Двадцать четвертого августа 1920 года в зале Берлинской филармонии состоялось собрание этой группы. Теория относительности была объявлена “жидовской физикой”, а ее создатель – плагиатором и шарлатаном. Чтобы избежать прямых угроз, Эйнштейн, пошедший туда вместе с Вальтером Нернстом, наблюдал за происходящим из закрытой ложи.

Вальтер Нернст, Генрих Рубенс и Макс фон Лауэ выступили в газетах против возмутительных нападок в адрес Эйнштейна. Многие друзья и коллеги Эйнштейна, опасавшиеся за его жизнь, пришли в смятение, когда он опубликовал в газете “Берлинер тагеблатт” статью под названием “Мой ответ”. Эйнштейн писал, что не будь он евреем и интернационалистом, обошлось бы без обвинений в его адрес и нападок на его работу. Но почти сразу Эйнштейн пожалел, что поддался чувству возмущения и написал эту статью. “Время от времени каждый из нас к радости и Божьей, и человечества приносит жертву на алтарь человеческой глупости”, – написал он физику Максу Борну и его жене⁷⁰. Эйнштейн полностью осознавал, что его статус “знаменитости” приводит к тому, что “если в сказке прикосновение царя к любой вещи превращало ее в золото, все, что касается меня, сводится просто к ажиотажу в газетах”⁷¹. Вскоре пошли слухи, что Эйнштейн собирается покинуть страну. Но он решил остаться в Берлине, “там, где наиболее сильны мои научные и человеческие связи”⁷².

Два года, последовавшие за встречами в Берлине и Копенгагене, Эйнштейн и Бор, каждый сам по себе, боролись с квантом. Бор стал ощущать усталость от этой борьбы. А Эйнштейн написал Эренфесту в марте 1922 года: “Полагаю, хорошо, что многое рассеивает мое внимание. Иначе размышления о квантах привели бы меня прямиком в сумасшедший дом”⁷³. А месяцем позже Бор пожаловался Зоммерфельду: “Последние несколько лет я часто чувствую себя ученым-одиночкой. У меня складывается впечатление, что мои самые напряженные усилия по развитию принципов квантовой теории встречают очень мало понимания”⁷⁴. Скоро его чувству одиночества пришел конец. В июне 1922 года Бор побывал в Германии и за одиннадцать дней прочитал в Геттингенском университете цикл из семи знаменитых лекций. Позднее это событие получило название “Боровский фестиваль” (Bohr Festspiele).

Более ста физиков, старых и молодых, съехались со всей страны послушать рассказ Бора о модели электронной оболочки атома. Его новая теория касалась расположения электронов внутри атома и объясняла расстановку элементов в периодической таблице. Бор предположил, что электронные оболочки окружают ядро атома наподобие слоев луковой шелухи. Фактически каждая такая оболочка состоит из набора электронных орбит. Максимальное число электронов, которые могут поместиться на каждой из орбит, фиксировано⁷⁵. Бор утверждал, что элементы с похожими химическими свойствами имеют одно и то же число электронов на внешней оболочке.

Согласно модели Бора, одиннадцать электронов натрия распределены по оболочкам следующим образом: два, восемь и один, а пятьдесят пять электронов цезия образуют такую конфигурацию: два, восемь, восемнадцать, снова восемнадцать, восемь и один. Именно из-за того, что на внешних оболочках этих элементов всего один электрон, их химические свойства похожи. Во время лекций Бор, основываясь на своей теории, предсказал, что неизвестный элемент с атомным номером 72 в химическом отношении будет похож на цирконий (атомный номер 40) и титан (22). Эти два элемента находятся в одном столбце периодической таблицы. По утверждению Бора, новый элемент не будет, как считали многие, относиться к группе редкоземельных элементов, находящихся в той же строке.

Эйнштейн не приехал на лекции Бора в Геттинген. После убийства министра иностранных дел Вальтера Ратенау, еврея по происхождению, он опасался за свою жизнь. Ратенау, один из ведущих немецких промышленников, пробыл министром совсем недолго. Утром 24 июня 1922 года по дороге на работу его застрелили. Это было уже триста пятьдесят четвертое убийство, совершенное после войны ультраправыми. Эйнштейн был среди тех, кто уговаривал Ратенау не занимать пост в правительстве. Когда тот все же стал министром, правая пресса восприняла это как “абсолютно неслыханную провокацию”⁷⁶.

“После постыдного убийства Ратенау наша повседневная жизнь стала меня раздражать, – писал Эйнштейн Морису Соловину. – Я всегда настороже, прекратил читать лекции и числюсь официально в отпуске, хотя все время на месте”⁷⁷. Из надежных источников ему стало известно, что для террористов он превратился в одну из главных мишеней. После этого Эйнштейн по секрету сказал Марии Кюри, что подумывает оставить пост в Прусской академии и найти тихое место, где он мог бы поселиться как частное лицо⁷⁸. Человек, который с юности ненавидел авторитеты, теперь стал публичной фигурой. Он уже не был просто физиком. Он был символом немецкой науки и олицетворял еврейство.

К этому времени Эйнштейн прочитал все опубликованные работы Бора, в том числе статью “Структура атомов и физические и химические свойства элементов”, появившуюся в марте 1922 года в “Цайтшрифт фюр физик”. Почти полвека спустя он вспоминал, что “электронные оболочки атома и их значение для химии казались мне, да и сейчас кажутся, чудом”⁷⁹. Эйнштейн говорил, что “это была музыка небесных сфер для ума”. Действительно, то, что сделал Бор, можно в равной степени назвать наукой и искусством. Он использовал результаты настолько разных экспериментов, как измерение атомных спектров и изучение химических реакций, а потом строил атомы, добавляя по одной электронной оболочке. Это было похоже на накручивание слой за слоем шелухи на луковицу. Так Бор воспроизвел каждый из элементов периодической таблицы.

В основе подхода Бора лежала уверенность в том, что в мире атомов действуют квантовые правила, однако полученные с их помощью выводы не должны вступать в противоречие с данными наблюдений на макроскопическом уровне, где властвует классическая физика. Это положение было названо им принципом соответствия. Оно позволило оставить на атомном уровне только те предположения о событиях, которые при экстраполяции не противоречат результатам, установленным в рамках классической физики. С 1913 года принцип соответствия помогал Бору строить мост, соединяющий квантовый и классический миры. Хендрик Крамерс, ученик Бора, вспоминал, что находились те, кто считал этот принцип “волшебной палочкой, не работающей нигде, кроме Копенгагена”⁸⁰. Другие пытались размахивать ею, и только Эйнштейн воспринимал Бора как собрата-волшебника.

Что бы ни говорили об отсутствии у теории Бора твердого математического фундамента, идеи датчанина произвели на всех сильное впечатление. Понятны были и задачи, требовавшие осмысления. “Пребывание в Геттингене было чудесным и очень поучительным, – написал Бор после возвращения в Копенгаген. – Не могу выразить, как я был счастлив, чувствуя исходившее ото всех дружелюбие”⁸¹. Он больше не ощущал себя недооцененным и одиноким. Если у него и оставались сомнения по этому поводу, они развеялись в том же году.

На столе Бора лежало множество поздравительных телеграмм, но ни одна не значила для него столько, сколько пришедшая из Кембриджа. “Мы все очень рады, что Вы получили Нобелевскую премию, – писал Резерфорд. – Я знал, что это только вопрос времени, и рад, что это уже свершившийся факт. Премия – заслуженное признание проделанной Вами большой работы. Все мы в восторге от этой новости”⁸². После присуждения премии Бор все время мысленно возвращался к Резерфорду. “Я хорошо понимаю, сколь многим обязан Вам, – сказал Бор учителю, – и не только за непосредственное влияние на мою работу и за советы. Я благодарен Вам за дружбу, которую я чувствовал все эти двенадцать лет, прошедшие с нашей первой встречи в Манчестере. Это я считаю своей самой большой удачей”⁸³.