Владимир Львов - Альберт Эйнштейн

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] [15] «Эврика» — по-гречески: «нашел». 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] [16] «Третьего не дано» (лат.).