Банеш Хофман - Альберт Эйнштейн. ТВОРЕЦ И БУНТАРЬ.

Как мы знаем, еще работая в Бюро патентов, Эйнштейн применил революционную идею Планка о квантах к теории света и к теории теплового движения молекул в твердых телах. На Сольвеевском конгрессе 1911 г. стало ясно — в основном благодаря работе Эйнштейна о теплоте, — что к квантам следует отнестись со всей серьезностью. Вполне очевидным стало и другое: отныне в физике мало что останется ясным. Идея квантов явно противоречила и теории Ньютона, и теории Максвелла; и не видно было никакого способа примирить новое со старым. Наука оказалась в глубоком кризисе — более глубоком, чем представлялось тогда.　

Среди немногих избранных, принимавших участие в Сольвеевском конгрессе 1911 г. в Брюсселе, был уроженец Новой Зеландии Эрнест Резерфорд, признанный во всем мире ведущим специалистом по атомной физике. В то время он был уже лауреатом Нобелевской премии, которую получил за проведенные в Канаде исследования природы радиоактивности. Теперь он работал в Англии, где собрал вокруг себя в Манчестерском университете плеяду выдающихся исследователей. Будучи сам первооткрывателем в науке, Резерфорд получил истинное удовольствие от дискуссий о квантах, которые буквально раздирали участников конгресса, и по возвращении в Манчестер в таких ярких красках передал содержание этих споров молодому датскому физику Нильсу Бору, что этот рассказ запомнился Бору до конца его дней.　

Несколько раньше, в том же 1911 г., Резерфорд представил на обсуждение физиков идею о том, что атом, наподобие миниатюрной солнечной системы, которую, однако, скрепляют электрические, а не гравитационные силы, состоит из крохотного ядра, имеющего относительно большую массу, и окружающих его планетарных электронов. Ставшее роковым открытие атомного ядра было блестящим образом обосновано экспериментально. Но предложенная Резерфордом модель атома имела существенный недостаток: в соответствии с теорией Максвелла она неизбежно распалась бы, ибо электроны не смогли бы оставаться на постоянных орбитах. Они должны были бы излучать энергию в виде электромагнитных волн и по спирали врезаться в ядро. Никак нельзя было рассчитывать на то, что они останутся устойчивыми и дадут четкие спектральные линии, видимые в спектроскоп.　

Положение спас вернувшийся в 1913 г. в Данию Нильс Бор. Эйнштейн к тому времени уже бросил Максвеллу вызов. Бор решил продолжить это сражение тем же оружием — квантами и дерзостью научной мысли. Главной задачей Бора было теоретически доказать, что атом Резерфорда не распадется. Представьте себе жалюзи. Если опустить их до определенной высоты, жалюзи останутся растянутыми. Особенность их устройства — прерывистость — мешает им снова свернуться в плотный рулон. В 1900 г. Планк ввел понятие квантовой прерывистости для определенных видов колебаний, представив допустимые количества энергии наподобие последовательности ступеней, а не гладкого скользкого склона. Эйнштейн быстро осознал перспективность и универсальное значение дискретности квантового излучения и, разработав теорию тепловых колебаний атомов в твердом теле, распространил эту идею в 1906 г. на другие виды колебаний. И наконец, в начале 1913 г. Бор перенес эту дискретность на атом Резерфорда, чтобы спасти его от разрушения.　

Наперекор максвелловским правилам Бор решительно заявил, что электроны не только должны оставаться на постоянных орбитах, но и не будут при этом испускать излучение. Следуя далее своим еретическим путем, он допустил, что могут существовать не какие угодно орбиты, а только специальные. В результате этих властных эдиктов получился атом Резерфорда, но уже обладающий некоторой дискретностью. Пожалуй, даже предостаточной, ибо возникал вопрос: каким же образом атом все-таки излучает радиацию? Бор знал ответ на этот вопрос. Он заявил, что свет испускается или поглощается не тогда, когда электрон находится на орбите, а когда он совершает квантовый скачок с одной разрешенной орбиты на другую. Кроме того, он утверждал, что квантовое правило Планка связывает частоту света с изменением энергии электрона, причем соотношение изменение энергии/частота равно постоянной Планка h . Бор показал также, каким образом из введенных им положений, имевших более конкретную математическую форму, вытекают результаты, дающие весьма удовлетворительное сочетание с экспериментальными данными. И самое главное — хотя это могло быть осознано далеко не сразу: отказавшись от описания того, что происходит при квантовом переходе электрона, он проявил безошибочную интуицию.　

Разработанная Бором теория атома Резерфорда стала одним из поворотных пунктов в физике. Она быстро принесла Бору известность среди ученых. И все же было в этой теории слабое место: в ней переплелись и классические, и квантовые представления. Сам автор прекрасно это осознавал. Многим физикам, даже достаточно авторитетным, все это показалось поначалу полнейшей бессмыслицей. В 1958 г. Бор, вспоминая это время, выразился весьма мягко: «3а пределами манчестерской группы [мои идеи] были восприняты с большим скептицизмом». Теория Бора и в самом деле вполне может быть преподнесена как явный вздор. Вдохновенный вздор. Чудо интуиции. Но пусть об этом скажет сам Эйнштейн. Осенью 1913 г. он назвал работу Бора «одним из величайших открытий» и с особым восхищением подчеркнул «грандиозное достижение» датского ученого, связавшего световое излучение с квантовыми переходами электронов, а не с их колебаниями, как это было принято считать с позиций максвелловской и даже квантовой теорий. В «Автобиографических набросках», написанных спустя тридцать лет, когда теория Бора уже давно уступила место новым идеям, Эйнштейн вспоминал об этих годах, предшествовавших первой мировой войне: «Все мои попытки… полностью провалились. Это было так, точно из- под ног ушла земля, и нигде не было видно твердой почвы, на которой можно было бы строить. Мне всегда казалось чудом, что этой колеблющейся и полной противоречий основы оказалось достаточно, чтобы позволить Бору — человеку с гениальной интуицией и тонким чутьем — найти основные законы спектральных линий и электронных оболочек атомов, объясняя их значение для химии. Это кажется мне чудом и теперь. Это — наивысшая музыкальность в области мысли».　

В 1900 г. при выводе своей формулы излучения абсолютно черного тела Планку не удалось избежать смешения квантовых и максвелловских идей, несмотря на существовавшие между ними противоречия. В 1916 г. Эйнштейн нашел новый способ (основанный на квантовых представлениях) обходиться, по существу, без понятий, определенных в максвелловской теории электромагнетизма. Успех теории Бора продемонстрировал, что по крайней мере в том, что касается внутренней энергии, атом можно сравнить с лестницей, т. е. с рядом ступеней или уровней. Существование этих энергетических уровней в атоме было фактически подтверждено прямым экспериментом, и Эйнштейну стало ясно, что в любом случае, какая бы судьба ни постигла теорию Бора со всей — увы — присущей ей мешаниной противоречивых представлений, идея о наличии энергетических уровней, безусловно, сохранит свое значение. Исходя из этого, он избрал эту идею в качестве прочного фундамента для своей дальнейшей работы. Использовав вероятностные соображения и далее обойдясь без предположения о существовании фотонов, он обнаружил, по его собственному выражению, «поразительно простой» вывод формулы Планка для излучения абсолютно черного тела. Ему удалось даже больше: вскрылась, например, прямая связь с основной формулой теории Бора. Эйнштейн с трудом скрывал восторг, увидев, как хорошо все подходит одно к другому. Отдавая свою работу для публикации, он написал: «Она прельщает своей простотой и универсальностью». Здесь не было преувеличения. Это было вполне в духе Эйнштейна. Он справедливо относил это исследование к своим лучшим работам. Оно оказало огромное влияние на Бора, а тем самым и на весь ход развития квантовой физики.