Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Филипп Жолли умер в 1884 году, не услышав, как его ученик произнес слово «квант».

Но это не все. Уже произнеся свое знаменитое слово, сам Планк еще не догадывался, как круто свернул он с дороги отцов. И вся опрометчивость былого предупреждения Филиппа Жолли открылась ему не в 1900 году, а гораздо позже, когда другие исследователи (и первым из них — Альберт Эйнштейн) превратили его «рабочую гипотезу» в одну из принципиальных основ всей современной физики. Тогда-то, уже в старости, чествуемый как родоначальник квантовой теории, Планк рассказал во всеуслышание о своем давнем разговоре с Жолли, рассказал с улыбкой, словно о чем-то нелепо анекдотическом.

Между тем… Между тем нельзя не заметить, что история подшутила и над самим Планком. В своем подчеркнуто настороженном отношении к собственной гениальной гипотезе квантов он тоже, хотя и совсем по-иному, оказался перед лицом младших современников (прежде всего — перед лицом Эйнштейна) в положении отца, не советующего детям доверяться новым дорогам.

В 1900 году Эйнштейн был ровно в два раза моложе Планка: 21 год и 42 года. Молодого, еще безвестного швейцарского учителя математики и физики, только что сдавшего дипломный экзамен, уже «мучил демон проблем». А был швейцарский учитель начинающим теоретиком совсем иного склада, чем берлинский профессор.

Как бы сделать это психологическое различие ясным, не прибегая к утомительным рассуждениям?

…Оба великих физика любили музыку, оба серьезно занимались ею. Эйнштейн был скрипачом, Планк — пианистом. Рассказывают, что Эйнштейн не только прекрасно исполнял любимые вещи, но и охотно пускался в импровизации, подчиняясь неожиданному зову души. Планк был знатоком музыкальной классики и работал над теорией музыки. Одно время он читал в Берлинском университете лекции по этому предмету. (Известно, что в годы юности он даже колебался в выборе будущей профессии, не зная, стать ли ему ученым или музыкантом.)

Академик Абрам Федорович Иоффе слушал обоих и восхищался их мастерством, однако, как он сам говорил, «совсем по-разному». Игра одного пленяла виртуозной техникой и академической строгостью, игра другого поражала глубокой музыкальностью и необычайной выразительностью.

«Как различны были, вспоминал Иоффе, — размеренный поток звуков у Планка и задумчивая скрипка Эйнштейна!»

Вот в этом, быть может, заключалась и разница между ними как учеными-мыслителями, разница темпераментов и всего духовного строя: осмотрительный педантизм у одного и глубокий артистизм у другого.

Эйнштейн принял всерьез замечательную идею Планка: он увидел в ней не просто временную и удобную «рабочую гипотезу», а краешек открывшейся истины. И он крепко ухватился за этот краешек, первым почувствовав всю революционность планковского представления о порциях излучения. Как в музыке, его увлекала в формулах не одна их строгая математическая гармония, но раньше всего их тайный, порою совершенно неожиданный и словно бы незаконный физический смысл.

Абрам Федорович Иоффе не раз рассказывал, как в свое время, в десятых годах, уже маститый Планк убеждал его, молодого ученого из России, очень осторожно обращаться с идеей квантов — «не идти дальше, чем это крайне необходимо» и «не посягать на самый свет». Это предостережение было вызвано как раз тем, что такое посягательство, не заботясь об осторожности, уже совершил Альберт Эйнштейн.

Уже совершил! Это произошло в 1905 году.

Эйнштейну в отличие от Планка больше всего хотелось идти дальше. Он, по выражению Иоффе, «увидел в квантах не удачный математический прием, а средство вскрыть существо света». И он увидел это еще тогда, когда представление о квантах излучения не встречало одобрения в среде известнейших физиков мира, когда о «порциях энергии» либо молчали, либо говорили с усмешкой, когда кванты смущали мысль даже самого их первооткрывателя.

Невезучий школьный учитель, в поисках сносного заработка ставший инженером-экспертом третьего класса в Швейцарском бюро патентов, еще никому не ведомый теоретик опубликовал в 1905 году в одном и том же томе знаменитых «Анналов физики» три статьи за подписью Эйнштейн-Марити (или Марич — это была фамилия его первой жены). Все три работы навсегда вошли в историю естествознания. Но здесь достаточно сказать о двух: в одной была изложена теория относительности, в другой — квантовая теория света.

Набегающие морские волны размывают берега. Порывы налетающего ветра заставляют осыпаться колосья. Световые (волны должны были бы «размывать» вещество.

Это действительно происходит. Падающий свет расшатывает электронные оболочки атомов — он заставляет их «осыпаться», как зерна в колосе. Иначе и быть не могло бы: куда же девалась бы энергия световых волн, если бы при поглощении света веществом ее не перехватывали легкие атомные частицы?

Семьдесят лет назад тонкие опыты блестящего московского физика А. Столетова всех убедили в существовании необычного электрического тока — фототока. Позднее стало ясно, что это текут ручейки электронов, осыпающихся с поверхности металла под действием света. На принципе возбуждения светом такого тока будут когда-нибудь работать на Земле мощные солнечные электростанции — бесплатная энергия солнечного света будет прямо превращаться в энергию движения электронов по проводам. В Новой Зеландии, кажется, уже работает первая небольшая станция этого типа.

Но как обманчивы простые сравнения! Волны света, набегающие на вещество, подобны морским волнам или волнам налетающего ветра… Что может быть яснее и понятней? Лучше не придумаешь. Однако вот другое сравнение: свет падает подобно граду, что сечет колосья и заставляет зерна осыпаться, как и под порывами ветра. Разве такое сравнение хуже? Нисколько.

А различие между этими двумя картинами громадно. Порывы ветра — воздушные волны — приносят непрерывный поток энергии. Он то гуще, то разреженней, но он непрерывен и «размазан» по всему пространству, захваченному волной. Поток энергии в падающем граде прерывист, разбит на отдельные порции, собран в «кулачки», а не «размазан». Каждая градинка приносит свою долю — свой целый квант. Если все градинки падают с одинаковой скоростью, энергия каждой зависит только от ее массы: чем массивней градина, тем энергичней она, тем с большей легкостью отлетает зернышко от колоса под ее ударом.

Вот пронесся над полем ветерок и затих. Он сумел повернуть крылья мельницы на пол-оборота. Вот пронесся слабенький град и перестал. Под его ударами крылья мельницы повернулись тоже на пол-оборота. Поток энергии ветерка и поток энергии града были одинаковыми. Однако посмотрите на поле: там, где пронесся ветерок, все колосья шевельнулись, но ни один не осыпался — у слабой «размазанной» воздушной волны не хватило сил оторвать зерна. А там, где выпал град, хоть и был он тоже слабенький, зерна в разных местах усеяли землю — это зависело от меткости градинок. Зато в других местах, куда крупицы небесного льда вовсе не попали, колосья остались совершенно неподвижными.