Маргарита Рютова-Кемоклидзе - Квантовый возраст

Первая является полным и четким изложением специальной теории относительности. Сравнительно быстрый успех этой работы определялся, по-видимому, двумя важными факторами. Во-первых, тем, что к этому времени для создания теории относительности было много сделано; по словам Эйнштейна, «не было сомнений в том, что в 1905 г. она созрела для своего появления… Лоренц уже знал, что уравнениям Максвелла соответствуют преобразования, названные потом его именем (математическая основа теории относительности уже была заложена Лоренцем), а Пуанкаре углубил эту идею» [8, с. 322]. Во-вторых, несмотря на свою революционность, теория относительности не противоречила классической механике Ньютона, а содержала ее в себе как предельный случай для скоростей, малых по сравнению со скоростью света. Эта работа принесет Эйнштейну легендарную славу.

Вторая из упомянутых работ не имеет себе равных в истории науки. Состоящая всего из трех печатных страниц, она содержит в себе закон эквивалентности массы и энергии — ключ, открывший дорогу человечеству к использованию огромной энергии, освобождающейся в атомных и ядерных реакциях. Математическая форма этого закона предельно проста: Е = mc 2. E — энергия, m — масса, c — скорость света. Эта формула теперь известна каждому школьнику.

Несколько лет назад я присутствовала на просмотре короткометражных художественных фильмов. Фильмы были самые разные, грустные и смешные. Один из этих фильмов был про незадачливого скромного физика, против воли своей все еще неженатого, и все события в фильме разворачивались вокруг его неудачных попыток жениться. В одном из эпизодов показано, как он, читая лекцию студентам, выводит на доске формулу: крупным планом — черная доска и рука, выводящая сначала большую букву Е , затем знак равенства, затем маленькое m , помноженное на c , и дальше вместо квадрата над с герой фильма вывел вопросительный знак: Е = mc ?. В зрительном зале раздался дружный хохот.

Сразу же после завершения этой работы Эйнштейн писал в письме своему другу: «Из принципа относительности в сочетании с фундаментальными уравнениями Максвелла следует, что масса должна быть непосредственной мерой энергии, содержащейся в теле. У радия должно происходить заметное убывание массы. Это соображение радует и подкупает» [9, с. 73]. Именно это соображение, «радующее и подкупающее» тогда, сделает Эйнштейна несчастным в конце жизни.

«Трагизм его (Эйнштейна) последних лет достиг высшей точки в его вмешательстве в дело атомной бомбы. Почти за 40 лет до того он вывел из теории относительности формулу E = mc 2и ее значение было ясно осознано задолго до какой-либо экспериментальной проверки, не говоря уже о возможном техническом применении. Теперь эта возможность была дана, вместе с нею и опасность, что Гитлер мог получить в свои руки грозное средство разрушения для порабощения мира. Это побудило его написать известное письмо президенту Рузвельту, которое дало толчок к разработке атомной бомбы, а тем самым привело к теперешнему ужасающе странному положению, при котором человечество… имеет только выбор между миром и самоуничтожением», — писал Макс Борн в своих воспоминаниях об Эйнштейне [8, с. 398]. Но это все было впереди, а в 10-е годы нового века ученые думали только о загадках природы и их решении.

Весной 1910 г, Эрнест Сольвей, обсуждая с известным профессором химии Берлинского университета Вальтером Нернстом трудности, возникшие в связи с интерпретацией накопившихся экспериментальных данных, предложил созвать ведущих физиков Европы в Брюсселе для совместного обсуждения новых положений в физике. Эрнест Сольвей, химик и богатый промышленник, живо интересовался новостями науки. Он взял на себя все расходы, связанные с приездом и пребыванием всех участников совещания. Нернст немедленно взялся за дело. Он написал письма о приглашении на совещание в Брюсселе ведущим физикам Европы. Первое письмо было отправлено Максу Планку. Ответ Макса Планка не был оптимистичным. Он высказывал сомнение в том, что это совещание вызовет всеобщий энтузиазм, и просил отложить проведение совещания на несколько лет, с тем чтобы дождаться более убедительных результатов. Нернсту удалось уговорить Планка, остальных же участников уговаривать не пришлось, все приглашенные с радостью согласились приехать в Брюссель.

Открытие совещания было назначено на 30 октября 1911 г., темой совещания была «Теория излучения и кванты». Германию представляли Нернст, Планк, Зоммерфельд, Варбург; Англию — Резерфорд; Францию — Бриллюэн, мадам Кюри, Поль Ланжевен, Луи де Бройль, Пуанкаре; Австрию — Эйнштейн; Голландию — Камерлинг-Оннес; Данию — Кнудсен и другие. Так было положено начало знаменитым Сольвеевским конгрессам. И каждый из них был вехой в истории науки.

На первом Сольвеевском конгрессе ясности в понимании возникших трудностей не появилось и, как мы теперь понимаем, не могло появиться. Но именно этот конгресс сыграл важнейшую роль в дальнейшем развитии событий: на нем была достигнута главная цель — совместное обсуждение возникших проблем лучшими умами Европы и сфокусирование их интересов. Наука становилась интернациональной. Вскоре после конгресса Эрнест Сольвей основал Международный институт физики, пожертвовав на это миллион бельгийских франков. В обязанности института входило ведение научно-исследовательских работ, поощрение молодых исследователей и регулярное проведение Сольвеевских конгрессов. Второй Сольвеевский конгресс был проведен в октябре 1913 г. Темой его было строение вещества.

1913 год считают драматическим годом в науке. Это год рождения атомной физики. Еще в 1911 г. Резерфорд сделал ошеломляющее открытие — он объявил своим сотрудникам: «Я знаю, как выглядит атом!». В течение нескольких лет в лаборатории Резерфорда проводились эксперименты по бомбардировке пучками альфа-частиц различных мишеней. Альфа-частицы легко проникали через тончайшие пластинки, за исключением редких случаев, когда одна из частиц почему-то отклонялась. Резерфорд предложил искать частицы, которые, возможно, отклоняются на больший угол. Каково же было удивление экспериментаторов, когда они обнаружили частицы, которые при столкновении с тончайшей металлической пластинкой возвращались назад! Резерфорд, после того как окончательно убедился в этом явлении, говорил: «Это было самое невероятное событие в моей жизни. Это почти так же невероятно, как если бы вы выстрелили из пушки пятнадцатидюймовым снарядом, целясь в лист папиросной бумаги, а он внезапно отскочил от бумаги и попал прямо в вас» [10, с. 17]. На основании этих экспериментов Резерфорд предположил, что атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него на больших по сравнению с размером самого ядра расстояниях электронов. С точки зрения классической физики такая модель атома, похожая на миниатюрную планетную систему, казалась просто абсурдной. По законам классической электродинамики, двигаясь по орбитам вокруг ядра, электроны должны излучать энергию и буквально за 10 –8 с должны упасть на ядро. Но в природе этого не происходит! Да и опыт — вещь упрямая. В чем же дело?