Страница 25 из 51
Тот же Зоммерфельд писал в начале 20–х годов Эйнштейну:
«Все ладится, но глубокие основы остаются неясными».
Точно вторя ему, Макс Борн называл «совершенно таинственными глубокие причины, лежащие в основе» теории Бора.
Не сомневаясь в ее справедливости, сам Эйнштейн восклицал в своем обычном мягко ироническом стиле:
«Если бы я только знал, какие винтики использует при этом господь–бог!»
А многие физики как раз на то и надеялись в конце 10–х и начале 20–х годов, что он–то, Эйнштейн, и сумеет выведать у природы, какие винтики пустила она в ход, конструируя атомный излучатель квантов, да и вообще конструируя микромир. Отражая эту надежду на проницательность создателя квантовой теории света, снова Зоммерфельд писал Эйнштейну так:
«Вы раздумываете над фундаментальными проблемами световых квантов. А я, не чувствуя в себе нужных для этого сил, удовлетворяюсь прояснением деталей квантовых чудес в спектрах… Но для понимания их физической сути я ничего не могу придумать».
И еще так:
«Я могу помочь развитию лишь техники квантов. Вы должны построить их философию».
Однако не Эйнштейну суждено было ее построить. Напротив, ему суждено было стать ее пожизненным противником — неутомимым, изобретательным, стойким, но напрасным оппонентом. И это тем драматичней, что он стоял у колыбели «философии квантов». Больше того: он доверил этой колыбели дитя, которому предстояло расти и крепнуть.
Дитя было кентавром: в нем соединились свойства частиц и волн.
5
Идея существования микрокентавров — идея волн–частиц — не имела ни малейшего отношения к спасению планетарной модели атома от неустойчивости. Да, скачки по энергетической лестнице сопровождаются испусканием или поглощением квантов света. Но для теории атома было безразлично, что такое всякий квант в пространственном отношении — четко ли очерченная корпускула излучения или цепочка электромагнитных волн? И было это безразлично до такой степени, что сам Нильс Бор позволял себе отрицать реальность световых частиц Эйнштейна, а признавал только кванты Планка — порции, какими отмеривается в природе электромагнитная энергия излучения. И это понятно: ведь поначалу Бору лишь одно важно было — как отмеривается излучение. Кванты отмеривались излучающим атомом как разности между двумя уровнями энергии. Вот и все. А странности поведения световых квантов, покинувших атом, Бора тогда не волновали.
Происходило нечто нам уже знакомое и обычное для истории истинной науки: ради достижения успеха познание снова ограничивало свою задачу. И снова вспоминается платоновский Тимей:
«Если мы хотим заниматься астрономией, то нам незачем интересоваться небесными телами».
Но лишь до поры, до времени, не так ли? Разумеется. И в своей книге о Ньютоне Сергей Иванович Вавилов добавил это уточнение к мысли Платона, написав:
«Многие этапы истории науки сопровождались закрыванием глаз до поры до времени на группы факторов и целые области явлений, усложняющих задачу».
Странность, заложенная, очевидно, в природе квантов, отражалась в обескураживающей двойственности их поведения — то корпускулы, то волны…
Замечательно, что эта двойственность света была замечена физиками давным–давно. Два с лишним века назад — в 1756 году — Ломоносов уже подытоживал разные взгляды на движение «тончайшей и неосязаемой материи света»:
«Первое движение может быть текущее, или проходное, как Гассенд и Невтон думают, которым эфир (материю света с древними и многими новыми так называю) движется от солнца и от других великих или малых светящих тел во все стороны наподобие реки беспрестанно. Второе движение может в эфире быть зыблющееся по Картезиеву и Гугениеву мнению, которым он наподобие весьма мелких и частых волн во все стороны от солнца действует…»
Тут Гассенд и Невтон — Гассенди и Ньютон — означены как сторонники корпускулярной теории света, по которой свет — поток частиц. А Картезий и Гугений — Декарт и Гюйгенс — представлены как сторонники волновой теории, по которой свет — поток волн. И вот что интересно: уже тогда Ломоносов должен был признать реальность обоих типов поведения света: он сказал про световую материю, что эти «возможные движения» мы действительно «в оной находим». И будущему поручил разобраться в истинности возникших теорий. Частицы или волны? «Которые действительно есть, или нет, — после окажется»!
Очень долго — С. И. Вавилов полагал, что на протяжении 150 лет, — волновая теория не умела объяснить элементарнейший факт: прямолинейное распространение света. Пожалуй, именно поэтому весь XVIII век в физике господствовала, хоть и не безраздельно, корпускулярная теория. Уж этот–то факт она объясняла проще простого: а как же еще могли световые частицы лететь сквозь пустоту, если не прямолинейно?!
Но эта же прямолетность частиц света мешала корпускулярной теории описать другое явление: способность света огибать препятствия — дифракцию. Из–за нее у теней не бывает абсолютно резких границ. Если свет — волны, тогда все понятно: волны и должны делать границы теней расплывчатыми, ибо могут заходить за край предмета. А прямолетящим частицам делать это не дано. Дифракция стала доводом против корпускулярной теории и помогла восторжествовать волновой.
А было еще явление интерференции. Сам Ньютон демонстрировал его воочию: «Если наложить выпуклую пластинку на плоскую, то… в однородном свете образуются светлые и темные кольца». Он растолковывал, что эти кольца — результат наложения «пропущенного и отраженного света». Но трудно было объяснить, как могла возникнуть темнота там, где встречались — накладывались друг на друга — два световых луча, если это были потоки корпускул? Освещенность должна была бы только усилиться.
А для волновой теории это явление интерференции не представляло никаких затруднений. Волны могли взаимно усиливаться, встречаясь своими горбами, и могли взаимно погашаться, когда горб одной приходился на впадину другой. Чередование светлых и темных колец естественно истолковывалось, как волновая картина.
К слову сказать, для волновой картины было совершенно необязательно знать, что именно «волнуется», порождая свет, воображаемый ли эфир или более реальные силы электромагнитного поля. В нашей хорошей истории еще появятся и другие волны, тоже умеющие взаимно интерферировать. И хочется привести еще один вариант все той же платоновской мысли, высказанный современным физиком — другом и соавтором Льва Ландау начала 30–х годов — Рудольфом Пайерлсом:
«…Чтобы понять, как происходит интерференция, не нужно интересоваться природой волны. Достаточно знать только, что существует некая величина, которая колеблется…»
Колебания разного знака — колебания в противоположные стороны — могут гасить друг друга, а колебания одного знака — усиливаться. Вот и весь механизм интерференции. Он стал сильнейшей опорой волновой теории света. Тем более что удалось волновым построением безупречно объяснить и прямолинейность распространения световых лучей.
Мудрено ли, что почти весь XIX век единовластно господствовала волновая теория. Корпускулярная отошла в историю.
Но наступил век XX. Он принес кванты Планка и световые частицы Эйнштейна… Что за притча — вновь возвращение на круги своя?
Точно предвидя, что это когда–нибудь случится, еще учитель Ньютона Исаак Барроу сказал:
«Оба представления о свете встречаются с равными трудностями. Поэтому я склоняюсь к мнению, что свет может порождаться обоими родами движения, как телесным истечением, так и непрерывными импульсами. Может быть, лучше приписывать некоторые действия одному, а иные другому».
Кажется, учитель был дальновиднее своего великого ученика? Но нет, С. И. Вавилов нашел и у Ньютона такие строки:
«…Если мы предположим, что световые лучи состоят из маленьких частиц, выбрасываемых по всем направлениям светящимся телом, то эти частицы… должны возбуждать в эфире колебания столь же неизбежно, как камень, брошенный в воду…»
Видно, что Ломоносов напрасно повторил общепринятое тогда суждение о Невтоне, как ревнителе корпускулярной и противнике волновой теории света. Ньютон даже предложил конструктивный способ примирения несовместимых образов частицы и волны! Может быть, этот способ был бы и хорош, если бы в нем материя частиц не отделялась от материи волн. А то получалось, что выбрасывается светящимся телом нечто одно, колеблется же в пространстве нечто другое. И все–таки неизъяснимо приятно думать, что тут состоялась перекличка великих через века: из всех гениев классики, вероятно, Ньютон с наименьшим протестом и с наибольшим сочувствием встретил бы Эйнштейнову идею волн–частиц… (Пока, подобно Эйнштейну, не обнаружил бы вдруг, к каким непоправимым бедам для классической физики эта идея ведет.)