Страница 8 из 33
«[...] Я думаю, что [...] можно было бы продвинуться дальше и найти решение путем поиска значения кванта энергии h х v в совместных действиях, с помощью которых осцилляторы влияют друг на друга».
Эйнштейн поддерживал идею о том, что сегментация присуща излучению и сохраняется, даже когда излучение распространяется на удалении от материи. Видимая только издалека, высокая плотность квантов света имеет знакомые очертания классической максвелловской волны.
Значение постоянной Планка настолько мало, что дискретность энергии остается неразличимой в нашем масштабе, так же как невозможно различить каждый мазок в картинах импрессионистов. Постепенно, по мере приближения, небольшие волны цвета — которые, кажется, растворяются друг в друге в неуловимых переходах — делятся на небольшие пятна. То же самое происходит с квантовым импрессионизмом света. Нельзя игнорировать его фрагментарную природу во взаимодействии с веществом.
В своей первой статье Эйнштейн использовал идею фрагментации энергии в печи Планка и применил ее к трем известным явлениям, чтобы объяснить их и доказать, что фрагментация не является прерогативой осцилляторов. Феномен, который сделал ученого знаменитым, называется фотоэлектрическим эффектом. Через несколько лет за его объяснение Шведская королевская академия наук присудит Эйнштейну Нобелевскую премию, и это при том, что она откажется принять во внимание две его теории относительности — слишком смелые теоретические гипотезы, ничем не подтвержденные.
На протяжении многих лет Эйнштейн все больше развивает квантование. Согласно его знаменитому уравнению относительности (Е = mc²), энергия заключает в себе компонент, связанный с массой: следовательно, кванты необходимо рассматривать в терминах частиц. Названные фотонами, они обозначают бомбардирующие частицы света, которые могут сталкиваться, к примеру, с электронами и заставлять их менять траекторию. В 1923 году в лаборатории штата Миссури Артур Комптон подтвердил эту гипотезу, бомбардируя атомы рентгеновскими лучами (лучи света с очень короткой длиной волны). Планк, встревоженный последствиями своего успеха, призывал физиков к сдержанности: «Введение кванта должно совершаться настолько консервативно, насколько это возможно.
То есть нужно вносить только те изменения, которые абсолютно необходимы по определению». К счастью, это не было общим настроением эпохи.
РИС. 1
РИС. 2
РИС. 3
Каждый квант сr, с частотой vx, попадает в электрон со скоростью Vr Каждый квант с2, с частотой v2, попадает в электрон со скоростью V2.
Как можно видеть на рисунке 1, направление пучка света на металлическую пластину вызывает высвобождение электронов. В 1902 году венгерский физик Филипп Ленард обнаружил, что скорость частиц, выбиваемых из металла, увеличивается с ростом частоты падающего света, но не с ростом его интенсивности (рисунки 2 и 3). Эйнштейн предположил, что свет состоит из квантов. Энергетический заряд, переносимый каждым квантом, зависит от частоты. Таким образом, при увеличении частоты отдельные высокоэнергетические кванты передают энергию отдельным электронам, вызывая рост их скорости. И напротив, увеличение интенсивности света приводит к росту количества квантов, способных воздействовать на электроны с той же энергией. В этом случае из пластины будет выбиваться больше частиц, но их скорость будет примерно одинакова.
Военный период
Ранние работы Шрёдингера, находившегося под влиянием учителей, лежат в сфере гибридной, неполной физики: с одной стороны, они словно поставлены на якорь в классическом мире, который находится под угрозой исчезновения, а с другой — отваживаются отправиться в туманные края. Они — плоды переходной науки, которую триумф квантовой физики впоследствии уничтожит.
В мае 1910 года, после защиты диссертации на тему «Электрическая проводимость на поверхности изоляторов во влажном воздухе», Шрёдингеру было присвоено звание доктора. Сложно разглядеть в этом названии «дух огня» (пролагающий свой собственный путь и по-новому ставящий вопросы перед природой), который так восхищал его соучеников. Эта работа исследовала влияние атмосферной влажности на электропроводимость некоторых изоляторов (стекло, черное дерево, янтарь и так далее) и имела экспериментальный характер. Главная задача Шрёдингера состояла в изучении изоляции научных приборов в условиях сурового климата.
Едва он закончил учебу, как в отделе теоретической физики освободилось место ассистента. Наличие академических заслуг и великолепного досье позволило Шрёдингеру рассчитывать на эту должность, но на его пути возникли два препятствия: военная служба и несчастный случай с его университетским товарищем Гансом Тиррингом, который произошел во время катания на лыжах в окрестностях Мариацелля, живописного местечка в Штирийских Альпах. Неудачно упав, Тирринг сломал ногу и, таким образом, был освобожден от службы в армии. Он и занял вакансию ассистента, пока Шрёдингер носил военную шинель.
Вернувшись к гражданской жизни через несколько лет, Шрёдингер должен был согласиться на должность, менее соответствующую его научным интересам. Он стал ассистентом в Институте экспериментальной физики под руководством Экснера. Вот как Шрёдингер описал свой опыт работы в лаборатории:
«За эти годы я усвоил две вещи: во-первых, я не наделен талантом к экспериментальной работе; во-вторых, моя родина и мои соотечественники не талантливее меня в том, что касается реализации первоочередных экспериментальных проектов».
Без сомнений, исследователь узнал и многие другие вещи. Экспериментируя с оптическими инструментами, он заметил аномалию в своем восприятии цвета, которая уменьшала его чувствительность к зеленому и увеличивала диапазон различаемых оттенков красного. Экспериментальный багаж Шрёдингера позволил ему также отнести себя «к тому роду теоретиков, которые понимают, что значит проводить измерения путем прямого наблюдения».
В 1913 году, на следующий день после Рождества, ученый преодолел еще один этап в своей академической карьере и удостоился звания venia legendi (хабилитированный доктор), благодаря чему мог начать преподавать в качестве приват-доцента, взимая скромную плату с учеников, которых ему удавалось привлечь на свои занятия.
В своих первых статьях Шрёдингер продемонстрировал исключительную математическую виртуозность, основанную на интуиции физика — хотя еще и не отточенной. Вена после смерти Больцмана лежала в стороне от передовых научных течений, что препятствовало созреванию Шрёдингера, поскольку ему так и не приходилось сталкиваться с проблемами, которые стали бы настоящим вызовом его способностям.
Помимо этого, внимание Шрёдингера отвлекала проблема иного рода, которая ставила под угрозу его зарождающуюся карьеру. Проблему звали Фелиси. Можно смело утверждать, что занятия наукой и интеллект были не слишком престижны для буржуазного брака. Мать Фелиси, баронесса Краусе, была уверена, что Эрвин — совсем не та кандидатура, которая могла бы составить счастье ее дочери. Приват-доцент с почти нулевым доходом не был способен поддерживать требуемый образ жизни. Отчаявшись, Шрёдингер умолял отца принять его в свой бизнес. Рудольф возражал ему с тем же упорством, которое выказывала баронесса по отношению к браку. Жизнь оказалась сильнее любви, и все обещания, которыми втайне обменялись влюбленные, были забыты. Шрёдингер был готов пожертвовать ради Фелиси всем. Но что у него было? Вероятно, эта романтическая неудача остудила пыл Шрёдингера в отношении традиционного брака, что и объясняет его дальнейшую бурную личную жизнь.