Эйнштейн во времени и пространстве. Жизнь в 99 частицах - Сэмюел Грейдон

Эйнштейн наотрез отказывался носить престижный немецкий орден “За заслуги” (его еще называли “Голубой Макс”). И на очередной сессии Прусской академии наук химик Вальтер Нернст обратил внимание на то, что на Эйнштейне нет этого ордена: “Я полагаю, Ваша жена забыла дать вам его”.

“Она тут ни при чем, не она забыла, а я не захотел его надевать”.

59

Как сказал Нильс Бор в своем вступительном докладе на Сольвеевском конгрессе 1927 года, все вдруг изменилось. Тысячелетиями физика была занята поиском истины, неопровержимых доказательств реальности Вселенной. Теперь все не так: природа в своей основе оказалась непознаваемой. В субатомном мире – мире квантовой механики – и причинность, и определенность исчезают. Нет абсолютной, окончательной истины, к постижению которой нужно стремиться.

Утверждение Бора о состоянии физики основывалось на результатах последних исследований. Ранее в том же году Вернер Гейзенберг сформулировал свой принцип неопределенности, согласно которому невозможно знать о частице все. Некоторые квантовые свойства – например, импульс и положение в пространстве, время и энергия – связаны между собой таким образом, что чем больше известно об одном из этих свойств, тем меньше – о другом. К примеру, чем больше мы знаем о положении частицы, тем меньше у нас информации о ее импульсе, то есть, если положение частицы точно определено, о ее импульсе сказать ничего нельзя.

Эйнштейн очень мало участвовал в обсуждениях докладов на конгрессе. Но вне основных дискуссий, за едой и на прогулках, он пытался нащупать слабые места в этой новой физике. Вольфганг Паули вспоминал, как Эйнштейн говорил: “Нельзя строить теорию на основе бесконечных «может быть». Это неправильно по своей сути, даже если эмпирически и логически верно”[281].

Эйнштейн старался быть конструктивным в своей критике, даже когда надеялся, что она окажется разрушительной. Он любил придумывать для Бора и его молодых коллег мысленные эксперименты. Например, предлагал вообразить хитроумное устройство, которое могло бы существовать хотя бы теоретически, способное точно измерять все параметры движущейся частицы. Как, спрашивал Эйнштейн, такое согласовывалось бы с квантовой теорией?

Бор очень серьезно относился к критике Эйнштейна. Он что‐то вполголоса бормотал, обсуждал вопрос с коллегами, и к обеду у них обычно созревало решение проблемы, поставленной Эйнштейном. Временами Бор не мог уснуть из‐за того, что ему никак не удавалось опровергнуть аргументы Эйнштейна. Физик Пауль Эренфест, друживший с обоими, страдал больше всех. “Каждую ночь, около часу, – рассказывал Эренфест своим ученикам, – Бор заходил ко мне в комнату, чтобы сказать «всего пару слов», и пускался в рассуждения, длившиеся до трех часов ночи”[282]. На следующий день за завтраком Альберт, признавая свое поражение в предыдущем раунде, придумывал новый мысленный эксперимент, обычно сложнее предыдущего. И Бор, бормоча что‐то себе под нос, опять погружался в поиски решения.

На следующий Сольвеевский конгресс, который состоялся в 1930 году, Эйнштейн приехал с тщательно продуманным, дьявольски хитрым, сложнейшим мысленным экспериментом. Представьте себе коробку, заполненную облаком фотонов и покоящуюся на чаше очень чувствительных весов[283]. Вдобавок к коробке подсоединены на редкость точные часы, а крошечный затвор, встроенный в одну из стенок, управляется этими часами. В определенные моменты времени затвор открывается и закрывается, чтобы выпустить наружу один фотон. Благодаря исключительной точности часов мы можем зафиксировать момент, когда фотон покидает коробку. Вспомним, что коробка стоит на весах, и поэтому известна ее масса как до, так и после испускания фотона, а значит, можно точно определить и его массу. Как следует из уравнения E = mc2, если мы знаем массу частицы, то можем узнать и ее энергию. Это тот случай, сказал Эйнштейн, когда мы можем узнать точную энергию, которую унес фотон, и точный момент времени, когда он сделал это, – что противоречит принципу неопределенности.

Бор был обескуражен. В университетском клубе он пытался убедить коллег, что для спасения новой физики Эйнштейн должен оказаться неправ. Но ему никак не удавалось найти решение проблемы. Эйнштейн и Бор вместе покинули клуб, как вспоминал один из присутствовавших там коллег. “Эйнштейн величественно и спокойно вышагивал с легкой ироничной улыбкой на лице, а грустный Бор плелся рядом”[284].

И естественно, Бор не смог заснуть в ту ночь. Но к утру он нашел ответ. Он понял, что Эйнштейн не принял во внимание общую теорию относительности. После того как фотон вылетит через затвор, коробка станет легче на массу одного фотона. В этом случае весы, измеряющие массу коробки, поднимутся и окажутся чуть выше в гравитационном поле Земли. А теория относительности утверждает, что время течет с разной скоростью в различных точках гравитационного поля. Иными словами, небольшой подъем весов означал, что на самом деле нельзя было точно сказать, в какой момент фотон вылетел из коробки.

Эйнштейн, к его чести, помог Бору с расчетами, и за завтраком они пришли к заключению, что неопределенность, возникшая в процессе взвешивания коробки, в точности соответствует принципу Гейзенберга. Бор был крайне деликатен, излагая свои аргументы, но обоим было ясно, что он выиграл спор.

60

Вкомнату вошла высокая, коротко стриженная брюнетка с большими темными глазами. Она была застенчива и скромна, но в ее поведении чувствовалась уверенность в себе. Прикованный болезнью к кровати Альберт Эйнштейн протянул ей руку и, улыбаясь, представился: “Здесь лежит старая развалина”[285]. Это были первые слова, сказанные им Элен Дюкас в апреле 1928 года.

Во время пребывания на маленьком курорте Цуг в Швейцарии Эйнштейн поднял тяжелый чемодан, и это надолго вывело его из строя. Он столько лет уделял своей физической форме так мало внимания, что это небольшое усилие мгновенно вызвало серьезный приступ. Эйнштейну поставили диагноз “большое сердце”, и ему пришлось еще четыре месяца после возвращения в Берлин соблюдать постельный режим.

Он не мог продолжать свою работу и вести переписку, и Эльза решила, что ему нужен помощник. Элен Дюкас согласилась помочь, но только после того, как ее заверили, что от нее не требуется знать физику. В тех нередких случаях, когда кто‐нибудь просил ее объяснить теорию относительности, она давала ответ, который специально для нее придумал Эйнштейн: “Относительность – это просто. Час, проведенный рядом с хорошенькой девушкой, кажется минутой, а минута сидения на горячей печке кажется часом”[286].

Хотя Элен Дюкас утверждала, что так и не смогла полностью преодолеть свою робость в присутствии Эйнштейна, вскоре она освоилась в доме и к ней стали относиться как к члену семьи. В 1933 году она переехала в Америку