Эйнштейн (начало 1930-х гг.)

 

Глава 15

Сокрушить выскочек

В те годы, когда Эйнштейн работал над крупномасштабными проблемами структуры Вселенной, физика добилась больших успехов в области сверхмалых объектов – на уровне атомов и электронов. Это происходило и в то время, когда Эйнштейн придумывал свое выражение G = T, и позже, когда он ввел в него поправку-лямбду, и в те десять с небольшим лет, когда он неохотно мирился с введением этого нежелательного параметра. Между тем в науке постепенно складывалась новая парадигма, суля такой же мощный сдвиг в понимании мира, какой викторианцы вызвали в физике столетием раньше – и какой принесли в XX веке эйнштейновские специальная и общая теории относительности. Наметившаяся революция угрожала всему, что Эйнштейн считал истиной. Его отклик на нее в конечном счете и приведет к той научной изоляции, которую ему будет суждено переживать в Принстоне.

Каковы же были прежние теории, с которыми Эйнштейн, как и многие другие физики, успел свыкнуться (хотя другие ученые в это время уже вовсю работали над тем, чтобы коренным образом все переменить)? В эйнштейновской молодости (и даже когда ему уже было за 30 и он так многого достиг благодаря своим идеям, позволившим ему вывести гениальное уравнение G = T) мыслители полагали: при рассмотрении любых объектов, больших или малых, можно отыскать четкие законы, объясняющие характер их движения. Но в начале XX века появлялось все больше свидетельств в пользу того, что это не так, хотя многие ученые собратья Эйнштейна поначалу лишь с большой неохотой признавали и соглашались с подобными предположениями.

Вот один пример. В 1908 году, работая в Манчестере, самонадеянный молодой исследователь – новозеландец по имени Эрнест Резерфорд – обнаружил нечто странное и непонятное. Он стрелял крошечными частицами по тончайшим слоям вещества (состоящим, разумеется, из атомов), и хотя большинство таких снарядов спокойно пролетало слой насквозь (или отклонялось от курса на несколько градусов), нашлось некоторое количество частиц, которые отскакивали назад.

«Пожалуй, это стало самым невероятным событием в моей жизни, – писал Резерфорд. – Почти таким же невероятным, как при стрельбе 15-дюймовыми ядрами по листу бумаги получить удар в лоб от отскочившего ядра».

Открытие Резерфорда бросало вызов сложившимся представлениям о том, как должны вести себя субатомные частицы. Но такой рикошет все-таки не положил конец воззрению, согласно которому все в мире можно понять с предельной точностью и определенностью. После всего нескольких недель смущения Резерфорд пришел к выводу, что полученные им результаты означают следующее: внутри атома нет какого-то «случайного хаоса», на самом деле там просто имеется нечто очень твердое. Он понял, что эту твердую частицу в центре атома можно представить себе как своего рода миниатюрное солнце. А вокруг него летают миниатюрные планеты – электроны, чья масса гораздо меньше, чем масса этого «солнца». Те частицы, которыми он обстреливал атомы, по большей части попадали в пустое пространство между крошечными «планетами», но иногда тот или иной снаряд попадал в прочное «солнце» в центре (он назвал этот объект ядром атома), и тогда такие частицы отскакивали назад.

Это было утешительное и привычное объяснение: микромир устроен и действует просто как миниатюрная копия макромира, и мы, люди, живем на планете, находящейся в большой Солнечной системе, а внутри нас имеется множество куда более мелких «солнечных систем», представляющих собой атомы, из которых мы состоим и в которых электроны вращаются вокруг центра – ядра. Ничто в этой гипотезе не нарушало устоявшегося представления о прогрессе науки: проводя все более углубленный анализ и применяя все более мощные инструменты, ученые продолжают с абсолютной точностью наблюдать явления природы, независимо от того, заберутся ли они в глубь материи или отправятся в далекий космос.

А потом, в 1912–1913 годах, датский ученый Нильс Бор выяснил еще более тонкие подробности насчет атомных миниатюрных «солнечных систем». Резерфорд походил на типичного крепкого новозеландского фермера. Бор очень отличался от него внешне. У него была огромная голова и необычайно большие зубы. Когда они с братом еще пребывали в младенческом возрасте, какой-то прохожий (по семейной легенде) вслух посочувствовал его матери, которую судьба наделила столь уродливыми детьми. Однако впоследствии Бор прекрасно играл в футбол. На защите его диссертации сотрудники факультета Копенгагенского университета не без смущения осознали, что многие из присутствующих – это попросту другие футболисты, явившиеся поддержать своего выдающегося товарища по команде. Брат Нильса, еще более одаренный спортсмен, стал звездой национальной олимпийской сборной. По некоторым сведениям, когда Нильс получил Нобелевскую премию, в одной спортивной газете появился заголовок: «Брату футбольной знаменитости присуждена премия по физике».

Нильс Бор на отдыхе в Норвегии, (1933 г.)

Бор очень плохо говорил – обычно он что-то медленно мямлил. Но он был добрейшим человеком, с глубоким творческим умом и всегда наслаждался общением с друзьями, разделявшими его способность смотреть на жизнь с неожиданной стороны. В ту пору, когда Нильс Бор начал заниматься орбитами электронов, он учился вместе с Эрнестом Резерфордом и жил в манчестерском пансионе. Студенты, обитавшие там, заподозрили, что их хозяйка использует недоеденное в воскресенье жаркое, пуская его в блюда, подаваемые несколько дней или даже недель спустя, что делает эти блюда совершенно несъедобными. Один из студентов, венгр Дьёрдь де Хевеши, после некоторых раздумий решил сбрызнуть остатки их воскресной трапезы радиоактивным маркером из лаборатории Резерфорда. Пару дней спустя они тайком притащили в пансион прибор, действующий по принципу счетчика Гейгера, и убедились, что их подозрения справедливы. Бор и де Хевеши стали друзьями на всю жизнь (кстати, спустя годы де Хевеши удостоился Нобелевской премии как раз за работу с радиоактивными маркерами).

Занимаясь изучением строения атомов, Бор сделал открытия, которые не укладывались в рамки традиционной «рациональной» физики. Выяснилось, что электроны все-таки не могут вести себя как «планеты миниатюрной солнечной системы», которые воображал Резерфорд. Если электрон начнет вращаться вокруг ядра, он вскоре свалится на него, и в конечном счете все атомы схлопнутся. Но поскольку мы, и наша планета, и основная часть Вселенной состоим из атомов, которые отнюдь не схлопнулись (ведь наши тела пока не съежились в кучку сверхплотных частиц праха), должно происходить что-то еще – что-то такое, что удерживает носящиеся вокруг ядра электроны в состоянии относительной стабильности.

Но и эту странную особенность орбит электронов можно было, подобно открытому Резерфордом ядру, объяснить в более или менее привычных и традиционных понятиях. Бор предположил, что электроны вращаются по фиксированному набору возможных орбит и не в состоянии произвольным образом «соскальзывать» ближе к центру – ядру. В своих перемещениях такого рода они ограничены крошечными «скачками» от одной конкретной орбиты к другой. Это как если бы Нептун мог внезапно очутиться несущимся вокруг Солнца где-нибудь рядом с Землей (или, скажем, рядом с Марсом или другой планетой), однако никогда не мог бы оказаться в других участках Солнечной системы. Подобные перемещения (как и концепцию Резерфорда) поначалу многим было нелегко понять, но когда ученые все-таки приняли эту идею, оказалось, что картину происходящих явлений можно описать в мельчайших деталях: «внутреннего предела» детализации не возникнет. Перемещения электронов назвали квантовыми скачками: термин подчеркивает, что они происходят дискретно (то есть что электроны могут перемещаться лишь на некоторые фиксированные расстояния).

* * *

Да, это создавало натяжки в (уже классическом) представлении, которое некогда предложил Эйнштейн, однако все же не нарушало его. Собственно, Эйнштейна можно считать главным игроком во многих из этих первых научных достижений по части сверхмалых объектов, игроком настолько важным, что даже Нобелевскую премию ему присудили не за его «крупномасштабные» исследования (не за специальную и общую теории относительности), а за работу 1905 года, где он показал, каким образом свет может одновременно являться и потоком частиц, и волной (эту идею назовут корпускулярно-волновым дуализмом). Представив свет как поток частиц (их назвали фотонами), легко объяснить, почему свет выбивает электроны из металлов (то есть фотоэффект). Широким кругам общественности эта идея казалась просто еще одним свидетельством его гениальности, но для Эйнштейна она стала вполне ожидаемой и естественной: Вселенная устроена упорядоченно, и человеческому рассудку вполне по силам выявить ее упорядоченность.

Десятилетие спустя после первой работы о фотонах, на волне вдохновения после открытия в Берлине соотношения G = T, Эйнштейн продолжил свои ранние разработки, касающиеся субатомных частиц. Летом 1916 года, отдыхая после изнурительных исследований, приведших к открытию его гениального соотношения, он подробнее описал, каким образом электроны, которые обычно не могут слететь вниз с «более высоких» орбит вокруг ядра, иногда могут прийти в возбужденное состояние, если их облучить дополнительной порцией света. Когда же они теряют энергию, то падают на более низкую орбиту, излучая при этом свет, подобно Люциферу, низринувшемуся с небес. Это может привести к своего рода цепной реакции, только в данном случае порождающей не гибельный атомный взрыв, а просто чистый и полезный свет.

Эйнштейн не мог сконструировать аппарат, где длительное время шел бы такой процесс: в Берлине времен Первой мировой плохо было с оборудованием. Но за такой процесс усиления света посредством стимуляции излучения (Light-Amplifi cation through the Stimulated Emission of Radiation, отсюда позже возникло сокращение «лазер») в конце концов ухватились его собратья-ученые. В своей краткой и как будто даже легкомысленной статье на сей счет Эйнштейн, по сути, изложил главные принципы динамики лазера – устройства, лежащего в основе современной волоконно-оптической связи, без которой не смог бы работать Интернет. А поскольку он не знал, когда происходят такие перескоки электронов, он небрежно заметил в своей статье, что следует, по-видимому, учитывать вероятность таких беспричинных скачков.

Оставался важнейший вопрос: будут ли эти идеи (насчет фотонов, электронов, ядра и других субатомных объектов) по-прежнему вписываться в ту определенность, которую наука со времен Галилея и Ньютона обнаруживала в мире? Эйнштейн полагал, что они должны в нее вписываться. Однако его убеждениям в том, что Вселенной правят четкие и логичные принципы, все больше противоречили новейшие исследования. Так, ему не нравилось, что он (по крайней мере, в своих исходных выкладках) не мог точно определить, какие именно электроны первыми окажутся выбитыми со своих орбит. «Слабость этой теории, – писал он в сообщении о своих изысканиях, – коренится… в том факте… что она оставляет на волю «случая» продолжительность и направление этих элементарных актов».

Но тогда его не очень беспокоил элемент случайности, вкравшийся в его теорию светового излучения, порождаемого «падением» электронов. Во многих других областях мы вполне довольствуемся статистическим средним: скажем, определяя высоту новобранцев во французской и германской армиях или же цвет листьев в лесу в определенное время года. И это не значит, что мы находимся под гнетом случайности. Мы знаем, что, вглядевшись пристальнее, сумеем вычленить последовательность событий, которые привели к тому, что каждый конкретный рекрут обладает именно таким ростом, а каждый конкретный лист – именно такой окраской. По общепринятому мнению, отступление на позиции статистики и теории вероятностей не носит фундаментального характера: это просто удобное допущение, полезное при работе с большими объемами данных, когда мы не в состоянии детально разобраться в причинно-следственных связях, которыми обусловлено поведение каждого конкретного объекта. По мере того, как мы будем узнавать больше, вероятности сами собой исчезнут из наших результатов.

Эйнштейн придерживался именно таких взглядов – и полагал, что случайность в конце концов удастся изгнать из его теории. Вот почему он поставил слово «случай» в кавычки. Он понимал, что в рамках его расчетов удобно рассуждать о вероятностях различных видов электронных переходов. Но в глубине души он оставался «классическим» физиком и считал, что, найдись у нас время на изучение всех подробностей, мы, без всякого сомнения, увидели бы, что каждый такой переход обусловлен простыми, ясными и четкими причинами. «Главная штука, которую тут над нами сыграл Вечный Загадчик, – говорил Эйнштейн своему другу Бессо, – пока еще совершенно нами не понята».

Эйнштейн верил, что великие загадки Вселенной можно разгадать логическим путем. Однако к середине 1920-х годов стали поступать все новые и новые результаты, которые, казалось бы, нарушали обещанную ясность, что и привело к столкновению Эйнштейна со своими коллегами-физиками, занимавшимися изучением сверхмалых объектов: эта новая область в то время как раз начала бурно развиваться.

* * *

По мере развития субатомных исследований в 1920-е годы становилось все очевиднее, что микромир устроен согласно весьма неожиданным законам. Хотя простые атомы (скажем, атом водорода) покорно следовали боровским принципам, в атомах более сложных (углерода, золота, алюминия) электроны, похоже, вели себя совершенно иначе. Арнольд Зоммерфельд и другие физики предпринимали попытки как-то подлатать теорию, чтобы все в атоме действовало традиционным образом. Например, предлагалось принять, что электроны вращаются вокруг ядра не совсем как планеты вокруг Солнца, аккуратными кругами, лежащими в одной плоскости, а по эллипсам – или же следуя сложным трехмерным траекториям. Но это были только жалкие потуги.

В 1924 году Макс Борн, друг Эйнштейна, профессор знаменитого Гёттингенского университета, сообщил своим лучшим дипломникам и преподавателям-ассистентам, что с него довольно полумер: он хочет разработать теорию, которая объяснит все существующие нестыковки и неясности. Борн был почти ровесником Эйнштейна, и было логично ожидать, что он воспротивится этим неожиданным новооткрытым явлениям, столь отличающимся от всего, чему его учили. Но Борн, обладавший мощным интеллектом, все же как ученый по уровню был ниже Эйнштейна. Впрочем, в данном случае это оказалось даже преимуществом: он не так цеплялся за свои былые достижения, как Эйнштейн. Для Эйнштейна невероятно плодотворным оказался именно классический подход. Борн практически ничего не терял, переходя на совершенно иные позиции.

И Борн, и его студенты знали, что Исааку Ньютону удалось понять механику крупномасштабного, видимого мира, в котором мы живем: мира деревьев, лун, планет, могучих паровозов (которых, впрочем, при Ньютоне еще не изобрели). Теперь же Борн настаивал: задача сегодняшних физиков – проделать то же самое для микромира, где происходят эти удивительные крошечные квантовые скачки. И назвать новую науку (если ее удастся создать) следует квантовой механикой.

Годом позже, в 1925-м, самый талантливый из борновских преподавателей-ассистентов, привлекательный, светловолосый и весьма нервный 24-летний юноша по имени Вернер фон Гейзенберг сумел решить поставленную Борном задачу. Он относился к числу поклонников немецкого романтизма и обожал путешествовать по баварским Альпам в компании мускулистых молодых людей, мечтательно любуясь закатами. После нескольких месяцев работы юношу посетило вдохновение. И вот все его догадки сложились в единое целое. Это произошло ночью, на североморском острове Гельголанд. На эти чистые, продуваемые ветром берега он сбежал, прячась от сенной лихорадки, преследовавшей его на материке.

Гейзенберг добился успеха, оставив всякие попытки выяснить, каким именно образом электроны летают в атоме – по эллипсам, или же высоко возносясь над «северным полюсом» ядра, или же как-то еще. Он знал, что Эйнштейн, его кумир, сделал выдающиеся открытия в области теории относительности, просто определяя, что мы можем измерить касательно того или иного события, и не всегда стремясь при этом вообразить себе подробности того, почему процесс идет именно так (вспомним пробуждение в падающем лифте или умение разглядеть, как невинный кусок радия лучится чистой энергией).

Вернер фон Гейзенберг (1926 г.), год спустя после своего ключевого открытия, сделанного на ветреном острове Гельголанд

Теперь же, для своих собственных целей, Гейзенберг составлял списки всего, что физики могли бы наблюдать, изучая, как электроны при различных условиях порождают свет. Ученые бомбардировали светом атомы (в состав которых входили исследуемые электроны) или каким-то иным образом «тревожили» их. Результаты наблюдений оказывались различны. Гейзенберг намеревался просто записать то, что «входит» в атомы и «выходит» из них, а затем связать то и другое простейшими математическими операциями.

Вот одна простая аналогия. Представьте, что вы отмечаете, в каких костюмах большая труппа актеров спешит за кулисы в антракте (скажем, во время какой-нибудь масштабной оперетты, которые были тогда очень популярны в Берлине), а потом выясняете, как это соотносится с тем, в какой одежде они окажутся, выходя на сцену в начале следующего действия. Понятно, что здесь должны обнаружиться какие-то четкие закономерности. Посмотрев спектакль несколько вечеров подряд, можно заключить, что женщины, одетые принцессами, обычно предстают в следующем акте пейзанками (если сюжет переносится из дворца в деревню). Такой анализ, конечно, имеет свои ограничения, но в рамках подхода, выработанного Гейзенбергом, этого оказывалось достаточно. Незачем предпринимать утомительные попытки разобраться в отдельных переодеваниях, торопливо происходящих за сценой: мы измеряем лишь то, что способны наблюдать, глядя на то, в каких нарядах актеры появляются из-за кулис, и не задумываясь о том, какие причины побудили этих лицедеев переодеться.

Метод, разработанный Гейзенбергом, не так уж отличался от описания электронных переходов и их вероятностей, которым занимался Эйнштейн при работе над прототипом лазера в 1916 году. На входе – один набор фотонов, на выходе – другой. Не трудно провести их измерение и наловчиться с неплохой точностью предсказывать, как один набор приводит к появлению другого. Можно проделать это с опереттой, а можно – с электронами. Что-то подобное как раз и предпринял Гейзенберг в своих гельголандских расчетах 1925 года. Он рассуждал так: сведем в единую таблицу ряд событий, которые могут происходить внутри атома, и на ее основе проведем обсчет спектральных линий, которые мы при этом наблюдаем. Он не собирался строить предположения о том, что «на самом деле» творится внутри атомов и «на выходе» порождает наблюдаемые нами явления. А вдруг происходящее внутри атомов вообще непознаваемо, или же это слишком сложные процессы, которые мы пока не способны понять. Неважно. Сейчас он не собирается об этом думать.

Так Гейзенберг добился того, чего не сумели достичь его старшие коллеги-физики, тоже занимавшиеся этой проблемой. Великое открытие, какие случаются раз в жизни, лежало перед ним на столе в виде разрозненных заметок. («Было почти три часа ночи… но я перевозбудился и никак не мог заснуть», – позже вспоминал он.) Взволнованный Гейзенберг пешком отправился на южную оконечность острова Гельголанд, вскарабкался на скалу, глядящую на просторы Северного моря, и (подобно Эйнштейну и его друзьям на одной вершине близ Берна 20 лет назад) стал смотреть, как поднимается над горизонтом солнце – торжественно и неуклонно. Строгая, четкая и точная причинность столетиями правила миром. Теперь же Гейзенберг, намеренно ограничившись лишь «внешними» измерениями (он полагал, что Эйнштейн поступал точно так же), заявил: наша задача вовсе не состоит в том, чтобы строить догадки о происходящем «внутри». Эта идея Гейзенберга произвела настоящий переворот в науке. Считается, что именно с нее началось развитие новой, квантовой механики.

Вернувшись в континентальную Германию, он всем рассказал о своем открытии. Он говорил: пока вы не думаете о подробностях происходящего внутри атома, можно делать удивительно точные прогнозы насчет света, испускаемого этим атомом. С XVII века, со времен великого Исаака Ньютона, вся наука строилась на предположении, что каждый наблюдаемый нами процесс можно (по крайней мере, в принципе) прояснить во всех подробностях. И вот теперь Гейзенберг утверждал: нет, это не обязательно так.

Макс Борн, некогда возглавлявший факультет, где учился Гейзенберг, во многом принял этот новый подход, поскольку результаты, полученные его бывшим студентом, отличались впечатляющей точностью. А вот Эйнштейн – нет. Однако он находился в дружеских отношениях со всем семейством Борнов, и ему следовало вести себя деликатно. В намеренно двусмысленных и обтекаемых выражениях он написал жене своего друга Макса: «От идей Гейзенберга – Борна у всех захватило дух. Они произвели на нас глубокое впечатление».

Эйнштейн прибег к такой двусмысленности еще и вот почему: хоть он и возражал против того метода, каким Гейзенберг словно бы намеревался отставить причинность в сторону, создатель теории относительности отлично знал – из-за своей косности ученые часто отвергают важнейшие открытия. Так, в 1895 году Вильгельм Рентген описал обнаруженные им странные лучи (позже их назовут в его честь рентгеновскими), и те физики, которые поначалу отказывались поверить Рентгену, вскоре вынуждены были признать свою неправоту. Конечно же, ко всем новооткрытым феноменам следовало подходить непредвзято и вдумчиво. К примеру, в 1903 году один известный французский физик описал столь же странное новое явление, которое назвал N-лучами. Не прошло и двух лет, как выяснилось, что эти «лучи» – следствие ошибки эксперимента, и теперь уже физикам, которые поспешили принять их, пришлось признавать свою неправоту. В общем, Эйнштейн не спешил давать окончательного публичного заключения по поводу работы Гейзенберга.

Супруги Борн подозревали, что в своем туманном письме Эйнштейн проявляет любезность, и не более того. И Макс Борн попытался выведать, что же он на самом деле думает о результатах Вернера. Припертый к стенке, Эйнштейн был вынужден высказаться конкретнее: «Да, квантовая механика, разумеется, весьма впечатляет. Но какой-то внутренний голос шепчет мне, что пока это – штука не совсем настоящая». В разговоре с более близким другом Эйнштейн выразился резче: «Гейзенберг снес большое квантовое яйцо. Они в Гёттингене в это яйцо верят. А я – нет».

Вскоре Борну пришлось сообщить Гейзенбергу, что Эйнштейна его работы не убедили. Но Гейзенберг никак не мог с этим смириться. Его друзья знали: хотя он изо всех сил пытается делать вид, что отлично себя контролирует, на самом деле в напряженные моменты он всегда находился едва ли не на грани помешательства. Особенно это становилось заметно, когда он начинал бешено колошматить по клавишам пианино, играя романтические опусы: картина получалась поистине устрашающая. Вернер любил доминировать, быть сильным, торжествовать победу. Его гипотеза об атомах должна была стать беспримерным достижением. Теперь же самый почитаемый мыслитель в мире заявляет, что она неверна!

Как некогда Жорж Леметр, он пришел к выводу: быть может, нужно поговорить с Эйнштейном, прояснив все лицом к лицу.

 

Глава 16

Неопределенность в новую эпоху

Гейзенберг понятия не имел, сколь глубоко и истово Эйнштейн отвергает то, что стало результатом памятной гельголандской ночи.

Для Эйнштейна вероятности служили всего лишь признаком пробелов в нашем понимании реальности. Они, эти вероятности, – просто временные заплатки: когда наука достаточно разовьется, на их место придет более ясное понимание. В конце концов, орбита Урана оставалась загадкой до тех пор, пока астрономы XIX века не сумели выяснить, каким образом на нее влияет невидимая им планета Нептун. Инфекционные болезни оставались загадкой, пока микроскопы и другие лабораторные приборы и методики не стали достаточно изощренными, чтобы позволить ученым найти, разглядеть и идентифицировать микробов.

Эйнштейн полагал: не открытые нами пока особенности природы, механизмы тех или иных явлений не зависят от причуд и натуры конкретного наблюдателя или от того, каким путем он движется. Проблески этой мысли об объективном характере реальности являлись ему, когда он посиживал со своей трубкой и книгой в цюрихских кафе, не обращая внимание на бурление студенческой жизни вокруг, или когда он столь же невозмутимо сидел со своей трубкой и рабочим блокнотом посреди орущих младенцев и галдящих гостей в их с Милевой бернской квартирке в первые годы семейной жизни; эта мысль возникала даже на фоне той неизменной радости, с какой он взирал на всемирную славу, обрушившуюся на него после 1919 года. События словно бы проносятся мимо, стремясь увлечь нас, смутить, повергнуть в хаос: все эти разные языки, разные культуры, дети, слова… Но это лишь видимость. Если изучить то или иное явление достаточно тщательно, всегда окажется, что в нем присутствует четкость и определенность. Вот почему он так гордился (и вовсе не удивился), когда обнаружил четкость и определенность в теории относительности.

А вот квантовая механика в его картину мира никак не вписывалась.

Тут можно вспомнить подходящий исторический прецедент. Одним из кумиров Эйнштейна был Спиноза, выдающийся голландский философ еврейского происхождения, живший 300 лет назад. Эйнштейн черпал глубокое утешение в том, что Спиноза тоже «испытывал убежденность в причинно-следственной взаимозависимости всех явлений – во времена, когда успехи науки, сопровождавшие попытку достичь такого знания, еще оставались довольно скромными». Проживи Спиноза подольше, он бы увидел, как наша технологическая цивилизация находит причинно-следственные связи, которые он три века назад угадывал в природе и при помощи которых мы теперь возводим огромные города, конструируем поезда и самолеты.

Но Эйнштейн испытывал такую приверженность идее причинности не только поэтому: имелись у него и более глубинные основания. Эйнштейн не верил в традиционные религиозные постулаты: он не верил, что Божественная сила ниспослала скрижали Моисею, взошедшему на гору Синай; не верил в воскрешение мудрого галилейского рабби. Однако это не значит, что он вообще не отличался религиозностью. Он полагал, что быть атеистом нелепо, и благоговел перед разумом, явленным в законах природы. «Это чувство – руководящий принцип в жизни и работе ученого, пока мы можем воздерживаться от оков эгоистичных желаний», – писал он.

Итак, в основе интеллектуальной и духовной жизни Эйнштейна лежала вера в то, что реальность должна быть ясной, точной, постижимой, и мысль о том, что Вселенная в основе своей непознаваема, ему глубоко претила.

Вспомним сравнение с переодевающимися актерами. Гейзенберг, по сути, был убежден: за кулисами происходит нечто туманно-размытое, такова уж природа процесса. С точки зрения Эйнштейна, такой взгляд ошибочен. Ведь каждый отдельный участник представления должен переменить костюм. Возможно, нам трудно это разглядеть, всматриваясь в закоулки плохо освещенных гри-мерок, но актеры появляются в новом облачении, а значит, за кулисами происходит именно переодевание. Эйнштейн чувствовал: с движущимися в атоме электронами дело обстоит точно так же.

Но Гейзенберг ничего не знал об этих потаенных ощущениях Эйнштейна, поэтому ему по-прежнему казалось, что отца теории относительности все-таки можно переубедить. В начале 1926 года Гейзенбергу предложили выступить с лекцией в Берлине. Он был убежден: на эту его лекцию Эйнштейн непременно придет. Так и случилось. После его выступления они углубились в дискуссию, и Эйнштейн пригласил его домой. Ученые господа обменялись любезностями (в частности, хозяин расспросил гостя о его любимом преподавателе – Арнольде Зоммерфельде, которого Эйнштейн хорошо знал), а затем Гейзенберг заговорил о том, что его тревожило.

Он подчеркнул: в 1916 году, изучая, как свет выбивает из атомов электроны, Эйнштейн не пытался описать происходящее внутри отдельных атомов, он просто описывал то, что «входит», и то, что «выходит». Гейзенберг объяснял: именно это он пытался проделать во время своего гельголандского исследования, совершившего такой переворот в науке. И все равно, как он позже вспоминал, «к моему великому изумлению, Эйнштейна этот довод совершенно не удовлетворил».

– Быть может, раньше я и применял такой подход… – отвечал ему Эйнштейн. – Но это все равно чепуха. – А потом добавил: – По моему мнению, вопрос о том, что является наблюдаемым в рамках теории относительности, весьма отличается от вопроса о том, что является наблюдаемым в микромире. В 1916-м, – разъяснял Эйнштейн, – я сделал лишь предварительные выкладки, призванные объяснить наблюдаемые явления. И я продолжаю считать, что электроны все-таки реально существуют и движутся по каким-то четко определенным путям. В ту пору я ограничился описанием ситуации «на входе» и «на выходе» просто из-за несовершенства доступной технологии, не позволявшей получить больше деталей. В будущем положение, несомненно, исправится.

Эйнштейн резче говорил об этом с теми, кого знал лучше (такое поведение вообще, честно говоря, было ему свойственно). С годами он очень сдружился с Филиппом Франком, своим преемником в пражском Немецком университете. Однажды, гостя у него, Эйнштейн вежливо пресек попытку миссис Франк зажарить печень в воде, отметив, что у масла или жира выше температура кипения, а значит, эти вещества будут эффективнее проводить тепло. С тех пор семья стала называть жарение мяса на масле примером практического использования «эйнштейновской теории». Во время одного из разговоров Филипп Франк привел тот же аргумент, что и Гейзенберг: разве сам Эйнштейн не популяризировал принцип, согласно которому надлежит рассматривать лишь внешние детали? Эйнштейн язвительно ответил: «Хорошую шутку не следует повторять слишком часто».

В разговорах с Мишелем Бессо он отзывался о гипотезе Гейзенберга еще пренебрежительнее. По его мнению, изощренные правила, по которым тот превращал списки «входящего в атом» в списки того, что мы наблюдаем «выходящим» из него, – это не что иное, как «просто колдовская таблица умножения… Сделано очень умно, а поскольку получилось очень сложно, то он совершенно застраховал себя от упреков в неточности».

В научной среде все шире расходились слухи об этом противостоянии. Может быть, Эйнштейн прав? Ведь Гейзенберг, в конце концов, предлагает коренным образом пересмотреть то, в чем все так убеждены. Может быть, его гельголандские списки «входящего» и «выходящего» – просто временные подпорки для упрощения расчетов, применяемые до тех пор, пока не появится более удачное описание явлений?

* * *

В тот период, когда Гейзенберг впервые дерзнул бросить вызов Эйнштейну, эти таблицы как будто демонстрировали признаки того, что старший из ученых прав. В январе 1926 года другой физик, очень любезный австриец Эрвин Шрёдингер предложил уравнение вполне классического и традиционного вида, согласно которому, как многим показалось, уже не требовалось относить движения внутри атома к области непостижимых загадок. Если его уравнение справедливо, то квантовую механику, вероятно, удастся вернуть в царство строгой причинности – ту область физики, где пребывали и Ньютон, и сам Эйнштейн. Тем самым Шрёдингер сумел бы опровергнуть предположение Гейзенберга о том, что на самом деле справедлив лишь принципиально новый взгляд, согласно которому незачем и пытаться описывать происходящее внутри атома четкими механистичными методами.

Гейзенберг пытался бороться. Но в очных дискуссиях с оппонентом он почему-то неизменно терпел поражение. Шрёдингер был на несколько лет старше и обладал свойственным многим уроженцам Вены спокойным чувством собственного превосходства, что чрезвычайно нервировало впечатлительного Гейзенберга. (К тому же частная жизнь Шрёдингера оставалась непонятной для Гейзенберга, этого любителя походов, настоящего бойскаута. Шрёдингер вывел свое уравнение в 1925 году, проводя Рождество на роскошном альпийском курорте вместе с одной из своих бесчисленных любовниц, причем его жена всегда была только рада, что он путешествует в такой замечательной компании. Про него рассказывали, что когда ему требовалась тишина, он нежно помещал жемчужинки в уши своей пассии.)

Эрвин Шрёдингер (примерно через два десятка лет после своего эпохального открытия 1926 года)

Гейзенберг столкнулся с непростой дилеммой. Если вы совершили великое открытие, но вам не поверили, каков будет ваш следующий шаг? В отчаянии Гейзенберг вернулся к своей основной идее. Его критиковали за то, что он был убежден: все попытки отследить конкретные траектории электронов в атомах – пустая трата времени. Что ж, он напрямую обратится к этой проблеме. Он не просто предположит, что мы не в состоянии количественно измерить характеристики поведения электронов, – он докажет это!

Эйнштейн и Шрёдингер, каждый по-своему, унижали Гейзенберга, но молодого ученого подстегивало еще одно унижение, которое он некогда перенес и которое, пожалуй, теперь даже помогло ему справиться с этим новым вызовом. В годы учебы в Мюнхене под руководством Зоммерфельда его (в сравнительно юном 21-летнем возрасте) вызвали для сдачи устных экзаменов, что являлось последним этапом перед защитой диссертации. Поскольку Зоммер-фельд был почтенным главой физического факультета, а Гейзенберг был его любимым аспирантом, все полагали, что эти устные экзамены окажутся лишь формальностью. Однако на факультете работал и профессор Вильгельм Вин, пожилой экспериментатор. Незадолго до экзаменов Гейзенберг записался на курс Вина, но пропустил почти все занятия. Ему никогда не нравилась экспериментальная работа. Он грезил о предстоящей защите. К тому же он знал, что талантливее всех в университете. Чем ему может навредить безобидный старик, этот любитель нелепых опытов?

Вин понимал, что уже давно потерял в университете былое уважение и авторитет. У него была куда более трудная жизнь, чем у Гейзенберга: он вырос в загородном поместье, которое его родителям пришлось продать после случившейся засухи; его не раз исключали из школы. В общем, его самолюбие бывало часто уязвлено. И сейчас Вин был глубоко убежден, что эксперимент – подлинная основа научного прогресса, а ныне все лавры доставались теоретику Зоммерфельду. Вин не мог напрямую атаковать влиятельного соперника, а вот его учеников – другое дело. Можно попытаться!

Когда в 17:00 Гейзенберг вошел в аудиторию Института теоретической физики, где обычно устраивались семинары, а сейчас проходили устные экзамены, он увидел, что рядом со слегка встревоженным Зоммерфельдом восседает не кто иной, как Вильгельм Вин. Тот начал со сравнительно простого вопроса – о том, как действует один новый лабораторный прибор. Гейзенберг не знал об этом ничего. Зоммерфельд попытался сменить тему, задав ряд теоретических вопросов, где пригодились бы немалые математические познания Гейзенберга. Что ж, Вин подождал, пока юноша ответил, а затем вернулся к своим иезуитски вежливым во-прошаниям. Не мог бы герр Гейзенберг объяснить, как работает электрическая цепь в радиоприемнике? Экзаменуемый попытался сообразить, как работает эта чертова цепь, но вскоре запутался – он никогда не тратил свое время на такие подробности. Тогда Вин осведомился, как действует осциллоскоп. И наконец, не добившись вразумительных ответов и на этот вопрос, он поинтересовался: может быть, экзаменуемый сумеет хотя бы рассказать, как работает обыкновенный микроскоп?

Два часа спустя раскрасневшийся Гейзенберг выбрался из аудитории. Он ни с кем не хотел разговаривать. Отцу он заявил, что его карьера физика кончена. Лишь вмешательство Зоммерфельда (чья высшая оценка уравновесила низшую, поставленную Вином) позволило Гейзенбергу все-таки получить ученую степень.

Это было в 1923 году. Теперь же, несколько лет спустя, после встречи с Эйнштейном в 1926-м, Гейзенберг, по иронии судьбы, снова и снова размышлял о том, как вычислить, насколько сильно микроскоп способен увеличивать объект, на который направлен, и как, собственно, проходит этот процесс. Разобравшись в этом, он сможет продемонстрировать, что никто и никогда не сумеет во всех подробностях проследить за маршрутом электрона в атоме. Это позволило бы нанести удар и Шрёдингеру: «Чем больше я думаю о физической стороне шрёдингеровской теории, тем более отвратительной она мне кажется», – признавался Гейзенберг своему другу Вольфгангу Паули в том же 1926 году. А своему наставнику Борну он сообщал: «У меня есть идея насчет того, как исследовать возможность определения положения частицы при помощи гамма-микроскопа». И он это сделал – сделал то, что раньше не удавалось никому.

Если Эйнштейну действительно хочется увидеть электрон, рассуждал Гейзенберг, ему следует направить световую волну (или какой-то другой носитель энергии) на атом, дабы высветить находящийся там электрон. Но электроны имеют малые размеры. Если пучок света чересчур силен, он «пересилит» электрон, изменив его положение. Но если пучок света окажется чересчур слаб, его не удастся направить на крошечный электрон с достаточной точностью. Как бы осторожно вы ни присоединяли манометр к автомобильной шине, из нее все равно будет выходить при этом немного воздуха, а значит, сам факт измерения сделает получаемые результаты некорректными.

Гейзенберг сумел показать, что любой супермикроскоп обречен на страдание от таких же проблем. Получая четкое представление о местоположении электрона, вы при этом выбьете его из этого положения тем самым светом, при помощи которого пытаетесь его разглядеть, а значит, точно не определите, в каком направлении электрон двигался. (Это происходит из-за того, что отдельные «пакеты» света несут в себе определенный импульс: он очень мал, но его вполне достаточно, чтобы сдвинуть крошечный электрон.) Но если вы действуете очень нежно и не сбиваете электрон с пути, то вы не сумеете с достаточной ясностью увидеть, в каком месте этот путь начался. Иными словами, вы можете выбирать, что вам определять: местоположение электрона или то, как быстро он движется. Но одновременно определить то и другое с равной точностью вы не сможете. В общем наборе данных всегда будет присутствовать некоторая доля неопределенности.

Таковы основы знаменитого принципа неопределенности, обнародованного Гейзенбергом в феврале 1927 года. Принцип оказался неопровержимым. Отныне было ясно: устройство Вселенной отнюдь не подчинено четкому и строгому порядку. Открытие Вернера фон Гейзенберга произвело настоящий переворот в физике.

Но Эйнштейн не желал о нем даже слышать.

 

Глава 17

Спор с Великим Датчанином

Разногласия между Эйнштейном и большинством специалистов по квантовой физике достигли первого пика на брюссельской конференции в октябре 1927 года – той самой, где Леметр припер Эйнштейна к стенке со своими претензиями насчет лямбды. Великому физику пришлось отбиваться не от одной, а от двух неприятных ему идей, причем одна битва усилила его решимость ввязаться в другую.

Если бы мероприятие прошло хотя бы годом раньше, Эйнштейн мог бы насладиться поддержкой большого числа собравшихся. До недавних пор многие нынешние участники конференции отзывались об идеях Гейзенберга так же, как это поспешил сделать Эйнштейн. Прежде чем Гейзенберг провел в начале 1927 года свой мысленный эксперимент с рентгеновским микроскопом и сформулировал принцип неопределенности, большинство физиков скептически отзывалось о его теориях насчет квантовой вселенной. Как и Эйнштейна, их впечатлило, что первые расчеты датчанина так удачно объясняли реакцию электронов на облучение светом, но они не думали, что реальность может быть столь зыбкой и неясной, столь непрочно склеенной – и что при самом подробном ее изучении мы вынуждены будем отныне и навеки признать, что имеем дело с неразрешимой неясностью, то есть с неопределенностью.

Но в феврале 1927 года, за несколько месяцев до конференции, миру явился принцип неопределенности – и лишил Эйнштейна потенциальных союзников. Большинство физиков согласилось, что этот принцип действительно вроде бы показывает, что мы не в состоянии узнать все в точности о происходящем внутри атома – и никогда этого не узнаем. Они все-таки признали правоту Гейзенберга, а значит, получалось, что Эйнштейн (многие коллеги знали, с каким презрением он относится к теориям молодого физика) ошибается!

Эйнштейну предложили открыть конференцию, ибо всем хотелось посмотреть, как он справится с этим новым вызовом квантовиков-теоретиков и как станет защищать свои привычные и традиционные взгляды насчет причинности. Но Эйнштейн отказался от этого лестного предложения. Он находился не в том положении, чтобы важно и снисходительно объяснять всем ученым Европы, чтÓ им следует думать (как это произошло, когда он излагал подробности общей теории относительности): по крайней мере, пока он не мог себе этого позволить. Сейчас он чувствовал лишь какое-то интуитивное, почти подсознательное подозрение: «внутренний голос» подсказывал ему, что мир просто не должен быть так устроен.

Он вежливо сидел на всех первых заседаниях – и смотрел, как Нильс Бор встает, чтобы высказать свое веское мнение по данному вопросу. Нильс Бор ныне был лидером прогейзенберговской фракции. С годами его облик, ранее несколько странный, стал гораздо внушительнее. Его привычка ронять слова – медленно, негромко, с долгими паузами на обдумывание – придавала его речи весомость и делала его еще больше величественным.

Бор открыл конференцию, вкратце перечислив те изменения, которые пережили в последние века европейские ученые (в Америке тогда практически не имелось сколько-нибудь значительных исследователей). Со времен упадка средневековой схоластики, отмечал Бор, западноевропейская мысль предпринимала определенные усилия, дабы объяснить материальный мир с помощью разума, причем не такого разума, который скован предрассудками и вынужден строить свои умозаключения в соответствии с догмами и в угоду Церкви. О нет: это был разум, убежденный, что его интеллектуальные изыскания способны открыть и понять все явления природы, каким бы трудным ни оказался этот путь и сколько бы времени он не потребовал – пусть даже на него ушли бы долгие столетия… Этот метод исследований молчаливо подразумевал: то, что существует в реальном мире, окружающем нас, существует на самом деле и может быть изучено и постигнуто в любых подробностях.

Именно такой подход (подразумевающий определенность Вселенной), судя по всему, и ниспровергали новейшие открытия – причем, как полагал Бор, весьма убедительно. Абсолютной, «классической» причинности не существует, объявлял он. Нам может казаться, что есть четкие цепочки событий, просто обязанных следовать друг за другом (ударьте ногой по футбольному мячу, и он полетит вперед), но это только благодаря тому, что мы наблюдаем усредненные результаты громадного количества субмикроскопических событий, а каждое из них подвластно лишь случаю. Электроны на бутсе футболиста чрезвычайно тесно сближаются с электронами на кожаной поверхности мяча, когда игрок резко выбрасывает ногу вперед. Это мы способны увидеть. Это мы способны узнать. Но какие именно из электронов будут толкать друг друга, отправляя мяч в полет, – этого мы не сможем узнать никогда.

Бор настаивал: принцип неопределенности доказывает, что субатомные происшествия непознаваемы. Получалось, что микромир на самом деле очень отличается от обычного «крупномасштабного» мира, к которому мы привыкли. Там, в мире мельчайших объектов все иначе: хаос и неопределенность управляют поведением электронов и других частиц, из которых состоят наши тела и вся планета. Ясности на микроуровне попросту не существует.

Эйнштейн и Бор, явно пребывающие в хорошем настроении. Скорее всего, они отдыхают в гостях у Пауля Эренфеста. (Конец 1920-х гг.)

За эти годы Эйнштейн успел хорошо изучить щедрую натуру блистательного Бора. На первую их встречу (в Берлине 1920-го) Бор привез датский сыр и датское сливочное масло, что весьма оценили жители города, по-прежнему страдавшего от британской блокады. В другой раз, встретившись уже в Копенгагене, они настолько увлеклись разговором (вероятно, он состоял главным образом из эйнштейновского ожидания, пока Бор закончит очередную паузу и, собравшись с мыслями, возобновит свои настойчивые шептания), что забыли вовремя выйти из трамвая и оставили далеко позади остановку, близ которой жил Бор. Они вышли, сели в трамвай, который двигался в обратную сторону, и… снова проехали. В своей научной сфере они с полным правом считались мудрецами, мэтрами, а кроме того (поэтому – или несмотря на это?), относились друг к другу с нескрываемой симпатией. «Нечасто доводилось встретить другое человеческое существо, которое вызывало бы во мне такую радость одним своим присутствием», – однажды написал Эйнштейн Бору. Он не собирался оскорблять давнего друга, публично вышучивая самое фундаментальное из его новых воззрений.

Лишь выйдя с пленарных заседаний, Эйнштейн начинал ему возражать.

* * *

Бор выказывал все признаки неловкости, и на то, чтобы раскурить трубку, у него уходило еще больше времени, чем у Эйнштейна. (Для таких случаев он специально носил с собой особую коробку с длинными каминными спичками.) Он жил физикой и готов был горячо отстаивать идеи, в которые верил, в том числе и идеи профессора Нильса Бора. Родители Бора были вполне преуспевающими и заметными в обществе, он вырос среди людей со связями и многому у них научился. Так, ему удалось (несмотря на внешнюю неуклюжесть, он превосходно разбирался в бюрократических хитросплетениях и умел обратить их себе на пользу) добиться того, чтобы фонд Карлсберга оказал поддержку крупному научно-исследовательскому институту, который открылся в Копенгагене под его же, Бора, руководством. Этот институт посредством стипендий, грантов и публикаций делал все возможное для продвижения взглядов Бора и, в частности, из-за его благосклонного отношения, результатов, полученных Гейзенбергом и Борном. Если бы оказалось, что он неправ, Бор попал бы в неприятную ситуацию. Он выглядел бы уже не лидером новой научной революции, а просто стареющим профессором, который ухватился за модную теорию лишь для того, чтобы не отстать от времени.

Тогда еще казалось вполне возможным, что Эйнштейн сумеет доказать неправоту Бора. Эйнштейну просто требовалось показать другим, каким образом сконструировать одно-единственное устройство, которое будут действовать вопреки принципу неопределенности. Если ему это удастся, значит, все притязания Бора ничего не стоят. А ведь многие считали: существует немалая опасность, что Эйнштейн в этом преуспеет. В конце концов, именно его мысленные эксперименты с падающим лифтом привели к ошеломляющим, но совершенно точным предсказаниям о том, как звездный свет огибает Солнце. И это именно он в 1916 году (причем то был далеко не самый значительный из его мысленных экспериментов), придумал идею прибора для направленного усиления света (воплощенную в современных лазерах). Кто посмеет сказать, что он не справится и с этой новой задачей?

Но Эйнштейну, как и Бору, приходилось непросто. В свои 48 лет он понимал, что приближается к возрасту, когда физики частенько перестают рождать новые идеи и начинают отвергать все новое: в молодости ему досталось от таких физиков. Конечно же, он не считал себя ретроградом: по сути, на этом зиждилось его представление о себе. Напротив, в науке он мог считаться революционером. Он высказывал независимые суждения, бесстрашно следовал по пути истины, его интеллектуальную свободу не сдерживали ни тяжеловесный буржуазный стиль огромной берлинской квартиры, где он жил вместе с Эльзой, ни самые несносные из ее знакомых, неустанно карабкавшиеся вверх по социальной лестнице. Он обустроил себе убежище на чердаке, светлое и просторное. Предпочитал бесформенные свитера, часто бродил по дому босиком, и пускай гости считают, что ему не подобает вести себя столь расхлябанно. Ему на такого рода вещи было наплевать, а ограничивала его лишь структура Вселенной, но и это ему особенно не мешало – ведь однажды он поймет, как она устроена. Эйнштейн был уверен, что в принципе она постижима.

Итак, ему требовалось создать одну-единственную подходящую мысленную конструкцию. Ее даже не нужно строить в реальности: достаточно описать словами и показать Бору с Гейзенбергом, что она работает. И тогда он обретет место, которое считает заслуженным по праву: место на переднем крае науки, место объединителя научных истин. Ему больше не придется в тревоге цепляться за прошлое лишь из-за того, что он хорошо ориентируется только в нем. В основе структуры Вселенной должна лежать причинность. Он в этом убежден.

Но как убедить в этом других? Как показать, что все так и есть?

Хорошо, что он умеет заставить работать почти всякое механическое устройство – благодаря годам детального анализа самых изощренных приборов в патентном бюро. Это следует использовать.

Позже Гейзенберг вспоминал, как Эйнштейн обставлял свои атаки. Физики поселились в одной гостинице, и Эйнштейн имел привычку приносить к завтраку предложения насчет возможных экспериментов, способных опровергнуть постулаты квантовой механики, – для того, чтобы коллеги их рассмотрели. Обычно Бор, Эйнштейн и Гейзенберг шли в зал заседаний вместе, так что даже во время этой короткой прогулки они уже начинали анализировать допущения и версии.

«В течение дня, – пишет Гейзенберг, – мы с Бором и Паули часто обсуждали очередное предложение Эйнштейна, чтобы к обеденному перерыву доказать: его мысленные эксперименты вполне согласуются с соотношениями неопределенности, а значит, не годятся для того, чтобы их опровергнуть. Эйнштейн признавал это, однако на другое утро являлся к завтраку с новым мысленным экспериментом, обычно еще более изощренным, чем предыдущий: уж теперь-то, полагал он, неопределенность потерпит поражение. Но новый эксперимент оказывался не лучше прежнего, и к обеду нам его удавалось раздраконить. Так продолжалось несколько дней».

Еще один близкий друг Эйнштейна, голландец Пауль Эрен-фест, также присутствовал на той конференции 1927 года. Вскоре после нее Эренфест рассказывал своим лейденским студентам: «Я был очень рад оказаться свидетелем диалогов между Бором и Эйнштейном. Обычно Эйнштейн походил на шахматиста, постоянно разбирающего новые партии и задачи. Он был как вечный двигатель, сосредоточенный на том, чтобы прорваться сквозь неопределенность. Но его всегда подстерегал Бор – высовывался из облака своего философского дыма и подыскивал средства для того, чтобы громить примеры Эйнштейна, один за другим». Иногда, когда Эйнштейн изобретал особенно хитрую «демонстрацию» ошибочности квантовой механики, Бор почти всю ночь не давал Эренфесту спать: он размышлял вслух и успокаивался лишь тогда, когда обнаруживал погрешность в очередном мысленном эксперименте Эйнштейна.

* * *

Конференция окончилась ничьей. Эйнштейну так и не удалось подобрать контрпример, способный сразить Бора, однако сам Бор продолжал опасаться, что в его новой теории, на которую он столько поставил, все-таки есть огрехи.

По дороге обратно в Берлин неугомонный Эйнштейн утешался мыслью, что это был не просто спор юности со зрелостью, в котором все молодые физики стояли на стороне Гейзенберга, а за него, Эйнштейна, выступали только пожилые ортодоксы. Первый отрезок пути, до Парижа, Эйнштейн ехал вместе с Луи де Бройлем, весьма уважаемым французским ученым, причем лет на десять младше Эйнштейна. Де Бройль провел фундаментальные исследования, сформулировав основополагающие принципы квантовой механики, однако питал те же сомнения, что и Эйнштейн: он был убежден, что объяснения в духе Гейзенберга – лишь временный этап, ибо в конце концов ученые каким-то образом выявят определенность, лежащую в основе мироздания. (Кстати, Эйнштейн поспособствовал одобрению диссертации, в которой де Бройль изложил эти идеи, а потому француз был искренне ему признателен.)

Оба сходились во мнении, что расчетные квантово-механические данные, представленные Гейзенбергом и компанией, достаточно точны, однако Эйнштейн твердил: «Я убежден, что ограничения, налагаемые законами статистики, преходящи». И вот поезд остановился на парижском Северном вокзале. После одного из тех долгих разговоров в пути, когда обоим собеседникам так интересно, что хочется, чтобы путешествие никогда не кончалось, Эйнштейн повторил свои главные тезисы. И де Бройль согласился с ним. Уже выйдя из поезда и идя по платформе, француз слышал, как Эйнштейн кричал ему вдогонку: «Продолжайте в том же духе! Вы на верном пути!»

Но в последующие два года Эйнштейн начал замечать, что его лагерь теряет сторонников. Появлялось все больше и больше довольно убедительных экспериментальных подтверждений правильности квантовой механики – было похоже, что она действительно работает. Сам де Бройль продержался лишь до 1928 года: в научном сообществе росла убежденность в том, что идеи Бора, Гейзенберга и их сподвижников верны, и француз в конце концов присоединился к хору этих голосов. Такая убежденность становилась модной. Великий австриец Эрвин Шрёдингер (вскоре он тоже получит Нобелевскую премию) оставался одним из немногих ученых мирового уровня, по-прежнему в этом споре стоявших на стороне Эйнштейна.

Однако к 1929 году Эйнштейн обрел хороший повод несколько укрепиться в уверенности в собственных силах – невзирая на то, что его взгляды на проблему поддерживало все меньше ученых. На самом-то деле он был человеком скромным и отлично сознавал, что его интеллектуальные способности вовсе не столь велики, как считает публика. К примеру, Гроссман в Цюрихе и Борн в Гёттингене явно были более сильными математиками (как и многие другие ученые). Если он, Эйнштейн, иногда и порождал удачные идеи в области физики, так это благодаря очень хорошему, правильному воспитанию: в нем развили достаточную непредвзятость, чтобы критически относиться к чужим мнениям, и убедили в твердой реальности электрических лампочек, генераторов и всей прочей аппаратуры – той, на которой пытались зарабатывать отец и дядюшка. А где-то за всеми его прозрениями могла таиться полузабытая вера его предков, особенно же – убежденность в том, что в мире, конечно же, должна скрываться некая благая определенность, которую нам иногда, в счастливые моменты, удается различить. Вся эта смесь и привела его к успеху: в сущности, ему просто повезло. Но он знал, что все-таки именно он сумел первым проникнуть под покров видимости и выявить скрытые принципы, которые лишь много позже подтвердились благодаря работам экспериментаторов.

К тому времени ученые уже неоднократно продемонстрировали справедливость эйнштейновского уравнения E = mc², это уравнение признали верным почти все специалисты. Мало того, на конференции 1927 года, несмотря на возражения Леметра, еще казалось, что пресловутая лямбда необходима: астрономы правы и прекрасное в своей простоте выражение G = T следует отвергнуть, а значит, вера Эйнштейна в чистую интуицию ошибочна. Но лишь два года спустя, в 1929-м, Хаббл и Хьюмасон опубликовали свою работу, о которой мы уже знаем. Эта работа показала: исходное уравнение Эйнштейна, прекрасное в своей простоте, все-таки верно.

Для Эйнштейна это переменило все. При помощи своего стодюймового телескопа Хаббл и Хьюмасон показали, что лямбда не нужна, а значит, его изначальные интуитивные предположения оказались справедливы, и то, что он увидел в 1915 году как «вещи», меняющие геометрию, и как измененную геометрию, в свою очередь, влияющую на «вещи», – все это оказалось абсолютно, стопроцентно верным. Прежние экспериментальные данные (и основанные на них предположения многих ведущих астрономов мира), казалось, противоречили этому, но если бы тогда Эйнштейн проигнорировал их и не внес поправок в свое уравнение, в конечном счете выяснилось бы, что он прав!

Очевидно, теперь он полагал: на сей раз нужно подождать, и тогда в конце концов он снова окажется прав. Эйнштейн всегда был склонен полагать, что Вселенная должна быть в основе своей познаваема. История с лямбдой лишь укрепила его в этом мнении, ибо показала, что его первоначальные интуитивные предположения все-таки верны.

Но здесь крылась огромная опасность. Английский эссеист XIX века Томас Маколей некогда заметил о себе (нескромно, но довольно точно), что у него отменный стиль, граничащий, однако ж, со стилем прескверным. Поэтому он предостерегал: лишь немногие из читателей сумеют успешно ему подражать, ибо если они хоть чуть-чуть отклонятся от гармонического среднего, их ждет впечатляющий провал. Эйнштейн как раз подходил к этому опасному водоразделу. Рассуждения, основанные на убежденности в том, что его интуиция непогрешима, сделали его величайшим ученым современности. Но придерживаться лишь одного этого подхода (теперь, когда в далеком прошлом остались цюрихские студенческие годы, в которые ему приходилось волей-неволей реагировать на лучшие образцы былой мудрости других; когда ушли в прошлое годы, проведенные с Гроссманом и другими, с чьим мнением он считался) означало риск скатиться в сухой догматизм.

Разве что… А вдруг Эйнштейн все-таки прав? Или же он ошибается? Пока этого не знал никто.

* * *

Брюссельские конференции, на которые съезжались ведущие физики мира, проходили, к сожалению, лишь каждые несколько лет. Как мы уже знаем, мероприятие 1927 года завершилось вничью. На следующей конференции, которая состоялась в октябре 1930-го, внимание всех участников было приковано к Эйнштейну и Бору. Они считались интеллектуальными гигантами поколения. Схлестнутся ли они снова – пусть и в кулуарах, как во время предыдущей конференции?

Эйнштейн понимал, что для него это последний шанс заручиться массовой поддержкой физиков, особенно же представителей молодого поколения, с которым он так долго себя отождествлял. Но в 1930 году, как и на предыдущей конференции, Эйнштейн хранил молчание во время пленарных заседаний. Он снова предпочел высказывать Бору свои возражения в относительно приватной обстановке. Датчанин заранее беспокоился.

Бор знал: грядет что-то серьезное. Но как он мог к этому подготовиться? Ему оставалось лишь верить, что новая наука под названием квантовая механика достаточно окрепла и сумеет защититься от любых нападок. Готовился к битве и Гейзенберг. Подобно шахматным гроссмейстерам перед турниром, он вместе с Бором и другими учеными, разделявшими их взгляды, старался заранее спланировать возможные линии защиты.

Наверняка Эйнштейн тоже долго готовился к встрече с противниками, попыхивая трубкой в своем берлинском кабинете или загородном доме. И он предложил нечто грандиозное.

В сердце квантовой механики лежал гейзенберговский принцип неопределенности, налагавший предел на степень точности, с которой мы можем знать некоторые стороны жизни в микромире. Дело в том, что мы никогда не сумеем сказать со всей определенностью, что произойдет там в следующий момент. Впервые представляя свой принцип, Гейзенберг объявил: никто не в состоянии одновременно и при этом совершенно точно определить импульс и положение частицы. Будущий нобелевский лауреат Вольфганг Паули сравнил это с такой ситуацией: представьте, что вы можете увидеть импульс частицы левым глазом, а ее местоположение – правым, но если вы попытаетесь держать оба глаза открытыми, то увидите лишь размытую картинку.

Предыдущие попытки как-то обойти принцип Гейзенберга неизменно проваливались по той же причине, по какой проваливаются попытки с помощью манометра (всегда несовершенного) точно определить давление в шине: уже само применение прибора вызывает некоторую утечку воздуха, тем самым меняя давление в шине. Идея Эйнштейна состояла в том, чтобы сделать шаг назад, как бы рассмотрев шину с большего расстояния, не используя манометров или других приборов, которые могли бы ее потревожить.

Если мы имеем дело с реальной шиной, достаточно просто взвесить ее, а не измерять, сколько воздуха из нее выходит. Эйнштейн воспользовался недавними исследованиями, которые показали: принцип Гейзенберга означает также и то, что в данный конкретный момент времени можно измерить либо энергию частицы, либо само время, в которое она обладает этой энергией, но не то и другое одновременно. Эта новая находка позволила Эйнштейну предпринять самую яростную из своих атак на принцип неопределенности.

Для мысленного эксперимента, представленного в Брюсселе, Эйнштейн придумал устройство, которым наверняка гордился бы герр Галлер, некогда руководивший его работой в патентном бюро. Эйнштейн попросил Бора вообразить ящик с облаком мельчайших излучающих частиц внутри (скажем, фотонов – «частиц света»). В одной стенке имеется крошечный затвор, управляемый сверхточными часами. Вся эта штука находится на весах, так что можно определять ее массу. В некий момент, отмеряемый часами, затвор открывается, выпуская один фотон, а потом затвор сразу же закрывается. Коробку взвешивают до и после – и таким способом мы сумеем оценить, насколько она стала легче.

Проделывая это, мы узнаем, сколько энергии несет в себе выпущенный на волю фотон: нам сообщат об этом весы (поскольку масса и энергия эквивалентны). Мы сумеем узнать и то, в какое именно время вылетит фотон: нам сообщат об этом часы. Окажись принцип неопределенности Гейзенберга верным, такого никогда бы не могло произойти. Поскольку часы никак не связаны с весами (в отличие от манометра, где сам процесс измерения влияет на точность измерения), доводы Гейзенберга полностью разбиты. Полная определенность возможна. Мир классической физики с ее четкими причинно-следственными связями спасен.

Бор знал, что мыслит медленнее многих ученых (хотя и глубже большинства из них). Но он привык, что в самом начале работы над задачей у него всегда возникает хотя бы проблеск возможного решения. А вот для эйнштейновской световой коробки он никакого возможного решения не видел. Фотон вылетает через затвор. Часы отмеряют время. Чаша весов движется. Часы и весы вовсе не находятся поблизости друг от друга.

Как примирить эту картинку с гейзенберговской неопределенностью?

Этот мысленный эксперимент Эйнштейна обескуражил Бора. Один из современников вспоминал: «Он [Бор] выглядел очень несчастным. Весь вечер он переходил от одного физика к другому, пытаясь убедить их, что все это может оказаться неверным… Но он не мог придумать никакого опровержения! Никогда не забуду, как Бор и Эйнштейн, эти два яростных оппонента, покидали университетский клуб. Эйнштейн, являя собой очень величественную фигуру, шествовал спокойно, с легкой иронической улыбкой. Рядом семенил чрезвычайно расстроенный Бор».

Но Эйнштейн ликовал недолго. Бор не спал почти всю ночь: несомненно, он, непрерывно что-то бормоча, пытался все-таки доискаться до решения и наверняка привлек к работе аспирантов и вообще всех, кому не посчастливилось – или наоборот, посчастливилось – оказаться рядом. Ранее Гейзенберг писал о том, как Бор сражается с научными задачами: «Даже после долгих часов борьбы он не желает отступать». Так вышло и на этот раз.

И утром Бор таки нашел решение! Когда затвор открывается и фотон вылетает наружу, масса коробки действительно уменьшается. Но ведь мы непрерывно взвешиваем коробку. А значит, она должна постоянно лежать на чаше весов. Когда фотон вылетает, чаша поднимается – очень слабо, но все же. А значит, она оказывается чуть выше в гравитационном поле Земли, то есть гравитационная сила, на нее действующая, становится слабее. А согласно эйнштейновской же теории относительности, время в гравитационном поле разной силы течет с неодинаковой скоростью.

Эйнштейн и Бор на брюссельской конференции 1930 года. Снимок сделал Эренфест – вероятно, в тот день, когда Эйнштейн предложил свой эксперимент с коробкой и часами, но еще до того, как Бор тщательно проанализировал эту идею.

Бор набросал предварительные расчеты, и когда все (сам Бор, Гейзенберг, вероятно, Эренфест, а возможно, и ряд других ученых, остановившихся в том же отеле) увидели, к чему идет дело, Эйнштейн – надо отдать ему должное – сам помог заполнить пробелы. Эйнштейн и Бор пришли к выводу: неопределенность при взвешивании вызвана крошечным гравитационным сдвигом, достаточным для того, чтобы картина полностью соответствовала гейзенберговскому принципу неопределенности.

Разрабатывая свой мысленный эксперимент, Эйнштейн пренебрег собственной теорией относительности, которую Бор и использовал для того, чтобы отвергнуть эту последнюю попытку Эйнштейна доказать, будто в основе устройства Вселенной непременно должна лежать причинность. Это означало крах мечты Эйнштейна доказать свою гипотезу 1916 года – о том, что мы прибегаем к вероятностям лишь как к временной мере, от которой можно будет отказаться, когда наука продвинется дальше, расширив наши знания о мире. Обиднее всего было то, что удар нанесли инструментом, который разработал он сам, Эйнштейн.

Гейзенберг торжествовал. Узнав о том, что последний бастион Эйнштейна пал, он записал: «Мы… поняли, что теперь можем быть абсолютно уверены в своей правоте… Новую интерпретацию, которую дает квантовая механика, оказалось не так-то просто опровергнуть».

Бор был скромнее, но из его вежливого гортанного бормотания явно следовало: он победил, а Эйнштейн проиграл.

 

Интерлюдия 4

Музыка и неизбежность

Эйнштейн больше никогда не ездил на такие конференции.

И больше никогда не пытался опровергать Бора или Гейзенберга в ходе публичной дискуссии. Но он по-прежнему был уверен, что лучшие экспериментаторы мира заблуждаются и их данные неполны.

Чтобы утешиться, Эйнштейн, как бывало и прежде, обратился к музыке. Он обожал почти всю классику, хотя к большинству композиторов у него имелись претензии. «Я всегда чувствую, – писал он, – что Гендель хороший автор, даже совершенный, но в нем слышится нечто поверхностное, неглубокое». Шуберт тоже не выдерживал строгую проверку. «Шуберт в числе моих любимых сочинителей, потому что он превосходно умеет передавать эмоции и обладает огромной изобретательностью по части мелодий, – признавал Эйнштейн. – Но в его крупных сочинениях мне мешает нехватка четкой формы и архитектурной выстроенности».

Список несовершенств на этом не заканчивается. «Шуберт привлекает меня своими малыми сочинениями, – писал Эйнштейн. – В них есть оригинальность и богатство чувства. Но ему не хватает формального величия, и это мешает мне наслаждаться им в полной мере… Мне кажется, у Дебюсси очень изысканная палитра, но при этом он структурно беден». И вывод: «Я не могу пробудить в себе сколько-нибудь заметный энтузиазм по отношению к такого рода экзерсисам».

Как эти композиторы, такие великие во всем прочем, могли упустить крупномасштабное единство, если он знал, что оно существует, остается лишь его нащупать? Такое единство ощущали, на его взгляд, лишь Бах и Моцарт – два титана, в которых было нечто, что позволило им превзойти остальных. «Не могу определить, кто из них значит для меня больше», – признавался Эйнштейн. Но он точно знал: с ними никто не сравнится. А как же Бетховен? Эйнштейн находил его «мощным», но при этом «чрезмерно драматичным и чересчур личным»: по мнению великого физика, в сочинениях этого композитора слишком много случайного, произвольного – возможно, из-за того, что наши эмоции очень зависят от нашего физического состояния и от нашего прошлого. А вот Моцарт пошел гораздо дальше: по мнению Эйнштейна, его музыка «столь чиста, что кажется, будто она всегда пребывала где-то во Вселенной, лишь ожидая, пока маэстро ее откроет». Сочинения Моцарта казались более «необходимыми», они словно бы позволяли заглянуть в платоновское царство истин, которое существует далеко за пределами случайных событий чьей-либо персональной, личной истории.

Пожалуй, Эйнштейн искал в музыке Баха и Моцарта то, что никак не давалось ему в жизни. В своих браках (а уж тем более в романах на стороне) Эйнштейн так и не обрел ни стабильности, ни определенности. А ведь ему всегда так хотелось именно этого – хоть какой-то определенности. Но у него ничего не получалось. И это особенно его ранило – его, всю свою жизнь мечтавшего об определенности, о встрече с истиной…

Теперь он все больше распространялся в своих письмах о том, что его предыдущие труды должны доказать реальность этой прекрасной мечты. Формула E = mc², к которой он пришел в далеком 1905 году, показала, что во Вселенной определенность несомненно присутствует, ведь это равенство описывало (со всеми подробностями, какие только можно пожелать), каким именно образом могут переходить друг в друга масса и энергия. Великое G = T из его теории 1915 года – выражение столь же ясное. Масса заставляет пространство искривляться. Искривленное пространство управляет движением массы. Как в эту картину может вписываться случай, если уравнение такое ясное и четкое? Саму простоту равенства G = T невозможно игнорировать. «Едва ли кто-нибудь из по-настоящему понявших эту теорию сумеет противиться ее очарованию», – написал Эйнштейн (измотанный, но довольный) в ту берлинскую зиму, когда он завершил первый вариант своей работы. Он и сам оказался надолго вовлечен в ее орбиту.

Да, в 1917–1929 годах он усомнился в этой простоте и ввел пресловутую поправку-лямбду, но в конечном счете его сомнения оказались беспочвенными. Возможно, в Брюсселе 1930-го Эйнштейн испытал унижение, но он знал, что новые и новые подтверждения других его идей, то и дело получаемые учеными, действительно значимы (в каком-то смысле они укрепляли его в убежденности, что Вселенной присуща определенность). Хьюма-сон наблюдал далекие галактики в гигантский телескоп, установленный в калифорнийских горах, и обнаружил, что миллиарды звезд стремительно уносятся от нас. Это открытие не содержало в себе никакой двусмысленности и неоднозначности. Но ведь предсказание именно такого явления содержалось в его, Эйнштейна, изначальном выражении G = T, таком простом и красивом. Вот почему Эйнштейн почти десятилетие спустя, по завершении конференции 1930 года, с удовольствием замечал в разговоре с доверенным ассистентом: «Оценивая ту или иную теорию, я задаюсь вопросом: окажись на месте Бога, устроил бы я мир в соответствии с ней или же нет».

Вера Эйнштейна в свою способность судить об архитектуре Вселенной оказалась мощным, но опасным инструментом. Чем больше почестей получает великий человек, тем легче ему занестись слишком высоко, перестав адекватно воспринимать реальность. Именно это и происходило с Эйнштейном. Молодой Альберт вряд ли одобрил бы его поведение.

Однажды Эйнштейн нарисовал для своего друга Мориса Со-ловина картинку, призванную объяснить, как у него, Эйнштейна, проходит творческий процесс. (Напомним, Соловин – тот румынский энтузиаст, который первым откликнулся на бернское объявление Эйнштейна 1902 года, предлагавшее частные уроки математики и физики.) Окружающую нас реальность Эйнштейн принял за базовый уровень, обозначив его как Е. Это эмпирический (empirical) мир, который мы воспринимаем при помощи обычных органов чувств. Во время редких вспышек вдохновения мыслители способны воспарить над этим уровнем, открывая некие общие принципы. Но всегда ли верны эти принципы? Чтобы убедиться в этом, следует детально разработать их следствия и затем проверить их в эмпирическом мире.

Именно такой процедуре Эйнштейн следовал в случае со своей формулой E = mc², когда предложил проверить те предсказания, которые она вроде бы позволяла сделать, на солях радия, изучаемых супругами Кюри в Париже. В случае с общей теорией относительности он тоже следовал такой процедуре: мощный взлет воображения – обращение к мысленному эксперименту с падающим лифтом – создание ясной абстрактной теории – построение на ее основе детальных выводов, поддающихся проверке (вспомним гипотезу об искривлении пространства, которую Эддингтон и его коллеги проверяли в своих экспедициях 1919 года).

Хотя Эйнштейн часто писал, что по-прежнему считает такой подход правильным, он порой выражал и противоположную точку зрения. В 1938 году он писал давнему коллеге: «Я начал со скептического эмпиризма… Однако проблема гравитации превратила меня… в того, кто отыскивает четкий и надежный источник Истины в математической простоте». В новых работах Эйнштейн уже нередко игнорировал свой первоначальный, более эмпирический подход. «[Квантовая теория] говорит о многом, – писал он, – однако на самом-то деле не приближает нас к раскрытию тайны «Старика». Во всяком случае, я убежден, что Он не играет в кости». Эйнштейн был уверен, что Господь, создавая Вселенную, следовал некоему рациональному плану. И эту его веру не могли опровергнуть никакие эксперименты.

Вот и ничто, сказанное на брюссельских конференциях, не переубедило его. Но когда Эйнштейн заявил: «Бог не играет в кости со Вселенной», Нильс Бор в раздражении бросил: «Эйнштейн, хватит давать советы Богу!» Эти двое придерживались диаметрально противоположных взглядов не только на устройство Вселенной, но и на Бога – по сути, на то, насколько каждый из них способен угадывать во Вселенной проявления божественного начала.

И лишь один из них был прав.