Маргарита Рютова-Кемоклидзе - Квантовый возраст

В своей нобелевской речи, когда кванту исполнится уже 18 лет, Макс Планк скажет: «Крушение всех попыток перебросить мост через возникшую пропасть вскоре уничтожило все сомнения: или квант действия был фиктивной величиной — тогда весь вывод закона излучения был принципиально иллюзорным и представлял просто лишенную содержания игру в формулы — или при выводе этого закона в основу была положена правильная физическая мысль — тогда квант должен был играть в физике фундаментальную роль, тогда появление его возвещало нечто новое, дотоле неслыханное, что, казалось, требовало преобразования самых основ нашего физического мышления… Опыт решил в пользу второй альтернативы» [Там же, с. 39].

В течение первых пяти лет никакого опыта не было. В 1905 г. в журнале «Анналы физики» появилась работа Альберта Эйнштейна «Об одной эвристической точке зрения на возникновение и превращение света». В этой работе Эйнштейн выдвинул смелую гипотезу о том, что свет состоит из частиц — световых квантов.

В 1907 г. Эйнштейн пошел еще дальше, он публикует работу, где утверждает, что любая система, совершающая малые колебания, должна иметь энергию, кратную планковскому кванту, т. е. энергия любого малого колебания квантуется. На основе этого утверждения Эйнштейну удалось решить проблему теплоемкости твердых тел. Проблему, которую с полным основанием можно было назвать «третьим облаком» на горизонте физики.

И снова Эйнштейн в 1909 г. делает следующий важный шаг в развитии квантовой теории. На этот раз он рассматривает теорию флуктуаций излучения. В этой работе впервые четко выявляются как корпускулярные, так и волновые свойства света. Уверенность, с которой Эйнштейн использовал гипотезу квантов, вовсе не радовала Планка и даже вызывала его порицания: «В то время, как многие физики из консерватизма отвергают развитые мною соображения или занимают выжидательную позицию, другие авторы, напротив, считают необходимым дополнить мои соображения еще более радикальными соображениями… Так как для развития новой гипотезы нет ничего вреднее, чем выход за пределы ее применимости, то я всегда стоял за то, чтобы возможно теснее связать квантовую гипотезу с классической динамикой…» [7, с. 7].

Относя работы Эйнштейна, развивающие гипотезу квантов, к радикальным, Планк признавал гений Эйнштейна. В 1912 г. четыре ведущих физика Европы, в том числе Макс Планк, подписали представление об избрании Эйнштейна в Прусскую академию наук и просили не слишком ставить ему в вину «выходящие за пределы цели» идеи о световых квантах. Научная слава Эйнштейна в ту пору определялась в основном успехом его теории относительности. И Планк был одним из первых, кто заинтересовался теорией относительности Эйнштейна и понял ее. В «Анналах» 1905 г., где появилась первая работа Эйнштейна о квантах света, было опубликовано еще четыре его статьи. Каждая из этих пяти работ фактически определила основные пути развития современной физики. Вспомним хотя бы две из них: «К электродинамике движущихся тел» и «Зависит ли масса тела от содержания в нем энергии?».

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

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

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