Лекция 12 курса "Альберт Эйнштейн и революции в физике" (осень 2024)

Тема лекции - Эйнштейн и кванты. Тема необъятная, поэтому многие вопросы рассмотрим схематично. В следующем году планируется курс "Квантовая революция", где эти вопросы будут рассмотрены подробно. Революционные работы Эйнштейна 1905 года посвящены как раз граничным проблемам физики – в этом проявилась его гениальная интуиция. В математике он себя таким «проницательным» не видел, поэтому даже не пошел на Первый международный математический конгресс в Цюрихе, в 1898 году – в его альма матер! Первой статьей из гениальной серии статей 1905 года была знаменитая мартовская статья о квантах света, которую сам Эйнштейн назвал «революционной». Затем тематика квантов не отпускала Эйнштейна до конца его дней. До мартовской статьи 1905 года Эйнштейн опубликовал в 1904 году одну статью, где впервые упоминался Планк. Это была его пятая самостоятельная работа, третья по статистической физике. Статьи Эйнштейна по статистической физике, опубликованные до 1905 года, хоть и невысоко ценились самим автором, сыграли важную роль в процессе его научного роста и подготовили основу для революционных работ, опубликованных в ходе «года чудес» и в последующие годы. Без них не было бы основанной на статистике Больцмана гипотезе световых квантов, за которую Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике за 1921 год. Не было бы серии статей о броуновском движении и докторской диссертации о новом методе определения размеров молекул, подготовленной в том же 1905 году, не было бы основополагающей работы о теории удельной теплоемкости 1907 года, положившей начало квантовой теории твердого тела. Не было бы выступлении на Первом сольвеевском конгрессе в 1911 году, где он рассказывал о законах излучения. Наконец, не было бы статей 1916–1917 годов о спонтанном и индуцированном излучении, сыгравших важную роль в создании и интерпретации квантовой механики (лазер). Парадокс истории: до конца жизни возражавший против статистического характера законов квантовой механики Эйнштейн был первым, кто применил статистические методы для исследования микромира. Теорию Эйнштейна о квантах света коллеги не признавали. Физика не стояла на месте, а Милликен смягчился с тех пор, как написал в 1915 г. статью о фотоэффекте; об этом можно судить, сравнив статью 1948 г. с тем, что говорилось в той ранней работе: «Похоже, что уравнение Эйнштейна для фотоэффекта... каждый раз позволяет получить результат, в точности соответствующий эксперименту... Однако полукорпускулярная теория, при помощи которой Эйнштейн получил свое уравнение, представляется сейчас совершенно несостоятельной». А предложить взамен нечего! Оценка, данная Эйнштейну Планком, Нернстом, Рубенсом и Варбургом в 1913 г., когда они рекомендовали его для избрания в члены Прусской академии наук, задаст верный тон дальнейшему повествованию. Их рекомендация, в которой выражается высочайшая оценка достижений Эйнштейна, завершается словами: «Итак, можно сказать, что вряд ли есть хоть одна крупная проблема в современной физике, в решение которой Эйнштейн не внес бы заметного вклада. То, что иногда в своих рассуждениях он заходит слишком далеко, как, например, в случае eго гипотезы световых квантов, вряд ли следует старить ему в вину, так как даже в точных науках невозможно предлагать действительно новаторские идеи, не беря на себя определенного риска» «Квантовая механика производит сильное впечатление. Но внутренний голос говорит мне, что не в ней суть проблемы. Эта теория дает многое, но вряд ли она приближает нас к разгадке тайны Всевышнего. Во всяком случае, я убежден, что Он не играет в кости» Борн: приговор Эйнштейна стал для меня ударом. Это граница поколений. Борн не скрывал своего разочарования: «Приговор квантовой механике, вынесенный Эйнштейном, стал для меня тяжелым ударом: он отверг ее, правда, без какого-либо обоснования, ссылаясь только на „внутренний голос“. Это отрицание играет в последующих письмах большую роль. Оно покоится на глубоком философском расхождении во мнениях, которое отделяет Эйнштейна от более молодого поколения, к которому отношусь и я, хотя я только на три года моложе Эйнштейна» Несмотря на возраст, Борн ближе к поколению «вундеркиндов» Однако действительным противником Эйнштейна был Нильс Бор, не названный в письме, но подразумеваемый под «философом-талмудистом, которому наплевать на реальность, жупел наивных мозгов, который заявляет, что обе интерпретации отличаются лишь словами и спор об этом не имеет смысла». Мнение творцов квантовой механики относительно усилий Эйнштейна идти своим путем со временем менялось. Поль Дирак в своих «Воспоминаниях о необычайной эпохе», по сути, соглашается с точкой зрения вечного оппонента Нильса Бора и Вернера Гейзенберга, считавшего их детище «теорией правильной, но неполной»: «Я не исключаю возможности, что в конце концов может оказаться правильной точка зрения Эйнштейна, потому что современный этап развития квантовой теории нельзя рассматривать как окончательный. В этой теории существует немало нерешенных проблем...