Создатели квантовой механики не раз признавались, что их открытия были сделаны под большим влиянием идей Альберта Эйнштейна. Об этом говорил юный Вернер Гейзенберг автору теории относительности, когда тот пригласил его к себе домой на Хаберландштрассе 28 апреля 1926 года после выступления Вернера на Физическом коллоквиуме в Берлине (Гейзенберг, 1989, стр. 191). И на Макса Борна, предложившего вероятностную интерпретацию волновой функции, огромное влияние оказали статистические работы Эйнштейна (Борн, 1963).
Евгений Беркович
«Однако скоро пришло охлаждение»
Альберт Эйнштейн живо интересовался успехами квантовой механики, вел активную переписку с Нильсом Бором, Максом Борном, Вернером Гейзенбергом и Эрвином Шрёдингером, но собственных работ, развивающих подходы указанных авторов, не публиковал. Его отношение к новой науке менялось очень быстро. Эйнштейн одним из первых заметил результат Гейзенберга и уже 20 сентября 1925 года писал Паулю Эренфесту: «Гейзенберг снес большое квантовое яйцо» (Mehra – Rechenberg – 6, 2000, стр. 276).
А 25 декабря того же года в письме старому другу Мишелю Бессо Эйнштейн высказывался о том же немного двусмысленно: «Самое интересное теоретическое достижение последнего времени – это теория квантовых состояний Гейзенберга – Борна – Йордана. Настоящее колдовское исчисление, в котором вместо декартовых координат появляются бесконечные определители (матрицы). В высшей степени остроумно и благодаря своей сложности застраховано от доказательства ошибочности» (Einstein – Besso, 1978, стр. 15).
Несмотря на то, что в теории матриц, на которую опиралась квантовая механика, Эйнштейн чувствовал себя не очень уверенно, он пытался разобраться в сути нового подхода к явлениям микромира. Вывод, к которому он пришел, был неутешителен для теории Гейзенберга – Борна – Йордана. В письме Паулю Эренфесту от 12 февраля 1926 года Эйнштейн сообщает: «Я продолжаю много заниматься схемой Гейзенберга – Борна. Всё более и более я прихожу к мнению, что идея, несмотря на всё мое восхищение ею, неверна» (Mehra – Rechenberg – 6, 2000, стр. 276).
Тем не менее всего через две недели в письме Хедвиг Борн от 7 марта 1926 года автор теории относительности с восхищением пишет о квантовой механике: «Идеи Гейзенберга – Борна захватили чувства и мысли всех ученых, интересующихся теорией, и мы, толстокожие тугодумы, вместо унылого смирения ощущаем теперь редкое для нас волнение» (Einstein – Born, 1969, стр. 127).
Комментируя это письмо, Макс Борн пишет, что он и Гейзенберг были рады услышать такое мнение великого физика о теории, которую они развивали. И продолжает: «Однако скоро пришло охлаждение» (Einstein – Born, 1969, стр. 127).
В письме от 4 декабря 1926 года Эйнштейн говорит Борну о квантовой механике уже другим тоном, не забыв упомянуть свою излюбленную поговорку о боге и азартных играх: «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» (Einstein – Born, 1969, стр. 129–130).
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» (Einstein – Born, 1969, стр. 127).
Расхождение во мнениях Эйнштейна и молодого поколения физиков, о котором говорит Макс Борн, связано прежде всего со статистическим описанием физических явлений, которое предлагает квантовая механика. Эйнштейн всю жизнь был убежден, что физика помогает человеку получить точные знания об объективно существующем внешнем мире. Макс Борн и его молодые коллеги, ученики и ассистенты постепенно приходили к выводу, что это, на самом деле, не так. Вот как это сформулировал сам Борн: «В каждый момент времени мы имеем лишь грубые, приближенные знания объективного мира, и отсюда с помощью определенных правил, вероятностных законов квантовой механики, мы можем сделать заключения о неизвестных (будущих) состояниях» (Einstein – Born, 1969, стр. 119).
Последний раз Эйнштейн одобрительно отозвался о достижениях квантовой механики в письме Мишелю Бессо от 1 мая 1926 года: «Шрёдингер сделал две замечательные работы о правилах квантования (Ann. d. Phys., 1926, 79). Раскрывается глубокая истина» (Einstein – Besso, 1978, стр. 19). После этого великий физик не сказал о квантовой механике ни одного доброго слова.
Однако собственных попыток внести ясность в новую науку о микромире он не оставил и через год подготовил статью с длинным названием «Полностью или только статистически определяет волновая механика Шрёдингера движение системы?». В ней он пытался показать, что соотношения неопределенностей Гейзенберга не всегда справедливы. Эта статья была представлена заседанию Прусской академии наук 5 мая 1927 года и рекомендована к печати (Kirsten – Treder, 1979, стр. 268). Однако статья так и не вышла в свет. Когда она была уже в типографском наборе, автор позвонил в издательство и забрал ее назад. Уберег великого физика от позора сам автор соотношения неопределенностей. Узнав о подготовке такого «опровержения» одной из самых важных своих работ, он 19 мая написал Эйнштейну письмо, в котором просил более подробных сведений, «в особенности потому, что очень много думал над этими вопросами и поверил в соотношение неопределенностей только из-за угрызений совести, хотя теперь уверен в нем полностью» (Пайс, 1989, стр. 425–426).
«Эйнштейн, мне стыдно за тебя»
Квантовая механика была создана за три года – с 1925-го по 1927-й. Итоги рождения новой науки подвел Пятый Сольвеевский конгресс, состоявшийся осенью 1927 года в Брюсселе. Его тема была «Электроны и фотоны». Электроны в названии темы символизировали материальные частицы, а фотоны выступали носителями волновых свойств света. Термин «фотон», заменяющий эйнштейновский «квант света», родился незадолго до начала конгресса – его предложил американский физик и химик Гильберт Льюис в 1926 году, опубликовав в журнале Nature статью «Сохранение фотонов» (Lewis, 1926). Научные доклады, отбираемые Сольвеевским комитетом для конференции, должны были показать различные подходы ученых к взаимоотношениям волн и частиц в микромире.
Президент Сольвеевского научного комитета Хендрик Антон Лоренц предложил Эйнштейну выступить на конгрессе с пленарным докладом. В письме от 1 мая 1926 года великий физик согласился, подчеркнув уважение к старшему коллеге: «Если вы хотите, чтобы я взялся за доклад по квантовой статистике, то я сделаю это с удовольствием, потому что, если я не нахожусь в особо трудном положении, то вам я никогда не могу сказать „нет“» (Mehra – Rechenberg – 6, 2000, стр. 234).
Однако после серьезных размышлений Эйнштейн от доклада на Пятом Сольвеевском конгрессе отказался. В письме Лоренцу от 17 июня 1927 года он признавался: «Я помню, что обещал вам подготовить для Сольвеевской конференции доклад о квантовых статистиках. После долгих колебаний я пришел к заключению, что недостаточно компетентен, чтобы подготовить доклад таким образом, который действительно соответствует положению вещей. Причина в том, что я не в состоянии активно участвовать в современном развитии квантовой теории в той мере, как это необходимо для поставленной цели. Отчасти потому, что моих способностей не хватает, чтобы полностью охватить стремительное развитие теории, но также и потому, что я не разделяю чисто статистический способ мышления, на котором она основана… До последнего момента я продолжал надеяться, что смогу внести в Брюсселе что-то ценное. Теперь я оставил эту надежду. Прошу вас не сердиться на меня из-за этого; мне далось это нелегко, хотя я старался изо всех сил» (Mehra – Rechenberg – 6, 2000, стр. 241).
Зато все создатели квантовой механики выступили в Брюсселе в порядке появления их основополагающих работ. Первым был поставлен доклад Луи де Бройля, который в 1924 году выдвинул смелую гипотезу о волнах материи. За ним выступали Макс Борн и Вернер Гейзенберг, построившие в сотрудничестве с Паскуалем Йорданом в 1925 году матричную механику. Следующим докладчиком среди физиков-теоретиков стал Эрвин Шрёдингер, чьи работы по волновой механике увидели свет в 1926 году. И, наконец, завершающим в этой серии докладов стало выступление Нильса Бора 28 октября в рамках «общей дискуссии», как значилось в программе конгресса.
Первоначальная реакция слушателей Сольвеевского конгресса на доклад главы копенгагенской школы была вялой, по словам участника конгресса Леона Бриллюэна многие не были подготовлены к такому подходу, оратор их не убедил и не увлек. Но после того, как открывший общую дискуссию Макс Борн напомнил о статистическом подходе квантовой механики к явлениям микромира, слово взял молчавший до того Альберт Эйнштейн. Если не знать о скромности и прямоте Эйнштейна, то первую фразу его выступления можно было бы посчитать кокетством: «Я должен принести извинения, что выступаю в дискуссии, не внеся существенного вклада в развитие квантовой механики» (Эйнштейн, 1966a, стр. 528).
И далее привел мысленный эксперимент, который должен был прояснить суть квантовой механики: ограничена ли она в описании физических явлений на уровне атомов соотношением неопределенностей Гейзенберга или дальнейшее углубление теории может эти ограничения преодолеть. Эксперимент выглядел очень просто: пучок электронов падает на экран, имеющий небольшое отверстие. За отверстием расположен второй экран в форме полусферической фотопленки. Прошедшие через отверстие электроны дают на фотопленке дифракционную картину, как следует из волновых представлений де Бройля и Шрёдингера. Вопрос Эйнштейна состоял в следующем: позволяет ли квантовая механика описать поведение отдельного электрона?
Ответ самого Эйнштейна определенно отрицательный: квантовая механика не позволяет дать точное описание движения отдельного электрона. Волновая функция, связанная с конкретным электроном, будет распределена по всему второму экрану, так что согласно интерпретации волновой функции по Максу Борну для любой точки фотопленки вероятность попадания в нее электрона отлична от нуля.
Но как только в какой-то точке регистрируется попадание туда электрона, вероятность попадания во все остальные точки мгновенно обращается в нуль. Отсюда следует, что между точкой попадания электрона и любой другой точкой фотопленки имело место некоторое особенное мгновенно распространяемое действие, а это, по словам Эйнштейна, противоречит постулату теории относительности.
В трудах Сольвеевского конгресса 1927 года нет ответа Нильса Бора на выступление Эйнштейна. Бор подробно рассмотрел его аргументы спустя более чем двадцать лет – в статье 1949 года в сборнике, посвященном 70-летию автора теории относительности (немецкий текст (Bohr, 1951), русский перевод (Бор, 1971)).
С точки зрения квантовой механики ответ на вопрос Эйнштейна прост: эта теория применима к индивидуальным процессам, но не может выйти за рамки принципа неопределенности, накладывающего ограничение на объем информации, который можно получить из конкретного эксперимента.
Квантовая механика отрицает возможность точного предсказания движения отдельного электрона. Вместо этого она позволяет найти вероятность, с которой тот или иной электрон попадет в заданную область фотопленки. С точки зрения квантовой механики невозможность получить полную информацию о положении и скорости частицы есть проявление закона природы. С этим Эйнштейн не мог и не хотел смириться. Он привык считать, что вероятностное описание реальных процессов есть следствие нашей неполной информируемости: вот лучше разберемся в деталях процесса – и заменим статистическое описание детерминированным. Мы уже видели, что «Бог не играет в кости» – любимая поговорка Эйнштейна.
В трудах Пятого Сольвеевского конгресса о других выступлениях Эйнштейна ничего не говорится. Зато о его спорах с Бором в неофициальной обстановке оставили воспоминания многие участники. Вот что писал Вернер Гейзенберг в воспоминаниях о Нильсе Боре: «Дискуссия свелась вскоре к дуэли между Эйнштейном и Бором по вопросу о том, можно ли считать, что квантовая теория в современной форме решает те проблемы, которые десятилетиями обсуждались учеными. Мы встречались, как правило, за завтраком в отеле, и Эйнштейн начинал описывать мысленный эксперимент, при котором, как он считал, будут отчетливо видны внутренние противоречия копенгагенской интерпретации. После этого Эйнштейн, Бор и я шли вместе от отеля к зданию, где проходил конгресс, и я слушал оживленную дискуссию между ними, такими разными по философским убеждениям людьми, и вставлял время от времени замечания о структуре математического формализма. Во время заседания и, главным образом, во время перерывов мы, более молодые, особенно Паули и я, анализировали эйнштейновские эксперименты, во время обеда проходили дальнейшие обсуждения между Бором и другими копенгагенцами. Ближе к вечеру у Бора был уже готов полноценный анализ мысленного эксперимента и за ужином он предлагал его Эйнштейну. Против анализа Эйнштейн не мог ничего по существу возразить, но в душе он оставался непреклонным» (Heisenberg, 1971, стр. 68–69).
На следующий день всё повторялось: утром контрпример Эйнштейна, днем его обсуждение группой молодых теоретиков, вечером опровержение Бора и новое подтверждение правильности копенгагенской интерпретации квантовой механики.
Примерно такое же впечатление осталось у Отто Штерна, который присутствовал на конгрессе как гость: «Эйнштейн во время завтрака высказывал возражения по поводу новой квантовой теории, изобретая красивые эксперименты, из которых было ясно, что [эта теория] не работает… Паули и Гейзенберг не обращали на это особого внимания и отделывались фразами типа „всё будет в порядке, всё образуется“. Бор же слушал очень внимательно и вечером, за ужином, когда все собирались вместе, подробно разъяснял, в чем дело» (Пайс, 1989, стр. 426).
Нильс Бор вспоминал в статье 1949 года, что «самое живое и стимулирующее участие принимал в этих спорах и Эренфест, который много лет был связан с нами обоими тесной дружбой» (Бор, 1971, стр. 409).
Ученики Эренфеста взяли с него обещание, что он будет им писать письма о самом интересном, что происходило на Сольвеевском конгрессе. Благодаря этим своеобразным отчетам по горячим следам мы знаем многие детали «битвы титанов». Вот что писал Пауль Эренфест Сэмюэлю Гаудсмиту и Джорджу Уленбеку 3 ноября 1927 года, через четыре дня после окончания конгресса: «Сольвеевский конгресс в Брюсселе был славным. Абсолютно всех превзошел БОР (выделено Эренфестом. – Е. Б.). Поначалу он совсем ничего не понимал, но потом шаг за шагом всех превзошел. Естественно, снова эта дурацкая боровская заговорщицкая терминология. (Бедный Лоренц в качестве переводчика между не понимавшими друг друга англичанами и французами… Бор, реагирующий с вежливым отчаянием). Каждую ночь около часу Бор приходил ко мне в комнату, чтобы до трех сказать „одно-единственное слово“. Мне повезло присутствовать во время разговоров между Бором и Эйнштейном. Всё выглядело как шахматная партия. Эйнштейн выдает каждый раз новый пример. В каком-то смысле вечный двигатель второго рода, чтобы разбить соотношение неопределенностей. Бор постоянно разыскивает в темном облаке философических туманностей нужный инструмент, чтобы разбить пример за примером. Эйнштейн как чертик из табакерки: каждое утро снова резво выпрыгивает. О, это было восхитительно. Но я почти безоговорочно за Бора против Эйнштейна. Он ведет себя против Бора точно так же, как вели себя защитники абсолютной одновременности против него» (Hermann, 1977, стр. 96).
Пожалуй, никто, кроме Эренфеста, не осмелился бы публично сравнить Эйнштейна с Филиппом Ленардом и его приспешниками, которые устраивали травлю создателю теории относительности. А Эренфест посмел. В отеле, в присутствии почти всех участников конгресса, он громко обратился к своему берлинскому другу: «Эйнштейн, мне стыдно за тебя. Ты ведешь себя по отношению к квантовой теории точно так же, как вели себя противники теории относительности в их тщетных попытках опровергнуть твою теорию» (Hermann, 1977, стр. 97).
Сравнение с Ленардом нужно принимать, конечно, с большой осторожностью, потому что горячие споры Эйнштейна и Нильса Бора не омрачили их дружбы. Более того, активного сторонника копенгагенской интерпретации квантовой механики Вольфганга Паули Эйнштейн видел своим научным наследником и продолжателем дела жизни. В 1928 и в 1931 годах он предлагал Нобелевскому комитету Шведской академии наук присудить Нобелевскую премию Вернеру Гейзенбергу и Эрвину Шрёдингеру. В письме, написанном в сентябре 1931 года он так обосновывает свое предложение: «Я убежден, что эта теория содержит часть окончательной истины» (Пайс, 1989, стр. 430).
На этом можно было бы закончить рассказ о Пятом Сольвеевском конгрессе, на котором новая квантовая теория и ее копенгагенская интерпретация выдержали жесткую критику Альберта Эйнштейна. Квантовая механика доказала свою непротиворечивость. Научный мир принял ее в качестве надежно обоснованной теории, описывающей явления микромира.
Из великих физиков, пожалуй, единственным, кого не до конца удовлетворяла новая наука, был Эйнштейн. Его представление о науке, изучающей окружающий мир, противилось отказу от детерминизма, ученый с его верой в познаваемость мира не мог смириться с невозможностью точно описать поведение системы в будущем, даже зная ее исходное состояние. Поэтому он снова и снова возвращался к принципу неопределенности Гейзенберга, желая его опровергнуть. Вот почему споры Эйнштейна и Бора о сути копенгагенской интерпретации квантовой механики продолжились в кулуарах Шестого Сольвеевского конгресса физиков в 1930 году. Это лишний раз говорит о важности обсуждаемой тематики для обоих корифеев науки.
В воспоминаниях о Нильсе Боре, которые мы уже цитировали, Гейзенберг рассказывает об одном эпизоде Пятого – так ему запомнилось – Сольвеевского конгресса: «В последний день конгресса Эйнштейн принес к завтраку еще один эксперимент (разбираемый в статье Бора к 70-летию Эйнштейна), при котором цвет кванта света можно определить взвешиванием источника света до и после испускания кванта» (Heisenberg, 1971, стр. 69).
В этом месте Вернера Гейзенберга опять подвела память. Указанный мысленный эксперимент Эйнштейн предложил не на Пятом Сольвеевском конгрессе, а на Шестом. Тогда, в 1930 году, Эйнштейну показалось, что он нашел, наконец, решающий аргумент, опровергающий ненавистное ему соотношение неопределенностей. На первый взгляд новые доводы Эйнштейна выглядели убедительно.
Он предложил рассмотреть ящик, наполненный излучением, в стенке которого есть отверстие. Оно может закрываться заслонкой по команде от часов, находящихся в ящике. Взвешиваем ящик, потом в определенное время открываем заслонку, чтобы через отверстие мог вылететь один фотон, и взвешиваем ящик опять.
Получается, что практически с произвольной точностью можно одновременно определить как энергию фотона (через эйнштейновскую связь массы и энергии), так и время прохождения его через отверстие, что противоречит принципу неопределенности Гейзенберга, ибо время и энергия являются такими же сопряженными величинами, как положение и скорость, одновременное точное измерение которых в силу соотношения неопределенностей невозможно.
Если в 1927 году Бор относительно легко выходил победителем в подобных теоретических схватках с Эйнштейном, то через три года роли, казалось бы, поменялись.
Абрахам Пайс, автор содержательной биографии Эйнштейна, лично его знавший, цитирует воспоминания Леона Розенфельда, тоже присутствовавшего тогда в Брюсселе в качестве гостя конгресса: «Для Бора это было настоящим ударом… Он не мог сразу дать объяснение. Весь вечер он сильно страдал, ходил от одного к другому и старался всех убедить, что это не так, что если Эйнштейн прав, то физике пришел конец; но найти опровержения не мог. Никогда не забуду, как противники покидали университетский клуб: рядом с медленно шедшим высоким величественным Эйнштейном, на губах которого играла несколько ироническая улыбка, семенил страшно взволнованный Бор… На следующее утро пробил час триумфа Бора» (Пайс, 1989, стр. 428).
Опровергнуть мысленный эксперимент Альберта Эйнштейна оказалось не просто. Бору пришлось проанализировать все детали процесса измерения веса ящика и времени открытия заслонки, при этом привлечь выводы эйнштейновской теории тяготения, то есть в каком-то смысле «перейти на поле противника». Бор учел влияние гравитационного поля на ход часов, поскольку они были жестко прикреплены к ящику и двигались во время измерения. Здесь и появлялась та неопределенность, которую следовало ожидать из соотношения Гейзенберга. И когда вечером Нильс Бор показал Эйнштейну и всем участникам конгресса свои выкладки, доказывающие с помощью формул общей теории относительности, что соотношение неопределенностей остается в силе, то это был настоящий триумф копенгагенской школы.
После такой жесткой проверки теории Эйнштейн окончательно перестал сомневаться в непротиворечивости квантовой механики и перестал строить примеры, якобы опровергающие принцип неопределенности Гейзенберга. Однако полноту квантовой механики Альберт Эйнштейн не смог принять до конца жизни.
«Часть окончательной истины»
Последнее десятилетие жизни Альберт Эйнштейн работал так же напряженно, как в молодые годы. Конечно, подорванное здоровье давало о себе знать, но голова была ясная, а стремление глубже проникнуть в тайны природы не стало слабее.
В 1945–1955 годах Эйнштейн опубликовал восемь статей по единой теории поля и статью «Квантовая механика и действительность» для швейцарского философского журнала Dialektica (русский перевод (Эйнштейн, 1966b)).
Суть работы четко выражена в предисловии: «В этой статье я хочу кратко и элементарно изложить, почему я не считаю метод квантовой механики в принципе удовлетворительным. Однако в то же время я хочу заметить, что никоим образом не собираюсь отрицать того, что эта теория представляет выдающийся, в известном смысле даже окончательный шаг в физическом познании. Мне представляется, что эта теория будет содержаться в более поздней примерно так, как геометрическая оптика в волновой оптике: связи останутся, но основа будет развита и соответственно заменена более широкой» (Эйнштейн, 1966b, стр. 612).
Текст, написанный в 1948 году, ясно показывает, что взгляды Эйнштейна, высказанные им во времена Пятого и Шестого Сольвеевских конгрессов, за прошедшие двадцать лет не изменились, несмотря на впечатляющий прогресс квантовой механики в эти годы.
Эту точку зрения автор статьи подтвердил в письме Мишелю Бессо от 24 июля 1949 года: «Мое неприятие статистической квантовой теории связано не с количественной ее стороной, а с тем, что к настоящему времени полагают, будто бы такой подход является окончательным в своей основе для фундамента физики» (Эйнштейн – Бессо – 2, 1980, стр. 22).
Летом 1949 года Альберт Эйнштейн не раз возвращался к мыслям о квантовой механике, стараясь сформулировать свое отношение к новой науке всё более точно и понятно. Как обычно, первым читателем новых формулировок был Мишель Бессо. В письме от 16 августа 1949 года Эйнштейн пишет своему старому товарищу: «Я убежден в том, что принципиальная статистическая теория, несмотря на ее большие успехи, сути вещей глубоко не затрагивает и что необходимо опираться на общий принцип относительности: обобщение гравитационных уравнений пустого пространства» (Эйнштейн – Бессо – 2, 1980, стр. 26).
Альберт Эйнштейн не собирался ограничиваться одним слушателем. Он решил еще раз объяснить свое отношение к квантовой механике всему научному миру, к тому времени явно утратившему интерес к позиции автора теории относительности, еще недавно считавшегося бесспорным авторитетом в теоретической физике. Вскоре представился и подходящий случай проинформировать научную общественность: 70-летие Эйнштейна решили отметить специальным томом «Библиотеки современных философов». Книга получила название «Альберт Эйнштейн – философ-ученый» и вышла в свет в 1949 году (Einstein – phylosofer, 1949). Ее хотели выпустить точно к юбилею Эйнштейна – в марте, но издание задержалось, и том появился лишь к концу года. Принять участие в этом коллективном труде и тем самым выразить уважение юбиляру и его вкладу в современную науку вызвались двадцать пять крупнейших физиков и математиков первой половины ХХ столетия. Среди них Нильс Бор, Макс Борн, Луи де Бройль, Джеймс Франк, Курт Гёдель, Леопольд Инфельд, Макс фон Лауэ, Вольфганг Паули, Арнольд Зоммерфельд…
Сам юбиляр представлен в сборнике «Автобиографическими заметками» (русский перевод (Эйнштейн, 1967a)) и «Замечаниями к статьям» (русский перевод (Эйнштейн, 1967b)).
Именно об этой книге сообщал Эйнштейн Мишелю Бессо в том же письме от 24 июля 1949 года, которое мы уже цитировали: «Скоро должна появиться книга из серии «Современные философы». В ней я защищаю милого господа бога против обвинения в его неизменном пристрастии метать кости» (Эйнштейн – Бессо – 2, 1980, стр. 33).
Подобных сборников, посвященных юбилею того или иного ученого, издавалось и издается немало, но я не знаю ни одного, в котором юбиляр возражал большинству коллег, о нем написавших. Только Эйнштейн позволил себе в заключительной статье сборника выступить против научной позиции, занятой авторами других статей. Правда, он рассмотрел только 17 из 25 присланных работ, но это не меняет его мнения о своих выдающихся коллегах: «Все они твердо убеждены в том, что загадка двойственной природы всех частиц (их корпускулярные и волновые свойства) нашла в принципе свое окончательное решение в статистической квантовой теории. По их мнению, крупные успехи этой теории свидетельствуют о том, что теоретически полное описание некоторой системы может содержать лишь статистические утверждения относительно измеримых величин этой системы. По-видимому, все названные выше физики придерживаются того мнения, что соотношение неопределенностей Гейзенберга (правильность которого, на мой взгляд, с полным основанием считается окончательно доказанной) убедительно свидетельствует в пользу того, что все мыслимые разумные физические теории должны иметь именно тот статистический характер, о котором говорилось выше» (Эйнштейн, 1967b, стр. 295).
Свое мнение патриарх теоретической физики определил однозначно: «Я твердо убежден, что существенно статистический характер современной квантовой теории следует приписать исключительно тому, что эта теория оперирует неполным описанием физических систем» (Эйнштейн, 1967b, стр. 295).
Теперь Альберт Эйнштейн не ставит под сомнение и не пытается с помощью мысленных экспериментов опровергнуть соотношение неопределенностей Гейзенберга. Он считает это соотношение правильным в рамках принятого в квантовой механике формализма. Весь квантово-механический формализм войдет, по его мнению, составной частью в любую разумную теорию.
Основное расхождение между Эйнштейном и большинством его выдающихся коллег, авторов статей юбилейного сборника, состоит в отношении к тому, что он считает высшей целью всей физики: «полному описанию реального состояния произвольной системы (существующего, по предположению, независимо от акта наблюдения или существования наблюдателя. – Прим. А. Эйнштейна)» (Эйнштейн, 1967b, стр. 296).
Квантовая механика не претендует на полное описание отдельной физической системы. Эйнштейн более осторожно формулирует этот тезис так: «Пытаясь рассматривать квантовотеоретическое описание как полное описание отдельных систем, мы приходим к неестественной интерпретации теории» (Эйнштейн, 1967b, стр. 300).
Вот если считать, что квантовая механика описывает не отдельную систему, а целый ансамбль систем, то эта «неестественная интерпретация» становится ненужной. Почему же никто из представителей квантовой механики не согласен с тем, что ее выводы относятся не к конкретной системе, а к их множеству? Ответ, по мнению Эйнштейна, прост: «Дело в том, что если статистическая квантовая теория не ставит перед собой задачи полного описания отдельной системы (и ее развития во времени. – Прим. А. Эйнштейна), то такое описание, очевидно, приходится искать где-то еще» (Эйнштейн, 1967b, стр. 300).
Где именно, Эйнштейн не уточняет, но ясно одно: не в кругу идей квантовой механики. Ибо в нее принципиально не заложены элементы полного описания системы. То есть достичь высшей цели всей физики – полного описания реального состояния произвольной системы – квантовая механика одна не может. И дальше автор теории относительности развивает эту мысль: «В будущей физике (при условии, если попытки построить полное описание физической системы увенчаются успехом. – Прим. А. Эйнштейна) статистическая квантовая теория будет занимать примерно такое же положение, какое занимает статистическая механика в рамках классической механики. Я твердо убежден, что развитие теоретической физики будет происходить именно так, но путь ее будет долгим и трудным» (Эйнштейн, 1967b, стр. 300).
В веере критических «Заметок к статьям» досталось и главному оппоненту юбиляра Нильсу Бору. Отмечая, что неправильно ставить теоретическое описание в непосредственную зависимость от актов эмпирических наблюдений, Эйнштейн пишет: «Тенденцию к подобному подходу можно, например, усмотреть в принципе дополнительности Бора, точную формулировку которого я так и не смог получить, несмотря на все мои усилия» (Эйнштейн, 1967b, стр. 302).
В статьях Макса Борна и Вольфганга Паули о работах юбиляра по физической статистике и квантам Эйнштейн без труда увидел «обвинение, высказанное самым дружественным тоном. Кратко его можно было бы сформулировать так: „Ярая приверженность классической теории“» (Эйнштейн, 1967b, стр. 302).
Не столько оправдываясь, сколько объясняя свою позицию, Эйнштейн называет «классической теорией» еще не созданную единую теорию поля, которая существует пока как программа. В таком случае, говорит юбиляр, его «с полным правом можно назвать непоколебимым сторонником этой программы» (Эйнштейн, 1967b, стр. 303).
В другом месте «Заметок о статьях» Альберт Эйнштейн назвал поиск реальности в физике «своего рода программой» (Эйнштейн, 1967b, стр. 302). Названными программами он руководствовался последние три десятка лет своей жизни.
* * *
После смерти Эйнштейна у многих его коллег сложилось представление, что автор теории относительности, отказывая квантовой механике в полноте, пошел по неверному пути и отдалился от магистрального направления развития физики. Роберт Оппенгеймер назвал последнее тридцатилетие жизни ученого «бесплодным» (Брайен, 2000, стр. 674).
Но с годами всё больше исследователей признают, что великий физик, возможно, был прав. Приведу только два авторитетных мнения. 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. Современная квантовая механика – величайшее достижение, но вряд ли она будет существовать вечно. Мне кажется весьма вероятным, что когда-нибудь в будущем появится улучшенная квантовая механика, в которой мы вернемся к причинности и которая оправдает точку зрения Эйнштейна. Но такой возврат к причинности может стать возможен лишь ценой отказа от какой-нибудь другой фундаментальной идеи, которую сейчас мы безоговорочно принимаем. Если мы собираемся возродить причинность, то нам придется заплатить за это, и сейчас мы можем лишь гадать, какая идея должна быть принесена в жертву. Таковы основные положения, связанные с фундаментальными уравнениями новой механики и с их интерпретацией» (Дирак, 1990, стр. 131).
В 1979 году академик Зельдович в статье, посвященной столетию Эйнштейна, подчеркивал: «На долгом и трудном пути познания природы мы снова и снова находим идеи, восходящие к Эйнштейну» (Зельдович, 1979, стр. 8). Мне думается, что эти слова не устарели и в XXI веке.
Литература
Bohr N. Diskussion mit Einstein über Erkenntnistheoretische Probleme in der Atomphysik. Paul Arthur Schilpp (Hrsg.). Albert Einstein als Philosoph und Naturforscher, S. 115–150. Stuttgart: W. Kohlhammer Verlag, 1951.
Einstein – Besso. Переписка А. Эйнштейна и М. Бессо 1903–1955. У. И. Франкфурт (сост.). Эйнштейновский сборник 1975–1976. М.: Наука, 1978.
Einstein – Born. Albert Einstein – Hedwig und Max Born. Briefwechsel 1916–1955. München: Nymphenburger Verlagshandlung, 1969.
Einstein – phylosofer. Albert Einstein phylosofer-scientist. Ed. by P. A. Schillp. The library of the living phylosofers, v. 7. Illinois: Evanston, 1949.
Heisenberg W. Schritte über Grenzen. Gesammelte Reden und Aufsätze. München: R. Piper & Co. Verlag, 1971.
Hermann A. Die Jahrhundertwissenschaft. Werner Heisenberg und die Physik seiner Zeit. Stuttgart: Deutsche Verlags-Anstalt, 1977.
Kirsten – Treder. 1979. C. Kirsten und H.-J. Treder. Albert Einstein in Berlin. 1913–1933. Berlin: Akademie-Verlag, 1979.
Lewis G. N. The conservation of photons. Nature, 118 (2981). P. 874–875. 1926.
Mehra – Rechenberg – 6. Mehra, Jagdish; Rechenberg, Helmut. The Historical Development of Quantum Theory. Vol.6, Part 1. New York, Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2000.
Бор Н. Дискуссия с Эйнштейном по проблемам теории познания в атомной физике. Избр. науч. труды в 2 тт. Т. II, с. 399–433. М.: Наука, 1971.
Борн М. Статистические теории Эйнштейна. Физика в жизни моего поколения. Сб. статей, с. 172–188. М.: Изд-во ин. лит-ры, 1963.
Брайен Д. Альберт Эйнштейн. Пер. с англ. Е. Г. Гендель. Минск: Попурри, 2000.
Гейзенберг Вернер. Физика и философия. Часть и целое. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1989.
Дирак П. Воспоминания о необычайной эпохе. Сб. статей. Пер. с англ. Н. Я. Смородинской. Под ред. и с посл. Я. А. Смородинского. М.: Наука, 1990.
Зельдович Я. Б. Альберт Эйнштейн, его время и творчество, с. 5–8. Природа. 1979, Т. 3 (763).
Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. Пер. с англ. В.И. и О. И. Мацарских. Под ред. А. А. Логунова. М.: Наука, 1989.
Эйнштейн А. Автобиографические заметки. Собр. науч.трудов в 4 тт. Т. IV, с. 259–293. М.: Наука, 1967a.
Эйнштейн А. Замечание о квантовой теории. Выступление в дискуссии на 5-м Сольвеевском конгрессе. Собр. науч. трудов в 4 тт. Т. III, с. 528–530. М.: Наука, 1966a.
Эйнштейн А. Замечания к статьям. Собр. науч. трудов в 4 тт. Т. IV, с. 294–315. М.: Наука, 1967b.
Эйнштейн А. Квантовая механика и действительность. Собр. науч.трудов в 4 тт. Т. III, с. 612–616. М.: Наука, 1966b.
Эйнштейн – Бессо – 2. Переписка А. Эйнштейна и М. Бессо. 1903–1955. У. И. Франкфурт (сост.). Эйнштейновский сборник. 1977, с. 5–72. М.: Наука, 1980.
Источник: Газета «Троицкий вариант»