Манжит Кумар - Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности

• Название: Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности
• Автор: Манжит Кумар
• Жанр: Физика

     Однажды, когда Чарли Чаплина и Альберта Эйнштейна окружила восторженная толпа, Чаплин заметил: “Меня приветствуют потому, что меня понимают все, а вас — потому, что не понимает никто”. С тех пор наука стала еще менее доступной пониманию публики. Английский журналист рассказывает о проблемах, занимавших физиков первой половины XX века, искусно соединяя описание человеческих черт “небожителей” — авторов квантовой теории — с рассказом о трудной, но веселой науке, которую они творили. Что получилось? Биография идеи, которая читается как триллер. Путеводитель по парадоксальному миру. Научно-популярная книга, которая сбивает с толку и дает почувствовать себя почти гением.

---

Последние тридцать лет жизни Эйнштейна, критиковавшего копенгагенскую интерпретацию и пытавшегося усмирить квантового демона, считали маргиналом. Теперь Эйнштейн частично реабилитирован. Его поединок с Бором не имел ничего общего с борьбой за уравнения и решения, полученные с помощью аппарата квантовой механики. Что означает квантовая механика? Что она говорит о природе реальности? Этих людей разделяли ответы на подобные вопросы. Эйнштейн никогда не предлагал собственную интерпретацию. Он не пытался облечь свои философские взгляды в форму физической теории. Вместо этого, основываясь на вере в независящую от наблюдателя реальность, он пытался дать оценку квантовой механике и построить такую теорию, которая удовлетворяла бы его самого.

Еще в декабре 1900 года классическая физика отводила каждому явлению определенную ячейку, и почти все ей удалось расставить по местам. Затем Макс Планк неожиданно столкнулся с квантом, и физики все еще стараются свыкнуться с ним. Эйнштейн говорил, что пятьдесят долгих лет “мозгового штурма” ни на шаг не приблизили его к пониманию того, что такое квант39. Он продолжал свои попытки до конца, находя утешение в словах Готхольда Эфраима Лессинга: “Поиск истины значительно ценнее обладания ею”40.

Краткая история квантовой физики

1858 23 апреля. В Киле (Германия) родился Макс Планк.

1871 30 августа. В Брайтуотере (Новая Зеландия) родился Эрнест Резерфорд.

1879 14 марта. В Ульме (Германия) родился Альберт Эйнштейн.

1882 11 декабря. В Бреслау (Германия) родился Макс Борн.

1885 7 октября. В Копенгагене (Дания) родился Нильс Бор.

1887 12 августа. В Вене (Австрия) родился Эрвин Шредингер.

1892 15 августа. В Дьеппе (Франция) родился Луи де Бройль.

1893 Февраль. Вильгельм Вин открыл закон смещения для излучения абсолютно черного тела.

1895 Ноябрь. Вильгельм Рентген открыл X-лучи.

1896 Март. Анри Беккерель обнаружил, что урановые соединения испускают неизвестное излучение, названное им “урановыми лучами”.

Июнь. Вин публикует согласующуюся с доступными экспериментальными данными формулу для распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела (закон Вина).

1897 Апрель. Джозеф Джон Томсон объявляет об открытии электрона.

1900 25 апреля. В Вене (Австрия) родился Вольфганг Паули.

Июль. Эйнштейн оканчивает Политехникум в Цюрихе.

Сентябрь. Достоверно подтверждено нарушение закона распределения Вина в далекой инфракрасной области спектра излучения абсолютно черного тела.

Октябрь. На заседании Немецкого физического общества в Берлине Планк сообщает, что им получен закон излучения абсолютно черного тела.

14 декабря. В докладе на заседании Немецкого физического общества Планк приводит вывод формулы для излучения абсолютно черного тела. Практически никто не обращает внимания на введенный квант энергии. В лучшем случае его воспринимают как трюк теоретика, от которого потом можно будет отказаться.

1901 5 декабря. В Вюрцбурге (Германия) родился Вернер Гейзенберг.

1902 Июнь. Эйнштейн поступает на работу в патентное бюро в Берне (Швейцария) и становится техническим экспертом III класса.

8 августа. В Бристоле (Великобритания) родился Поль Дирак.

1905 Июнь. В журнале “Аннален дер физик” опубликована статья Эйнштейна, где вводятся кванты света и дано объяснение фотоэффекта.

Июль. В журнале “Аннален дер физик” опубликована статья Эйнштейна с объяснением броуновского движения.

Сентябрь. В журнале “Аннален дер физик” опубликована статья Эйнштейна “Об основных электродинамических уравнениях для движущихся тел”, где изложены основные положения специальной теории относительности.

1906 Январь. Эйнштейн с третьей попытки защищает в университете Цюриха диссертацию на соискание степени доктора философии. Диссертация называется “Новое определение размера молекул”.

Апрель. Эйнштейн, работающий в патентном бюро, получает повышение и становится техническим экспертом II класса.

Сентябрь. Людвиг Больцман в Италии, вблизи Триеста, кончает жизнь самоубийством.

Декабрь. В журнале “Аннален дер физик" опубликована статья Эйнштейна о квантовой теории теплоемкости.

1907 Май. Резерфорд становится профессором физики в университете в Манчестере.

1908 Февраль. Эйнштейн становится приват-доцентом университета в Берне.

1909 Май. Эйнштейн назначен на должность экстраординарного профессора теоретической физики в университете Цюриха. Контракт действует до октября следующего года.

Сентябрь. Эйнштейн выступает как приглашенный докладчик на годичном собрании Общества немецких естествоиспытателей и врачей в Зальцбурге (Австрия). Он заявляет, что “следующей ступенью в развитии теоретической физики будет построение теории света, которую можно представить себе как некий синтез волновой теории и теории испускания света”.

Декабрь. Бор получает степень магистра в университете Копенгагена.

1911 Январь. Эйнштейн становится ординарным профессором Немецкого университета в Праге.

Март. Резерфорд на конференции в Манчестере сообщает об открытии атомного ядра.

Май. В университете Копенгагена Бор защищает диссертацию по электронной теории металлов.

Сентябрь. Бор приезжает в Кембриджский университет и поступает в аспирантуру к Джозефу Джону Томсону.

30 октября — 4 ноября. I Сольвеевский конгресс (Брюссель). Среди приглашенных: Эйнштейн, Планк, Мария Кюри и Резерфорд.

1912 Январь. Эйнштейн получает должность профессора теоретической физики Высшей технической школы в Цюрихе, где он прежде учился.

Март. Бор уезжает из Кембриджа и приступает к работе в лаборатории Резерфорда в университете Манчестера.

Сентябрь. Бор становится приват-доцентом и ассистентом профессора физики в Копенгагенском университете.

1913 Февраль. Бор впервые слышит о серии Бальмера — линиях излучения в спектре водорода, послуживших путеводной нитью при построении квантовой модели атома.

Июль. В журнале “Философикал мэгэзин” опубликована первая из трех статей Бора о квантовой теории атома водорода. Планк и Вальтер Нернст едут в Цюрих, чтобы пригласить Эйнштейна в Берлин. Он соглашается.

Сентябрь. В Бирмингеме Бор представляет новую теорию квантового атома.

1914 Апрель. Эксперимент Франка и Герца подтверждает постулаты Бора: наличие квантовых скачков и уровней энергии атомов. Бомбардируя пары ртути электронами и измеряя частоты испускаемого излучения, они показали, что эти частоты соответствуют переходам между разными энергетическими уровнями. Эйнштейн приезжает в Берлин и становится одновременно действительным членом Прусской академии наук и профессором Берлинского университета.

Август. Начало Первой мировой войны.

Октябрь. Бор возвращается к работе в университете Манчестера. Планк и Рентген подписывают “Манифест девяноста трех”.

1915 Ноябрь. Эйнштейн заканчивает общую теорию относительности.

1916 Январь. Арнольд Зоммерфельд предлагает теорию, объясняющую тонкую структуру спектральных линий водорода, и вводит второе квантовое число, заменив круговые орбиты Бора эллиптическими.

Май. Бор становится профессором теоретической физики в Копенгагенском университете.

Июль. Эйнштейн возвращается к работе над квантовой теорией и открывает явления спонтанной и вынужденной эмиссии фотона из атома. Зоммерфельд добавляет магнитное квантовое число в исходную модель атома Бора.

1918 Сентябрь. Паули оставляет Вену, чтобы учиться в Мюнхенском университете у Зоммерфельда.

Ноябрь. Окончание Первой мировой войны.

1919 Ноябрь. Планку присуждена Нобелевская премия по физике за 1918 год. На общем собрании Королевского общества и Королевского астрономического общества официально объявлено, что предсказанное Эйнштейном отклонение светового луча гравитационным полем подтверждено измерениями во время солнечного затмения, выполненными двумя английскими экспедициями в мае. В мгновение ока Эйнштейн становится мировой знаменитостью.

1920 Март. Зоммерфельд ввел третье квантовое число.

Апрель. Бор приезжает в Берлин и впервые встречается с Планком и Эйнштейном.

Август. В Берлине прошел митинг против теории относительности. Эйнштейн впервые приезжает к Бору в Копенгаген.