Самая большая ошибка Эйнштейна

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».