Шаги за горизонт

Так мое первоначальное желание изучать математику незаметно отклонилось в направлении теоретической физики, с проблемами которой я был тогда едва знаком. На мою долю выпала большая удача в начале учебы попасть к выдающемуся учителю, Арнольду Зоммерфельду, в Мюнхене; и тот факт, что Зоммерфельд с энтузиазмом защищал теорию относительности и вдобавок поддерживал личные контакты с Эйнштейном, создавало наилучшие предпосылки для моего посвящения во все детали нового раздела науки. Нередко Зоммерфельд на семинаре зачитывал письма, незадолго до того полученные им от Эйнштейна, и приглашал весь семинар участвовать в их осмыслении и интерпретации. И поныне мне приятно вспомнить эти дискуссии, а из рассказов Зоммерфельда у меня возникало ощущение, будто я и сам лично уже знаком с Эйнштейном, хотя никогда его не видел. Прежде чем вспомнить о первой, правда неудачной, попытке лично познакомиться с Эйнштейном, следует упомянуть еще об одной области науки, которая привлекла меня тогда и в которой имя Эйнштейна также играло видную роль.

Основным интересом моего учителя Зоммерфельда и предметом его личной исследовательской работы была атомная теория, та форма квантовой теории и те представления об атоме, используя которые Нильс Бор сделал в 1913 году решающий шаг в современную атомную физику. Лекции и семинары Зоммерфельда по этому предмету я посещал с первых дней своей учебы, хотя подготовки мне еще заведомо не хватало. Но очарование, исходившее от горячего интереса Зоммерфельда к названным темам, компенсировало многие разочарования, которые возникали, когда мои усилия понять их оставались безрезультатными. В этой связи речь часто заходила об эйнштейновской гипотезе световых квантов, и мне следует пояснить, в чем была суть дела. В зоммерфельдовском курсе лекций мы сначала изучали общепринятую со времен Максвелла традиционную точку зрения, согласно которой свет можно понимать как электромагнитное волновое движение, отличающееся от радиоволн, с одной стороны, и от рентгеновских лучей — с другой, только длиной волны. Наоборот, Эйнштейн в соответствии с квантовой теорией Планка и на основе известных экспериментов по фотоэлектрическому эффекту разработал гипотезу, согласно которой свет состоит из очень маленьких квантов энергии, световых квантов и, следовательно, его можно сравнить с градом множества маленьких снарядов[21]. Эти подходы так радикально различались, что я никак не мог понять уверения Зоммерфельда, будто оба представления обладают определенной долей истинности. Эйнштейн вновь выступил с тезисом, ставившим под вопрос фундаментальнейшие положения прежней физики; однако на этот раз доказательство того, что новая точка зрения не ведет к внутренним противоречиям, уже отсутствовало. Явления интерференции, столь часто наблюдаемые и хорошо изученные, находились в очевидном и непреодолимом противоречии с гипотезой световых квантов. Впрочем, в атомной физике было еще больше таких неразрешимых противоречий. Согласно Бору, атом состоял из относительно тяжелого атомного ядра, которое окружено электронами, как Солнце — вращающимися планетами. К такой планетной системе естественно было приложить те же математические законы, что и в астрономии, а именно законы ньютоновской механики. Но одновременно утверждалось, что могут существовать лишь строго определенные траектории электронов, определяемые квантовыми условиями. Подобное утверждение находилось в противоречии с ньютоновской механикой, так как, согласно последней, в результате внешнего возмущения ничто не мешает возникнуть орбите, недопустимой с квантово-теоретической точки зрения. В действительности же все указывало на то, что электрон, например, под влиянием внешнего светового излучения скачком переходит с одной квантовой орбиты на другую. Здесь-то и выступал Эйнштейн со своей гипотезой световых квантов; он назвал процесс испускания или поглощения света статистическим событием, при котором атом с определенной вероятностью выбрасывает или поглощает квант света. Вероятности этих процессов определялись посредством так называемых вероятностей переходов, и в знаменитой работе 1918 года Эйнштейну удалось, исходя из своих представлений, вывести планковский закон теплового излучения.