Альберт Эйнштейн и Нильс Бор
Элементы сравнительного жизнеописания
Историк науки Евгений Михайлович Беркович готовит к изданию свою третью книгу об Альберте Эйнштейне. Зачем? Ведь и без того уже так много книг и прочих работ об известнейшем учёном опубликовано по всему миру, в том числе и на русском языке. В предисловии к новому изданию автор это объясняет. Для нас же важно, что значительную часть новой книги составляют статьи Евгения Берковича, напечатанные в журнале «Наука и жизнь». В книге они будут называться «заметками». И сейчас мы предлагаем вниманию читателей журнальный вариант «Четырнадцатой заметки» из будущей книги нашего автора.
В истории революций в физике первой половины ХХ века два человека сыграли особенно заметные роли — это Альберт Эйнштейн и Нильс Бор. Их жизненные пути, научные результаты, стили решения научных проблем, философские и религиозные взгляды, социальные темпераменты, политические предпочтения и многое другое тщательно изучены и описаны в многочисленных статьях, монографиях и сборниках. Но весьма редки работы, в которых эти учёные сравниваются по различным критериям.
Конечно, сравнение не сводится к детскому вопросу: «Кто кого переборет — кит или слон?» Речь должна идти о сравнении стилей научного исследования, стратегий и тактик поиска истины. Отмечая сходство и различие этих великих физиков, можно точнее оценить их достижения, лучше понять, как они шли к ним, какие проблемы вставали перед ними на этом пути, почему столь близкие вначале, они в конце жизни отдалились друг от друга.
Альберт Эйнштейн и Нильс Бор в чём-то очень похожи, а в чём-то совершенно разные люди. Вот эти черты сходства и различия мы и рассмотрим.
Роль в науке
Прежде всего нужно сказать, что по общему мнению научного сообщества, да и согласно мировому общественному мнению, Эйнштейн и Бор были величайшими физиками-теоретиками своего времени. Мировая слава пришла к Эйнштейну в 1919 году после успешного экспериментального подтверждения его теории гравитации, созданной в 1915 году. Слава автора современной теории строения Вселенной, который опроверг считавшуюся незыблемой теорию всемирного тяготения Ньютона, сохранилась за Эйнштейном до конца его дней и даже надолго пережила его. Далёкий от физики президент США Дуайт Эйзенхауэр заявил на следующий день после объявления о кончине учёного: «В ХХ веке ни один другой человек не сделал так много для безмерного расширения области познанного. Тем не менее ни один человек не был столь скромен, обладая властью, которой является знание, ни один человек не был столь уверен, что власть без мудрости смертельно опасна»1.
1 Айзексон Уолтер. Альберт Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная. — М.: АСТ, 2016. C. 669. В русском переводе книги Уолтера Айзексона допущена ошибка: цитата приписывается президенту Рузвельту, что невозможно, так как он умер в апреле 1945 года, за десять лет до смерти Эйнштейна.
Очень точно определил роль Эйнштейна для человечества Томас Манн, подружившийся с великим физиком во время их недолгого соседства в Принстоне и переживший его всего на четыре месяца. В заметке, опубликованной в газете «Neue Zürcher Zeitung» 19 апреля 1955 года, лауреат Нобелевской премии по литературе подчеркнул:«Он был тем человеком, который, казалось, мог, опираясь на свой сверхъестественный авторитет, справиться с любой напастью, грозящей человечеству. И если сегодня сообщение о его смерти повсеместно вызывает единодушную скорбь и смятение среди народов различных рас и религий, то в этом проявляется иррациональная вера в то, что он одним своим существованием мог противостоять последней катастрофе»2.
2 Hermann Armin. Einstein. Der Weltweise und sein Jahrhundert. Eine Biographie. — München: R. Piper, 1994. S. 561—562.
Вернер Гейзенберг, создатель квантовой механики — её матричного формализма и великого принципа неопределённости, — откликнулся на смерть создателя теории относительности такими словами: «Эйнштейн имел необыкновенное мужество поставить под сомнение все предпосылки классической физики, и он же обладал духовной силой, чтобы осмыслить, как можно с другими предпосылками привести явления в непротиворечивый порядок»3.
3 Там же. S. 562.
Со стороны могло показаться, что в конце жизни Эйнштейн остался в одиночестве на обочине науки, когда магистральным направлением её развития признавалась квантовая механика, которую автор теории относительности хоть и считал непротиворечивой, но отказывал ей в полноте. И тем не менее Эйнштейна сопровождала такая аура, которая действовала на всех. Абрахам Пайс, на чью биографию Эйнштейна я часто ссылаюсь в статьях и книгах, описывает свои ощущения во время работы научного симпозиума, проходившего в Принстоне 19 марта 1949 года по случаю 70-летнего юбилея автора теории относительности: «Мы уже сидели, когда вошёл Эйнштейн. На мгновение в зале воцарилась полная тишина, а потом все встали, приветствуя его. Думаю, такая реакция была типичной не только для молодёжи. Несколько раз я разговаривал с Эйнштейном в присутствии Паули, отнюдь не страдавшего застенчивостью, но и в его поведении что-то немного менялось. Чувствовалось, насколько он почитает Эйнштейна. Поведение Бора, несмотря на научные разногласия, было примерно таким же»4.
4 Пайс Абрахам. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. — М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1989. С. 14.
Бора тоже современники превозносили чуть ли не до небес. Абрахам Пайс приводит высказывание нобелевского лауреата по физике Перси Бриджмена из гарвардского университета: «Бора почитают почти везде в Европе как научного Бога»5.
5 Pais Abraham. Ich vertraue auf Intuition. Der andere Albert Einstein. Heidelberg; Berlin; Oxford: Spektrum, Akademischer Verlag, 1995. S. 55.
Несмотря на то, что Макс Борн был близким другом Эйнштейна, он всё же признавал, что «влияние Бора на теоретические и экспериментальные исследования наших дней больше, чем любого другого теоретика»6.
6 Там же.
То же самое говорил и Вернер Гейзенберг в некрологе памяти Нильса Бора в 1963 году: «Влияние Бора на физику и физиков нашего столетия было сильнее, чем кого-либо другого, даже Альберта Эйнштейна»7.
7 Там же.
Своим главным вкладом в науку Нильс Бор считал принцип дополнительности, который лежит в основе так называемой копенгагенской интерпретации квантовой механики. У Эйнштейна именно эта интерпретация вызывала наибольшие возражения. Бор верил, что квантовая механика — полная фундаментальная теория, описывающая природу. Существование реальности не было предметом этой теории. Бор утверждал: «Квантового мира нет. Есть только его абстрактное квантово-механическое описание. Неправильно думать, что задача физики выяснить, как устроена природа. Физика решает вопрос о том, что мы можем сказать о природе»8.
8 Пайс Абрахам. Гении науки. — М.: Институт компьютерных исследований, 2002. С. 36.
Эйнштейн же был абсолютно уверен в существовании реальности, не зависящей от наблюдателя. В письме другу Морису Соловину от 1 января 1951 года он писал: «То, что мы называем наукой, преследует одну-единственную цель: установление того, что существует на самом деле»9.
9 Эйнштейн Альберт. Письма к Морису Соловину. Собрание научных трудов в четырёх томах. Том IV, с. 547—575. — М.: Наука, 1967. С. 564—565.
Согласно Нильсу Бору, «чтобы дать определение термину „явление”, необходимо включить в него как объект изучения, так и способ наблюдения»10. Для Эйнштейна реальный объект существует и без наблюдения за ним. Показательный эпизод описывает Абрахам Пайс: «Было это году в пятидесятом. Я провожал Эйнштейна из Института высших исследований домой. Внезапно он остановился, повернулся ко мне и спросил: „А по-вашему, Луна существует, только когда на неё смотришь?”»11.
10 Пайс Абрахам. Гении науки. — М.: Институт компьютерных исследований, 2002. С. 34.
11 Пайс Абрахам. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. — М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1989. С. 11.
Спор между Эйнштейном и Бором о полноте квантовой механики нашёл решение только в наши дни, о чём свидетельствует присуждение Нобелевской премии по физике за 2022 год. Эту тему мы здесь не развиваем, ей посвящена, например, обзорная статья Игоря Салома12. Эта же проблематика обсуждается в книгах Манжита Кумара «Квант» и Адама Беккера «Квантовая революция»13, но без завершающего аккорда в виде присуждения Нобелевской премии за 2022 год14.
12 Салом Игорь. Нобелевская премия 2022 года по физике и конец механистического материализма. Часть 1: Исторический обзор // Идеи и идеалы. 2024. Том 16, № 3, часть 1. С. 195–228.
13 Беккер Адам. Квантовая революция. — М.: БОМБОРА, 2023.
14 Понятов Алексей. Нобелевские премии 2022 года. Квантово-запутанная премия. От невероятного эффекта до технологии // Наука и жизнь. 2022, № 3. С. 18.
Говоря о научном методе, которым пользовались учёные, нужно отметить феноменально развитую интуицию, позволявшую им обоим находить необычные решения в нестандартных ситуациях. Таким необычным решением проблемы фотоэффекта была смелая идея квантов света, выдвинутая Эйнштейном в его знаменитой работе 1905 года. В своё время Ньютон тоже считал свет потоком частиц, корпускул, но явления, подобные интерференции или дифракции световых лучей, убедили физиков, что свет — это волна. А Эйнштейн вернулся к, казалось бы, давно опровергнутой гипотезе Ньютона, что свет — это поток частиц, квантов света, названных потом фотонами. Пайс отмечает: «Никогда ещё предположение о существовании новой частицы не сталкивалось с большим сопротивлением, чем в случае фотона. Никто не противился фотону дольше Бора. Сопротивление прекратилось лишь тогда, когда эксперименты по рассеянию света на электронах (эффект Комптона) доказали правоту Эйнштейна»15.
15 Пайс Абрахам. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. — М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1989. С. 33.
Нильс Бор, в свою очередь, проявил гениальную интуицию, предложив модель атома, противоречащую основным законам классической физики. В «Автобиографических заметках» Альберт Эйнштейн признаётся: «Мне всегда казалось чудом, что этой колеблющейся и полной противоречий основы оказалось достаточно, чтобы позволить Бору — человеку с гениальной интуицией и тонким чутьём — найти главнейшие законы спектральных линий и электронных оболочек атомов, включая их значение для химии. Это кажется мне чудом и теперь. Это — наивысшая музыкальность в области мысли16.
16 Эйнштейн Альберт. Автобиографические заметки. Собрание научных трудов в четырёх томах. Том IV, с. 259—293. — М.: Наука, 1967. С. 275.
Замечательный факт признания таланта коллеги без тени зависти! Эйнштейн восхищался «интуицией и тонким чутьём» Нильса Бора, а тот преклонялся перед теми же качествами автора теории относительности.
Возраст
Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 года. Этот весенний день математики и физики сейчас отмечают не только как день рождения величайшего физика ХХ века, но и как «День числа пи» — в американской системе записи дат (месяц. число) мартовский день 3.14 содержит первые десятичные знаки знаменитого числа, со времён Евклида выражающего отношение длины окружности к диаметру. Поговорка, бытующая на юге Германии, что «жители Ульма — математики», больше ничем, кроме рождения в Ульме Эйнштейна, не подтверждалась, но после этого события её трудно опровергнуть. Впрочем, в Ульме Альберт практически не жил, так как семья вскоре переехала в Мюнхен.
Нильс Бор на шесть с половиной лет моложе Эйнштейна, он родился 7 октября 1885 года. Такая разница в возрасте сильнее ощущается в молодые годы. В 1903 году Бор окончил гимназию и поступил в Копенгагенский университет. Альберт Эйнштейн, тремя годами ранее окончивший цюрихский Политехнический институт, в 1903 году женился на сокурснице Милеве Марич, будучи уже государственным служащим Швейцарии — советником третьего класса Ведомства по охране интеллектуальной собственности, в просторечии называемого Патентным ведомством. Бор женится на Маргрет Норлунд через девять лет — в 1912 году. А ещё через год, в 1913-м, Бор опубликовал статьи о структуре атома, сделавшие его знаменитым. Эйнштейн к этому времени уже автор основополагающих работ по теории относительности, квантовой природе света, броуновскому движению, выполненных в 1905-м, а в 1913 году он становится самым молодым академиком Прусской академии наук и её профессором. Разница в положении в научной иерархии между Эйнштейном и Бором в эти годы огромная. Похвала Эйнштейна гипотезы Бора много значила для молодого датчанина.
Со временем разница в возрасте почти перестала ощущаться, и всю жизнь после их первой встречи в 1920 году учёные разговаривали друг с другом на равных. Оба очень спокойно относились к званиям, чинам и наградам. Судьба отмерила им почти одинаковый жизненный срок — Эйнштейну 76 лет, Бору — 77. Их отцы тоже прожили почти одинаково: Христиан Бор умер в 56 лет, Герман Эйнштейн — в 55.
Происхождение Альберта Эйнштейна
Дом под номером 135 по Банхофштрассе, в котором родился Альберт Эйнштейн, был разрушен в 1944 году во время воздушного налёта на Ульм, но по сохранившейся фотографии видно, что в нём жили обеспеченные, но не очень богатые люди. Семья Германа и Паулины Эйнштейн только недавно стала относиться к среднему классу немецких граждан. Фамилия Эйнштейн была сравнительно широко распространена на юге Германии, особенно в королевствах Вюртемберг и Бавария. Точных данных о предках Альберта Эйнштейна с отцовской стороны старше прадеда нет. Прадед Руперт Эйнштейн был женат на Ребекке Обернауэр, оба их сына имели отношение к биографии Альберта: младший Абрахам Руперт стал дедом Альберта, а старший Рафаэль — дедом Эльзы Эйнштейн, второй жены Альберта.
Абрахам Руперт Эйнштейн умер в возрасте 60 лет в 1868 году, ещё до рождения Альберта. Он жил в маленьком швабском городке Бад Бухау на берегу озера Федер. Абрахам считался в своём окружении мудрецом и пользовался большим уважением17. Свою бабушку с отцовской стороны, Хелену Моос, Альберт вряд ли хорошо запомнил, она умерла, когда ему исполнилось восемь лет.
17 The Collected Papers of Albert Einstein. Vol. 1. The Early Years, 1879—1902. John Stachel (editor). Princeton: Princeton University Press, 1987. P. xlix.
Деда с материнской стороны звали Юлиус Дёрцбахер, в зрелом возрасте он поменял фамилию на Кох. Его Альберт мог помнить, он умер в 1895 году, когда Эйнштейну исполнилось шестнадцать лет. Родом Юлиус был из маленького городка Ебенхаузен, входящего сейчас в состав города Гёппинген в сорока километрах от Штутгарта (современная земля Баден-Вюртемберг). Поначалу Юлиус работал пекарем в родном городке, потом с братом Генрихом перебрался в пригород Штутгарта Канштатт, где они занялись торговлей зерном, на чём изрядно разбогатели. Интересно, что оба брата с семьями жили в одном доме и их жёны по очереди, меняясь каждую неделю, вели объединённое хозяйство на общей кухне. Душой этого странного дома была бабушка Альберта по материнской линии Йетте Бернхаймер, которая умела юмором гасить нередкие вспышки гнева своего вспыльчивого мужа.