Наука и жизньНаука

Эпизод одиннадцатый: пятый Сольвеевский конгресс

Эпизоды «Революции вундеркиндов»

Кандидат физико-математических наук, доктор естествознания (Германия) Евгений Беркович.

Электроны и фотоны

Пятому Сольвеевскому конгрессу, состоявшемуся в Брюсселе в 1927 году, многие учёные придавали особое значение. Во-первых, он должен был прекратить бессмысленное и вредное для науки противостояние американских, английских, французских и бельгийских физиков, с одной стороны, и их немецких и австрийских коллег, с другой. Напряжение возникло в годы Первой мировой войны и не прекратилось с её окончанием. Отсутствие творческих контактов, совместного обсуждения актуальных проблем мешало работе, сдерживало научный прогресс. Во-вторых, со времён первого Сольвеевского конгресса 1911 года сохранялась надежда, что «мозговой штурм» в коллективе выдающихся учёных приведёт к новому прорыву, прояснит то, что ещё не до конца понятно.

Идея Сольвеевских конгрессов родилась благодаря счастливой встрече в 1910 году немецкого физика и химика Вальтера Нернста, профессора Берлинского университета и члена Прусской академии наук, с бельгийским промышленником и меценатом Эрнестом Сольве, разбогатевшим на разработанном им новом способе получения соды из поваренной соли. Своё состояние Сольве щедро тратил на благотворительность. Так, в 1894 году он создал при Свободном университете Брюсселя Институт социальных наук, а в 1903 году там же — Школу бизнеса Сольве. Эрнеста интересовали и чисто теоретические вопросы структуры материи, в том числе проблемы гравитации и электромагнетизма. Нернст и Сольве случайно встретились в доме бельгийского физика и изобретателя Роберта Гольдшмидта. В завязавшемся разговоре Сольве упомянул о своём увлечении физикой и о подготовленной статье о гравитации, которую хотел бы показать выдающимся учёным. Тогда-то в голове Нернста и родилась идея, используя желание и возможности Сольве, организовать международную научную конференцию, посвящённую темам, волновавшим умы физиков того времени: теории излучения и квантам. Несмотря на то, что пять лет назад Альберт Эйнштейн объяснил явление фотоэффекта, используя понятие светового кванта, большинство физиков не были уверены в реальности этой поначалу умозрительной конструкции, предложенной Максом Планком в 1900 году.

Вальтер Нернст поделился с Планком идеей международной конференции и встретил полное её одобрение. Планк согласился участвовать в подготовке и проведении первого Сольвеевского конгресса по физике, как стали называть эту встречу. Нернст и Планк обсудили состав участников. По их общему мнению, в конференции должны участвовать учёные, не только имевшие большие заслуги в прошлом, но и способные предложить и оценить новые физические идеи.

После согласования всех деталей было решено провести первый Сольвеевский конгресс в Брюсселе с 30 октября по 3 ноября 1911 года. Президентом Конгресса был назначен Хендрик Лоренц (Голландия). От Германии в работе Конгресса участвовали Нернст, Планк, Рубенс, Зоммерфельд, Варбург, Вин. От Англии пригласили двух участников: Джинса и Резерфорда. От Франции в работе конгресса участвовало пятеро учёных: Склодовская-Кюри, Бриллюэн, Перрен, Пуанкаре, Ланжевен. От Австро-Венгрии — Эйнштейн и Хазенёрль (Эйнштейн был в это время профессором в Праге, входившей в состав Австро-Венгрии). От Голландии и Дании — по одному участнику, соответственно Камерлинг-Оннес и Кнудсен. Кроме того, работу Конгресса поддерживали три секретаря: Гольдшмидт (Брюссель), Морис де Бройль (Париж) и Линдеманн (Берлин). Заседания проходили в роскошном отеле «Метрополь» в центре бельгийской столицы.

По единодушному мнению участников встречи в Брюсселе, обмен мнениями по актуальным проблемам физики был весьма полезным. Удачным оказался выбор президента конгресса — Хендрика Лоренца, ведшего заседания, по словам Эйнштейна, «с несравненным тактом и невероятной виртуозностью». Лоренц свободно владел всеми тремя официальными языками конгресса (французским, немецким и английским) и был энциклопедически образованным человеком. Немалую роль сыграла, конечно, и щедрость мецената. В письме Эрнесту Сольве, написанном 22 ноября 1911 года после возвращения из Брюсселя в Прагу, Эйнштейн благодарил организатора конференции: «Искреннее спасибо Вам за исключительно прекрасную неделю, которую Вы нам обеспечили в Брюсселе, и не в последнюю очередь благодаря Вашему гостеприимству. Сольвеевский конгресс навсегда останется одним из самых прекрасных воспоминаний моей жизни»¹.

Труды первого Сольвеевского конгресса усилиями Мориса де Бройля и Поля Ланжевена были изданы в начале следующего года. Именно эти работы побудили младшего брата Мориса Луи де Бройля заняться физикой, что привело к эпохальному открытию волн материи.

Воодушевлённый успехом первого конгресса, Эрнест Сольве по совету Лоренца создал 1 мая 1912 года специальный фонд, названный «Международным Сольвеевским институтом физики», для организации по крайней мере в течение следующих тридцати лет новых научных встреч. Фондом руководили два комитета: Административный и Международный научный. В состав Административного комитета входили три бельгийца: сам Эрнест Сольве или лицо, им назначенное, и два члена, назначаемые соответственно королём Бельгии и Свободным университетом Брюсселя. Международный научный сольвеевский комитет состоял из девяти постоянных членов, к которым по необходимости могли бы добавляться «экстраординарные» участники. На момент создания фонда в Международный научный сольвеевский комитет входили Хендрик Антон Лоренц (президент), Мари Склодовская-Кюри, Марсель Бриллюэн, Роберт Гольдшмидт, Хейке КамерлингОннес, Мартин Кнудсен, Вальтер Нернст, Эрнест Резерфорд и Эмиль Варбург. По воле Сольве все будущие конгрессы по физике должны проходить тоже в Брюсселе.

Второй Сольвеевский конгресс состоялся в 1913 году и был посвящён теме «Структура материи». Темой третьего конгресса выбрали «Атомы и электроны», но провести его помешала Первая мировая война, и состоялся он лишь в 1921 году. Тогда же было решено проводить встречи каждые три года.

Два послевоенных Сольвеевских конгресса проходили без участия немецких и австрийских учёных — им был объявлен международный бойкот. Научное сообщество не забыло манифест девяноста трёх выдающихся немецких интеллектуалов, озаглавленный «Призыв к культурному миру» («Aufruf an die Kulturwelt»). Он был опубликован 4 октября 1914 года после того, как немецкие войска нарушили нейтралитет Бельгии и оккупировали эту маленькую страну, объявившую о своём неучастии в войне. Среди подписавших манифест насчитывалось 58 профессоров, из них 22 — по естествознанию и медицине. Под обращением поставили свои подписи Макс Планк, Пауль Эрлих, Конрад Рентген, Альберт Найссер, Фриц Габер, Вальтер Нернст, Филипп Ленард... Отказались присоединиться к воинственным патриотам Давид Гильберт и Альберт Эйнштейн.

Каждый абзац в манифесте начинался со слова «неправда»: «Неправда, что Германия повинна в этой войне» и т. д. Патриотический угар был так силён, что некоторые подписывали текст, не читая. Через несколько лет многие выражали сожаление, что участвовали в том протесте. Планк уже в 1916 году написал открытое письмо, в котором отказывался безоговорочно поддерживать действия немецких военных.

Вместо понимания манифест вызвал бурю протестов в странах, воюющих против Германии и её союзников. Послевоенный бойкот затронул различные науки. Например, организаторы международных математических конгрессов в Страсбурге (1920) и в Торонто (1924) не пригласили ни одного математика из Германии. То же произошло с Сольвеевскими конгрессами 1921 и 1924 годов. Потребовалась настойчивая и терпеливая разъяснительная работа Эйнштейна, Гильберта, Планка, Лоренца и других выдающихся учёных, чтобы бойкот был в конце концов отменён.

В начале 1926 года вновь собрался Международный сольвеевский научный комитет, в состав которого тогда входили Хендрик Антон Лоренц (президент), Уильям Генри Брэгг, Мари Склодовская-Кюри, Альберт Эйнштейн, Шарль Гюи, Мартин Кнудсен (секретарь), Поль Ланжевен, Оуэн Уилланс Ричардсон, Эдмонд ван Обель. По мнению комитета, центром внимания очередного Сольвеевского конгресса должна стать квантовая механика, родившаяся через год после проведения предыдущей встречи 1924 года. Эта тема однозначно предполагала снятие бойкота немецкоговорящих учёных, ибо основные результаты по ней получены физиками из Германии и Австрии.

Выбор темы «Электроны и фотоны» для пятого Сольвеевского конгресса отражал интерес Международного научного комитета к той же проблеме, над которой бились Гейзенберг и Бор, когда в течение долгих месяцев разбирались в противоречиях корпускулярно-волнового дуализма. 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»². Научные доклады, отбираемые Сольвеевским комитетом для конференции, должны были показать различные подходы учёных к взаимоотношениям волн и частиц в микромире.

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“»³.

Откликаясь на другую просьбу Лоренца, Эйнштейн назвал ещё несколько докладчиков. Прежде всего, он упомянул Эрвина Шрёдингера, чьё видение современной атомной физики соответствовало эйнштейновским вкусам: «Шрёдингеровская версия квантовой теории производит на меня сильное впечатление, она мне кажется частью правды, хотя значение волн в n-мерных q-пространствах остаётся довольно тёмным»⁴.

Следующих докладчиков Эйнштейн предлагал выбрать из группы физиков другого направления — Гейзенберга, Франка, Борна, Паули, — и отметил, что выбор этот весьма нелёгок: «Если я должен решать, не принимая во внимание личности, а только руководствуясь степенью оригинальности и той пользой, которую получит конференция, я, вероятно, выбрал бы Гейзенберга и Франка, так как два других [т.е. Борн и Паули] не могут показать открытий такой важности. Если нужно ограничиться только теоретиками, то я бы выбрал Гейзенберга и Борна, так как было бы нечестно поставить Паули выше Борна. Всё же в таком выборе есть что-то жестокое, но этого уже не изменишь»⁵.

Сам автор теории относительности живо интересовался успехами квантовой механики, вёл активную переписку с Максом Борном, Вернером Гейзенбергом и Эрвином Шрёдингером, но собственных работ, развивающих подходы указанных авторов, не публиковал. Его отношение к матричной механике менялось очень быстро. Эйнштейн одним из первых заметил результат Гейзенберга и уже 20 сентября 1925 года писал Паулю Эренфесту: «Гейзенберг снёс большое квантовое яйцо»⁶.

А 25 декабря того же года в письме старому другу Мишелю Бессо Эйнштейн высказывался о новой науке 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»⁷.

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 пришёл, 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»⁸.

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 учёных, интересующихся теорией, и мы, толстокожие тугодумы, вместо унылого смирения ощущаем теперь редкое для нас волнение»⁹.

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»¹⁰.

В письме от 4 декабря 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 даёт многое, но вряд ли она приближает нас к разгадке тайны Всевышнего. Во всяком случае, я убеждён, что Он не играет в кости»