Эта теория Эйнштейна получила название «самого революционного» закона из всех, открытых физиками XX века. Квант в 1900 году ввел в физику Макс Планк, но лишь как вспомогательную математическую величину, которую он в конце жизни хотел исключить из законов природы. Эйнштейн придал концепции Планка физическое значение. Он установил, что кванты существуют не только в теории, но и в действительности, и это понимание далось ему нелегко. «Словно земля уходила из-под ног, и казалось, нигде нет твердой почвы, на которую можно было бы опереться», – признался однажды Эйнштейн. Он понимал, что его теория о квантах света означает конец классической физики. Прошли десятилетия, прежде чем ее заменила квантовая физика, с которой ученый так и смог примириться.
В истории физики различают квантовую теорию и квантовую механику. Под квантовой теорией подразумевают усилия по расширению созданной во времена Ньютона классической физики, чтобы освободить место для квантовых скачков Планка и Эйнштейна. Как и ее классическая предшественница, квантовая теория хотела оперировать измеримыми величинами (импульс, энергия), а ее уравнения должны были определять естественные процессы. Однако в середине 1920-х годов эта программа провалилась, и в умах некоторых физиков родилась совершенно новая теория – квантовая механика. Она оперировала странными математическими величинами, которые невозможно измерить, а ее законы носили не детерминистический, а статистический характер. Как выяснилось в последующие годы, квантовая механика с максимальной точностью объясняла все атомные процессы. Но именно она-то и не была нужна Эйнштейну.
Он не оспаривал достоинства квантовой механики, но предполагал и надеялся, что когда-нибудь появится еще более общая теория, которая оперировала бы доселе скрытыми параметрами и показала – то, что в настоящее время доступно пониманию лишь статистическим путем и подвержено случайностям, все же может быть определено на основе причинных связей. Свое отрицание квантовой механики Эйнштейн отразил в известном изречении «Бог не играет в кости», используемом им прежде всего в спорах с датским физиком Нильсом Бором, о которых последний писал в сочинении «Дискуссии с Эйнштейном о проблемах теории познания в области атомной физики».
Дебаты, длившиеся более двух десятилетий, касались, в числе прочего, странной роли, которую играли наблюдатели в новой физике. В квантовой механике электрон приобретает свои свойства только в результате измерения. С его помощью определяется то, что раньше определить было невозможно. В то время как Бор, рассуждая об этой неопределенности физической реальности, поместил ее в некую философскую структуру (под названием «дополнительность»), для Эйнштейна мысль о том, что природу невозможно определить, была невыносима. Он придумывал один мысленный эксперимент за другим, дабы показать, что неопределенность приводит к ошибкам, но Бору удавалось разоблачить все его попытки как несостоятельные.
Упорство, с которым Эйнштейн занимался этой проблемой, наводит на мысль, что в ходе дебатов двух великих ученых речь шла не просто о понимании действительности – их темой был Бог в контексте новой физики, знавшей огромную Вселенную так же хорошо, как и мельчайшие атомы. Фактически упорное утверждение Эйнштейна «Бог не играет в кости» является последним словом в диалоге, на которое Бор дал еще и ответ. Во-первых, как он считал, никто, даже сам Эйнштейн, не может давать Богу указания, как обращаться с миром. Во-вторых, точно так же никто не знает, что значит выражение «играть в кости», если его употребить в связи с Богом.
Эйнштейн для школы
К общепринятым в обществе заблуждениям, касающимся науки, относится убежденность в том, что она непонятна, особенно если содержит оригинальные мысли. Однако Эйнштейн и здесь позаботился о сюрпризе. В 1926 году, когда квантовая механика приобрела современную форму, он думал совсем об ином, а именно о «причине образования извилин в руслах рек», что и было отражено в томе «Мое мировоззрение» перед статьей «О научной истине».
Если для школьных уроков понадобится текст, призванный пробудить у школьниц и школьников любопытство как к наблюдению за явлениями дома и в природе, так и к их простому объяснению, то это именно то, что нужно. Свое исследование Эйнштейн начинает с двух известных фактов: водные потоки стремятся «приобретать извилистую форму, вместо того чтобы следовать линии максимального уклона местности», а реки Северного полушария стараются размывать берег «преимущественно с правой стороны».
Он констатирует, что прежние объяснения специалистов слишком поверхностны, и рекомендует взяться за решение этой непростой задачи, проведя маленький эксперимент, повторить который может каждый. «Представим себе, – говорит Эйнштейн, – чашку с плоским дном, полную чая. На дне – несколько чаинок», с которыми сейчас произойдет следующее: «Если размешивать жидкость ложкой круговыми движениями, то вскоре в центре дна чашки соберутся чаинки». При этом говорят о «феномене чайной чашки». Эйнштейн разъясняет причину такого явления, чтобы затем объяснить причину образования извилин реки.
Его формулировки точны, выразительны и понятны. Так он открыл путь, придерживаясь которого общество может прийти к науке. Но наивный Эйнштейн не понимал, что человечество совсем не жаждало идти по этому пути, и считал, что «должно быть стыдно» всем тем, «кто бездумно пользуется чудесами науки и техники, разбираясь в них не более, чем корова в растениях, которые она с удовольствием поедает».
Александр Флеминг открыл пенициллин
При проведении викторин все еще любят задавать вопрос о том, кто открыл пенициллин: ну, конечно же, Александр Флеминг (1881–1955), шотландский бактериолог, который работал в Лондоне в 1920-х годах и там действительно получил заказ найти «волшебные пули», как тогда говорили. При помощи этих гипотетических «волшебных пуль» ученые, врачи надеялись уничтожить очаги инфекций в организме человека. Мысли о таких лекарствах, которые мы сегодня называем антибиотиками, возникли в начале XX века, и Флеминг попытал счастья традиционным способом, сначала выращивая болезнетворные бактерии (стафилококки) в чашках Петри (глубокие блюдца, заполненные соответствующими питательными веществами), а затем нанося на них по каплям различные вещества, надеясь обнаружить их бактерицидное воздействие. Слово «удача» имело для Флеминга особое значение. Фортуна помогла ему как минимум дважды. В январе 1919 году он простудился, а когда рассматривал свои чашки, посеял на колонию бактерий слизь из собственного носа, и – к величайшему изумлению исследователя – эта мутная жидкость уничтожила все, чего она коснулась. По-видимому, как справедливо рассуждал Флеминг, в слизистом секрете (мокроте) из его носа было нечто, способное уничтожать бактерии, т. е. оказывающее антибактериальное воздействие, которое можно использовать в качестве лекарства. Активное вещество, присутствовавшее в выделениях из носа Флеминга (которое содержится и в слезах), называется лизоцимом. Этот эпизод приводится здесь в качестве подготовки к истории о пенициллине, когда, вероятно, фортуна второй раз вмешалась в работу Флеминга. Впоследствии он распространил следующую легенду. В сентябре 1928 года Флеминг вернулся из краткосрочного отпуска и решил навести порядок в своей лаборатории, т. е. выбросить старые чашки, в которых за время его отсутствия поселилась всякая всячина. В таких случаях бактериологи говорят о контаминациях (заражениях), обусловленных самыми разнообразными микроорганизмами, которые содержатся в воздухе и могут оккупировать среды, содержащие достаточное количество питательных веществ.
