Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)

Важное значение имеет предисловие Эйнштейна к предпринятому Германом Дильсом изданию знаменитого материалистического трактата в стихах "О природе вещей" Лукреция. Эйнштейн высоко оценил гносеологическое и этическое значения материалистических воззрений римского поэта-философа. Он отметил стремление Лукреция освободить людей от рабского страха, который порождался религией и суевериями и использовался церковниками для своих целей.

Второй большой комплекс исследований, с которыми Эйнштейн вступал в научную жизнь, непосредственно связан с квантовой гипотезой Планка " основывается на ней. К этому времени прошло уже почти пять лет с момента открытия элементарного кванта действия, однако физики почти не уделяли ему внимания и не оценили этого открытия или не сделали выводов из него.

Планк относил свою квантовую формулу только к рассматриваемым им законам теплового излучения "черного тела". Эйнштейн предположил, что здесь речь идет о естественной закономерности всеобщего характера. В элементарном кванте действия h Эйнштейн видел свойство света. Не оглядываясь на господствующие в оптике взгляды, он применил гипотезу Планка к свету, придя к выводу, что следует признать корпускулярную структуру света.

Квантовая теория света, или фотонная теория Эйнштейна, утверждала, что свет есть постоянно распространяющееся в мировом пространстве волновое явление, что вместе с тем световая энергия, чтобы быть физически действенной, концентрируется лишь в определенных местах, по образному выражению Эйнштейна, как бы в форме "горошин".

Поэтому свет имеет прерывную, "горошинообразную" структуру. Он может рассматриваться как поток самостоятельно существующих и самостоятельно действующих неделимых энергетических зерен, световых квантов, или фотонов. Их энергия определяется элементарным квантом действия Планка и соответствующим числом колебаний. Свет различной окраски состоит из световых квантов различной энергии, то есть, если говорить образно, световых "горошин" различной величины и массы.

Эта теория Эйнштейна, развитая им с наглядностью, напоминающей о Фарадее, была с точки зрения философии антитезой взглядам на оптику Гюйгенса и Френеля. В результате стал возможным блестящий диалектический синтез волновой теории света и корпускулярной теории света Ньютона на новой, более высокой ступени естественнонаучного познания.

Эйнштейновское представление о световых квантах помогло понять и наглядно представить - по аналогии с разрывом снаряда - законы фотоэффекта, который впервые наблюдал Герц и который подробнее исследовали Галлвакс и Ленард. Поскольку коротковолновый, ультрафиолетовый свет состоит из богатых энергией световых квантов - образно говоря, из больших и тяжелых световых горошин, - то электроны, вырванные из поверхности металла под воздействием этих световых квантов, должны двигаться с гораздо большей скоростью, чем при длинноволновом свете, который состоит из световых квантов, менее богатых энергией, - из мелких и легких световых горошин. Правильность такого толкования фотоэлектрического эффекта (за эту работу Эйнштейн в 1922 году получил Нобелевскую премию по физике) через десять лет получила подтверждение в экспериментах американского физика Милликена. Открытое в 1923 году другим физиком из США, Комптоном, и названное в его честь явление, которое отмечается при воздействии очень жесткими рентгеновскими лучами на атомы со свободными электронами, вновь и окончательно подтвердило квантовую теорию света. С этих пор она относится к наиболее подтвержденным экспериментально физическим теориям.

Среди современных физиков вначале лишь очень немногие признали фотонную теорию: среди них физик-экспериментатор Штарк, который позднее - в других областях - выступал как ярый противник Эйнштейна.

Как далеко обогнал Эйнштейн со своим квантовым учением физическую мысль того времени, показывает одна из работ Планка 1910 года. В ней подчеркивается, что к корпускулярной теории света следует относиться с "величайшей осмотрительностью". Планк придерживался мнения, что дифференциальные уравнения Максвелла - Герца для пустого пространства не согласуются с существованием в вакууме самостоятельных энергетических квантов.

Понять позицию Планка позволяет ходатайство, в котором он при поддержке Нернста, Рубенса и Варбурга рекомендовал избрать Эйнштейна действительным членом Берлинской Академии наук. Планк просит отнестись снисходительно к тому, что Эйнштейн "в своих спекуляциях может иногда заходить слишком далеко", приводя в качестве примера "гипотезу световых квантов".

Представление о световых квантах образовало один из наиболее фундаментальных вкладов в квантовую теорию. Уже поэтому Эйнштейн должен рассматриваться как один из величайших ее создателей. Теория Эйнштейна, развивающая взгляды Планка, позволила Нильсу Бору создать его всемирно известную модель атома. Гениальные идеи Луи де Бройля о "волнах материи" также исходили непосредственно из эйнштейновского представления о световых квантах и были бы без них невозможны.