Альберт Эйнштейн. Творец и бунтарь полностью

Оставив временно в стороне спорные вопросы о квантах света, Эйнштейн сконцентрировал внимание на тех преимуществах, которые сулило принятие его идеи. Эти преимущества, как он доказал, отнюдь не были малосущественными, особенно если учесть, что они проявлялись именно там, где свет взаимодействовал с материей и где теория Максвелла сталкивалась с затруднениями. Эйнштейн показал, что его кванты света способны объяснить известный эффект, связанный с флуоресценцией. Он показал также, что эти кванты света могут объяснить наблюдавшийся эффект прохождения ультрафиолетового света через газ. И — что немаловажно — Эйнштейн применил свою идею для объяснения испускания электронов из металлов под воздействием света — явления, известного под названием фотоэлектрического эффекта. За три года до этого немецкий физик Филипп Ленард провел важные эксперименты по изучению фотоэлектрического эффекта. Он подчеркивал, что полученные им экспериментальные данные резко расходились с предсказаниями теории Максвелла. Например, увеличение частоты света приводило к возрастанию энергии испускаемых электронов, а этот факт никак нельзя было объяснить исходя из теории Максвелла. Эйнштейн показал, что идея квантов света с чрезвычайной легкостью объясняет озадачивающие результаты Ленарда. Взять, к примеру, эффект изменения частоты. Испускание электронов металлом обусловлено попаданием на него квантов света. Примем к сведению, что соотношение энергия/частота имеет фиксированное значение. А потому, чем выше частота, тем больше становится энергия и соответственно возрастает количество энергии, передаваемой квантом света электрону при столкновении с ним. Поэтому не удивительно, что при увеличении частоты света энергия испускаемых электронов также увеличивается. Ничуть не сложнее оказалось объяснить другие, не менее загадочные явления. Эйнштейну удалось элементарно просто описать фотоэлектрический эффект, перед чем спасовала даже классическая теория Максвелла. Следствия из предложенной Эйнштейном теоретической интерпретации фотоэлектрического эффекта значительно превосходили объем известных к тому времени экспериментальных фактов.

Таково вкратце содержание статьи Эйнштейна. Давайте же в завершение этой главы заглянем в будущее.

Идея Эйнштейна не была встречена физиками с распростертыми объятиями. Наоборот, Планк и другие видные ученые с легкостью нашли серьезнейшие возражения против гипотезы квантов света. К счастью, идея квантов получила у Эйнштейна дальнейшее развитие. Внутренняя теплота отождествлялась с энергией движения: в газах — сталкивающихся частиц, в твердых телах — внутренних колебаний. Эта теория считалась удачной и тем не менее в конце прошлого века встретилась со значительными трудностями, угрожавшими ее существованию. Эйнштейн спас ее в 1907 г. Он утверждал, что, если принять всерьез идею Планка, — он полагал это необходимым, — ее следует применять к всем без исключения разновидностям внутренних колебаний. Эйнштейн показал, что самые значительные трудности вполне преодолимы, если принять гипотезу о существовании квантов. В частности, ему удалось устранить несоответствия в экспериментальных данных, связанных с измерением внутренних тепловых колебаний в твердых телах. Кроме того, Эйнштейн теоретическим путем вывел некоторые неожиданные соотношения, получившие впоследствии экспериментальное подтверждение.

Понятие кванта, развитое Эйнштейном, лишь выглядело опасным, но при рассмотрении материальных тел было вполне терпимым. Вот почему и другие физики постепенно стали воспринимать идею Планка достаточно серьезно и даже начали вслед за Эйнштейном довольно успешно ее применять. Тем не менее введенные Эйнштейном кванты света не вызвали у них никакого энтузиазма. Напрасно экспериментаторы пытались проверить его формулу фотоэлектрического эффекта — опыты были столь сложны, что даже в 1913 г. их результаты все еще были недостаточно убедительными. 1913 г. упомянут не случайно. Дело в том, что именно в 1913 г. возник вопрос о приеме Эйнштейна в Прусскую академию наук, и Планку в составе группы видных ученых представился случай авторитетно оценить работу Эйнштейна. С энтузиазмом отзываясь о достижениях Эйнштейна, они защищали идею квантов света и осторожно призывали не нападать на смелого новатора, если в конце концов окажется, что Эйнштейн зашел в своих рассуждениях чересчур далеко.