Вопрос о том, что происходит с квантом световой энергии после того, как он испущен веществом, также не особенно волновал Планка. Считалось навеки доказанным фактом, что свет распространяется в пространстве только в виде волн, и прерывистый, «капельный», характер испускания света мог бы и не противоречить этому факту. Сам Планк, во всяком случае, не усматривал тут особенной проблемы: обращавшимся к нему с вопросами он шутливо отвечал так: «Если пиво из бочки берут полулитровыми кружками, то из этого еще не следует, что пиво внутри бочки состоит из полулитровых порций и что пиво может перевозиться по железной дороге только полулитровыми порциями!»
Свою идею о квантах Планк изложил впервые 14 декабря 1900 года на заседании физического общества в Берлине.
Как вспоминали потом современники, доклад не вызвал особенного энтузиазма, и слушатели расходились скорее с чувством недоумения по поводу того, что им пришлось услышать.
Оставалась к тому же еще одна загадка, не получившая ответа у Планка и поражавшая тех немногих физиков, которые в ту пору занимались этими мало актуальными, как казалось, вещами….
В восьмидесятых годах Герц в Германии и Столетов в России заметили впервые, что под действием света металлические тела теряют отрицательный электрический заряд, — теряют, как было разъяснено вскоре, электроны. Явление это получило название «фотоэлектрического эффекта».
Что свет, как и любая физическая форма материи, способен оказывать давление на вещество и «выдавливать» из него, в частности, электроны, стало особенно ясным после того, как ученик Столетова — Лебедев в Москве проверил на тончайшем прямом опыте факт давления света. Любители образных сравнений добавляли, что подобно тому, как морские волны, набегая на прибрежную скалу, дробят и отрывают от нее куски камня, подобно этому и световые волны, ударяя о вещество, «выбивают» из его атомов еще более мелкие частички — электроны! Пусть так, но как понять тогда, почему скорость выбиваемых светом электронов, как окончательно убедились в 1902 году, вовсе не зависит от мощности, от яркости светового пучка, но зависит исключительно от его длины волны и частоты, то есть от цвета? Быстрее всего летят электроны, вырванные под ударом фиолетовых, а медленнее всего — под действием красных лучей. По достижении определенного — для каждого вещества своего собственного — наименьшего порога световой частоты выбивание электронов прекращается вовсе. Яркость света по-прежнему не играет тут никакой роли. Количество вырванных электронов, правда, зависит от интенсивности освещения: оно больше при воздействии более ярким светом. Но ведь главным показателем силы воздействия светового «прибоя» должно являться не количество выбитых «осколков», а как раз скорость, с которой они разбрасываются под ударом набегающей волны!
Читатель припоминает, однако, в этой связи, что кванты, или порции, коротковолнового — фиолетового — света как раз несут с собой больше энергии, чем кванты длинноволнового — красного. И не по этой ли именно причине удар «фиолетовых» квантов оказывается более эффективным, более чувствительным в смысле выбивания электронов из металла? Дело происходит, другими словами, примерно так, как при бомбардировке крепостной стены артиллерийскими снарядами. Размеры отдельных пробоин в стене (и скорости ее осколков) зависят не от интенсивности бомбардировки, то есть не от количества выпущенных снарядов, а только от калибра снарядов. Скорости брызнувших из металла электронов должны зависеть тогда тоже только от «калибра», от величины энергии ударившего кванта, что и наблюдается в действительности.
Во все это можно было поверить, но для этого надо было предварительно принять, что световая энергия не только черпается квантами в момент испускания света веществом, но и поглощается квантами, и что кванты существуют все время, пока распространяется свет. Надо принять, что свет состоит не только из волн, но и из частиц — из неведомых, из необычайных крупинок, зернышек, — Эйнштейн назвал их «световыми квантами» (сегодня физики пользуются также термином «фотоны», от греческого «фотос» — свет). Идею зернистой природы света, скажем кстати, высказывали еще две тысячи лет тому назад атомисты древности — Эпикур, Лукреций, Демокрит. В конце XVII столетия ту же идею попытался возобновить Ньютон. Но в те самые годы, когда великий англичанин опубликовал свою «Оптику», другой сильный ум, Христиан Гюйгенс, в Голландии с успехом развил представление о волнах света. Немалое количество опытных фактов, как оказалось вскоре, могло быть объяснено только на основе этого представления. В XIX веке Огюстен Френель и Клерк Максвелл двинулись еще дальше, воздвигнув великолепное здание волновой теории света, в рамках которой не осталось уже ровно никакого места для ньютоновских световых частиц… И вот на протяжении двухсот с лишним лет, истекших после Гюйгенса, ни один дерзкий ум не осмеливался выйти за эти пределы, ни один бунтарь не решался порвать с впитавшейся в плоть и кровь традицией, согласно которой свет есть волны, и только волны, и ничего иного, кроме волн!
Перед этим порогом мысли останавливались в смущении современники. Через этот порог переступил Эйнштейн.
Подав через века руку Ньютону и возобновив — на новой качественной основе — идею о световых частицах, он показал тем самым живой пример диалектики хода познания, пример, который не забудется историей.
Картина реально движущихся в пространстве квантов света (в сочетании с формулой Планка для вычисления их энергии) позволила Эйнштейну не только объяснить до мельчайших деталей фотоэлектрический эффект, но и охватить весь круг явлений взаимодействия света с веществом. Именно эти явления составили впоследствии основу всей современной техники звукового кино, телевидения, «видения в темноте» и многого другого из области чудес прикладной электроники. Из математических выкладок Эйнштейна, относившихся к столь причудливой и совсем уже, казалось, «научно-фантастической» области, как кванты света, родилась, стало быть, новая и громадная отрасль промышленности. А если учесть решающую роль электроники в автоматизации производства, то цепочка, ведущая от абстрактных высот физической теории к технико-экономическим переворотам нашего времени, окажется сложенной ив не столь уж большого числа звеньев. Это пример обратного воздействия теоретического естествознания на экономический базис общества. Но, с другой стороны, — и этого никак нельзя упускать — само обращение Эйнштейна к квантам света было обязано отнюдь не только простой любознательности и внезапному «озарению свыше». Гений всегда берется за решение самых первоочередных и самых нужных задач, выдвигаемых общественным развитием. В порядке дня физики на рубеже XIX и XX веков, как уже говорилось, было проникновение в скрытые процессы, происходящие под поршнями тепловых двигателей. На первый взгляд нет ничего общего между этими процессами и световыми явлениями в «абсолютно черном» теле. Но только на первый взгляд. Чертой гения является установление глубинных связей как раз между внешне наиболее далекими событиями, и путь эйнштейновской мысли, занятой в эти дни вопросами молекулярно-кинетической теории и броуновским движением кусочков мелко растолченной смолы, повел в сторону квантов света.
Раскроем эйнштейновскую работу — она датирована 17 марта 1905 года, — посвященную квантам. (Статья занимает десяток с лишним страниц в одной из тетрадок 17-го тома «Анналов».) «Абсолютно черное тело» рисуется здесь как замкнутый объем, наполненный своеобразным «газом», чьими «молекулами» являются не частицы обычного вещества, а неделимые крупицы света. Крупицы наделены массой и энергией и ведут себя как подлинные корпускулы материи хотя и особого, не схожего с веществом рода. (Особенность квантов света состоит, например, в их способности нацело поглощаться и в» новь испускаться атомами вещества). Зеркальце микроскопических размеров, мысленно подвешенное внутри наполненного излучением объема, должно вследствие хаотических ударов световых квантов начать беспорядочно раскачиваться, должно совершать нечто вроде броуновского движения! Применив уравнения этого последнего из своей собственной (напечатанной почти одновременно) работы, а также формулу распределения энергии излучения, данную Планком, Эйнштейн и смог вывести закон, управляющий колебаниями воображаемого зеркальца. Именно так, исходя из конкретной материальной модели взаимодействия света и вещества, было сделано великое открытие световых квантов. «Самым наглядным и прямым образом, — читаем в автобиографии, — вытекала необходимость приписать планковским квантам непосредственную реальность…»
