Человеческая психика такова, что эмоции сильнее доказательств. Люди менее остро ощутили зверства нацистов из протоколов и репортажей о Нюрнбергском процессе, чем из дневников Анны Франк, маленькой девочки, бесхитростно фиксировавшей течение своих последних дней.

Проследим же историю возникновения квантов по воспоминаниям главного участника. Планк взялся за дело, зная, что всех его предшественников постигла неудача. Будучи чрезвычайно педантичным, трудолюбивым человеком, он решил пройти весь путь с самого начала, приняв за отправные пункты только безусловно достоверное. За достоверное он счел термодинамику и электродинамику. И конечно, закон Стефана — Больцмана, полученный из непосредственного опыта.

Итак, внутри замкнутой полости все тела приходят в равновесие с излучением, подчиняясь при этом Первому и Второму началам термодинамики и уравнениям Максвелла. Безразлично, что находится в полости: куски металла, или камертоны, или вибраторы, незадолго до того изученные Герцем. Для обычных веществ все было ясно. При равновесии внутри полости на любой вид. движения атома, молекулы или частицы твердого вещества — вращательное, поступательное, колебательное — на каждую степень свободы приходится одинаковая доля всей находящейся внутри полости энергии, доля, зависящая только от температуры.

Планк был уверен, что задача будет решена полностью, если он применит эту общеизвестную закономерность к конкретному простейшему случаю — к вибраторам Герца. Планк увидел в вибраторе Герца удобную модель излучающего и поглощающего тела. С точки зрения излучения этот вибратор, каким бы ни было его конкретное устройство, является системой с одной степенью свободы. Он поглощает только те электромагнитные волны, которые может излучать. Совсем так, как ведет себя камертон по отношению к звуковым волнам. Удобная модель. Но Планк заподозрил, что, в отличие от камертона, в вибраторе Герца процесс излучения чем-то отличается от процесса поглощения и это позволит вскрыть особенности равновесного состояния внутри полости.

Из этого не вышло ничего. Никаких особенностей не обнаружилось. Больцман, узнав о попытке Планка, объяснил ему, что никаких новых результатов и не следовало ожидать, оставаясь в рамках классической динамики. И в заключение сказал, что решить эту загадку невозможно, не введя в рассмотрение каких-то элементов прерывности, дискретности…

Это указание, туманное, как слова Дельфийского оракула, вошло в сознание или, вернее, в подсознание Планка. Он только не мог придумать, какой смысл можно сюда ввести. Впрочем, и Больцман не мог предложить ничего более определенного. Его мнение опиралось только на интуицию.

Тогда Планк взялся за дело с другого конца, приняв за исходный пункт термодинамику, в которой он чувствовал себя более твердо, чем в электродинамике. Термодинамика показывала, как нужно изучать необратимые процессы, текущие из любого начального состояния в сторону равновесия. Расчеты привели Планка к чрезвычайно изящному результату. Этот результат потряс ученого. Он многократно проверял вычисления. Ошибки не было. Так из термодинамики неожиданно получилось соотношение, эквивалентное закону Вина, верному для коротких волн и неверному для длинных. Значит, термодинамика тоже привела Планка в тупик.

Последовал период мучительных раздумий, в результате которых Планк обнаружил, что, не противореча термодинамике, можно получить решение, справедливое для длинных волн, добившись того, чтобы та же функция оказалась пропорциональной не энергии, а ее квадрату. Но в этом случае результат был бы эквивалентен закону Ре-лея а значит, терял бы смысл в диапазоне коротких волн, приводя к ультрафиолетовой катастрофе.

Тогда Планк решил, хотя бы временно, отказаться от лобового решения коварной задачи и ограничиться полумерой. Он задался целью скомбинировать полученные результаты так, чтобы, приходя со стороны коротких волн к формуле Вина, а со стороны длинных к формуле Релея, они в середине совпадали с известным из опыта законом Стефана — Больцмана. Это было несложно. Достаточно скомбинировать сумму двух решений так, чтобы для коротких волн преобладал первый член с первой степенью энергии, а для длинных — второй с ее квадратом, причем нужно еще ввести общий множитель, чтобы обеспечить совпадение с опытом на средних волнах.

Формула, сработанная таким образом, действительно отражает истинные свойства излучения абсолютно черного тела, соответствует условиям равновесия излучения и вещества внутри замкнутой полости…

19 октября 1900 года Планк представил свои результаты Берлинскому физическому обществу и рекомендовал проверить полученную формулу. На следующее утро его разыскал экспериментатор Рубенс и взволнованно сообщил, что в ночь после заседания он сравнил формулу с результатами своих прежних измерений и всюду нашел удовлетворительное совпадение…

Это был сугубо теоретический расчет, сделанный первым профессиональным физиком-теоретиком. Головоломка с излучением абсолютно черного тела казалась кабинетной забавой, заумью, настолько далекой от повседневной жизни, от потребностей и интересов людей, что могла занимать только коллег Планка. Однако все дальнейшее развитие физики подтвердило потенциальную мощь работы Планка, ее значение для теории и практики.

А когда, уже в наши дни, другие физики-теоретики предприняли неслыханный мысленный эксперимент — решили представить акт рождения Вселенной и воссоздать секунду за секундой все этапы ее развития вплоть до сегодняшнего дня, оказалось, что главной опорой в этой неслыханной попытке стал Планк. Именно его расчеты стали путеводными в составлении сценария, главными героями которого были элементарные частицы, рожденные в момент Большого взрыва, и электромагнитное поле. Именно игра вещества и излучения сформировали мир, который нам посчастливилось увидеть.

В своей замечательной книге «Первые три минуты», переведенной у нас в 1981 году, Стивен Вайнберг, специалист в области элементарных частиц, Нобелевский лауреат, прослеживает, как Вселенная расширялась, как клокотал космический «суп», как варились в нем все те составные части, которые сейчас составляют плоть мира. Весь расчет взаимоотношений между излучением и веществом строится на модели «черного тела».

Вайнберг пишет: «В течение первого миллиона лет или около того, когда излучение и вещество находились в состоянии теплового равновесия, Вселенная должна была быть заполнена излучением черного тела с температурой, равной температуре того вещества, из которого она состояла».

Расширяющаяся Вселенная уподоблена черному телу, заполненному излучением. Энергия в любом интервале длин волн, плавно растет с уменьшением длины волны, достигает максимума, а затем плавно падает. Это распределение Планка, оно универсально и не зависит от природы вещества, которым взаимодействует излучение, а зависит только от его температуры. Сегодня излучение черного тела означает любое излучение, в котором распределение энергии по длинам волн подчиняется формуле Планка независимо от того, действительно ли оно испущено черным телом или нет. И это обстоятельство дает возможность ученым провести еще более немыслимый мысленный эксперимент — проследить не только прошлое нашей Вселенной, но и проанализировать достоверные пути к будущему…

Вайнберг подчеркивает: «Важность планковского расчета выходит далеко за пределы проблемы излучения черного тела, так как в этом расчете Планк ввел новую идею — энергия может существовать в виде отдельных порций, или квантов».

Итак, в расчетах Планка родился квант энергии.

Казалось, следует торжествовать — задача решена. Может быть, другие и могли восторгаться. Но не Планк. Его мучительные сомнения достигли высочайшего предела.

Что это, удачная находка, счастливое сочетание математических кривых, неожиданное решение математического кроссворда или за этим скрывается физический смысл?

«После нескольких недель напряженнейшей в моей жизни работы, темнота рассеялась и наметились новые, неподозреваемые ранее дали». Заметьте, Планку открылась не тихая гавань, не решение, а дальнейший путь в неведомое.