Учёный, который не хотел останавливаться

ПРОДОЛЖЕНИЕ. ПРЕДЫДУЩЕЕ ЗДЕСЬ. НАЧАЛО ЗДЕСЬ

В начале 1950-х годов Альберт Эйнштейн уже принадлежал истории. Его имя стояло рядом с именами Ньютона и Галилея, теория относительности стала одной из основ современной физики, а знаменитое уравнение, связывающее массу и энергию, превратилось едва ли не в самый узнаваемый научный символ XX столетия...

Казалось, человеку, совершившему столько открытий, оставалось лишь наслаждаться всемирным признанием, писать воспоминания и наблюдать за тем, как новые поколения исследователей развивают его идеи. Однако сам Эйнштейн смотрел на собственные достижения совершенно иначе! Был убеждён, что физическая картина мира всё ещё остаётся незавершённой, а за множеством известных законов должна скрываться более глубокая закономерность, способная объяснить устройство природы как единого целого.
Ему исполнилось семьдесят три года, когда в 1952 г. начался заключительный период его жизни. Уже не было прежней физической энергии, но сохранилась удивительная способность часами размышлять над задачами, которые большинство коллег считало практически неразрешимыми. В Принстоне, небольшом американском университетском городе, учёный продолжал работать над проблемой, занимавшей его несколько десятилетий. Он пытался найти единую теорию поля — математическое описание природы, в котором различные физические взаимодействия оказались бы проявлениями одного фундаментального закона. Когда-то Эйнштейн разрушил привычные представления о пространстве и времени. Теперь он надеялся обнаружить ещё более глубокую структуру реальности. Но на этот раз природа не спешила открывать свои секреты.

Великая мечта о едином законе

Чтобы понять последние научные поиски Эйнштейна, необходимо вернуться к XIX столетию, когда другой великий физик, Джеймс Клерк Максвелл, совершил открытие, необычайно важное для всей последующей науки. До Максвелла электричество и магнетизм нередко рассматривались как самостоятельные области физических явлений. Электрические заряды притягивались и отталкивались, магниты воздействовали друг на друга, а свет представлялся отдельной загадкой природы. Максвелл показал, что электро-магнитные явления тесно связаны и описываются общей системой уравнений. Более того, из данной системы следовало существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Так выяснилось, что свет представляет собой электромагнитное явление. Это было одним из величайших объединений в истории науки! Несколько ранее разрозненных областей физики оказались частями единой картины. 
Эйнштейн мечтал повторить успех Максвелла на ещё более фундаментальном уровне. Общая теория относительности уже позволила ему дать новое описание гравитации: притяжение тел перестало быть загадочной силой, действующей через пустоту, и стало проявлением геометрии пространства-времени. Почему бы не сделать следующий шаг? Если гравитация связана с геометрическими свойствами Вселенной, нельзя ли описать подобным образом и электромагнетизм? А возможно, и саму материю?.. В наиболее смелом варианте такой теории частицы вещества перестали бы выступать самостоятельными объектами, которые приходится вводить в физические уравнения извне. Они должны были возникать как особые состояния единого физического поля. Это была почти философская идея: всё многообразие природы — звёзды, атомы, электрические заряды, световые лучи — могло оказаться проявлением одной и той же фундаментальной реальности.

​

 
 
 
Альберт Эйнштейн в последние годы жизни... Фото Алана Ричардса, 1954. Разрешено к публикации

Однако меж красивой идеей с физической теорией существовала огромная дистанция... Уравнения общей теории относительности превосходно описывали гравитационные явления, но попытки включить в них электромагнитное поле не приводили к убедительной, экспериментально подтверждаемой системе. Эйнштейн неоднократно менял математические подходы, исследовал различные геометрические конструкции, возвращался к старым предположениям и — снова отказывался от них. Он искал не просто формулу, способную объединить известные явления. Ему требовалась теория, из коей сама структура физических законов вытекала бы естественным образом. Именно здесь обнаруживалось главное затруднение: математика позволяла создавать множество изящных конструкций, но далеко не каждая из них имела отношение к реальному устройству мира. В XX в. физика уже слишком хорошо усвоила урок: красота уравнения ещё не доказывает его истинности.

Почему Эйнштейн не принял квантовую революцию

Пока пожилой учёный работал над объединением полей, остальная теоретическая физика развивалась по другому пути. Нильс Бор, Вернер Гейзенберг, Эрвин Шрёдингер, Поль Дирак и другие исследователи создали квантовую механику — теорию, которая с необычайной точностью описывала процессы в мире атомов и элементарных частиц. В этом мире привычная повседневная логика переставала работать. Электрон нельзя было представлять просто крошечным шариком, движущимся по заранее известной орбите. Для предсказания результатов измерений приходилось использовать волновую функцию, вероятности и математические операторы. Квантовая теория давала чрезвычайно точные результаты, однако её физическая интерпретация вызывала споры. Эйнштейн внёс фундаментальный вклад в становление квантовой физики ещё в 1905 году, когда объяснил фотоэлектрический эффект с помощью идеи световых квантов. Позднее участвуя в разработке квантовой статистики, также исследуя взаимодействие излучения с веществом. Но — теперь обнаружилось противоречие...
Один из создателей квантовой революции не соглашался с представлением, согласно которому вероятностное описание является окончательной формой фундаментальных законов природы. Особенно его беспокоил вопрос: означает ли невозможность точно предсказать результат отдельного квантового измерения, что соответствующие физические величины вообще не обладают заранее определёнными значениями? Эйнштейн подозревал, что существующая теория не является полным описанием реальности. Его знаменитые возражения против квантовой случайности нередко пересказывают так, будто он просто не верил в вероятности. Это неверно. Учёный прекрасно понимал значение статистических методов и сам успешно ими пользовался. Он сомневался в другом: действительно ли фундаментальное описание природы должно останавливаться на вероятностных предсказаниях?

В 1935 г. Эйнштейн вместе с Борисом Подольским (амер. физик-теоретик российского происхождения) и Натаном Розеном предложил мысленный эксперимент, который впоследствии стал известен как парадокс ЭПР... 

В центре рассуждения оказались две квантовые системы, связанные общим состоянием. Даже после пространственного разделения измерения одной системы позволяли делать выводы о возможных результатах измерения другой. Эйнштейн считал, что подобные ситуации выявляют неполноту привычного квантового описания, если одновременно сохранять определённые представления о независимой физической реальности и локальности. Сегодня мы называем связанные квантовые состояния такого рода запутанными. Спустя десятилетия эксперименты, основанные на неравенствах Джона Белла, показали, что некоторые естественные предположения о локальных скрытых переменных несовместимы с наблюдаемыми квантовыми корреляциями. Но — сие вовсе не означает, что все философские вопросы, поставленные Эйнштейном, окончательно исчезли. Современная физика чрезвычайно успешно предсказывает результаты измерений, однако споры об интерпретации квантовой теории продолжаются. В определённом смысле Эйнштейн проиграл спор о возможности сохранить простую локальную картину квантового мира. Но сам его вопрос оказался настолько глубоким, что стал основой целой области исследований. 

Кстати… Удивительно, но даже спустя столетие после рождения современной квантовой механики спор, который Эйнштейн вёл с Нильсом Бором, нельзя считать окончательно завершённым. К 2026 г. квантовая теория стала основой электроники, лазерных технологий и новых квантовых компьютеров, однако физики так и не пришли к единому пониманию того, что именно происходит с квантовой системой в момент измерения и существует ли независимая от него определённая физическая реальность. Опрос, опубликованный журналом Nature летом 2025-го, подтвердил: разногласия сохраняются даже среди ведущих специалистов. И хотя эксперименты опровергли возможность объяснить квантовые корреляции с помощью широкого класса локальных теорий скрытых переменных, фундаментальный вопрос Эйнштейна о полноте нашего описания природы продолжает волновать исследователей.

Альберт Эйнштейн и Нильс Бор. Знаменитые оппоненты в спорах о квантовой механике.
Общественное достояние.

Пятый Сольвеевский конгресс, Брюссель, 1927 г.
Выдающиеся физики — участники становления квантовой теории.

Вернер Гейзенберг и Нильс Бор. Два создателя квантовой механики за беседой

Президент, который предпочёл остаться физиком

В ноябре 1952 года произошло событие, на первый взгляд совершенно не связанное с физикой. После смерти первого президента Израиля Хаима Вейцмана Эйнштейну предложили занять пост главы государства. То было необыкновенное предложение. Всемирно известный учёный, чьи научные достижения давно вышли за национальные границы, мог превратиться в политического руководителя страны, созданной всего четырьмя годами ранее. Эйнштейн относился с глубоким сочувствием к еврейскому народу, пережившему катастрофу европейского антисемитизма и Холокоста. Он поддерживал развитие еврейской науки и образования, участвовал в деятельности, связанной с Еврейским университетом в Иерусалиме. Однако от президентского поста отказался. Причины были не только возрастными. Эйнштейн полагал, что не обладает необходимыми способностями и опытом для государственной деятельности. Кроме того, его политические взгляды не всегда совпадали с представлениями руководителей нового государства, особенно по вопросам взаимоотношений евреев и арабов. Само предложение было исторически примечательным. Человек, который когда-то испытывал трудности с поиском университетской должности и работал в швейцарском патентном бюро, теперь мог стать президентом. Но предпочёл остаться «простым» исследователем. Сохранившаяся переписка показывает, что решение не было тривиальной формальностью: Эйнштейн действительно размышлял о политических и нравственных последствиях такого назначения. В Принстоне его по-прежнему интересовали математические структуры, природа пространства и загадки физического поля. Власть над государством привлекала его гораздо меньше, чем возможность понять, по каким законам существует Вселенная.
Последние годы жизни Эйнштейна пришлись на период, который принято называть эпохой маккартизма. В Соединённых Штатах развернулась борьба с предполагаемым коммунистическим проникновением в государственные учреждения, университеты и культурную среду. На фоне холодной войны расследования политической благонадёжности сопровождались публичными обвинениями, увольнениями и давлением на людей, чьи взгляды казались подозрительными. Для Эйнштейна подобная атмосфера была болезненно знакомой. Он слишком хорошо помнил Германию начала 1930-х, когда идеологическая нетерпимость постепенно разрушала свободу научно-общественной жизни. Разумеется, американская политическая система не была тождественна нацистскому режиму, но учёный опасался самого́ механизма превращения политических подозрений в средство подавления независимой мысли. В мае 1953 г. он написал письмо нью-йоркскому школьному преподавателю Уильяму Фрауэнглассу, столкнувшемуся с разбирательством из-за подозрений в политической неблагонадёжности. Эйнштейн предложил принципиально необычный для прославленного учёного путь сопротивления: ненасильственное несотрудничество с расследованиями, нарушающими, по его мнению, свободу совести и преподавания. В качестве нравственного примера он ссылался на методы Махатмы Ганди. Письмо получило широкую огласку и вызвало ожесточённую полемику. Фрауэнгласс впоследствии лишился работы. Сам Эйнштейн признавал, что защита гражданских свобод может потребовать серьёзных личных жертв. 
Показательно, что человек, воспринимавшийся миллионами исключительно как гениального физика, не желал отделять научную деятельность от нравственной ответственности. В его представлении свобода исследования была невозможна без свободы мысли. Если учёный вынужден постоянно доказывать политическую благонадёжность, научное познание рано или поздно превращается в обслуживание идеологических установок. И здесь проявлялся своеобразный исторический парадокс. Эйнштейн прожил достаточно долго, чтобы увидеть, как созданная при его участии новая физика стала основой атомной эпохи. Однако мир, получивший колоссальные технические возможности, вовсе не стал автоматически разумнее и гуманнее.
В 1954 году Эйнштейну исполнилось семьдесят пять лет. За его плечами находились десятилетия работы, изменившей человеческое представление о природе. Но последняя великая задача оставалась нерешённой. Почему же попытки создать единую теорию поля оказались настолько трудными? Главная проблема заключалась в принципиальном различии между гравитацией и квантовым миром. Общая теория относительности описывала пространство-время как непрерывную геометрическую структуру. Масса-энергия влияли на её кривизну, а последняя определяла движение материи. Квантовая теория, напротив, исследовала мир, где существенную роль играли дискретные измеряемые величины, суперпозиции состояний и вероятностные закономерности.
Позднее развитие квантовой теории поля позволило описать электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия в рамках общего квантово-полевого подхода. Но гравитация и сегодня остаётся особой проблемой: полноценная, экспериментально подтверждённая квантовая теория гравитации пока не создана. Важно помнить, что Эйнштейн пытался прежде всего построить единую геометрическую теорию гравитации и электромагнетизма, а не современную «теорию всего» в нынешнем понимании, включающую все четыре фундаментальных взаимодействия. Притом что ему недоставало значительной части экспериментальных и теоретических сведений, накопленных физикой уже после его смерти.
Например, современное представление о кварках появилось только в 1960-х годах. Стандартная модель элементарных частиц сложилась ещё позднее. В некотором смысле Эйнштейн пытался составить окончательную карту природы, когда многие её важнейшие области ещё даже не были открыты. Архивы сохранили большое количество его рабочих листов, черновиков и математических расчётов последних десятилетий. Они свидетельствуют не о прекращении научной деятельности, а о настойчивом поиске различных вариантов фундаментальной теории. Однако ни один из предложенных им вариантов не получил решающего экспериментального подтверждения.

История науки знает немало случаев, когда выдающийся исследователь ошибался в отдельных предположениях, но сами его поиски открывали новые направления. Так произошло и с Эйнштейном. Его программа объединения полей не достигла поставленной цели, однако идея глубинного единства физических взаимодействий стала одним из главных направлений современной фундаментальной науки.

​