получалась бесконечной. Планк понял, что можно прибегнуть к математическому трюку, чтобы избежать этой проблемы, но ему это не понравилось.

Если бы энергию можно было поглощать или излучать только порциями, то есть если бы энергия имела некоторый наименьший размер, то поделить ее можно только конечным количеством способов[73]. Точно так же, как вы можете разделить группу из 10 человек: у меня может быть пять человек в группе, и у вас пять, или у меня 10, а у вас ноль, или, возможно, четыре и шесть, но нет смысла делить группы на 2,32 и 7,68 человека. Потому что люди – дискретные, а не непрерывные объекты.

Планк рассматривал эту задачку так, как если бы энергия поступала дискретными порциями, и с математической точки зрения это ему помогло. Планк ввел наименьшую порцию энергии, которую он назвал квантом. Чтобы его математика работала, он также определил, что энергия может поступать только в целых числах, кратных этому базовому количеству. Размер этого количества энергии крошечный и связан с частотой света через новую физическую постоянную, введенную Планком, – h, которая, по его словам, имела значение около 6 × 10–34 Дж · с[74]. Он не видел другого варианта, который дал бы правильный результат, но поскольку «теоретическое объяснение должно быть найдено любой ценой, сколь высокой она ни была бы»[75], он, чтобы разрешить проблему, предпринял то, что назвал «актом отчаяния».

Планк на самом деле не думал, что энергия поступает маленькими порциями, но, как оказалось, его математический прием сработал. Этот метод привел к уравнению, где количество света, излучаемого черным телом, сначала увеличилось, затем достигло максимума при некотором цвете, а затем снова уменьшалось при более высоких частотах. Самое главное, что его уравнение соответствовало экспериментальным данным. Но, хотя его метод работал, полученные результаты не вызвали революции среди физиков. Новый закон Планка быстро приняли, хотя тот факт, что для его выведения пришлось прибегнуть к очень странной идее квантования энергии, по большей части игнорировался[76].

Однако Эйнштейн серьезно отнесся к идее Планка. Он поверил, что энергия действительно приходит маленькими порциями, и сделал еще один шаг вперед. Он предположил, что сам свет состоит не из волн, а из тех же самых маленьких сгустков энергии – квантов. Выдвинув идею далеко за рамки того, что предполагал Планк, Эйнштейн сказал, что свет сам по себе дискретен и состоит из того, что мы сейчас назвали бы фотонами. Затем он выдвинул теорию, которая могла бы объяснить таинственный фотоэлектрический эффект.

Его теория гласила, что фотон отдает всю свою энергию одному электрону в металле. Энергия фотона была просто частотой (цветом), умноженной на постоянную, которую ранее придумал Планк, h. Он предположил, что, если провести эксперимент, в котором изменят частоту света и измерят энергию фотоэлектронов, результаты будут лежать на прямой линии, наклон которой будет равен значению h. Более яркий свет даст больше электронов, но их энергия будет зависеть только от частоты света. Эта теория также выдвинула и второе предположение – о том, что ниже определенной частоты не будет иметь значения, насколько ярок свет: электроны вообще не будут высвобождаться, поскольку энергия, поступающая от света, не будет достаточно высокой, чтобы электроны могли покинуть металл. Забудьте о температуре, говорил Эйнштейн, обратите внимание на частоту.

Когда он опубликовал свою статью в 1905 году, никто еще не провел детального исследования взаимосвязи между энергией и частотой, которое подтвердило бы теорию Эйнштейна. Но в Чикаго был один разочарованный экспериментатор, у которого были опыт, амбиции, а теперь и оборудование, чтобы все проверить.

Роберт Милликен не верил в теорию Эйнштейна, что на самом деле неудивительно, учитывая, что теория в целом была воспринята не очень хорошо. Даже Макс Планк не воспринял ее всерьез, несмотря на то что сам выдвинул идею кванта и был редактором журнала, который принял статью Эйнштейна для публикации. Планк считал идею Эйнштейна немного притянутой за уши и позже прокомментировал ее в рекомендательном письме: «Иногда, как, например, в его гипотезе о квантах света, он несколько перегибает палку в своих рассуждениях, но не стоит вменять это ему в вину»[77]. Однако Милликен действительно думал, что теория Эйнштейна неверна, потому что свет, очевидно, волна, а не частица. Он считал, что гипотеза о том, что свет состоит из квантов, «смелая, чтобы не сказать… безрассудная». Это шло вразрез с очевидными доказательствами волновой природы света, такими как двухщелевой опыт, который мы обсуждали ранее. Так как же свет может состоять из частиц?

Теперь можно было противопоставить теории Эйнштейна результаты экспериментов, и Милликен увидел шанс сделать себе имя в физике. Вернувшись в лабораторию, в 1907 году Милликен с удвоенной энергией принялся опровергать Эйнштейна.

К этому времени он и его команда подходили к проведению экспериментов донельзя въедливо, устраняя любой источник возможных ошибок в оборудовании. Они по-прежнему использовали ту же базовую установку – источник света, металлическую поверхность и устройство для подсчета электронов, – но она стала еще более сложной. Милликен перешел от использования источников света с искровым разрядником, где высоковольтные электроды образуют искры в газе для получения света, в том числе ультрафиолетового, к применению более стабильных источников света, потому что искры создавали электрические колебания и могли стать причиной ошибок. Он также решил, что для получения надежных результатов поверхность металла должна быть очень чистой, иначе они могли бы измерять фотоэлектрический эффект некоторого поверхностного налета оксида вместо чистого металла. В конце концов, к 1909 году[78] команда Милликена проработала конструкцию, в которую был включен острый нож, вращающийся внутри вакуумной системы и соскабливающий поверхность металла, прежде чем он подвергался воздействию света. Каждый раз, когда они направляли свет на металлическую поверхность, они измеряли энергию высвобождающихся электронов с помощью электрического поля, позволяющего их остановить.

От начала этого предприятия до публикации Милликеном окончательных результатов прошло 12 лет. За это время в его лаборатории работала и заканчивала учебу целая вереница студентов-исследователей. Он провел две крупные экспериментальные кампании в 1909 и 1912 годах и только в 1916 году опубликовал результаты. Первые эксперименты Милликена в 1903 году уже подтвердили, что фотоэлектрический эффект вообще не зависит от температуры. После того как Эйнштейн выдвинул свои предположения, Милликен вернулся к проблеме, полагая, что сможет доказать, что такая нелепая идея, как квант света, не нужна и что простой корректировки классической волновой теории достаточно для объяснения экспериментальных данных. Настойчивость, которую он проявил в своей попытке доказать неправоту Эйнштейна, практически граничила с