Даниил Данин - Нильс Бор

• Название: Нильс Бор
• Автор: Даниил Данин
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1978

Эта книга — краткий очерк жизни и творчества Нильса Бора — великого датского физика-мыслителя, создателя квантовой теории атома и одного из основоположников механики микромира. Современная научная мысль обязана ему глубокими руководящими идеями и новым стилем научного мышления. Он явился вдохновителем и главой интернациональной школы физиков-теоретиков. Замечательной была общественная деятельность ученого-гуманиста — первого поборника международного контроля над использованием ядерной энергии, борца против политики «атомного шантажа»

Книга основана на опубликованных ранее материалах, обнаруженных автором в Архиве Н. Бора и в Архиве источников и истории квантовой физики в Копенгагене.

---

Эта замысловатая фраза с привкусом шутливости кое-что прояснила. Стало очевидно, что со статьями англичанина он познакомился совсем незадолго до отъезда в деревню. И тогда же обсуждал их с братом: он ведь пишет о них как о чем-то уже известном им обоим. Но критически разобрался в них уже за городом. Легко допустить, что именно знакомство с этими работами ускорило само решение Бора бросить лабораторные занятия. Ведь тогда, в середине декабря, вдруг воочию открылось то, что он не один в пути! И это сознание, что он, спешащий, все-таки слишком медлит, с тех пор уже не оставляло его до финиша. Через несколько недель он написал одному шведскому другу-физику:

«Проблема крайне злободневна; боюсь, я должен поторапливаться, если хочу, чтобы мри результаты оказались новыми, когда я к ним приду…»

Однако несравненно драматичней было иное беспокойство, охватившее его тогда.

Едва заглянув в статьи англичанина, он сразу увидел: Никольсону пришлось покуситься на классическую механику в том же пункте, что и ему, Бору.

Никольсон тоже вынужден был ограничить свободу вращений электронных колец вокруг атомных ядер. Да, электроны и у него объединялись в кольца: он тоже на новый лад развил эту схему, придуманную еще Дж. Дж. для атома-кекса. И Никольсон тоже довел бы до отчаяния микротанцовщицу на льду, заставив ее почему-то вертеться с одним и тем же числом оборотов… В общем, у Никольсона тоже вопреки классике для каждого кольца была своя частота — своя орбита. И еще прозрачней, чем в Памятной записке Бора, проявлялась связь такой конструкции с квантами Планка: величина, определяющая вращение, изменялась в атоме только на целый квант действия пунктирно (h либо 2h, 3h, 4h…). С простой закономерностью возникала в атоме прерывистая череда электронных колец.

Позднее — по следу Бора — физики начали для краткости говорить о квантовании вращений. Так уже до этого — по следу Планка — они говорили о квантовании энергии. Так еще древние греки, поверив в дробимость материи на неделимые атомы, вправе были бы — по следу Демокрита говорить о квантовании вещества. Все это был, в сущности, единый круг идей об устройстве природы. Бору вскоре предстояло замкнуть его, с тем чтобы еще через десять лет стать во главе тех, кто вышел из этого круга на простор иных, на сей раз и впрямь совершенно небывалых представлений о мире. И начать новый круг…

Читая англичанина, Бор мог яснее осмыслить собственную манчестерскую гипотезу. Главное у них обоих, казалось бы, совпадало. В тот декабрьский день, когда он обнаружил это, ему бы испытать воодушевление: ведь если два человека независимо друг от друга приходят к одной и той же гипотезе, разве не возрастают шансы на ее истинность? Но он испытывал тревогу, смятенность, разочарование. Леон Розенфельд, вероятно, очень точно сказал: «Он был повергнут в замешательство».

Отчего же? Неужто тоска по приоритету, такая распространенная в науке, сжала и его сердце? Да ведь всего только в минувшем апреле он так легко, как этого никогда не делают честолюбцы, послушался Резерфорда и не стал публиковать свои соображения о законе Атомного номера и прочие догадки, возникшие «под знаком Хевеши».

Неужели он изменился с весны?!

…Он пришел в замешательство не от сходства его результатов с никольсоновскими, а от прямо противоположной напасти: при совпадении гипотез выводы из них были в вопиющем разладе!

Планетарный атом у англичанина вовсе не обретал устойчивости. Электронные кольца вместе с атомными ядрами создавали в звездах только мимолетные конструкции. Из таких атомов нельзя было бы построить прочный земной мир. А у него, у Бора, той же самой гипотезе предлагалось объяснить устойчивость мира — надежное постоянство атомных размеров… Было от чего прийти в замешательство.

После возвращения в Копенгаген, когда он уже разобрался в этом драматическом противоречии, ему захотелось рассказать Резерфорду о том, что пережила его мысль. Он уверен был, что в Манчестере о работах Никольсона ничего не знали. И потому в начальных строках своего письма объяснил, что речь пойдет о «недавних статьях по поводу спектров звездных туманностей и солнечной короны». А уж потом последовал исповедальный абзац:

«Со всей очевидностью теория Никольсона дает результаты, которые находятся в поражающем противоречии с теми, какие получил я. И поэтому мне сперва подумалось, что либо одна теория, либо другая по необходимости целиком ошибочна».

И вслед за тем с облегчением: «Теперь, однако, я пришел к нижеследующей точке зрения…» Разгадка выглядела совсем просто: он и Никольсон рассматривали атом на разных стадиях существования.

…Перед глазами Никольсона были спектры звезд — наборы электромагнитных сигналов, приходящих из первозданного хаоса материи. Наборы маленьких сигналов бедствия: их подавали электроны, теряя свободу под притяжением какого-нибудь встречного атомного ядра. Они начинали вращаться вокруг него по одной из разрешенных гипотезой — квантованных — орбит. Такое созидание атома не давалось даром: рождаясь, он испускал излучение — световые кванты. Какие? Какого цвета? Или — на точном языке физики — электромагнитные колебания какой частоты содержались в этих квантах? Никольсон отвечал на классический лад: с какой частотой вращалось электронное кольцо, такой частоты колебания и отчаливали от атома. Каждому возникшему кольцу отвечала своя цветная линия в спектре. В звездном высокотемпературном хаосе беспрестанных столкновений атомы рождались и погибали вновь и вновь. Проблема их устойчивости Никольсона не беспокоила.

…Перед глазами Бора была земная природа — преодоленный хаос материи. Атомы не только жили, но заключали друг с другом благополучные союзы, создавая молекулы. И, пересказав Резерфорду теорию астрофизика из Кембриджа, Бор написал:

«…Соображения, схематически очерченные здесь, не играют никакой существенной роли в моем исследовании. Я вообще не занимаюсь проблемой вычисления частот, соответствующих линиям в видимом спектре. Я только пытаюсь на базе простой гипотезы, которой пользовался с самого начала, обсудить вопрос об устройстве атомов и молекул в их устойчивом состоянии».

Он оставался верен духу своей Памятной записки.

Письмо Резерфорду было написано 31 января 1913 года! Зачем восклицательный знак? Это разъяснится совсем скоро.

Рассеялось первоначальное замешательство: обе теории, казалось, обещали успех, каждая в своей сфере.

31 январи Бору еще и вправду думалось, что это разные тайны — излучение атомов и устойчивость атомов. С таким убеждением он и вступил в февраль.

Через полвека семидесятисемилетний Бор уверял историков, что он мог бы и не ссылаться в первой статье Трилогии 13-го года на работы Никольсона, до такой степени теория англичанина «не имела ничего общего с подлинной разработкой» проблемы устойчивости. Но историки хотели восстановить историю. И допытывались у Бора: какая же все-таки нужда заставила его полистать английский астрономический журнал? А он не мог вспомнить. И был огорчен несговорчивостью памяти, оттого что видел огорчение историков. Он попробовал построить правдоподобную версию.

…В конце 12-го года, рассказал он, на страницах этого журнала была напечатана очень важная для него статья известного спектроскописта А. Фаулера о спектре гелия. Так не в поисках ли этой статьи наткнулся он на работы Д. Никольсона?

Однако лица историков не оживились.

Бор (мягко): Я чувствую, вы не совсем удовлетворены… Томас Кун (с сожалением): Простите меня, если я излучаю ауру неудовлетворенности…

Это «излучение ауры» хоть и прозвучало туманно-выспренне, но не скрыло, что чувству удовлетворения взяться было неоткуда: для реставрации прошлого версия со статьей Фаулера явно не годилась. Статьи о спектрах тогда еще не представляли для Бора никакой важности. Он сам поэтически объяснил, в чем тут было дело. Он сказал об атомных спектрах:

«Они воспринимались так же, как прекрасные узоры на крыльях бабочек: их красотою можно было восхищаться, но никто не думал, что регулярность в их окраске способна навести на след фундаментальных биологических законов».

Вот и спектральные линии атомного излучения — не верилось, что в них может быть записан желанный ответ, a фундаментальный вопрос об устойчивости атомов, пектры выглядели запутанно, а ответу следовало быть цростым. Да к тому же он увидел, что попытка Никольсона расшифровать эти узоры на крыльях звездных бабочек вовсе не объясняла главного: почему атомные спектры состоят из отдельных линий строго определенного цвета?

Говорилось: это потому так, что электроны могут вращаться на каждой орбите только с единственной частотой. Кванты света такой именно частоты и покидают атом. Но электрон ведь должен сохранять свою энергию, чтобы оставаться на орбите. А как он может ее сохранять, если излучение света — это растрата энергии? Частота вращения начнет изменяться, едва электрон сядет на орбиту и станет излучать. И тотчас же начнет меняться частота испускаемого света. И не сможет родиться ни один настоящий квант, потому что квант — это всплеск одинаковых световых волн и в нем не могут быть намешаны разные электромагнитные волны. (Так в кроне одного дерева не может быть намешана листва различных очертаний.)