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.

---

Теперь можно было строить квантовую теорию планетарного атома, не оглядываясь с излишней доверчивостью даже на собственную Памятную записку Резерфорду.

Вспоминая впоследствии те счастливые минуты прозрения, Бор не рассказывал, как выразились его чувства. Но датского варианта эврики не возникло: он не выскочил из дому и не пустился с ошалелым криком к людной площади Трех Углов. Истинный ход его мыслей в те минуты, разумеется, невосстановим. Леон Розенфельд попытался проделать это, и, хотя он адресовался к физикам и потому не искал образной замены формулам и терминам, все равно ему пришлось признаться:

«Конечно, немного наивно (и я полностью сознаю это) представлять на такой школьно-педагогический лад грандиозный процесс созидания, происходивший тогда в голове Бора».

А что было потом, когда прошли минуты понимания проблемы в целом? Леону Розенфельду вспомнилось, как работала мысль Бора в более поздние времена:

«Что было потом, я живо могу вообразить себе: он должен был… терпеливо поворачивать формулу Бальмера в своем мозгу, как поворачивает геолог в руках найденный минерал, разглядывая его под всеми углами зрения, тщательно исследуя все детали его структуры… прощупывая логическую необходимость каждого этапа своих размышлений; он должен был в мгновенном охвате взвесить следствия из этой формулы, а затем ежеминутно подвергать их проверке данными опыта…»

…Бор мог рассказать, как однажды в детстве он, одиннадцатилетний, вместе со всем классом рисовал карандашом пейзаж за окнами Гаммельхолмской школы. Там видны были сверху три дерева, за ними — штакетник забора, а в глубине — дом. Все на рисунке выходило очень похоже, но… он выбежал из класса и вбежал в пейзаж. Сверху увидели: он пересчитывал планки штакетника. Потом все говорили — вот какой он добросовестный человек: ему захотелось, чтобы количество планок на рисунке точно сошлось с натурой. Непонятливые взрослые! Ну разве не сообразил бы он, что для этого бегать вниз не имело смысла? Там ведь кроны деревьев в трех местах широко заслоняли штакетник. И, вбежав в пейзаж, попросту уже нельзя было бы узнать, какие планки изображать не следует, потому что из окна они не видны. Его поняли опрометчиво и похвалили не за то. Ему, мальчику, захотелось тогда совсем другого: выведать скрытое от глаз «а сколько жердочек во всем заборе?». Не для рисунка это нужно было ему, а для себя, рисующего. Для полноты понимания… Но это трудно объяснить другим.

Теперь, двадцативосьмилетний, он оставался таким же.

Вчера еще ему в новинку была формула серии Бальмера, а сегодня он уже не мог не пересчитывать все жердочки в штакетниках других спектральных серий. Он должен был вбежать в спектроскопию. И он принялся «терпеливо поворачивать в своем мозгу» другие спектральные формулы — Ридберга, Рунге, Ритца… Другие спектральные серии — Пиккеринга, Пагаена, Фаулера… (Вот когда ему впервые действительно понадобилось отыскивать в журнале английского Астрономического общества статью о спектре гелия!)

И всюду он наблюдал воплощение своей спасительной идеи: у атомов есть только прерывистая последовательность устойчивых состояний — стационарных уровней энергии! Всюду ему открывалась невидимая паутина разрешенных природой электронных орбит. И всюду он видел в действии два принципа, угаданных им в первую минуту:

— на орбитах электроны не излучают;

— кванты испускаются, когда электроны перескакивают с орбиты на орбиту и атомы скачком переходят из одного стационарного состояния в другое.

Ему надо было убедиться, что эти постулаты всегда работают безотказно. И он взволнованно пережил подтверждение своей правоты, когда встретил последнюю по времени — самую обобщенную — спектральную формулу Вальтера Ритца.

…Тридцатилетний геттингенец опубликовал ее пять лет назад. Она стала известна под именем комбинационного принципа в спектроскопии. Ритц не разглядел прозрачного смысла этого принципа, как Бальмер не понял своего детища. И тут не было их вины. Старый Бальмер умер в 1898-м — за два года до появления идеи квантов. Молодой Ритц безвременно ушел из жизни в 1909-м — за два года до появления планетарной модели. А этой идее и этой модели нужно было не только появиться на свет, но еще и встретиться в одной голове.

Комбинационный принцип описывал чередование линий в любых спектральных сериях. И все линии получались из комбинации двух величин, связанных знаком вычитания. Но уже не одна, а обе они были переменными и обе зависели от смены целых чисел. Это показывало, что кванты рождались при перескоке электронов с любой орбиты на любую нижнюю — не обязательно самую нижнюю. Электрон не обязан был падать на всю допустимую глубину: он мог остановиться на любой разрешенной ступеньке… Это значило, что природа милостива и щедра на возможности. Каждому скачку соответствовал свой излучаемый квант.

В исчерпывающей схеме объяснялось все цветовое богатство спектров. И, в сущности, вся многоцветность мира.

…Теперь уже не случай, а порыв снова свел Бора с Хансеном. Тот едва ли ожидал, что Бор вдруг явится к нему в лабораторию всего через два-три дня после их первого свидания. И уж превыше всякого вероятия было, что они при этом поменяются местами и он, спектроскопист, услышит от теоретика:

— Посмотри, как замечательно просто раскрываются спектральные формулы!

Бор (историкам): …Итак, я увидел путь рождения спектров. Тогда я отправился к Хансену и сказал: «Посмотри, разве дело обстоит не так?» А он сказал, что не знает, так ли это. Но я сказал: «С моей точки зрения комбинационный принцип только в том и состоит, что ты получаешь все спектральные линии как результат вычитания одной величины из другой». А он сказал, что вовсе не уверен в этом. И потому я должен был прийти к нему снова…

Какая это была удача, что в Копенгагене тогда оказался Хансен! Бору уже и в молодости крайне нужно было, вышагивая, вслух обговаривать пониманье вещей. Кроме пространства, нужен был достойный партнер. Критик. Знаток. Скептик. Всего лучше — един в трех лицах. И притом — сочувственная душа. В Манчестере 12-го года судьба послала ему на несколько недель радиохимика Хевеши, в Копенгагене 13-го года — на несколько встреч — спектроскописта Хансена.

Почему он не написал тогда сразу письма Резерфорду? Ему бы следовало раскаяться в признании, сделанном каких-нибудь десять дней назад, 31 января: «Я вообще не занимаюсь проблемой вычисления частот, соответствующих линиям в видимом спектре». Право, следовало безотлагательно сообщить Папе, что теперь-то уж планетарный атом наверняка спасен!

Было видно: устойчивость достигалась сама собой. Обнаруживая воочию существование прерывистой череды стационарных состояний атома, спектры показывали, что есть среди этих состояний одно особое: состояние с НАИМЕНЬШЕЙ энергией. Оно — как первый этаж в современном небоскребе на бетонных сваях, придуманных Ле Корбюзье: все этажи похожи, но первый есть первый, ниже — земля. Среди орбит электрона есть первая. Ниже — ядро. И, к великому недоумению классической физики, ниже электрону уже нельзя поселиться. Так между О и 1 уже не поместить никакого целого числа. С этой нижней орбиты электрону некуда падать. И потому он может вращаться на ней БЕССРОЧНО.

Это и было то состояние атома, какое Бор искал с самого начала: естественное или ОСНОВНОЕ! Радиус первой электронной орбиты и задавал нормальный размер атома.

…Узоры на крыльях бабочек все-таки навели на след фундаментальных закономерностей природы. В подоплеке несомненной устойчивости окружающего мира проявились квантовые черты с их непонятной пунктирностью. Словно азбукой Морзе — точками и тире — сообщали о себе глубины материи.

К уже привычной дробности вещества (Левкипп и Демократ) и к еще непривычной зернистости излучения (Планк и Эйнштейн) теперь прибавилась прерывистость в физических процессах: квантовые скачки по энергетической лестнице в атоме. У них были начало и конец, но не наблюдалось истории — никакого членения на подробности!

Может быть, потому Бор и не написал Резерфорду сразу, что тотчас почувствовал, какое ОГРОМНОЕ И НЕПРЕДВИДЕННОЕ РАСШИРЕНИЕ НАШЕГО ПОНИМАНИЯ ВЕЩЕЙ скрывалось за этой новостью? Перед столь полным разрывом с классической философией природы смутился бы и Эйнштейн. Впрочем, сослагательное «бы» можно опустить: к тому времени это уже произошло в его жизни, хотя в феврале 13-го года не было известно никому.

…Пройдет восемь месяцев, и Дьердь Хевеши в двух письмах перескажет откровенное признание Эйнштейна по этому поводу. В письме Бору: «Он рассказал мне» ЧТО МНОГО лет назад у него были очень похожие идеи, но де нашлось мужества их развить». В письме Резерфорду: «Он сказал мне, что однажды пришел к подобным идеям, но не осмелился их опубликовать».