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.

---

Глава третья. ВОТ ТАК ЭТО БЫЛО

Весною 25-го года, когда кончилась его полугодовая стипендия, Вернер Гейзенберг, переполненный ощущением назревшего кризиса, уехал из Копенгагена. И это было лучшее, что он увозил с собою в Геттинтен, где его и обязанности приват-доцента. Из памяти не выходили внезапные появления Бора на дороге его комнаты в пансионе фру Мор, когда там уже все успевали пожелать друг другу спокойной ночи. Спокойных ночей не получалось — Бор произносил с порога: а не попробовать ли нам обдумать еще и такую возможность?..» И казалось, испробовано было все. Теперь за собственным письменным столом в Геттингене Гейзенберг-совершил последнюю попытку пробиться к механике атома путем частных предположений. И увяз в электронных орбитах — «в непролазной трясине громоздких и неразрешимых математических уравнений».

Тем временем дошли до Геттингена достоверные сведения из Берлина: намерения искуснейшего Ганса Гейгера и молодого Вальтера Боте не подтверждали построения Бора — Крамерса — Слэтера. Закон сохранения энергии не терял своей строгости в микромире! Закрывался и этот путь догадок. За столом нечего было делать без новой ведущей идеи.

И тогда она пришла к Гейзенбергу. Или он к ней.

Случилось ли это на зацветающих склонах Хайнберга или в окрестных лугах — неизвестно. Но цветочная пыльца той весны сыграла ускоряющую роль в открытии первого варианта искомой КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ. На Гейзенберга набросился приступ сенной лихорадки. Только взглянув на его распухшее лицо и детские воспаленные глаза, Макс Берн без колебаний дал ему двухнедельный отпуск для поездки на скалистый север с морским целительным ветром. Хозяйка дома на высоком берегу Гельголанда решила, что молоденький господин доцент пострадал накануне в драке и заслуживал милосердого внимания. В общем, болезнь обеспечила ему благоустроенное одиночество. И зародившийся еще в Геттингене замысел начал быстро превращаться в теорию неожиданной новизны.

Он потом рассказывал Бору, что в первый же вечер уселся на балконе с бескрайним видом на море, и ему вспомнилось их посещение Эльсинора, и он сызнова ощутил, как зрелище морского простора дает нам долю бесконечности в обладание.

Может быть, и это ему помогло?

Его идея физически выглядела так просто, а философски — так простодушно, что, выскажи он ее заранее, как программу построения атомной механики, никто не поверил бы в возможный успех. Путь от такой идеи к формулам показался бы непроложимым.

Только НАБЛЮДАЕМЫЕ величины — вот чем должна оперировать теория микромира! Это —было его исходным пунктом.

Не оттого ли все затруднения, что теоретики стараются описать в деталях картины механического движения, возможно, вовсе не отражающие микродействительности? Молодой Гейзенберг по-новому оценил серьезность этого старого подозрения.

Ясная параллель обнаруживала, в чем тут корень зла.

…Когда астрономы обсуждают положения и скорости планет, они в общем-то знают, о чем говорят: движения освещенных солнцем планет наблюдаемы. И потому величины, входящие в формулы астрономов, доступны проверке. Но когда похожим математическим процедурам подвергаются электроны на атомных орбитах, физики не знают, о чем они говорят: эти орбиты наблюдению недоступны. Увидеть — значит сначала осветить. Однако в первом же измерении квант собьет электрон с его пути. Так и астрономы не смогли бы наблюдать орбиты планет, если бы потоки солнечного света способны были сталкивать их с предписанных механикой небесных дорог. И эта небесная механика потеряла бы физический смысл.

Зачем же теоретикам микромира оперировать с величинами, быть может лишенными физического содержания?

С этой простой идеи начал Гейзенберг.

Он полагал, что с ним заодно сама история физики XX века. Разве не отказался Эйнштейн рассматривать абсолютное время — единое для всех движущихся тел — именно потому, что никакое наблюдение не могло бы подтвердить его существование? Все доступные измерению времена относительны. Они и должны содержаться в формулах механики. А Бор с его отказом описывать в координатах времени и пространства квантовые скачки? Что заставило датчанина пойти на этот шаг, чуждый прежнему духу естественнонаучного понимания хода вещей в природе? Да ведь только то и заставило, что в квантовых событиях никак не проследить постепенный «ход вещей». Ненаблюдаемость скачков с орбиты на орбиту вынудила изменить традициям.

Так отчего же не сделать еще один шаг: раз нельзя наблюдать и орбиты, не надо описывать движение электрона вокруг ядра! Резерфордовский образ электронов-планет, может быть, чистая иллюзия. Известно лишь, что атом изменяет свою энергию прерывисто и потому последовательность разрешенных уровней образует лестницу. О недробимых прыжках по этой лестнице свидетельствуют испускаемые кванты. Частота и амплитуда «чего-то колеблющегося» в атоме — вот все, что доподлинно наблюдаемо в эксперименте. Частота обнаруживается в цвете спектральных линий, амплитуда — в их яркости. Много это или мало — посмотрим…

Так полагал Гейзенберг. (Если оголить суть до схемы.)

Знания частот достаточно, чтобы судить об энергии квантов. Знания амплитуд достаточно, чтобы судить о вероятности их испускания. Наборы таких наблюдаемых величин дают необманную информацию о главных событиях атомной жизни — о квантовых скачках-переходах. А если так, то лишь этими наборами должна оперировать искомая КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА.

Идея стала программой действий.

Еще до бегства на Гельголанд Гейзенберг принялся строить по этой программе теорию атома водорода. И потерпел неудачу. Запутался. Открылось, что надо было еще научиться оперировать с наборами наблюдаемых величин. Прежний опыт физики помочь не мог: она такими вещами не занималась. Неизвестно было даже, в какой форме записывать эти наборы и по каким правилам пускаться с ними в математическую игру.

В общем, следовало придумать свою математику. Уже в Геттингене, бедствуя с атомом водорода, он нащупал основу.

…Как в единой записи охватить все варианты квантовых скачков, если возможны переходы между любыми двумя стационарными состояниями? Это напоминало задачу о записи всех результатов турнира, когда каждый играет с каждым. Тут участники турнира — стационарные состояния: первое, второе… десятое… энное… Результаты матчей между ними — испускание или поглощение квантов. Это как игры на своем и на чужом поле. Нужна квадратная турнирная таблица, чтобы сразу отразить все варианты. Одна таблица для частот. Другая — для амплитуд.

Он начал придумывать новый язык для разговора о событиях в мире квантовых прерывностей.' Нашлись нужные слова — должен был найтись нужный синтаксис. На математический лад: своя алгебра этих квадратных таблиц.

И был на Гельголанде день — ветер, море, одиночество, тишина — из числа счастливейших в его жизни.

Гейзенберг (историкам): Я пришел в невероятное возбуждение, потому что увидел, как отлично все получается. Вспоминаю, у меня появилась схема, из которой можно было выводить сохранение энергии (для каждого матча. — Д. Д.), и я работал всю ночь, делая ошибку за ошибкой в арифметических подсчетах. Было два или три часа утра, когда я убедился, что закон сохранения выполняется. Моя взбудораженность не имела предела, а уже занималось утро. Я решил, что надо бы проветриться. Возбуждение погнало меня к одной из гельголандских скал… Я чувствовал: «Сейчас случилось что-то важное!» Немного погодя вернулся домой и замертво уснул. Ну а потом принялся писать статью.

Это был один из последних майских дней 25-го года. И случилось «что-то важное» на крошечном островке совсем неподалеку от устья Эльбы — от Гамбурга, где как раз в то время овладело Вольфгангом Паули чувство тупика.

Был час смятения, когда все достигнутое показалось Гейзенбергу полнейшей ерундой. Открылось, что в алгебре квадратных таблиц не всегда действителен извечный закон: А на В равняется В на А. Это называлось перестановочностью умножения. И в делах природы почиталось самоочевидным. А тут вдруг обнаружилось, что для разных наблюдаемых величин результат простого умножения вовсе не один и тот же, если множители поменять местами:

А*В <> В*А!

— Это встревожило меня ужасно, — говорил он. — …Но потом я сказал себе: «К счастью, мне не понадобится такое умножение, к счастью, это не очень существенно».

Но беспокойство, конечно, не прошло. Были для тревоги и другие поводы. И на обратном пути в Геттинген он остановился у Паули в Гамбурге. А тот устроил ему дружеский прием с отменным угощением и такой же критикой. Еще яснее стало, что набросок новой механики требовал работы и работы.

Весь июнь и начало июля ушли на эту работу. И дома Гейзенбергу пришлось побороться с искушением «бросить в огонь» никак не дозревающую статью. 9 июля он послал все написанное к Паули, как посылают к черту то, что мучит и не отпускает. Критическая манера Паули вполне заменяла огонь и скалу.