Даниил Данин - Вероятностный мир
Удивительно ли, что в один из майских дней 12–го года молодой радиохимик из Венгрии Дьердь Хевеши — ровесник и приятель Бора — позволил себе задать Резерфорду элементарнейший вопрос: «Альфа–частицы приходят из ядра. Это несомненно. Но откуда приходят бетa–электроны?» Разумеется, Резерфорд не промедлил с ответом. Однако то, что услышал Хевеши, звучало неправдоподобно: автор планетарной модели отсылал его к другому авторитету! «Спросите Бора…» — коротко и кротко проговорил Резерфорд.
Когда через полвека состарившегося Хевеши расспрашивали об этом эпизоде физики–историки, они, знавшие нрав Резерфорда и тогдашнюю трудность проблемы, были поражены не меньше, чем в свое время сам венгр.
Хэйлброн: — Резерфорд действительно верил, что Бор это знал?
Хевеши: —О, да! Он никогда не сказал бы «спросите Бора», если бы не был уверен, что у того и в самом деле есть готовый ответ.
Да, Бор отвечал, что и бета–электроны приходят из атомного ядра! Теряя отрицательный электрон, ядро увеличивает свой положительный заряд на единицу, и можно предсказывать, что при бета–распаде должен рождаться атом химического элемента, соседствующего с прежним в таблице Менделеева. Уже тогда Бор, хоть и смутно, но представлял себе, что атомное ядро — сложная лаборатория, где могут возникать частицы, которые там вовсе не содержатся…
…В Манчестере почувствовали: у них появился теоретик, кажется, опережающий самого «Папу» — Резерфорда — в осмыслении атомных загадок.
А Бор уже приступал к решению труднейшей из этих загадок: почему устойчивы атомы, если они устроены, как Солнечная система? Если классические законы запрещают планетарному атому существовать, то какие же законы выручают атомы из беды? Почти пятьдесят лет спустя Нильс Бор сказал в лекции памяти Резерфорда:
«В раннюю пору моего пребывания в Манчестере, весной 1912 года, я пришел к убеждению, что строение электронного роя в резерфордовском атоме управляется квантом действия (постоянной Планка h)».
3
Вот что Бор почуял: в одной катастрофе повинна другая!
И еще: он не устрашился ни первой, ни второй, а уловил самую суть научных катастроф. Они прекрасны, потому что, разрушая, созидают. Сегодня можно сказать: они — как направленные взрывы, только бы верно понять их направленность.
Спасти планетарную модель — значило объяснить устойчивость атомных размеров. Или: устойчивость электронного роя в атоме.
Все с охотой или огорчением повторяли, что каждому электрону на периферии атома классические законы предуготовили одну судьбу — падение на ядро. Но никто не добавлял: может быть, эти законы теряют в атомном мире свою применимость? Поверив в экспериментальную доказанность планетарной модели, Бор отважился на эту простую и мятежную мысль.
Само существование природы было за него. Из атомных миров слагался большой зримый мир, доказывая своим бытием, что у атомов есть конечные устойчивые размеры. Надо было найти объяснение космически громадному и детски простенькому факту глобального масштаба, что у вещества Вселенной есть уже бог знает какая долгая история. И конца ее не предвидится — вещество мира вовсе не собирается сморщиться, сжаться, исчезнуть, точнее — превратиться в кашу из одних атомных ядер. И все это лишь по причине несговорчивости классических законов физики, которые ни в чем не виноваты, ибо не из атомного опыта природы были извлечены.
Законы классики вообще не давали никаких указаний на возможные размеры атомов: эти законы разрешали электронам, как планетам, вращаться на любых расстояниях от ядра, в том числе и на сколь угодно близких. Но очевидно, среди любых расстояний было наименьшее допустимое. Оно–то и должно было задавать устойчивый размер реального — необреченного — атома.
Помочь найти такой наименьший — разрешенный при родой — радиус электронного роя классическая механика не умела. Молодой Бор и не стал выпытывать у классических формул того, чего они сказать не могли. Весной 12–го года в Манчестере им овладело теоретическое предчувствие (если предчувствие может быть теоретическим), что должна обнаружиться глубокая связь между двумя «минимальностями» в природе:
— существованием минимальной величины для физического действия и
— существованием минимальных размеров для электронного роя в атомах.
Короче, Нильс Бор вступил на квантовый путь объяснения классически необъяснимого. Теперь в согласии с недавним пророчеством Лоренца ему надо было стать «мыслителем в уединенном уголке мира» и там «дойти до решения».
…Была жизнь затворника в летнем Манчестере. Были дни одиноких раздумий в зимнем Копенгагене. Наконец, уединение сам для себя создавал ищущий разум, даже когда вокруг клубился шум университетских коридоров.
Это заблуждение, будто шумы извне мешают больше всего остального сосредоточенно думать: от них не так уж трудно человеку отгородиться невниманием. Главная помеха сосредоточенности — шумы нашей внутренней жизни. Труднее трудного отделываться сознанию от того, что оно само порождает, как неумолчный фон своей активности… То, как умел уходить в себя, а вернее, уходить от себя Нильс Бор, поражало современников.
Однажды он выступал перед берлинскими физиками с рассказом о своих квантовых идеях. Его друг, известный геттингенский экспериментатор Джеймс Франк, вспомнил в интервью историкам, как Бор отыскивал ответы на трудные вопросы дотошных слушателей:
— …Порою он усаживался неподвижно с выражением совершеннейшего и безнадежного идиотизма на пустом лице. Глаза его становились бессмысленными, фигура обмякшей, безвольно повисали руки, и он делался до такой степени неузнаваемым, что вы не рискнули бы даже сказать, будто где–то уже встречали этого человека прежде. Впору было решить, что перед вами клинический недоумок, да еще без малейших признаков жизни. Но вдруг он весь озарялся изнутри. Вы видели, как вспыхивает в нем искра, и потом он произносил: «Так, теперь я это понимаю…»
То не было случайным наблюдением. Много лет спустя другой физик, Отто Фриш, стал свидетелем точно такой же сцены на коллоквиуме в Копенгагене. А еще позднее Эйнштейн писал о постоянной «загипнотизированности» Бора.
Но даже при таком сверхмастерстве сосредоточенности Бору понадобился почти год, чтобы на вопрос: «Отчего не исчезает вещественный мир, сотканный из планетарных атомов?» суметь однажды ответить: «Теперь я это понимаю…»
Мысль не сразу вышла на кратчайшую дорогу от идеи–догадки до стройной теории. А когда вышла, все было сделано меньше чем за месяц. Как часто бывает, Помог случай, который потому и случай, что ни запланировать, ни подстроить его нельзя.
Прошло уже полгода, как Бор вернулся из Англии на родину. Как–то в начале февраля 13–го года он рассказывал о муках своих квантовых исканий бывшему однокашнику по университету Хансу Хансену, ставшему спектроскопистом. Он уверял былого приятеля, что близок к объяснению «свойств материи, зависящих от системы электронов в атоме». И перечислил важнейшие из таких свойств — устойчивость вещества, химическое поведение, магнетизм…
— А спектры? — с надеждой спросил Хансен. — Как твоя теория объясняет спектральные формулы?
— Спектральные формулы?!
Даже через пятьдесят лет Бор живо помнил и вопрос Хансена и свое недоумение. Рассказывая о том разговоре историкам, он с улыбкой честно признался: «Я ничего не знал ни о каких спектральных формулах»!
Хансен мог только развести руками:
— Тебе необходимо посмотреть эти формулы. Ты увидишь, с какой замечательной простотой они описывают спектры.
— Я посмотрю… — смущенно пообещал приятелю Бор, не подозревая, что в будущем ему придется рассказывать о случившемся как о поворотном событии в истории познания природы.
В тот же день он разыскал в литературе давно известную всем теоретикам (всем, кроме него!) коротенькую формулу Бальмера для водородного спектра. И только взглянув на нее, сразу осознал: вот оно — то, что дает естественное объяснение устойчивости планетарного атома!
Ученик, ассистент и младший друг Бора, бельгийский физик–теоретик Леон Розенфельд удостоверил:
«Он говорил мне не раз: — Как только я увидел формулу Бальмера, все немедленно прояснилось передо мной!»
4
У Бориса Пастернака есть строки: «Однажды Гегель ненароком и, вероятно, наугад назвал историка пророком, предсказывающим назад». Историкам показалось сначала трудно объяснимым, почему Бору самому не пришло в голову обратить внимание на атомные спектры?
Да и вправду… Он ведь сразу, еще весной 12–го года, набрел на идею, что структура системы электронов в атомах управляется квантом действия. А раз так, то немедленно должна была явиться мысль о квантах излучения. А если о квантах излучения, то значит и о спектрах…
