Дважды мне посчастливилось видеть Нильса Бора собственными глазами. Дело было в Москве в 1934 году. Впрочем, «дело было» слова неверные

Вид материала

Документы

Содержание Принципе соответствия Памятной записке

Подобный материал:

• Овсем по небольшому, как говорится, совершенно случайному поводу: мне позвонил Юрий, 16.9kb.
• Берт Хеллингер порядки любв разрешение семейно-системных конфликтов и противоречий, 5363.89kb.
• Слово о казачьем роде, 2572.74kb.
• В 1942 году закончил педагогическое училище и был мобилизован в армию. Сэтого года, 8887.2kb.
• Должностная инструкция, 93.05kb.
• Евгений Романович Романов (настоящая фамилия Островский). Впреподавателях недостатка, 100.42kb.
• К. Бессер-Зигмунд «Магические слова.», 1621.92kb.
• К. бессер зигмунд магические слова, 1643.56kb.
• Примерная программа учебной дисциплины математика, 566.38kb.
• Конспекты занятий по обж, 119.97kb.

194

за ним стоявшее: СЛУЧАЙ. Что тут могло быть нового для физика?

Но Бор знал, что тут будет новое. Отлично знал, хотя и не ведал еще до конца, к чему все клонится. В первой же статье о Принципе соответствия, он уже затуманил ясное понятие ВЕРОЯТНОСТИ неясным прилагатель­ным: СПОНТАННАЯ...

Спонтанная вероятность — так, стало быть, внутрен­не присущая квантовым скачкам? Заложенная в самой их природе? Выражающая чистую случайность — без вся­ких причинных подоплек? С ТАКОЙ случайностью и ТАКОЙ вероятностью физических событий естествозна­ние никогда еще не имело дела.

Эйнштейн этого определения не вводил. Ни в одной из своих двух статей 16—17-го годов, где впервые речь зашла о вероятностях квантовых событий, он о спонтанности не заговорил. И не мог заговорить! Для этого ему нужно бы­ло бы изменить своей философии.

В сущности, вот когда возникла длившаяся потом деся­тилетиями его драматическая дискуссия с Бором. Да, уже в конце статьи 17-го года он прямо выразил сожаление, что вместе с вероятностями в мир внутриатомных событий ' проникает случай и этому случаю предоставляются слиш­ком большие права в делах природы. Он сразу объявил ато недостатком своей собственной теории. И понадеялся на будущее избавление от него. Уже тогда он готов был про­изнести свою философическую шутку: «Я не верю, что гос­подь бог играет в кости!» Но как непредсказуема драма идей: то, что ему мнилось слабостью его теории, породило силу, против которой он сам уже ничего не мог поделать!..

А термин спонтанное излучение (и, следовательно, «спонтанная вероятность») приписали Эйнштейну перевод­чики его статей; облегчая себе задачу, а читателям чте­ние, они ввели в старые тексты только со временем усто­явшееся выражение. Принадлежало оно Бору.

...Размышлять об этих вещах было трудно. Тут где-то кончалась физика. И начиналась непроглядная философ­ская тьма. И единственное, что светилось в этой тьме неведения, были спектральные линии: только они своей яркостью давали свидетельские показания в пользу идеи спонтанной вероятности квантовых скачков. И Бору хо­телось слушать их показания. Молча. Терпеливо обдумы­вая услышанное.

Был в весеннем Лейдене час, когда участникам съезда голландских естественников демонстрировали на экскур­сии в физической лаборатории микрофотометр Молля — высокочувствительный прибор для измерения интенсив­ности спектральных пиний. Бор смотрел во все глаза.

И острота его молчаливого интереса к этому прибору удивила хозяев: обычно несвойственная теоретикам, она показалась непонятной.

Экскурсия продолжалась. Внезапно кто-то хватился Бора — пустились на поиски. Его обнаружили в безлюд­ной комнате по соседству. Он шагал от стены к стене (в клетке своих мыслей). Потом визитеры задавали во­просы. Бор негромко спросил: «Сколько стоит этот при­бор?» (Надежда на сходную цену была в его голосе.) И более ни о чем не осведомился. Все подумали, что во­прос задавал директор строящейся лаборатории, стеснен­ный в средствах. А вопрос задавал еще и теоретик, стес­ненный философскими трудностями.

Но один леиденец это. понял бы наверняка, присут­ствуй он тогда на экскурсии: Пауль Эренфеет.

Они познакомились на защите Крамерса,, их общего ученика. И с первого рукопожатия, когда Бо-р, улыбаясь, представился — «Бор», а Эренфеет, улыбаясь, предста­вился — «Эренфеет», и оба, высокий и маленький, всмот­релись друг в друга, сопоставляя-впечатлелие с ожидани­ем, и оба одновременно подумали, чтоу в сущности, они издавна знакомы, — с того первого рукопожатия взаим­ное доверие связало их на всю остальную жизнь.

Вечером Бор уже был домашним гостем Эренфеста;

ребячески общался с его детьми, скучая по собственным малышам — Кристиану и Хансу; слушал музыкальный' дуэт Эренфеста с Крамерсом — рояль и виолончель — в в несчетный раз убеждался, что музыка по причине своей бессловесности прекраснейшее отдохновение для ума, пе­реполненного словами-; наблюдал, как никого в этом до­ме — ни веселого хозяина, ни его приветливой жены, ни славных ребят — не коснулась послевоенная удручен­ность скудостью жизни.

А у Эренфестов эта скудость была вся на виду. В про­сторном доме недоставало подобающей обстановки. Един­ственные часы висели в столовой на гвоздике,, и это были карманные часы профессора. Стены без обоев. Окна без гардин. Меж тем прекрасный особняк был приобретен за немалые деньги. И надолго: положение Эренфеста, при­глашенного на роль преемника Лоренца, ' обещало быть прочным. Джеймс Франк, не раз гостивший у Эренфестов н озадаченный виденным, рассказывал историкам, в чем

196

гут было дело: на судьбе австрийского теоретика и его русской жены, осевших еще перед войной на голландской земле, неожиданно отозвалась революция в России. Слыв­шая хорошим математиком, Татьяна Афанасьева-Эрен-фест, киевлянка из преуспевающей семьи, разом лиши­лась прежде не иссякавшего источника средств. И дом без обстановки только продолжал напоминать об этом. Но оттого-то, что удар нанесла История с большой бук­вы, никто в доме не горевал об утраченном. Скорее на­против. Джеймс Франк уверял:

«...Татьяна Эренфеет была в то время настроена крайне прожоммунистически. Не думаю, чтобы и Пауль заходил так далеко. Однако иные из тамошних консерваторов могли бы называть его розовым, если не красным. И это было бы безусловно верно потому, что в нем жило сильное чув­ство социальной справедливости...»

Так, побеленные бедной известью стены, никак не огорчая обитателей, свидетельствовали в этом доме не только о скудости жизни, но и выражали независимость от стандартов благополучия и буржуазной добропорядоч­ности.

«...Дети Эренфеотов, одаренные ребята, рисовали на бе­лых стенах картины и с гордостью показывали их... А в комнате для гостей целая стена была покрыта именами тех, кто там бывал. (Эта традиция возникла позже, в середине 20-х годов. — Д. Д.) И я совершенно понимаю Эйнштейна, который писал, что чувствовал себя там счастливым. В нем тоже жила эта независимость, и ему неважно было, есть ли в доме нормальные хорошие кресла или нет... Он мог быть там самим собой, а этого-то он и хотел...»

И Бор хотел этого — быть самим собой. И уже знал, что будет сюда еще не раз возвращаться. И жалел, что Маргарет не смогла из-за детей поехать в Голландию вместе с ним: ей тоже пришлись бы по душе эти новые друзья и этот необычный дом, полный счастливой есте­ственности.

О чем они разговаривали, гость и хозяин, оставаясь вдвоем? Как-то Бор сказал про классику: «Восхититель­но гармоничный круг представлений». А когда можно бу­дет и о квантовой физике произнести по праву нечто подобное? Вот об этом и говорили...

И снова Лейден 19-го года, как и Копенгаген той по­ры, не дал Бору поводов для сетований на одиночество в науке.

т

...Из Лейдена он уехал один — без Крамерса. Новый доктор философии Лейденского университета решил после защиты отдохнуть дома. Условились про­должить летом прерванную работу над циклом из четы­рех статей. А когда настало лето и Бор с малышами и Маргарет переехал в арендованный сельский домик среди тисвильских лесов и дюн на севере Зеландии, пришло письмо из Лейдена: Крамере тяжело заболел. Тиф! (Это мир еще расплачивался за войну, вновь и вновь узнавая, как она мстительна. Ее живучие спутники — эпидемии, инфляции, кризисы — катились по Европе, не разбирая государственных границ и не отличая правых от вино­ватых.)

Вот так рабочее место Крамерса за письменным сто­лом Бора неожиданно скоро пришлось занять Оскару Клейну.

«...Я отправился в Тисвиль и оставался там в течение всего лета 19-го года. Бор диктовал мне каждый день... Он снял еще одну комнату на ферме неподалеку от семьи. Это был маленький красный домик. Когда кот расхаживал по крыше, раздавался шум, похожий на раскаты грома. Но в остальном это было прекрасное место для работы...»

И они работали. Тихие шаги. Диктовка по-английски. Споры по-датски. И раскаты грома над головой.

Лето. Дюны — зеленое с желтизной. Вереск и сосны. Тридцатилетняя женщина с двумя мальчиками на лесной поляне. Красный дом в отдалении. И кот на крыше...

Жизнь в стороне от истории?

Через сорок три года в беседе с историками Оскар Клейн уже не мог припомнить точно, какую из своих то­гдашних статей выхаживал в красном домике Бор. Па­мять подсказывала разные варианты. Но, пожалуй, всего вероятней, что был уже в работе обширный доклад, ко­торый он согласился прочитать в Берлине весною буду­щего 1920 года. Речь шла об уже достигнутых успехах.

Однако попутно стала тогда прорисовываться и новая идея Бора. Оскару Клейну запомнилось, как Бор прини­мался вдруг обсуждать строение атомов лития и натрия.

С чего бы? После абстракций математики вдруг кон­кретности химии. Не оттого ли, что теперь за его рабо­чим столом сидел не сверхматематичный голландец, а

т

шведский лиценциат из физико-химической школы Ар-рениуса? Клейн привез с собою незаконченное исследо­вание об электролитах — растворах, проводящих ток. Бор прочитал эту работу в первые дни их знакомства. И, к удивлению юноши, сразу заговорил о ней так, точно всю предыдущую жизнь только и делал, что занимался электролитическими процессами. Снова мгновенное пони­мание заменило Бору подробную осведомленность. И от­того что Клейн продолжал свое исследование, тень химии поселилась вместе с ним в красном тисвильском домике.

...Еще семь лет назад — в Памятной записке Резер-форду — Бор запрограммировал квантовое истолкование Периодического закона Менделеева. Ему все тогда каза­лось легкодостижимым — «через несколько недель». В придуманных для устойчивости атома электронных кольцах ему чудилась скрытой и периодическая повторяе­мость химических свойств элементов. Он ведь и число уже называл: в каждом кольце не больше семи электронов — от нуля до семи. Итого восемь вакансий. А химия атома зависела, по его мысли, от внешнего кольца. И потому у всех элементов с одинаковым числом электронов в на­ружном кольце похожая химия. И периодичность дей­ствительно появлялась сама собой: у каждого элемента должен был через восемь клеточек менделеевской табли­цы обнаруживаться близнец по поведению...

За последние годы принцип этой схемы не устарел. Но Бор прекрасно знал, что она слишком уж схематич­на. Довольно было взглянуть на таблицу Менделеева, что­бы увидеть: периодическую повторяемость химических свойств числом 8 не исчерпать. Рармония Периодического закона оставалась неразгаданной. В ней каким-то обра­зом участвовали и другие числа — 2, 18, 32... Ясно, что тут шла в природе какая-то квантовая игра. Однако по более сложным правилам, чем им, физикам и химикам, казалось сначала.

Многие уже пытались эти правила раскрыть. Успеш­ней и раньше других — мюнхенец Вальтер Коссель. Бору нравились его работы. Только одно не удовлетворяло:

Коссель «не входил в рассмотрение глубоких причин раз­деления электронов на группы...». Сам Бор уже не верил тому, что утверждал в наивные дни Памятной записки:

будто электроны в каждом кольце, как в хороводе, вра­щаются все вместе по одной орбите. Когда бы так, свя­занные коллективной устойчивостью вращения, эти элек-

199

троны лишились бы права свободных перескоков на иные орбиты. Да больше ему и не нужны были кольца: его теория разрешала каждому электрону устойчиво двигать­ся вокруг ядра по индивидуальной орбите — лишь бы отвечала она какому-нибудь дозволенному уровню энергии.

Вся паутина математически возможных орбит теперь рисовалась ему в виде призрачного проекта будущего атома. Уровни энергии превратились в иерархическую лестницу вакантных мест для залетных электронов. Фор­мируя атом, они могли садиться один за другим только на свободные ступеньки — снизу вверх. И если нижние уровни оказывались уже заселенными ранее прибывшими счастливчиками (или, напротив, неудачниками — они ведь теряли прежнюю свободу!), новым электронам до­ставались орбиты, более удаленные от ядра. И это про­должалось до тех пор, пока общее число электронов не становилось равным ядерному заряду и на свет не рож­дался готовенький нейтральный атом.

Но можно бы сказать, что электроны расселялись в атоме все-таки по группам, как новоселы r доме по эта-. жам: ведь каждая главная ступень на боровской лестни­це уровней являла собою зоммерфелъдовскую маленькую лесенку и орбиты для этой лесенки тесно соседствовали друг с другом, образуя группу орбит. Странным был этот дом — сродни фантастическим замыслам тогдашних архи­текторов-конструктивистов. Дом, расходящийся кверху:

цоколь — ядро, в первом этаже — 2 квартиры, во вто­ром — 8 и в третьем — 8, в четвертом — 18 и в пя­том — 18, а в шестом — 32... Так объединяются элемен­ты в периоды по таблице Менделеева. И точно так же должны были объединяться в группы атомные электро­ны. За причудливостью этого конструктивистского проекта угадывалась, однако, гармоническая четкость:

2=2-1², 8=2-2², 18=2.3², 32=2-4²...

Да, тут явно шла какая-то игра квантовых возмож­ностей. А многие физики уже придумывали свои схемы для толкования таких «арифметических чудачеств» при­роды, пытаясь как-нибудь обойтись без квантовых чисел... Известный американский исследователь Ирвинг Ленгмюр склонялся к мысли, что в строении атома принимают участие таинственные силы: только этим можно оправдать етранности атомных конструкций.

200

По прошествии двух лет, когда идеи Бора, начавшие зреть в красном домике, выросли в разветвленную теорию и 18 октября 21-го года стали предметом его нашумевше­го доклада в Физическом обществе Дании, он со всей непреклонностью отверг ленгмюровскую полумистику.

«...Такой прием, — сказал Бор, — принципиально чужд стремлению истолковать своеобразие элементов на основе общих законов взаимодействия частиц в любом атоме».

И прибавил: «Эти законы — постулаты квантовой тео­рии».

И улыбнулся: «Это стремление отнюдь не безнадежно».

Еще в красном домике — летом 19-го года — он знал, что оно не безнадежно! Об этом-то и говорили запомнив­шиеся Оскару Клейну его предположительные рассказы о процессе образования атомов лития и натрия.

В этих рассказах идея отдельной орбиты для каждого электрона главенствовала. Электронам одного этажа — одной группы — запрещалось селиться в одной квартире. Тут уже сквозила догадка, что в атоме нельзя найти двух электронов в одинаковых квантовых состояниях. Оскар Клейн с удивлением вспоминал тогдашние полутадатель-ные, полулогические посгроения Бора:

«...Они создали базу для открытия фундаментального за­кона природы, которому предстояло стать одним из крае­угольных камней физики элементарных частиц: Принципа запрета...»

Когда через шесть лет — в 1925 году — его провоз­гласил уже успевший побывать ассистентом у Бора моло­дой Вольфганг Паули, этот Принцип так и прозвучал:

в атомах нельзя встретить двух электронов с одним и тем же адресом — с одним и тем же набором квантовых чисел.

Закон оказался столь же прост, как и необычен. Элек­троны, формирующие атом, не могли играть в этой кван­товой пьесе совершенно одинаковые роли. Такой закон разрешал этим конвейерно неразличимым частицам обла­дать индивидуальностью в их атомном бытии — на атом­ной сцене. Заключалось в Принципе запрета нечто боль­шее, чем формально подмеченное правило. В нем вырази­лось своеобразие закономерностей микромира. И для это­го Принципа не нашлось бы никаких параллелей в классической физике.

В самом деле: решительно ничто не могло бы поме-

201

шать запуску на одну и ту же орбиту целого каравана совершенно одинаковых спутников. И все они по законам классики с равным успехом вращались бы вокруг Земли, нисколько не мешая друг другу. В микромире такая за­тея оказалась бы невозможной. Принцип запрета не раз­решил бы даже двум электронам усесться на один и тот же уровень энергии. И оттого что в нормальной структу­ре атома он каждому электрону отводил единственное место, мыслимо ли было без знания этого Принципа дать исчерпывающее толкование Периодической системы эле­ментов? Оно откладывалось до открытия Паули.

Летом 19-го года Бор начал нащупывать дорогу в глу­бины мендеяеевской таблицы. И потому естественно, что он сделал и первые шаги к распознанию Принципа за­прета. А почему он все же не дошел до его открытия сам?

Простейшее объяснение: рано еще было.

Однако он ведь уже не раз предвосхищал ход событий в теории атома. Могло бы снова осенить! Не случилось. Приходит в голову, что тут мог сыграть тормозящую роль непреодолимый психологический барьер. Он в том и заключался, что у Принципа запрета не было классиче­ских параллелей. А мысль Бора в то время смотрелась в зеркало «сходства с классикой» — в зеркало Прин­ципа соответствия. Как ни чудодейственно было оно, это зеркало, Принцип запрета в нем не отражался.

...Первое послевоенное лето. Красный домик в стороне от истории. Да нет, все-таки не в стороне: там зрело бу­дущее атомной физики, а с нею вместе — атомного века.

Сверх беды с Крамерсом еще одно из последствий вой­ны чувствительно задело Бора в то лето: обесценение кроны.

Наезжая из тисвильской глуши в столицу, он прежде всего спешил на Блегдамсвей: ничто не тянуло его к себе с большей силой, чем зрелище скромной стройки на фо­не зеленой стены Фёллед-парка. Здание будущего инсти­тута — семь окон по фасаду и три по торцу — неуклон­но поднималось вверх. Три этажа. С мансардой под кру­тыми скатами крыши — все четыре. Однако видно было, что этому зданию не удастся господствовать в пейзаже:

импозантности недоставало. А застенчивость Не та добро­детель, что красит архитектуру. Застенчивость и бед-

202

ность ощущались во. всем антураже растущего дома. По Бор уже преданно любил его.

Он держал в голове планы каждого этажа и полагал, что, пока стены не сложены окончательно, все это лишь черновики, доступные нескончаемому редактированию. К архитектурному проекту он относился как к собствен­ным ученым сочинениям, и на строительной площадке не слишком радовались его появлению.

Ему хотелось все новых улучшений.

К счастью, они стоили денег. А если бы давались бес­платно, здание на Блегдамсвей никогда не доросло бы до крыши, как уверял кто-то из строителей. Правда, остря­ку возражали, что в душе профессора Бора жида страсть безостановочно вести начатое к финишу. Да ведь что считать финишем? Фру Маргарет, окидывая про­житое единым взглядом, коротко сказала в беседе с исто­риками:

— Институт строился всегда.

В то первое строительное лето Бор увидел, что средств не хватит. Стало ясно, что надо привлечь к делу авто­ритет Резерфорда: его краткое послание Карлсбергскому фонду, в чьей финансовой помощи заключался выход из положения, решило бы все.

...Акции Резерфорда стояли тем летом и той осенью выше, чем когда бы то ни было: мировая печать сообща­ла о расщеплении атома в Манчестерской лаборатории. А в научных кругах Европы стало еще известно, что сэр Эрнст переезжает в Кембридж и будет четвертым Кавен-дишевским профессором — преемником уходящего в от­ставку Дж. Дж. Бор-то знал это с весны, когда Резер-форд известил его о предстоящей перемене и предложил ему прочесть для кембриджцев курс лекций по атомной теории. Нетерпеливому Папе захотелось сразу осовреме­нить застоявшуюся атмосферу Кавендиша, где прежний, великий, но состарившийся директор упрямо не жаловал ядерную модель и не одобрял квантовых новшеств. Бор принял это приглашение Резерфорда, запланировав поезд­ку в Англию на будущий год. А теперь — в октябре 19-го года — письмо с просьбой о поддержке посылал Папе уже по кембриджскому адресу.

Среди попутных новостей он рассказал Резерфорду, что в Копенгагене три недели гостил старый манчестерец Дьердь Хевеши. Они условились: к 1 апреля будущего года — к открытию института на Блегдамсвей — он при-

203

едет снова и останется надолго, чтобы поработать в Ко­пенгагене, как прежде в Манчестере. И Бор был счаст­лив, что у него сразу появится радиохимик высокого клас­са, да еще и понимающий друг... Дату — 1 апреля 1920 года — обговорили точно. В ее реальности Бор не сомневался.

Рассказал он и о другом визите: в Копенгагене побы­вал Арнольд Зоммерфельд, и они вели долгую дискуссию «об общих принципах квантовой теории». Ни следа былой депрессии не ощущалось в повадках Зоммерфельда. На­против, уверенная сила. Одолеваемый заботами о своем институте — это слово теперь все чаще вытесняло перво­начально "несмелое «маленькая лаборатория», — Бор ре­шил опереться и на авторитет мюнхенского профессора. Зоммерфельд откликнулся с готовностью. Он написал распорядителям Карлсбергского фонда:

«...Пусть в будущем ученые всех стран встречаются в Копенгагене для своих специальных исследований и осу­ществляют в стенах атомного института Бора идеалы обще­человеческой культуры».

...Когда зимой, незадолго до рождества, вернулся из Голландии Крамере, живой и невредимый, только остри­женный как новобранец, Бор мог уже не терзаться проб­лемой сносного жалованья для доктора философии Лей­денского университета. Так же как мог уже без опаски осведомляться, во что обойдутся стеллажи для институт­ской библиотеки и сколько обычно платят секретарю ди­ректора научного оффиса. Финансовая помощь институту была обеспечена. Он повеселел. (Забавно, но ничто так не воодушевляет натуры возвышенные, как то, что им рисуется деловым успехом.)

А той осенью ему сопутствовал еще один маленький деловой успех: за небольшие деньги он стал землевладель­цем! Нет, правда: он и Маргарет так пленились тисвиль-скими дюнами, прибрежными лесами и воздухом близкого взморья, что решили со временем обзавестись там собствен­ным летним домом, а пока хотя бы отъединенным клоч­ком земли. Они думали тогда о своих малышах и знали, что семья их будет еще расти и расти.

На рождественских каникулах 19-го года у Бора было чувство, что он, человек деловой и практический, с блес­ком провернувший важные финансовые операции, впол­не, черт побери, заслужил право на отдых. Оскару Клей-