Новый золотой листок, тонкий, вибрирующий, не хотел прилаживаться к стерженьку старого элек-|| троскопа

Вид материала

Содержание

376 Там, где нет преемственности, нет отцов и детей. Ситуация редкая в истории науки. Так ведь и открытие было из ряда вон! 16

Подобный материал:

1 ... 30 31 32 33 34 35 36 37 ... 54

из переписки с Брэггом шеф и узнал впервые об идеях японца. Однако вероятней другое.

Еще до этого, в самом начале года, доктор Нагаока гостил в Манчестере. Резерфорд уже успел сказать, что знает, «как выглядит атом». Гейгер и Марсден уже вели свою колоссальную работу по экспериментальной проверке выводов из ядерной модели, не зная покуда, что им придется в общей слож-

f*

375

нести подсчитать миллион (!) альфа-сцинцилляций для статистического подтверждения формулы рассеяния Резерфорда. Вся лаборатория в отличие от остального мира жила уже ощущением, что вот они — пришли! — великие времена. И шефу уже не нужно было удерживаться от соблазна поговорить об устройстве атомов. И мог ли он не сказать японскому гостю о главных своих надеждах? И мог ли доктор Нагаока не заговорить в ответ о «сатурнианском атоме»? Сохранилось его письмо Резерфорду из Токио, написанное сразу после возвращения из Манчестера. В нем прямо не говорится о планетарном атоме. Но ясно, что Нагаока покинул резерфордовскую лабораторию, посвященный в громадной важности события, 1ам происходившие.

22 фев. 1911

Я должен поблагодарить вас за большую доброту, какую вы проявили ко мне в Манчестере.

Я был поражен простотой аппаратуры, которую вы используете, и блестящими результатами, которые вы получаете... Мне представляется гением тот, кто может работать со столь примитивным оборудованием и собирать богатую жатву, далеко превосходящую то, что бывало добыто с помощью самых тонких и сложных устройств.

Естественно, что, узнав в последний момент о старой статье д-ра Нагаока, Резерфорд упомянул о ней в своей майской работе. И кстати добавил, что для рассеяния альфа-частиц сердцевиной атома безразлично, как группируются в нем электроны: подобен ли атом Сатурну с кольцами' или сфере... Этим упоминанием он навсегда вытащил из забвения модель одного из своих предшественников. Только одного—остальным не повезло. А список остальных не исчерпывается именами Лебедева и Перрена. Мысль об атоме, похожем на солнечную систему, осеняла и многих других: Джонстона Стонея и Николая Морозова, М. Павлова и Б. Чичерина...

Но суть в том, что ни одно из таких великолепных озарений не оставляло никакого следа в науке о микромире. Ни одно не знаменовало этапа в истории атомной физики, ибо всякий раз лежало вне этой истории—вне ее руслового течения. Ни одно не подытоживало предыдущих знаний и не порождало новых. Каждое было подвигом фантазии, но не подвигом познания. Каждое оставалось бездоказательным и незащитимым. Потому и возникали все эти догадки независимо одна от другой: Чичерин не опирался на Павлова, Стоней не опирался на Лебедева, Нагаока не опирался на Перрена... И строго говоря, ни один из них не был предшественником Эрнста Резерфорда, как он не был их последователем,

376

Там, где нет преемственности, нет отцов и детей. Ситуация редкая в истории науки. Так ведь и открытие было из ряда вон!

16

Артуру Стюарту Иву запомнился день в Манчестере, когда в марте 1913 года, приехав из Монреаля, он остановился у своего бывшего шефа. Дом на Уилмслоу-роуд, 17 был достаточно поместителен, чтобы в нем всегда нашлось место для друзей издалека. Но еще важнее была поместительность души хозяина. Приятно было предвкушать, как он выйдет тебе навстречу, заполнит собою прихожую, ободряюще улыбнется, протянет сильную руку за чемоданом и голосом, пригодным для переклички в горах, бросит через плечо:

— Мэри! Эйлин! К нам гость из Канады!

Оттого-то Ив не удивился, что еще один чужеземец—правда, как выяснилось, не из-за океана, а всего лишь из-за Ла-Манша — тоже прямо с вокзала нагрянул в тот день к Ре-зерфордам. Ив никогда его прежде не видел.

А глагол «нагрянул» до смешного не подходил к облику и повадкам вновь прибывшего. «...В комнату вошел хрупкий мальчик», — так впоследствии выразил Ив первое свое впечатление. Между тем мальчик вовсе не был мал ростом и субтилен, а скорее высок и даже долговяз, и было ему уже двадцать семь с лишним. (Возраст, в котором Резерфорд когда-то отправился властвовать в Монреаль.) Однако незнакомец был узкоплеч, комнатен, большеголов, светился той тихой безвозрастной интеллектуальностью, какая одних обманчиво старит, а других обманчиво молодит. В движеньях его была стеснительная мягкость. В голосе —. негромкость и доброта. Но манера произносить слова точно для собственного сведения, а не для сведения окружающих, делала его речь не слишком внятной. Когда они представлялись друг другу. Ив не разобрал его имени. Не разобрал еще и потому, что оно ничего ему не сказало, v

Зато ясно было, что с Резерфордами этот молодой человек уже знаком по-домашнему коротко и дорог им. Ив понял это по той покровительственной сердечности, с какою встретила чужеземца Мэри. И по непринужденности, с какой подбежала к нему тоненькая двенадцатилетняя Эйлин. И главное — по приятельской простоте, с какою Резерфорд ввел его из прихожей, а потом держал под руку, пока тот здоровался со всеми и коротко отвечал на вопросы Мэри о здоровье жены и по-м

377

годе на Северном море. А когда Резерфорд, так и не дав юноше присесть, повлек его к себе в кабинет, Ив не без ревнивой грусти подумал, что время идет и Резерфорд обрастает новыми доверительно близкими друзьями, а прежние хоть и дороги ему, да уже не так интересны, и все дальше отодвигаются от него славные годы Монреаля, и все провинциальной должна казаться ему с годами былая столица радиоактивности на берегах Святого Лаврентия... Вот этой деталью — тем, как поспешно увел Резерфорд незнакомца для разговора наедине, — больше всего и запомнилась Иву та встреча в Манчестере.

— Кто это? — спросил он у Мэри.

— Датчанин, — сказала она, — доктор философии из Копенгагена. Эрнст ставит его работы необычайно высоко...

«Не удивительно, — написал через двадцать пять лет Ив. — Это был Нильс Бор!»

Через двадцать пять лет уже и в самом деле не могла показаться удивительной любая — сколь угодно высокая! — оценка работ копенгагенца: имя Бора стало почти вровень с именем Эйнштейна. Датчанин был уже издавна признанным главою квантовой физики, а Копенгаген — ее Мединой и Меккой. И было уже кое-что сверх этого. Именно тогда, когда в 1938 году Ив коротко записывал для своей книги о Резер-форде тот давний манчестерский эпизод с появлением хрупкого юноши, история уже прочила гению Бора отнюдь не только целомудренное применение в сфере чистой теории микромира. История не спрашивала согласия у Бора. И в будущем не собиралась считаться с его волей. В 38-м году было открыто деление урана. И уже не Резерфорд, а совсем иные люди очень хотели бы увести датчанина под руку для разговора наедине. •

Впрочем, так ли уж по-отечески под руку? Тогда, в конце 30-х годов, наступили дни, когда, по выражению Игоря Евгеньевича Тамма, датская земля начала гореть под ногами у Бора. , Он становился объектом двойной охоты гитлеровцев — крупнейший . авторитет атомной физики и враг фашизма. Да еще и враг с примесью неарийской крови.

В мирном Манчестере 13-го года кому могло примерещиться, что через тридцать лет этого миролюбивейшего человека датские патриоты будут тайком переправлять за моря — подальше от одичавшего континента! В каком идиотическом сне могло пригрезиться, что этого человека придется упрятывать в боевой отсек английского бомбардировщика, дабы спасти!

378

Но и спасти не бескорыстно, а перебросить за океан для «разговоров наедине» о теоретических тонкостях в создании самого смертоносного оружия — атомного!

И еще восклицательные знаки: общепризнанная ценность его мозгового вещества могла в том спасительном полете дорого обойтись Бору — кем-то был отдан приказ сбросить его в море, если немецкие истребители поведут бомбовоз на посадку! Однако и без того большеголовость Бора — не иносказательно, а буквально — едва не привела его в том полете к гибели: радионаушннки на шлеме не доставали ему до ушей, ибо рассчитаны были на обыкновенных смертных, и когда бомбардировщик поднялся за облака, он не услышал приказания включить кислород. Его сняли на аэродроме в бессознательном состоянии. А приведя в чувство, сообщили, что немцами сбит самолет, на котором должен был лететь его сын. К счастью, Бора-младшего почему-то не пустили с тем рейсом и он благополучно прилетел на третьем бомбардировщике.

Как далеко еще было в 1913 году до этого трагического переплетения истории атома с историей мира!

Физики еще не продемонстрировали государствам будущей своей цены. И государствам еще не было до них никакого дела. И в уединении домашнего кабинета Эрнст Резерфорд и Нильс Бор разговаривали тогда о тайнах атома, еще не имевших ни меновой, ни потребительской стоимости для тех, кто в других кабинетах уже готовился к первой мировой войне.

Да, в сущности, и не о самих атомных тайнах разговаривали тогда Резерфорд и Бор, а лишь о том, как бы получше выдать их человечеству — всем желающим слушать. Нет, правда, только об этом и разговаривали они в тот раз. «...Нет ничего лучше, как наслаждаться человеку делами своими; ибо кто приведет его посмотреть на то, что будет после него?» (Резерфорд помнил эти строки из Экклезиаста.)

Однако тот разговор не был легким. Он не был легким для обоих. И затянулся на несколько вечеров.

...Бор приехал тогда внезапно. Бросил в Копенгагене все дела и помчался в Англию выпутываться из «крайне затруднительного положения», как написал он позднее. Получилось так, что он совершил неловкость. Конечно, нечаянно. И все можно было бы поправить телеграммой, если бы он хотел поправить все. Но затруднительность положения в том и состояла, что ему, обычно чуждому строптивости, в тот раз было ре-ч

379

шительно невозможно принять советы и повеления старшего. Надо было объяснить непреднамеренность случившегося, иначе его ослушание могло показаться Резерфорду демонстративным, а это было бы ужасно неприятно и он не хотел бы этого! За свою — пока недолгую — жизнь к кому еще из высоких коллег успел он так привязаться?!

С Дж. Дж. Томсоном в Кембридже истинно близкие отношения его не связали.

В таких случаях виноватых чаще всего нет. Дж. Дж. начал стареть — это не вина. Прежним ловцом начинающих гениев он уже не был и молодого датчанина по достоинству не оценил. Тот чтил его глубочайше, но однажды допустил опрометчивость — по неподкупному прямодушию и по неискушенности в тонкостях чужого языка. Ни то, ни другое тоже не вина. Говорили — и десять лет спустя об этом слышал в Кембридже Капица, — что по поводу одной старой работы Том-сона молодой Бор вдруг сказал: «Сэр Джозеф, вы написали глупость!» Господи, он собирался выразиться совсем не так! Их сближению это помочь не могло. В общем он не задержался в Кавендише. По памятному уговору с Резерфордом во время их первого свидания намеревался он перебраться в Манчестер весной 12-го года, а сделал это раньше. Уже 18 марта 1912 года Резерфорд сообщил Болтвуду: «Бор, датчанин, покинул Кембридж и внезапно появился здесь...»

И вот снова зима была на исходе, снова стоял март, и снова он появился в Манчестере, снова внезапно. Так, значит, всего лишь год длилось к тому времени их знакомство? Да. А на самом деле и того меньше: за год он проработал в Манчестерской лаборатории только четыре месяца (март—июль), а потом вернулся в Копенгаген, где ждала его невеста. Правда, тотчас после женитьбы, совершая свадебное путешествие по Англии и Шотландии, он заехал к Резерфордам и представил' им свою жену. Но это увеличило стаж их непосредственного общения всего на несколько дней. Откуда же взялась дружеская близость? Отчего она так быстро возникла и сразу упрочилась? (Упрочилась навсегда. «...Для меня Резерфорд стал едва ли не вторым отцом», — говорил впоследствии Бор.)

Тут не о чем гадать глубокомысленно. Вот когда бы этого не произошло, дело стоило бы разбора, как аварийный случай в истории. Как стоили разбора тайная авария Содди—Резерфорд или явная авария Резерфорд—Рамзай. А тут ничто второстепенное — ни различия в возрасте, воспитании, темпераментах, ни провокации маленьких чувств, ни иго суетных соображений, — ничто не помешало естественному единению

380

двух Человек с большой буквы, порознь живших одними стремлениями и общей надеждой. Это был тот великолепный случай, когда духовное единение в главном не могло не возникнуть, а возникнув, стало с первой минуты и навсегда крепостью на горе, недоступной для таранящих ударов житейских и психологических пустяков.

Четыре месяца их первого неравного содружества, когда один был шефом, а другой — подопечным, особыми научными достижениями не ознаменовались. Но это было как утро посева. Без него не бывает жатвы. А если без метафор, то лучше всего рассказать о тех месяцах словами самого Бора:

...В центре интересов всей манчестерской группы было исследование многочисленных следствий открытия атомного ядра. В первые недели моего пребывания в лаборатории, следуя совету Резерфорда, я прослушал вводный курс экспериментальных методов изучения радиоактивности... Очень скоро меня поглотили общие теоретические размышления о новой модели атома... С самого начала было очевидно, что на основе резерфордовской модели характерная устойчивость атомных систем никакими способами не может быть приведена в согласие с классическими принципами механики и электродинамики... Однако такое положение дел было не слишком неожиданным, поскольку существенная ограниченность классических теорий в физике стала явной уже в 1900 году, благодаря планковскому открытию универсального «кванта действия»... В Манчестере, весной 1912 года, я довольно рано пришел к убеждению, что этим квантом действия и управляется все электронное строение резер-фордовского атома...

Бор, конечно, не знал тогда о письме Резерфорда Брэггу. Но ему и не нужно было этого знать: он мог из уст самого Резерфорда слышать слова негодования в адрес континентальных физиков, не желающих создавать новые физические представления на базе теории Планка. Недаром, вспоминая в старости те времена. Бор рассказывал:

...Будучи человеком совершенно независимого характера, Резерфорд не очень-то преклонялся перед автори-.тетами... и порой позволял себе говорить о почтенных коллегах в мальчишески задиристом духе.

Критически вольное отношение авторитета к другим авторитетам — бальзам для молодой души. Это освобождает от догматизма и вселяет отвагу. И те четыре месяца в Манчестере стали для датчанина школой научной независимости. И он, скромнейший из скромных, скачками поднимался в собственных глазах под влиянием нетерпеливого энтузиазма, каким загорался Резерфорд всякий раз, когда речь заходила об идее

381

квантового истолкования планетарного атома. Он сразу почувствовал, сколь многого ждет от него Резерфорд. И это чувство все обострялось. Он увез его с собой в Копенгаген. И ему радостно было «утруждать свою голову размышлениями о реальных причинах вещей» — воодушевляло сознание, что его успехи желанны. И потому даже вдали от Манчестера он всеми помыслами оставался в Манчестере.

С осени 12-го года деятельная переписка заменила им личное общение. Он писал Резерфорду пространные письма о каждом своем шаге вперед. И получал в ответ ободряющие слова. Но только в марте 13-го года подобрался он, наконец, к решению проблемы — великому и простому. И тогда из Копенгагена в Манчестер ушло письмо, для которого обычный конверт уже не годился. «...Набросок моей первой работы по квантовой теории строения атома». Набросок! — так со своей непреодолимой робостью в самооценке говорил впоследствии Бор о той объемистой рукописи, открывшей новую эпоху в познании микромира.

Замечательно, что за год исканий — с марта по март — он ни разу не усомнился в самой планетарной модели. И не тратил сил на построение какой-нибудь другой атомной схемы, согласной с законами классики. Уверившись однажды, что движением электронов в атоме Резерфорда управляют квантовые законы, он доискивался их с маниакальным упорством. Но решение пришло, как всегда, внезапно. «...Меня осенило», — много лет спустя сказал Бор. А между тем тут было нечто похожее на двухлетнее вызревание идеи атомного ядра. И сегодня тоже вертится на языке вопрос: куда ушло время?

Кроме Бора, на это мог бы ответить Резерфорд: история того мнимо внезапного озарения — достояние биографии обоих.

Я так благодарен вам за доброту, с какой вы уделя-' ли мне столько своего времени; подсказанные вами идеи и ваш критицизм наполнили для меня реальным содержанием очень многие вопросы...

Бор писал это Резерфорду за полгода до того, как пришло озарение. А когда оно пришло и дело было сделано, Резерфорд, естественно, оказался первым, на чей суд представил он свою работу: «Мне так хочется знать, что вы думаете обо всем этом».

Почта доставила пакет из Копенгагена в середине марта, когда у Резерфорда дня не хватало на лабораторные и литературные дела. Вместе с известным дублинским геологом,' членом Королевского общества Джоном Джоли он писал большую

382

статью об одном тонком методе радиоактивного измерения возраста земных пород. А вместе с бакалавром Ричардсоном проводил экспериментальный анализ гамма-лучей радия-В и радия-С. И уже готовился вместе с магистром Нэттоллом к исследованию рассеяния альфа-частиц в газах. И одновременно приступал вместе с Гарольдом Робинзоном к изучению состава бета-радиации из разных источников. В эти работы вовлечены были д-р Принг, д-р Рассел, бакалавр Чадвик. Да и все его мальчики, занятые самостоятельными исследованиями, нуждались, как обычно, в консультациях шефа. Дни были раздроблены не на часы — на минуты. И он тяжело вздохнул, взвесив на ладони пакет из Дании.

«Пусть это гениально, — означал его вздох, — пусть это даже четырежды гениально, как Экклезиаст самого царя Соломона, но сказано же было — «много читать утомительно для тела», и откуда раздобыться по горло занятому человеку долгим досугом для штудирования таких пространных работ?!»

С этого-то вздоха и началось то «крайне затруднительное положение», в какое попал тогда молодой Нильс Бор.

В отличие от других по горло занятых людей у Резерфорда выбора не было. Он мог чертыхаться по-маорийски и по-английски, но отложить пакет из Копенгагена и не вскрыть его тотчас было выше его сил. И под вечер того мартовского дня Мэри пришлось собрать всю свою добровольную секретарскую опытность, чтобы умело и необидно отвадить по телефону профессора Джона Джоли: Резерфорд .заперся в кабинете и не хотел ничего слышать о геологическом возрасте минералов. И Эйлин пришлось в тот вечер одной читать толстую книгу о злоключениях мистера Пикквика.

Резерфорд одолел рукопись датчанина залпом.

И сразу увидел: планетарный атом спасен!

И сразу понял: цена этого спасения — гибель наглядных физических представлений о внутриатомных событиях.

И сразу уловил: теория Бора еще наполовину классична, и это затрудняет понимание ее исходных утверждений. Короче — она недостаточно последовательна.

Но все равно на рукописи лежала печать гениальности:

так гармонично и просто все получалось. А получалось, в общих чертах, так:

...Само существование мира постоянно доказывает:

атом — устойчивая система. Значит, электроны, вращаясь вокруг ядра, вопреки Максвеллу—Лоренцу не излучают непрерывно. Так, если этого не происходит и они, обессиленные, не падают на ядро, не проще ли всего предположить, что в атоме есть пути, на которых элек-

383

троны не растрачивают энергию; стационарные орбиты! Только покидая такую орбиту, электрон начинает излучать.

Каждой орбите соответствует неизменный уровень энергии атома. Чем дальше от ядра, тем выше этот уровень.

Любая система тем устойчивей, чем меньше энергии в ней запасено. Атом всего устойчивей, когда электрон вращает-ся по самой нижней стационарной орбите. И конечно, возбужденный притоком энергии извне, атом стремится вернуться в это основное состояние. Поднятый на далекую орбиту, электрон будет падать вниз — к ядру. Но по дороге он сможет застрять, хотя бы временно, на любой из лежащих ниже стационарных орбит. Только повиснуть между орбитами он не сможет, ибо не обретет там никакой устойчивости. И ниже самой нижней разрешенной орбиты спуститься ему тоже не дано. Вращаться по ней он способен неограниченно долго, ибо в состоянии с минимальной энергией ничто не мешает атому жить бессрочно. И ясно, что в таком нормальном состоянии атом не излучает света.

Зато возбужденный атом, расставаясь с избытком энергии, сигнализирует об этом испусканием электромагнитных волн. И если бы в микромире оставались верными классические законы, атомные «спектры возбуждения», как называют их физики, были бы непрерывными, сплошными. Ведь электрон падал бы на ядро по сужающейся спирали, все убыстряя вращение и на всем пути излучая энергию.

А на деле атомные спектры прерывисты — они состоят из серий отдельных линий разного цвета. Бор объяснил, отчего это так.

Череда стационарных орбит, или разрешенных уровней энергии в атоме, — как лестница со ступеньками разной крутизны. В атоме водорода, по мере удаления от ядра, высота ступенек должна убывать согласно Бору как ряд чисел —' 1, '/4, '/9, Vis... '/к²... Чем ближе к ядру, тем круче ступеньки — тем больше разрыв между соседними дозволенными уровнями энергии. Когда возбужденный атом возвращается в нормальное состояние, падающий электрон перескакивает -с орбиты на орбиту. Или последовательно — со ступеньки на ступеньку; или сразу через несколько ступенек; или одним прыжком прямо вниз — на минимальный уровень. И атом освобождается от своей избыточной энергии не в непрерывном процессе, а скачками!

Это было главное — самое неклассическое — утверждение Бора.

Скачки означали, что атом излучает'свет целыми порциями — едиными и неделимыми, ибо задержаться где-то меж двух разрешенных энергетических уровней электрон не может. Схема Бора показала, как рождаются планковские кванты! Величина излученного кванта зависит от размашистости скачка, совершенного электроном. Ясно, что это не одно и то же — упасть с 8-й орбиты

на 7-ю или с 9-й на 1-ю. Разность уровней энергии тут разная — во втором случае гораздо большая, чем в первом. Вариантов возможных скачков много. И ровно столько же различных квантов могут испускать возбужденные атомы. А каждый квант — это порция света одной длины волны, то есть одной, и только одной частоты. Пото-•• му-то в атомных спектрах наблюдаются не сплошные многоцветные полосы, а прерывистые серии резко выраженных линий. Многоцветный частокол спектральных линий — линейчатые спектры!

У разных атомов — разные ядра, разные количества электронов, разные лестницы разрешенных уровней энергии, разные наборы возможных квантовых скачков.

Бор расчислил орбиты в атоме с одним электроном. Он смог теоретически предсказать то, что давно уже знали спектроскописты: последовательность частот в сериях спектральных линий водорода. В том году, когда Бор только появился на свет, в 1885-м, Иоганн Бальмер заметил, что в водородном спектре частоты убывают, как • числа в уже знакомом нам ряду — 1, 'Д, '/9, Vie... '/ к²... А пятью годами позже другой спектроскопист, Иоганн Ридберг, эмпирически нашел постоянную величину, которую нужно умножать на комбинации этих чисел, чтобы получать сами частоты электромагнитных колебаний в линейчатых спектрах и водорода и других элементов. Происхождение этой «постоянной Ридберга» оставалось совершенно загадочным. А Бор сумел показать, что она служит как бы архитектурным модулем в построении лестницы уровней энергии атома. И математически выразил ее через другие универсальные постоянные — заряд электрона «е», массу электрона «т» и постоянную Планка «h». Это было красиво и убедительно, хотя формула выглядела немножко громоздко:

R == 2я2 • m • eVh³. Главное же — получилось отличное согласие теории с опытом.

Стало ясно: Бор нашел ключ к внутренней — неклассической — механике атома.

Так мог ли Резерфорд не прочесть ту рукопись залпом?! «Я получил ответ немедленно, и был он столь характерен для Резерфорда по острой проницательности научных суждений и Йо человеческой благожелательности...» — много лет спустя вспоминал Бор.

Начинался этот ответ так:

Манчестер

20 марта 1913

Дорогой д-р Бор!

...Я прочел вашу работу с великим интересом, но мне хочется бережно просмотреть ее снова, когда у меня будет больше досуга. Ваши взгляды на механизм рожде-

Blog

Новый золотой листок, тонкий, вибри­рующий, не хотел прилаживаться к стерженьку старого элек-|| троскопа

Содержание

Новый золотой листок, тонкий, вибрирующий, не хотел прилаживаться к стерженьку старого элек-|| троскопа