Даниил Данин - Нильс Бор

Демонстрировать — значило рассчитать хотя бы атом водорода: ядро плюс один электрон. Дать формулу энергетических уровней. Таблицу теоретических частот. Диаметры орбит. Размер атома в основном состоянии. И надо было убедиться, что найденные числа (числа, а не слова!) хорошо сходятся с экспериментальными данными.

Раз электрон на орбитах не излучает, он и впрямь подобен планете. Бор допустил: на орбитах еще верна обычная механика. Но раз излучение происходит порциями, в переходах между орбитами действительна квантовая теория.

В дело шли старые законы Кеплера и новый закон Планка. Маргарет села за машинку. Работа продолжалась три недели.

Подробности никем не рассказаны. Но вот деталь: начиная с 13 февраля и до 6 марта он не написал ни одного письма.

Расспрашивая его о тех днях, Томас Кун изумлялся неправдоподобной быстроте, с какою все было сделано. И уверял Бора, что такие вещи возможны, только если у исследователя еще перед началом работы «все части целого уже в руках». А Бор мягко возражал:

— Да, но это было не так. Понимаете ли, прежде всего, мы работали очень быстро. А главное состояло в том, что вела вперед общая идея…

В этом-то разговоре, чтобы уж сполна объяснить стремительность того успеха, он и произнес слова об откровении. Снизойдя на минуту (а больше и не надо!), оно ушло, оставив свою тень-заместительницу — долго непреходящее вдохновение.

…Были часы, когда даже Маргарет — «ах, я ничего не понимала в физике!» — могла легко оценить его результаты. Она разделила его торжество, когда он вывел формулу для диаметра электронных орбит и подучил размер водородного атома, равный примерно 10^(-8) см. Одна стомиллионная сантиметра — физики давно уже были знакомы с этой величиной по косвенным оценкам. Теперь она возникла прямо из теории атома! Или другое число: 109 000 — для константы Ридберга, входившей во все спектральные формулы. Ее экспериментальное значение было равно 109 675. Могло ли не произвести сильнейшего впечатления такое наглядное согласие теории с опытом!

Труднее поддавались столь же простому пониманию его логические радости. Была среди них одна, бесконечно важная для него. Он не доверился бы своим руководящим идеям, если б они оставляли пропасть между микро — и макромирами. Природа такой пропасти не знала: большой мир осязаемых и зримых вещей был построен из невидимых атомов. И не существовало пограничного рва с уведомлением: «по сю сторону — квантовый мир, по ту сторону — классический». Первый должен был естественно переходить во второй. На тогдашнем языке Бора это называлось «соображениями аналогии» между квантами и классической механикой, а позже стало называться «Принципом соответствия».

Бор легко нашел этот принцип в формулах своей теории. В самом деле, лестница разрешенных уровней энергии в атоме обладала замечательным свойством: чем выше она поднималась, тем ниже становились ступеньки. Так выглядит всякая высокая лестница при взгляде снизу: ступеньки сходят на нет и сливаются в вышине — там их уже не пересчитать. Но атомная лестница не просто выглядела так, а была в действительности такой: по мере удаления от ядра разрешенные уровни все меньше отличались от соседних. И в конце концов сливались в пологий пандус. Квантовые скачки делались все неприметней, и переход из одного стационарного состояния в другое становился неотличимым от непрерывного. Из-под власти квантовых законов электрон постепенно поступал в распоряжение классической физики.

Так естественное единство микро — и макромиров, сохраняясь невредимым, получало понятное объяснение. И возникало столь же естественное единство новых и старых физических представлений. Все получалось верно: разрыв и единство сосуществовали. Бор-философ и Бор-физик испытывали чувство равного удовлетворения.

…Первое письмо после трехнедельного марафона он написал тотчас же, едва Маргарет поставила точку под перебеленным текстом.

Копенгаген, 6 марта 1913

Дорогой проф. Резерфорд!

…Посылаю первую часть моей работы о строении атомов… Я был бы очень рад, если бы смог опубликовать законченную главу как можно быстрее.

…Поэтому я буду чрезвычайно признателен Вам, если Вы найдете возможным доброжелательно препроводить предлагаемую первую главу в Philosophical Magazine.

Надеюсь, Вы сочтете, что я подошел с приемлемой точки зрения к тонкой проблеме одновременного использования старой механики и новых представлений, введенных теорией излучения Планка. Мне так хотелось бы знать, что Вы подумаете обо всем этом…

А дальше он изложил еще одну просьбу к Резерфорду — на сей раз не о покровительстве, а об экспериментальной помощи:

…Как Вы увидите, теоретические соображения этой первой главы привели меня к иной, чем общепринятая, интерпретации вопроса о происхождении некоторых серий в спектрах звезд и тех спектральных линий, какие недавно наблюдал Фаулер в вакуумной трубке, наполненной водородом и гелием. Вместо приписывания их водороду я попытался показать, что их следует приписать гелию. Это можно было бы, однако, проверить экспериментально… У нас в Копенгагене нет сейчас условий, чтобы провести такой эксперимент удовлетворительно; поэтому я решаюсь попросить Вас, если это возможно, осуществить его в Вашей лаборатории…

Уединенные поиски понимания атома кончились. Самое тревожное и желанное, что может дать теория, — предсказание — он отдавал на суд экспериментаторов. Резерфордовцев! И не мог не подумать о захолустности физики в милом его сердцу Копенгагене. Меж тем именно в те дни уже началось превращение датской столицы в столицу квантовой механики. Но это еще таилось в ряду всего, чему суждено было прийти после. А пока…

…Когда я окончу мою работу, надеюсь, мне удастся ненадолго приехать в Манчестер. Я с превеликим удовольствием предвкушаю эту возможность.

Он никак не предполагал, что через две недели ответ Резерфорда заставит его поспешно и без всякого удовольствия броситься в Манчестер, не дожидаясь окончания работы над остальными главами.

Манчестер, 20 марта 1913

Дорогой д-р Бор!

Ваша статья пришла в полной сохранности, и я прочел ее с большим интересом, но мне хочется тщательно просмотреть ее снова, когда выдастся больше досуга. Ваши взгляды на механизм рождения водородного спектра очень остроумны и представляются отлично разработанными. Однако сочетание идей Планка со старой механикой делает весьма затруднительным физическое понимание того, что же лежит в основе такого механизма. Мне сдается, что есть серьезный камень преткновения в Вашей гипотезе, и я не сомневаюсь, что Вы полностью сознаете это, а именно: как решает электрон — с какою частотой должен он колебаться, когда происходит переход из одного стационарного состояния в другое? Мне кажется, Вы будете вынуждены допустить, что электрон заранее знает, где он собирается остановиться…