Даниил Данин - Нильс Бор

Но можно бы сказать, что электроны расселялись в атоме все-таки по группам, как новоселы в доме по этажам: ведь каждая главная ступень на боровской лестнице уровней являла собою зоммерфельдовскую 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 = 242…

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 странности атомных конструкций.

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 полугадательные, полулогические построения 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 помешать 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 менделеевской 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 Феллед-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 бедность ощущались во всем антураже растущего дома. Но 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 жила 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 Кавендишевским профессором — преемником уходящего в отставку Дж. Дж. Бор-то знал это с весны, когда Резерфорд 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.