Б Кузнецов - Эйнштейн (Жизнь, Смерть, Бессмертие)

Чтобы выйти из наметившегося, очень тяжелого противоречия, Нильс Бор предположил, что электрон может двигаться лишь по некоторым определенным орбитам, которым соответствуют определенные значения энергии движущегося электрона. Находясь на орбите, электрон не излучает электромагнитных волн. Он излучает их, перескакивая с одной орбиты на другую. При этом энергия атома уменьшается на величину, равную разности между энергией, свойственной покинутой орбите, и энергией, свойственной достигнутой орбите. Энергия эта уносится электромагнитным излучением. Электромагнитное излучение состоит из открытых Эйнштейном квантов света - фотонов. Переход электрона на другую орбиту вызывает излучение фотона.

517

На Эйнштейна произвела очень сильное впечатление блестящая интуиция Бора, выдвинувшего свои постулаты задолго до того, как они могли быть выведены сколько-нибудь строгим образом из более общих допущений, и исходившего из крайне отрывочных и, как казалось, не связанных друг с другом экспериментальных данных. Вплоть до середины двадцатых годов идея квантования излучения и существования квантов света представлялась крайне зыбкой почвой для развития физики. Классические основы физики были подорваны этой идеей, но на смену им еще не пришли новые фундаментальные законы механики и электродинамики.

"Это было так, - вспоминает Эйнштейн, - точно из-под ног ушла земля и нигде не было видно твердой почвы, на которой можно было бы строить. Мне всегда казалось чудом, что этой колеблющейся и полной противоречий основы оказалось достаточно, чтобы позволить Бору - человеку с гениальной интуицией и тонким чутьем - найти главнейшие законы спектральных линий и электронных оболочек атомов, включая их значение для химии. Это кажется мне чудом и теперь. Это наивысшая музыкальность в области мысли" [1].

"Наивысшая музыкальность" - это интуиция, связывающая внешнее оправдание с еще не достигнутым внутренним совершенством. Теория Бора, его парадоксальные постулаты о движении электронов по орбитам без излучения были примером подобной интуиции.

Понимание этой интуиции, оценка, которую Эйнштейн дал в те годы теории Бора, проливают свет на самые основные черты и стиль эйнштейновской мысли. Симпатии Эйнштейна отнюдь не принадлежали новой теории, ее характер противоречил тому, что Эйнштейн считал идеалом физики. В 1961 г. в Москве, в Институте физических проблем, Нильс Бор вспоминал первую реакцию Эйнштейна на боровскую модель атома. Эйнштейн сказал: "Что же, все это не так далеко от того, к чему мог бы прийти и я. Но если все это правильно, то здесь - конец физики" [2].

1 Эйнштейн, 4, 275.

2 См.: Наука и жизнь, 1961, № 8, с. 77.

Даже в устах Эйнштейна эта реплика поражает своей емкостью - обилием, общностью и глубиной содержащихся в ней мыслей: "Все это не так далеко от того, к чему мог бы прийти и я". Квантовая теория подвела физику к

518

новой картине движения электронов в атоме. Картина эта оказалась парадоксальной. Эйнштейн увидел или интуитивно почувствовал, что объяснение парадоксальных постулатов Бора приведет к еще более общим парадоксам, что они сломают или ограничат ту идеальную, стройную и рациональную картину мира, которая просвечивала через строки философских трактатов Декарта и Спинозы, получила мощную опору (но вместе с ней чуждые такой картине абсолюты) в механике Ньютона и в конце концов приобрела гармоничную форму в теории относительности Эйнштейна. Разработка такой картины была для Эйнштейна сущностью физики. Поэтому он говорил о теории Бора: "Если все это правильно, то здесь - конец физики". В годы, когда модель атома Бора обсуждали с самых различных сторон (например, со стороны ее применимости к атомам, более сложным, чем атом водорода), Эйнштейн увидел в новой теории гораздо более общую и глубокую черту - крушение или по крайней мере ограничение того идеала, который в глазах творца теории относительности был опорой самого существования физики.

Бора, напротив, в теории фотонов и в его собственных конструкциях привлекала именно эта тенденция, нарушающая строгие каноны классического идеала. Его интуиция непосредственно вела не к разрушению классического идеала, а, если можно так выразиться, к смягчению и размыванию тех очертаний, в которых он был воплощен. Бора недаром называют мастером полутени - "Рембрандтом физики", имея, впрочем, в виду позднейшие идеи, размывавшие строгий и точный рисунок классической пауки. Можно было сопоставить Бора и с теми художниками начала XIX столетия, которые вслед за Гойей отказались от унаследованного от двух прошлых столетий идеала ясности в живописи.

В двадцатые годы постулаты Бора - существование дискретных разрешенных орбит и отсутствие излучения у движущихся по таким орбитам электронов перестали считаться парадоксальными. Была создана новая общая теория, в свете которой постулаты получили рациональное объяснение. Зато самая теория была более парадоксальной, чем все ранее известное науке. Исходным пунктом этой новой конструкции оказалась не дуалистическая - волновая и вместе с тем корпускулярная - природа света, а противоречивая в таком же смысле природа электрона.

519

В двадцатые годы кризис квантовой физики, выразившийся в длительных и весьма мучительных поисках более общей теории, из которой бы вытекала модель атома Бора, закончился серией открытий, начавших новую эпоху в физике. В 1923-1924 гг. Луи де Бройль ввел в физику совершенно новое понятие волн материи. Движение материальной частицы - электрона - связано с неким волновым процессом. Электрон может обращаться по такой орбите, на которой укладывается целое число воли. Это и есть "разрешенная" боровская орбита. Движение частицы подчинено законам распространения волн. Так появилась волновая механика. Эрвин Шредингер в 1925 г. написал уравнение, позволяющее найти амплитуду некоторых колебаний - волновую функцию. Решение уравнения дает дискретный ряд значений энергии. Эти значения указывают энергию атома в разных состояниях, соответствующих движению электронов на определенных орбитах.

Что же такое волновая функция? Каков физический смысл величины, колебания которой определяют поведение электрона?

Ответ был дан Максом Борном: речь идет о вероятности встречи с электроном. Если мы вычислим значение волновой функции для определенной точки и для определенного момента, то это значение (вернее, квадрат его абсолютной величины) будет мерой вероятности нахождения электрона в данной точке в данный момент.

Макс Борн и Паскуаль Иордан сопоставили интенсивность волн де Бройля (чисто волновое представление) и среднее число электронов в единице объема пространства (чисто корпускулярное представление). Связь волнового представления с корпускулярным получает при таком сопоставлепии следующий вид.