Даниил Данин - Нильс Бор

• Название: Нильс Бор
• Автор: Даниил Данин
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1978

Эта книга — краткий очерк жизни и творчества Нильса Бора — великого датского физика-мыслителя, создателя квантовой теории атома и одного из основоположников механики микромира. Современная научная мысль обязана ему глубокими руководящими идеями и новым стилем научного мышления. Он явился вдохновителем и главой интернациональной школы физиков-теоретиков. Замечательной была общественная деятельность ученого-гуманиста — первого поборника международного контроля над использованием ядерной энергии, борца против политики «атомного шантажа»

Книга основана на опубликованных ранее материалах, обнаруженных автором в Архиве Н. Бора и в Архиве источников и истории квантовой физики в Копенгагене.

---

Но старых вопросов это не снимало. Скорее обостряло их. И новое сочинение Бора «О квантовой теории линейчатых спектров» должно было охватить все понятое и не понятое теоретиками за минувшие годы.

Четыре части — четыре разговора с природой и самим собой. В те дни, когда кончина Кристиансена пробудила его воспоминания о дискуссионных пятницах в доме отца, он как раз трудился над вступлением к этому сочинению. И через полгода, печатая первую часть, отдельно задатировал Введение: «Копенгаген, ноябрь 1917 года», будто хотел помочь будущим историкам. Там были слова, которые и вправду стоило задатировать, ибо завтра все могло измениться:

«…Многие трудности, по природе своей фундаментальные, остаются неразрешенными… Эти трудности сокровенно связаны со свойственным квантовой теории решительным отходом от обычных идей… В предлагаемой работе будет показано, что, кажется, есть надежда пролить некоторый свет на эти беспримерные трудности, попробовав проследить — так далеко, насколько это окажется возможным, — черты сходства, сближающие квантовую теорию с обычной теорией излучения».

…Часто, в дни вынашивания масштабных замыслов, исследователей и художников легко и по всякому поводу («как женщин, понесших впервые») охватывает чувство отъединенности от окружающих. Не тот ли ноябрь вспоминался Бору, когда позднее он писал Зоммерфельду о временах своего одиночества в науке?

Но снова, как раньше, это чувство могло быть у него при взгляде со стороны только мимолетным. Уже в декабре он написал Резерфорду, как существенно для него сотрудничество юного голландца. А весь восемнадцатый год, когда намеченная программа осуществлялась, Крамерс был рядом. И взрослел на глазах, превращаясь в сильного теоретика.

Когда выпадали свободные дни и часы, Крамерс писал самостоятельную работу. А такие часы и дни выпадали тем чаще, чем больше времени отнимал у Бора проект его «маленькой лаборатории». Требовательного, как все новорожденные, его надо было нянчить. Но и наедине с собой Крамерс продолжал жить в кругу исканий учителя: его занимал математический анализ тонкой структуры водородного спектра. Двадцатитрехлетний, он готовил докторскую диссертацию. В следующем году ему предстояло защищать ее дома — в Лейдене. И он все глубже чувствовал, какое это было верное решение — обосноваться у Бора: все равно что поселиться прямо в штурманской рубке корабля, идущего к новым землям.

И штурман радовался. Тонкости навигации давались голландцу, как и предсказывал Харальд, на диво легко. Крамерс блистательно владел аппаратом аналитических уловок классической механики. Для Бора — для выполнения его программы — это было тогда крайне важно.

Его программа выросла из идеи, пустившей крепкие корни еще в первой статье Трилогии 13-го года. Там эта идея называлась соображениями аналогии — аналогии между квантовой теорией и классикой. И сейчас он сохранял это же название. Знаменитый термин Принцип соответствия пришел ему на ум позже — в 20-м году. Снова он возвращался к истокам своей атомной модели.

…Прерывистая череда стационарных состояний.

…Лестница разрешенных уровней энергии атома. И закономерное свойство этой лестницы: чем выше она поднимается, тем ниже ее ступени. Они постепенно сходят на нет. И на далекой периферии от ядра словно бы начинает годиться обычная физика.

Там, в сущности, кончаются атомные владения. И там как бы усмиряется электрон, непонятно скачущий при испускании квантов. Там, как позднее выразился Бор, «движения в двух состояниях отличаются друг от друга незначительно». Нет, нет, он не искал избавления от квантовых скачков. И не питал иллюзии, будто странные прерывности могут исчезнуть из физики атома. Но ему хотелось исчерпать ресурсы классического подхода до конца.

…Начало работы выдалось счастливым. Исследование заладилось. И сулило стать достаточно солидным, чтобы без боязни показаться нескромным можно было посвятить его памяти покойного Кристиансена. И оно, это посвящение старому учителю, звучало тем уместней, что очень кстати подчеркивало важность классических вещей для неклассической «Великой физики» века.

Все выглядело так, точно он хотел мира с прежней картиной природы. (Совершенно в духе времени, уставшего от недавней жестокой войны.) Поселившись в периферийной области атома, где квантовая прерывистость переходит в спокойную классическую непрерывность, его мысль весь 18-й год прожила в этой обители исчезающе малых квантовых скачков. И там пыталась, не ссорясь с классикой, а, напротив, при ее поддержке научиться правдоподобному описанию квантовых событий, классике чуждых. А потому и языку ее неподвластных. Но откуда было одолжиться другим языком? С чем бы он мог это сравнить?

…Филолог высаживается на архипелаге и обнаруживает: туземцы говорят на никому не известном наречии. Одно утешает — чем ближе острова к берегам материка, тем ощутимей в туземной речи словарная общность с языком Большой земли. Заметив это, филолог там и поселяется — на прибрежных островках: им руководит надежда вынести со временем из этой граничной области уменье изъясняться на всем пространстве архипелага. Ему верится, что там-то он и овладеет непонятной грамматикой островитян и там сумеет расшифровать их странные письмена…

Не с такими ли далеко идущими надеждами искал и Бор черты соответствия между квантовой прерывностью и классическим движением там, где одно переходит в другое? Не затем ли он и поселился в области, где смыкаются микро — и макромиры?

Замечательно, что Принцип соответствия позволил ему тогда расчислить излучение атома как музыкальный аккорд. Каждая линия в спектре со своим цветом и яркостью являлась в этом аккорде отдельным чистым звуком со своей высотой и силой. Только та была разница, что в аккорде все звуки раздаются одновременно, меж тем как атом может испустить одновременно лишь один какой-нибудь квант. Иначе пришлось бы приписать электрону антифизическую способность участвовать сразу во всех возможных квантовых скачках. Но довольно было поставить вместо слова «атом» слово «атомы», и математический образ аккорда становился наглядно-точным.

Спектр оттого дает картину всего цветового богатства в излучении каждого элемента, что в пламени лабораторной горелки или в недрах звезд свет испускают в одно и то же время мириады возбужденных атомов. Там в один присест происходят в разных атомах все варианты допустимых квантовых скачков и действительно возникает аккорд. Это музыка не одного атома, но огромного атомного оркестра. А спектроскоп работает как статистическое бюро: он сортирует прилетающие кванты по их величине — по цвету — и собирает одинаковые вместе, создавая каталог разноцветных линий.

Они различны но яркости — по интенсивности. Отчего? Да оттого, что одних квантов прибывает больше, других — меньше. Значит, разные варианты скачков в атоме не равноценны — случаются с разной ВЕРОЯТНОСТЬЮ. (Так, в спектре натрия ярче всего горит желтая линия, сигнализируя, что в подавляющем большинстве натриевых атомов происходит почему-то «желтый скачок».) Так возникла проблема вероятностей…

Боровское исследование спектра как аккорда само собой привело к недавней идее Эйнштейна.

Тут бы передать всю красоту математики боровских построений! Но к нашему миропониманию это не прибавило бы ничего, потому что и для Бора то была лишь ДОРОГА, а не достигнутая наконец вершина. Однако не стоило тревожиться, что в долгой своей дороге он погрузится с головой в мелочное знание, где не раз бывали погребены крылатые замыслы.

…Верно, конечно: наука подробна, как жизнь. И вся в непролазных топях, как жизнь. И ничего не поделаешь: чтобы подняться на горную гряду, откуда далеко видно, надо на своей одинокой заре терпеливо идти по топям подробностей — сквозь темные заросли формул, кривых и таблиц. Не говоря уже о противоречиях, ошибках и вздоре. Наука не делается иначе. Остались позади блаженные и простодушные времена натурфилософии, когда МНЕНИЕ о мире почиталось ПОНИМАНИЕМ мира и мудрость не призывала в свидетели ТОЧНОСТЬ. Однако он никогда не исчезал бесследно, ;этот дух натурфилософии. Он продолжал гнездиться в генетическом фонде человечества. И выныривал то тут, то там в деятельности больших исследователей. И с прежней благой наивностью внушал им заботу о ЦЕЛОСТНОМ ЗНАНИИ. Потому и не грозила Бору ОБЩНОСТЬ увязнуть с головой в засасывающей трясине научной мелочности.

И начинающему Крамерсу это не грозило. Правда, по иной причине: сквозь заросли подробностей вел его Бор.

Оттого, между прочим, заря молодого голландца ни на час не была одинокой. Он тогда уже, в свой черед, вел за руку другого юнца — сверстника из Стокгольма Оскара Клейна. Крамерс становился учителем, сам пребывая в роли ученика. Так бывает в молодости великих вероучений и на подступах к научным революциям.