Нильс Бор
Шрифт:
Ему надо было убедиться, что эти постулаты всегда работают безотказно. И он взволнованно пережил подтверждение своей правоты, когда встретил последнюю по времени — самую обобщенную — спектральную формулу Вальтера Ритца.
…Тридцатилетний геттингенец опубликовал ее пять лет назад. Она стала известна под именем комбинационного принципа в спектроскопии. Ритц не разглядел прозрачного смысла этого принципа, как Бальмер не понял своего детища. И тут не было их вины. Старый Бальмер умер в 1898-м — за два года до появления идеи квантов. Молодой Ритц безвременно ушел из жизни в 1909-м — за два года до появления планетарной модели. А этой идее и этой модели нужно было не только появиться на свет, но еще
Комбинационный принцип описывал чередование линий в любых спектральных сериях. И все линии получались из комбинации двух величин, связанных знаком вычитания. Но уже не одна, а обе они были переменными и обе зависели от смены целых чисел. Это показывало, что кванты рождались при перескоке электронов с любой орбиты на любую нижнюю — не обязательно самую нижнюю. Электрон не обязан был падать на всю допустимую глубину: он мог остановиться на любой разрешенной ступеньке… Это значило, что природа милостива и щедра на возможности. Каждому скачку соответствовал свой излучаемый квант.
В исчерпывающей схеме объяснялось все цветовое богатство спектров. И, в сущности, вся многоцветность мира.
…Теперь уже не случай, а порыв снова свел Бора с Хансеном. Тот едва ли ожидал, что Бор вдруг явится к нему в лабораторию всего через два-три дня после их первого свидания. И уж превыше всякого вероятия было, что они при этом поменяются местами и он, спектроскопист, услышит от теоретика:
— Посмотри, как замечательно просто раскрываются спектральные формулы!
Бор (историкам): …Итак, я увидел путь рождения спектров. Тогда я отправился к Хансену и сказал: «Посмотри, разве дело обстоит не так?» А он сказал, что не знает, так ли это. Но я сказал: «С моей точки зрения комбинационный принцип только в том и состоит, что ты получаешь все спектральные линии как результат вычитания одной величины из другой». А он сказал, что вовсе не уверен в этом. И потому я должен был прийти к нему снова…
Какая это была удача, что в Копенгагене тогда оказался Хансен! Бору уже и в молодости крайне нужно было, вышагивая, вслух обговаривать пониманье вещей. Кроме пространства, нужен был достойный партнер. Критик. Знаток. Скептик. Всего лучше — един в трех лицах. И притом — сочувственная душа. В Манчестере 12-го года судьба послала ему на несколько недель радиохимика Хевеши, в Копенгагене 13-го года — на несколько встреч — спектроскописта Хансена.
Почему он не написал тогда сразу письма Резерфорду? Ему бы следовало раскаяться в признании, сделанном каких-нибудь десять дней назад, 31 января: «Я вообще не занимаюсь проблемой вычисления частот, соответствующих линиям в видимом спектре». Право, следовало безотлагательно сообщить Папе, что теперь-то уж планетарный атом наверняка спасен!
Было видно: устойчивость достигалась сама собой. Обнаруживая воочию существование прерывистой череды стационарных состояний атома, спектры показывали, что есть среди этих состояний одно особое: состояние с НАИМЕНЬШЕЙ энергией. Оно — как первый этаж в современном небоскребе на бетонных сваях, придуманных Ле Корбюзье: все этажи похожи, но первый есть первый, ниже — земля. Среди орбит электрона есть первая. Ниже — ядро. И, к великому недоумению классической физики, ниже электрону уже нельзя поселиться. Так между О и 1 уже не поместить никакого целого числа. С этой нижней орбиты электрону некуда падать. И потому он может вращаться на ней БЕССРОЧНО.
Это и было то состояние атома, какое Бор искал с самого начала: естественное или ОСНОВНОЕ! Радиус первой электронной орбиты и задавал нормальный размер атома.
…Узоры на крыльях бабочек все-таки навели на след фундаментальных закономерностей природы. В подоплеке несомненной устойчивости окружающего мира проявились квантовые черты с их непонятной
К уже привычной дробности вещества (Левкипп и Демократ) и к еще непривычной зернистости излучения (Планк и Эйнштейн) теперь прибавилась прерывистость в физических процессах: квантовые скачки по энергетической лестнице в атоме. У них были начало и конец, но не наблюдалось истории — никакого членения на подробности!
Может быть, потому Бор и не написал Резерфорду сразу, что тотчас почувствовал, какое ОГРОМНОЕ И НЕПРЕДВИДЕННОЕ РАСШИРЕНИЕ НАШЕГО ПОНИМАНИЯ ВЕЩЕЙ скрывалось за этой новостью? Перед столь полным разрывом с классической философией природы смутился бы и Эйнштейн. Впрочем, сослагательное «бы» можно опустить: к тому времени это уже произошло в его жизни, хотя в феврале 13-го года не было известно никому.
…Пройдет восемь месяцев, и Дьердь Хевеши в двух письмах перескажет откровенное признание Эйнштейна по этому поводу. В письме Бору: «Он рассказал мне» ЧТО МНОГО лет назад у него были очень похожие идеи, но де нашлось мужества их развить». В письме Резерфорду: «Он сказал мне, что однажды пришел к подобным идеям, но не осмелился их опубликовать».
Эйнштейн поделится этим признаньем с Хевеши в сентябре — через два месяца после опубликования первой части Трилогии Бора. И добавит («его большие глаза стали еще больше»): «…Это одно из величайших открытий».
А в феврале Бору еще нужно было самому набираться мужества и осмеливаться. Надо было пройти весь путь от руководящей идеи до количественной теории. Он ведь не натурфилософией занимался, а физикой. Как говаривал Менделеев: «Сказать все можно, а ты поди — демонстрируй…»
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!