Избранные научные труды. Том 2

На первый взгляд может казаться, что решение поставленной задачи очень просто. Картина атома, о которой идёт речь, представляется миниатюрной механической системой, во многом напоминающей нашу планетную систему, при описании которой механика оказалась столь плодотворной, дав нам важный пример выполнения требований принципа причинности. Если известны положение и движение планет в заданный момент времени, то можно с неограниченной точностью вычислить их положение и движение в каждый последующий момент. Возможность выбрать при таком механическом описании произвольное начальное состояние ставит теорию атома перед большими трудностями. Если необходимо учитывать бесконечное множество постоянно меняющихся состояний движения, мы приходим в прямое противоречие с данными об определённых свойствах элементов. Можно было бы думать, что свойства элементов дают указания не о поведении единичного атома и что мы всегда имеем дело со статистическими закономерностями для усреднённого поведения многих атомов. Механическая теория тепла, которая не только позволяет отдавать себе отчёт об основных законах учения о теплоте, но и даёт понимание многих общих свойств элементов, является широко известным примером плодотворности статистического механического описания в атомной теории. Но элементы обладают и другими свойствами, которые дают возможность получить прямые выводы о состоянии движения внутриатомных частиц. Прежде всего нужно принять, что свойства света, испускаемого атомами элементов при определённых обстоятельствах и являющегося характерным для каждого элемента, существенно определяются процессами, происходящими в отдельном атоме. Согласно электромагнитной теории света можно бы ожидать, что подобно тому, как радиоволны свидетельствуют об электрических колебаниях, происходящих в установках радиостанции, частоты отдельных линий характеристического спектра элементов сообщают сведения о движении электронов в атоме. Но для осмысливания этих сведений механика не даёт достаточных оснований; вследствие упомянутых возможностей изменения механического состояния движения мы не в состоянии понять появление резких спектральных линий.

Это отсутствующее при обычном описании природы звено, которое, очевидно, обусловлено поведением атома, было получено после открытия Планком так называемого кванта действия. Исходным пунктом этого открытия послужили явления теплового излучения, общий, не зависящий от природы данного вещества характер которых дал возможность установить границы применения механической теории тепла и электромагнитной теории излучения. Именно неприменимость этих теорий для описания явлений теплового излучения и привела Планка к познанию одной из не замеченных ранее черт законов природы, которая не проявляется непосредственно в обычных физических явлениях, но привела к перевороту при описании тех процессов, которые связаны с отдельным атомом. В противоположность свойственным обычному описанию природы требованиям непрерывности неделимость кванта действия привела к введению существенного элемента прерывности при описании атомных процессов. Насколько трудно было привести в соответствие новые знания с кругом наших обычных физических представлений, видно особенно ясно во вновь начатой Эйнштейном в связи с объяснением фотоэффекта дискуссии по вопросу о природе света. Судя по прежним данным, этот вопрос получил полное решение в электромагнитной теории света. Современное положение характеризуется тем, что мы, видимо, вынуждены выбирать между двумя противоречащими друг другу картинами распространения света: одна основана на представлении о световых волнах, другая — на корпускулярных представлениях квантовой теории света; каждая из них выявляет существенные, но различные стороны восприятия. В дальнейшем мы увидим, что эта кажущаяся дилемма является выражением связанного с квантом действия ограничения наших форм созерцания; это ограничение выявляется при детальном анализе применимости основных физических понятий для описания атомных явлений.