Неизбежность странного мира

Так хочется спросить: а сколько длится скачок с одного уровня энергии на другой? Что происходит с электронами в пространстве между орбитами? И что такое эти разрешенные орбиты, которые подхватывают электрон в его падении?

Конечно, физику можно задавать любые вопросы. Но в ожидании ответа стоит подумать, что каждый свой вопрос мы на самом деле адресуем природе. Она готова отвечать на все — можно еще раз повторить: у нее нет секретов. Однако мы бываем неосмотрительны в своем любопытстве. Природа вообще промолчит в недоумении, если полюбопытствовать, какова, например, толщина кванта? Можно растеряться, услышав: «Отчего это у вас голос зеленый?» Толщина кванта — то же, что цвет голоса: неизвестно, что имеется в виду. Но рядом с вопросами неосмысленными существуют вопросы преждевременные. Не то чтобы у природы не было на них ответа, нет, просто люди еще не умеют услышать ее голос.

Атом, каким его увидели Резерфорд и Бор, не мог удовлетворить любопытства, которое он сам возбудил в современниках. Это потому, что он t был лишь приближенной моделью реального атома. Но наука не двигалась бы вперед, если бы в каждой теории не оставалось темных мест.

Пожалуй, самым темным местом в атоме Бора были скачкообразные переходы атома из одного состояния в другое.

Почему такие переходы вообще происходят, понять нетрудно: всему в природе свойственно стремление к наибольшей устойчивости. А устойчивость тем надежней, чем меньше запас энергии в теле — в любой физической системе. Энергия — это как бы ее внутренняя взбудораженность, нерастраченная способность к активности. «Возбужденный атом» — тут эпитет взят словно бы из психологии или из беллетристики. Но это выражение давно стало физическим термином.

Когда в черенковском счетчике летит сквозь жидкость сверхскоростная заряженная частица, что она делает согласно тому представлению, что свет излучают при этом атомы среды? Она снабжает лишней энергией встречные электроны этих атомов. Она как бы перетаскивает атомные электроны на более высокие орбиты. На разрешенные орбиты, а не куда попало. («Куда попало» — это когда электронам передается так много энергии, что они вообще покидают атом, выходят из-под власти его законов и становятся свободными, оставляя позади уже не атом, а заряженный ион). Летящая частица оставляет у себя в тылу цепочку возбужденных атомов. И хотя на каждой разрешенной орбите электрон может вращаться устойчиво, не теряя приобретенной энергии, весь атом в целом постарается от непрошеного избытка энергии освободиться. И он это сделает! — великое стремление к наибольшей устойчивости неодолимо.

Электрон сорвется с высокого уровня и упадет «вниз» — поближе к ядру. Атом излучит свет.

В атомах любого вещества чем глубже падение, тем солидней излученный квант — тем выше частота череды одинаковых световых волн в фотоне. Как глубоко упадет электрон? Очевидно, по крайней мере до ближайшей из разрешенных природой орбит. А в атоме водорода, где возбужденный электрон вообще единственный, не упадет ли он прямо на ядро? Нет, еще до ядра ему встретится последняя на пути к ядру, ближайшая к центру атома, дозволенная природой орбита. Вот на ней-то электрон будет находиться на самом низком из разрешенных уровней энергии. Желанная наибольшая устойчивость будет достигнута.

Так получают в лаборатории атомные спектры — они и называются «спектрами возбуждения». Крупинка обычной столовой соли тотчас окрашивает пламя газовой горелки в желтый цвет: это возбужденные энергией пламени электроны атомов натрия буквально на наших глазах возвращаются в устойчивое положение. Множество различных квантов от разных натриевых атомов покидает крупинку, но среди них больше всего квантов желтого света. Для натрия — это кванты самого глубокого падения электронов. И мы убеждаемся в этом даже без спектрографа. А чуткий прибор показал бы на фотографии еще и другие, более слабые линии натрия — линии других возможных перескоков.

Что же темного в квантовых скачках? Казалось бы, напротив — все выглядит так геометрически зримо, что, честное слово, хотелось бы навсегда закрепить в физической картине микромира этот тонкий рисунок — паутину орбит вокруг ядра и легкие перескоки почти невесомых электронов. В пространстве боровского атома и вправду царила «высшая музыкальность»: там словно бы воочию было видно, как на струнах расчисленных орбит «природа играет спектральную музыку». Так писал об атоме Бора не легкомысленный и восторженный поэт, а строгий теоретик Зоммерфельд.

Но музыка длится во времени, и звуки льются в пространстве. Все в природе длится и простираетсяI А квантовые скачки?

10

Нам, исповедующим диалектический материализм, понятие скачка представляется совершенно естественным. Смущает ли кого-нибудь разговор о скачкообразных процессах в истории человечества? Мы свыклись с этим, хотя процесс — непрерывное течение событий, а скачок — нарушение непрерывности, и, казалось бы, одно исключает другое.