Вместо тысячи солнц. История ядерной бомбы, рассказанная её создателями

Теперь мы подошли к вопросу о кризисе квантовой теории. Но прежде чем мы закончим наш рассказ, мы увидим, насколько расширилось представление о познании в науке; увидим, что мы достигли широкого обобщения понятия объективного познания; увидим, что мы имеем гораздо лучшую аналогию логических категорий, чем та, которую можно было бы построить на основе ньютоновской физики.

Рассматриваемый нами кризис возник в процессе двух исследований, которые оказались очень тесно связаны друг с другом. Во-первых, было установлено, что хотя все электромагнитные волны, включая и световые, будучи способными интерферировать и дифрагировать, носят волновой характер, тем не менее во взаимодействии с материей они проявляют также и дискретную природу – ведут себя как световые кванты с определенной энергией и определенным импульсом, – и в этом взаимодействии они либо отдают свою энергию, либо получают энергию от материи, либо испытывают упругие столкновения с атомами материи. Во-вторых, в результате открытия Резерфордом атомного ядра встал вопрос, как же все-таки ведут себя электроны вблизи ядра. Они не движутся по планетарным орбитам, ничего не излучают, и их поведение не похоже на поведение планеты в миниатюрной Солнечной системе; но они в большей части находятся в стационарных, по существу стабильных, состояниях, а по утверждению Бора, при самой низкой энергии – в полностью стабильном состоянии. Переход их из одного состояния в другое не есть движение в обычном понимании движения в пространстве и времени; различие между энергиями двух стационарных состояний проявляется в виде излучения соответствующего кванта света. Для определения энергии этих состояний Бор установил ряд правил, не совсем точных и не всегда применимых; я не буду их записывать.

Бор сознавал, что все это представляет радикально новый и трудный для понимания подход. Он немедленно выдвинул предположение (весьма похожее на то, которым руководствовался Эйнштейн), что новая схема, казавшаяся столь дикой и непривычной, должна при определенных ситуациях воспроизводить известный нам мир. Речь идет о чрезвычайно возбужденных состояниях атома, которым соответствует весьма много стационарных уровней, так что дискретность стационарного состояния и конечность постоянной Планка не имеют особого значения. Бор назвал это «принципом соответствия». Новая теория была призвана объяснить мир Ньютона и мир Максвелла, не прибегая к дискретным категориям, характерным для квантовой теории. Этот принцип оказался чрезвычайно эффективным средством. К 1925 году удалось вывести законы, не опирающиеся на какие-либо конкретные представления о движении, не связанные непосредственно ни с законами Ньютона, ни с орбитальной моделью атома. Но эти законы тем не менее являлись обобщениями ньютоновской механики и непосредственно объясняли связь между переходами из одного атомного состояния в другое, а также сами свойства атомных состояний.

Я рад, что дело на этом не остановилось, так как без математики было бы весьма трудно все объяснить. Насколько я помню, моя первая работа была посвящена простой проблеме двухатомной молекулы в свете нового подхода; в те дни было чрезвычайно трудно объяснить, о чем идет речь, и не менее трудно решить поставленные проблемы.

Решение, которое, по мнению большинства из нас, легче всего интерпретировать и к которому фактически приводил «принцип соответствия», было получено совершенно иным путем. Оно пришло вместе с дикой идеей, которая, однако, очень скоро была обобщена и получила подтверждение. Эта идея состояла в том, что существуют волны, присущие не только электромагнитному полю, но и любой частице, в частности электрону.

Эти волны – не просто электрические или магнитные возмущения; что они собой представляют, я сейчас объясню. Забегая вперед, отмечу, что соотношения, характеризующие связь между волновыми свойствами света и импульсом и энергией, сохраняются, а именно

Эта идея была выдвинута де Бройлем, который доказал, что можно получить правдоподобную картину стационарных состояний атома водорода, если предположить, что могут быть реализованы только те состояния, в которых образуются резонирующие стоячие волны, т. е. состояния, при которых в окружности соответствующей «орбиты» Бора укладывается целое число длин волн. Все это выглядело весьма шатко, и этому никто не верил. Если мне память не изменяет, статью отказались опубликовать. Тем не менее все оказалось правильным, и не прошло и года, как были получены данные о том, что электроны в некотором смысле «волноподобны», поскольку так же, как свет и рентгеновские лучи, они интерферируют и дифрагируют.