Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга) - Фридрих Гернек

Гениальная гипотеза Планка спустя четверть века благодаря трудам Нильса Бора и других выдающихся исследователей была развита в стройную теорию.

От этой "классической" квантовой теории через волновую и матричную механику долгий и нелегкий путь ведет к релятивистской "квантовой теории полей". На этом пути не только перед физиками, но и перед гносеологами вновь и вновь вставали трудные задачи. Это развитие, далеко еще не завершенное, может служить подтверждением предсказания В.И. Ленина о том, что современная физика поднимется до диалектического материализма, даже если она будет приближаться к этой цели только "ощупью, шатаясь, иногда даже задом".

Заслуживает внимания еще один момент. В своей статье в планковском юбилейном сборнике 1958 года и в сборнике, изданном в 1961 году в связи с 60-летием Вернера Гейзенберга, Нильс Бор подчеркивал значение, которое приобретает международное сотрудничество физиков для прогресса науки. "Перебирая мои воспоминания прежних лет, - писал он, - я от всего сердца хочу подчеркнуть, что шаг за шагом благодаря тесному сотрудничеству целого поколения физиков многих стран удалось наконец навести порядок в новой обширной сфере опыта". Бор добавляет: "В этот период развития физической науки, который можно сравнить с чудесным приключением, Вернеру Гейзенбергу принадлежит выдающаяся роль".

Нильс Бор и его школа положили начало новому стилю исследовательской работы в теоретической физике. Время великих мыслителей-одиночек, которое в лице Альберта Эйнштейна имело своего последнего выдающегося представителя, сегодня уже принадлежит прошлому и никогда не возвратится.

Эрвин Шрёдингер и Макс Борн

Волновая механика и матричная механика

Представления Эйнштейна о квантах света, в 1913 году послужившие отправным пунктом теории атома Бора, через десять лет снова оказали плодотворное воздействие на развитие атомной физики. Они привели к идее о "волнах материи" и тем самым заложили основу новой стадии развития квантовой теории.

В своей докторской диссертации молодой французский физик Луи де Бройль писал о необходимости использовать волновые и корпускулярные представления не только в соответствии с учением Эйнштейна в теории света, но также и в теории материи. "При этом следует полагать, - объяснял он позднее в своей прекрасной и сегодня заслуживающей внимания книге "Свет и материя", - что каждая корпускула сопровождается определенной волной и каждая волна связана с движением одной или многих корпускул".

Вследствие этого понятие "корпускула" и понятие "волна" должны применяться одновременно: к излучению так же, как и к веществу, к материи. "Электрон, - считал де Бройль, - не может более рассматриваться как простая крупинка электричества; с ним следует связать волну". Отношение между энергией движущихся частиц и частотой колебания волнового движения передается константой Планка. Она вместе с величиной движения определяет и длину волны. Как одному кванту света соответствует одна световая волна, так и частице материи должна, по мнению Луи де Бройля, соответствовать волна материи.

Эта смелая мысль о всеобщем "дуализме" частицы и волны позволила построить теорию, с помощью которой можно было охватить свойства материи и света в их единстве. Кванты света становились при этом особым моментом всеобщего строения микромира.

Первое квантовое условие Бора, которое ранее было непонятно, получило теперь простое объяснение. Загадочное количественное постоянство в модели атома неизбежно вытекало из того обстоятельства, что объем электронных орбит был, очевидно, целочисленным кратным длине волны электрона; в противном случае идущие друг за другом волны усиливались бы посредством наложения или взаимно гасились бы.

Альберт Эйнштейн, который по рекомендации своего друга Поля Ланжевена обратил внимание на статью де Бройля "Исследования по квантовой теории", был восхищен идеями молодого французского физика. Он сообщал Максу Борну: "Ты должен ее прочитать; даже если она выглядит безумной, она все же совершенно самобытна". В своих работах Эйнштейн выступил в защиту взглядов Луи де Бройля.

О том, насколько революционизирующе подействовало на старшее поколение физиков представление о волнах материи, свидетельствует речь, с которой в 1938 году выступил Макс Планк на чествовании Луи де Бройля. Планк говорил: "Еще в 1924 году г-н Луи де Бройль изложил свои новые идеи об аналогии между движущейся материальной частицей определенной энергии и волной определенной частоты. Тогда эти идеи были настолько новы, что никто не хотел верить в их правильность, и я сам познакомился с ними только три года спустя, прослушав доклад, прочитанный профессором Крамерсом в Лейдене перед аудиторией физиков, среди которых был и наш выдающийся ученый Лоренц... Смелость этой идеи была так велика, что я сам, сказать по справедливости, только покачал головой, и я очень хорошо помню, как г-н Лоренц доверительно сказал мне тогда: "Эти молодые люди считают, что отбрасывать в сторону старые понятия в физике чрезвычайно легко!" Речь шла при этом о волнах Бройля, о соотношении неопределенностей Гейзенберга - все это для нас, стариков, было чем-то очень трудным для понимания. И вот развитие неизбежно оставило позади эти сомнения. Осенью того же 1927 года я лично познакомился с г-ном де Бройлем на 5-м Сольвеевском конгрессе в Брюсселе и был восхищен его скромностью и образованностью".

Принц Луи де Бройль, родившийся в 1892 году, потомок древнего французского аристократического рода, сейчас считается крупнейшим из ныне живущих ученых Франции. Как и Эйнштейн, он олицетворяет собой тип естествоиспытателя-теоретика, в одиночестве размышляющего над стоящими перед ним проблемами, и в то же время он один из самых блестящих академических преподавателей среди физиков новейшего времени. Его лекции известны своей содержательностью и вместе с тем умелым распределением материала и артистически безупречным построением.

Будучи студентом, Луи де Бройль не интересовался вначале естествознанием. Он изучал историю, особенно историю права и политическую историю средневековья. Однако методы гуманитарных наук в том виде, в каком он с ними познакомился, его не удовлетворяли. Под влиянием своего старшего брата Мориса де Бройля, известного физика-экспериментатора, заслужившего признание исследованием излучения, он обратился к математике и теоретической физике. Однако у него сохранилась ярко выраженная склонность к историческим изысканиям и исследованиям.

Занятия историей своей науки никогда не были для Луи де Бройля, как для многих других крупных физиков, второстепенной деятельностью. Исторический смысл оказывался для него не случайным дополнением, а основным требованием всей его исследовательской работы. Во многих своих исследованиях де Бройль исходил непосредственно из исторических соображений. Идея о волнах материи также возникла у него в конечном счете в результате размышлений над историей оптики.

Луи де Бройль умел мастерски преподнести широчайшему кругу читателей проблемно-исторические взаимосвязи простым и понятным языком, не прибегая к претенциозным математическим формулам. История развития учения о свете была одной из его излюбленных тем. Иногда он выступал с биографическими работами о физиках прошлого. Свидетельством его уважения к гениальному французскому естествоиспытателю Андре Мари Амперу, одному из основателей электродинамики, является блестящая научная биография, написанная с законным чувством национальной гордости.

Мировая война на многие годы прервала его учебу. Долгое время студент-физик служил радистом на Эйфелевой башне в Париже. В 1920 году он смог снова приступить к исследованиям в лаборатории своего брата. Результаты этих исследований прославили его имя.

В своем нобелевском докладе в 1929 году ученый сказал, что его интерес к теоретической физике пробудил тот факт, "что структура материи и структура излучений становились все таинственней, по мере того как физику все более и более завоевывало странное понятие "квант", введенное Планком в 1900 году при исследовании черного излучения". Движущей причиной научно-исследовательской работы служит, по его мнению, также и та "святая любознательность", которую Эйнштейн рассматривал как первоисточник всех естественнонаучных и технических достижений. Луи де Бройль считал справедливым требование, предъявляемое к естествоиспытателю Шрёдингером: он должен "быть способным удивляться и быть помешанным на догадках".

Как и все глубокие, стремящиеся к открытию нового физики-мыслители, Луи де Бройль с недоверием относился к поспешным выводам. В предисловии к книге "Свет и материя" говорится: "Крушение, которое в течение каких-то десятилетий потерпели прочно обоснованные принципы и, казалось, не менее основательные выводы, показывает нам, насколько осторожным надо быть при попытке построить общие философские заключения, опираясь на прогресс науки. Тот, кто замечает, что сумма нашего незнания намного превышает сумму нашего знания, едва ли чувствует себя склонным делать слишком поспешные выводы".