Вероятностный мир

…Масса — учетверенный атом водорода. Заряд — в два раза больший, чем у электрона, и притом положительный: +2. Скорость движения при вылете из радиоактивного атома 10 — 20 тысяч километров в секунду. Химические свойства — как у элемента гелия, сперва открытого в спектрах солнца и только потом на земле…

Десять лет работы! При нынешнем лабораторном инструментарии на выяснение всего этого понадобился бы один месяц, если не один день. Но тогда еще только–только рождались основы для конструирования сегодняшнего инструментария атомной физики. Вместе с идеями рождались ее методы. Среди них — фундаментальнейший: изучение рассеяния микрочастиц при их прохождении через вещество.

Началось это тогда, когда восемь лет работы с альфа–лучами были уже позади, — летом 1906 года в Канаде, где Резерфорд возглавлял физическую лабораторию Макгилльского университета. Непредвиденное и почти неприметное событие взбудоражило его мысль: узенький пучок альфа–частиц, пронизав тонкий слюдяной листок, чуть–чуть расширился. Вот и все, что случилось. Но отчего это случилось?

Фотопластинка зафиксировала отклонение доли частиц на два градуса от перпендикуляра. Возможно, иные отклонялись еще сильнее, да только почернение пластинки от их падения было, очевидно, нечувствительно слабым. 2° — сущий пустяк. Однако летели–то массивные микропули и притом с огромными скоростями! Что же могло сбить их с прямого пути? По–видимому, только электрическое воздействие встречных атомов, когда они, заряженные альфа–частицы, пронизывали тонкий листок слюды. Несложный расчет дал внушительный результат: тут проявлялось отклоняющее действие силового поля напряженностью в 100 000 вольт на сантиметр. Резерфорд тогда же написал:

«Такой результат ясно показывает, что атомы вещества должны быть средоточием очень интенсивных электрических полей».

Первый же — случайный! — опыт по рассеянию альфа–частиц выводил на дорогу, ведущую в глубь атома, Новозеландец безошибочно почуял это.

Веселые малыши заслуживали его любви.

5

А потом в Манчестере 1909 года — не прошло и трех лет! — произошло вот что:

«Он повернулся ко мне и сказал: — Посмотрите–ка, не сможете ли вы получить некий эффект прямого отражения альфа–частиц от металлической поверхности?

Не думаю, чтобы он ожидал чего–нибудь подобного, но это было одно из тех «предчувствий», когда появляется надежда, что, быть может, кое–что все–таки удастся наблюдать, и уж во всяком случае удастся прощупать разведкой ту территорию, что соседствует с «землей Тома Тиддлера»…»

Так через пятьдесят с лишним лет вспоминал проис шедшее ученик Резерфорда, его тезка, Эрнест Марсден. «Земля Тома Тиддлера» — английское иносказание, равносильное русскому «золотое дно». Конечно, с расстояния в полвека открывшееся тогда золотое дно было видно постаревшему Марсдену во всей своей бескрайности. Но в 1909 году даже самому Резерфорду это предчувствие казалось сверхнесбыточным. Прямое отражение альфа–частиц от тоненького листка металлической фольги означало возвращение их вспять — полет обратно к радиоактивному источнику! Позднее он не раз повторял, что не верил, будто это возможно:

«То было почти столь же неправдоподобно, как если бы вы произвели выстрел по обрывку папиросной бумаги 15–дюймовым снарядом, а он вернулся бы назад и угодил в вас».

Резерфорд не преувеличивал абсурдности ожидаемого эффекта. Альфа–луч походил на острую стрелу, запущенную с чудовищной скоростью из лука. И ей–то предлагалось, вонзившись в бумажную мишень, повернуть от нее в обратном направлении — к еще пульсирующей тетиве!.. Отчего он заказал такой бессмысленный эксперимент совсем юному ученику? Марсдену тогда едва исполнилось двадцать лет, и он только помогал в работе многоопытному доктору из Германии Гансу Гейгеру (тому самому, что позднее прославился как изобретатель счетчика радиации).

Угадывается этическая осмотрительность Резерфорда. Поручить заведомую несуразицу мастеру было бестактно: еще пойдет гулять молва, порочащая его. А неудача подмастерья — другое дело: невелик спрос — не выйдет, так сразу все и забудется… Словом, в самом выборе Марсдена сквозила осознаваемая нелепость задуманного эксперимента.

Трезвость — логика — расчет — солидность… Куда все подевалось? Загадочно. Но, может быть, непреходящая готовность послать к чертям признанные нормы трезвой рассудительности и пуститься на риск — это и есть психологическая норма поведения, разрешенная великим работникам науки? (Конечно, загадка так не разгадывается, но хоть очерчиваются ее контуры.)

В общем, юный Марсден трудился не зря! И вскоре Гейгер начал ревностно помогать собственному помощнику: перед обоими замерцала вдали земля Тома Тиддлера. Буквально — замерцала. Чтобы следить за рассеянием альфа–частиц, они ставили под разными углами к металлическим мишеням экран из сернистого цинка: отклонившиеся в сторону частицы, падая на такой экран, вызывали на нем мерцание — короткие вспышки–сцинтилляции. По этим вспышкам альфа–частицы можно было считать в темноте зашторенной лаборатории.

Через двадцать семь лет, за год до смерти, Резерфорд с нисколько не постаревшим изумлением вспоминал один из весенних дней 1909 года:

«…Гейгер вошел ко мне и в страшном возбуждении сказал: — Нам удалось наблюдать альфа–частицы, возвращающиеся назад!»

В тот день — точно не зарегистрированный — стартовало создание первой научно обоснованной атомной модели. И одновременно стартовала сама ядерная физика.

Но должно было пройти еще около двух лет, прежде чем на исходе 1910–го или в начале 1911 года у Резерфорда появилось право поменяться ролями с Гейгером. Тоже через двадцать семь лет Гейгер в свой черед вспоминал другой памятный день:

«Однажды Резерфорд вошел в мою комнату, очевидно, в прекраснейшем расположении духа, и сказал: — Теперь я знаю, как выглядит атом!»

На что же понадобились почти два года, разделившие эти симметричные сцены?

6

Они понадобились не столько на повторение экспериментов, сколько на повторное взвешивание–перевешивание возможного истолкования состоявшегося чуда.

Правда, Гейгеру и Марсдену пришлось насчитать в темноте миллион сцинтилляций, чтобы статистически достоверно изучить «бессмыслицу», «несуразицу», «абсурд». То была подвижническая работа. Между прочим, Эйнштейн, по свидетельству Отто Фриша, удивлялся продуктивности альфа–бомбардировок, сравнивая их «со стрельбой по воробьям в полной темноте».

Наш известный физико–химик Николай Шилов, посетивший в 10–х годах Манчестер, написал тогда про альфа–частицы поэтические строки: они «заставляют экран из сернистого цинка блестеть, как перо жар–птицы, ярким голубым сиянием неописуемой красоты». Это он наблюдал альфа–лучи, прямо падавшие на экран от источника, без рассеяния в металлических мишенях.

А частицы, возвращавшиеся назад, — другими словами, рассеянные на углы чуть ли не в 180°, — были редкостью: всего одна на 8000 альфа–частиц переживала эту судьбу! И одиночные голубые вспышки от их падения всегда возникали внезапно — через непредсказуемые интервалы. Следовало постоянно быть настороже. Нетерпеливый Резерфорд для такой работы не годился, да и вечно возбужденные его глаза уставали слишком быстро: «Я проклинал все на свете и отступал через две минуты…».

Зато ни на минуту не отступал он от другого — от поисков ответа на вопрос: что же происходит, когда «15–дюймовый альфа–снаряд» поворачивает вспять от мишени? Время пожирала вот эта неустанная работа мысли. И, между прочим, напрасно Резерфордов ученик более поздней поры — 30–х годов — Норман Фезер уверял в своей биографии учителя, что в 10–х годах случился в Манчестере «пустой год». Это все равно что счесть «пустым» время прорастания зерна в земле.

Любопытно, что сам же Фезер отметил: «Резерфорд был поставлен в тупик». Так ведь из тупика есть только два выхода: или уйти назад восвояси, или проламываться вперед. Резерфорд был из тех немногих, что предпочитают проламываться. Еще больше это походило на постепенный снос высокой стены — камень за камнем.

Альфа–частицы в большинстве своем легко пронизывали мишени. Им не удавалось бы это так просто, будь атомы сплошными шариками вещества, накатанными, как в модели Томсона, из положительно заряженного теста. Явно ближе к истине была идея сквозного атома. К слову сказать, еще в 1904 году об этой идее, возникшей тогда на других основаниях, писал Резерфорду его будущий друг австралиец Вильям Брэгг–старший.

В сквозном атоме отрицательные электроны и пока неизвестные носители положительного заряда должны быть разведены друг от друга далеко в стороны. Ну, скажем, как планеты и Солнце: легче легкого пролететь сквозь Солнечную систему, «ничего не задев» по дороге… Ничего? А связывающие все тела силовые поля тяготения? Их, разумеется, не миновать — они заполняют пустоту. И при этом — работают, определяя движение небесных тел с их огромными массами… Но в микромире массы так ничтожны, что гравитационные поля неощутимы. Там все дело в силах электрических. Примерно оценив их еще тогда, когда обнаружилось отклонение альфа–луча на 2°, Резерфорд теперь обдумывал конструкцию атома, способного отклонить альфа–частицу на 180° или — иначе — отшвырнуть ее назад. «Внутри атома должны действовать ужасающие силы…» — порою повторял он ненароком, выдавая ближним скрытую работу своей мысли.

Не могло ли отражение альфа–частицы назад быть результатом постепенного — многократного — отклонения ее на малые углы внутри мишени? Частица пронизывает множество атомов, углубляясь в мишень. Каждый чуть сбивает ее в сторону — скажем, на 2°. Один — на два градуса, другой — на два, третий, десятый, сороковой… В сумме — за 90 отклонений — может накопиться нужный эффект: все 180 градусов. Вот частица и вылетает из мишени обратно. Это ли не искомый ответ?

Однако протестовала теория вероятностей. Отклонение предполагало длиннейшую череду поворотов частицы все в одну и ту же сторону— как по заказу! Но для этого не было никаких оснований. Игроку в орел и решку может, конечно, пригрезиться, что он выиграет девяносто раз подряд. Почему бы нет? Да только вероятность такой баснословной серии выигрышей непредставимо мала: 1/2 в девяностой степени. Такую малость не с чем сравнить. Нет, по законам случая — статистически — вообще не могло получиться сколько–нибудь заметного отклонения: для любой частицы равновероятные отклонения в разные стороны просто взаимно погашались бы… Резерфорд увидел: механизм многократного рассеяния ничего не объясняет. Так что же происходило в мишени?

Выбора не было: если не многократное рассеяние, то однократное. Отражение назад представилось как итог столкновения альфа–частицы с единичным атомом. Он — сквозной! — отбрасывал ее обратно.

Легонькие электроны противостоять тяжелой частице не могли. Оставалось предположить, что есть внутри атома массивная сердцевина, способная на единоборство с альфа–снарядом. Она мала по объему, раз атом почти пуст. Но в ней–то и сосредоточена его главная масса. И весь его положительный заряд, уравновешивающий отрицательный заряд блуждающих в атоме электронов.

В сквозной планетной системе проглянуло могучее Солнце. «Ужасающие силы» могли исходить именно и только от него. Для положительно заряженной альфа–частицы то были силы электрического отталкивания.

…Родилась идея атомного ядра!

Эта идея прекрасно работала. Малость атомной сердцевины хорошо объясняла редкость прямого отражения: для поворота назад частице требовалось подлететь совсем близко к ядру — быть очень прицельной. Только тогда могла она испытать всю мощь отталкивания. Но в крошечное ядро попасть было трудно. Оттого–то это удавалось лишь одной частице примерно на 8000. И другие подмеченные в опытах Гейгера—Марсдена закономерности объяснялись легко и непринужденно.

Теперь в руках Резерфорда было достаточно строительного материала для конструирования правдоподобной модели атома. В центре — ядро, как Солнце. На периферии — электроны, как планеты. Электроны притягиваются ядром, как всегда взаимно притягиваются разноименные заряды. Но электроны на ядро не падают. потому что пребывают, как планеты, в непрерывном вращении вокруг него. И притом — с достаточной скоростью, чтобы центробежная сила по законам классической механики уравновешивала центростремительную. Словом, точная микромодель огромной Солнечной системы.

И в один прекрасный день на рубеже 1910 — 1911 годов Резерфорд по праву громогласно объявил в лаборатории:

— Теперь я знаю, как выглядит атом!

7

Все–таки на что же ушли два года? Разве не довольно было долгого зимнего вечера, чтобы обмозговать все рассказанное (и еще многое здесь опущенное)? Весьма возможно, что Резерфорд и впрямь додумался до решения за один вечер. Легко допустить, что зрелище планетарного атома выступило перед его мысленным взором сразу. И даже с полной отчетливостью. Но в полной отчетливости и была беда: он тотчас должен был увидеть, что такой атом по классическим законам не мог существовать!

И все пришлось обдумывать сначала. Однако с тем же результатом. И завтра, и через месяц — с тем же удручающим результатом… Корень зла в том и заключался, что делало планетарную модель точным подобием Солнечной системы: планетоподобное вращение электронов вокруг ядра.

При вращении — даже равномерном — скорость вращения меняется непрерывно: оставаясь неизменной по величине, она все время становится другой по направлению. И потому вступает в действие один из законов классической теории электричества: когда заряды движутся с переменной скоростью, они излучают электромагнитную энергию. Как и что при этом происходит, точно описывается математически. Но представить происходящее в зримых образах трудно (если вообще возможно).

Тут не обойтись без отступления в сторону, на которое, по правде говоря, надо было решиться еще раньше…

…Зримые образы замыкают воображение в кругу предметно–вещественных явлений. Вещественных! Однако есть еще круг явлений иных — связанных с силовыми полями в пространстве.

Массы порождают поле сил тяготения.

Заряды — поле электромагнитных сил.

Пустота имеет свое устройство — она вовсе не пуста. И с термина «поле» начинается ее описание.

Этот термин — поэтическая метафора. Она намекает на нечто однообразное бескрайнее, окружающее все тела и как бы засеянное силами взаимодействия между ними. Потому и «поле».

Мне вспоминаются студенческие споры — попытки осязаемо и зримо материализовать математические символы.

Доносится через десятилетия голос сокурсника:

— У Тютчева есть строки — прямо о еловых полях: «Как океан объемлет шар земной, земная жизнь кругом объята снами…» Поля — это сны вещества. Сны наяву — и не бесплотные: «Небесный свод, горящий славой звездной, таинственно глядит из глубины. И мы плывем, пылающею бездной со всех сторон окружены…»

И, продолжая фантазировать, он убежденно говорил, что «пылающая бездна» — это дьявольски точно. До того точно, что даже не образ, а «чистая физика», ибо поля — вместилища энергии. Им всюду можно теоретически приписать вполне определенную температуру. И тэ–дэ и тэ–пэ…

А другой голос уверял, что Фарадею и Максвеллу в их классическом XIX веке надо было заменить термин «поле» термином «море». Больше сходства и гораздо выразительней. Тем более что у электромагнитного поля и у других полей, наверное, тоже волновая природа. Хорошо бы звучало: «море электромагнитных сил»! И есть в этом море свои штили, свои штормы. Да и для физических тел тогда появились бы естественные подобия: большие тела — как киты в океане, поменьше — всевозможные рыбы, а микрочастицы — как планктон. И уж совсем для полной натуральности картины все это движется: и волны, и тела. Наконец, поле — плоское, а море — объемное. И прочее, и прочее…

А третий голос — он принадлежал одной нашей милой сокурснице — спорил с первым и со вторым, утверждая, что такие сравнения чрезмерно предметны и слишком грубо отделяют вещество от полей. Меж тем само вещество пронизано силовыми полями: это они соединяют воедино все, из чего тела состоят. Звезды, атомы, ядра в атомах… На последнем этапе дробимости вещества его крупицы перестают быть отличимы от самих полей: возможно, элементарные частицы — это просто сгусточки полевой материи. «Горбатое поле», как говорил Эйнштейн. И потому не поля — сон вещества, а скорее напротив: вещество — сон полей. Тяжелый сон (и в шутку, и буквально). И так далее — долго еще все в этом роде… Что только не скажется в необязательном разговоре азартных студентов!

Верно было, что предметно зримые параллели тем меньше помогали воображению, чем предметней и зримей они были. Но в этом не заключалось ничего неожиданного. Ведь представление о силовых полях возникло не из повседневного опыта нашей жизни. Оно появилось с углублением физики в подспудную — скрытую от глаза — суть физических событий.

Часто можно услышать, что лишь в нашем веке — с рождением теории относительности и квантовой теории — физика утратила свою былую наглядность.

Былую? Но разве в Ньютоновы времена воображению легче было осваиваться с физической картиной мира? Взаимодействие удаленных друг от друга тел объяснялось тогда, как «действие на расстоянии» — через пустоту — без посредников. Разве это было представимо? Еще в древние времена и в средние века шли долгие споры об идее пустоты. Ее издавна заместила параллельно возникшая идея мирового эфира. Однако всепроникающий и для всего на свете проницаемый, непрерывный и бесплотный, абсолютно покоящийся и экспериментально непостижимый, был этот эфир еще менее наглядно представим, чем бесхитростная пустота.

А силовые поля объявлены были разными состояниями этой гипотетической мировой среды: эфирными вихрями, натяжениями, вибрациями. Так в XVII веке Декарт объяснял тяготение, а в XIX Максвелл — электромагнитные взаимодействия. Но разве наглядность таких объяснений не была иллюзией, поскольку совершенно непредставимым пребывал сам эфир?

Давным–давно человечество переросло натурфилософ скую веру в хрустальные небесные сферы, к которым прикреплены неподвижные звезды (надо же было объяснить, на чем они держатся!). А когда растаяло мифическое видение сфер, звезды не только остались на небе, но получили, наконец, все права самостоятельной физической реальности. Нечто похожее произошло с эфиром и силовыми полями.

В начале нашего века эфир исчез из физической кар тины природы: теория относительности показала, что ничего абсолютно покоящегося в мире нет. Этот термин сохранился лишь в языке радиопередач («сегодня в эфире»), да еще в редких (и всегда несостоятельных) попытках сызнова привлечь его к делу. Но силовые поля, как звезды, не пострадали. Напротив, тогда–то они и обрели подлинную физическую реальность. В них сосредоточилась энергия всех физических взаимодействий. Они получили статус самостоятельной формы существования материи мира. И если не нашему воображению, то хотя бы «чувству природы» стало легче: бесплотный эфир, как и пустота, был тяжелым и лишним грузом.

А наглядности не убыло, раз уж и прежде она была только мнимой…

И, пожалуй, стоит прибавить, что Эйнштейн, совершенно в духе Резерфорда, защищавшего реальность электрона, говорил: «Для современного физика электромагнитное поле столь же реально, как стул, на котором он сидит»!

Как же представить, что электрон–планета, вращаясь по классическим законам вокруг солнца–ядра, должен был терять энергию своего движения на излучение электромагнитных волн? Излучение — оно ведь не дается даром. На него надо тратиться. Силовое поле, порождаемое электроном или его порождающее, не будучи бесплотным, само обладает массой: физически — мерой инертности. Пока электрон движется прямолинейно и равномерно, его силовое поле покорно следует за ним или вместе с ним. Но когда взаимодействие с ядром заставляет электрон сворачивать с прямого пути, поле, как шлейф, «заносит в сторону». В меру своей инертности поле противится изменению скорости и «отрывается». Или — излучается в виде электромагнитных волн…

Такой зримый образ, право же, не хуже любой другой наглядной картинки, какую можно здесь изобрести. Любая окажется наивно приблизительной и легко уязвимой.

А существенно тут одно: лишь энергия движения могла бы позволить электрону в планетарной модели сопротивляться притягивающему действию ядра, но как раз она, эта спасительная энергия, вынуждена по классическим правилам непрерывно расходоваться на излучение. А если так, то падение электрона на ядро неминуемо. Каждую «атомопланету» ждет такая судьба.

Резерфорд понял: он увидел обреченный атом.

8

Так многого ли стоило его уверенное восклицание в лабораторной комнате Гейгера, что теперь он знает, как атом выглядит?! Нужно оценить всю тонкость этого восклицания: он ведь не провозгласил, что знает, как атом устроен, а только — как выглядит. Не больше. Но даже для этого надо было сначала решиться на открытую ссору с классикой.

Почти два года ушли, кроме всего прочего, на перемежающийся выбор между смирением и непокорством. Смирение равносильно было признанию неудачи. И тогда публикацию о многолетней работе следовало свести только к описанию опытных данных — без провозглашения планетарной модели. А непокорство настаивало на этой модели — вопреки логике, но с одобрения интуиции. Как во всяком психологическом противоборстве, последнее слово принадлежало характеру — складу натуры.

Резерфорд не был бы самим собой, если бы поступил иначе, чем поступил: в мае 1911 года со страниц лондонского «Философского журнала» он всем коллегам объят вил, как выглядит атом. Но в начале статьи предупредил:

«Вопрос об устойчивости предлагаемого атома на этой стадии не следует подвергать рассмотрению…»

Это означало: «Господа, я сознаю, что сегодня мой атом вашей критики не выдержит. Он — обреченный. Однако у нашей науки, кроме сегодня, есть еще завтра!» Ту предупредительную фразу он закончил так:

«…Устойчивость окажется, очевидно, зависящей от тонких деталей структуры атома и движения составляющих его заряженных частей».

Это была исследовательская программа на будущее.

Атомная физика могла принять ее к исполнению, а могла ею и пренебречь. Для этого довольно было не поверить в систему «ядро + электроны». И есть прямое свидетельство, что виднейшие из тогдашних теоретиков и экспериментаторов сначала его программой пренебрегли. Порознь и вместе.

Осенью того же 1911 года 23 выдающихся физика Европы собрались на первый Сольвеевский конгресс в Брюсселе.

(Двадцать четвертым его участником был вдохновитель и организатор конгресса Эрнест Сольвей — стареющий промышленник–меценат, выходец из рабочей семьи, инженер–изобретатель, влюбленный в науку и завороженный загадками строения вещества. Его щедрости обязана физика длящейся и поныне традиции Сольвеевских конгрессов, игравших немаловажную роль в нашей хорошей истории.) Разумеется, среди приглашенных на брюссельскую встречу 11–го года был и Резерфорд. А через полтора месяца после нее он написал Вильяму Брэггу:

«Я был весьма поражен в Брюсселе тем фактом, что континентальные физики… не утруждают свои головы размышлениями о реальных причинах вещей».

А меж тем среди физиков, «не утруждавших свои головы», были на 1–м Сольвее Альберт Эйнштейн, Макс Планк, Гендрик Антон Лоренц, Анри Пуанкаре, Мария Кюри, Поль Ланжевен, Вальтер Нернст… Нужен был чувствительно ранящий повод, чтобы «кролик из антиподов»— даже дикий! — позволил себе столь невежливо обойтись с такой когортой высоколобых…

Что же случилось в Брюсселе?

Ничего не случилось! Но это–то и разгневало Резерфорда. Там были обмануты его нетерпеливые надежды. (Они всегда нетерпеливы, когда выношены терпеливо.) Со времени выхода майского выпуска «Философского журнала» прошло полгода, а в Брюсселе не прозвучало ни слова о планетарной модели атома. Точно то был явный и непростительный провал, какие принято в ученой среде обходить щадящим молчанием, особенно если виновник — высокочтимый коллега.

А вообще–то об атомной структуре отнюдь не молчали. Сам Лоренц, автор теории электронов, — он председательствовал на конгрессе — прямо говорил о достоинствах «модели атома, предложенной сэром Дж. Дж. Томсоном». С другой стороны, мюнхенский теоретик Арнольд Зоммерфельд разочарованно уверял, что вообще не желает иметь дела ни с какими «частными гипотезами об атомах». И никто не сказал, что ему хотя бы только приглянулись открытие атомного ядра и появление планетарной модели. Словом, в Брюсселе эти события не были оценены как стартовые вехи в познании микромира.

Однако, может быть, Брюссель был исключением? Нет, в ту пору, кажется, нигде и никого планетарный атом еще не пленил. Странно сказать, даже бывший страсбургский студент Петр Лебедев не высказал своего одобрения, которое было бы так естественно! В коротенькой статье выдающегося московского исследователя «Успехи физики в 1911 году» не упоминаются ни атомное ядро, ни резерфордовская конструкция атома. Конечно, это можно оправдать характером лебедевской статьи: он писал свой обзор для широкой публики и потому включил в него только бесспорные и понятные успехи года. А назвать бесспорной и понятной планетарную модель в те времена кто решился бы? Ну да ведь об этом–то тут и идет разговор.

Но нельзя не заметить, что и почти все, о чем шла речь на конгрессе в Брюсселе, тоже свойством бесспорной понятности тогда не отличалось. Шла дискуссия на тему «Излучение и кванты».

Глава вторая. Еще два старта.

1

Слово «квант» родилось на свет вместе с XX веком: оно впервые раздалось в тишине научного заседания 14 декабря 1900 года. Это было традиционное заседание Немецкого физического общества в Берлине. Новое слово произнес университетский профессор Макс Планк.

Похоже, он ни в малейшей степени не сознавал, что открывает в естествознании новую эру. Родившийся в 1858 году, Планк принадлежал в свой звездный час, как н Дж. Дж. Томсон, к поколению сорокалетних. И так же, как Томсон, он тогда почувствовал, что научное открытие — бремя. И тем тяжелее это бремя, чем ощутимей в открытии принципиальная новизна. Вспомним: тремя годами раньше — в апреле 1897 года — Дж. Дж. не с ликованием, а «с большой неохотой» докладывал лондонским физикам о несомненной реальности электрона, а теперь — в декабре 1900 года — Планк докладывал берлинским физикам о вынужденном введении понятия «квант» с таким чувством, словно он совершает «акт безнадежного отчаяния».

Его тогдашнее самоощущение тем понятней, что был он образцово добропорядочным и тихо обстоятельным исследователем. Всем своим складом он противостоял расхожей романтической иллюзии, будто на вековечные ценности науки способны посягать только натуры бунтарские.

«Акт отчаяния» — в его сдержанных устах это не было театральной фразой. И не была проявлением безрассудства возникшая у него идея. Он говорил о ней скромнее скромного: «математический прием». Сохрани-· лось интереснейшее признание Планка в письме к искусному экспериментатору Роберту Вуду:

«Это была чисто формальная гипотеза, и, по правде говоря, я не ожидал от нее бог весть чего, разве лишь одного — чтобы любой ценой получился положительный результат».

А дело заключалось в том, что на протяжении шести лет он искал единую формулу для распределения энергии в спектре электромагнитного излучения нагретого тела (в идеальном варианте). То, что было найдено до него, отражало раздельными формулами крайние случаи испускания длинных и коротких волн. А общее решение проблемы никому не давалось в руки. И ему не давалось, пока… Пока он не увидел, что успех достигается, если предположить… Если предположить кое–что очень странное: свет испускается и поглощается чередою отдельных порций!

Это и явилось его идеей. Для этих–то порций излучения и нашлось слово «квант» (от латинского «квантум» — «сколько»).

Впрочем, дело было, конечно, несравненно сложней. И драматичней. Явившуюся ему идею Планк вовсе не сразу осмыслил сполна. Она, эта идея, уже служила его теоретическому построению, а он не давал ей воли. Это походило вот на что: представьте, уже сделано верное изображение действительности, но оно ведет на пленке скрытую жизнь, пока не пущен в ход проявитель. Два десятилетия спустя сам Планк в Нобелевской лекции сказал, что «первый шаг», истинно вводивший в картину природы «кванты энергии», сделал не он, а другой исследователь. Справедливости ради, надо, однако, заметить, что тот отважный исследователь, делая свой решительный шаг, честь первенства все–таки отдал Планку: он написал, что «Планк ввел в физику новый гипотетический элемент — гипотезу световых квантов».