Прямоходящие мыслители. Путь человека от обитания на деревьях до постижения мироустройства

Даже Резерфорд отозвался отрицательно. Ему уж точно не дорога была теоретическая физика. Но допекало его в работе Бора, которая, как ни крути, ревизовала его собственную модель атома, что его датский коллега не предложил никакого механизма, коим электрон осуществляет свои прыжки между объявленными энергетическими уровнями. К примеру, если электрон, перемещаясь на энергетический уровень, отвечающий меньшей орбите, «прыгает» на нее, а не непрерывно движется по спирали к ядру, каким именно маршрутом происходит этот «прыжок», и что его провоцирует?

Как позднее выяснится, возражения Резерфорда коснулись в точности сути. Не только такого механизма никогда не установят, но и квантовая теория дозреет до состояния теории природы, и из нее последует, что ответов у таких вопросов нет, а значит, им нет места в современной науке.

То, что в конце концов убедило мир физиков в правильности видения Бора[371], а значит – и ранних работ Планка и Эйнштейна, накопилось за десять лет, с 1913-го по 1923 год. Применяя свою теорию и воззрения других ученых к атомам разных химических элементов тяжелее водорода, Бор понял, что упорядочением элементов по атомному номеру, а не по массе атома, как это сделал Менделеев, можно устранить кое-какие ошибки в Периодической системе.

Атомная масса определяется числом протонов и нейтронов в ядре атома. Атомный номер же равен числу протонов, которое, поскольку атом в целом не имеет никакого заряда, равно числу электронов в этом атоме. Чем больше у атома протонов в ядре, тем больше там нейтронов, но их количества не обязательно совпадают, то есть порядок элементов по атомной массе и атомному номеру может разниться. Теория Бора показала, что атомный номер – подходящий параметр, на котором и следует выстраивать Периодическую таблицу, поскольку именно протоны и электроны, а не нейтроны, определяют химические свойства вещества. На этот вывод ушло более пятидесяти лет, но, благодаря Бору, наука наконец смогла объяснить, почему таинственная таблица Менделеева действенна.

С вызреванием квантовых представлений до общей структуры, которая заместит законы Ньютона, физики наконец смогли записать уравнения, из которых, в принципе, можно вывести поведение всех возможных атомов, хотя в большинстве случаев для этого требуется мощь суперкомпьютеров. Но чтобы проверить предположения Бора о важности атомного номера, никому ждать суперкомпьютеров не пришлось: в традиции Менделеева Бор предсказал свойства еще не открытого тогда элемента, и именно его Менделеев, основывая систему на атомной массе, определил ошибочно.

Элемент этот был открыт вскоре после прогноза Бора, в 1923 году, и назвали его гафнием, в честь Гафнии – так на латыни именуется родной город Бора, Копенгаген. С тех пор уж ни один физик[372] (или химик) никогда больше не усомнится в истинности теории Бора. Лет пятьдесят спустя имя Бора войдет в таблицу Менделеева – сто седьмой элемент получит название «борий». В тот же год бывший наставник, а иногда и критик датского физика будет удостоен той же чести: элемент 104 называется резерфордием[373].

Глава 12 Квантовая революция

Несмотря на обилие блистательных и пытливых умов, сосредоточившихся на представлении о кванте, и отдельные истины, которые они предположили или открыли, к началу 1920-х никакой общей теории кванта все еще не возникло, и даже намека, что такая теория вообще возможна, не появилось. Бор состряпал кое-какие принципы, которые, окажись правдой, объясняли бы, почему атомы стабильны и почему у них такие спектральные линии, но с чего бы этим принципам быть истинными и как применять их к анализу других систем? Этого не знал никто.

Многие физики-квантовики разочаровались. Макс Борн (1882–1970), будущий Нобелевский лауреат, вскоре предложивший понятие фотона, писал: «Без всякой надежды думаю о квантовой теории, пытаюсь найти рецепт расчета устройства гелия и других атомов; но успехов никаких… Кванты и впрямь безнадежная неразбериха»[374]. А Вольфганг Паули (1900–1958), еще один получатель Нобелевской премии, предложивший, а затем и разработавший математическую теорию характеристики электрона под названием «спин», выразился так: «Физика сейчас очень мутная; для меня-то она во всяком случае чрезмерно трудна, лучше б я был комиком в кино, или кем-нибудь в этом роде, и никогда о физике не слыхал»[375].