Гении науки - Пайс А.
Скачать (прямая ссылка):
200 Гении науки
нов. Эта идея для того времени была революционна и действительно
оставалась спорной до 1923 года, когда Артур Комптон экспериментально
доказал, что рассеянный электронами свет претерпевает изменения, а
именно: падает частота. Величина падения зависит от угла рассеяния и
может быть предсказана теоретически, во-первых, путем принятия концепции
о фотонах и, во-вторых, предположением, что энергия и импульс в процессе
рассеяния сохраняются. Это минимальные предположения, которые могли быть
сделаны гораздо раньше.
И они были сделаны раньше. Из интервью с семьей, друзьями и учениками
Крамерса, Дрезденом было получено убедительное доказательство32 - я тоже
нахожу его вполне убедительным, - что Крамере разработал правильную
теорию этого явления летом 1921 года, еще до эксперимента Комптона. Жена
Крамерса вспоминала, что в это время ее муж был "безумно взволнован... У
Бора с Крамерсом начались ежедневные дискуссии, в которых использовались
все средства убеждения. После этих дискуссий Крамере чувствовал крайнюю
усталость, депрессию и разочарование, он наконец заболел и лег в
больницу". Причиной дискуссий было то, что Бор был в высшей степени не
согласен с идеями Крамерса. Дрезден добавляет, что после этого "Крамере
согласился с доводами Бора, причем это не было лишь неохотной уступкой,
нет, он сделал точку зрения Бора своей собственной... после чего Бор с
Крамерсом стали еще ближе друг другу в научном сотрудничестве, они еще
больше, чем прежде, настроились друг на друга". Строки, которые Крамере
написал в 1923 году, недвусмысленно указывают на перемену в его мнении:
"Теорию световых квантов... можно сравнить с лекарством, которое будет
способствовать исчезновению симптомов болезни, но убьет пациента. ..
Необходимо подчеркнуть тот факт, что эта теория никоим образом не
произошла из теории Бора и, тем более, не была ее необходимым
следствием33".
Какова же была точка зрения Бора? Он вообще не принимал концепцию
фотонове. Вместо этого, в 1923 году, он выдвинул свое альтернативное
предложение, суть которого состояла в том, что в процессах, подобных
рассеянию света электронами, напротив, не сохраняются ни энергия, ни
импульс34. Примите во внимание тот факт, что в 1923 году эти законы еще
не были проверены экспериментально на уровне отдельных микроскопических
процессов, таких как атомные переходы, столкновения электронов с
электронами или атомами и т. д. Результатом этих идей Бора стала слабая
работа35, авторами которой были Бор, Крамере и Джон Слэтер, молодой
доктор философии из Гарварда, приехавший в конце 1923 года в Копенгаген.
Хендрик Энтони Крамерс 201
Спорный вопрос решился в начале 1925 года, когда было получено
экспериментальное доказательство того, что и энергия, и импульс в
отдельных случаях действительно сохраняются4.
Несмотря на такое слабое начало 1924 года, дальнейшая работа Крамерса в
этом году занимает место среди его лучших, выдающихся трудов.
С того самого момента, когда в 1913 г. появилась на свет квантовая теория
атома, было ясно, особенно для Бора, что новые квантовые законы
конфликтуют с классической теорией. В последующие годы наука, тем не
менее, придерживалась классической теории, к которой были добавлены
квантовые законы в надежде, что такой прием, возможно, приведет, в итоге,
к логическому подтверждению этих новых законов. Лишь в начале 1920-х
годов, главным образом, в результате неудач, начало появляться
радикальное интуитивное понимание того, что, возможно, в области атома
придется действительно отказаться от классических моделей. Особенно это
касалось весьма сомнительной концепции атомных орбит.
Но критиковать концепцию атомных орбит - это одно, а выстроить атомную
физику без нее - совсем другое. Первая успешная попытка продвинуться в
этом направлении принадлежала Крамерсу и была сделана в 1924 году. Борн
прокомментировал ее так: "Это был первый шаг из светлой области
классической механики в темный неисследованный мир новой квантовой
механики37". Работа Крамерса рассматривает дисперсию света, а именно,
излучение вторичного света атомом, который находится под воздействием
пучка световых лучей и возбуждается им. Результаты этой работы были
объявлены в двух письмах в Nature, одно38 - в марте 1924 года, и второе39
- в июле.
Согласно классической теории дисперсии интенсивность света, испускаемого
облученным атомом, зависит от частоты облучения и от классических частот
орбитальных движений электронов внутри атома. Квантовая теория, очевидно,
требует того, чтобы роль этих классических частот была каким-то образом
передана частотам переходов Бора между стационарными состояниями.
Решением этой задачи занялся Крамерс. В качестве связующего с
классическими ответами звена он, конечно же, использовал принцип
соответствия, который, в этом случае, требует того, чтобы рассеянное
излучение продолжало зависеть от классических частот движения электронов
в пределе больших квантовых чисел. В качестве квантового теоретического
