Гении науки - Пайс А.
Скачать (прямая ссылка):
обычного физика того времени предположения о строении атома звучали
примерно так же, как предположения о жизни на Марсе. Они были весьма
интересны для тех, кого увлекали подобные вещи, но надежды на то, что они
будут подкреплены убедительными научными доказательствами и что научная
мысль сможет развить их, почти не было". Первым шагом к прояснению этого
вопроса стало открытие Резерфорда, суть которого состояла в том, что
основная масса атома сосредоточена в малом центральном теле - ядре.
Работа была опубликована в мае 1911 года, а за полгода до этого
состоялась первая встреча Бора с Резерфордом. И это еще раз указывает на
то, что недостаточно было быть умным, надо было еще оказаться в нужном
месте - Манчестерской лаборатории Резерфорда, и в нужное время - Бор
переехал туда в марте 1912 года.
Резерфорд был самой значительной научной фигурой в жизни Бора, и не
только потому, что его открытие ядра привело Бора
28 Гении науки
к самому важному его научному труду - открытию всей структуры атома, но
еще и потому, что личностный и профессиональный стиль Резерфорда оказали
глубокое влияние на Бора. Позднее, Бор сказал о Резерфорде: "Для меня он
был почти как второй отец".
Резерфорд пришел к заключению, что атом состоит из ядра и вращающихся
вокруг него электронов, не сознавая, что эта картина парадоксальна, или
не беспокоясь по поводу этого парадокса. Ранние идеи Бора на этот счет
содержатся в меморандуме14, отправленном Резерфорду 6 июля 1912 года.
Самая важная часть этого документа касается его осознания того, что для
понимания этой проблемы необходима новая "гипотеза, под которую не нужно
пытаться подвести механистическую основу (поскольку это кажется
безнадежным)" (курсив автора). Он осознал, что устойчивость атома нельзя
объяснить на основе классической физики, и для ее понимания, так или
иначе, нужна молодая квантовая теория.
В этом же месяце Бор вернулся в Данию, чтобы заключить брак и продолжить
учебу на предпоследнем курсе университета. Друзья в это время
характеризовали его как: "несколько замкнутого, безгрешного, чрезвычайно
дружелюбного, но застенчивого15,... неустанно работающего и вечно
спешащего куда-то, спокойствие и курение трубки стали более поздними его
чертами"16.
Лишь в феврале 1913 года Бор осознал, что для достижения цели ему нужны
спектроскопические данные. Эти данные появились в статье17,
опубликованной в июле, которая знаменует рождение квантовой динамики.
Основной информацией статьи была божественная догадка Иоганна Бальмера,
швейцарского учителя, который в 1885 году предложил свою спектральную
формулу
R
I_______L
9 9
п т
(п = 1,2,3,... т > п и целое число) для атома водорода. Уже в 1885 году
значение постоянной Ридберга R было точно известно до одной тысячной, а
приближенно - до одной десятитысячной:
R = 3, 2916 х 1015с-1.
Теперь, что касается работы Бора по водороду17. Он начинает с замечания,
что если следовать классической теории, то "электрон не будет двигаться
по стационарной орбите", а упадет на
Нильс Бор, человек и его наука 29
ядро в связи с потерей энергии при излучении. Затем он погружается в
квантовую теорию. Его первый постулат: атом имеет состояние минимальной
энергии, основное состояние, которое, по предположению, не излучает, и
это одна из самых дерзких гипотез, когда-либо выдвигавшихся в физике. Его
второй постулат: более высокие "стационарные состояния" атома
превращаются в более низкие, так, что разность энергий Е испускается в
виде светового кванта с частотой и, заданной формулой Е = hu (h -
постоянная Планка).
Я не буду вдаваться в детали теории Бора об условиях квантования орбит в
атоме водорода. Достаточно сказать, что это соответствует тому, что мы
проходили в школе: орбитальный кинетический момент L ограничен значениями
L = n(h/2ir), п = 0,1, 2,....
Далее сразу же следует не только формула Бальмера, но и появляется
постоянная Ридберга, выраженная через фундаментальные постоянные
R = (2ir2e4m/h3)c~1.
Это предсказание R "в пределах экспериментальных ошибок через постоянные,
которые входят в выражение для ее теоретического значения", является
первым триумфом квантовой динамики и самым важным уравнением в жизни
Бора. Оно представляет триумф над логикой. Ничего, что дискретные орбиты
нарушили законы физики, известные в то время. Природа подсказала Бору,
что он все равно был прав, и подсказала ему призвать на помощь новую
логику, которая должна была также объяснить серьезный конфликт теории
Бора с классической причинностью: как электрон заранее выбирает, в какое
стационарное состояние перейти, испуская световой квант? Все эти вопросы
прояснились после 1925 года, когда появилась квантовая механика. Конечно
же, Бор знал о всех этих проблемах. Когда он умер, о нем написали:
"Экспериментальный характер всякого научного прогресса всегда
присутствовал в его мыслях с того дня, когда он высказал первое
предположение об атоме водорода, подчеркнув, что это была всего лишь
