Фридрих Гернек - Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)
В своем юбилейном докладе по поводу 25-летия открытия интерференции рентгеновских лучей Планк рассказал о ходе этого памятного собрания, которое происходило там же, где он сам за 12 лет до этого выступал с обоснованием своей формулы излучения.
"Это было 14 июня 1912 года, - сказал Макс Планк, - здесь, в этом зале, на этом месте, г-н Рубенс вел заседание. Мы все пребывали в большом нетерпении. Я отчетливо вспоминаю детали происходившего. Когда г-н фон Лауэ после теоретического введения показал первые снимки, на которых было изображено прохождение пучка лучей через произвольно ориентированный кусочек медного купороса, и на фотографической пластинке, рядом с центральным местом прохождения первичных лучей, видны были несколько маленьких странных пятнышек, то слушатели замерли в напряженном ожидании, однако все еще не совсем убежденные в правильности изображения на экране. Но когда был показан пятый снимок, первая типичная диаграмма Лауэ с регулярно и аккуратно на различных расстояниях от центра расположенными интерферентными точками, полученная при облучении кристалла цинковой обманки, установленного под определенным углом к первичному пучку, то по залу прошло всеобщее, едва сдерживаемое "ах!". Каждый из нас чувствовал, что он присутствует при великом событии, что здесь впервые в до сих пор непроницаемой стене была пробита брешь, которая вела из тогдашних потемок сокровенных и мучительных тайн в мир света нового знания и открывала взору широкие многообещающие дали".
В отличие от открытого Планком квантования энергии, которое вначале заинтересовало лишь нескольких берлинских физиков и в течение многих лет оставалось не признанным научной общественностью, открытие Лауэ сразу же начало свое победное шествие по свету: новое доказательство того, какое значение приобретают фотодокументы для признания достижений естествознания.
Фотограммы, которые Лауэ впервые показал коллегам в Берлине с помощью проектора, вызвали такой же интерес, как и те, которые Рентген за 16 лет до этого разослал друзьям и коллегам. Эйнштейн в 1912 году восторженно писал из Праги своему бывшему сотруднику: "Лауэ прислал мне фотографию явления дифракции рентгеновских лучей. Это самое удивительное из всего, что я когда-либо видел. Дифракция от отдельных молекул, расположение которых становится таким очевидным".
Рентген также был изумлен снимками, которые представили ему Лауэ и Фридрих. При его неизменном недоверии ко всем "сенсационным открытиям" он долго не мог убедить себя в том, что здесь речь идет действительно о явлениях дифракции и интерференции.
Открытие интерференции рентгеновских лучей, которым увенчался путь исследований, предложенный Рентгеном, принадлежит к самым значительным физическим открытиям новейшей истории науки. Оно имело многообразные последствия.
Оно теоретически подтвердило, что рентгеновские лучи являются коротковолновым электромагнитным излучением, хотя вначале еще ничего не знали об абсолютной величине длины их волны. Другие объяснения рентгеновских лучей, прежде всего корпускулярная теория, были тем самым устранены окончательно. В этом смысле открытие Лауэ являло собой противоположность доказательству Генрихом Герцем существования длинных электромагнитных волн.
Одновременно с этим обнаружение интерференции рентгеновских лучей в кристаллах возвело гипотезу кристаллографов о пространственной решетке в ранг достоверной экспериментально подтвержденной кристаллографической теории. Опираясь на открытие Лауэ, английские исследователи Уильям и Лоуренс Брэгги математически точно определили длину волны рентгеновских лучей и размеры кристаллической решетки. Созданный ими метод "вращающегося кристалла" имел основополагающее значение для рентгеноспектрографии.
Огромное значение имело открытие Лауэ и для учения об атоме. Оно возвестило, по словам Планка, "совершенно новую эру атомистики". Оно дало ключ к качественному и количественному исследованию атомной структуры материи. С его помощью стало возможным заглянуть в строение электронной оболочки атома и физическими методами определить порядковый номер элемента в периодической системе. Методы Лауэ позволили также найти новые химические вещества.
Исследования Эйнштейном броуновского движения и результаты работ французских и английских физиков-экспериментаторов окончательно подтвердили атомистические воззрения с точки зрения молекулярной физики. При помощи интерференционного метода Лауэ было оптически достоверно показано расположение атомов в кристаллических решетках, хотя для расшифровки изящных фотографических диаграмм оказалось необходимым прибегнуть к достаточно сложной математической теории. Но в соединении с созданной почти одновременно камерой Вильсона, которая делала непосредственно видимыми траектории отдельных движущихся атомов и атомных частиц, открытие Лауэ устранило последние сомнения относительно существования атомов.
"Атомы стали видимыми!" - писал в 1913 году Вильгельм Оствальд, который всего несколько лет назад принадлежал к самым ярым противникам атомизма. Эта запись сделана на полях работы, где он выступает как раз против таких вещей, "которые находятся ниже границы видимого, в том числе и вооруженным глазом". Теперь вопрос, который Эрнст Мах задавал каждому, кто в его время говорил об атоме: "А вы его видели?" - не мог привести в замешательство ни одного сторонника атомистики.
Как неоднократно подчеркивал Лауэ, без уверенности в существовании атомов он никогда бы де пришел к мысли начать свои опыты с просвечиванием. Вера в реальность атомов, тесно связанная с материалистической традицией, способствовала, таким образом, открытию новой истины. Решающая битва за атомизм была выиграна. Столетия, необходимые, по мнению Людвига Больцмана, для победы учения об атоме, превратились в несколько лет.
Об ученых, которые, несмотря ни на что, все еще пытались считать теорию атома лишь рабочей гипотезой, Лауэ писал в 1914 году в своем докладе: "Следовало бы спросить этих скептиков, считают ли они существующими солнце и звезды на небе, или же и утверждение астрономии о том, что в этом случае речь идет об огромных невообразимо далеко находящихся от нас телах, они тоже признают рабочей гипотезой. Мне кажется, что для доказательства существования атомов мы имеем по крайней мере такие же надежные основания, как и для доказательства существования звезд".
Открытие интерференции рентгеновских лучей имело значение, далеко выходящее за пределы областей физики и философии. Оно сделало возможным развитие новых отраслей науки, и прежде всего образование новых исследовательских направлений в минералогии и кристаллографии. Метод рентгенографического структурного анализа, основанный Лауэ и его сотрудниками, разом расширил средства исследования минералов, которые до этого ограничивались преимущественно лупой и поляризационным микроскопом.
Рентгеновская спектроскопия развивалась теперь как отрасль оптической спектроскопии. Исследование тонкой структуры твердых тел, металлов и их сплавов, методы дефектоскопии, создание искусственных веществ покоятся большей частью на открытии Лауэ, последствия этого открытия в технике и промышленности необозримы. Лауэ буквально проснулся всемирно знаменитым. Еще в год открытия (1912) мюнхенский приват-доцент был приглашен в Цюрихский университет в качестве профессора теоретической физики. Там он занял место, бывшее первой профессурой Эйнштейна, который теперь - после своего возвращения из Праги в Цюрих - работал в Высшей технической школе. В эти годы упрочилась дружба обоих ровесников, зародившаяся еще тогда, когда Эйнштейн жил в Берне, а Лауэ - в Берлине.
Вскоре после опубликования теории относительности Лауэ, тогда еще ассистент Планка, поехал в Швейцарию для того, чтобы обсудить с Эйнштейном некоторые вопросы новой теории. Об этой первой встрече позднее он писал: "Согласно письменной договоренности, я зашел к нему в Патентное бюро. В приемной служащий сказал мне, чтобы я вернулся в коридор: Эйнштейна я встречу там. Я сделал, как он сказал, но тот молодой человек, который шел мне навстречу, произвел на меня столь неожиданное впечатление, что я не поверил в его способность быть создателем теории относительности. Я пропустил его мимо и только тогда, когда он вновь вышел из приемной, мы познакомились. Подробностей нашей беседы я не помню. Но мне помнится, что сигара, которую он мне предложил, так мало мне понравилась, что я как бы нечаянно уронил ее в реку, когда мы проходили по мосту через Аар".
Раннее знакомство с вопросами специальной теории относительности позволило Лауэ в сравнительно короткое время написать первое монографическое изложение нового учения. Оно было опубликовано в 1911 году под названием "Принцип относительности". За годы пребывания в Цюрихе он познакомился с основами общей теории относительности и теории гравитации. Своеобразие хода мыслей ее творца доставило ему, как и многим другим физикам, немало трудностей.
