Фридрих Гернек - Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)
Опыт Франка - Герца, который привлек большое внимание специалистов, принадлежит к числу самых известных экспериментов в новейшей истории физики. Оба исследователя получили за него Нобелевскую премию 1925 года. В своей работе, правда, они пользовались определенными экспериментальными методами, которые использовал еще Ленард, но они существенно усовершенствовали их и намного превзошли Ленарда, опираясь при этом также на результаты экспериментов английских исследователей атома. Прежде всего Франк и Герц распространили свои опыты на инертные газы и пары металлов, которые оказались подходящим материалом для изучения взаимодействия между электронами и отдельными атомами.
Предложенный Франком и Герцем метод сталкивания электронов открыл большие возможности для выяснения строения атома. Как говорил Густав Герц в своем нобелевском докладе И декабря 1926 года, их результаты "дали непосредственное экспериментальное подтверждение основных предположений теории атома Бора" Существование "дискретных энергетических уровней" теперь уже не могло серьезно подвергаться сомнению.
Вначале оба молодых физика-экспериментатора не заметили тесной связи своих исследований и их результатов с новым боровским пониманием атомной механики "Мы читали работу Бора, - писал Франк, - до того, как отправили наши рукописи в печать, однако решили послать их, не упоминая в них этой работы, так как мы столкнулись бы с мнимой трудностью объяснения сильной ионизации ртутной дуги, если, как делал вывод Бор, энергия, используемая для ионизации атомов, значительно превышает ту, которая вызывает напряжение возбуждения" Это кажущееся разногласие позднее получило объяснение.
Франк считал, что современные физики быстро научились, вслед за Бором, правильно толковать все атомы периодической системы элементов в согласии с новой точкой зрения Этому, естественно, способствовало и то, что в работах многих известных исследователей теория Бора была положена в основание атомной механики.
В год опубликования своей работы о модели атома (1913) Нильс Бор стал доцентом Копенгагенского университета, где он читал лекции по физике для медиков Через год он отправился читать лекции в Манчестер. Но уже в 1916 году он принял профессуру в Копенгагене В 1920 году для него была создана кафедра теоретической физики В 1921 году на Блегдамсвей был открыт институт. Бор руководил им до конца своей жизни, с небольшим перерывом, обусловленным событиями второй мировой войны.
С начала 20-х годов создатель квантовой модели атома стал одним из самых известных физиков мира. На своих коллег он производил очень глубокое и незабываемое впечатление Эйнштейн, с которым Бор познакомился в 1920 году в Берлине, писал о нем физику Эренфесту: "Это необычайно чуткий ребенок, который расхаживает по этому миру как под гипнозом"
В Копенгагене у Бора вначале было немного сотрудников. Одним из первых среди них был Х.А. Крамерс, который стал читать лекции вместо Бора, когда тот после присуждения ему Нобелевской премии (1922) был освобожден от обязанностей чтения лекций с тем, чтобы он смог полностью посвятить себя научному исследованию.
Освобождение от обязанности читать лекции, конечно, было ученому по душе еще и по другим причинам. Как говорил Франк, у Бора "не было никакого природного дарования" к чтению курса лекций в соответствии с принятыми в университете требованиями Он говорил заикаясь, тихо и невнятно и, как свидетельствуют, в самые ответственные моменты закрывал к тому же ладонью рот. Трудности доставляло ему и распределение учебного материала по часам.
Но как и Лауэ, который тоже не относился к числу хороших лекторов, Бор блистал на коллоквиумах, где часто выступления участников принимали форму научного диалога. Здесь он, по словам Франка, чувствовал себя "легко и совершенно как дома" Всегда было удовольствием, говорил Франк, наблюдать его во время дискуссий по его работам или слушать его замечания относительно выступлений других физиков Быстрота и глубина мышления Бора и его способность тотчас же схватывать сущность каждый раз заново поражали тех, кто с ним сталкивался. Некоторые сверстники Бора на заре теории атома испытали это на докладах Бора в Берлине и Гёттингене, которые он читал в стиле коллоквиумов.
Значительным явлением в истории науки был гёттингенский "Фестиваль Бора", состоявшийся летом 1922 года. Физик Фридрих Гунт писал: "Бор в течение трех недель по понедельникам, вторникам и средам во время семинаров (а чаще значительно дольше) делал доклады по квантовой теории атома и периодической системе элементов. Говорил Бор невнятно, а мы как младшие не могли сидеть на передних скамьях среди именитых гостей, так что мы напряженно вслушивались, раскрыв рты и забывая об ужине и о требованиях наших голодных желудков. Мы, конечно, кое-что читали у Зоммерфельда о строении атома и спектральных линиях, в 1920 году и Дебай прочитал нам (в довольно прохладной неотапливаемой аудитории) лекцию о квантовой теории; но то, о чем говорил Бор, звучало совершенно по-иному, и мы чувствовали, что это было что-то очень существенное. Сегодня уже не передашь, каким ореолом было окружено это мероприятие; для нас оно было таким же выдающимся событием, как и Гёттингенские фестивали Генделя, проводившиеся в те годы".
Нильс Бор обладал необычайной способностью генерировать научные идеи и оказался настолько умелым руководителем коллектива исследователей, что благодаря ему Копенгаген стал "столицей атомной физики" и Меккой для исследователей атома из всех стран. Многие молодые физики по собственной инициативе или по специальному приглашению Бора приезжали работать в Копенгаген под его непосредственным руководством. Некоторые из них находились там несколько недель или месяцев, как молодой советский физик Л.Д. Ландау, ставший впоследствии лауреатом Нобелевской премил, но многие оставались на долгие годы.
Как и у Марии Кюри, в распоряжении Нильса Бора были денежные средства одного американского фонда, которые он использовал для поощрения научной "поросли". "Его учениками становились одаренные молодые теоретики, - писал Франк, - получившие подготовку по теоретической физике и особенно по применению математики при разработке теоретических проблем в других крупных центрах этой области науки. То, чему учил их Бор на собственном примере и путем дискуссий, было искусством, в котором он для всех оставался образцом: продумывание проблемы до конца, неотступное преодоление самообмана, мужество перед, казалось бы, непреодолимыми препятствиями".
В кругу его учеников педагогические способности Бора проявились блистательным образом, насколько при этом, как говорил Франк, вообще можно говорить об "учении", так как "свойствам характера нельзя научить, но можно вскрыть их значение и тем самым пробудить их к жизни у тех, у кого они, так сказать, находятся в скрытом виде". Под его руководством происходили непринужденные, свободные от какого-либо давления с его стороны теоретические споры. Вопросы, которые интересовали учеников Бора и всех участников дискуссии, обсуждались откровенно и безбоязненно.
Многие известные физики-теоретики нашего времени с гордостью и благодарностью называют себя учениками Бора. Одним из самых значительных среди них является Гейзенберг, который впервые услышал Бора в 1922 году и два года спустя приехал по его приглашению в Копенгаген.
Вернер Гейзенберг родился в 1901 году в Вюрцбурге в семье учителя гимназии, позднее работавшего в качестве профессора средне и новогреческого языка в Мюнхенском университете. Он учился у Зоммерфельда и Вилли Вина в Мюнхене, некоторое время был также учеником Борна в Гёттингене и завершил свое образование в 1923 году в Мюнхене, написав докторскую диссертацию в области теории переноса энергии. После этого он работал в качестве ассистента Борна в Гёттингене, где получил право на преподавание теоретической физики, отправившись незадолго до этого на полгода в Копенгаген как стипендиат-исследователь.
Год спустя Гейзенберг опубликовал свое первое фундаментальное исследование по квантовой теории - статью "О квантовомеханическом толковании кинематических и механических связей". В ней он попытался выработать необходимые основы атомной механики, которая строилась бы исключительно на связях между принципиально наблюдаемыми величинами без применения моделей.
Эта статья Гейзенберга заложила фундамент так называемой "матричной механики", детальная разработка математического аппарата которой принадлежит прежде всего Борну. При этом было вновь подтверждено эмпирическое требование, обнаружившее свою эвристическую плодотворность еще при создании теории относительности: научно реализованы в физических теориях могут быть только действительно наблюдаемые и измеримые факты.
По словам Борна, Гейзенберг отказался от "представлений об электронных орбитах с определенными радиусами и периодами обращения, потому что эти величины не могли быть наблюдаемы". Таким образом, он рассек "гордиев узел при помощи философского принципа и заменил догадки математическим правилом". Это достижение Гейзенберга можно сравнить с подвигом Эйнштейна, упразднившего в 1905 году понятие абсолютной одновременности.
