Квантовый возраст

Глава 1. «Верным путем экспериментирования»

В конце XIX в. в физике царила атмосфера уверенности и спокойствия.

Научная революция, начавшаяся еще в эпоху Возрождения, вступившая затем в век Галилея и Ньютона, увенчалась к концу XIX в. торжеством «новой» науки — классической физики. Четыре с лишним века создавалась «новая» физика.

И все это время наука была частным делом немногих. Порой одно открытие отделяло от другого целое поколение. Только самые смелые и удачливые из тех, «кто не только расходился во взглядах с древними, но также правильно поставил себе целью идти медленным, но верным путем экспериментирования», достигали успеха или способствовали ему. «И они шли этим путем, насколько им позволяла это краткость их жизни или множество других их дел, или ограниченность их состояния» [3, с. 252]. Эти слова принадлежат епископу Спрату, автору «Истории Королевского общества», изданной в 1667 г. В этой книге епископ Спрат впервые относит людей, занимающихся исследованием законов природы, к разряду философов, к разряду ученых. Уже была признана справедливой критика всей физической картины мира, доставшейся средневековью от античных времен. Уже Коперник создал гелиоцентрическую систему мира, потрясшую основы религиозного мировоззрения. Уже поплатился жизнью Джордано Бруно за продолжение проклятого церковью учения Коперника (Джордано Бруно родился в 1548 г., спустя пять лет после смерти Коперника). Кеплер, продолжая наблюдения Тихо Браге, открыл законы движения планет. Умирал ослепший узник «святой инквизиции» Галилео Галилей, обвиненный в ереси, вынужденный публично признать на позорном процессе 1633 г. требования инквизиции. В 1643 г. родился Ньютон. А естествоиспытатели только-только были отнесены к «третьему виду новых философов». Отдавая им при этом должное, епископ Спрат пишет, что многое уже сделано и что «сомневаться… можно только в отношении будущих веков. И даже им мы спокойно можем обещать, что они ненадолго будут лишены плеяды пытливых умов, ибо перед ними лежит так четко намеченный путь; ведь им достаточно только вкусить этих первых плодов и вдохновиться этим примером» [Там же].

В 1687 г. выходят в свет «Начала» Ньютона — «Математические начала натуральной философии», открывшие новую эру в физике. Теперь уже в отношении «будущих веков» можно было не сомневаться. Интервалы между важными открытиями стали измеряться уже не целой человеческой жизнью, а несколькими годами. Но к развитию новой цивилизации — промышленной — вплоть до XVIII в. наука имела лишь косвенное отношение. И лишь в XIX в. она перешла от пассивной роли к активной и «усовершенствование пушек» перестало быть только «делом рук литейщиков». Прогресс в науке и промышленности теперь уже в тесном переплетении шел наперегонки со временем.

К концу XIX в. наступило время уверенности и чувства полной власти над природой. Уже были изобретены телефонный аппарат и фонограф, уже работали паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания, скоро должно было родиться радио. Стройные законы, покоящиеся на классической механике Галилея и Ньютона, на электродинамике Максвелла, казались созданными навечно. Воздух был пропитан идеями чудесных изобретений.

«На горизонте классической физики были два темных облака, омрачавших ее чистое небо: опыт Майкельсона и проблема распределения энергии в спектре черного излучения» [4, с. 143].

В 1879 г. американские газеты сообщили о том, что на научном горизонте Америки появилась новая яркая звезда. Младший лейтенант морской службы Альберт Майкельсон, которому нет еще 27 лет, добился выдающегося успеха в области оптики: он измерил скорость света [5, с. 11]. Майкельсон не только провел измерения с большой точностью, но неопровержимо доказал, что скорость света не зависит от движения Земли. Это утверждение прямо противоречило законам классической механики Ньютона, согласно которой скорость луча света, идущего в одном с Землей направлении, должна быть больше скорости луча, идущего в обратном направлении. Но ни ошеломляющий результат опыта Майкельсона, ни спектр излучения нагретого тела, который не поддавался объяснению на основе существующих теорий, не беспокоили особенно старых физиков. Нельзя было не признать возникшие противоречия, нельзя было не видеть эти «два облачка», но уверенным в своих твердых знаниях физикам казалось, что так или иначе все когда-нибудь и как-нибудь сойдется. Казалось, эти маленькие противоречия не могут помешать близкому и полному завершению картины о силах, действующих в природе, единой картины, до которой осталось всего несколько шагов. И ученые, все еще оставаясь учеными-одиночками, в своих маленьких лабораториях и «задних комнатах» неторопливо и с наслаждением занимались своим ремеслом.

Хаос возник внезапно.

В ноябре 1895 г. Вильгельм Конрад Рентген, «в то время незаметный профессор физики в Вюрцбурге, купил одну из новых катодно-лучевых трубок с целью выяснения ее внутреннего механизма. Уже через неделю он натолкнулся на загадочное явление, имевшее место снаружи трубки: из нее исходило нечто, имевшее свойства, существование которых в природе до сих пор нельзя было себе представить; нечто, заставлявшее флюоресцирующие экраны светиться в темноте и затемнявшее фотографические пластинки через черную бумагу. При этом получались весьма удивительные фотографии — фотографии, показывавшие наличие монет в кошельках и костей в руке. Рентген не знал, что представляло собой это „нечто“, поэтому он назвал его „X-лучом“… Такой луч мог увидеть каждый, и неудивительно, что уже через несколько дней известие о нем облетело весь мир; оно стало темой бесчисленных острот в мюзик-холлах, а через несколько недель все без исключения крупные физики повторили этот опыт для себя и демонстрировали перед изумленной публикой» [3, с. 400].

Не прошло и трех месяцев после открытия Рентгена, как профессор Политехнической школы в Париже Антуан Анри Беккерель, наследник прекрасной коллекции фосфоресцирующих веществ, собранной его дедом и отцом, решил проверить, не обладают ли холодные лучи обычных флюоресцирующих минералов и солей свойствами, подобными свойствам лучей Рентгена. Исследование фосфоресценции и люминесценции было фамильным делом Беккерелей. Дед Антуана, Анри Антуан Сезар Беккерель, офицер инженерных войск Франции, уже в зрелом возрасте стал профессором физики и членом Парижской академии наук. Свою долгую жизнь он посвятил исследованию свойств фосфоресценции и флюоресценции. Открыл прозрачность некоторых веществ для ультрафиолетовых лучей, первым дал описание диамагнитных свойств веществ. Сын Антуана Сезара, Александр Эдмон, продолжая дело отца и в течение многих лет сотрудничая с ним (Эдмон пережил отца всего на 12 лет), разработал научную классификацию явлений фосфоресценции, установил основные закономерности этих явлений.

Дело отца и деда продолжал Антуан Анри Беккерель. Ему было 44 года, когда известие о необыкновенных лучах Рентгена, с помощью которых можно было «увидеть собственные кости», облетело мир. Анри Беккерель выбрал несколько экземпляров из огромной коллекции фосфоресцирующих веществ и подверг их длительному облучению солнечным светом. Результат оказался отрицательным: яркие лучи так тщательно облученных фосфоресцирующих веществ не проникали через материю. Беккерель сменил образцы. Среди новых, совершенно случайных образцов оказались чешуйки солей урана. Именно эти чешуйки и остались отпечатанными на фотографической пластинке, плотно защищенной черной бумагой. Это была удача, но какая! Вместо солей урана Беккерель мог взять любое другое вещество и вообще перебрать всю коллекцию и получил бы отрицательный результат. Но тогда, после первых следов чешуек, Беккерель, конечно, не знал, что это была редкая случайность, тем более не подозревал, что открыл совершенно новое явление природы. Это явление спустя три года супруги Кюри подтвердят на других элементах, далеко не фосфоресцирующих, и назовут радиоактивностью. А пока опыт с чешуйками только дал надежду Беккерелю на открытие того, что он искал, на сходство лучей холодных фосфоресцирующих веществ, предварительно хорошо облученных солнечным светом, с рентгеновскими лучами.

Но еще одна ошеломляющая случайность убедила его в том, что он столкнулся с загадочным явлением, ничего общего не имеющим со свойствами рентгеновских лучей. Чтобы подтвердить и проверить результат, полученный с чешуйками, Беккерель выбрал новый образец солей урана и приготовился облучать его лучами солнца. Но два дня кряду выдались пасмурными, солнце не показывалось, и Беккерель сложил приготовленные для опыта вещи — фотопластинку, завернутую в плотную черную ткань, алюминиевую пластинку, тонкий медный крест на ней и поверх всего этого кусочек соли урана — в ящик стола. Через несколько дней Беккерель проявил фотопластинку, пролежавшую в темном ящике стола, и обнаружил на ней четкий контур медного креста. Получалось, что соли урана самопроизвольно излучают лучи, способные проникать сквозь черную ткань и алюминиевую пластинку даже без предварительного облучения образца.

Откуда же бралась энергия излучения, да еще весьма существенная? Если в первом опыте можно было предположить, что образец поглощает энергию солнечных лучей и затем эта энергия трансформируется в энергию излучения, то на этот раз никакая энергия не поглощалась и абсолютно инертное химическое вещество излучало непонятно откуда бравшуюся энергию. Это прямо противоречило закону сохранения энергии и никакому объяснению, конечно, не поддавалось. Беккерель испытывал и другие образцы, но все попытки с самыми разными веществами, не содержащими урана, ничего подобного не дали. Зато все соединения урана, фосфоресцирующие и нефосфоресцирующие, в сухом виде или в растворе, испускали одно и то же излучение, интенсивность которого зависела только от количества урана в соединении. Стало ясно, что свойство самопроизвольно, без какой-либо обработки образца, излучать таинственные лучи присуще только урану.

В 1899 г., в результате кропотливого специального химического анализа слюдяной обманки Мария и Пьер Кюри открыли два новых радиоактивных элемента, названных ими полонием и радием. Кроме излучения таинственных лучей Беккереля полонием и радием, супруги Кюри обнаружили не менее поразительный эффект: радий, не изменяясь по внешнему виду, каждый час выделял тепло, достаточное, чтобы растопить количество льда, равное ему по весу. Почему? Ответа не было.

В том же, 1899 г., исследуя природу радиоактивного излучения, Резерфорд установил три разных типа излучения. Одно из них состояло из материальных частиц, летящих с бешеными скоростями. Резерфорд назвал их альфа-частицами, а излучение — альфа-лучами. Выбрасывая эти лучи, атом радия превращался в атом другого вещества, тяжелого инертного газа, в атом гелия. Это была настоящая алхимия. Резерфорд сделал заключение, что в радиоактивных элементах происходят спонтанные атомные превращения. Рушился еще один важный закон классической физики — закон о неизменности элементов. Разбитые в пух и прах алхимики прошлого могли теперь порадоваться — материя сама по себе, без каких-либо усилий изменялась на глазах.

Эти открытия были началом головокружительных событий в физике, развивающихся с такой быстротой, что их хватило бы на несколько десятков лет. Каждое следующее открытие безжалостно подрывало надежную логику классической физики. И к «двум облачкам», которые, казалось, вот-вот рассеются, стянулись грозные тучи, готовые в каждый момент разрушить стройные своды законов, с таким трудом и терпением возводимые в течение четырех столетий.

Это была катастрофа. Атмосфера уверенности и спокойствия сменилась полным смятением и хаосом.

Начался XX век.

У Анны Ахматовой есть стихи, где началом нового летосчисления в России она считает предреволюционное время:

В физике «не календарный — Настоящий Двадцатый Век» начался за две недели до рождества 1900 г.

14 декабря 1900 г. профессор Берлинского университета Макс Планк на заседании Берлинского физического общества доложил работу, в которой была решена проблема энергетического спектра излучения нагретого тела. Макс Планк развеял одно из «маленьких облаков», чтобы породить гораздо более глубокие проблемы, в ходе решения которых в фантастически короткий срок будет построена современная наука.

Но тогда ни сам Макс Планк, ни именитые члены Берлинского физического общества не подозревали об этом, не подозревали, что очень скоро, еще при их жизни, час упомянутого доклада войдет в историю как час рождения современной физики. Макс Планк в течение нескольких лет упорно занимался теорией излучения абсолютно черного тела. Он использовал самые различные подходы к этой проблеме, но безуспешно. В конце концов наступило время, о котором почти 20 лет спустя в нобелевской речи Макс Планк скажет: «После нескольких недель напряженнейшей в моей жизни работы темнота рассеялась, и наметились новые, неподозреваемые ранее дали» [4, с. 32]. Макс Планк получил наконец простую формулу, связывающую энергию излучения с частотой испускаемого света, но для этого он был вынужден отступить от законов классической физики и ввести в науку совершенно новое понятие — квант действия («квантум» по-латыни «количество»). Макс Планк предположил, что электроны излучают энергию не непрерывно, а отдельными порциями. При этом энергия прямо пропорциональна частоте излучения, а коэффициент пропорциональности всегда один и тот же, т. е. величина универсальная. Он обозначил ее буквой h и назвал элементарным квантом действия. Постоянная Планка скоро войдет во все формулы новой физики, устранит противоречия и поставит все на свои места. Но тогда даже сам Макс Планк, не очень доверяя новой постоянной, физический смысл которой ему был совершенно непонятен, придавал своей формуле «формальный смысл удачно угаданного закона».

В своей нобелевской речи, когда кванту исполнится уже 18 лет, Макс Планк скажет: «Крушение всех попыток перебросить мост через возникшую пропасть вскоре уничтожило все сомнения: или квант действия был фиктивной величиной — тогда весь вывод закона излучения был принципиально иллюзорным и представлял просто лишенную содержания игру в формулы — или при выводе этого закона в основу была положена правильная физическая мысль — тогда квант должен был играть в физике фундаментальную роль, тогда появление его возвещало нечто новое, дотоле неслыханное, что, казалось, требовало преобразования самых основ нашего физического мышления… Опыт решил в пользу второй альтернативы» [Там же, с. 39].

В течение первых пяти лет никакого опыта не было. В 1905 г. в журнале «Анналы физики» появилась работа Альберта Эйнштейна «Об одной эвристической точке зрения на возникновение и превращение света». В этой работе Эйнштейн выдвинул смелую гипотезу о том, что свет состоит из частиц — световых квантов.

В 1907 г. Эйнштейн пошел еще дальше, он публикует работу, где утверждает, что любая система, совершающая малые колебания, должна иметь энергию, кратную планковскому кванту, т. е. энергия любого малого колебания квантуется. На основе этого утверждения Эйнштейну удалось решить проблему теплоемкости твердых тел. Проблему, которую с полным основанием можно было назвать «третьим облаком» на горизонте физики.

И снова Эйнштейн в 1909 г. делает следующий важный шаг в развитии квантовой теории. На этот раз он рассматривает теорию флуктуаций излучения. В этой работе впервые четко выявляются как корпускулярные, так и волновые свойства света. Уверенность, с которой Эйнштейн использовал гипотезу квантов, вовсе не радовала Планка и даже вызывала его порицания: «В то время, как многие физики из консерватизма отвергают развитые мною соображения или занимают выжидательную позицию, другие авторы, напротив, считают необходимым дополнить мои соображения еще более радикальными соображениями… Так как для развития новой гипотезы нет ничего вреднее, чем выход за пределы ее применимости, то я всегда стоял за то, чтобы возможно теснее связать квантовую гипотезу с классической динамикой…» [7, с. 7].

Относя работы Эйнштейна, развивающие гипотезу квантов, к радикальным, Планк признавал гений Эйнштейна. В 1912 г. четыре ведущих физика Европы, в том числе Макс Планк, подписали представление об избрании Эйнштейна в Прусскую академию наук и просили не слишком ставить ему в вину «выходящие за пределы цели» идеи о световых квантах. Научная слава Эйнштейна в ту пору определялась в основном успехом его теории относительности. И Планк был одним из первых, кто заинтересовался теорией относительности Эйнштейна и понял ее. В «Анналах» 1905 г., где появилась первая работа Эйнштейна о квантах света, было опубликовано еще четыре его статьи. Каждая из этих пяти работ фактически определила основные пути развития современной физики. Вспомним хотя бы две из них: «К электродинамике движущихся тел» и «Зависит ли масса тела от содержания в нем энергии?».

Первая является полным и четким изложением специальной теории относительности. Сравнительно быстрый успех этой работы определялся, по-видимому, двумя важными факторами. Во-первых, тем, что к этому времени для создания теории относительности было много сделано; по словам Эйнштейна, «не было сомнений в том, что в 1905 г. она созрела для своего появления… Лоренц уже знал, что уравнениям Максвелла соответствуют преобразования, названные потом его именем (математическая основа теории относительности уже была заложена Лоренцем), а Пуанкаре углубил эту идею» [8, с. 322]. Во-вторых, несмотря на свою революционность, теория относительности не противоречила классической механике Ньютона, а содержала ее в себе как предельный случай для скоростей, малых по сравнению со скоростью света. Эта работа принесет Эйнштейну легендарную славу.

Вторая из упомянутых работ не имеет себе равных в истории науки. Состоящая всего из трех печатных страниц, она содержит в себе закон эквивалентности массы и энергии — ключ, открывший дорогу человечеству к использованию огромной энергии, освобождающейся в атомных и ядерных реакциях. Математическая форма этого закона предельно проста: Е = mc². E — энергия, m — масса, c — скорость света. Эта формула теперь известна каждому школьнику.

Несколько лет назад я присутствовала на просмотре короткометражных художественных фильмов. Фильмы были самые разные, грустные и смешные. Один из этих фильмов был про незадачливого скромного физика, против воли своей все еще неженатого, и все события в фильме разворачивались вокруг его неудачных попыток жениться. В одном из эпизодов показано, как он, читая лекцию студентам, выводит на доске формулу: крупным планом — черная доска и рука, выводящая сначала большую букву Е, затем знак равенства, затем маленькое m, помноженное на c, и дальше вместо квадрата над с герой фильма вывел вопросительный знак: Е = mc^?. В зрительном зале раздался дружный хохот.

Сразу же после завершения этой работы Эйнштейн писал в письме своему другу: «Из принципа относительности в сочетании с фундаментальными уравнениями Максвелла следует, что масса должна быть непосредственной мерой энергии, содержащейся в теле. У радия должно происходить заметное убывание массы. Это соображение радует и подкупает» [9, с. 73]. Именно это соображение, «радующее и подкупающее» тогда, сделает Эйнштейна несчастным в конце жизни.

«Трагизм его (Эйнштейна) последних лет достиг высшей точки в его вмешательстве в дело атомной бомбы. Почти за 40 лет до того он вывел из теории относительности формулу E = mc² и ее значение было ясно осознано задолго до какой-либо экспериментальной проверки, не говоря уже о возможном техническом применении. Теперь эта возможность была дана, вместе с нею и опасность, что Гитлер мог получить в свои руки грозное средство разрушения для порабощения мира. Это побудило его написать известное письмо президенту Рузвельту, которое дало толчок к разработке атомной бомбы, а тем самым привело к теперешнему ужасающе странному положению, при котором человечество… имеет только выбор между миром и самоуничтожением», — писал Макс Борн в своих воспоминаниях об Эйнштейне [8, с. 398]. Но это все было впереди, а в 10-е годы нового века ученые думали только о загадках природы и их решении.

Весной 1910 г, Эрнест Сольвей, обсуждая с известным профессором химии Берлинского университета Вальтером Нернстом трудности, возникшие в связи с интерпретацией накопившихся экспериментальных данных, предложил созвать ведущих физиков Европы в Брюсселе для совместного обсуждения новых положений в физике. Эрнест Сольвей, химик и богатый промышленник, живо интересовался новостями науки. Он взял на себя все расходы, связанные с приездом и пребыванием всех участников совещания. Нернст немедленно взялся за дело. Он написал письма о приглашении на совещание в Брюсселе ведущим физикам Европы. Первое письмо было отправлено Максу Планку. Ответ Макса Планка не был оптимистичным. Он высказывал сомнение в том, что это совещание вызовет всеобщий энтузиазм, и просил отложить проведение совещания на несколько лет, с тем чтобы дождаться более убедительных результатов. Нернсту удалось уговорить Планка, остальных же участников уговаривать не пришлось, все приглашенные с радостью согласились приехать в Брюссель.

Открытие совещания было назначено на 30 октября 1911 г., темой совещания была «Теория излучения и кванты». Германию представляли Нернст, Планк, Зоммерфельд, Варбург; Англию — Резерфорд; Францию — Бриллюэн, мадам Кюри, Поль Ланжевен, Луи де Бройль, Пуанкаре; Австрию — Эйнштейн; Голландию — Камерлинг-Оннес; Данию — Кнудсен и другие. Так было положено начало знаменитым Сольвеевским конгрессам. И каждый из них был вехой в истории науки.

На первом Сольвеевском конгрессе ясности в понимании возникших трудностей не появилось и, как мы теперь понимаем, не могло появиться. Но именно этот конгресс сыграл важнейшую роль в дальнейшем развитии событий: на нем была достигнута главная цель — совместное обсуждение возникших проблем лучшими умами Европы и сфокусирование их интересов. Наука становилась интернациональной. Вскоре после конгресса Эрнест Сольвей основал Международный институт физики, пожертвовав на это миллион бельгийских франков. В обязанности института входило ведение научно-исследовательских работ, поощрение молодых исследователей и регулярное проведение Сольвеевских конгрессов. Второй Сольвеевский конгресс был проведен в октябре 1913 г. Темой его было строение вещества.

1913 год считают драматическим годом в науке. Это год рождения атомной физики. Еще в 1911 г. Резерфорд сделал ошеломляющее открытие — он объявил своим сотрудникам: «Я знаю, как выглядит атом!». В течение нескольких лет в лаборатории Резерфорда проводились эксперименты по бомбардировке пучками альфа-частиц различных мишеней. Альфа-частицы легко проникали через тончайшие пластинки, за исключением редких случаев, когда одна из частиц почему-то отклонялась. Резерфорд предложил искать частицы, которые, возможно, отклоняются на больший угол. Каково же было удивление экспериментаторов, когда они обнаружили частицы, которые при столкновении с тончайшей металлической пластинкой возвращались назад! Резерфорд, после того как окончательно убедился в этом явлении, говорил: «Это было самое невероятное событие в моей жизни. Это почти так же невероятно, как если бы вы выстрелили из пушки пятнадцатидюймовым снарядом, целясь в лист папиросной бумаги, а он внезапно отскочил от бумаги и попал прямо в вас» [10, с. 17]. На основании этих экспериментов Резерфорд предположил, что атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него на больших по сравнению с размером самого ядра расстояниях электронов. С точки зрения классической физики такая модель атома, похожая на миниатюрную планетную систему, казалась просто абсурдной. По законам классической электродинамики, двигаясь по орбитам вокруг ядра, электроны должны излучать энергию и буквально за 10^–8 с должны упасть на ядро. Но в природе этого не происходит! Да и опыт — вещь упрямая. В чем же дело?

В 1913 г. Нильс Бор, работавший в ту пору у Резерфорда в манчестерской лаборатории, опубликовал работу, состоящую из трех частей — трилогию, при знакомстве с которой «нельзя было избежать шока». На основе резерфордовской модели атома Бор создал теорию атома, теорию, которая работала. Теперь кванты проникли в последнее прибежище классической физики — формулы классической механики и электродинамики.

Самым впечатляющим был успех теории в объяснении линейчатых спектров водородоподобных атомов.

Первая систематизация линейчатых спектров принадлежит Иоганну Бальмеру и датируется 1885 г. Но еще раньше, в 1870 г., Джонстон Стони заметил, что частоты линий солнечного спектра, соответствующие определенным линиям спектра водорода, относятся между собой, как целые числа, и нашел удивительную аналогию в соотношениях этих чисел с соотношениями частот различных гармоник скрипичной струны. Это навело Стони на мысль, что в основе закономерностей линейчатых спектров должно лежать какое-то периодическое движение внутри молекулы водорода.

Лишь спустя 15 лет Бальмер получил общий закон, связывающий волновые числа различных линий видимого спектра с простыми целыми числами. Форма этого закона очень проста: ν = R(1/2² – 1/n²). Здесь ν — «волновое число» — величина, обратная длине волны; R — постоянная Ридберга, названная так в честь шведского спектроскописта Ридберга. Ни из каких законов физики не следовало ни ее существование, ни тем более ее численное значение, равное 109 678. Это значение было найдено чисто эмпирическим путем. Оно постоянно, номер спектральной линии n принимает целые значения, начиная с трех. Закон Бальмера выполняется с высокой точностью, как принято говорить в физике, с точностью до пяти-шести знаков.

В 1904 г. Лайман нашел серию водорода в ультрафиолетовой области, которая описывается той же формулой. Только вместо 1/2² стоит 1/1². В 1909 г. Пашен нашел серию водорода в инфракрасной области спектра. Закон все тот же, только первый член здесь 1/3². Эти целочисленные законы для линейчатых спектров, сугубо эмпирические, с такой точностью описывающие опытные данные, казались абсолютно загадочными.

Уже в первых набросках своей теории Бор получил формулу, описывающую спектральные закономерности. Эта формула содержала в себе как частный случай серии Бальмера, Лаймана, Пашена и предсказывала серии, которые были открыты позже. Что же касается постоянной Ридберга, то в формуле Бора она имела уже чисто теоретический «буквенный» вид и выражалась через постоянную Планка, заряд электрона, массу электрона и скорость света. Совпадение вычисленной по формуле Бора постоянной Ридберга с ее эмпирическим значением было потрясающим. Как тут было не поверить в теорию Бора! В том же 1913 г. успех теории был подкреплен опытом Франка и Герца. Результаты этого опыта однозначно показали, что внутренняя энергия атома не может изменяться непрерывно, а принимает совершенно определенные дискретные значения. Это было прямым подтверждением постулата Бора о том, что электроны в атоме вращаются по совершенно определенным — «разрешенным» — орбитам и, вопреки законам классической электродинамики, при этом не теряют, не излучают энергию. Энергия излучается только при переходе с одной «разрешенной» орбиты на другую. Причем энергия излучается в виде одной неделимой «порции», пропорциональной кванту Планка.

Конечно, 1913 год — это в первую очередь триумф теории Бора, но это еще предсказание протона Резерфордом, это изобретение рентгеновского спектрометра Генри Брэггом. В этом же году Владимир Константинович Аркадьев, ученик Лебедева, открыл эффект, названный позднее ферромагнитным резонансом, Содди ввел термин «изотопы», Астон предложил метод газовой диффузии для разделения изотопов, Камерлинг-Оннес обнаружил разрушение сверхпроводимости под влиянием сильных магнитных полей.

Физика вступала в свой золотой век. Время гениальных одиночек кончилось. Стали создаваться школы. Резерфорд в Манчестере, Бор в Копенгагене, Макс Борн в Геттингене, Зоммерфельд в Мюнхене, Эренфест в Лейдене, Мария Кюри в Париже собирали вокруг себя талантливую молодежь. Но не было «разных» школ и «личных» успехов — были общие школы и общий успех.

На семинар Эренфеста приезжала резерфордовская молодежь с самим Крокодилом (прозвище Резерфорда), приезжали из Цюриха, Берлина, Парижа. После семинара споры продолжались на улице, в кафе, в домашнем кабинете Эренфеста, где каждый, посетивший эту маленькую комнату, расписывался на стене. В Геттингене, в знаменитом Математическом клубе Гильберта, все чаще занимали место докладчика физики, съезжающиеся из разных городов Европы. Так было, пока не прокатилось по Европе слово «война».

Война — для всех война. У нее свои права, свои задачи, свой приговор. И одна профессия — солдат.

Но даже война не смогла остановить развитие новых научных идей, далеких от военных нужд. Вспомним, что именно в это время Эйнштейн создал общую теорию относительности. Но война разделила людей на врагов и союзников. И ученые, в подавляющем большинстве своем далекие от политики, оказались во власти политических распрей. Труднее всего приходилось немецким ученым. Они принадлежали нации, которая втянула человечество — 38 стран — в кровавую резню.

После войны, когда полностью прерванное войной общение ученых разных стран стало налаживаться снова, немецкие ученые были исключены из всех международных организаций и конференций. В 1919 г., после нескольких встреч в Лондоне и Париже, крупнейшими европейскими учеными был организован Международный совет исследований (IRC — International Research Council) [11, с. 126]. В этот совет не был включен ни один из немецких ученых. Память о войне была еще настолько свежа, что многие ученые были даже за то, чтобы исключить из совета ученых стран, державших в войне нейтралитет. Возобновил работу Сольвеевский комитет (президентом остался Лоренц). Очередной, третий по счету конгресс был назначен на апрель 1921 г. Бойкот немецких ученых продолжался. На этот конгресс не был приглашен даже Нернст, близкий друг Сольвея и один из главных организаторов первых двух конгрессов. Исключение составил один лишь Эйнштейн. Объясняли это тем, что у Эйнштейна был тогда швейцарский паспорт. Но Эйнштейн отклонил приглашение, мотивировав свой отказ поездкой в Соединенные Штаты.

В 1922 г. группа передовых европейских ученых организовала Международный союз чистой и прикладной физики с целью наладить отношения между учеными всех стран. Но все попытки организаторов этого союза включить в него немецких, австрийских и венгерских физиков кончились неудачей. Бойкот продолжался.

В 1924 г. состоялся 4-й Сольвеевский конгресс. На него был приглашен единственный физик «немецкого происхождения» — Эйнштейн. И снова Эйнштейн отклонил приглашение, на этот раз открыто заявив о том, что принять это приглашение значило бы предать своих немецких коллег. «С моей точки зрения, — писал он Лоренцу, — нельзя смешивать политику с наукой и нельзя заставлять человека нести ответственность за действия правительства страны, гражданином которой ему выпало быть» [Там же]. Тогда не ждали от науки ничего дурного; время, когда над человечеством нависнет страшная угроза, было еще впереди. Тогда наука была святой. И, как ни велико было предубеждение против Германии, жажда разгадать тайны природы оказалась непреодолимой. И снова наука стала интернациональной. Начался, как принято говорить в литературе, второй этап героического периода современной физики.