Создание атомной бомбы - Ричард Роудс Страница 21

Здесь мы встречаемся еще с одной загадкой. В 1903 году японский физик-теоретик Хантаро Нагаока предложил «сатурнианскую» модель атома, в которой вокруг «положительно заряженной частицы» вращаются плоские кольца электронов, подобные кольцам Сатурна[215]. Нагаока приспособил для своей модели математический аппарат, взятый из первой статьи Джеймса Клерка Максвелла, опубликованной в 1859 году и принесшей ему триумфальный успех; она называлась «Об устойчивости движения колец Сатурна». Все биографы Резерфорда согласны в том, что Резерфорд узнал о статье Нагаоки только 11 марта 1911 года – после манчестерского собрания, – когда он прочитал о ней в открытке, присланной другом-физиком: «Кэмпбелл сказал мне, что Нагаока когда-то пытался предположить наличие в атоме большого положительного центра, чтобы объяснить оптические эффекты»[216]. Затем он нашел эту статью в журнале Philosophical Magazine и добавил ее обсуждение на последнюю страницу своей развернутой статьи под названием «Рассеяние α- и β-частиц веществом и строение атома», которую отправил в тот же журнал в апреле. В этой статье он писал: «Интересно отметить, что Нагаока математически рассмотрел атом “Сатурния”, который, по его предположению, состоит из центральной притягивающей массы, окруженной кольцами вращающихся электронов»[217][218].

По-видимому, однако, Нагаока был у него незадолго до этого, так как 22 февраля 1911 года японский физик писал Резерфорду из Токио, благодаря его «за тот чрезвычайно теплый прием, который Вы оказали мне в Манчестере»[219]. Однако два физика, видимо, не обсуждали атомные модели; иначе Нагаока, вероятно, продолжил бы такое обсуждение в своем письме, а Резерфорд, бывший человеком абсолютно честным, несомненно упомянул бы об этом в своей статье.

Одна из причин, по которым Резерфорд не знал о сатурнианской модели атома Нагаоки, состоит в том, что модель эта подверглась резкой критике и была отвергнута вскоре после того, как Нагаока ее предложил. Дело в том, что в ней был один крупный недостаток – тот самый теоретический дефект, который оставался и в модели атома, предложенной теперь Резерфордом[220]. Кольца Сатурна устойчивы, потому что сила, действующая между составляющими их обломочными частицами – гравитация, – создает притяжение. Однако сила, действующая между электронами сатурнианских электронных колец Нагаоки, то есть между отрицательными электрическими зарядами, – создает отталкивание. Из этого математически следует, что при наличии двух или более электронов, равномерно распределенных по орбите вращения вокруг ядра, они должны приобрести колебательные моды – неустойчивые состояния, – которые быстро приведут к распаду атома.

То, что было справедливо для сатурнианского атома Нагаоки, теоретически должно было быть справедливо и для того атома, который Резерфорд обнаружил опытным путем. Если в атоме действуют механические законы классической физики, те Ньютоновы законы, которые управляют отношениями тел в планетарных системах, то модель Резерфорда работать не может. Но модель эта не была обычным теоретическим построением. Она была получена в результате физического эксперимента. И она явно работала. Атом оставался устойчивым сколь угодно долгое время и отражал альфа-частицы как артиллерийские снаряды.

Кто-то должен был разрешить это противоречие между классической физикой и экспериментально изученным атомом Резерфорда. Для этого нужен был человек, отличный от Резерфорда: не экспериментатор, а теоретик, но теоретик, тесно связанный с реальностью. Нужно было, чтобы он обладал по меньшей мере не меньшей отвагой, чем Резерфорд, и такой же уверенностью в своей правоте. Нужно было, чтобы он был готов пройти сквозь зеркало механики в неизведанный немеханический мир, в котором происходящее на атомном уровне уже нельзя было моделировать при помощи аналогий с планетами и маятниками.

И именно такой человек, как будто специально вызванный для этого дела, внезапно появился в Манчестере. 18 марта 1912 года Резерфорд объявил о его прибытии в письме к одному американскому другу: «Датчанин Бор ушел из Кембриджа и явился сюда, чтобы набраться опыта работы с радиоактивностью»[221]. Этим датчанином был физик-теоретик Нильс Хенрик Давид Бор. Ему было двадцать семь лет.

3

«TVI»[222]

«В комнату вошел некрепкий с виду юноша, – вспоминает манчестерские дни коллега Резерфорда по Университету Макгилла и его биограф А. С. Ив, – которого Резерфорд сразу же увел в свой кабинет. Миссис Резерфорд объяснила мне, что этот гость – молодой датчанин, и ее муж чрезвычайно высокого мнения о его работе. Это и неудивительно, ведь это был Нильс Бор!»[223] Это воспоминание кажется странным. Бор был выдающимся спортсменом. Его футбольные подвиги студенческих времен были широко известны в Дании. Он бегал на лыжах, ездил на велосипеде и ходил под парусом; он колол дрова; никто не мог обыграть его в пинг-понг; поднимаясь по лестнице, он то и дело перескакивал через ступеньки. Его внешность также была впечатляющей: он был высок по меркам своего поколения и имел, как говорит Ч. П. Сноу, «огромную куполообразную голову»[224], вытянутую, тяжелую челюсть и большие руки. В молодости он был тоньше, и копна его непослушных, зачесанных назад волос могла показаться человеку в возрасте Ива, который был на двенадцать лет старше Резерфорда, мальчишеской. Но Нильса Бора вряд ли можно было назвать «некрепким с виду».

Помимо внешнего вида Бора, противоречащие остальным воспоминания Ива вызваны еще чем-то – вероятно, его манерой держаться, которая иногда могла быть неуверенной. Он был «гораздо сильнее и спортивнее, чем можно было предположить по его осторожному поведению, – подтверждает Сноу. – К тому же говорил он очень тихо, почти что шепотом». В течение всей своей жизни Бор говорил так тихо – и в то же время неутомимо, – что его собеседникам все время приходилось напрягать слух. Сноу называл его «оратором, который так же долго добирался до сути, как Генри Джеймс в последние годы своей жизни»[225], но его речь бывала чрезвычайно разной в публичных выступлениях и частных беседах, а также при исходном обсуждении какой-нибудь новой темы и при изложении предметов, уже хорошо освоенных. По словам Оскара Клейна, бывшего сперва учеником, а затем и сотрудником Бора, в публичных выступлениях «он старался самым тщательным образом как можно точнее формулировать все оттенки своих высказываний»[226]. Альберт Эйнштейн восхищался тем, как Бор «…излагает свое мнение так, точно постоянно движется на ощупь: он ничуть не похож на человека, знающего истину в последней инстанции»[227][228]. Но если в исследовательской фазе своих рассуждений Бор искал, продвигался на ощупь, то по мере освоения темы «его уверенность возрастала, и речь его становилась энергичной и