Создание атомной бомбы - Ричард Роудс Страница 47

последствия тех «радикальных изменений», которые он внес в физику, куда бы они ни вели. Они привели его к отчаянию. Какими бы поразительными ни были предвоенные достижения Бора, слишком многие из европейских физиков старших поколений по-прежнему считали их безосновательной, импровизированной гипотезой, а саму идею квантового атома – отвратительной. Кроме того, работе мешала война.

Однако он не оставлял усилий, на ощупь пробираясь во тьме. «Лишь редкая, поразительная интуиция, – пишет итальянский физик Эмилио Сегре, – позволила Бору не заблудиться в этом лабиринте»[493]. Он скрупулезно следовал правилу, которое он назвал принципом соответствия. Как однажды объяснял Роберт Оппенгеймер, «Бор помнил, что физика есть физика и что значительную часть ее описал Ньютон, а другую большую часть – Максвелл». Поэтому Бор предположил, что «в тех ситуациях, в которых речь идет о действиях большого по сравнению с квантовым масштаба» его квантовые правила должны «приближаться к классическим правилам Ньютона и Максвелла»[494]. Это соответствие между надежной старой и неизведанной новой физикой позволило ему установить внешний предел, стену, держась за которую он мог продвигаться вперед.

Бор построил свой Институт теоретической физики при поддержке Копенгагенского университета и датских частных промышленных компаний; он вселился в него 18 января 1921 года, более чем на год позже, чем предполагалось: архитектурные планы доставляли ему такие же мучения, как и письма. Городские власти Копенгагена выделили под институт участок на краю обширного Фелледпарка, в котором находятся футбольные поля и ежегодно проходит карнавал в честь Дня конституции Дании. Само здание было скромным, со стенами, покрытыми серой штукатуркой, и красной черепичной крышей. Оно было не больше многих частных домов, четырехэтажным, хотя снаружи казалось, что этажей в нем всего три: нижний этаж был полуподвальным, а верхний, сперва служивший Бору квартирой, уходил под своды крыши. Позднее, когда у Бора было уже пять сыновей, он построил себе отдельный дом по соседству, а в квартире на верхнем этаже института стали останавливаться приезжие студенты и коллеги. В институте были лекционная аудитория, библиотека, лаборатории и пользовавшийся большой популярностью теннисный стол, на котором Бор часто играл в пинг-понг. «Он обладал быстрой и точной реакцией, – говорит Отто Фриш, – а также огромной силой воли и выносливостью. В некотором смысле эти же качества отличали и его научную работу»[495].

В 1922 году, когда Бор получил Нобелевскую премию, что сделало его датским национальным героем, он одержал вторую из своих великих теоретических побед: он объяснил строение атома, лежащее в основе повторяющихся закономерностей периодической системы элементов. Это объяснение неразрывно связало химию с физикой; теперь оно неизменно приводится в любом учебнике начального курса химии. Вокруг атомного ядра, предположил Бор, расположены последовательные электронные оболочки – их можно представить себе в виде вложенных друг в друга сфер, – и на каждой оболочке может находиться лишь определенное число электронов и не более. Разные элементы обладают сходными химическими свойствами, потому что содержат равные количества электронов на самых внешних оболочках, и именно эти электроны могут быть использованы для образования химических связей. Например, барий, щелочноземельный металл, пятьдесят шестой элемент периодической системы с атомным весом 137,34, имеет последовательно расположенные электронные оболочки, содержащие 2, 8, 18, 18, 8 и 2 электрона. Другой щелочноземельный металл, радий, восемьдесят восьмой элемент с атомным весом 226, имеет электронные оболочки, заполненные 2, 8, 18, 32, 18, 8 и 2 электронами. Поскольку на внешней оболочке обоих элементов имеется по два валентных электрона, барий и радий имеют схожие химические свойства, несмотря на значительные различия их атомных весов и атомных номеров. «Мне казалось чудом, – говорил Эйнштейн, – что колеблющейся и полной противоречий основы [квантовой гипотезы Бора] оказалось достаточно, чтобы позволить Бору – человеку с гениальной интуицией и тонким чутьем – найти главные законы спектральных линий и электронных оболочек атомов, включая их значение для химии… Это наивысшая музыкальность в области мысли»[496][497].

В подтверждение этого чуда Бор предсказал осенью 1922 года, что элемент номер 72, когда он будет открыт, окажется элементом не редкоземельным, подобным элементам с 57 по 71, как ожидали химики, но металлом с валентностью 4, похожим на цирконий. Дьёрдь де Хевеши, уже работавший в это время в институте Бора, и недавно приехавший молодой голландец Дирк Костер взялись за поиски такого элемента в содержащих цирконий минералах методами рентгеновской спектроскопии. К началу декабря, когда Бор с Маргрете уехали в Стокгольм на церемонию вручения Нобелевской премии, их поиски еще не были закончены. Они позвонили ему в Стокгольм вечером накануне нобелевской лекции, в самый последний момент: им удалось совершенно несомненным образом выделить элемент номер 72, и его химические свойства оказались почти идентичны свойствам циркония. Они назвали новый элемент гафнием от слова «Гафния», древнеримского названия Копенгагена. На следующий день Бор с гордостью объявил о его открытии в заключение своей лекции.

Несмотря на такие успехи, квантовая теория нуждалась в более солидном основании, нежели интуитивные догадки Бора. Одним из первых свой вклад в это дело внес Арнольд Зоммерфельд, работавший в Мюнхене; после войны в работу включились самые талантливые из молодых людей, пытавшихся найти точку роста физики. Бор вспоминал этот период как время «уникального сотрудничества целого поколения физиков-теоретиков из множества разных стран», «незабываемый опыт»[498]. Он больше не был одинок.

В начале лета 1922 года Зоммерфельд привез с собой в Гёттинген послушать лекции, которые читал бывший там в это время Бор, самого многообещающего из своих студентов, двадцатилетнего баварца Вернера Гейзенберга. «Картина первой лекции неизгладимо запечатлелась в моей памяти, – писал Гейзенберг пятьдесят лет спустя, все еще помня эти события до мельчайших подробностей. – Зал был переполнен. Датский физик, в котором уже по фигуре можно было узнать скандинава, стоял на возвышении чуть склонив голову, дружески и несколько смущенно улыбаясь, а в широко распахнутые окна лилось яркое солнце геттингенского лета. Бор говорил довольно тихим голосом, с мягким датским акцентом, и когда он разъяснял отдельные положения своей теории, то выбирал слова осторожно, гораздо осмотрительнее, чем мы привыкли слышать от Зоммерфельда, и почти за каждым тщательно сформулированным предложением угадывались длительные мыслительные ряды, лишь начала которых высказывались, а концы терялись в полумраке чрезвычайно волновавшей меня философской позиции. Содержание лекции казалось и новым, и вместе с тем не новым»[499][500].

Тем не менее Гейзенберг резко возразил на одно из утверждений Бора. Бор уже знал, что на смышленых студентов, не боящихся поспорить с профессором, сто́ит обращать внимание. «…после дискуссии [Бор] подошел ко мне и спросил, не можем