МАНЧЕСТЕР ВОЕННОГО ВРЕМЕНИ И ОРБИТЫ

МАНЧЕСТЕР ВОЕННОГО ВРЕМЕНИ И ОРБИТЫ. Произошла революция в понимании физики. И хотя никто из физиков в то время не мог предположить, что она изменит политическую структуру мира и потрясет основы жизни, многие чувствовали, что изменения эти весьма глубоки и наука вступает в новую эру. Правда, мало кто предполагал или верил и в то, что надвигается другое событие, которое перевернет мир война.

И тем не менее "вооруженный мир" продолжал существовать. По мере приближения весны Нильс и Маргрет Бор мирно строили планы на будущее. Нильсу было всего 29 лет, но он уже был признанным ученым; его квантовая теория атома внесла коренные изменения в физику. Бору предложили должность профессора кафедры теоретической физики Копенгагенского университета.

Бор подал заявление 4 марта 1914 года. За день до этого он написал Резерфорду, рассказав о своих планах, и попросил рекомендацию, кото-рую то давно обещал. Восторженная и внушительная рекомендация Ре-зерфорда прибыла следующей же почтой. Но она не понадобилась. Все отлично понимали, что квалификация Бора не вызывает сомнений, и а Копенгагенском университете впервые была создана самостоятельная кафедра теоретической физики. Однако прежде чем вопрос был формально разрешен, пришло письмо от Резерфорда, датированное 20 мая и изменившее планы Бора: "Я полагаю, что срок контракта с Дарвином истек, и мы ищем ему преемника писал Резерфорд.

Мне бы хотелось, чтобы им оказался молодой ученый, мыслящий оригинально". Резерфорд имел в виду Бора. Молодой датчанин, несомненно, отвечал этим требованиям. Несмотря на сложность политической обстановки, возможность работать в течение двух лет у Резерфорда, в самом сердце современной физики, была слишком соблазнительна. Предложение Резерфорда буквально окрылило Бора. Это было исполнением самой заветной его мечты.

Ректорат университета проявил удивительное понимание и пошел навстречу Бору, предоставив ему двухлетний отпуск. Бор послал в Англию заявление, и Резерфорд отыскал, наконец, "молодого ученого, мыслящего оригинально". 28 июня черные заголовки газет возвестили всему миру: "Убийство эрцгерцога Франца-Фердинанда". Австро-Венгрия, с отчаянием разваливающейся империи, решила воспользоваться убийством в качестве предлога для захвата Сербии и предъявила ей ультиматум.

Германия обещала свою поддержку Австро-Венгрии в случае, если Россия воспротивится "превентивным мерам" против Сербии. Еще через месяц Австро-Венгрия объявила Сербии войну и на следующий день начала обстрел Белграда. Второй ультиматум немцы направили Франции с требованием нейтралитета. 4 августа 1914 года в 8 часов утра колонны одетых в серые шинели немецких солдат перешли бельгийскую границу, превратив объявление войны Францией и Англией, в пустую формальность.

Германия действовала по строгому расписанию - ее армия должна вступить в Париж на 39-й день после начала наступления. Офицеры хвастливо заявляли, что они вернутся домой, прежде чем "опадут листья с деревьев". К беспокойству за судьбы Европы и Родины у Боров примешалось с беспокойство по поводу запланированной поездки в Англию. Бор неоднократно советовался с университетскими друзьями и в правительстве: вправе ли он в такой момент уехать в Манчестер? Немцы объявили о том, что они начали минирование Северного моря. 28 августа эскадра английских миноносцев направилась к Гельголанду с приказом атаковать базу, но англичанам удалось взять в свои руки кон-троль над морем.

В начале сентября супруги Бор взошли на борт корабля. Стремясь миновать опасный район, корабль повернул к северу и обогнул Шотлан-дию. Штормы и туман преследовали путешественников. Казалось, будто сама природа созвучна безжалостным силам, выпущенным людьми на свободу.

В Манчестере датского ученого и его жену встретили с теплотой и облегчением - все были счастливы, что путешествие закончилось благополучно. А кроме того, лаборатория крайне нуждалась в Боре. Мозли и Чарльз Дарвин - внук "того самого" Дарвина - начали рабо-тать в Манчестере вместе с Бором. После того как Бор предложил, что атом обладает электронами, "перепрыгивающими с орбиты на орбиту, испуская (или поглощая) при этом энергию, их исследования пошли по новому пути. Согласно гипотезе Бора, атом водорода имеет на орбите один электрон, следующий элемент - два, элемент за ним - три и так до девяноста двух электронов в самом тяжелом из известных элементов.

Измерения Мозли и полученные им фотографии позволили связать номер каждого элемента в периодической системе с числом единиц заряда положительного ядра. Таким образом, теория Бора получила убедительное подтверждение. В статье, опубликованной в журнале "Philosophical Magazine" за 1913 год, Мозли писал: "Полученные результаты имеют большое значение для изучения внутренней структуры атома и полностью подтверждают точку зрения Резерфорда и Бора". За последние пять лет это было третье величайшее открытие, имевшее огромное значение для физики: вначале открытие ядра атома, принадлежавшее Резерфорду, затем расшифровка структуры атома, сделанная Бором, и наконец объяснение периодической системы элементов, данное Мозли. Все эти открытия были тесно взаимосвязаны.

Несмотря на все волнения, напряжение и печаль первого года войны, Бору пришлось немало поработать с тем, чтобы согласовать свою теорию с новыми открытиями, которые неизбежно повлияли на нее, а также ответить на некоторые критические замечания.

Работая урывками, он все-таки сумел справиться с этой сложной задачей, и в 1915 году в журнале " Philosophical Magazine" появилась его статья под названием "О квантовой теории излучения и строении атома". Основная часть его теории, касающаяся строения атома, не измени-лась: Бор по-прежнему представлял себе атом в виде ядра, окруженного облаком электронов, вращающихся на определенных орбитах.

Однако теперь он имел возможность подробнее остановиться на состояниях атома. Его положения сводились к следующему: 1. Атомная система обладает рядом состояний, которые не сопровождаются излучением энергии, даже если частицы двигаются относительно друг друга, хотя такого излучения и следовало бы ожидать на основе законов классической электродинамики. Такие состояния являются "стационарными" со-стояниями систем. 2. Любое испускание или поглощение излучения будет соответствовать переходу из одного стационарного состояния к другому.

Бор уточнил свою точку зрения относительно тех процессов, которые могут происходить внутри крошечного, но могучего атома. Если один электрон удален из атомной системы, его место может быть занято электроном, пришедшим извне, или электроном, "перепрыгнувшим с одной из внешних по отношению к данному электрону орбит. В последнем случае место переместившегося с внешней стороны орбиты электрона будет занято другим электроном, пришедшим извне. Переход электрона с внешней орбиты на внутреннюю будет сопровождаться излучением, которое создает определенную спектральную линию; переход электрона со второй орбиты будет сопровождаться другим типом излучения, и Бор считал вероятным, что третьей орбите может соответствовать свой, третий тип излучения.

Если мощный удар выбивает из атомной системы более чем один электрон, то, доказывал Бор, выбитые электроны могут быть заменены электронами извне, причем такое резкое изменение в системе приведет к излучению спектра еще более высокой частоты.

Бор добился продления срока своего пребывания в Манчестере еще на год, но оставаться сверх этого стока он не мог - Копенгагенский универ-ситет ждал его на пост профессора теоретической физики. Когда Бор вернулся в Копенгаген, где ему предстояло организовать новый факультет теоретической физики, его мысли все чаще и чаще воз-вращались к Манчестеру. Несомненно, у Бора такой идеал был - как соз-нательно, так и бессознательно он стремился походить на Резерфорда.

ИНСТИТУТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ЭЙНТШТЕЙН. Все лето 1916 года грохотали пушки. В это время в Копенгагене Бор отдавал всего себя решению важных проблем. Еще два года назад исследователи продемонстрировали, что красные, синие и фиолетовые линии спектра водорода являются не одинарными, а двойственными. Бор был одновременно озадачен и заинтересован этим явлением: ведь он представлял себе атом водорода как ядро с вращаю-щимся вокруг него одним электроном.

Если же на орбите находится только один электрон, то при его перемещении с одной орбиты на дру-гую должна проявиться только одна цветовая линия Бор снова сел за вычисления. Невидимые глубины могут быть измерены только с помощью могучего эхолота математики и логики. Бор предложил, что в атоме водорода может существовать вторая электронная орбита, возможно эллиптической формы. Каждое хорошее шоссе состоит из нескольких полос, рассуждал Бор. Однако проверить это предложение в применении к атому было исключительно трудно.

Несмотря на трудности военного времени, атом Резерфорда - Бора открыл перед физиками такие перспективы, что повсеместно в лабораториях проводились множество самых многообещающих экспериментов. Так бывает, когда в науке внезапно открывается новое поле деятельности и происходит стремительный рывок вперед. За три года, прошедших с момента опубликования, "трилогия" Бора сыграла роль весьма эффективного катализатора.

В течение всего этого времени накапливалась поистине уникальная коллекция самых различных доказательств и подтверждений. Бор был признан исключительно мно-гообещающим молодым ученым, чуть ли не гением. В декабре 1916 года все - и атомы, и война, и статьи, и зарубежные признания - отошло на задний план: в семье Боров родился первый ребенок. Мальчика назвали Христианом. Радость Бора была безгранична, и он тут же послал телеграмму Резерфорду, чтобы сообщить ему о знаме-нательном событии.

Резерфорды полностью разделяли чувства счастливого отца. " Мы посылаем вам самые сердечные поздравления по случаю рождения сына писал Резерфорд Ваш первенец будет всегда напоминанием Вам о пребывании в Манчестере". Впрочем, война властно давала себя знать, и забыть о ней удалось только на мгновение. Даже в нейтральной Дании постоянно был слышен грохот ее пушек. Сам Резерфорд вынужден был все больше и больше времени уделять военным исследованиям. Работа, связанная с созданием противолодочного локатора, заставила великого физика отправиться сначала во Францию, а после вступления США в войну Резерфорд выехал в Вашингтон, чтобы познакомить своих американских коллег с ведущейся работой и заручиться их помощью. "Я занимаюсь регистрацией и подсчетом легких атомов, приводимых в движение альфа-частицами.

Думаю, что эти данные проливают свет на характер и распределение сил вблизи ядра" сообщал далее Резерфорд. И затем он прибавил несколько слов, предвосхищающих одно их величайших открытий за все время существования человечества: "С помощью этого метода я пытаюсь раздробить атом. В одном случае результаты выглядят весьма многообещающими, но потребуется уйма труда, чтобы убедиться в этом". Бор немедленно понял, что Резерфорд пытается осуществить то, чего до сих пор не делал ни один смертный.

Даже с расцветом науки надежда проникнуть в святая святых - внутрь атома - и изменить его признавалась неосуществимой. Каких-нибудь десять лет назад, в 1907 году, лорд Кель-вин объявил эту дерзкую идею невозможной: "Атом - навсегда созданная монолитная частица". И тем не менее Резерфорд с поразительным спо-койствием сообщил, что он взялся за эту задачу.

Однако вскоре и Бор добился результатов исключительной важности. Ему удалось найти разумное объяснение тройным цветным линиям, от-крытым П.Зееманом при изучении спектра атома водорода в магнитном поле. В письме к Резерфорду он сообщил также, что в "свободное время" заканчивает статью о квантах.

Хотя уже в декабре Бор, казалось бы, был близок к завершению работы, первая часть статьи окончательно была готова только в мае 1918 года. Этим маем у супругов Бор были и другие радостные новости, кото-рыми они спешили поделиться с Резерфордами. У них родился второй сын, Ханс. Христиану, предшественнику Ханса, исполнилось полтора года. Он уже проявляет интерес к бумагам отца. Бор оказался преданным и любящим отцом и постоянно интересовался всем, что касалось его де-тей. 11 ноября 1918 года пришел, наконец, долгожданный мир. Четырехлетняя эпидемия войны, опустошавшая земной шар, окончилась.

Счастье и радость охватили население союзных стран. После получения известия о заключении столь желанного мира невозможно было удержаться от порыва необузданного веселья. Семья Бора, подобно всем, кто был непосредственно вовлечен в эту бесконечную цепь уничтожения, выбежала на улицу, обнимая друзей и всех встречных. Для Нильса и Маргрет конец войны означал не только конец почти невыносимого напряжения и освобождение родины от страха и неуверенности в завтрашнем дне, но и победу и мир для любимой Англии, для всех друзей и знакомых на Британских островах.

Сердца их были преисполнены счастья. Когда в 1916 году Бор согласился занять кафедру теоретической физики, он хотел, чтобы на ней велась как научно-исследовательская, так и педагогическая работа. Окончание войны открыло, наконец, дорогу к созданию в Копенгагене центра, который уже давно вынашивал в мечтах Бор. В 1917 году, почти за год до окончания войны, Бор обратился к университетским властям с предложением организовать при университете небольшой институт теоретической физики.

Вскоре после заключения мира университет объявил о своем согласии с предложением Бора. Идею Бора поддержал и муниципалитет Копенгагена. На краю прекрасного парка неподалеку от центра города, б.