Почти то же самое утверждает Павел Степанович Кудрявцев: “Кипучий темперамент Гука являлся источником и его разносторонних открытий и его многочисленных столкновений с учёными-современниками. Гук с исключительной остротой чувствовал актуальные проблемы эпохи... Но он не доводил до конца, до полного завершения своих идей... Вечными спорами и притязаниями он заслужил себе славу неуживчивого человека. Гениальный, но недисциплинированный ум — таков приговор, вынесенный историей Гуку”.

    В 1671 году Ньютон представил королю и Королевскому обществу изобретенный им телескоп-рефлектор. Прибор получил одобрение: сравнительно небольшой по размерам, он давал такое же увеличение, как и огромные зрительные трубы обычного типа. Однако каково же было удивление Ньютона, когда он услышал от Гука, что это, мол, вовсе не новость, что он, Гук, обладает таким средством, с помощью которого может довести “до последней степени совершенства” не только телескоп, но вообще любой оптический инструмент; так что все, что было когда-либо “изобретено или проектировано” или даже только “желаемо” в этой части, он может сделать “с лёгкостью и точностью”.

    В середине января 1672 года Ньютон, только что избранный членом Королевского общества, то есть академиком, сообщил секретарю Общества Ольденбургу, что он хотел бы представить “на апробацию” сообщение об одном открытии в области оптики. Это сообщение, или, как тогда говорили, мемуар, было доведено до сведения членов Общества уже вскоре, 6 февраля. Назывался мемуар “Новая теория света и цветов”. В нём излагались знаменитые ньютоновские опыты с призмой, позволившие ему заключить, что цвета не возникают при преломлении и отражении, а представляют собой “первоначальные и прирождённые” свойства света. Эти свойства различны у различных лучей: лучу, обладающему определённой степенью преломляемости, всегда соответствует один и тот же цвет. Смешение лучей порождает новые цвета, отличающиеся от исходных, смешиваемых. Самое поразительное: смешение всех цветов, подобранных в определённой пропорции, даёт обыкновенный белый цвет.

    Короче, в мемуаре, как и было обещано, действительно давалась новая блистательная теория цветов, прямо вытекающая из остроумных и тонких экспериментов. Однако теории света, вопреки обещанию, в нём не было.

    Тем не менее Гук заподозрил в этих “прирождённых” свойствах света — цветах — намёк на то, что Ньютон придерживается взгляда, будто свет являет собой поток материальных частиц. Собственно, и сам Ньютон говорил об этом в своём мемуаре, хотя весьма туманно и невразумительно. Что-то в таком роде: всякое тело можно считать субстанцией, то есть веществом, если оно проявляет некие качества, доступные нашим ощущениям, а поскольку главные качества света — цвета – нами найдены, есть достаточно оснований считать, что и свет — это вещество.

    Впрочем, у Ньютона это сказано ещё более неопределённо.

    Естественно, “распознав” в Ньютоне сторонника корпускулярной теории, Гук набросился на него со всем свойственным ему пылом и энергией. Он доказывал, что опыты Ньютона гораздо лучше можно объяснить волновой теорией, разработанной им, Гуком. Отрицал он и то, что цвет являет собой “первоначальное”, “прирождённое” свойство света и что все цвета содержатся в белом луче...

    Ньютон ответил Гуку лишь через полгода. Ответил письменно, как принято было тогда. Он признавал, что из его теории следует заключение о “телесности” света, но выражал при этом недоумение, почему его противник столь решительно возражает против такого заключения: ведь корпускулярная гипотеза вполне совместима с волновой гипотезой Гука. Представьте себе, писал Ньютон, что лучи света состоят из маленьких частиц, потоки которых испускаются светящимся телом во всех направлениях. Попадая на поверхность твёрдого тела — отражающую или преломляющую, — они неизбежно должны возбудить в эфире колебания, точно так же, как вызывает волны камень, брошенный в воду. Попадая в наш глаз, эти колебания создают ощущение света. Вот мы и пришли к вашей гипотезе, г-н Гук. Не правда ли, сколь малое расстояние разделяет нас с вами?

    Впрочем, в конце 1675 года он представил Обществу ещё один мемуар, заранее предупредив, однако, что не будет отвечать ни на какую критику.

    В 1704 году, после смерти Гука (впрочем, не исключено, что это было более или менее случайное совпадение), Ньютон издал свою “Оптику”, которая подводила итог его исследованиям оптических явлений. В эту пору он уже не занимался такого рода исследованиями, точнее, занимался ими лишь время от времени. Основные труды остались далеко позади, где-то в семидесятых годах минувшего XVII столетия. Не переставая, однако, размышлять над проблемами оптики, хотя и “не имея возможности приняться вновь за исследования”, как сам он об этом пишет, Ньютон заканчивает свою книгу “вопросами”. Эти “вопросы” представляют собой программу исследований для грядущих поколений учёных, если хотите, научное завещание великого физика.

    В вопросах, многие из которых, впрочем, содержат и предположительные ответы, опять-таки проглядывает склонность Ньютона отдавать предпочтение корпускулярной гипотезе, точнее гипотезе истечения. Уже в первом вопросе он размышляет, не действуют ли тела на свет на расстоянии и не изгибают ли этим его лучей, причем не будет ли это действие сильнее всего на наименьшем расстоянии? Ясно, что под действием здесь подразумевается что-то подобное тяготению. Но чтобы быть подверженным такому действию, свет должен представлять собой нечто телесное, вещественное. Впрочем, поскольку речь тут идет о дифракции, то имеется в виду, что тела отталкивают световые лучи, а не притягивают их. Так что здесь именно подразумевается сила, подобная гравитации, а не сама она.

    Вопрос двадцать девятый ставится Ньютоном уже совершенно определённо: не являются ли лучи света очень малыми телами, испускаемыми светящимся веществом? Ньютон явно склоняется к утвердительному ответу, подкрепляя его всеми аргументами, которые он так или иначе и прежде использовал в спорах со сторонниками волновой теории. Во-первых, такие тела, или, сказать точнее, частицы, при распространении своем не будут отклоняться в тень, как и положено световым лучам. Во-вторых, эти частицы будут обладать различными неизменными свойствами, в том числе таким, которое мы обозначаем словом “цвет”. (Вот когда, наконец, Ньютон прямо признался, что, по его представлениям, за “неизменными свойствами” неминуемо должны стоять корпускулы, а ведь проницательный Гук догадался, что Ньютон имеет в виду, более тридцати лет назад!) В-третьих, между прозрачными веществами и лучами обнаруживается действие на расстоянии: вещества преломляют, изгибают и отражают лучи, а те, в свою очередь, приводят в движение части этих веществ, нагревая их. Такое взаимодействие очень похоже на притягательную силу между телами. В-четвертых, если сложить вместе две линзы — плоско-выпуклую и двояковыпуклую — вокруг места их соприкосновения становятся видны концентрические радужные кольца. Как полагает Ньютон, это явление можно объяснить только в том случае, если лучи света состоят из частиц различных размеров, возбуждающих колебания в той среде, на которую они действуют. Наконец, в-пятых, и двойное преломление света в кристалле исландского шпата вроде бы легче поддаётся истолкованию при помощи корпускул. Ньютон объясняет его через явление поляризации, которое, по его мнению, трудно понять, если не считать лучи света состоящими из материальных тел.

    В следующем, тридцатом вопросе Ньютон опять говорит о частицах света. Он спрашивает: не могут ли “большие тела” превращаться в свет и не может ли свет оборачиваться телами? Почему бы и нет, собственно говоря? Разве это не соответствует общему “ходу природы”, которая как бы “услаждается” подобными метаморфозами? И ещё один вопрос: не способны ли тела получать значительную долю своей активности от частиц света (вот где употребляются эти слова!), входящих в их состав?

    Можно сказать, что это предположение о взаимном превращении света в вещество и вещества в свет — одно из гениальных пророчеств Ньютона, подтвердившееся — правда, совсем на другой основе — в нашем столетии.

    Дело в том, что Лоренц с самого начала заявил: если мы хотим заглянуть глубже в природу явлений, понять, каким образом электрические и магнитные свойства зависят от температуры, плотности, химического строения или кристаллического состояния вещества, то есть сделать шаг вперёд по сравнению с Максвеллом, мы вынуждены будем обратиться к какой-нибудь гипотезе относительно скрытого механизма, лежащего в основе всех явлений. В качестве такой гипотезе он принял представление об электронах (сам термин "электрон" был введён в научный обиход Дж. Стони в 1891 году.) — “крайне малых электрически заряженных частичках, которые в громадном количестве присутствуют во всех весомых телах”. (Термином “весомые тела” в то время обозначали все состоящее из “обычной” материи в отличие от “свободного эфира”.)

    С помощью электронов Лоренц вознамерился объяснить “все электрические и оптические явления, которые происходят не в свободном эфире”.

    Наконец — что для нас особенно интересно — под влиянием упругих сил электроны способны колебаться около положения равновесия, излучая в окружающий эфир волны. Эти волны можно истолковать как тепловое или как световое излучение...

    Так обстоит дело с электронами. Не менее важная часть физической картины, нарисованной Лоренцом, относится к эфиру. Одно из главных его предположений: эфир не только занимает всё пространство между молекулами, атомами и электронами, но и пронизывает все эти частицы насквозь. И ещё гипотеза: как бы частицы ни двигались, эфир всегда остаётся в покое.

    Поскольку внутри электрона имеется эфир, говорит Лоренц, там может существовать и электромагнитное поле. В таком случае всё, что остаётся исследователю сделать, — найти систему уравнений, которая была бы справедлива и для внешнего и для внутреннего поля. Лоренц выводит такую систему, опираясь на уравнения Максвелла, и подробно анализирует её, рассматривает её применение для различных случаев...

    Между прочим, как одно из следствий теории он получает зависимость между диэлектрической постоянной и показателем преломления, аналогичную той, которую получил Максвелл. Однако есть и разница: в уравнении Лоренца показатель преломления не остаётся постоянным — он зависит от длины волны света в полном соответствии с данными опыта. “Теория электронов позволила нам пойти дальше Максвелла”,— говорит по этому поводу Лоренц.

ЭФИР НЕ НУЖЕН

    Хотя Лоренц действительно сделал значительный шаг вперёд по сравнению с Максвеллом — перевёл разговор об электромагнитных, в том числе и оптических, явлениях на новый уровень, он мало добавил нового к нашему пониманию природы света. Что касается эфира, Лоренц вовсе лишил его каких бы то ни было осязаемых примет. (“В представлении Лоренца... — писал Григорий Самуилович Ландсберг,— эфир есть безграничная неподвижная среда, единственной характеристикой которой является лишь определённая скорость распространения в ней электромагнитных возмущений и, в частности, света...”)

Если принять такое предположение, скорость света, распространяющегося, допустим, в потоке воды, будет различной (по отношению к неподвижному эфиру) в зависимости от того, совпадает ли направление света с направлением потока или противоположно ему. В первом случае она окажется больше, чем во втором. Естественно, скорость света по отношению к движущейся среде будет отличаться от скорости по отношению к неподвижной из-за влияния эфира.

    Впрочем, все опыты такого рода не должны давать больших расхождений в значениях измеряемых скоростей. Поэтому, если пренебречь величинами второго порядка малости, можно сказать, что движение Земли, например, не оказывает никакого влияния на распространение световых лучей.

    Однако в случае учёта этих малых величин такого утверждения уже нельзя сделать — тут полёт Земли сквозь неподвижный эфир должен сделаться заметен.

    И действительно, все опыты, поставленные с целью проверки этого предположения, опыты, в которых величины второго порядка не учитывались, вроде бы подтвердили его справедливость. Что касается экспериментов, которые позволили бы взять на учёт величины второго порядка, их долго не удавалось провести. Первый эксперимент такого рода поставил в 1881 году Альберт Майкельсон. Однако ввиду технического несовершенства этого опыта результаты его невозможно было истолковать однозначно (по крайней мере так считал Лоренц). Шесть лет спустя Майкельсон повторил эксперимент вместе с Эдвардом Морли, значительно усовершенствовав его.

    В действительности, однако, никакой разности фаз, которую можно было бы приписать влиянию эфира, экспериментаторы не обнаружили...

    Интересно, что сокращение движущегося тела Лоренц понимал как грубый механический процесс: во время движения каким-то образом изменяются силы притяжения и отталкивания, действующие между молекулами, это и ведёт к уменьшению размеров тела. Более того, даже электроны при движении сплющиваются...

    Такого рода предположения, писал Лоренц, позволяют предсказать, что никакой опыт с земными источниками света не в состоянии обнаружить влияния движения Земли, даже в том случае, если он будет чувствителен не только к величинам второго порядка, но и вообще любого порядка малости. Иными словами, это влияние невозможно заметить в принципе.

    В этом, если говорить коротко, и заключалась суть специальной теории относительности. С математической точки зрения почти все её соотношения уже были в готовом виде у Лоренца. “Теория Лоренца дала готовый математический остов теории относительности Эйнштейна”, — писал Сергей Иванович Вавилов. Привнесённая Эйнштейном новизна состояла в общем взгляде на природу вещей.

    Если же подойти к делу с другого конца, можно сказать так: упрямо защищая свою (или Френеля) гипотезу о неподвижном эфире, гипотезу, вступившую в противоречие с данными эксперимента, придумывая всякого рода физические и математические костыли, которые хотя бы немного её поддержали, Лоренц весьма преуспел в разработке математического аппарата теории относительности, вплотную приблизился к ней. Гипотезы и в данном случае оказались полезны (это я подчеркиваю, имея в виду наши с Корниловым споры).

    Из постулатов теории относительности сам собой следовал тот вывод, который Лоренц сделал, после того как узнал об отрицательном результате опыта Майкельсона и Морли: никакой опыт с земными источниками света не может обнаружить влияние движения Земли... Однако тут Эйнштейн ещё прибавил: “...и доказать существование эфира”. Отдавая Эйнштейну должное, Лоренц в то же время писал с некоторой досадой: “...Эйнштейн просто постулирует то, что мы старались... вывести из основных уравнений электромагнитного поля. При этом он, конечно, требует от нас, чтобы мы заранее верили, что отрицательный результат опытов, подобных опытам Майкельсона... является не случайной компенсацией противоположных эффектов, но выражением общего и основного принципа”.

    Вначале результаты эксперимента Майкельсона и Морли были восприняты большинством физиков как свидетельство того, что эфир увлекается Землёй при её орбитальном движении (поэтому, дескать, его влияние и невозможно заметить). Однако постулат об относительности пространства и времени, позволивший создать стройную и логичную теорию, сделал эфир ненужным. Представление о нём было исключено из научного обихода, хотя утверждать, как это часто делается, будто эйнштейновская теория доказала отсутствие эфира, у нас нет оснований. Вавилов так говорил по этому поводу: “Правильнее было бы вообще излагать теорию относительности, её экспериментальные основы безо всякого отношения, как мирного, так и враждебного, к гипотезе эфира. Учение Эйнштейна не содержит гипотез (в ньютоновском смысле). Всякая гипотеза заключает предположение о ненаблюдаемой (или даже принципиально ненаблюдаемой) вещи. В теорию относительности входят только наблюдаемые факты и логические следствия из них”.

    Несмотря на это Вавилов с некоторым сожалением пишет о вынужденном расставании с эфиром, ибо концепция эфира, без сомнения, давала весьма наглядный образ всех происходящих в нём явлений. У нас же присоединиться к этому сожалению есть дополнительная причина: по существу, с появлением теории относительности мы лишились среды, в которой распространяется свет. А ведь мы уже свыклись с этой средой, она стала частью нашего представления о мире — некая разреженная, но вместе с тем довольно упругая материя, разлитая везде и повсюду, проникающая во все и вся (именно так её трактовала волновая теория света). Максвелловская электромагнитная теория сделала понятие об эфире более неопределённым — не очень ясно было, какова должна быть “жидкость”, переносящая электромагнитные волны. Однако теперь, повторяю, мы вовсе лишились этого переносчика. Известно только, что волны света, как и прочие электромагнитные волны, распространяются... Но в чём?

    С того самого момента, как мы отказались от эфира, эти волны, по словам Эйнштейна, перестали быть “состояниями гипотетической среды”. Они сделались “самостоятельными образованиями, которые испускаются источниками света, совсем как в теории истечения”.

    Вместе с тем, как отмечал Эйнштейн, теория относительности ничего не изменила в нашем представлении о структуре излучения, о структуре света. “...Я полагаю, что в этом аспекте проблемы,— писал он вскоре после создания этой теории,— мы стоим в самом начале пока ещё необозримого, но, без сомнения, исключительно интересного пути”.

    По залу прошёл одобрительный шорох. Кто-то засмеялся. Видно было, что слушатели приняли игру. “Каково! А? Каково!” — всем своим видом показывал Возницын.

    Снова раздался смех. Атмосфера потеплела. Рассеялась первоначальная напряжённость, свойственная почти всякому собранию.

    — Что же представляет собой то нечто, что в пустом мировом пространстве или в атмосферном воздухе распространяется во все стороны с чудовищной скоростью в триста тысяч километров в секунду? — эту фразу Владимир Иванович произнёс как-то особенно патетически и вслед за этим, несколько понизив голос, но по-прежнему велеречиво и торжественно принялся излагать взгляды Ньютона, который, хотя и с многочисленными оговорками, сделал “самое простое и естественное предположение, что свет — это некоторые маленькие материальные частицы, вылетающие из источника света”, взгляды Гюйгенса, который противопоставил этой теории волновую, “оказавшуюся значительно более плодотворной”.

    — И сторонники корпускулярной теории и сторонники волновой,— продолжал Владимир Иванович,— при всём различии их взглядов сходились на том, что решение вопроса о природе света нужно искать на почве механистического мировоззрения. Однако в середине прошлого столетия Максвелл выступил со смелым утверждением, согласно которому свет является электромагнитным процессом. Конечно, сущность электромагнитных процессов нисколько не яснее для нас, чем сущность процессов оптических. Но значение теории Максвелла заключается в том, что она соединила две области, физики — оптику и электродинамику, в то время как механистическое мировоззрение пыталось свести электродинамику к механике тем, что рассматривало в качестве носителя электрических воздействий некую упругую среду — эфир. Решительный удар по этому представлению нанесла теория относительности, из постулатов которой следует, что ни в каком эфире нет ни малейшей необходимости... Любопытно отметить, как легко и, так сказать, бесшумно осуществился в физической литературе переход от механической к электромагнитной точке зрения — хороший пример того, что суть всякой физической теории заключается не в тех взглядах, из которых она исходит, а в тех законах, к которым она ведёт. Основные уравнения оптики остались неизменными — они ведь были в согласии с опытом, но они стали толковаться не в механическом смысле, а в электромагнитном, а потому область их применения расширилась до поразительных размеров. Место периодических колебаний эфира заняло колеблющееся напряжение электромагнитного поля.

    Владимир Иванович ещё некоторое время говорил о попытках вернуться к эфиру, предпринимавшихся вслед за опубликованием теории относительности, о бесконечных повторениях опыта Майкельсона–Морли, в процессе которых эфир то “обнаруживался”, то снова “исчезал”, о том, что в конце концов от этих попыток отказались, равно как и от самого эфира...

    Наконец, Владимир Иванович провозгласил патетически:

    — С этой достигнутой на тернистом и многотрудном пути вершины учение о свете представляется законченным прочным зданием, внутри которого все факты, столь различные сами по себе, укладываются в строгом порядке друг возле друга и управляются одними и теми же законами.

    В этой пышной фразе слушатели уловили близкий конец лекции, кое-кто зашевелился, Возницын привстал со стула, но Корнилов призвал всех к спокойствию властным жестом.

    — Милостивые государи! — обратился он к залу, как бы опять напоминая о разыгрываемом здесь шутливом спектакле.— Если бы я держал эту речь лет двадцать назад, то я мог бы её окончить на этом месте, ибо я не мог бы прибавить ничего существенно нового и мне оставалось бы только ожидать окончательного завершения нарисованной мною картины к вящей славе современной физики. Но, вероятно, я вообще тогда не держал бы этой речи из опасения предложить вам в ней слишком мало нового по сравнению с тем, что вы узнали ещё в школе. Однако ныне всё обстоит совершенно иначе. Гордое здание, которое я вам нарисовал, обнаружило изъяны в самых своих основах, и многие физики считают, что подвести под него новый фундамент будет нелегко. Причина этого заключается в открытии новых фактов. Для начала я позволю себе остановиться на одном из них.

    Владимир Иванович отхлебнул из стоявшего перед ним стакана и продолжал:

    — Если поверхность металла, помещённого в вакуум, осветить ультрафиолетовыми лучами, из этой поверхности вылетает определённое количество электронов. Поскольку их скорость не зависит от того состояния, в котором находится металл, в частности от его температуры, естественно сделать заключение, что источник энергии вылетающих электронов не в металле, а в лучах света, которые на него падают. Далее, отодвигая источник света от металла, легко установить, что скорость электронов не зависит от интенсивности света. Она зависит лишь от длины волны: чем волна короче, тем больше скорость. Объяснение этого факта представляет непреодолимую трудность для нашей теории. Непонятно, откуда электроны берут свою энергию, ведь при равномерном волнообразном распространении излучения во все стороны на единицу площади металлической поверхности будет попадать всё меньше и меньше энергии от удаляющегося источника, так что в конце концов она станет вовсе ничтожной...

    Владимир Иванович снова внимательно оглядел присутствующих.

    — Единственное возможное объяснение этого факта, по-видимому, заключается в том, что световая энергия распространяется не совсем равномерно — она остаётся сосредоточенной в некоторых сгустках, которые летят по всем направлениям со скоростью света. Каждый такой сгусток, попадая на поверхность металла, может передать электрону свою энергию, причём эта энергия, разумеется, остаётся той же самой, как бы велико ни было расстояние от источника света.

    Тут лектор сделал паузу, необходимую для того, чтобы присутствующие могли в полной мере оценить всё значение сказанного им, и продолжал:

    — Как мы видим, здесь снова воскресает старая корпускулярная теория света, хотя и в совершенно изменённом виде. Однако то же самое явление, которое в своё время встало на пути световых корпускул, представляет ныне огромные трудности и для сгустков света. Я имею в виду интерференцию. Нам трудно сегодня объяснить, каким образом два световых сгустка, встречаясь друг с другом, могут нейтрализовать друг друга, не нарушая при этом закон сохранения энергии.

    Владимир Иванович вопросительно посмотрел на слушателей, будто ожидая, что кто-то поможет ему разрешить эту загадку, но, не получив ответа, сам продолжал словно бы размышлять вслух:

    — При такой ситуации естественно предположить, что источник энергии отрывающихся от металла электронов заключён всё же не в лучах, а в самом металле. Что касается лучей, они лишь освобождают её, служат своего рода запалом — ведь одной искры бывает довольно, чтобы взорвать бочонок с порохом...

    Владимир Иванович полистал лежащий перед ним конспект.

    — То, что я говорил здесь о действиях, производимых светом, в равной мере относится и к процессам, которыми сопровождается его испускание. Согласно гипотезе, высказанной недавно одним физиком, в каждом атоме светящегося вещества происходят колебания электронов, вращающихся вокруг ядра. Однако излучение света обусловливается не самими этими правильными колебаниями — оно происходит тогда, когда эти колебания внезапно меняются, когда электрон перепрыгивает с одного из первоначальных путей на другие, более устойчивые, движение по которым происходит с меньшей энергией. Освобождающийся при этом излишек энергии вылетает из атома в пространство в виде элементарного светового сгустка. Причём самое удивительное здесь то, что длина волны испускаемого света совершенно не зависит от периода колебаний электрона — она определяется лишь количеством испускаемой энергии. Однако каким образом получается, что колебания в возникшем таким образом световом луче совершаются с величайшей правильностью, строго с определённым периодом, это пока остаётся загадкой.

    Корнилов снова помолчал, как бы подчёркивая этим важность проблемы и трудноразрешимость задачи, после чего, захлопнув конспект, перешёл, по-видимому, к заключению лекции.

    — Итак, милостивые государи,— Владимир Иванович снова возвысил голос,— моё сегодняшнее сообщение о нашем понимании природы света заканчивается не гордым провозглашением постигнутой истины, а скромным знаком вопроса. Существо вопроса, повторяю — непрерывно ли переносится энергия в световых лучах или же дискретно? Над этим бьются физики во всём мире. От его разрешения зависит всё дальнейшее развитие науки... Благодарю вас за внимание.

    Владимир Иванович чопорно поклонился и стал собирать разложенные на столе бумажки.

    Аудитория загудела, пришла в движение, задвигала стульями. Все потянулись к выходу. Возницын подскочил к Корнилову и принялся трясти ему руку двумя руками, беспрестанно повторяя: “О-о-ч-ч интересно! О-о-ч-ч интересно!” Я сидел, ничего не понимая.

    — Милостивые государи! — вдруг опять прогремел голос Корнилова, но на этот раз как-то жёстко, без всякого юмора. — Милостивые государи, задержитесь-ка на минуту!

    — Закройте, пожалуйста, дверь! — обратился он к передним, которые уже достигли выхода.

    — Милостивые государи! — в третий раз произнёс Корнилов.— Если бы я держал эту речь лет шестьдесят назад, то я имел бы право окончить её на этом месте, ибо в ту пору я не мог бы ничего прибавить существенно нового к тому, что сказал... Впрочем, и это ещё надо посмотреть — не мог ли. Ведь характер сообщения, согласитесь, в немалой степени зависит от личности говорящего. Так что если бы шестьдесят лет назад эту лекцию читал действительно я, я изменил бы в ней кое-какие акценты. Но всё дело в том, что сейчас я пересказал вам почти слово в слово доклад, сделанный на общем собрании Общества кайзера Вильгельма 28 октября 1919 года. Сделал его Макс Планк, знаменитый немецкий физик, который, собственно говоря, и открыл эти “сгустки” энергии — он назвал их квантами — в 1900 году... Да что пересказал — я почти прочёл этот доклад...

    Владимир Иванович помахал тоненькой книжечкой, которая во время лекции лежала перед ним на столе и которую все принимали за конспект лекции. Отдельное издание планковского доклада...

    Как видим, одна из величайших физических идей нашего века — идея квантов — родилась в результате, так сказать, честолюбивых устремлений молодого учёного, решившего попытаться открыть некий закон. Иными словами, объективная ситуация, сложившаяся к началу нашего века, как будто не побуждала физиков к поиску в этом направлении: вроде бы не было ни досадных провалов в теории, ни каких-либо непонятных фактов, для объяснения которых позарез необходимо было ввести это понятие — “квант”. Более того, сам Планк, выдвинувший свою гениальную гипотезу, впоследствии всячески противился расширенному её толкованию, тому, чтобы её переносили на область распространения излучения. Даже в докладе 1919 года это отчётливо ощущается. Тем более такое отношение Планка к собственному детищу было характерно для более раннего периода. Например, Абрам Фёдорович Иоффе вспоминает, как в 1910 году он при встрече с Планком спросил его, что он думает о квантах лучистой энергии. Планк был отрицательного мнения об этой идее. Помимо прочего, он всей душой желал, чтобы была сохранена теория Максвелла (в основе которой, как мы знаем, лежит представление о непрерывности излучения). “Она так много дала физике, — говорил он, — и, наверное, ещё немало полезного даст в будущем, надо поэтому быть ей благодарным и без крайней необходимости не отступать от неё”.

    Позднее под натиском фактов Планк всё более и более сдавал свои позиции, однако решительного шага в направлении квантов лучистой энергии так и не осмелился сделать.

    Кстати, в той беседе с Иоффе Планк высказал такую мысль: “Раньше, чем рассматривать другую точку зрения, следует убедиться, что положение старой — безвыходно”. Иными словами, даже в 1910 году положение со “старой”, классической электромагнитной теорией не казалось ему безвыходным.

    Несколько позже, в 1909 году, Эйнштейн писал уже более определённо, что классическая теория света не в состоянии истолковать некоторые фундаментальные свойства явлений. Почему некоторые фотохимические реакции возникают только под действием световых лучей определённого цвета, а не определённой интенсивности? Почему более короткие световые волны химически активнее, чем длинные? Почему скорость катодных лучей, возникающих при фотоэффекте, не зависит от интенсивности света? Почему требуются высокие температуры, а значит, и более высокие энергии молекул, чтобы излучение, испускаемое телами, содержало коротковолновую часть?

    По мнению Эйнштейна, все эти трудности связаны с тем, что согласно волновой теории элементарный процесс испускания света необратим: элементарный источник света создаёт расходящуюся сферическую волну; “обратной” же, сходящейся, волны не существует. Эта-то необратимость, предписываемая волновой теорией, как полагает Эйнштейн, и свидетельствует в первую очередь о том, что здесь она не соответствует действительности. По его мнению, “теория истечения” содержит в этом пункте больше истины: ведь согласно ей энергия, сообщенная частице света при испускании, не рассеивается по бесконечному пространству, но сохраняется вплоть до того, как произойдёт элементарный акт поглощения.

    Позже эти эйнштейновские слова были названы пророческими.

    Между прочим, как нетрудно заметить, Эйнштейн здесь говорит почти слово в слово то же самое, что сказал Ландау примерно полвека спустя: главная неувязка классической теории в том, что она предполагает неудержимое рассеяние энергии по бесконечному пространству.

    Однако в дальнейшем, изучив работы Планка более основательно, он убедился, что в действительности, строя собственную теорию, тот “неявно” использовал квантовую гипотезу.

    Как бы то ни было, из всего сказанного ясно видно, что к идее световых квантов Эйнштейн пришёл сам, независимо от планковских “элементарных квантов действия”.

    Не говоря уже о том, что по этому “квантовому” пути он продвинулся гораздо дальше, чем его коллега, предположив, что сам свет имеет квантовую структуру.

    В качестве примера такой идеи учёные как раз приводили эйнштейновскую гипотезу световых квантов.

    Даже девять лет спустя, в 1922 году, Нильс Бор писал, что эта гипотеза “не может никоим образом рассматриваться как удовлетворительное решение”. По этому поводу он как-то сострил:

    “Даже если Эйнштейн пришлёт мне телеграмму с объявлением доказательства квантов света, она не сможет дойти до меня, потому что должна быть перенесена электромагнитными волнами”.

    Что касается другого выдвинутого Эйнштейном представления — о прерывистом характере элементарных процессов возникновения и превращения света, оно уже вскоре было подхвачено и развито рядом учёных и более всего самим Нильсом Бором.

    В статье, опубликованной в 1913 году, Бор изложил свою теорию строения атомов и молекул. С одной стороны, она опиралась на квантовые представления, с другой — на резерфордовскую модель атома.

    Согласно этой модели, как известно, атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него электронов, которые удерживаются силами притяжения. Хотя такая картина казалась весьма привлекательной и, как говорил Бор, заслуживала всяческого внимания, однако в то же время нельзя было не видеть её слабости: согласно классическим представлениям вращающийся электрон должен непрерывно излучать энергию и в результате всё более и более приближаться к ядру до тех пор, пока не приблизится настолько, что взаимное притяжение ядра и электрона прекратится.

    Причём, как показывали расчёты, энергия, излучённая за это время, должна быть неизмеримо больше той, которая наблюдается в действительности.

    Совсем другое дело, если предположить, что атом излучает энергию не непрерывно, как следует из классической теории, а определёнными порциями — в согласии с планковскими идеями. Бор высказал догадку, что для каждого атома существует ряд устойчивых, стационарных состояний, в каждом из которых он обладает определённой энергией; пребывая в устойчивом состоянии, атом не испускает и не поглощает энергию; испускание или поглощение происходит только тогда, когда он переходит из одного состояния в другое, причём соотношение между частотой выпущенного или поглощенного излучения и количеством выделенной или поглощенной энергии должно быть таким, какое следует из теории Планка.

    Что представляет собой стационарное состояние атома?

    До сих пор я лишь повторял чуть более подробно то, что успел тогда рассказать Корнилов в своей лекции (точнее, что сообщил Планк в своём докладе в 1919 году). Дальше речь пойдёт о том, что мы, по-видимому, услышали бы, если бы побывали на продолжении его лекции...

    Со временем физика отказалась от навеянного традиционной механикой понятия электронных орбит. Однако идея Бора о стационарных состояниях и о переходах из одного состояния в другое, сопровождающихся излучением или поглощением, оказалась фантастически плодотворной: очень скоро за ней последовал ряд важных теоретических работ и экспериментальных открытий, сделанных разными учёными. Благодаря им приподнялась завеса над самым сокровенным — над механизмом испускания электромагнитных волн.

    Хотя, впрочем, чем дальше, тем больше возникало сомнений, что этот механизм можно будет представить себе как нечто наглядное. Именно так, как сказал тогда Бор: все больше возникало сомнений, что удастся “дать то, что обыкновенно называется объяснением”. В эту пору в голову ему пришла счастливая мысль: существует глубокое соответствие между классическими представлениями обо всём происходящем в атоме и квантовой теорией излучения. Благодаря этому соответствию можно, рассматривая излучение, до некоторой степени понять и представить, что происходит в потаённом, скрытом от глаз мире микрочастиц. Случилось как бы некое обращение: инструмент и цель поменялись местами. Поначалу, исследуя внутренний мир атома, Бор пытался расшифровать загадку испускания света и излучения вообще. Однако теперь он пришёл к выводу, что, напротив, беря за основу излучение, можно построить новую, квантовую механику, описывающую поведение микрочастиц.

    И она была построена, причём выдвинутый Бором принцип соответствия сыграл здесь исключительно важную роль. В частности, им руководствовался Гейзенберг, разрабатывая математический аппарат своей знаменитой матричной механики.

Дата установки: 04.11.2007
[вернуться к содержанию сайта]

W