Глава восемнадцатая. Великий синтез
Глава восемнадцатая. Великий синтез
1
Как раз в то время, когда, вернувшись из дальних поездок, он поселился в Потсдаме на берегу тихого озера, история физики совершила свой новый революционный прыжок.
Весной 1924 года тридцатилетний парижанин, выходец из очень родовитой (принадлежавшей некогда к королевскому дому Бурбонов) семьи, посвятивший себя скромной профессии физика-теоретика, Луи де Бройль защитил свою докторскую диссертацию в Сорбонне, Ланжевен, научный руководитель де Бройля, послал корректурные гранки диссертации Эйнштейну. Ланжевен сделал это не потому, что сомневался в ее достоинствах. Взволнованный (или даже, как он писал, «потрясенный») ее содержанием, он хотел как можно скорее передать это содержание своему великому другу. Ответ не замедлил последовать: «Для привычного к рутине ума, — писал Эйнштейн, — диссертация покажется сумасбродной; при ближайшем рассмотрении — это полет гения…»
Мы должны вернуться опять на полстолетия назад и вспомнить доказанный Плаяком и уточненный Эйнштейном факт прерывной, «пульсирующей» структуры света, факт дробления света на мельчайшие порции — фотоны или кванты. Мы должны сопоставить этот факт с другим, резко противоречащим ему обстоятельством — непрерывной природой света как волнового «процесса, происходящего в электромагнитном поле Фарадея — Максвелла.
Путь к решению этой мировой загадки проложил Луи де Бройль.
Он не ставил целью свой работы ликвидировать, механически «примирить» это противоречие. Наоборот: он исходил из факта противоречивости явлений света, и, больше того, он распространил ее на обычное вещество.
Как рассказал недавно сам де Бройль, исходным толчком для его теории явилась мысль, брошенная Эйнштейном летом 1909 года на съезде физиков в Зальцбурге. Именно эта мысль, как помнит читатель, произвела глубокое впечатление и на Макса Планка, поделившегося тогда своим ощущением с Эйнштейном. Что же касается де Бройля, то в дни Зальцбурга ему не было шестнадцати лет, и он только готовился еще к приемным экзаменам в парижском университете — в Сорбонне…
В начале двадцатых годов, вспоминает де Бройль, он обнаружил в одном из полузабытых журнальных обзоров зальцбургский доклад Эйнштейна. Эйнштейн писал там о единстве и связи прерывных и непрерывных свойств света, и на вопрос о конкретной сущности этой связи предлагал ответить так: световые частицы — это «особые точки» колеблющегося электромагнитного поля, или, если прибегнуть к образному сравнению, нечто вроде «гребешков пены», вскипающих то здесь, то там на изборожденной волнами поверхности моря! Сравнение это, разумеется, весьма условно, поскольку электромагнитные колебания не являются колебаниями механического рода, но это сравнение подчеркивает важный общий момент: энергия любых волн не рассредоточивается равномерно в пространстве, а концентрируется в очагах, совпадающих с наибольшим размахом колебаний. Как следствие отсюда, закон движения очагов концентрации энергии определяется законом распространения волн. Волна — в частности, электромагнитная, световая — «ведет» свои «гребешки пены»! Чем больше размах колебаний электромагнитной волны, тем гуще рой квантов, обнаруживаемых в соответственном объеме пространства…
Не то же ли самое должно наблюдаться и в глубочайшей подоснове обычного, атомного вещества?
Так была создана в 1924 году «волновая механика», в которой атомы (и еще более мелкие «элементарные» частицы) стали рисоваться в одно и то же время как прерывные крупинки материи и как волны особого рода — так называемые «пси-волны», или «волны де Бройля».
Более законченное математическое оформление волновой механики было достигнуто, впрочем, лишь спустя два года Эрвином Шредингером в Цюрихе[78]. Тогда же, в 1926–1928 годах, реальность новых, предсказываемых теорией волн была подтверждена на опыте Джорджем Томсоном-младшим (сыном старого «Джи-Джи» Томсона), а также американцами Дэвиссоном и Джермером, — один из образцов научного предвидения, которые никогда не забудутся в истории науки!
Общее количество «механик», принятых на вооружение физикой, таким образом, достигло трех. Кроме классической механики Ньютона, дающей, напоминаем, закон движения крупных (по сравнению с атомами) и медленно перемещающихся тел, и кроме эйнштейновской механики, фиксирующей быстрые (приближающиеся к скорости света) движения, наука располагала теперь и «механикой Шрединтера — де Бройля», специально отражающей поведение мельчайших материальных объектов, таких, как атомы, электроны, ядра.
Эту множественность «механик» надо было рассматривать, естественно, как результат качественного многообразия физического мира, как отражение материи в разных областях и на разных ступенях объективно-реального мира.
Историческим успехом механики де Бройля — Шредингера[79] явился охват очень большого числа ранее не поддававшихся расчету атомных явлений, а также предсказание новых фактов, подтвердившихся на опыте.