Текст книги "Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)"
Автор книги: Фридрих Гернек
сообщить о нарушении
Текущая страница: 20 (всего у книги 29 страниц)
Окончание войны Макс фон Лауэ встретил вместе с другими естествоиспытателями в Гехингене на юго-западе Германии. Туда был в 1944 году переведен Физический институт. В апреле 1945 года городок был без сопротивления занят французскими и испанскими республиканскими частями. Следовавший за ними англо-американский специальный отряд взял под стражу Лауэ и других немецких исследователей, подозреваемых в том, что они работали над изготовлением атомного оружия, и доставил их сначала во Францию, в окрестности Парижа. Как сообщал Отто Ган, Лауэ, который выглядел "наиболее представительно", охранялся тем же отрядом, что и маршал Петен.
Затем десять немецких ученых, среди них Гейзенберг и Герлах, были отправлены через Бельгию на многие месяцы в Англию, в окрестности Кембриджа. "Мы не могли пожаловаться на обхождение. После лишений военного времени военный паек казался нам превосходным... – сообщал Лауэ о том времени. – Мы имели английские и американские газеты, журналы, некоторые научные сочинения: при помощи прекрасного приемника мы могли слушать выдающиеся музыкальные передачи Лондонского радио. Нередко кто-либо из охранявших нас английских офицеров брал нас в автомобильные поездки по прекрасным окрестностям Хантингдона... Нас возили даже в Лондон... Но мы ни разу не смогли побывать в расположенном недалеко от Хантингдона Кембридже; нас могли узнать в этом университетском городе, а наше содержание было строго засекречено".
Свидетельством признания заслуг Макса фон Лауэ не только как гениального физика и первооткрывателя интерференции рентгеновских лучей, но и как мужественного антифашиста, является полученное им через полгода после окончания войны, осенью 1945 года, приглашение Королевского общества на празднование 50-летия открытия рентгеновских лучей. Он не мог принять это приглашение, так как пребывание немецких ученых в Англии хранилось в тайне.
В июле 1946 года Лауэ, единственный из немцев, принимал участие в работе Международного конгресса кристаллографов в Лондоне. В своей речи председательствующий высоко оценил достойное поведение ученого в гитлеровские времена. На последовавших затем Ньютоновских торжествах в Лондоне и Кембридже Планк и Лауэ были единственными гостями из Германии.
После возвращения из Англии Макс фон Лауэ жил сначала в Гёттингене. С 1947 года он в качестве почетного профессора читал лекции в знаменитом университете, где сам некогда учился. Новые издания своей "Истории физики", которая впервые вышла в 1947 году, он дополнял и обогащал материалами своих лекций. Альберт Эйнштейн, получивший от Лауэ экземпляр, писал ему 15 мая 1947 года: "С большим восторгом читаю я твою "Историю физики", которая мастерски выделяет самое главное из массы второстепенного. Некоторые исторические детали в ней новы для меня". Письмо заканчивалось словами: "Следует приветствовать, что человек, с таким глубоким пониманием прослеживающий линию развития, вырвал из рук филологов и торгашей от литературы изображение истории человеческого мышления и раскрыл ее как великую драму, очищенную от пыли незначительных подробностей".
Среди работ Лауэ по истории физики статья об "Инерции и энергии", которую он написал для юбилейного сборника, посвященного Эйнштейну, заслуживает особенного внимания. Эйнштейн очень высоко оценил это сочинение. Он заметил по поводу него: "Историческое исследование развития идей, по моему мнению, имеет непреходящую ценность", и предложил, специально отпечатав статью, сделать ее "вполне доступной студентам".
Своим исследованием о "незаслуженно забытом" Людвиге Ланге Лауэ внес значительный вклад в изучение предыстории теории относительности. Он показал, что этот высокоодаренный теоретик, умерший в 1936 году, будучи ассистентом Вильгельма Вундта в Лейпциге в 80-х годах добился основополагающего успеха: Ланге сформулировал и определил понятия "инерциальная система" и "инерциальное время", которые имели такое значение для специальной теории относительности. Лишь Эйнштейн внес новый вклад в разработанное им учение о системах отношений. Поэтому предшествующий Эйнштейну период развития учения о системах пространства и времени должен по праву называться "От Николая Коперника до Людвига Ланге".
В 1951 году Лауэ переселился в Западный Берлин. Здесь он принял руководство Институтом физической химии и электрохимии Общества им. Макса Планка. По его желанию и предложению он был назван Институтом им. Фрица Габера. На новом посту, где он находился до ухода в отставку весной 1959 года, пришлась весьма кстати его способность быстро вникать и в такие проблемы, которые находились вне сферы его собственной работы. Под руководством Лауэ институт был оснащен новыми экспериментальными установками, в нем была открыта большая лаборатория низких температур.
Последней работой Лауэ по проблемам интерференции рентгеновских лучей и кристаллооптики был доклад "Волновые поля рентгеновских лучей в кристаллах", который он 4 декабря 1958 года прочитал на заседании Немецкой Академии наук в Берлине. Содержание этого доклада опиралось на экспериментальные исследования, проведенные на совершенных монокристаллах по инициативе Лауэ и под его руководством в Институте им. Фрица Габера. Эта исследовательская работа завершила дело всей жизни Лауэ.
Подобно Эйнштейну, интерес которого к естествознанию по его собственным словам, всегда в основном ограничивался принципиальными вопросами, Лауэ постоянно и в первую очередь занимали великие и всеобщие основополагающие идеи. Таким образом, тесная связь с философией устанавливалась сама собой.
Макс фон Лауэ рассматривал философию не только как необходимую основу естествознания. Он шел намного дальше он считал, что философия есть вообще конечная цель любого научного исследования. Все науки должны объединяться вокруг философии как вокруг общего центра. Служение ей должно быть, собственно, целью существования отдельных наук. Так и только так можно сохранить единство научной культуры перед лицом неотвратимо прогрессирующей дифференциации наук, "то единство, без которого вся эта культура подверглась бы распаду".
В философских вопросах Лауэ вопреки его приверженности к Канту был в основном естественнонаучным материалистом, подобно Больцману или Планку. Под реальностью он понимал то, что "оказывает воздействие". В этом смысле он признавал реальность внешнего мира и тем самым философский материализм, хотя и предпочитал принятое в буржуазной философии название "реализм". Правда, Лауэ высказывался по этому вопросу далеко не так подробно и однозначно, как Планк.
Лауэ упрекал сторонников позитивизма в том, что они не выдвигали никакой философской системы. Он считал это основным недостатком. Его отношение к Маху отличалось от отношения Планка более тонкой дифференциацией. Хотя Лауэ казалось не совсем понятным признание, которое Эйнштейн дарил Маху, он разделял его высокую оценку "Механики". "Однако остается фактом то, – говорится в одном из его писем 1959 года, – что сочинения Маха были сильным стимулом для Эйнштейна и что уже по этой причине труд Маха не пропал даром". В остальном Лауэ считал, что многие позитивистски настроенные физики – он имел в виду прежде всего Гейзенберга, Паули и Шрёдингера – в своей научной практике, к счастью, не придерживались основных теоретико-познавательных положений позитивизма.
Из философских проблем современного естествознания больше всего занимал Лауэ вопрос о причинной обусловленности процессов природы. Уже в начале 30-х годов он обратился к этому кругу вопросов в журнале "Натурвиссеншафтен" в статье "О гейзенберговском соотношении неопределенностей и его теоретико-познавательном значении". Он уже тогда высказал мнение, которого придерживался до конца: некоторые понятия классической физики оказалась несостоятельными, но лучших пока не существует; статистическая физика с ее одними только вероятностными высказываниями возникла из этого недостатка.
Статистическое объяснение квантовой механики, особенно в той форме, которую предложила копенгагенская школа, Лауэ не признавал окончательным. Это толкование казалось ему лишь "дурным паллиативом". Он считал, что при этом уничтожается принцип причинности. Такая физика, которая принципиально отрекается от причинности, не могла, по его мнению, вообще быть наукой. "Это мое святое убеждение, – писал он своему другу, – пусть меня хоть тысячу раз называют еретиком".
Отвергая претензии статистической квантовой механики быть научно исчерпывающей теорией, Лауэ придерживался той же линии, что и Эйнштейн, который в апреле 1950 года в одном из писем заметил: "Ты и Шрёдингер единственные из известных современников, которые в этом деле являются моими единоверцами".
Как и Планк, Лауэ, по его собственному признанию, был глубоко верующим, религиозным человеком. Его религиозность носила спинозистский характер, что нередко отмечается среди крупных буржуазных естествоиспытателей XX века. Религиозная позиция Лауэ не имела ничего общего с церковной набожностью и с признанием каких-либо традиционных вероисповеданий. То, что в гитлеровские времена в Берлине он так же усердно выступал в евангелическом церковном совете своей общины в Берлин-Целендорфе, как и Планк в Берлин-Груневальде, позднее он объяснял тем, что это давало возможность "досаждать нацистам".
Лауэ было совершенно чуждо любое включение религиозных представлений в естествознание, как это практиковал, например, американский физик Комптон, который сочинял басни о непосредственном вмешательстве "бога" в элементарные процессы, или как это в другой форме делал Паскуаль Иордан. Лауэ отвергал такие попытки.
Первооткрыватель интерференции рентгеновских лучей относился к тем гениальным естествоиспытателям, для которых "радость видеть и понимать" не заслоняет сознания ответственности перед обществом и долга перед ним.
В мрачные времена "тысячелетнего рейха" своим личным примером он во многом способствовал сохранению авторитета немецкого естествознания и его представителей. После разгрома гитлеровского фашизма для Лауэ было важно показать, что "немецкие ученые открыто и недвусмысленно отмежевались от гитлеровского духа", как он писал в 1946 году Лизе Мейтнер. Его участие во всех мероприятиях, которые, как ему казалось, были призваны содействовать делу гуманности и помочь сохранению мира на земле, было следствием его гуманистических взглядов Весной 1957 года Лауэ был среди тех, кто составил и подписал Гёттингенское обращение – страстное выступление против использования атомной энергии в целях массового уничтожения людей.
В западноберлинском Комитете против атомной смерти ученый требовал запрещения войны и выступал за взаимопонимание между народами. "Благодаря этому убеждению, – писал Вальтер Фридрих, – фон Лауэ принадлежал к числу лучших представителей немецкой науки, которые выступали за взаимопонимание и мир между немцами и своими непреходящими трудами служили прогрессу человеческого общества".
Вальтер Фридрих, сотрудник Лауэ по экспериментам при открытии интерференции рентгеновских лучей, боролся, как и он, за мирное будущее человечества, только борьба эта велась на самом переднем крае и на более широкой платформе.
За 8 лет до Гёттингенского обращения, в марте 1949 года, Вальтер Фридрих, тогда ректор Университета им. Гумбольдта, обратился к ректорам всех немецких университетов и высших учебных заведений с предложением высказаться в пользу мира и подать добрый пример остальным деятелям культуры. Вместе с другими прогрессивными учеными нашего времени, такими, как Жолио-Кюри, Бернал и др., Вальтер Фридрих до конца своей жизни (1968) боролся за мир без войны и без военной угрозы.
В течение 40 лет Макс фон Лауэ был членом Берлинской Академии наук. До конца жизни он регулярно принимал участие в заседаниях и настойчиво выступал как один из старейших членов Академии за установление связей между естествоиспытателями обоих германских государств. Он был также частым гостем Физического общества ГДР в Магнусхаузе на Купферграбене.
В проведении общественного чествования Эйнштейна, которое состоялось в марте 1955 года в Берлине в связи с 50-летием квантовой теории и теории относительности, Лауэ принимал самое деятельное участие. Исключительно благодаря его активности в Берлине в апреле 1958 года состоялись совместные академические торжества по поводу 100-летия Планка. Выступая на торжественном заседании, он высоко оценил дело жизни своего учителя.
К международному симпозиуму по философии и естествознанию, который был проведен в октябре 1959 года по случаю 550-летнего юбилея Лейпцигского университета им. Карла Маркса, Лауэ написал доклад "Теория познания и теория относительности". Эта работа, небольшое блестящее по содержанию и форме произведение, после публикации вызвала живой интерес у физиков-теоретиков всех стран. Некоторые из них, подобно Луи де Бройлю, открыто согласились с "реалистическим" толкованием теории относительности.
В марте 1960 года, за несколько недель до своей трагической гибели, Лауэ изъявил готовность написать статью о Германе фон Гельмгольце для юбилейного сборника, посвященного 150-летию Берлинского университета им. Гумбольдта, в котором он много лет работал. К сожалению, ему уже не суждено было завершить эту работу. Оставшийся набросок введения вместе с двумя другими, более ранними работами Лауэ о Гельмгольце был напечатан в первом томе юбилейного издания "Исследований и трудов".
Макс фон Лауэ уважал любого гуманистически настроенного, честно борющегося за истину и прогресс познания ученого даже тогда, когда он не разделял его политических взглядов. Непримиримый антимилитаризм, осуждение расовой дискриминации, войны и атомного оружия, борьба за взаимопонимание между народами сближали его с учеными-марксистами. Со своими советскими коллегами, прежде всего с Иоффе, Лауэ до конца жизни состоял в переписке. С этим известным физиком он был дружен в течение многих десятилетий, неоднократно встречаясь с ним на научных конференциях.
Макс Планк уже на праздновании 50-летия Лауэ говорил о своем прославленном ученике, как о "готовом прийти на помощь покровителе поднимающегося поколения ученых". Сколь многим молодым людям он с неизменным терпением помогал словом и делом при всевозможных затруднениях научного, социального и экономического плана, "ни в одном журнале не описано и ни в одном отчете не отмечено... это живет только в благодарных сердцах тех, кому он помог выйти на верный путь".
Деятельность Лауэ во многом напоминала деятельность Александра фон Гумбольдта. "Все его значение ощутят лишь тогда, когда его любящая и сильная рука уже не будет править на благо нам". Так писал в 1849 году молодой физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон о 80-летнем Гумбольдте, который оказывал поддержку ему, Гельмгольцу и другим позднее ставшим знаменитыми ученым. Эти слова в полной мере могут быть отнесены и к Лауэ. Рекомендация, подписанная его рукой, имела в научном мире большой вес и открывала многие двери.
О том, каким международным признанием пользовался Макс фон Лауэ, свидетельствует поток научных почестей, которые ему оказывались. Он был членом или почетным членом почти сорока академий и знаменитых научных обществ, в том числе Академии наук СССР, Американской Академии наук, Лондонского королевского общества, Академии деи Линчей, к которой принадлежал еще Галилей, и Папской Академии наук в Риме.
Шесть раз присуждалась первооткрывателю интерференции рентгеновских лучей степень почетного доктора немецких и иностранных университетов и институтов. Чикагский университет, памятуя о его позиции во времена гитлеровского фашизма, писал о нем в дипломе почетного доктора, как о "бесстрашном борце за свободу". По словам одного из исследователей интерференции рентгеновских лучей, английского физика Лоуренса Брэгга, Лауэ занимает достойное место не только в анналах естествознания, но и в сердцах людей.
Высокую оценку личность Лауэ и его труды получили в день празднования 80-летия исследователя – 9 октября 1959 года. В числе выступавших были Отто Ган, Вальтер Мейснер и Пауль Эвальд, который в начале 1912 года приходил за советом к Лауэ и вызвал к жизни его великую идею.
В приветственном адресе Немецкой Академии наук, составленном Густавом Герцем, после перечисления специальных научных достижений юбиляра говорится: "Ваша научная работа проходила в неповторимое время бурного развития Вашей науки, равного которому не было в истории науки. Но Вам пришлось пережить и такой период в истории нашего немецкого отечества, о котором все мы вспоминаем с тяжелым чувством. В эти 12 лет Вы являли собой пример стойкости и бесстрашия, и сегодня мы с благодарностью вспоминаем об этом".
Большую радость доставило юбиляру вручение медали Гельмгольца, высшей награды, которую присуждает Немецкая Академия наук. Медаль, учрежденная в 1891 году в честь 70-летия известного немецкого физика, была в свое время присуждена Вильяму Томсону, Анри Беккерелю, Рентгену, Планку и Отто Гану. В ответе на приветствия Лауэ ограничился в основном благодарностью за медаль Гельмгольца, почесть, которая его особенно глубоко тронула потому, что он считал Гельмгольца своим "крестным отцом" в физике.
Восьмого апреля 1960 года Макс фон Лауэ по невыясненным причинам, но вряд ли по собственной вине, попал в тяжелую катастрофу на автодороге в Западном Берлине. 24 апреля 1960 года он скончался от травм. В те немногие часы, когда он приходил в сознание, его занимало прежде всего новое издание его книги "Интерференция рентгеновских лучей" и печатание его лейпцигского доклада "Теория познания и теория относительности". К этой работе и относились его последние слова. Отто Ган писал после смерти своего друга: "С кончиной нашего дорогого Макса фон Лауэ от нас ушел один из последних друзей 1879 года рождения. Альберт Эйнштейн умер 5 лет назад. Ранее берлинский, а затем цюрихский физик Эдгар Мейер умер несколько недель назад. Остаются, как грустно шутил когда-то Макс Планк, самые дерзкие. Среди немногих оставшихся – Лиза Мейтнер, родившаяся в 1878 году, и я. Все, кого я перечислил, кроме меня, были близкими коллегами Макса Лауэ. Я, как химик, имел все же счастье сближаться с ним от года к году. Как это бесконечно мучительно терять одного из самых старых и верных друзей. Мир вокруг нас становится беднее". Свою прощальную речь Ган закончил словами: "У всех у нас ты останешься в памяти как большой ученый и бесстрашный человек".
Вскоре и Отто Ган и Лиза Мейтнер последовали за своими друзьями и сверстниками в ту "неоткрытую страну, из пределов которой не возвращался еще ни один туда отправившийся".
Научные труды Макса фон Лауэ тесно и неразрывно связаны с развитием физики атомного века. Во многом он сам решающим образом содействовал этому развитию и предопределял его. Лауэ был крупным и многосторонним физиком, одним из классиков точного естествознания: он был также верным поборником высокой идеи гуманизма.
Нильс Бор и Вернер Гейзенберг
Теория атома и соотношение неопределенностей
Советский физик Иоффе, передавая немецким ученым в апреле.1958 года спасенную во время войны личную библиотеку Макса Планка, назвал в своей речи Планка и Эйнштейна учеными, которые совершили переворот в мировой физике и заложили основы физической науки нашего времени, насколько такие преобразования вообще могут быть связаны с отдельными именами.
Эта оценка, несомненно, справедлива. Планк как первооткрыватель элементарного кванта действия и Эйнштейн как создатель квантового учения о свете и теории относительности развили в первые годы нашего столетия те фундаментальные идеи, без которых невозможно представить себе сегодняшнее теоретическое естествознание.
Но после Макса Планка и Альберта Эйнштейна, а в некотором отношении и наряду с ними следует назвать и по достоинству оценить исследователя, который открыл новые пути в атомной физике, стал учителем двух поколений физиков-атомщиков и чья модель атома стала символом атомного века – Нильса Бора.
Гениальный датский физик принадлежит к числу самых известных исследователей современности. Среди значительных ученых, работавших в области точного естествознания, он был в философском отношении наиболее оспариваемым мыслителем после Эйнштейна. Его "принцип дополнительности", одно из удивительных достижений диалектического мышления, критиковали с различных точек зрения, используя различные аргументы.
Период, предшествовавший появлению работы Бора об атоме водорода (1913), оказавшей столь значительное влияние на развитие теоретической физики, был отмечен рядом важных физических открытий и изобретений.
В 1911 году Вильсон создал "туманную камеру", ставшую вскоре незаменимым устройством для исследования атомов и атомных частиц. Камера Вильсона позволила наблюдать траектории элементарных частиц и доказала реальность их столкновений, которые становились видимыми в виде разветвлений и внезапных изменений направления движения В том же году Резерфорд открыл атомное ядро и создал модель атома, послужившую исходной точкой научно обоснованной теории атома. Год спустя Лауэ открыл интерференцию рентгеновских лучей, дав тем самым науке такое средство исследования, которое имело величайшее значение для расцвета атомной физики.
В этих условиях начал свою научную деятельность молодой датский физик. Появление его статьи об атоме водорода стало, как писал Джеймс Франк, "днем рождения современной теории атома". Этой я последующими работами Бор положил начало теоретическому пониманию механизма атома. Для этого необходим был свободный от предубеждений подход к явлениям микромира, требовалась большая смелость и необычайная сила духа для выдвижения и разработки новой точки зрения.
Нильс Бор родился 7 октября 1885 года в Копенгагене. Его отец Христиан Бор, известный естествоиспытатель, с 1886 года был профессором физиологии в Копенгагенском университете и сам немало экспериментировал в области физики. Мать Бора происходила из семьи педагогов.
Родители рано заметили выдающиеся способности сына и способствовали их развитию. Вместе со своим младшим братом Харальдом, впоследствии крупным математиком, Нильс рос в чрезвычайно благоприятном для развития его способностей социальном и научном окружении: "Я рос в семье с глубокими духовными интересами, где обычными были научные дискуссии; да и для моего отца вряд ли существовало строгое различие между его собственной научной работой и его живым интересом ко всем проблемам человеческой жизни". Так говорил Бор позднее о своем родительском доме.
Еще будучи учеником, Нильс Бор под руководством своего отца проводил небольшие физические опыты. В школьные годы для него не существовало трудностей, о которых вспоминали впоследствии другие известные физики. И в университете успехи молодого Бора были столь велики, что уже на втором году обучения профессор мог использовать его в качестве помощника. Вспомним о молодом Эйнштейне, которому после получения диплома так долго пришлось ждать места ассистента в высшей школе!
За экспериментальное исследование поверхностного натяжения воды, которое он провел в 1907 году в лаборатории своего отца на основе работ Рэлея, известного английского физика и лауреата Нобелевской премии, студент Бор был награжден золотой медалью Копенгагенской Академии наук. Это исследование осталось, собственно, его единственной большой экспериментальной работой. Обладая ярко выраженными склонностями и к экспериментальной физике, Бор принадлежал к тем физикам-теоретикам, которые экспериментировали только в годы своей юности.
Как и многие экспериментаторы того времени, Бор проводил свои опыты, используя самодельные приборы. При этом он работал с такой необычайной основательностью, что окончание работ всегда слишком затягивалось. Как он позднее рассказывал, отцу приходилось отсылать его к деду с бабушкой, чтобы там в сельском уединении, вдали от лаборатории, он наконец мог приступить к изложению на бумаге достигнутых результатов и их оценке.
Начинающий физик интересовался также и гуманитарными науками. Лекции философа Хёффдинга по формальной логике и по теории познания он слушал регулярно и так внимательно. что даже мог указать ученому на некоторые ошибки, допущенные им в одной из работ.
Лекции по философии имели для Бора только информативное значение. Хёффдинг не пытался выработать у своих слушателей определенную философскую систему; он излагал студентам проблемы философии, следуя процессу их развития в истории духовной жизни человечества, как бы заставляя слушателей участвовать в попытках отдельных философов и философских школ дать ответ на основные проблемы мышления.
По-видимому, молодой Бор не увлекся ни одной из философских систем. Однако известно, что ему очень нравились некоторые мысли Спинозы. Охотно читал он также сочинения своего соотечественника Кьеркегора, одного из предшественников экзистенциализма, восхищаясь больше их блестящим стилем, чем содержанием. Но более всего своим вниманием к философии Бор был обязан непритязательной книжке одного датского автора, в юмористической форме толковавшей диалектику Гегеля.
Двадцати пяти лет, в 1910 году, Нильс Бор получил степень доктора философии в университете своего родного города, написав работу по электронной теории металлов. Он расширил и углубил те методы исследований, которые были разработаны Дж.Дж. Томсоном и Г.А. Лоренцом. При этом он впервые столкнулся с квантовой гипотезой Планка.
После защиты диссертации молодой исследователь провел несколько месяцев в Кембридже в известной Кавендишской лаборатории, в которой тогда работал Дж.Дж. Томсон. Затем он направился в Манчестер к Эрнсту Резерфорду, одному из самых блестящих физиков-атомщиков начала XX века. Там он занимался вначале теоретическим исследованием торможения альфа– и бета-лучей, а затем приступил к изучению структуры атомов. Почти четыре года, если не считать временную доцентуру в Копенгагене, работал Бор под руководством Резерфорда.
Письма того времени свидетельствуют о его благодарности учителю (см. факсимиле).
Исходя из резерфордовской модели атома, Бор, вернувшись в Копенгаген, в начале 1913 года развил новый взгляд на строение атома водорода. При содействии Резерфорда его работа "О строении атомов и молекул" была опубликована в "Философикал Мэгэзин". В этой работе Бор творчески объединил идеи Резерфорда, Планка и Эйнштейна, спектроскопию и квантовую теорию.
На основе экспериментов по прохождению альфа-лучей сквозь вещество, связав их с работами Филиппа Ленарда и Жана Перрена, Резерфорд предположил, что атом состоит из положительно заряженного ядра, которое, несмотря на малый размер, заключает в себе почти всю массу атома, и какого-то числа отрицательно заряженных электронов, которые вращаются вокруг атомного ядра по орбитам, как планеты вокруг своего центрального светила. Химическую связь между атомами различных элементов Резерфорд объяснил своего рода взаимодействием между внешними электронами соседствующих атомов; она определяется атомным ядром только опосредованно: его электрическим зарядом, который регулирует число электронов в электрически нейтральном атоме.
Хотя эта модель атома позволяла объяснить некоторые физические и химические явления, однако она не подтверждалась опытом спектроскопии. Остающиеся неизменными, четко обозначенные спектры атомов нельзя было объяснить на основе представлений Резерфорда. Резерфордовский атом не согласовывался также с законами электродинамики Максвелла – Лоренца. При таком строении атом должен был быть в высшей степени неустойчивым, через кратчайшее время он бы распался, потому что вращающиеся электроны, потеряв свою энергию на излучение, упали бы на ядро и пришли бы в состояние покоя.
Против резерфордовской модели атома можно было выдвинуть еще одно возражение, которое Гейзенберг сформулировал так: "Никакая планетная система, которая подчиняется законам механики Ньютона, никогда после столкновения с другой подобной системой не возвратится в свое исходное состояние. В то время как, например, атом углерода остается атомом углерода и после столкновения с другими атомами или после того, как он, вступив во взаимодействие с другими атомами, образовал химическое соединение".
Заслуга Бора в том, что он устранил коренные недостатки, присущие модели, предложенной Резерфордом, введя учение о квантах света в теорию строения атома. Его "портрет атома" – это чисто механическая модель с ядром и электронами, которые вращаются вокруг ядра по оптимальным, жестко фиксированным орбитам, представляющая собой, по словам Бора, "маленькую механическую систему, которая в известных главных чертах напоминает нашу планетную систему". Однако ведет себя эта атомная система не так, как классическое механическое образование, которое может принимать и отдавать любое количество энергии, а совершенно по-иному, в соответствии с законами квантового учения.
Десять лет спустя Планк говорил, что смелость теории атомного механизма Бора и полнота его разрыва с укоренившимися и якобы надежными воззрениями не имеет себе равных в истории физической науки. Теория Бора блестяще согласовалась с фактами, что как раз и является важнейшей задачей теории. Наряду с несомненным дарованием в "искусстве синтеза" он обнаружил также отчетливое понимание действительности.
Ставшая всемирно известной атомная модель Бора построена на двух требованиях – "квантовых условиях".
Первое: электроны в атоме вращаются под влиянием кулоновских сил по известным свободным от излучения "квантовым орбитам", соответствующим определенным энергетическим уровням.
Движение электронов при этом определяется константой Планка и последовательностью целых чисел.
Второе: электроны совершают внезапные скачкообразные переходы, "квантовые скачки", между своими свободными от излучения орбитами. Частота колебаний испускаемого при этом света регулируется также квантом действия.
В результате того, что он ввел во внутриатомную динамику эти два кажущиеся произвольными постулата о квантах, точное математическое изложение которых было дано Зоммерфельдом, Бор смог построить удовлетворительную модель атома водорода как самого простого атома. "Тогда как первый постулат подчеркивает общую устойчивость атома, второй прежде всего имеет в виду существование спектров, состоящих из резких линий". Так объяснял Бор оба квантовых условия в своем нобелевском докладе.
Действительно, таким образом могли быть объяснены многие основополагающие результаты спектроскопических исследований. Бор смог расшифровать оптическое явление, которое до того не было разгадано: расположение спектральных линий атома водорода, закономерность которого установил в 1885 году швейцарский физик Иоганн Якоб Бальмер.
