Текст книги "Избранные научные труды"

Автор книги: Нильс Бор

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 58 страниц)

Главный источник знаний о строении атомных ядер – изучение их распада и превращений; однако важная информация получается также из обычного спектрального анализа. Как было отмечено, сверхтонкая структура спектральных линий позволяет нам получить сведения о магнитных моментах и моментах количества движения атомных ядер, а из чередования интенсивностей в полосатых спектрах мы выводим статистику, которой подчиняются ядра. Можно думать, что интерпретация этих результатов лежит в значительной степени вне сферы действия теперешней квантовой механики; в частности, идея спина оказывается неприменимой к внутриядерным электронам, как было впервые подчёркнуто Кронигом. Это выступает особенно ясно из данных относительно статистики ядер. Верно, что уже отмеченный факт подчинения ядер гелия статистике Бозе есть как раз то, что ожидалось из квантовой механики для систем, составленных из чётного числа частиц, которые подобно электронам и протонам удовлетворяют принципу исключения Паули. Но следующее ядро, для которого имеются данные относительно статистики, а именно ядро азота, подчиняется также статистике Бозе, хотя оно состоит из нечётного числа частиц – 14 протонов и 7 электронов, и таким образом должно подчиняться статистике Ферми. В самом деле, общие экспериментальные данные относительно этого пункта, по-видимому, следуют такому правилу, что ядра, содержащие чётное число протонов, подчиняются статистике Бозе, тогда как ядра, содержащие нечётное число протонов, – статистике Ферми. С одной стороны, эта удивительная «пассивность» внутриядерных электронов в определении статистики есть, в самом деле, весьма прямое указание на существенное ограничение идеи отдельных динамических единиц в применении к электронам. Строго говоря, мы не находим оправдания даже утверждению, что ядро содержит определённое число электронов; можно говорить только о том, что его отрицательный электрический заряд равен целому числу элементарных единиц, и в этом смысле испускание β-лучей из ядра может рассматриваться как создание электрона как некой механической единицы. С другой стороны, только что упомянутое правило относительно статистики ядер можно рассматривать, с этой точки зрения, как подтверждение существенной законности квантовомеханической трактовки поведения α-частиц и протонов в ядрах. Фактически такая трактовка очень плодотворна также для объяснения их участия в самопроизвольных и искусственно вызываемых ядерных расщеплениях.

Через десять лет, прошедших со времени фундаментальных открытий Резерфорда, накоплено большое количество чрезвычайно ценных данных по этому вопросу в основном благодаря большой исследовательской работе в этой новой области, проведённой под его руководством в Кавендишской лаборатории. Таким образом, с теоретической точки зрения, одним из наиболее интересных результатов новейшего развития атомной теории является использование вероятностного рассмотрения для формулировки фундаментального закона распада, который в то время был совершенно изолированной и очень смелой гипотезой; оно оказалось полностью соответствующим общим идеям квантовой механики. Уже на более примитивной стадии развития квантовой теории этот пункт затрагивался Эйнштейном в связи с его формулировкой вероятностных законов элементарных процессов излучения и был затем подчёркнут Росселандом в его плодотворной работе по обратным столкновениям. Однако именно волновомеханический формализм впервые создал основу для детального истолкования радиоактивного распада в полном соответствии с выводом Резерфорда о размерах ядер, сделанным из рассеяния α-лучей. Как было отмечено Кондоном и Гэрни и независимо Гамовым, волновомеханический формализм в сочетании с простой моделью ядра приводит к поучительному объяснению закона α-распада, а также специфического соотношения, известного как правило Гейгера—Нэттола, между средним временем жизни исходного элемента и энергией испущенной α-частицы. Особенно Гамову удалось распространить квантовомеханическую трактовку ядерных проблем на общий качественный учёт связи между α– и γ-спектрами, в которой идеи стационарных состояний и элементарных процессов перехода играют ту же роль, что и в случае обычных атомных превращений и оптических спектров. В этих исследованиях α-частицы в ядрах рассматриваются подобно внеядерным электронам в атомах, однако с той характерной разницей, что α-частицы подчиняются статистике Бозе и удерживаются в ядре благодаря взаимодействию их самих, в то время как электроны, подчиняющиеся статистике Ферми, удерживает в атоме притяжение ядра. Это обстоятельство наряду с другими причинами ответственно за малую скорость испускания энергии, в виде γ-излучения, возбуждёнными ядрами, которая сравнима даже со скоростью обмена механической энергией между такими ядрами и окружающими их электронными оболочками, так называемой внутренней конверсии. Действительно, в противоположность атому, построенному из отдельных положительно и отрицательно заряженных частиц, система, подобная ядру и состоящая только из α-частиц, никогда не будет обладать электрическим моментом, и в этом отношении едва ли можно ожидать, что добавочные протоны и отрицательные заряды реальных ядер могут существенно изменить положение. Помимо таких простых приложений принципа соответствия наше незнание сил, действующих на α-частицы и протоны в ядрах, которые, надо думать, существенно зависят от отрицательных зарядов, не допускает в настоящее время теоретические предсказания более количественного характера. Многообещающее средство исследования этих сил предоставляет нам изучение контролируемых ядерных расщеплений и смежных явлений. Поскольку это касается поведения α-частиц и протонов, можно, следовательно, с помощью квантовой механики постепенно построить детальную теорию строения ядра, из которой мы можем в свою очередь получить дальнейшую информацию о новых аспектах атомной теории, которые представляются проблемой отрицательных электрических зарядов в ядрах.

Что касается этого последнего вопроса, большой теоретический интерес недавно вызвали своеобразные особенности испускания β-лучей. С одной стороны, исходные элементы имеют определённую скорость распада, выраженную простым вероятностным законом так же, как в случае α-распада. С другой стороны, обнаружено, что энергия, освобождающаяся в отдельном β-превращении, варьирует в пределах широкого непрерывного интервала, тогда как энергия, излучаемая при α-распаде, при учёте сопровождающего электромагнитного излучения и превращения в механическую энергию, видимо, является одинаковой для всех атомов одного и того же элемента. Если испускание β-лучей из атомных ядер, вопреки ожиданию, является не спонтанным процессом, но обусловлено некоторым внешним фактором, то применение принципа сохранения энергии к β-распаду означало бы, что атомы какого-либо заданного радиоактивного элемента имеют различную энергию. Хотя соответствующие вариации масс были бы слишком малы, чтобы их можно было обнаружить существующими экспериментальными методами, такие конечные разности энергий индивидуальных атомов было бы очень трудно согласовать с другими свойствами их. Во-первых, мы не находим аналогии таким вариациям в области нерадиоактивных элементов. В самом деле, поскольку это касается исследований статистики ядер, найдено, что ядра любого типа, имеющие один и тот же заряд и в пределах экспериментальной точности одну и ту же массу, должны подчиняться определённой статистике в квантовомеханическом смысле; это значит, что такие ядра должны рассматриваться не как приближённо равные, а как существенно тождественные. Этот вывод является тем более важным для наших рассуждений, что при отсутствии какой-либо теории внутриядерных электронов рассматриваемая тождественность никоим образом не является следствием квантовой механики, подобно тождественности внеядерных электронных конфигураций всех атомов некоторого элемента в некотором данном стационарном состоянии, но представляет собой новую фундаментальную черту атомной стабильности. Во-вторых, нельзя найти никакого доказательства вариации энергии обсуждаемого типа при изучении стационарных состояний радиоактивных ядер, связанных с испусканием членами радиоактивного семейства α– и γ-лучей, предшествующих или следующих за образованием β-лучей. Наконец, определённая скорость распада, которая является общей чертой α– и β-превращений, указывает даже для β-радиоактивных ядер на существенное сходство всех исходных атомов, несмотря на вариацию энергии, освобождающейся при испускании β-лучей. При отсутствии общей последовательной теории, включающей в себя соотношение между присущей электронам и протонам стабильностью и существованием элементарных квантов электричества и действия, очень трудно прийти к определённому заключению в этом вопросе. Однако на современном этапе развития атомной теории мы можем сказать, что не существует эмпирических или теоретических аргументов для подтверждения закона сохранения энергии в случае β-распада, и попытки сделать это даже приводят к осложнениям и трудностям. Конечно, радикальный отход от этого закона заключал бы в себе странные следствия в случае, если бы такой процесс мог быть обращён. В самом деле, если бы в некотором процессе столкновения электрон мог поглотиться ядром с потерей его механической индивидуальности и, следовательно, мог быть воссоздан как β-частица, мы нашли бы, что энергия этой β-частицы вообще отличалась бы от энергии исходного электрона. Точно так же, как учёт таких аспектов строения атома существен для объяснения обычных физических и химических свойств материи и означает отказ от классического идеала причинности, ещё не вскрытые особенности стабильности атомов, ответственные за существование и свойства атомных ядер, могут заставить нас отказаться от самой идеи сохранения энергии. Я не буду дальше входить в такие рассуждения и в их возможную связь с много обсуждавшимся вопросом об источнике энергии звёзд. Я коснулся этого вопроса главным образом для того, чтобы подчеркнуть, что в атомной теории, несмотря на весь её новейший прогресс, мы должны ещё быть готовы к новым сюрпризам.

*

При оценке современного положения в теории атома существенно осознать, что всё классическое описание явлений природы зависит от свойственной обычным материальным телам стабильности и что поэтому мы не должны особенно удивляться, если в той области науки, где эта стабильность сама является предметом исследования, мы встретимся с новыми аспектами естествознания. В преодолении нерешённых трудностей, связанных с этой ситуацией, нас больше всего ободряет пример людей, подобных Фарадею, которые, идя непроторёнными путями, знали, как найти надёжную руководящую идею для раскрытия тайн природы в самой природе. Непривычный характер взглядов, к которым ведут такие стремления, будет, естественно, часто казаться таинственным; но, как с особой силой подчеркнул Гельмгольц, именно общий научный метод Фарадея позволил ему более, чем кому-либо ещё, сделать вклад в достижение великой цели: «очистить науку от последних остатков метафизики». В заключение этой лекции я могу позволить себе выразить надежду, что современные попытки развития атомной теории не изменили в этом отношении тому великому примеру, который показал нам Фарадей, и что новые аспекты естествознания, имеющие тенденцию быть в гармонии со знаниями, собранными химиками и физиками в соответствующих областях, далеки от того, чтобы включать какую-либо таинственность, чуждую духу науки, и будут способствовать достижению великой общей цели.

38 СВЕТ И ЖИЗНЬ ^*

^*Light and Life, II^e Congrès Intern. de la Lumière. Copenhagen, 1932; Nature, 1933. 131, 421-423, 457-459.

Как физик, чьи исследования ограничиваются свойствами неодушевлённых тел, я не без колебаний принял любезное приглашение выступить с речью перед этим собранием учёных, которые встретились для того, чтобы способствовать нашему познанию благотворного действия света при лечении болезней. Будучи не в состоянии внести новое в эту прекрасную отрасль науки, столь важную для благосостояния человечества, я мог бы самое большее поговорить о чисто неорганических световых явлениях, которые во все времена особенно привлекали к себе физиков хотя бы потому, что свет является нашим главным орудием наблюдения. Однако я подумал, что в данном случае, может быть, будет интереснее рассмотреть в таком обсуждении вопрос о том, насколько результаты, достигнутые в более ограниченной области, а именно в физике, могут повлиять на наши взгляды на положение, занимаемое живыми организмами внутри общего здания естественных наук. Несмотря на утонченный и неуловимый характер загадок жизни, эта проблема возникала на каждой стадии развития науки, поскольку самое существо научного объяснения состоит в разложении более сложных явлений на более простые. В данный момент этой старой проблеме придаёт новый интерес то обстоятельство, что недавнее развитие атомной теории выявило существенную ограниченность механистического описания явлений природы. Это развитие как раз и началось с более пристального изучения взаимодействия между светом и материальными телами; оказалось, что некоторые особенности этого взаимодействия несовместимы с известными требованиями, выполнение которых всегда считалось обязательным для всякого физического объяснения. Как я попытаюсь показать, усилия физиков овладеть положением в какой-то мере похожи на позицию биологов, которую те всегда занимали более или менее интуитивно перед проявлениями жизни. Тем не менее я хочу сразу же подчеркнуть, что аналогия между светом и жизнью существует только в этом чисто формальном отношении, поскольку свет является, пожалуй, наименее сложным из всех физических явлений, а жизнь представляет такое необозримое разнообразие, что едва поддаётся научному анализу.

С физической точки зрения свет можно определить как передачу энергии на расстояние между материальными телами. Такие эффекты находят себе, как известно, простое объяснение в рамках электромагнитной теории, которую можно считать рациональным расширением классической механики, пригодным для того, чтобы смягчить контраст между действием на расстоянии и действием при соприкосновении. По этой теории свет представляет электрические и магнитные колебания, связанные между собой и отличающиеся от обычных радиоволн только большей частотой колебаний и меньшей длиной волны. В самом деле, практически прямолинейное распространение света, на котором основана локализация тел прямым видением или с помощью оптических приборов, всецело зависит от малости длины волны по сравнению с размерами рассматриваемых тел, я также приборов. В то же время волновой характер распространения света важен в двух отношениях. Он не только даёт основу для объяснения цветовых явлений, которые благодаря спектроскопии дали столь важную информацию о строении материальных тел; волновой характер света существенно важен также и для всякого уточнённого анализа оптических явлений. В качестве типичного примера я упомяну лишь об интерференционных полосах, которые возникают, если свет от одного источника может идти к экрану двумя различными путями. Здесь мы видим, что эффекты, которые были бы вызваны каждым из двух лучей света в отдельности, усиливаются в тех точках экрана, где фазы обоих цугов волн совпадают, т. е. там, где электрические и магнитные колебания обоих лучей имеют одинаковое направление, тогда как эффекты ослабляются и могут даже совсем исчезнуть в тех точках, где направления этих колебаний противоположны, т. е. там, где оба цуга волн находятся, как говорят, в противофазе. Эти интерференционные полосы представляют такую убедительную проверку волновой картины распространения света, что её уже нельзя рассматривать как гипотезу в обычном смысле этого слова; эту картину надлежит считать адекватным отчётом о наблюдаемых явлениях.

Несмотря на это, в недавние годы проблема природы света подверглась, как вы все знаете, новому обсуждению в связи с обнаружением в механизме передачи энергии важного свойства атомистичности, совершенно непонятного с точки зрения электромагнитной теории. Действительно, всякая передача энергии светом может быть прослежена вплоть до индивидуальных актов, в каждом из которых передаётся так называемый световой квант; энергия его равна произведению частоты электромагнитных колебаний на квант действия (постоянную Планка). Очевидная противоположность между такого рода атомистичностью светового эффекта и вытекающей из электромагнитной теории непрерывностью распространения энергии ставит перед нами дилемму такого характера, какой до сих пор не было известно в физике. Так, несмотря на явную недостаточность волновой картины распространения света, не может быть и речи о замене её какой-нибудь другой картиной, которая опиралась бы на обычные механистические понятия. Следует особо подчеркнуть, что световые кванты не могут рассматриваться как частицы, которым можно было бы приписать точно определённый путь в смысле обычной механики. Если бы мы, желая убедиться в том, что световая энергия идёт только по одному из двух путей между источником и экраном, задержали один из лучей непрозрачным телом, то интерференционные полосы исчезли бы начисто; совершенно так же и в любом явлении, для которого существенна волновая природа света, невозможно проследить путь индивидуального светового кванта, не нарушая существенно само исследуемое явление. Действительно, пространственная непрерывность распространения света в нашей картине и атомистичность световых эффектов являются дополнительными аспектами одного и того же явления. Дополнительность мы понимаем в том смысле, что оба аспекта отображают одинаково важные свойства световых явлений, причём эти свойства не могут вступать в явное противоречие друг с другом, поскольку более подробный анализ их на основе понятий механики потребовал бы взаимно исключающих экспериментальных установок. В то же время самая эта ситуация заставляет нас отказаться от полного причинного описания световых явлений и довольствоваться вероятностными законами, основанными на том факте, что электромагнитное описание передачи энергии остаётся справедливым в статистическом смысле. Последнее заключение представляет типичное приложение так называемого принципа соответствия, выражающего стремление до предела использовать понятия классических теорий – механики и электродинамики, – несмотря на противоположность между этими теориями и квантом действия.

На первый взгляд такая ситуация может показаться крайне неприятной. Но в науке и раньше случалось, что новые открытия приводили к установлению существенных ограничений для понятий, которые до тех пор считались не допускающими исключений. В таких случаях нас вознаграждает приобретение более широкого кругозора и более широких возможностей устанавливать связь между явлениями, которые прежде могли казаться даже противоречащими друг другу. И в самом деле, ограничение классической механики, символизируемое квантом действия, дало нам ключ к пониманию свойственной атомам устойчивости, на которой существенно основано механистическое описание природы. Конечно, фундаментальной чертой атомной теории всегда была невозможность понять неделимость атомов, оставаясь в рамках механических понятий; это положение практически не изменилось и после того, как неделимость атомов была заменена неделимостью электронов и протонов, из которых построены атомы и молекулы. Но я говорил выше не об устойчивости, свойственной этим элементарным частицам, а об устойчивости состоящих из них атомных структур. Если мы подойдём к этой проблеме с точки зрения механики или электромагнитной теории, то мы не найдём достаточной основы для объяснения не только характерных свойств элементов, но даже и самого существования твердых тел (а на них в конечном счете опираются все измерения, служащие для локализации явлений природы в пространстве и времени). Эти затруднения теперь преодолены благодаря признанию того факта, что всякое поддающееся определению изменение атома есть индивидуальный акт, состоящий в полном переходе атома из одного его так называемого стационарного состояния в другое. Кроме того, раз в процессе перехода, в котором атом поглощает или испускает свет, происходит обмен только одним световым квантом, мы можем при помощи спектроскопических наблюдений непосредственно измерить энергию каждого из этих стационарных состояний. Полученные таким образом сведения были весьма убедительно подтверждены изучением того обмена энергией, который происходит при атомных столкновениях и при химических реакциях.

За последние годы произошло поразительное развитие атомной механики в направлении, указанном принципом соответствия. Благодаря этому наше теоретическое отображение свойств атомов стало столь же полным, как отображение астрономических данных ньютоновой механикой. Несмотря на всю сложность общих проблем атомной механики, для её развития оказался чрезвычайно важным урок, преподанный нам анализом более простых световых эффектов. Так, между однозначным применением понятия стационарных состояний и механическим анализом внутриатомных движений существует то же соотношение дополнительности, какое существует между световым квантом и электромагнитной теорией излучения. Действительно, всякая попытка подробно проследить, как протекает процесс перехода, повлекла бы за собой неконтролируемый обмен энергией между атомом и измерительным прибором, что совершенно нарушило бы тот самый баланс энергии, который мы собирались исследовать. Причинное согласование опытных данных по законам механики выполнимо только в тех случаях, где действие велико по сравнению с квантом и где поэтому возможно подразделение явления. Если это условие не выполнено, то нельзя пренебрегать действием измерительного прибора на исследуемый объект; действие же это влечёт за собой несовместимость различных типов информации, которые все необходимы для полного механистического описания в обычном смысле. Эта кажущаяся неполнота механического анализа атомных явлений в конечном счете происходит от присущей всякому измерению неопределённости в реакции объекта на измерительные приборы. Напомним, что общее понятие относительности выражает существенную зависимость всякого явления от системы отсчёта, которой пользуются для его локализации в пространстве и времени. Подобно этому понятие дополнительности служит для того, чтобы символизировать имеющееся в атомной физике существенное ограничение понятия объективно существующего явления в смысле явления, не зависимого от способов его наблюдения.

Этот пересмотр основ механики, затрагивающий самое понятие физического объяснения, не только важен для полного понимания положения в атомной физике, но и создаёт новый фон для дискуссии о проблемах жизни в их связи с физикой. Это никоим образом не значит, что в атомных явлениях мы встречаем черты более близкого сходства со свойствами живых организмов, чем это наблюдается в обычных физических явлениях. На первый взгляд может показаться, что существенно статистический характер атомной механики противоречит поразительно утонченной организации живых существ. Однако мы должны помнить, что как раз этот дополнительный способ описания и оставляет место для тех закономерностей атомных процессов, которые чужды механике; он столь же важен для нашего отчёта о поведении живых организмов, как и для объяснения специфических свойств неорганической материи. Так, в ассимиляции растениями углерода, от которой так сильно зависит также и питание животных, мы имеем дело с явлением, для понимания которого, несомненно, существенна индивидуальность фотохимических процессов. Точно так же немеханическая устойчивость атомных структур явно проявляется в характерных свойствах таких очень сложных химических соединений, как хлорофилл или гемоглобин, играющих фундаментальную роль в механизме растительной ассимиляции и в дыхании животных. Однако аналогии из области обычных химических фактов вроде старого сравнения жизни с огнём дадут, конечно, не более удовлетворительное объяснение живых организмов, чем даёт их сопоставление с таким чисто механическим устройством, как часовой механизм. В самом деле, важные характерные особенности живых существ надо искать в их своеобразной организации, в которой свойства, поддающиеся анализу на основе обычной механики, так переплетаются с типично атомными чертами, как никогда не бывает в неорганической материи.

Поучительный пример того, до какой степени развита эта организация, представляет устройство и работа глаза; при его исследовании тоже была крайне полезна простота световых явлений. Мне незачем входить здесь в подробности, и я лишь напомню вам, что офтальмология раскрыла нам идеальные свойства человеческого глаза как оптического прибора. Действительно, предел, налагаемый на образование изображения неизбежными эффектами интерференции, практически совпадает с размерами тех частиц сетчатой оболочки, которые имеют самостоятельные нервные связи с мозгом. Для получения зрительного впечатления достаточно поглощения единичного светового кванта каждой такой частицей; поэтому можно сказать, что чувствительность глаза достигает предела, поставленного атомным характером световых процессов. Эффективность глаза в обоих этих отношениях фактически такая же, какую мы получаем в хорошем телескопе или микроскопе, соединённом с усилительным устройством, позволяющим наблюдать индивидуальные процессы. Правда, такими приборами можно сильно увеличить нашу наблюдательную способность, но благодаря пределам, поставленным фундаментальными свойствами световых явлений, невозможно придумать прибор, который был бы эффективнее глаза для той цели, для которой он предназначен. Это идеальное совершенство глаза, открытое благодаря недавнему развитию физики, наводит на мысль, что и другие органы, служат ли они для восприятия информации от окружающей среды или же для реакции на ощущения, тоже обнаружат такую же приспособленность к своему назначению и что также и здесь свойство индивидуальности, символизируемое квантом действия, имеет решающее значение для работы соответствующего усилительного механизма. Тот факт, что этот предел можно было проследить в глазу, но что его до сих пор не удалось заметить ни в одном из других органов, связан исключительно с простотой световых явлений, о которой мы говорили выше.

Признание важного значения черт атомистичности в механизме живых организмов само по себе не является, однако, достаточным для всестороннего объяснения биологических явлений. Исходный вопрос состоит, таким образом, в том, не следует ли добавить к нашему анализу явлений природы ещё какие-то недостающие пока фундаментальные идеи, прежде чем мы сможем достигнуть понимания жизни на основе физического опыта. Несмотря на тот факт, что многообразие биологических явлений практически неисчерпаемо, едва ли можно дать ответ на этот вопрос, не обсудив, какой смысл следует придавать понятию «физическое объяснение» – смысл ещё более глубокий, чем тот, к которому нас уже принудило открытие кванта действия. С одной стороны, поразительные свойства, которые постоянно обнаруживаются при физиологических исследованиях и которые столь заметно отличаются от всего, что известно для неорганической материи, привели биологов к убеждению, что надлежащее понимание существенных сторон жизни в рамках чистой физики невозможно. С другой стороны, точка зрения, известная как витализм, едва ли может быть однозначно выражена в форме предположения, что существует какая-то особая, не известная физике жизненная сила, которая и управляет органической жизнью. Действительно, я думаю, мы все согласны с Ньютоном: самый глубокий фундамент науки – это уверенность в том, что в природе одинаковые явления наступают при одинаковых условиях. Поэтому если бы мы могли продвинуть анализ механизма живых организмов столь же далеко, как это сделано для атомных явлений, то мы едва ли бы нашли тогда какие-то свойства, чуждые неорганической материи. Рассматривая эту дилемму, мы должны, однако, помнить, что нельзя непосредственно сравнивать условия при биологических и при физических исследованиях, так как необходимость сохранить объект исследования живым налагает на первые ограничение, не имеющее себе подобного в последних. Так, мы, без сомнения, убили бы животное, если бы попытались довести исследование его органов до того, чтобы можно было сказать, какую роль играют в его жизненных отправлениях отдельные атомы. В каждом опыте над живыми организмами должна оставаться некоторая неопределённость в физических условиях, в которые они поставлены; возникает мысль, что минимальная свобода, которую мы вынуждены предоставлять организму, как раз достаточна, чтобы позволить ему, так сказать, скрыть от нас свои последние тайны. С этой точки зрения самое существование жизни должно в биологии рассматриваться как элементарный факт, подобно тому как в атомной физике существование кванта действия следует принимать за основной факт, который нельзя вывести из обычной механической физики. Действительно, существенная несводимость факта устойчивости атомов к понятиям механики представляет собой близкую аналогию с невозможностью физического или химического объяснения своеобразных отправлений, характеризующих жизнь.

Проводя эту аналогию, мы должны, однако, помнить, что в атомной физике и в биологии мы имеем дело с существенно различными проблемами. Если в первой области мы интересуемся прежде всего поведением материи в её самых простых формах, то в биологии мы занимаемся материальными системами, сложность которых имеет фундаментальный характер, ибо даже самые примитивные организмы содержат большое число атомов. Правда, то обстоятельство, что обычная механика применима в обширной области, включая описание действия измерительных приборов, используемых в атомной физике, как раз и основано на возможности в широкой мере пренебрегать порождаемой квантом действия дополнительностью описания в тех случаях, когда мы имеем дело с телами, содержащими большое число атомов. Однако, несмотря на важное значение атомистичности, для биологических исследований типично, что мы никогда не можем контролировать внешние условия, в которые поставлен каждый отдельный атом, в той же мере, в какой это возможно при фундаментальных опытах атомной физики. Фактически мы даже не можем сказать, какие именно из атомов действительно принадлежат живому организму, так как всякое жизненное отправление сопровождается обменом веществ, благодаря которому атомы постоянно захватываются организацией, составляющей живое существо, и из неё выбрасываются. Действительно, этот обмен материей распространяется на все части живого организма до такой степени, что это препятствует резкому разграничению в атомном масштабе между теми его свойствами, которые можно однозначно учесть обычной механикой, и теми, для которых решающим является учёт кванта действия. Это фундаментальное различие между физическими и биологическими исследованиями означает, что нельзя поставить чётко определённый предел применимости физических идей к проблемам жизни – предел, которому соответствовала бы в атомной механике разница между областью причинного механистического описания и собственно квантовыми явлениями. Эта очевидная неполнота рассматриваемой аналогии коренится в самих определениях слов «жизнь» и «механика», которые в конце концов являются вопросом удобства. С одной стороны, вопрос об ограниченной применимости физики в биологии потерял бы всякий смысл, если бы мы распространили понятие жизни на все явления природы вместо того, чтобы устанавливать различия между живыми организмами и неодушевлёнными телами. С другой стороны, если бы в согласии с обычным языком мы сохранили слово «механика» для однозначного причинного описания явлений природы, то такой термин, как «атомная механика», стал бы бессмысленным. Я не буду углубляться дальше в такие чисто терминологические вопросы и только добавлю, что сущность рассматриваемой аналогии – это очевидное антагонистическое отношение между такими типичными сторонами жизни, как самосохранение и размножение индивидуумов, с одной стороны, и необходимое для всякого физического анализа подразделение объекта, с другой. Благодаря этой важной черте дополнительности понятие цели, чуждое механистическому анализу, находит некоторую область приложения в биологии. В самом деле, в этом смысле телеологическую аргументацию можно рассматривать как законную черту физиологического описания, должным образом учитывающую характерные свойства жизни, подобно тому как в атомной физике признание кванта действия учитывается принципом соответствия.