Текст книги "Избранные научные труды"

Автор книги: Нильс Бор

сообщить о нарушении

Текущая страница: 25 (всего у книги 58 страниц)

Такие рассуждения сейчас же ставят вопрос, действительно ли обоснованно широко распространённое убеждение, что каждый ребенок рождается с предрасположением для восприятия какой-то своей особой человеческой культуры; может быть, мы скорее должны считать, что любая культура может быть насаждена и будет процветать на совершенно разных физических почвах. Конечно, мы здесь затрагиваем предмет ещё не разрешённых споров среди генетиков, которые занимаются интересными исследованиями о наследовании физических особенностей. В связи с такими спорами мы должны, однако, прежде всего помнить, что различение между генотипом и фенотипом ¹, столь плодотворное для разъяснения наследственности у растений и животных, существенно предполагает второстепенность влияния внешних условий жизни на характерные свойства вида. В случае же характерных свойств культур человеческих обществ проблема, однако, меняется на обратную в том смысле, что основой для классификации здесь являются традиционные обычаи, сформированные в ходе истории данного общества под влиянием естественного его окружения. Эти обычаи, так же как и их предпосылки, должны быть подробно проанализированы в первую очередь; лишь затем можно будет перейти к оценке влияния унаследованных биологических различий на развитие и сохранение соответствующих культур. Действительно, характеризуя разные нации и, более того, разные семейства внутри одной нации, мы в большей степени можем считать биологические признаки и духовные традиции независимыми друг от друга; и даже было бы соблазнительно считать прилагательное «человеческий» относящимся, по определению, исключительно к тем признакам, которые не связаны прямо с телесной наследственностью.

¹ Согласно БСЭ, «генотип» есть наследственная основа организма. «Фенотип» есть совокупность свойств и признаков организма, сложившихся в процессе его индивидуального развития. – Прим. ред.

С первого взгляда может показаться, что такая позиция означала бы излишнее подчёркивание чисто словесных вопросов. Но весь рост физических наук учит нас тому, что зародыш плодотворного развития часто таится именно в надлежащем выборе определений. Например, если мы подумаем о той ясности, которую внесла в разные отрасли науки аргументация теории относительности, мы действительно увидим, какой прогресс может заключаться в таких формальных усовершенствованиях. Как я уже намекал раньше в моем выступлении, релятивистские точки зрения, без сомнения, могут тоже способствовать более объективному взгляду на соотношения между человеческими культурами; различия между их традициями во многом походят на различия между эквивалентными способами описания физического опыта. Эта аналогия между физическими и гуманитарными проблемами имеет, однако, ограниченный размах, и преувеличение её привело даже к неправильному пониманию сущности самой теории относительности. В самом деле, единство релятивистской картины мира как раз и влечёт за собой возможность для всякого наблюдателя предсказывать в рамках своих собственных представлений, как другой наблюдатель будет описывать свой физический опыт в рамках понятий, естественных для него. Главными препятствиями для непредубеждённой точки зрения на отношение между разными человеческими культурами являются, однако, глубоко коренящиеся различия между традициями, составляющими тот фон, на котором основывается культурная гармония в разных человеческих обществах; эти различия и исключают всякое простое сравнение между такими культурами.

Главным образом именно в связи с этим точка зрения дополнительности выступает как средство справиться с положением. Действительно, при изучении человеческих культур, отличных от нашей собственной, мы имеем дело с особой проблемой наблюдения, которая при ближайшем рассмотрении обнаруживает много признаков, общих с атомными или психологическими проблемами; в этих проблемах взаимодействие между объектом и орудием измерения, или же неотделимость объективного содержания от наблюдающего субъекта, препятствует непосредственному применению общепринятых понятий, пригодных для объяснения опыта повседневной жизни. Особенно при изучении культур первобытных народов этнологи не только отдают себе отчёт о риске испортить такую культуру неизбежным контактом, но встречаются, кроме того, и с проблемой воздействия таких исследований на их собственную позицию как людей. Я имею здесь в виду хорошо знакомое исследователям неизвестных стран потрясение их собственных, до тех пор не осознанных предрассудков, которое они испытывают, встретив неожиданную внутреннюю гармонию, которую человеческая жизнь может представить даже при условиях и традициях, радикально отличных от их собственных. В качестве особо убедительного примера я мог бы напомнить вам, до какой степени в некоторых обществах роли мужчин и женщин противоположны нашим не только в отношении домашних и общественных обязанностей, но также и в отношении поведения и интеллекта. Многие из нас, может быть, сначала и откажутся допустить возможность того, что только из-за каприза судьбы люди, о которых идёт речь, имеют свою особую культуру, а не нашу, а у нас не их культура, а наша собственная. Всякое сомнение на этот счёт уже заключает в себе измену национальному самодовольству, свойственному всякой человеческой культуре, замкнутой в себе.

В атомной физике слово «дополнительность» употребляют, чтобы характеризовать связь между данными, которые получены при разных условиях опыта и могут быть наглядно истолкованы лишь на основе взаимно исключающих друг друга представлений. Употребляя теперь это слово в том же примерно смысле, мы поистине можем сказать, что разные человеческие культуры дополнительны друг к другу. Действительно, каждая культура представляет собой гармоническое равновесие традиционных условностей, при помощи которых скрытые потенциальные возможности человеческой жизни могут раскрыться так, что обнаружат новые стороны её безграничного богатства и многообразия. Конечно, в этой области не может быть и речи о таких абсолютно исключающих друг друга соотношениях, как те, какие имеются между дополнительными данными о поведении чётко определённых атомных объектов. Ведь едва ли существует культура, про которую можно было бы сказать, что она полностью самобытна. Наоборот, все мы знаем из многочисленных примеров, как более или менее тесный контакт между разными человеческими обществами может привести к постепенному слиянию традиций, из чего рождается совсем новая культура. Смешение народов в результате эмиграции или завоеваний имеет важное значение для прогресса человеческой цивилизации, и об этом едва ли нужно напоминать. Величайшая перспектива гуманитарных исследований, может быть, и состоит в том, чтобы, всё больше и больше расширяя наши знания по истории развития культуры, способствовать тому постепенному устранению предубеждений, которое является общей целью всех наук.

Как я уже подчеркнул в начале своего выступления, внести какой-нибудь непосредственный вклад в решение проблем, обсуждаемых знатоками на настоящем конгрессе, выходит далеко за мои возможности. Моей единственной целью было дать вам понятие об общей гносеологической позиции, которую мы вынуждены занять в области, столь далёкой от людских страстей, какой является анализ простых физических опытов. Я не знаю, однако, нашёл ли я нужные слова, чтобы дать вам это общее понятие, и, прежде чем закончу, я позволю себе рассказать вам про один случай, который очень ярко напомнил мне о моих ограниченных возможностях в этом отношении. Я хотел как-то объяснить одной аудитории, что я употребляю слово «предубеждение» без всякого оттенка осуждения других культур, но просто для того, чтобы характеризовать нашу неизбежно несколько предвзятую систему понятий. Для этого я в шутку напомнил о традиционнных предубеждениях, которые датчане питают по отношению к своим шведским братьям по ту сторону прекрасного Зунда, расстилающегося за этими окнами; братьям, с которыми мы сражались в течение столетий даже в стенах этого замка и из контакта с которыми мы в течение веков извлекли так много плодотворного вдохновения. Поймите же, какой удар я получил, когда после моего доклада один из слушателей подошёл ко мне и сказал, что он не понимает, за что я так ненавижу шведов. Очевидно, я выражался тогда довольно туманно, и боюсь, что и сегодня говорил очень непонятно. Тем не менее я надеюсь, что я всё же говорил не настолько неясно, чтобы могли возникнуть подобные недоразумения относительно цели и направленности моих рассуждений.

58 РАСЩЕПЛЕНИЕ ТЯЖЁЛЫХ ЯДЕР ^*

^*Desintegration of Heavy Nuclei. Nature, 1939, 143, 330.

Благодаря любезности проф. Мейтнер и д-ра Фриша я был ознакомлен с содержанием их писем, направленных недавно в «Nature». В первом из этих писем авторы интерпретируют замечательные результаты Гана и Штрассмана как указание на существование нового типа расщепления тяжёлых ядер, заключающегося в делении ядра на две части с приблизительно равными массами и зарядами, сопровождающемся выделением огромной энергии. Во втором письме д-р Фриш описывает эксперименты, в которых продукты распада непосредственно обнаруживаются по исключительно большой ионизации, которую они вызывают. В связи с исключительной важностью открытия деления ядер я хотел бы сделать несколько замечаний относительно механизма процесса деления с точки зрения общих соображений, развитых за последние годы, имея в виду объяснить основные черты ядерных реакций, наблюдавшихся к настоящему времени.

Согласно этим соображениям, всякая ядерная реакция, вызываемая столкновениями с частицами или γ-квантами, включает в себя в качестве промежуточной стадии образование составного ядра, в котором энергия возбуждения распределяется между различными степенями свободы подобно тому, как это имеет место при нагревании твердого тела или жидкости. Относительные вероятности различных возможных путей реакции определяются при этом соответствующими вероятностями снятия возбуждения путём освобождения энергии в виде γ-кванта или такого её перераспределения, которое приводит к тому или иному типу распада составного ядра. В случае обычных реакций, в которых этот распад состоит в испускании единственной частицы, указанное перераспределение заключается в концентрации большей части энергии на одной частице, находящейся на поверхности ядра, и напоминает обычное испарение с поверхности жидкой капли. Если же распад составного ядра можно уподобить делению такой капли на две капли меньших размеров, то необходимо, очевидно, чтобы энергия, распределённая квазитепловым образом, перешла бы в значительной своей части в некоторый специальный тип колебаний, соответствующий большим деформациям поверхности ядра.

В обоих случаях можно сказать, что ход процесса определяется флуктуацией в статистическом распределении энергии между различными степенями свободы системы, причём вероятность такого распределения существенно зависит как от величины энергии, которая должна сосредоточиться на определённом типе движения, так и от «температуры», соответствующей возбуждению всего ядра. Поскольку эффективные сечения распада ядра под действием нейтронов различных скоростей имеют тот же порядок величины, что и сечения обычных ядерных реакций, отсюда следует, что для наиболее тяжёлых ядер энергия деформации, достаточная для того, чтобы вызвать их деление, имеет тот же порядок величины, что и энергия, достаточная для освобождения отдельной ядерной частицы. Однако для более лёгких ядер, для которых до сих пор наблюдались лишь распады типа испарения (с вылетом отдельной частицы), энергия, необходимая для деления, должна быть значительно больше энергии связи частицы в ядре.

Изложенные обстоятельства непосредственно подтверждаются тем фактом, подчёркнутым Мейтнер и Фришем, что взаимное отталкивание электрических зарядов в ядре с большим атомным номером начинает конкурировать с короткодействующими силами притяжения ядерных частиц, препятствующих деформации ядра. Описанная ситуация в ядре в большей степени напоминает проблему стабильности заряженной жидкой капли; в частности, любая деформация ядра, достаточная для его деления, может рассматриваться приближённым образом в рамках классической механики, поскольку амплитуда соответствующих колебаний, очевидно, велика по сравнению с квантовомеханическими нулевыми колебаниями. Именно поэтому представляется возможным понять замечательную стабильность тяжёлых ядер в основном состоянии или в состояниях с малым возбуждением, хотя при их делении и могла бы выделиться большая энергия.

Продолжение экспериментов по исследованию нового типа ядерных превращений и прежде всего более тщательное изучение условий их протекания, несомненно, даст ценнейшую информацию о механизмах возбуждения ядер.

Институт перспективных исследований

Принстон, Нью-Джерси

20 января 1939 г.

59 РЕЗОНАНСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В РАСЩЕПЛЕНИИ УРАНА И ТОРИЯ И ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР ^*

^*Resonance in Uranium and Thorium Desintegrations and the Phenomenon of Nuclear Fission. Phys. Rev., 1939, 55, 418, 419.

Изучение ядерных превращений при бомбардировке нейтронами: урана и тория, начатое Ферми и его сотрудниками и продолженное в работах Мейтнер, Гана и Штрассмана, а также Кюри и Савича, пролило свет на целый ряд интересных явлений. Прежде всего, как было указано Мейтнер и Фришем ¹ обнаруженный недавно Ганом и Штрассманом радиоактивный изотоп бария, являющийся продуктом таких превращений, свидетельствует о новом типе ядерных реакций, в которых ядро делится на два ядра с меньшими зарядами и массами, причём в результате этого процесса выделяется энергия, превышающая сто миллионов электронвольт. Прямое доказательство существования так называемого деления ядер было дано Фришем ² в случае тория и урана. При этом наблюдалась очень интенсивная ионизация газа, вызванная осколками ядерного деления, движущимися с большой скоростью.

¹ L. Meitner, O. Frisch. Nature, 1939, 143, 239; в этой работе даны ссылки на предыдущие статьи.

² О. Frisch. Nature, 1939, 143, 276. Рукопись этой заметки (так же как и рукопись заметки проф. Мейтнер и д-ра Фриша) была любезно предоставлена мне авторами. Как я узнал из других дружески переданных мне сообщений, дальнейшие исключительно интересные сведения относительно явлений деления ядер получены в последнее время в ряде лабораторий Америки и Европы.

В недавней заметке ³, касающейся этой интереснейшей предложенной Мейтнер и Фришем трактовки ядерных превращений, происходящих под действием нейтронов, автор подчеркнул, что для описания хода этих реакций можно предположить, что они протекают в два этапа, точно так же, как это имеет место в обычных ядерных реакциях. Первой стадией является образование составного ядра, в котором энергия распределяется (между частицами ядра) подобно тому, как это имеет место в случае теплового движения частиц жидкости или твердого тела. Вторая стадия состоит в освобождении этой энергии в виде излучения или в переходе её в такую форму, которая приводит к распаду составного ядра. В случае обычных реакций, сопровождающихся испусканием из составного ядра протона, нейтрона или γ-кванта, мы имеем дело с концентрацией значительной части этой энергии возбуждения на одной частице, расположенной на поверхности ядра, так что количество этой энергии оказывается достаточным для её вылета из ядра. Этот процесс подобен явлению испарения молекулы из капли жидкости.

³ N. Воhг. Nature, 1939, 143, 330 (статья 58).

В случае явлений деления эта энергия должна переходить в некоторый специальный тип движения всего ядра, сводящийся к деформации его поверхности; эта деформация должна быть достаточно большой, чтобы привести к делению ядра, подобному делению жидкой капли на две капельки меньших размеров. Из статистико-механического рассмотрения, аналогичного тому, которое используется для описания ядерных реакций в терминах испарения, следует, что с увеличением заряда ядра вероятность деления становится сравнимой с вероятностью обычных ядерных реакций; это происходит тогда, когда энергия указанной деформации уменьшается до значений того же порядка величины, что и энергия, необходимая для вылета отдельной ядерной частицы.

Здесь я хотел бы указать, что это рассмотрение, по-видимому, позволяет без труда объяснить специфическую зависимость от скорости падающих нейтронов сечений различных процессов превращения в случае урана и тория (эта зависимость наблюдалась Мейтнер, Ганом и Штрассманом ⁴). В свете новых открытий, по-видимому, большое число наблюдавшихся процессов, в которых трудно разобраться на основе обычных представлений об ядерных реакциях, можно согласно Мейтнер и Фришу свести только к двум типам превращений. Один из них состоит в обычном радиационном захвате падающего нейтрона, сопровождающимся образованием составного ядра в основном состоянии с последующим его превращением в стабильное ядро путём испускания β-частицы. Другой тип превращения заключается в делении возбуждённого составного ядра, которое может происходить многими различными путями; при этом продукты такого деления обладают широким спектром значений масс и зарядов. Это обстоятельство, как мы увидим ниже, имеет особое значение для понимания некоторых специфических особенностей деления урана. Только внимательное изучение статистического распределения осколков деления позволяет выяснить происхождение конечного продукта реакции, обладающего химическими свойствами и данным периодом полураспада.

⁴ L. Meitner, О. Hahn, F. Stгassmann. Zs. f. Phys., 1937, 106, 249; 1938, 109, 538.

В случае процессов захвата, которые приводят к появлению радиоактивных изотопов урана и тория с периодами полураспада соответственно 24 и 33 мин, Мейтнер, Ган и Штрассман обнаружили существование резонансных явлений для нейтронов сравнительно малых скоростей. В уране, где это явление было изучено более полно, они нашли, что для нейтронов с энергией порядка 25 эв сечение захвата по меньшей мере в 30 раз превосходит сечение захвата тепловых нейронов. Поскольку в этой резонансной области сечение достигает значения 10^-21 см², указанные авторы считают, что, как с очевидностью следует из простых соображений дисперсионной теории, это явление следует приписать урану-238, преобладающему в естественной смеси изотопов урана. Из того обстоятельства, что и для урана, и для тория резонансный захват не сопровождается сколько-нибудь значительным увеличением сечения процесса деления, мы можем заключить далее, что вероятность излучения составного ядра в рассматриваемом возбуждённом состоянии значительно превосходит вероятность деления и что основное состояние этих ядер является по существу стабильным – с точностью до β-радиоактивности.

Что касается других процессов превращения, которые теперь следует связывать с делением ядер, существенное различие между ураном и торием было найдено в исследованиях Мейтнер, Гана и Штрассмана, а также в прямых экспериментах Фриша. В случае быстрых нейтронов было найдено, что сечения деления урана и тория имеют одинаковый порядок величины. Что же касается нейтронов тепловых скоростей, то в этом случае было обнаружено большое увеличение сечения деления именно для урана, но не для тория. Результаты для быстрых нейтронов могут быть просто объяснены в рамках общей картины ядерных процессов, обрисованной выше, в соответствии с которой мы должны ожидать, что вероятность деления возрастает с ростом возбуждения составного ядра более быстро, чем вероятность излучения, и становится значительно больше последней при высоких степенях возбуждения. Однако особенности взаимодействия медленных нейтронов с ураном, очевидно, не могут быть объяснены на основе приведённых выше соображений, если ограничиваться рассмотрением образования составного ядра с атомным номером 239. Но так как периоды полураспадов наиболее часто встречающихся радиоактивных осколков деления, как это уже отмечалось, не зависят от того, какой из изотопов подвергся делению, мы можем связать обсуждаемый эффект с делением возбуждённого ядра с массовым числом 236, которое образуется при попадании нейтрона в ядро редкого изотопа урана-235.

Из того обстоятельства, что энергия связи нейтрона в ядре с чётным номером значительно больше в случае чётного атомного веса, чем в случае нечётного, мы должны ожидать, что при данной скорости нейтрона энергия возбуждения составного ядра с атомным весом 236 будет значительно больше, чем с атомным весом 239. Соответственно этому в первом случае будет наблюдаться более плотное распределение резонансных уровней и значительно большая вероятность деления, чем во втором. Поэтому даже при возбуждении ядра медленными нейтронами вероятность деления ядра урана-236 будет значительно больше, чем вероятность радиационного захвата. Благодаря соответствующему уширению уровней энергетический спектр ядра урана-236 в рассматриваемой области может оказаться непрерывным. Тогда при условии, что вероятность деления достаточно велика, мы должны для малых энергий нейтронов ожидать обратно пропорциональной зависимости сечения деления от скорости нейтронов. Это позволяет объяснить как наблюдаемые вероятности рассматриваемых процессов, вызываемых тепловыми нейтронами, так и отсутствие каких-либо существенных эффектов в случае нейтронов более высоких скоростей. Для быстрых нейтронов сечение, разумеется, не может превосходить геометрические размеры ядра и вследствие малого количества рассматриваемого изотопа урана-235 число случаев его деления будет значительно меньше, чем число случаев деления преобладающего изотопа.

Поэтому представляется, что все известные экспериментальные факты получают простое объяснение без каких-либо дополнительных предположений об особых свойствах некоторых уровней. Подобные предположения, которые до настоящего времени считалось необходимым принимать для объяснения рассмотренных явлений, в действительности было бы трудно согласовать с общими представлениями о возбуждении ядер. Более подробное обсуждение механизма деления и стабильности тяжёлых ядер в их основном и возбуждённом состояниях будет опубликовано в статье автора, написанной в сотрудничестве с проф. Дж. А. Уилером.

Институт перспективных исследований

Принстон, Нью-Джерси

7 февраля 1939 г.