Текст книги "Избранные научные труды"

Автор книги: Нильс Бор

сообщить о нарушении

Текущая страница: 46 (всего у книги 58 страниц)

84 ПРЕДИСЛОВИЕ К СБОРНИКУ «ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА XX ВЕКА» ^*

^*Foreword. В сб.: «Theoretical Physics in the Twentieth Century. A memorial volume to Wolfgang Pauli». N. Y., 1960.

Прогресс физики в нашем столетии характеризуется не только расширением круга познаний, но равным образом и построением новых теоретических основ для анализа и синтеза экспериментальных данных. Вольфганг Паули, памяти которого посвящается эта книга, внёс в этот прогресс огромный вклад не только собственными выдающимися работами, но и тем вдохновением и воодушевлением, которые мы все от него получали.

Глубокая интуиция и способность к критическим суждениям проявились у Паули очень рано в его известной энциклопедической статье по теории относительности, опубликованной, когда ему было всего 20 лет. Эта статья до сих пор остаётся одним из наиболее ценных пособий, в котором изложены основы и общее содержание первоначальных идей Эйнштейна. Раннее знакомство Паули с этой теорией, содержавшей радикальный пересмотр фундаментальных физических понятий, а также отличное владение математическим аппаратом подготовили почву для важного вклада в квантовую физику.

Теория относительности уже в руках Эйнштейна достигла высокой степени совершенства как в своих принципах, так и в приложениях, тогда как в квантовой теории положение было совсем иным. Далёкое от того, чтобы дать общую картину явлений в атомных масштабах, великое открытие Планком кванта действия представляло собой попытку включения совершенно новых элементов понятий в последовательное описание физических процессов. Как известно, путь к этой цели, усеянный многими препятствиями, был проложен лишь постепенно совместным трудом целого поколения физиков.

Окончив школу в Вене, Паули продолжил образование в Мюнхене под руководством Зоммерфельда, уникальное мастерство которого в области математической физики оказывало глубокое влияние на всех его учеников. Позднее Паули поддерживал тесный контакт со своим старым учителем и часто говорил о нем с любовью и восхищением. Когда Паули после совместной работы с Борном в Гёттингене прибыл в 1922 г. в Копенгаген, он со своим остро критическим и неустанно ищущим умом стал для нашей группы истинным источником воодушевления. Особенно понравилось всем нам его интеллектуальное благородство, проявлявшееся с прямотой и юмором как в научных дискуссиях, так и в простых человеческих взаимоотношениях.

В те годы всеобъемлющие методы квантовой физики ещё не были созданы, и интерпретация экспериментальных данных основывалась главным образом на принципе соответствия, в котором выражена попытка сохранения классического описания до предельной степени, совместимой с индивидуальностью атомных процессов. Такая эмпирическая процедура позволила более или менее последовательно использовать спектральные данные для того, чтобы получить картину связывания электронов в атомах и, в частности, найти первый подход к интерпретации взаимоотношений между физическими и химическими свойствами элементов.

Я живо вспоминаю дискуссии с Паули, в которых он выражал свою неудовлетворённость слабостью аргументации, на которой основывалась попытка объяснить особую стабильность замкнутых электронных оболочек, имеющую столь фундаментальное значение для объяснения периодичности в свойствах элементов, расположенных в соответствии с зарядом их ядер. Обоснованность его замечаний самым поразительным образом была доказана неустанными работами Паули в последующие годы, завершившимися открытием принципа запрета, выражающего фундаментальное свойство систем тождественных частиц, для которого, как и для самого кванта действия, классическая физика не имеет аналога.

Изобретательность, с которой Паули использовал в те годы соображения принципа соответствия в пределах их применимости, иллюстрируется проведённым им изящным анализом комптоновского рассеяния излучения на свободных электронах. Исходя из общих статистических соображений Эйнштейна об обмене энергий и импульсом в радиационных процессах, Паули доказал, что вероятность рассеяния зависит от интенсивности обеих компонент излучения, участвующих в процессе. Метод, применённый в этой работе, в действительности находится в очень близкой связи с общей теорией дисперсии, сформулированной Крамерсом, которая оказалась весьма существенной для дальнейших больших открытий.

Для Паули, с его отвращением ко всякого рода неясностям в физических теориях, огромным облегчением было развитие рациональной квантовой механики, исключающей всякое неуместное использование классических представлений. Едва ли нужно напоминать, что это развитие, в частности, позволило гармонично включить в соответствующую ¹ квантовую статистику принцип запрета Паули. Энергия, с которой Паули принимался за исследование новых методов, и совершенное владение ими, которое он вскоре приобрел, демонстрируются его статьей по основам квантовой механики, напечатанной в «Handbuch der Physik» в 1932 г. Эта статья занимает в научной литературе такое же положение, как его предыдущее изложение теории относительности.

¹ Т.е. статистику Ферми—Дирака. – Прим. ред.

Вся научная подготовка Паули неизбежно привела к тому, что он глубоко заинтересовался проблемой приведения основ квантовой физики в соответствие с требованиями теории относительности. С самого начала он не только принял выдающееся участие в формулировании квантовой теории электромагнитных полей, но и содействовал своими трудами по релятивистской теории электрона полному выяснению её смысла. Деятельный интерес Паули в значительной степени стимулировал разрешение кажущихся парадоксов, которые выявились в ходе последовавшей дискуссии по вопросу об измеримости компонент поля и электрических зарядов.

В последующие годы Паули проявляет ещё более глубокий интерес к проблемам теории элементарных частиц и квантованных полей, соответствующих этим частицам. На ранней стадии он внёс фундаментальный вклад в развитие этой теории, выдвинув гипотезу нейтрино, которая обеспечила выполнение законов сохранения при β-распаде атомных ядер. В этой связи интересно также напомнить, что в 1926 г. Паули первый обратил внимание на то, что сверхтонкая структура спектральных линий служит источником информации о спинах ядер и их электромагнитных моментах.

В этой книге, посвящённой памяти Паули, специалисты в различных областях рассказывают о его разносторонних фундаментальных работах и о влиянии их на последующее развитие физики. Говоря о большом жизненном пути Паули, важно помнить, что он воодушевлял не только многочисленных учеников, собиравшихся вокруг него сначала в Гамбурге, а потом в Цюрихе, где он работал последние 30 лет своей жизни, исключая военные годы, проведённые в Принстоне. Благодаря его участию в научных конференциях и обширной переписке с коллегами и друзьями влияние Паули распространялось на значительно более широкие круги.

Действительно, все с нетерпением хотели узнать мнение Паули о новых открытиях и идеях, всегда выражавшееся убедительно и с юмором, а также его симпатии и антипатии к открывающимся перспективам. Мы всегда извлекали пользу из замечаний Паули, даже когда временно были с ним не согласны; если он чувствовал необходимость изменить свои взгляды, он признавал это весьма откровенно, а если новые идеи встречали его одобрение, то в этом мы чувствовали большую поддержку. Анекдоты о его личности вырастали в настоящую легенду, и он всё более и более становился самой совестью сообщества физиков-теоретиков.

Пытливый ум Паули охватывал все аспекты человеческой деятельности. В Цюрихе он нашёл коллег, разделявших его многосторонние интересы, и его исследования по вопросам истории, эпистемологии и психологии вылились в ряд очерков, доставляющих обильную пищу для размышлений. Ему посчастливилось встретить подругу жизни, которая, тонко понимая силу его интеллекта и цельность его характера, дала ему тот покой и умиротворённость, в которых он так нуждался при своей большой исследовательской и педагогической работе. В лице Вольфганга Паули мы потеряли не только блестящего и вдохновенного товарища по работе, но и настоящего друга, который многим из нас казался утесом среди бушующего моря.

1961

85 ВОЗНИКНОВЕНИЕ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ ^*

^*Die Entstehung der Quantenmechanik. В кн.: «Werner Heisenberg und die Physik unserer Zeit». Braunschweig, 1961, IX—XIII.

60-летие со дня рождения Вернера Гейзенберга предоставляет мне подходящий случай поделиться некоторыми воспоминаниями о времени, когда он, работая с нами в Копенгагене, создавал основы квантовой механики.

Почти сорок лет назад, весной 1922 г., я впервые встретил юного студента Гейзенберга. Это было в Гёттингене, куда я был приглашён прочитать ряд лекций о состоянии квантовой теории строения атома. Несмотря на большой успех, достигнутый Зоммерфельдом и его школой благодаря мастерскому владению развитой Гамильтоном и Якоби трактовкой механических систем при инвариантных величинах действия, проблема введения кванта в непротиворечивое обобщение классической физики содержала ещё глубоко лежащие трудности. Расходящиеся между собой точки зрения по этому вопросу приводили к оживлённым дискуссиям, и я с радостью вспоминаю тот интерес, с которым восприняли, особенно молодые слушатели, моё утверждение, что именно принцип соответствия является путеводной нитью для дальнейших успехов.

По этому случаю была обсуждена возможность, чтобы два из самых молодых учеников Зоммерфельда, на которых он возлагал наибольшие надежды, приехали в Копенгаген. Тогда как Паули в том же году присоединился к нашей группе, Гейзенберг по совету Зоммерфельда остался ещё на год в Мюнхене, чтобы там завершить свою докторскую работу. Прежде чем осенью 1924 г. Гейзенберг приехал в Копенгаген на более длительное время, мы уже весной имели удовольствие увидеть его здесь кратковременно. Гёттингенские дискуссии продолжались как в самом институте, так и во время долгих прогулок; при этом я получил ещё более глубокое впечатление о редкой одарённости Гейзенберга.

Наши разговоры касались многих проблем физики и философии, причём особое ударение делалось на необходимость однозначного определения понятий, о которых шла речь. Обсуждение проблем атомной физики вращалось прежде всего вокруг чужеродности кванта действия для образования понятий, используемых при описании всех результатов опытов. В связи с этим мы говорили также и о том, что возможно здесь, как и в теории относительности, могут оказаться полезными математические абстракции. К тому времени такие перспективы ещё не проявлялись, но развитие физических идей уже вступило в новую стадию.

Совместно с Крамерсом и Слетером мы предприняли попытку классифицировать все индивидуальные атомные реакции на основе классической теории излучения. Хотя первоначально мы встретились с трудностями, относящимися к строгому сохранению энергии и импульса, эти исследования привели к дальнейшему развитию представлений о виртуальных осцилляторах как связующем звене между атомами и полями излучения. Большим достижением была развитая вскоре после этого Крамерсом теория дисперсии, установившая прямую связь с открытым Эйнштейном общим законом вероятности спонтанных и индуцированных процессов излучения и поглощения.

Вскоре Гейзенберг и Крамерс установили тесное сотрудничество, результатом которого было дальнейшее развитие теории дисперсии. В этой работе исследовались в особенности новые атомные реакции, связанные с возмущениями поля излучения. Но изложение оставалось полуэмпирическим в том смысле, что для вывода спектральных термов, а также вероятности реакций, не было ещё замкнутой в себе основы. Тогда существовала только слабая надежда, что упомянутую связь между дисперсионными и возмущающими эффектами можно будет использовать для постепенного преобразования теории, в которой шаг за шагом можно будет исключить любое неуместное применение классических представлений. Под впечатлением тех трудностей, которые представляла такая программа, у нас всех вызвало огромное восхищение то обстоятельство, что двадцатитрехлетний Гейзенберг нашёл, как одним ударом можно достигнуть цели.

Благодаря предложенному им представлению кинематических и динамических величин с помощью незаменяемых символов была фактически получена основа для дальнейшего развития. Формальное завершение новой квантовой механики было достигнуто вскоре в тесном сотрудничестве с Борном и Иорданом. В этой связи я хотел бы напомнить, как Гейзенберг после получения письма от Иордана выразил свое настроение примерно следующими словами: «Сейчас учёные гёттингенские математики так много говорят об эрмитовых матрицах, а я даже не знаю, что такое матрица». Вскоре после этого Дирак, которому Гейзенберг при посещении Кембриджа рассказал о своих новых идеях, дал ещё один блестящий пример того, как молодой физик самостоятельно освоил нужный ему для работы вспомогательный математический аппарат.

Хотя благодаря новому формализму явно был достигнут решающий успех в непротиворечивом изложении квантовой проблемы, некоторое время казалось, что ещё не выполняются все требования принципа соответствия. Так, я вспоминаю, как Паули, которому принадлежит одно из первых плодотворных применений точки зрения Гейзенберга к рассмотрению энергетического состояния атома водорода, высказал свое недовольство сложившейся ситуацией. Он подчеркнул полную ясность того факта, что можно установить положение Луны в её пути вокруг Земли, хотя согласно матричной механике для каждого состояния в задаче двух тел с вполне определённой энергией можно указать лишь статистически ожидаемые значения рассматриваемых кинематических величин.

Как раз в этом направлении новое понимание внесла указанная ещё в 1924 г. де Бройлем аналогия между движением материальных частиц и волновым характером распространения световых квантов. На этом основании в 1926 г. Шредингеру с помощью установленного им знаменитого волнового уравнения удалось получить блестящие результаты применением мощных методов теории функций ко многим задачам, связанным с атомом. С точки зрения принципа соответствия наиболее существенным было, что каждое решение уравнения Шредингера можно представить как суперпозицию гармонических собственных функций; этим создавалась возможность проследить, в частности, как движения частиц связаны с распространением волновых пакетов.

Вначале существовала определённая неясность о взаимоотношениях столь различных на первый взгляд трактовок квантовой проблемы. Как пример дискуссии тех лет я хотел бы привести случай, когда Оскар Клейн, которому была близка установленная Гамильтоном аналогия между механикой и оптикой и который сам нащупал волновое уравнение, устранил, основываясь на старом объяснении Гюйгенсом двойного преломления в кристаллах, высказанное Гейзенбергом сомнение в возможности волнового объяснения эффекта Штерна—Герлаха. Поводом для особенно оживлённого обмена мнениями послужило посещение Шредингером Копенгагена осенью 1926 г. Пользуясь случаем, мы с Гейзенбергом пытались его убедить, что его изящная трактовка дисперсионных явлений не может быть приведена в соответствие с планковским законом излучения в пустоте без явного учёта дискретного характера процессов поглощения и испускания.

Статистический смысл шредингеровской волновой механики был вскоре выяснен Борном при исследованиях проблемы столкновений. Полная эквивалентность различных методов также была доказана ещё в 1926 г. Дираком и Иорданом с помощью теории преобразований. В этой связи мне вспоминается, что на одном из институтских коллоквиумов Гейзенберг обратил внимание на то, что матричная механика позволяет определить не только ожидаемое значение некоторой физической величины, но и ожидаемое значение любой степени этой величины; в последующей дискуссии Дирак отметил, что это замечание дало ему в руки ключ к общим преобразованиям.

Зимой 1925—1926 гг. Гейзенберг работал в Гёттингене, куда и я приехал на несколько дней. Мы особенно много говорили об открытии спина электрона, драматическая история которого недавно со всех сторон освещалась в сборнике памяти Паули. Для нашего копенгагенского круга было большой радостью, что тогда Гейзенберг согласился на должность доцента в нашем институте после того, как Крамерс принял приглашение стать профессором теоретической физики в Утрехте. Его лекции в следующем академическом году были высоко оценены студентами не только за их содержание, но и благодаря превосходному владению Гейзенбергом датским языком.

Для продолжения основополагающих научных работ Гейзенберга этот год был чрезвычайно плодотворным. Исключительным достижением было объяснение дуплетности спектра гелия, которая долгое время рассматривалась как наибольшая трудность квантовой теории строения атома. Благодаря рассмотрению Гейзенбергом спина электрона в сочетании со свойствами симметрии волновых функций чётко выяснился смысл принципа Паули, что непосредственно повлекло за собой существенные последствия. Сам Гейзенберг пришёл к пониманию ферромагнетизма, вскоре затем Гайтлер и Лондон дали объяснение гомеополярных химических связей, а Деннисон решил старую загадку удельной теплоемкости водорода.

В связи с быстрым развитием атомной физики в те годы интерес всё более сосредоточивался вокруг вопроса о логическом упорядочении добытого богатого материала. Глубокое исследование Гейзенбергом этой проблемы было изложено в его знаменитой статье «О наглядном содержании квантовомеханической кинематики и механики», появившейся к концу его пребывания в Копенгагене; в ней было впервые сформулировано соотношение неопределённостей. Подход к кажущимся парадоксам квантовой теории был с самого начала сопоставлен с квантом действия, который связан с протеканием элементарных процессов. Поскольку было ясно, что количество энергии и другие инвариантные величины можно строго определить только для изолированных систем, проведённый Гейзенбергом анализ выявил, в какой мере взаимодействие с измерительным прибором будет влиять на состояние атомной системы.

Подчёркивание проблемы наблюдения выдвинуло вновь тот вопрос, о котором Гейзенберг и я беседовали при его первом посещении Копенгагена, и привело к дальнейшим дискуссиям по общим проблемам теории познания. Как раз требование возможности однозначной передачи результатов опытов означает, что экспериментальная установка и результаты наблюдения должны быть выражены на языке, подходящем для ориентации нашего окружения. Описание квантовых явлений требует поэтому принципиального различия между объектом исследования и измерительными приборами, определяющими условия опыта. Особенно выделяются те непривычные до сих пор для физики контрасты, которые мы здесь встречаем, – известная из других областей знания необходимость учитывать условия, при которых получены данные опыта.

При публикации некоторых моих воспоминаний о старом времени моему сердцу ближе всего желание подчеркнуть, что именно близкое сотрудничество целого поколения физиков многих стран позволило шаг за шагом навести порядок в новой обширной области знания. В этом периоде развития физической науки, пережить который было замечательным приключением, Вернер Гейзенберг занял выдающееся место.

86 ВОСПОМИНАНИЯ ОБ ОСНОВОПОЛОЖНИКЕ НАУКИ О ЯДРЕ И ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ ЕГО РАБОТ ^*

^*Reminiscences of the Founder of Nuclear Science and of some Developments Based on his Work. Proc. of Phys. Soc., 1961, 78, 1083—1111.

Для меня было большой радостью принять приглашение Физического общества участвовать в цикле лекций, посвящённых памяти Резерфорда. В этих лекциях, чтение которых происходило на протяжении ряда лет, несколько ближайших сотрудников Резерфорда излагали его основные научные достижения и делились воспоминаниями, воссоздающими его прекрасный человеческий облик. В дни далёкой юности я имел счастье принадлежать к той группе физиков, которая работала под руководством Резерфорда. В течение многих последующих лет я был связан с Резерфордом тесной дружбой. Поэтому я охотно согласился на предложение изложить наиболее интересные из моих воспоминаний. Так как в одной лекции совершенно невозможно рассказать о необъятном и многостороннем жизненном пути Эрнеста Резерфорда и о далеко идущих следствиях его работ, я вынужден ограничиться лишь теми периодами, к которым относятся мои собственные впечатления, и теми исследованиями, о которых я имел сведения из первых рук.

I

Впервые мне посчастливилось видеть и слышать Резерфорда осенью 1911 г., когда закончив университет в Копенгагене, я работал в Кембридже у Дж. Дж. Томсона, а Резерфорд приехал из Манчестера, чтобы выступить на ежегодном Кавендишском обеде. Хотя в этот раз мне не удалось познакомиться в Резерфордом, на меня произвели глубокое впечатление его обаяние и энергия – качества, с помощью которых ему удавалось достигать почти невероятных вещей, где бы он ни работал. Обед происходил в чрезвычайно непринуждённой атмосфере, что дало удобный случай коллегам Резерфорда напомнить некоторые из многочисленных анекдотов, уже тогда связанных с его именем. Среди многих примеров того, как глубоко был поглощён своими исследованиями Резерфорд, приводилось высказывание служителя Кавендишской лаборатории. Он утверждал, что из всех самых увлеченных молодых физиков, которые на протяжении ряда лет появлялись в знаменитой лаборатории, Резерфорд мог наиболее виртуозно поноси́ть свою аппаратуру.

Из речи, произнесенной самим Резерфордом, мне особенно запомнилась теплота, с которой он поздравлял своего старого друга Вильсона. Применив весьма остроумный метод, использующий камеру, наполненную насыщенным паром, Вильсон только что получил свои первые фотографии треков α-частиц, на которых были отчётливо видны резкие изломы, хотя обычные треки α-частиц представляли собой замечательно прямые линии. Конечно, Резерфорд исчерпывающим образом понимал, что это за явление, так как всего лишь за несколько месяцев именно оно привело его к открытию, с которого началась новая эпоха, – открытию атомного ядра. Однако возможность увидеть собственными глазами столь тонкие детали поведения α-лучей оказалась удивительной даже для него и доставила ему необыкновенную радость. В этой связи наибольшее восхищение у Резерфорда, как это он подчёркивал в своей речи, вызывала настойчивость, с которой Вильсон (в то время они уже были связаны тесной дружбой в Кавендишской лаборатории) продолжал свои исследования по образованию тумана со всё более и более усовершенствованными аппаратами. Впоследствии Вильсон рассказывал мне, что в нем впервые пробудился интерес к этому красивейшему явлению, когда ещё юношей он наблюдал появление и исчезновение туманов, по мере того как потоки воздуха поднимались на гребни Шотландских гор и затем вновь опускались в долины.

Несколько недель спустя после Кавендишского обеда я отправился в Манчестер, чтобы навестить коллегу моего отца, скончавшегося незадолго до этого. Этот коллега был близким другом Резерфорда. Здесь, в Манчестере, я снова имел возможность видеть Резерфорда. Между тем Резерфорд уже успел побывать на открытии Сольвеевского конгресса в Брюсселе, где впервые встретился с Планком и Эйнштейном. Во время беседы, в которой Резерфорд с подлинным энтузиазмом говорил о многих новых перспективах развития физики, он любезно согласился на мою просьбу о том, чтобы присоединиться к группе, работающей в его лаборатории, после того как ранней весной 1912 г. я должен был закончить свои занятия в Кембридже; там я был сильно увлечен оригинальными идеями Дж. Дж. Томсона, касающимися электронного строения атомов.

В это время вокруг Резерфорда группировалось большое число молодых физиков из разных стран мира, привлеченных его чрезвычайной одарённостью как физика и редкими способностями как организатора научного коллектива. Хотя Резерфорд был всегда поглощён ходом своих собственных работ, у него всё же хватало терпения выслушивать каждого из этих молодых людей, если он ощущал у них наличие каких-то идей, какими бы скромными с его собственной точки зрения они ни казались. С другой стороны, будучи чрезвычайно независимым человеком, он не очень почитал авторитеты и терпеть не мог «напыщенной болтовни». В таких случаях он мог иногда говорить о достопочтенных коллегах даже совсем по-мальчишески, однако он никогда не позволял себе пускаться в споры; он любил повторять, что «никто не может лишить человека доброго имени, кроме его самого».

Естественно, что в центре интересов всей манчестерской группы было исследование многочисленных следствий открытия атомного ядра. В первые недели моего пребывания в лаборатории я последовал совету Резерфорда и прослушал вводный курс экспериментальных методов исследования радиоактивности, который был организован для студентов и вновь прибывающих сотрудников под весьма квалифицированным руководством Гейгера, Маковера и Марсдена. Однако довольно быстро я оказался полностью захваченным общими теоретическими соображениями, которые следовали из новой модели атома, в особенности теми возможностями, которые открывались этой моделью для отчётливого разделения физических и химических свойств материи на те, которые непосредственно определялись самим атомным ядром, и те, которые существенно зависели от распределения электронов, связанных с ядром, но находящихся на расстояниях, весьма больших по сравнению с ядерными размерами.

Если объяснение радиоактивного распада следовало искать в особенностях строения ядра, то было очевидно также, что обычные физические и химические характеристики элементов отражают свойства окружающих ядро электронных систем. С самого начала было ясно, что благодаря большой массе ядра и его малой протяженности в пространстве сравнительно с размерами всего атома строение электронной системы должно зависеть почти исключительно от полного электрического заряда ядра. Такие рассуждения сразу наводили на мысль о том, что вся совокупность физических и химических свойств каждого элемента может определяться одним целым числом; теперь всем известно, что это число является атомным номером, выражающим заряд ядра в виде целого кратного элементарного электрического заряда.

Развивая эти взгляды, я получил значительную поддержку в беседах с Георгом Хевеши, который выделялся среди всей манчестерской группы своими необыкновенно широкими познаниями в химии. В частности, уже в 1911 г. он владел остроумным методом трассирующего состава (меченых атомов), который со временем стал столь могущественным инструментом в химических и биологических исследованиях. Как это описал не без юмора сам Хевеши, он пришёл к этому методу в результате безуспешной, но чрезвычайно сложной работы, предпринятой как ответ на «вызов» Резерфорда, который как-то сказал ему, что «если он не хочет даром есть свой хлеб», то он должен помочь выделить ценный радий D из большого количества хлорида свинца, полученного из уранинита и подаренного Резерфорду правительством Австрии.

Мои взгляды приняли более определённую форму под влиянием разговоров с Хевеши, посвящённых тем удивительным годам в Монреале и Манчестере, когда Резерфорд со своими сотрудниками после открытий Беккереля и мадам Кюри создавал учение о радиоактивности, последовательно распутывая непрерывный ряд взаимосвязанных радиоактивных распадов. И когда я узнал, что общее число уже обнаруженных стабильных и неустойчивых элементов превышает число мест в знаменитой таблице Менделеева, мне пришло в голову, что те неразличимые химические вещества, на существование которых недавно обратил внимание Содди и которые позже были названы им «изотопами», обладают одним и тем же зарядом ядра, а отличаются лишь массой и особенностями строения ядра. Отсюда непосредственно вытекало, что при радиоактивном распаде элемента, совершенно независимо от каких-либо изменений его атомного веса, происходит его смещение в таблице Менделеева на два номера влево или на один номер вправо, в соответствии с уменьшением или увеличением заряда ядра, сопровождающим испускание α– или β-лучей соответственно.

Когда я обратился к Резерфорду, чтобы узнать его мнение по поводу этих мыслей, то он, как всегда, проявил живой интерес к столь простым и заманчивым предположениям, однако с характерной для него осторожностью предостерег от чрезмерного доверия к модели атома и опасности экстраполяции относительно скудных экспериментальных данных. Тем не менее эти мысли, по-видимому, вновь возникавшие по различным поводам, оживлённо дискутировались среди манчестерской группы, а экспериментальные данные в их пользу быстро нарастали, особенно в результате химических исследований Хевеши, а также Рессела.

В частности, серьёзным подтверждением идеи о том, что атомный номер является определяющим для общих физических свойств элементов, явились спектроскопические работы Рессела и Росси; они исследовали смесь иопия и тория и обнаружили тождественность оптического спектра обоих веществ, несмотря на различие в их радиоактивных свойствах и атомных весах. На основе анализа всех доступных в то время данных поздней осенью 1912 г. на лекции в Химическом обществе Рессел указал общее соотношение между конкретными радиоактивными процессами и возникающим при этом изменением атомного номера элемента.

В связи с этим интересно отметить, что, когда после дальнейших исследований, в особенности исследований Флека, закон радиоактивного смещения в полностью завершённой форме был сформулирован несколькими месяцами позже Содди (работавшим в Глазго) и Фаянсом (работавшим в Карлсруэ), оба эти автора не осознавали его тесной связи с основными особенностями модели атома Резерфорда; Фаянс даже считал, что изменение химических свойств, очевидно, связанное с электронным строением атомов, является сильным аргументом против этой модели, согласно которой как α-, так и β-излучение зарождается в атомном ядре. Примерно в то же самое время представление об атомном номере элемента было независимо введено ван-ден Бруком из Амстердама, однако согласно его классификации элементов различные заряды ядра приписывались каждому стабильному или радиоактивному веществу.

Вплоть до этого времени доминирующим вопросом всех дискуссий манчестерской группы был вопрос о непосредственных следствиях открытия атомного ядра. Общая программа интерпретации имеющихся экспериментальных данных, касающихся обычных физических и химических свойств вещества, на основе резерфордовской модели атома представляла собой значительно более сложную проблему, которая лишь постепенно прояснялась в последующие годы. Таким образом, в 1912 г. мог лишь ставиться вопрос о предварительной ориентации в общей ситуации.