Даниил Данин - Нильс Бор

В начале мая Бор уехал в Англию: 8-го он читал в лондонском Химическом обществе Фарадеевскую лекцию. Поездка была недолгой. Но долгим оказалось последующее превращение прочитанной лекции в обширную статью «Химия и квантовая теория строения атома».

Мысли уводили его теперь, пожалуй впервые, от электронных оболочек атома в непонятную структуру атомного ядра. Точно в туннельном эффекте Гамова, его любопытство начало просачиваться туда под барьером обескураживающих противоречий. Но раздумывал он не об альфа-лучах, а о другом типе радиоактивного распада, когда ядра покидают бета-лучи — быстрые электроны.

Была у бета-распада черта, ставящая в тупик: ядра одного и того же элемента — одинаковые ядра! — выбрасывали бета-электроны самых разных энергий. Этот непрерывный спектр бета-излучения открыл еще в 1914 году молодой резерфордовец Джеймс Чэдвик. Никто не понимал, в чем тут дело. Тождественные ядра в тождественных условиях должны были бы расставаться с одним и тем же количеством энергии. А получалось, что бета-электроны уносят сколько им заблагорассудится. И в то же время ядра, остающиеся после бета-распада, сохраняют одинаковую энергию. Как же свести в балансе энергии концы с концами?

Вот об этой-то проблеме заговорил Бор в своей Фарадеевской лекции. И сказал: «В атомной теории, несмотря на весь ее новейший прогресс, мы должны еще быть готовы к новым сюрпризам».

Предчувствие и на этот раз его не обмануло: один теоретический сюрприз действительно назревал. Его готовил в Цюрихе Вольфганг Паули, три года назад после конгресса в Комо получивший там профессуру.

Впрочем, Бор и сам заготовил сюрприз. Тем более неожиданный, что не слишком новый, однажды уже экспериментально отвергнутый физикой микромира. Потому-то психологически кажется труднообъяснимым, как он мог решиться вновь нарушить верность принципу сохранения энергии?! А именно на это он решился в Фарадеевской лекции: раз энергетический баланс наглядно не сходится при бета-распаде, значит, ядра устроены так, что в один прекрасный день «могут заставить нас отказаться от самой идеи сохранения энергии».

Его лондонские слушатели убеждались, что он, сорокапятилетний, в общем совсем не постарел: классические традиции физического мышления по-прежнему не властвовали над ним.

А пока та лекция мученически принимала форму статьи, Паули нащупал путь иного решения проблемы. История повторялась зеркально: за принцип сохранения снова заступился он. Но его сюрприз был еще неожиданней, потому что вводил в игру новую, еще никем не наблюдавшуюся частицу.

В главном его рассуждение выглядело простей простого. Нарушение закона сохранения при бета-распаде только видимость. Эксперимент показывает, какую энергию уносят из распадающихся ядер электроны, но, может быть, не они одни ее уносят? Довольно предположить, что вместе с электроном ядро покидает еще какая-то частица и энергия распада делится между ними двумя. Эта энергия для тождественных ядер всегда одинакова, но на долю электронов приходится из нее то мало, то много. Вот и видимость произвола. А если бы удалось поймать и вторую частицу, баланс энергии сошелся бы точно!

Невидимка Паули, конечно, должна была быть незаряженной, чтобы не искажать заряда атомного ядра. И очень легкой, чтобы ничтожно влиять на его массу. А нейтральных частиц физика тогда вообще не знала. Паули только помнил, что десятилетием раньше Резерфорд предсказал существование тяжелого нейтрона. Однако и нейтрон не был еще открыт. Это имя оставалось вакантным. И Паули решил присвоить его своей легкой невидимке.

Бор продолжал работать над текстом лондонской лекции, когда Паули после долгих колебаний отважился поставить свою красивую и рискованную гипотезу на суд знатоков радиоактивности.

Открытое письмо группе радиоактивных, собравшихся в Тюбингене

Цюрих, 4 декабря 1930 г.

Дорогие радиоактивные дамы и господа!

…Я предпринял отчаянную попытку спасти закон сохранения энергии… (Далее уже без острословия излагалась эта попытка. — Д. Д.)

Я признаю, что мой выход может показаться на первый взгляд маловероятным, потому что нейтроны, если они существуют, пожалуй, давно были бы уже обнаружены. Однако, не рискнув, не выиграешь. Серьезность положения с непрерывным бета-спектром хорошо проиллюстрировал г-н Дебай, который недавно сказал мне в Брюсселе: «О… об этом лучше не думать вовсе, как о новых налогах». Поэтому необходимо серьезно обсудить любой путь к спасению… Я сам, к сожалению, не смогу появиться в Тюбингене, так как предстоящий в Цюрихе бал в ночь с 6 на 7 декабря лишает меня этой возможности…