М. Рузе: Роберт Оппенгеймер и атомная бомба

Следует ли видеть в высказываниях такого рода выражение чувства гордости и превосходства, чувства недоверия к интеллектуальным способностям простого слушателя? Не проскальзывает ли здесь скорее трагическое ощущение одиночества, потребность обращаться к людям, общаться с другими членами общества? Во всяком случае, после того как Оппенгеймер высказывает мысль о невозможности популяризировать науку, сам он предпринимает попытку объяснить «планетарную» модель атома Резерфорда (маленькое ядро с положительным зарядом, окруженное находящимися на значительных расстояниях отрицательными зарядами) и показать те затруднения, с которыми столкнулись ученые с первых же дней появления этой схемы.

Если бы электрон вращался вокруг атомного ядра, как планета вокруг Солнца, то его орбита под воздействием ядер-ной бомбардировки должна была бы более или менее вытягиваться или округляться, в зависимости от силы получаемых импульсов. Однако на деле не происходит ничего подобного. Движение электрона не подчиняется законам ньютоновской механики. Равным образом оно не подтверждает законы Максвелла. Элементарная теория электромагнетизма устанавливает, что перемещение электрического заряда по любым траекториям, отличным от прямой, сопровождается излучением, связанным с известной потерей энергии. В бесконечно малый промежуток времени – меньше миллионной доли секунды – излучение электрона должно было бы пройти всю гамму частот, а сам электрон, по мере того как он терял бы энергию, приближался бы к ядру и в конце концов упал бы на него. Но этого также не наблюдается. Невозбужденные атомы водорода стабильны и идентичны, они не испускают никакого излучения и существуют вечно. Наконец, если атомы находятся в возбужденном состоянии, то они испускают излучение, однако только на определенных частотах, свойственных только данному виду атомов. При бомбардировке атомов электронами они могут принять некоторое количество энергии последних, но опять-таки в определенных количествах. Облученные светом атомы могут испустить электрон, но только при условии, что количество световой энергии соответствует заранее определенному минимуму. Именно исходя из этого, Нильс Бор пересмотрел схему Резерфорда, а Эйнштейн и Планк заложили основы квантовой теории. Понимание микрофизических явлений требовало отныне отказа ог традиционных понятий. Электрон переходит с одного энергетического уровня на другой, но мы не можем реально представить себе этот переход, исходя из движения материи. Поведение массы атомов в будущем может быть предсказано по теории вероятности, но нельзя в деталях предопределить заранее поведение каждого атома. «В самом сердце физического мира мы сталкиваемся с полным исчезновением причинности, которая казалась нам главнейшей характеристикой ньютоновской физики».

Однако последняя остается справедливой для микрофизического мира: мира машин, снарядов, звезд. Как примирить знания прошлого с новейшими достижениями физики? При помощи принципа соответствия, который формулируется на основе кванта действия. Если физические величины, характеризующие данное явление, значительно больше кванта, другими словами, если энергия и время данного явления значительно больше энергий и времени, которые имеют место в сфере атомных явлений, «статистические законы приводят… к вероятностям, которые все более и более приближаются к достоверности, апричинные характеристики атомной теории становятся несущественными и теряются в естественной неточности вопросов, относящихся к макроскопическим явлениям».

Но на этом не прекращается переворот в существовавших ранее представлениях.

Когда Эйнштейн открыл, что свет, распространяется прерывистыми пакетами энергии, казалось невозможным согласовать это открытие с всемирно принятой теорией Максвелла, по которой свет представлял собой цепь волн. Прерывистость предполагает наличие зерен света (фотонов), и тем не менее столь известное явление, как интерференция света, абсолютно схоже с тем, что происходит с волнами на поверхности озера. Впрочем, энергия каждого фотона является произведением кванта действия (постоянная Планка) на частоту данного фотона, и эта последняя величина предполагает волновой характер фотона. Но как зерна света могут одновременно быть и волнами? Луи де Бройль положил конец этому противоречию, предложив считать любые корпускулы – и не только фотоны – «связанными» с волной. Это справедливо для электрона, протона, нейтрона и даже для атома. Это было бы справедливо, обобщает Оппенгеймер, «и для больших тел, если бы не незначительность постоянной Планка, в результате чего длина волн у крупных тел практически незначительна по сравнению с их размерами и возможностью достоверно определить их положение и размеры».