Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Он укрепил на столе большой магнит северным полюсом вверх, а над ним повесил на длинном плетеном шнуре маленький магнит северным полюсом вниз. Когда этот магнитный маятник раскачивался, большой магнит отталкивал его назад совершенно так, как это «нужно было» Резерфорду.

В темной комнате Манчестерской лаборатории, где было открыто атомное ядро, побывало в одиннадцатом году немало ученых из разных стран. Один из них — крупнейший японский физик Нагаока — написал Резерфорду из Токио: «Мне кажется гением тот, кто может работать с такой простой установкой и собирать при этом богатый урожай, далеко превосходящий то, что получают другие с помощью самых чувствительных и сложных устройств». [9] Это похоже на известные слова Гельмгольца о Фарадее: «Он показал мне все, что нужно было видеть. Но это было немного, ибо старые куски проволоки, дерева и железа кажутся ему достаточными для того, чтобы прийти к величайшим открытиям».

Так родился планетарный атом.

И все-таки, хотя в Манчестерской лаборатории Резерфорда настроение царило прекрасное, вздоха облегчения не вырвалось ни у кого.

Отчего же? Отчего такая ясная и наглядная модель резерфордовского атома была в то же время невероятной?

Она противоречила классической физике — вот в чем дело. И это понимали в Манчестере все.

Нефизики думали, как раз наоборот: после «заумной» квантовой гипотезы Планка (1900) да еще теории относительности Эйнштейна (1905) показалось, что классическая физика взяла, наконец, реванш на атомном плацдарме. Ведь планеты движутся вокруг Солнца по законам, открытым Кеплером и Ньютоном. Так отчего бы и электронам не путешествовать вокруг ядра по тем же законам? Это ли не торжество классической механики! И смотрите, как все разумно в природе: большое и малое устроено одинаково! Такое философствование было соблазнительно. И ему, конечно, предавались домашние натурфилософы нашего века.

А между тем противоречие с классикой было крайне простым. И в то же время роковым.

Наш третий искусственный спутник Земли совершал 6858-й оборот, когда писалась эта страница. Он был еще полон сил и с прежней убедительностью доказывал могущество людей, подчинивших земное тяготение своей воле. Но каждый знал, что придет час, когда кружение спутника прекратится, его энергия постепенно растратится на неизбежное торможение в атмосфере Земли, и силы земного притяжения все-таки возьмут свое.

В сущности, весь полет спутника — медленное падение на Землю: эллипс его орбиты все сужается — спутник описывает скручивающуюся спираль. Виток за витком. В центре, или, лучше, в фокусе спирали, — Земля. (Сказать «в фокусе» — лучше, потому что эта спираль, вовсе не похожа на заводную пружину часов. Ее витки — эллипсы. И эти эллипсы не только сужаются от витка к витку, но еще и вытягиваются. Кривая падения спутника оказывается очень сложной, лишь отдаленно напоминающей обычную спиральную линию, но все-таки спиралевидной. Нам тут всего важнее, что спутник, тормозясь в атмосфере, падает на Землю в строгом согласии с законами классической механики.)

В согласии с этими же законами планеты вращаются вокруг Солнца по устойчивым орбитам: они летят практически без трения — путь их пролегает через пространство, почти лишенное вещества, и можно утверждать, что они не теряют когда-то приобретенной энергии.

И вот электроны в атоме Резерфорда. Казалось бы, они летят вокруг ядра в еще более выгодных условиях, чем планеты, на пути которых нет-нет да и попадаются крупицы космического газа. Электронам совершенно неведомо трение: они сами — единственное население внутриатомного пространства. Им бы кружиться и кружиться, не зная помех… Идеальные планеты — никаких потерь энергии в пути!

Но на свою беду, кроме законов Кеплера — Ньютона, они должны еще слушаться законов классической теории электричества: они заряженные частицы. От этого с ними происходят события, которые должны были бы превратить их из планет в падающих спутников, если только классическая теория движения зарядов всюду и всегда верна.

Эта теория, созданная в конце XIX века, утверждала, что любой движущийся заряд не может безнаказанно изменять свою скорость в пути — ни по величине, ни по направлению. Пока он, окруженный своим силовым полем, летит прямолинейно и равномерно, его поле покорно следует за ним. Но стоит ему повернуть в сторону, как поле «заносит». Заряд на поворотах как бы расплескивает энергию своего поля — он ее излучает! А границы, где кончался бы заряд и начиналось его поле, нет: они ведь нечто единое. Излучая, заряд теряет энергию своего движения. Вращение — это непрерывные повороты, непрерывное изменение скорости. Вы чувствуете последствия?