| Головна |
| « Попередня | Наступна » | |
III. «РОЗУМІННЯ» В СУЧАСНІЙ ФІЗИКИ (1920-1922) |
||
|
Обидва перші роки мого навчання в Мюнхені протікали в двох зовсім різних світах: у дружньому колі молодіжного руху і в абстрактно-раціональний галузі теоретичної фізики. Обидві сфери були наповнені настільки інтенсивним життям, що я постійно перебував у стані крайньої напруги, і переходити з однієї сфери в іншу мені було нелегко. На зоммерфельдовском семінарі бесіди з Вольфгангом Паулі складали найважливішу частину моїх занять. Однак спосіб життя Вольфганга був майже діаметрально протилежний моєму. У той час як я любив ясний день і весь вільний час по можливості проводив за містом, подорожуючи по горах або купаючись і загоряючи на березі якогось баварського озера, Вольфганг був типовим опівнічників: він вважав за краще місто, вечорами охоче відвідував розважальні вистави в різних кафе і потім більшу частину ночі працював над своїми фізичними проблемами з надзвичайною інтенсивністю і великим успіхом. Природно, однак, що на семінар він після цього приходив, до досади Зоммерфельда, тільки до полудня і лише зрідка - вранці. Така відмінність наших життєвих стилів служило приводом для всілякого подтруніванія, але не могло затьмарити нашу дружбу. Наш спільний інтерес до фізики був настільки великий, що легко переважував розходження інтересів у всіх інших областях. Коли я згадую літо 1921 року й намагаюся охопити різні його події в єдиній картині, то перед моїми очима постає образ нашого наметового містечка на узліссі; внизу простирається ще тонуче у синій світанкової серпанку озеро, в якому ми напередодні купалися, а за ним широкий гірський хребет Бенедикт-ванд. Товариші ще сплять, і тільки я один до світанку покидаю намет і кучерявою стежкою приблизно за годину добираюся до найближчої залізничної станції з таким розрахунком, щоб раннім поїздом потрапити в Мюнхен і не запізнитися на зоммерфельдовскій семінар до 9 години. Стежка веде спочатку вниз до озера через болотисту місцевість, потім на моренний пагорб, звідки в ранковому світлі можна аж до самої Цугшпітце оглядати альпійську ланцюг Бенедіктенванда. На квітучі луки виїжджають перші косарки, і я трохи шкодую про те, що вже не намагаюся, як три роки тому в ролі працівника на фермі Гросталерхоф в Мізбахе, так упоратися з упряжкою волів, щоб косарка йшла через луг по прямій лінії і позаду не залишалося жодної смужки нескошеної трави, - наш господар назвав це «свинею». Так у мене в голові строкато перемежовувалися будні сільського життя, пишність пейзажу і майбутній зоммерфельдовскій семінар, і я був переконаний, що я найщасливіший чоловік на світі. Коли потім, через два або три години після закінчення лекції Зоммерфельда, в аудиторії для семінарських занять з'являвся Вольфганг, то сцена нашого обопільного вітання розігрувалася приблизно таким чином. Вольфганг: «А, ось і наш апостол природи. Доброго ранку! Ти виглядаєш так, немов знову кілька днів поспіль жив згідно принципам свого святого патрона Руссо. Адже це йому належить відомий вислів: «Назад до природи; на дерева, мавпи» 11. - «Друга частина не з Руссо, - відповідав я йому, - і по деревах ніхто не лазив. А ось тобі слід було б говорити не «доброго ранку», а «добрий день». Зараз 12 годин. Підкреслюю, 12 годин. Але наступного разу ти повинен взяти мене з собою в яке-небудь нічний кафе, щоб і у мене теж, нарешті, з'явилися хороші наукові ідеї ». -« Кафе тобі безумовно не допоможе, а проте ти б краще розповів мені, що у тебе виходить з роботою Крамерса, про яку ти повинен доповідати на наступному семінарі ». Тут наша розмова швидко приймав діловий характер. Коли ми говорили про фізику, до нас часто приєднувався наш Друг, Отто Лапорт, який зі своїм розважливим і тверезим прагматизмом був хорошим посередником між Вольфгангом і мною. Згодом він спільно з Зоммерфельдом опублікував важливі дослідження з так званої мультиплетной структурі спектрів 12. Схоже, завдяки його посередництву сталося так, що одного разу ми втрьох, тобто Вольфганг, Отто і я, зробили подорож в гори на велосипедах по дорозі від Бенедіктбейерна через Кессель-берг до озера Вальхензее і від нього далі в Лойзахталь. Правда, це був єдиний випадок, коли Вольфганг ризикнув зробити вилазку в мій світ. Але це наше підприємство завдяки довгим розмовам, які ми удвох або втрьох вели в продовження нашої подорожі і після нього в Мюнхені, ще довго приносило свої плоди. 161 6 У Гейзенберг Отже, вже кілька днів поспіль ми були разом в дорозі. Після того, як з чималою працею штовхаючи вперед свої велосипеди, ми вилізли на перевал Кессельберга, нам було вже неважко котитися по відважно прорубаній у схилі гори дорозі уздовж крутого західного берега озера Вальхензее - я тоді не здогадувався, яке значення придбає для мене надалі цей клаптик землі - і проїхали повз того місця, де колись старий арфіст і його дочка на поштовій кареті Гете вирушили до Італії: прообрази Міньйон і старого арфіста з "Вільгельма Мейстера». Поверх темних вод цього озера Гете, як розповідається в його щоденнику, вперше побачив покриті снігом вершини. Але хоча ми радісно милувалися тим же ландшафтом, вбирали в себе ті ж образи, розмова незмінно повертався до питань, які займали нас в зв'язку з навчанням та наукою. Вольфганг запитав мене - здається, це було ввечері на заїжджому дворі в Грайнау, - чи зрозумів я ейнштейнівської теорію відносності, яка грала таку велику роль на семінарі Зоммер-Фельд. Я зміг відповісти лише, що не знаю, оскільки мені не ясно, що, власне, означає слово «розуміння» в природознавстві. Лежить в основі теорії відносності математична схема не представляє для мене труднощі; але при всьому тому я, мабуть, все ж ще не зрозумів, чому рухається спостерігач під словом «час» має на увазі щось інше, ніж спочивають. Ця плутанина з поняттям часу мене як і раніше турбує, залишаючись досі чимось незбагненним. - Але якщо ти опанував математичної схемою теорії, - заперечив Вольфганг, - то це означає, що ти в змозі для кожного даного експерименту розрахувати, що буде сприймати чи вимірювати спочивають спостерігач і що - рухомий. Ти знаєш також, що у всіх нас є підстави очікувати від реального експерименту точно тих результатів, які пророкує розрахунок. Що тобі ще треба? - Для мене труднощі саме в тому, - відповів я, - що я сам не знаю, чого тут ще можна вимагати. Але у мене таке відчуття, ніби я у відомому сенсі обдурять логікою, відповідно до якої діє математична схема цієї теорії. Або, якщо хочеш, я зрозумів теорію головою, але не серцем. Що таке «час», я, здається, знав, навіть ще не вчившись фізиці; і наша думка, і нашу поведінку завжди припускають це наївне поняття часу. Можна, мабуть, сформулювати і так: наше мислення покоїться на тому, що наше поняття часу функціонує, що, користуючись ним, ми досягаємо успіху. А стверджуючи, що це поняття часу необхідно змінити, ми вже не знаємо, чи є наша мова і наше мислення придатними інструментами для успішної орієнтування в дійсності. Я не хочу тут апелювати до Канту, який іменує простір і час апріорними формами споглядання, надаючи тим самим цим вихідним формам, якими вони представлялися і колишньої фізики, статус абсолютності. Я хочу тільки підкреслити, що мова і мислення стають ненадійними, якщо ми міняємо такі основоположні поняття, а ненадійність несумісна з розумінням. Мої сумніви здалися Отто необгрунтованими. «Звичайно, в шкільної філософії все виглядає так, - сказав він, - немов поняття на кшталт« простору »і« часу »вже отримали твердий, який не підлягає змінам сенс. Але це доводить тільки, що шкільна філософія невірна. З красиво сформульованими загальними фразами про «сутності» простору і часу мені рішуче нічого робити. Ти, мабуть, дуже вже багато займався філософією. Але тобі слід було б знати і таке гідне уваги визначення: «Філософія є систематичне зловживання винайденої спеціально для цієї мети номенклатурою». Всякі претензії на абсолютність треба з самого початку відхиляти. По правді, слід було б вживати лише слова і поняття, безпосередньо співвідносяться з чуттєвим сприйняттям, причому, природно, безпосереднє чуттєве сприйняття можна замінити більш складним фізичним спостереженням. Такі поняття були б легко зрозумілі і без довгих пояснень. Саме це повернення до спостережуваного було великою заслугою Ейнштейна. Ейнштейн недарма у своїй теорії відносності виходив з банального положення: час є те, що показують годинник. Якщо ти будеш дотримуватися таких ось банальних значень слів, в теорії відносності не опиниться ніяких труднощів. Раз теорія дозволяє правильно передбачити дані спостережень, вона дає тим самим все необхідне для розуміння ». Тут Вольфганг зробив кілька застережень: «Сказане тобою справедливо лише при деяких дуже важливих умовах, про які не можна не згадати. По-перше, потрібно переконатися, що передбачення теорії однозначні і самосогласованни. У разі теорії відносності це умова забезпечено її легко доступним для огляду математичним каркасом. По-друге, з понятійної структури теорії повинна підтверджувати, до яких феноменам вона може бути застосована, а до яких ні. Якби такого обмеження не існувало, можна було б відразу спростувати будь-яку теорію на тій підставі, що вона не може передбачити всіх явищ світу. Але навіть коли задоволені всі ці попередні умови, у мене все ще немає повної впевненості, що людина автоматично володіє повним розумінням, коли може передбачити все які стосуються аналізованої області явища. Я міг би вважати і навпаки: що ми цілком зрозуміли конкретну сферу досвіду, але дані майбутніх спостережень заздалегідь розрахувати з точністю не можемо ». 6 * 163 Тоді свій сумнів у правомірності ототожнення передбачуваності з розумінням я спробував обгрунтувати прикладами з історії: «Ти знаєш, що в Древній Греції вже астроном Аристарх допускав можливість того, що Сонце знаходиться в центрі нашої планетної системи. Однак ця думка була відкинута Гиппархом і забута, і Птолемей виходив з центрального положення Землі, розглядаючи орбіти планет як суперпозицію кругових орбіт, циклів і епіциклів. Керуючись такими уявленнями, він умів дуже точно передбачити сонячні і місячні затемнення, і його вчення тому протягом півтора тисяч років розцінювалося як надійна основа астрономії. Але чи справді Птолемей розумів планетну систему? Чи не Ньютон чи, який знав закон інерції і застосував концепцію сили як причини зміни моменту кількості руху, вперше по-справжньому пояснив рух планет через тяжіння? Чи не він перший зрозумів це рух? Ось що здається мені вирішальним питанням. Або візьмемо приклад з недавньої історії фізики. Коли наприкінці XVIII століття електричні явища були вже досить добре вивчені, були досить точні розрахунки електростатичних сил між зарядженими тілами, Зоммерфельд в своєму курсі говорив про це, причому носіями цих сил виступали тіла, як і в ньютонівської механіці. Але лише після того, як англієць Фарадей видозмінив питання і поставив проблему силового поля, тобто розподілу сил у просторі та часі, він знайшов основу для розуміння електромагнітних явищ, які потім Максвелл зміг сформулювати математично ». Отто не знайшов ці приклади занадто переконливими. Він сказав: «Я можу побачити тут лише розбіжність у ступені, а не принципову різницю. Астрономія Птолемея була дуже хороша, інакше вона не протрималася б півтори тисячі років. Ньютоновская астрономія була не краща, і лише з часом виявилося, що за допомогою ньютонівської механіки рух небесних тіл можна розрахувати дійсно точніше, ніж користуючись циклами і епіциклами Птолемея. Власне кажучи, я не можу погодитися з тим, що Ньютон зробив щось краще, ніж Птолемей. Ньютон просто дав інше математичний опис руху планет, і потім воно протягом століть показало себе більш успішним ». Однак Вольфганг визнав таке погляд в свою чергу занадто односторонньо позитивістським. «Я вважаю, - заперечив він, - що у ньютонівської астрономії є принципова відмінність від ПТОЛ-меевской. Справді, Ньютон змінив саму постановку питання. Він задався питанням в першу чергу не про рухи планет, а про їх причини. Він знайшов ці причини в силах тяжіння і відкрив, що сили, що діють всередині планетної системи, простіше, ніж руху небесних тіл. Він описав їх за допомогою свого закону тяжіння. Коли ми говоримо тепер, що з часу Ньютона розуміємо рух планет, то маємо на увазі, що, точніше поспостерігавши вельми складний рух небесних тіл, ми можемо звести його до чогось дуже простому, а саме до сил гравітації, і тим самим пояснити їх . За Птолемею, ми могли, звичайно, описати ті ж складності руху за допомогою накладення циклів і епіциклів, але тоді нам довелося б просто приймати все це на віру, як емпіричний факт. Крім того, Ньютон показав, що при русі планет, по суті, відбувається те ж саме, що при русі дзиги. Завдяки тому, що в ньютонівської механіці всі ці різні явища зводяться до одного й того ж кореню, саме до відомого положенню, що «массахускореніе = сила», таке пояснення планетної системи значно перевершує Птолемей-евского ». Отто, однак, ще не визнавав своєї поразки: «Слово« причина », сила як причина руху - це звучить дуже красиво, але, по суті справи, ми просуваємося вперед лише на дуже малий крок. Справді, тоді доведеться знову запитати, а яка причина сили, причина гравітації? По твоїй філософії виходить, що ми лише тоді по-справжньому «цілком» зрозуміємо рух планет, коли дізнаємося причину тяжіння, так до нескінченності ». Однак Вольфганг рішуче чинив такій критиці поняття причини: «Природно, можна вічно задавати питання, на тому стійте всяка наука. Але ти взяв не особливо вдалий аргумент. Зрозуміти природу - значить заглянути в її внутрішні взаємозв'язки, точно знати, що ми вникли в її приховані механізми. Таке знання не дається осмисленням одного окремого явища або однієї окремої групи явищ, навіть коли ми відкрили в них певний порядок; воно досягається лише тоді, коли ми встановлюємо широкі взаємозв'язку, зводимо до одного простого кореню величезна безліч досвідчених фактів. Адже достовірність покоїться саме на їх численність. Небезпека омани стає тим менше, чим багатша і складніше аналізовані явища і чим простіше той загальний принцип, до якого вони можуть бути зведені. Можливість з часом відкрити якісь ще більш широкі зв'язки не може служити запереченням ». - Значить, по-твоєму, - додав я, - ми можемо покластися на теорію відносності саме тому, що вона теж єдиним чином охоплює величезну безліч явищ і зводить їх до загального кореня, наприклад в електродинаміки рухомих тел. Оскільки єдина зв'язок тут легко доступні для огляду математично, у нас виникає почуття, що ми «зрозуміли» її, хоча нам ще потрібно звикнути до нового чи, скажімо, до дещо зміненим розумінню слів «простір» і «час». - Так, я приблизно це і маю на увазі. Вирішальним кроком Ньютона і згаданого тобою Фарадея була якраз нова постановка питання і, як наслідок, утворення нових пояснюють понять. «Розуміти» - це, мабуть, означає опанувати уявленнями, концепціями, за допомогою яких ми можемо розглядати величезна безліч різних явищ в їх цілісної зв'язку, іншими словами, «охопити» їх. Наша думка заспокоюється, коли ми дізнаємося, що яка-небудь конкретна, удавана заплутаної ситуації є лише приватна наслідок чогось більш загального, піддається тим самим більш простий формулюванні. Зведення строкатого різноманіття явищ до загального і простому первопринципа або, як сказали б греки, «багато чого» до «єдиного», і є якраз те саме, що ми називаємо «розумінням». Здатність чисельно передбачити подія часто є наслідком розуміння, володіння правильними поняттями, але вона безпосередньо не тотожна розумінню. Отто бурчав: «Все це - систематичне зловживання спеціально для такої мети придуманої номенклатурою. Я не можу зрозуміти, чому про всіх цих простих речах треба говорити так складно. Якщо користуватися мовою так, щоб він співвідносився з безпосередньо сприймається дійсністю, то ніякого непорозуміння не може виникнути, адже значення кожного слова відомо. І коли теорія відповідає таким вимогам, її завжди можна осягнути без зайвого філософствування ». Однак Вольфганг не збирався з цим відразу погодитися: «Твій настільки правдоподібно звучить постулат вперше, як тобі відомо, був висунутий Махом, і іноді кажуть, що Ейнштейн створив теорію відносності тому, що дотримувався філософії Маха. Однак таке міркування здається мені надто спрощеним. Мах не хотів вірити в існування атомів, посилаючись на те, що їх не можна спостерігати безпосередньо. Однак у фізиці та хімії є безліч явищ, які є надія зрозуміти лише тепер, коли ми знаємо про існування атомів. У даному випадку Мах явно виявився введений в оману своїм власним, захищається і тобою, принципом, і мені не хотілося б розглядати це як чисту випадковість ». - Кожному доводилося помилятися, - сказав Отто примирливо. - Не варто через це зображати речі складніше, ніж вони є. Теорія відносності так проста, що її справді можна цілком зрозуміти. Але в атомної теорії багато що все ще темно. Так ми перейшли до другої головної теми наших суперечок. Але тут розмови затягнулися набагато довше нашого велосипедного турне і мали багато продовжень на мюнхенському семінарі, іноді за участю нашого вчителя Зоммерфельда. Центральним предметом зоммерфельдовского семінару була атомна теорія Бора. У ній - на підставі вирішальних експериментів Резерфорда в Англії - атом розглядався як мініатюрна планетна система, в центрі якої знаходиться атомне ядро, що несе в собі майже всю масу атома, хоча воно набагато менше атома за розмірами, а навколо ядра на зразок планет обертаються значно легші електрони. Але орбіти цих електронів, вважав Бор, не визначаються-якими відомими в даний час силами і попереднім станом системи і не можуть бути порушені впливом ззовні, як слід було б очікувати за аналогією з планетної системою, а обчислюються шляхом введення додаткових постулатів особливого роду, покликаних пояснити дивовижну стабільність матерії по відношенню до зовнішніх впливів і не мають нічого спільного з механікою або астрономією в старому сенсі. Після знаменитої роботи Планка 1900 такі постулати називаються квантовими умовами. Квантові умови якраз і привнесли в атомну фізику той цікавий елемент числової містики, про який вже йшлося вище. Виявилося, що певні фізичні величини, що відносяться до розрахунку орбіт електронів, повинні бути цілочисельними кратними деякої фундаментальної одиниці, а саме введеному Планком кванту дії. Такі правила нагадували спостереження древніх піфагорійців, згідно з якими дві хиткі струни дають спільно гармонійне звучання, якщо при однаковому натягу їх довжини знаходяться між собою в целочисленном відношенні. Але що спільного у планетарних орбіт електронів з хитаються струнами? Ще гірше було з тим, як доводилося уявляти собі випромінювання світла атомом. Випромінюючий електрон повинен був при цьому стрибком перейти з однієї квантової орбіти на іншу, важко зітхнувши вивільняється при цьому енергію цілим пакетом хвиль або світловим квантом. Ніхто, напевно, не прийняв би подібних уявлень серйозно, якби з їх допомогою не вдавалося досить успішним і точним чином пояснити цілий ряд експериментів. Природно, нас, молодих студентів, прямо-таки заворожувало це змішання незбагненною містики чисел і безсумнівного емпіричного успіху. Вже незабаром після початку моїх занять Зоммерфельд поставив переді мною завдання зробити з деяких спостережень, повідомлених йому знайомим фізиком-експериментатором, висновки про орбітах досліджуваних електронів і їх квантових чисел. Це виявилося нескладним, проте отримані результати були найвищою мірою несподіваними. Окрім цілих квантових чисел мені довелося допустити також і їх половини, що повністю суперечило духу квантової теорії і зоммерфельдовской числовий містиці. Вольфганг посміювався, що я, напевно, незабаром введу також і чверті, і восьмушки квантових чисел, так що врешті-решт вся квантова теорія розсиплеться на порох у мене під руками. Але проте експериментальні дані виглядали саме таким чином, ніби половинні квантові числа мали повне право на існування, так що до всіх попередніх елементів загадковості додався ще один. Вольфганг задався дуже важкою проблемою. Він вирішив перевірити, чи ведуть теорія Бора і квантові умови Бора-Зоммерфельда до експериментально вірним результатами у випадку більш складної системи, розрахувати яку було можливо, використовуючи математичні методи, прийняті в астрономії. Справа в тому, що під час наших мюнхенських дискусій ми задумалися над тим, не обмежені чи попередні успіхи теорії вкрай простими системами і чи не спіткає її невдача при вивченні більш складних систем, які і зібрався розглянути Вольфганг. У цьому зв'язку Вольфганг якось запитав мене: «А, власне, чи віриш ти, що в атомі є така річ, як орбіти електронів?» Моя відповідь, мабуть, був досить туманним: «Насамперед, в камері Вільсона таки можна безпосередньо спостерігати траєкторію електрона. При висвітленні камери конденсаційний слід, що складається з крапельок туману, показує, де пролетів електрон. А якщо існують траєкторії електронів в камері Вільсона, то повинні існувати, напевно, і їх орбіти в атомі. Однак повинен зізнатися, що мене тут все-таки бере сумнів. Справді, ми розраховуємо орбіту за законами класичної ньютонівської механіки, а потім, ввівши квантові умови, приписуємо цій орбіті стабільність, яку вона за законами тієї ж ньютонівської механіки ніяк не повинна б мати, і коли електрон при випромінюванні переходить стрибком з однієї орбіти на іншу - як прийнято виражатися, - то ми воліємо зовсім нічого не говорити про те, чи здійснює він свій стрибок у довжину або у висоту, або виробляє які-то інші кренделі. Стало бути, все уявлення про орбіті електрона в атомі виявляється в якомусь сенсі безглуздістю. Але як же тоді бути? » Вольфганг кивнув. «Все це в цілому дійсно виглядає вкрай загадковим. Якщо в атомі у електрона є орбіта, то цей електрон, очевидно, обертається періодично навколо ядра з певною частотою. Однак, згідно із законами електродинаміки, від періодично рухомого заряду повинні виходити електричні коливання, простіше кажучи, випромінюється світло певної частоти. Але знову ж нічого подібного в атомі не спостерігається, а частота коливань випускається світла знаходиться десь посеред між частотами обертання електрона по орбіті до таємничого стрибка і після нього. Все це, по суті, повне безумство ». - Нехай це і божевілля, але в ньому є своя система, - процитував я. - Так, можливо. Нільс Бор стверджує, що тепер йому для всієї періодичної системи елементів відомі орбіти електронів кожного атома, а от ми обидва, чесно кажучи, зовсім не віримо в електронні орбіти. Зоммерфельд, мабуть, ще вірить в них. І тим не менше всі ми прекрасно можемо бачити траєкторію електрона в камері Вільсона. Можливо, Нільс Бор все ж у якомусь сенсі прав, ми тільки не знаємо, в якому саме. На противагу Вольфгангу я був налаштований в подібних питаннях оптимістично і відповідав приблизно наступне: «Незважаючи на всі труднощі, я знаходжу цю фізику Бора вкрай привабливою. Самому Бору, безсумнівно, ясно, що він виходить з передумов, які у собі протиріччя і, стало бути, в даному своєму виді незадовільних. Однак у нього безпомилкове чуття щодо того, як, виходячи з цих хитких передумов, прийти до такої картині атомарних процесів, яка все ж буде містити в собі вирішальну частку істини. Власне кажучи, Бор використовує класичну механіку або квантову теорію так само, як художник використовує кисть і фарби. Кисть і фарби ще не створюють картину, і фарба ніколи не є дійсність, але якщо я, подібно худ'жніку, бачу цю картину своїм уявним поглядом, то можу за допомогою пензля і фарб - хоча б і дуже недосконало - зробити її видимою і для інших. Бору відмінно відомо поведінку атомів при світлових явищах, при хімічних і багатьох інших процесах, і він склав собі інтуїтивне уявлення про структуру різних атомів; цю-то картину він і хоче зробити зрозумілою для інших фізиків за допомогою недосконалих допоміжних засобів, які йому представляє теорія електронних орбіт і квантових умов. Так що не можна з упевненістю сказати, що сам Бор вірить в електронні орбіти атома. Однак він переконаний у правильності своїх інтуїтивних образів. Що для цих образів поки ще немає адекватних мовних чи математичних виразів - це не біда. Навпаки, тут криється надзвичайно інтригуюча проблема ». Вольфганг був налаштований все ще скептично: «Я все ж спершу спробую встановити, чи ведуть передумови Бора-Зоммерфельда до розумних результатами в розв'язуваної мною проблеми. Якщо ні - а я сильно підозрюю, що так воно і виявиться, - то принаймні можна буде знати, що саме не відповідає дійсності, а тим самим ми вже зробимо крок вперед ». І він задумливо додав: «Образи Бора в якомусь сенсі повинні бути вірними. Але як їх розуміти і які стоять за ними закони? » Деякий час по тому після одного довгої розмови про атомну теорії Бора Зоммерфельд досить несподівано запитав мене: «Чи не бажаєте Ви особисто познайомитися з Нільсом Бором? Він скоро прочитає в Геттінгені цикл лекцій про свою теорію. Я туди запрошений і міг би взяти Вас з собою ». Мені довелося трохи сповільнити з відповіддю, бо в ті часи залізничне подорож до Геттінгена і назад представляло для мене нерозв'язну фінансову проблему. Мабуть, Зоммерфельд помітив, як тінь цієї турботи пробігла по моєму обличчю. У всякому разі, він сказав, що бере на себе пов'язані з моєю поїздкою витрати; природно, моя відповідь після цього міг бути тільки однозначним. На початку літа 1922 Геттінген, приємний містечко вілл і садів на схилі Хайнберга, був прикрашений незліченними квітучими деревами, трояндами і клумбами, так що сам зовнішній блиск його виправдовував назва, яку ми пізніше дали цим дням: «борівський фестиваль» у Геттінґене. Картина першій лекції незгладимо закарбувалася в моїй пам'яті. Зал був переповнений. Датський фізик, в якому вже по фігурі можна було дізнатися скандинава, стояв на підвищенні трохи схиливши голову, дружньо і кілька ніяково посміхаючись, а в широко розкриті вікна лилося яскраве сонце геттін-Генський літа. Бор говорив досить тихим голосом, з м'яким датським акцентом, і коли він роз'яснював окремі положення своєї теорії, то вибирав слова обережно, набагато обачніше, ніж ми звикли чути від Зоммерфельда, і майже за кожним ретельно сформульованим пропозицією вгадувалися тривалі розумові ряди, лише почала яких висловлювалися, а кінці губилися в напівтемряві надзвичайно хвилювала мене філософської позиції. Зміст лекції здавалося і новим, і разом з тим не новим. У Зоммерфельда ми вивчили теорію Бора і тому знали, про що йде мова. Але всі слова в устах Бора звучали інакше, ніж у Зоммерфельда. Безпосередньо відчувалося, що свої результати Бор отримав не шляхом обчислень і доказів, а шляхом інтуїції і припущень, і що тепер йому було нелегко захищати їх перед геттінгенцев з їх високою математичної виучкою. Після кожної лекції починалася дискусія, і в кінці третьої лекції я наважився зробити одне критичне зауваження. Бор торкнувся тієї роботи Крамерса, про яку мені довелося доповідати на зоммерфельдовском семінарі 13, і сказав на закінчення: хоча принципи теорії ще неясні, проте можна цілком покластися на те, що результати Крамерса правильні і пізніше будуть підтверджені експериментами. Тут я встав і висунув заперечення, які були результатом наших мюнхенських дискусій і змушували мене сумніватися у висновках Крамерса. Напевно, Бор відчув, що за моїми зауваженнями стоять грунтовні заняття його теорією. Відповідав він нерішуче, так, немов зауваження кілька стурбувало його, а після дискусії підійшов до мене і запитав, чи не можемо ми в другій половині дня прогулятися разом по Хайнбергу, щоб грунтовно обговорити поставлені мною питання. Ця прогулянка справила великий вплив на моє подальше науковий розвиток, або навіть, вірніше сказати, все моє науковий розвиток, власне, і почалося з цієї прогулянки. Наш шлях йшов по одній з добре доглянутих лісових стежок повз людного кафе «У Ронов» до осяяної сонцем вершині, звідки можна було одним поглядом окинути прославлений університетське містечко з підносяться шпилями старовинної церкви Іоанна та Якова й пагорбами по інший бік Лейнеталя. Бор почав розмову, повернувшись до ранкової дискусії: «Сьогодні вранці Ви висловили деякий сумнів щодо роботи Крамерса. Відразу повинен сказати, що Ваше сумнів мені цілком зрозуміло; мені здається, що я повинен трохи докладніше пояснити Вам, як я ставлюся до всіх цих проблем. Справа в тому, що я, по суті, більш солідарний з Вами, ніж Ви думаєте; і я дуже добре розумію, наскільки обережно слід підходити до всіх твердженнями про будову атома. Мабуть, спочатку мені потрібно трохи розповісти про історію моєї гіпотези. Її вихідним пунктом аж ніяк не була думка, ніби атом є планетна система в мініатюрі і ніби тут можна застосовувати закони астрономії. До такої міри буквально я це ніколи не розумів. Головним для мене було інше, а саме стійкість матерії, з точки зору колишньої фізики постає справжнім дивом. Під словом «стійкість» я маю на увазі те, що одні й ті ж речовини завжди і скрізь зустрічаються з одними і тими ж властивостями, що утворюються однакові кристали, виникають однакові хімічні сполуки і т. д. Це означає, що і після різноманітних змін , що можуть статися під впливом ззовні, атом заліза, наприклад, в кінці кінців залишається тим же атомом заліза з тими ж самими властивостями. З точки зору класичної механіки це незбагненно, особливо якщо вважати, що атом дійсно подібний планетарна. Отже, в природі є тенденція до утворення певних форм - я зараз беру слово «форма» в найзагальнішому сенсі - і до відтворення цих форм заново навіть тоді, коли вони порушені або зруйновані. У цьому зв'язку можна навіть згадати про біології; адже стійкість живих організмів, збереження найскладніших форм, які до того ж здатні до існування неодмінно лише як ціле, - явище того ж роду. Правда, в біології йдеться про дуже складних, що змінюються в часі структурах, і їх ми зараз не будемо торкатися. Я хотів би тут говорити лише про простих формах, з кото- римі ми зустрічаємося вже у фізиці та хімії. Існування однорідних речовин, наявність твердих тіл - все це спирається на стійкість атомів, включаючи і той факт, що, наприклад, від люмінесцентної лампи, наповненої певним газом, ми завжди отримуємо світло одного і того ж кольору, світловий спектр з одними і тими ж спектральними лініями. Все це зовсім не само собою зрозуміло, навпаки, здається незрозумілим, якщо виходити з принципу ньютонівської фізики, з суворої причинного детермінованості подій, коли будь-яке дане стан має бути однозначно визначено попереднім станом і тільки їм. Це протиріччя турбує мене вже дуже давно. На диво стійкості матерії ще довго не звертали б уваги, якби за останні десятиліття на нього не пролили нове світло важливі відомості іншого роду. Як Вам відомо, Планк виявив, що енергія атомної системи змінюється переривчасто і що, коли така система випромінює, то існують, якщо можна так висловитися, «зупинки» з певними рівнями енергії, які я пізніше назвав стаціонарними станами. Потім Резерфорд провів свої дослідження будови атома, які виявилися настільки вирішальними для подальшого розвитку. Там, в Манчестері, в лабораторії Резерфорда, я і познайомився з усією цією проблематикою. Я тоді був майже так само молодий, як Ви тепер, і вів з цих питань нескінченні розмови з Резерфордом. Нарешті, в самий останній час були грунтовніше досліджені явища світіння, виміряні спектральні лінії, характерні для різних хімічних елементів, та й різноманітні хімічні відкриття теж надають, природно, велике безліч свідчень про поведінку атомів. Ці події, в яких я іноді брав безпосередню участь, поставили нас перед питанням, в наш час вже неминучим, а саме питанням про те, як тут зв'язати кінці з кінцями. Теорія, яку я спробував побудувати, мала своєю метою встановити такий зв'язок. Але це ж, по суті, абсолютно безнадійна справа, завдання зовсім іншого роду, ніж звичайні наукові завдання. Справді, раніше у фізиці, та й у будь-який інший природної науці, коли було потрібно пояснити нове явище, можна було, використовуючи наявні поняття і методи, звести це нове явище до вже відомих феноменам або законам. А в атомній фізиці, як нам добре відомо, колишніх понять свідомо недостатньо. Через стійкості матерії ньютоновская механіка незастосовна всередині атома, вона в кращому випадку може хіба що послужити тут відправною точкою. І, стало бути, неможливо також ніяке наочний опис будови атома, адже подібний опис - саме в силу своєї наочності-мало б користуватися поняттями класичної фізики, а вони вже не охоплюють відбувається. Так що, Ви розумієте, подібна теорія замахується, власне, на щось у принципі неможливе. Справді: треба говорити про будову атома, а ми не володіємо мовою, на якій могли б пояснити- ся. Ми у відомому сенсі опиняємося в положенні мореплавця, що потрапив в далеку країну, де не тільки умови життя зовсім інші, ніж відомі йому з дитинства, але й мова живуть там людей абсолютно чужий. Йому потрібно домогтися розуміння, а у нього в розпорядженні немає жодних коштів для цього. У подібному становищі теорія взагалі не може нічого «пояснити» в сенсі, прийнятому досі в науці. Мова йде про те, щоб поступово виявляти існуючі зв'язки і на дотик обережно просуватися вперед. Так само я сприймаю і розрахунки Крамерса, а сьогодні вранці я, напевно, висловився недостатньо обачно. Проте зробити більше поки ще просто неможливо ». Із слів Бора я живо відчув, що і йому теж близькі всі сумніви і заперечення, що обговорювалися нами в Мюнхені. Бажаючи упевнитися в тому, що я його правильно зрозумів, я запитав: «Проте що ж тоді означають ті наочні моделі атомів, які Ви днями демонстрували і обговорювали на Ваших лекціях, приводячи ще й доводи на їх користь? У якому сенсі їх потрібно розуміти? » - Це моделі, - відповідав Бор, - виведені або, якщо Вам завгодно, вгадані виходячи з досвіду, а не отримані за допомогою яких-небудь теоретичних розрахунків. Я сподіваюся, що вони описують будову атома настільки добре, але разом з тим, і лише настільки добре, наскільки це взагалі можливо, якщо користуватися наочним мовою класичної фізики. Треба віддавати собі звіт в тому, що її мовою тут можна користуватися лише подібно до того, як ним користуються в поезії, де, як відомо, його цілі не в точній зображенні ситуації, а в створенні у слухача певних образів і внутрішніх асоціацій. - Але як же тоді, власне, рухатися вперед? Адже, врешті-решт, фізика повинна бути точною наукою. - Залишається чекати, - сказав Бор, - що парадокси квантової теорії, незрозумілі риси, пов'язані зі стійкістю матерії, з кожним новим експериментом виступатимуть у все більш яскравому світлі. У такому випадку можна буде сподіватися, що з плином часу виникнуть нові поняття, за допомогою яких ми зможемо якось зрозуміти і неізобразімие наочно процеси в атомі. Однак до цього нам ще далеко. Це зауваження Бора змусило мене згадати думку, висловлену Робертом під час нашої подорожі до озера Штарн-Бергер: атоми не є речами. І хоча Бор зрозумів, мабуть, багато подробиць внутрішньої будови атомів хімічних елементів, електрони, з яких складаються оболонки атомів, це вже явно не речі, - в усякому разі, не речі в сенсі класичної фізики, без всяких застережень піддаються опису в термінах місця, швидкості, енергії, протяжності. Тому я запитав Бора: «Якщо внутрішня будова атомів настільки мало піддається наочному опису, як Ви кажете, і якщо у нас, власне, немає мови, на якому ми могли б вести мову про це їх будові, то чи зможемо ми взагалі коли б то ні було зрозуміти атоми? »Бор секунду по- моделлю, а потім сказав: «Мабуть, зможемо. Але нам треба буде все-таки спочатку дізнатися, що означає слово «розуміння». Між тим ми дісталися у своєму маленькому подорожі до вершини Хайнберга, прийшовши до ресторану, який називається «Поворот», напевно, тому, що вже з давніх часів гуляють мали звичай повертати там тому. Повернули звідти і ми знову до долини, яка цього разу відкрилася перед нами з північної сторони з видом на пагорби, ліси і села в Лейнетале, тепер уже давно ввійшли в межі міста. - Ну що ж, - відновив Бор нашу бесіду, - ми говорили з Вами про такій безлічі складних речей, і я розповів Вам, як сам прийшов у науку, але мені ще нічого не відомо про Вас. Ви виглядаєте ще дуже юним. Створюється навіть таке враження, начебто б Ви почали з вивчення атомної фізики і лише пізніше освоїли колишню фізику і все інше. Схоже, Зоммерфельд дуже рано ввів Вас в цей пригодницький світ атомів. А як Ви пережили війну? Я зізнався, що, маючи двадцять років від роду, вчуся поки ще на четвертому семестрі, так що про загальну фізиці знаю жахливо мало, і розповів про зоммерфельдовскіх семінарах, на які мене привабила саме заплутаність, незрозумілість квантової теорії. Для військової служби я був занадто молодий, з нашої родини тільки батько воював у Франції як офіцер запасу; і ми дуже тривожилися про нього, проте в 1916 році він повернувся додому після поранення. В останній рік війни, щоб не дуже голодувати, я працював наймитом на хуторі в передгір'ях баварських Альп. Крім того, я почасти пережив досвід революційних боїв у Мюнхені. Але в іншому війна мене по-справжньому не торкнулася. - Із задоволенням поговорив би з Вами ще, - сказав Бор, - і послухав від Вас про становище у вашій країні, яку я ще так мало знаю. І про молодіжний рух, про який мені розповідали Геттінгенського фізики. Ви повинні як-небудь відвідати нас в Копенгагені, а то і приїхати до нас на більш довгий час, щоб разом займатися фізикою. Тоді і я покажу Вам нашу маленьку країну і розповім Вам про її історію. Коли ми наблизилися до першого міським будинкам, розмова перейшла на Геттінгенського фізиків і математиків Макса Борна, Джеймса Франка, Ріхарда Куранта і Давида Гільберта, з якими я познайомився саме в ці дні, і ми коротенько обговорили можливість того, щоб я провів частину часу моєї навчання в Гет-Тінгені. Так переді мною блиснуло майбутнє, повне нових надій і можливостей, і вже провівши Бора додому, по шляху до свого готелю я ще довго розцвічували його яскравими фарбами.
|
||
| « Попередня | Наступна » | |
|
|
||
Інформація, релевантна "III.« РОЗУМІННЯ »В СУЧАСНІЙ ФІЗИКИ (1920-1922)" |
||
|
||