убедительность теории Резерфорд посоветовал Бору не спешить с выводами и
был прав. Последний изложил свои мысли на бумаге и счастливый от работы
уезжал из Манчестера домой.
4. На пути к атомной теории.
А
в следующем месяце была свадьба Нильса и Маргаретт. Бор совершил много
визитов к своим друзьям в Кавендишскую лабораторию, к Резерфорду домой, в
Шотландию и все , кто видел Нильса и Маргаретт были очарованы этой чудесной
парой. Молодая чета нашла квартиру в Копенгагене и Бор приступил к чтению
лекций по термодинамике в Копенгагенском университете. Мысли Бора не
переставала занимать модель атома. Он пришел к убеждению , что квант
действия введенный Максом Планком можно использовать в качестве величины,
ограничивающий определение координат и скорости электронов. Бор решил
выразить свои мысли в статье “О строении атомов и молекул ”. Он очень
спешил написать ее , потому что видел , что ученые все ближе и ближе
подходят к решению проблемы ограничения классических представлений в
микромире. Когда статья была закончена , Резерфорд , прочитав ее , указал
Бору на избыток вопросов и неопределенностей, однако согласился с тем , что
ее надо издать в журнале. Основные выводы , которые Бор смог сделать в ней
вошли в физику под названием “Постулатов Бора”. Они сразу взбудоражили мир
физиков , и хотя ни Томпсон, ни Релей , ни Зееман не приняли новые
постулаты , чаша весов , на которую была положена судьба атомного мира
неуклонно склонялась на сторону Боровской трактовки мира атома.
Для того , чтобы понять , почему так неоднозначно были встречены
постулаты Бора необходимо вспомнить положение физики в начале ХХ века. Всем
известна речь лорда Кельвина о безоблачности неба физики , произнесенная в
1900 году в Королевском институте. Хорошо помнится и упомянутое им
маленькое облачко , связанное с проблемой излучения , из которого потом
грянул гром переворота в физике. Все было ясно в классической теории физики
, которую построили Галилей и Ньютон, Максвелл и Лоренц. В ней природа не
делает скачков , она равномерна и предсказуема. И вдруг невероятная
гипотеза Планка , которая доказала, что скачкообразные процессы квантования
также свойственны природе , как и непрерывность. Эйнштейн убирает из физики
эфир , исчезли законы сохранения массы и размеров. От старой физики
остались развалины . а взамен ничего нового предложено не было .
В 1916 году после некоторой неопределенности с работой Бору
предложили должность профессора теоретической физики в Копенгагенском
университете, на что он охотно согласился. В сентябре 1916 года Бора
выбирают председателем датского физического общества . Он читает лекции по
механике, теории упругости, термодинамике, электронной атомной теории.
Слава о Боре в ученом мире начинает разрастаться. Став членом Датского
королевского общества , молодой Нильс начинает вынашивать очень смелую идею
: “Организовать при университете Институт теоретической физики “. У Бора
помимо научных способностей раскрываются прекрасные организаторские
способности. Ему удается объединить вокруг себя много сторонников, он
находит поддержку и в Королевском обществе , и в Муниципалитете, и среди
деловых кругов Дании. И вскоре приступают к строительству детища Бора - 1-
го Института физики в Дании.
5. Институт теоретической физики.
Б
ор жил в постоянной спешке , он везде был быстрее всех . Полтора года
огромного энтузиазма с которым работал сам Бор и каким он заражал других
дали свои результаты. Несмотря на рост цен , несмотря на I-ую мировую войну
и огромной число других препятствий институт был сдан в назначенный срок .
15 сентября 1920 года состоялось официальное открытие института , который в
последующие 20 лет будет едва ли ни единственным международным центром по
изучению квантовой теории.
В институте сразу же образовалось ядро молодых и талантливых ученых ,
которое потом назвали “копенгагенской группой” . Бор был прекрасным
организатором , умел подбирать лучших людей. Группа Бора занималась
проблемой Теории атома . Проблема эта в то время сделалась важнейшей в мире
и к Бору стекалось очень много талантливой молодежи . Был даже заведен
специальный журнал , в котором регистрировали всех , кто приезжал и уезжал
и по которому потом было очень интересно судить о миграции ученых к Бору. К
нему также поступало много заявок на чтение лекций в различных Вузах мира.
Он старался на все предложения ответить согласием , вследствие чего большая
загруженность + административные обязанности привели к болезни Бора.
Поставленный диагноз гласил : “Острое переутомление”. Прошло почти полгода
, пока Бор смог приступить к своим обычным обязанностям .
По мере работы копенгагенской группы становились очевидными многие
неясные вопросы атома , и в 1922 году Бору присудили Нобелевскую премию в
области физики “За заслуги в исследовании строения атомов и атомного
излучения”. Его нобелевская речь была обзором всего существующего , всего ,
что было достигнуто квантовой теорией строения атома, но при этом он четко
давал понять , что теория находится в начальной стадии своего развития и
что основные проблемы еще впереди. Блестящим подтверждением правильности
новой теории явилось известие о получение нового 72 - го элемента
Периодической системы элементов Д.И.Менделеева, существование которого
предсказывала квантовая теория. Этот элемент назвали Гафний , в честь
древнего названия Копенгагена - Hafn.
6. Создание квантовой механики.
П
олнейший развал физики ХХ века казалось был немного приведен в порядок .
Однако этот порядок достиг рубежа за которым появлялось все больше
различных “но” которые не вписывались в рамки существующей теории атома. В
теории использовались одновременно как классические , так и квантовые
понятия , что приводило к явной незавершенности учения. Все ждали
разрешения проблем. Теория Бора была лишь промежуточным звеном между
классикой и чем-то совершенно новым. Положение , в котором находилась
теоретическая физика вызывало чувство грусти и безнадежности. Ученые заново
начали проверять все, что только можно было подвергнуть сомнению . На кон
был даже поставлен закон сохранения энергии . Бор связывал большие надежды
в решении этой проблемы со своими молодыми сотрудниками : Паули,
Гейзенбергом, Дираком, Шредингером. Как ученый , он на удивление прекрасно
чувствовал себя в окружении большого количества ученых , он работал ,
руководил группой очень остроумных людей , которые в свободной , .порой
даже в шутливой обстановке пытались разгадать загадки природы атома. Такой
стиль работы впоследствии был назван “Копенгагенским стилем”.
Первым результатом напряженной работы стал принцип “Запрета Паули”
который утверждал , что в определенном квантовом состоянии может находиться
не более 1-го электрона. Этот принцип сразу пролил свет на теорию строения
атома и на периодичность химических и физических свойств элементов. За этот
принцип Паули была присуждена Нобелевская премия мира, правда в последствии
- за 1946 год. Последующие два года 1922-1924 года длились в мучительных
поисках решения проблем квантования , в течение которых у Бора было два
приятных события:
1-ое у него родился четвертый сын (всего их было 5)
2-ое : Кембриджское философское общество приняло его в свои члены.
Осенью 1924 года началось то, чего ученый мир ждал с надеждой и
тревогой. Сложность квантовой теории достигла предела, ее буквально
разрывали внутренние противоречия. И вот в институте Бора появляется
человек , который раньше не занимался проблемами атома , но лишь вступив в
стены Института сразу же взялся за работу. Это был Гейзенберг. Его
гениальность проявилась в том , что он предложил заменить все ненаблюдаемые
величины для электрона (координаты, скорость, частоту обращения)
наблюдаемыми , которые можно измерять в непосредственном эксперименте
(частота спектральных линий, интенсивность) - т. наз. “Гейзенберговский
формализм”. Идею Гейзенберга подхватил Борн и пришел к выводу , что
“Гейзенберговский формализм идентичен матричному исчислению , хорошо
известному в математике. В результате совместных действий Гезенберга ,
Борна и Иордана была создана матричная механика. Последний шаг в решении
проблем квантования сделал Шредингер . Введенные им собственные значения ,
а также рассмотрение электрона не как частицы , а как распределение
плотности вероятности привели Бора в глубокое волнение. Взволновался он
потому, что поначалу казалось , что волновая механика Шредингера и
матричная Гейзенберга несовместимы. Однако все закончилось благополучно .
Гейзенберг сформулировал свое соотношение неопределенностей , а Шредингер
записав впервые свое волновое уравнение заложил основы для создания
совершенно новой науки - квантовой механики. Как только были описаны все
основы нового направления все стало на свои места. Теперь легко объяснялись
правила квантования, принцип запрета Паули, периодическая система элементов
Д.И.Менделеева.
В 1927 году в Италии в г.Комо состоялся Международный физический
конгресс . На конгрессе главным был доклад Бора на тему “Квантовый постулат
и новейшее развитие атомной теории”. В своей докладе Бор сформулировал
принцип , который смог ответить на все вопросы , которые в то время стояли
перед теорией атома. Это был принцип дополнительности , который гласил ,
что любой предмет может проявлять себя как частица , так и как волна. Этот
принцип сразу вошел в обиход физических понятий , и применялся не только в
физике , но и в других науках.
Сейчас можно с уверенностью сказать , что наука которая была создана
всего за два с половиной года в корне изменила наше миропонимание.
Оказалось , что исходя из принципа неопределенности невозможно однозначно
предсказать исход опыта, а лишь можно судить о вероятности того или иного
результата. Новая теория вызывала много возражений . Многие ученые так и не
приняли ее: это были Луи де Бройль , Шредингер, Планк , Лауэ, Эйнштейн.
Официальные творцы квантовой механики : Гейзенберг, Дирак, Борн, Шредингер.
И, хотя имя Бора не упоминается , все признают , что именно в
“копенгагенском котле” , которым управлял Бор была сварена новая наука. И
именно Бора следует считать творцом квантового мировоззрения.
7. Бор и семья.
З
аслуга Бора в науке несомненно была грандиозная. Однако раскрылся он не
только как талантливый ученой , организатор , но и как прекрасный семьянин
и отец. К людям и к жизни Бор был не менее любознателен , чем к проблемам
науки. С детьми он был ласков и добр и постоянно , как и его отец ,
Христиан Бор , приучал их к труду. Семья у него была не маленькая: пять
сыновей и одна дочь . Дети сами вспоминали потом , что для них отец в
первую очередь являлся лучшим другом , который открывал перед ними большой
и интересный мир . “Больше всего, - пишет Ханс Бор , - в моей памяти
остались вечера , когда отец читал вслух или мы , дети, собирались вокруг
него и засыпали кучей вопросов , на которые он с удовольствием отвечал.
Бор никогда не работал по графику. Он мог думать о работе и в
праздники , и во время лыжных прогулок и даже ночью. Обладая огромной
работоспособностью , он тем самым вынуждал своих ассистентов выдерживать
большие нагрузки , для обеспечения нормальной работы шефа. Тяжело было
также потому , что у Бора не получалось одновременно думать и писать ,
отсюда его помощники писали под диктовку его статьи , которые по много раз
переписывались и корректировали. Интересно также понимание Бором проблем
психологии. Дирак вспоминал : “Как-то раз на прогулке Бор обратил внимание
на то , что когда он ударяет своей тростью по земле , то кажется что
чувство осязания находится не в руке , а на конце палки. Тут же он провел
аналогию с мозгом человека , который подобно руке настраивается с помощью
фактов и органов чувств на анализ воспринимаемой информации. ”
7. В глубь ядра.
Ч
то же происходило в квантовой науке в предвоенные годы?. В 1930 году Бор
прочитает лекцию в Лондонском химическом обществе , в которой говорит
весьма пророческие слова : “...в атомной теории , несмотря на достигнутые
успехи , мы должны быть готовы к новым сюрпризам ”. И сюрприз не заставил
себя ждать. Началось интенсивное исследования атомного ядра, которое
привело к рождению ядерной физики. Уже в 1930 году была предложена протонно-
нейтронная модель ядра , позже Ферми обнаруживает нейтрино , а дальше
буквально обрушивается поток новых открытий. 1934 год Кюри открывают
искусственную радиоактивность, Юкава вводит идею о мезонах, Ферми
регистрирует искусственную радиоактивность при бомбардировке тяжелых
элементов нейтронами. Копенгагенский институт больше не мог оставаться в
стороне от проблем ядра. Датчанами было собрано 100 тысяч крон на которые
купили 0.6 грамма радия и подарили Институту теоретической физики на 50
-летие Бора. В 1938 году в институте был построен I-ый циклотрон в Европе.
Как только начались опыты по бомбардировке тяжелых ядер, как только стали
поступать результаты опытов от Ферми, Жолио-Кюри, Фриша в атмосферу физики
был запущен дух предчувствия открытия. Бор писал: “Все были полны
предчувствия , что физика стоит на пороге новой эры”. В 1939 году у Бора
собрались Метнер , Фриш, Плачек и Розенфельд. В результате обсуждения
данных проведенных экспериментов они делают вывод: “Столкновение нейтрона и
ядра может привести к взрыву всего ядра с большим выделением энергии
.Однако использование этой энергии в практических целях стоит под большим
вопросом”. Их прогноз оказался ошибочным . Уже в марте этого же года Энрико
Ферми докладывал правительству США о том, что создание атомного оружия
является задачей осуществимой , при условии если U235 , которого в U238 1%
будет отделен от последнего. Достижения ядерной физики были очень опасными
и сразу перешли в разряд сверхсекретных.
Ко всему прочему обстановка в Европе обострилась до предела.
Германией была захвачена большая часть стран Европы , в которых был
установлен фашистский режим. Проводить исследования на оккупированных
территориях было тяжело и небезопасно. 28 сентября 1940 года пришло
известие о том , что из Берлина ждут приказа об аресте Нильса и Харольда
Боров . Видя такую ситуацию Боры покидают родину и переезжают в Англию , до
которой Гитлер не добрался. В Англии Бор экстренно встречается с
английскими коллегами . После анализа данных английских и американских
ученых становится ясно: При текущем уровне понимания структуры ядра ,
создание ядерного оружия становится лишь делом лишь технической и
конструкторской реализации. Буквально сразу американское правительство,
приглашает Нильса Бора и его сына Оге Бора к себе в лабораторию. Опасения
того, что немцы реализуют смертельный проект раньше других были очень
сильны, ибо в таком случае исход войны в Европе был бы непредсказуем для
всей планеты, посему Бору в условиях сверхсекретности были переправлены в
штаты.
Лаборатории по созданию атомной бомбы были размещены в Лос-Аламосе.
Американцы собрали лучшие научные силы: Ферми, Бете, Чедвика, Фриша,
Комптона, Сцилорда. Роль руководителя, главного аналитика исполнял Николас
Бейкер - так теперь звали Бора . Работы проводились в условиях строжайшей
секретности , тратились огромные средства и 16 июля 1945 года в штате Нью-
Мехико была взорвана первая в мире атомная бомба. Результаты испытания были
ужасающими , которые американцы не замедлили продемонстрировать в Хиросиме
и Нагасаке. “Все ученые Лос-Аламоса испытывали чувство вины. Мы сделали
работу за дьявола” - вспоминает впоследствии Энрико Ферми. Еще в 43 году
Бору и Эйнштейн прилагали нечеловеческие усилия по предотвращению
бомбардировок, но ни Рузвельт ни Трумэн не захотели услышать голос
благоразумия. 11 августа 1945 года Бор выступает в газете “Таймс” , где он
обвиняет штаты в нецелесообразности использования ядерных бомбардировок в
Японии и призывает всех к международному контролю над новым видом
вооружения. В последующие годы он очень много внимания уделял этой
проблеме, несмотря на рост холодной войны и гонки вооружения.
До конца своих дней Бор успел сделать много полезных дел для развития
науки среди которых были :
- строительство лаборатории при институте теоретической физики;
- создание ЦЕРНа - Европейского Совета по ядерным исследованиям;
- постройка датского атомного реактора.
18 ноября 1962 Нильс Бор скончался , оставив после себя такое количество
проделанной работы , которым могла бы гордиться даже целая группа людей.
Литература.
1. Е.М.Кляус, У.И.Франкфурт, А.М.Френк. “Нильс Бор”//Наука .М.-1977.
Страницы: 1, 2
