коммунистического будущего.
Читатель, успевший проникнуться симпатией к нашему герою, после его статьи о несохранении энергии испытает, наверно, чувство неловкости. С этим чувством можно справиться, только разобравшись в сути событий, которые сделали возможным появление указанной статьи. Внимательное рассмотрение этих событий поможет нам, кроме того, лучше понять научную обстановку 30-х годов и особенности физического мировоззрения М. П. Бронштейна.
О том, что закон сохранения был в 30-е годы уязвим, пишут нечасто и, главное, очень кратко. А одной фразой никак не объяснить, почему многие выдающиеся физики ставили тогда под сомнение всеобщность великого закона. Среди этих физиков были Ландау, Гамов, Пайерлс, Дирак; из старшего поколения — Эренфест. А автором гипотезы несохранения был один из величайших физиков XX в.— Нильс Бор.
В 20—30-е годы закон сохранения энергии испытал целых три потрясения. И ко всем трем попыткам пошатнуть великий закон имел отношение Бор, к первым двум — самое прямое.
В многочисленных работах, посвященных творчеству Бора, рассматриваются его глубокие идеи, ставшие фундаментальными для современной науки. И это, конечно, вполне понятное следствие огромной роли, которую сыграл Бор в физике XX в.
Однако хорошо известно, что не ошибается только тот, кто ничего не делает. В этой главе мы рассмотрим судьбу главной ошибочной идеи Бора — гипотезы о нарушении ЗС в субатомной физике. Поверхностному взгляду, брошенному в прошлое с высоты современных знаний, эта гипотеза может показаться не только ошибочной, но даже легковесной. Однако, чем навешивать ярлыки и ставить оценки, гораздо интереснее осмыслить обстоятельства, сделавшие возможным появление идеи, которая позже была сочтена явным заблуждением. Состояние науки и методология ученого иногда характеризуются заблуждениями не менее выразительно, чем достижениями. Гипотезу Бора никак нельзя назвать случайной, она привлекала его внимание долгое время — с 1922 по 1936 г. И важно понять причины долгой жизни столь нежизнеспособной, казалось бы, идеи.
Впервые идею ограниченной применимости ЗС[33] в субатомной физике Бор опубликовал в статье 1923 г. [113] (законченной в ноябре 1922 г.). Почвой, на которой возникли сомнения в ЗС, были размышления о несовместимости волнового описания света и представлений о квантах света (введенных Эйнштейном в 1905 г. и позже названных фотонами). В то время главным инструментом Бора был принцип соответствия, и он не видел никакой возможности в духе этого принципа совместить волновую теорию и кванты света. Поэтому идею квантов света Бор считал неприемлемой. Но эйнштейновская «эвристическая точка зрения» на свет как на поток квантов, столь успешно объяснявшая фотоэффект, опиралась на ЗС. И вполне естественно, что антипатия к квантам света привела к сомнениям в абсолютности ЗС. Подобные сомнения, надо сказать, посещали и других [202, с. 133], но только смелость Бора и его авторитет позволили сделать эти сомнения достоянием сообщества физиков.
Бор яснее других видел пропасть, зиявшую между квантовым дискретным и классическим непрерывным описаниями, и, для того чтобы построить мост теории через эту пропасть, он даже отступление от ЗС считал не слишком большой ценой [241, с. 290]. По опыту создания теории атома он знал, что иногда достигнуть цель нельзя, двигаясь только малыми шагами. Такому физику-мыслителю, как Бор, было труднее, чем другим, мириться с отсутствием (выражаясь словами Эйнштейна) внутреннего совершенства физической картины, и меньший вес имело внешнее оправдание, каким располагала идея квантов света к 1922 г.
Внешнее оправдание стало еще большим после открытия в 1923 г. эффекта Комптона и его фотонного объяснения на основе законов сохранения энергии и импульса. Поскольку, однако, это объяснение не уменьшило разрыва между корпускулярным и волновым описаниями, Бор продолжал бороться с квантами света. И в 1924 г. он вместе с Крамерсом и Слетером предложил подход к описанию эффекта Комптона, обходящийся без понятия световых квантов и предполагающий соблюдение ЗС только в статистическом смысле [120]. Эта опасность для ЗС длилась, однако, недолго: в 1925 г. эксперимент (Комптона—Саймона и Боте—Гейгера) ясно высказался за фотонное описание и против описания Бора—Крамерса—Слетера.
Так закончился первый натиск на ЗС. Для Бора, впрочем, он завершился не столько экспериментальным подтверждением ЗС в субатомной физике, сколько созданием последовательного аппарата квантовой механики, увенчанного в 1927 г. принципом неопределенности и принципом дополнительности,— был построен долгожданный теоретический мост, связывающий корпускулярное и волновое описания уже не только света, но и вещества.
Второй натиск на ЗС породили проблемы ядерной физики. Если первый натиск начинался с теоретической неудовлетворенности и кончился приговором эксперимента, то второй начался с неудовлетворительной экспериментальной ситуации и завершился построением теории (впрочем, мы еще увидим, насколько теоретическое было сплавлено с экспериментальным). Прежде всего — хронологическая канва событий.
Начало положили эксперименты Эллиса—Вустера 1927 г. Они установили, что электроны, вылетающие при р-распаде ядер, распределены по энергиям непрерывно. И хотя начальное и конечное состояния ядра обладают вполне определенными энергиями, их разность больше средней энергии р-электронов. Было установлено, и что р-распад не сопровождается у-излучением, которое могло бы восстанавливать баланс энергии в каждом отдельном акте р-распада. Это дало Бору основание предположить, что в ядерной физике ЗС может нарушаться. Самые ранние свидетельства его гипотезы — рукопись заметки, которую в июле 1929 г. он послал Паул2и на отзыв, и соответствующие их письма [247, с. 4][34] (публично эту гипотезу Бор высказал только в октябре 1931 г. [116]).
Паули не счел предположение Бора основательным и в противовес выдвинул собственную гипотезу. В декабре 1930 г. в письме «собранию радиоактивных дам и господ», собравшихся в Тюбингене, «имея в виду 'неправильную' статистику ядер N и Li6»[35], а также непрерывный спектр р-распада, Паули «предпринял отчаянную попытку спасти теорему статистики и закон сохранения энергии» [252, с. 390]. Он предположил, что в ядрах существуют нейтральные частицы спина 1/2, которые при р-распаде вылетают из ядер вместе с электронами и, обладая большой проникающей способностью, уносят с собой «несохраняющуюся» часть энергии. Присутствие таких частиц в ядре могло предотвратить и азотную катастрофу. Вскоре Паули, однако, понял, что одной нейтральной частицей обе эти проблемы решить нельзя. И в июне 1931 г. он впервые публично (но лишь устно) сообщил о своем плане спасения ЗС с помощью нейтральных, весьма проникающих частиц, сопровождающих р-распад [Там же, с. 393].
В октябре 1931 г. на международной конференции по ядерной физике в Риме противостоящие гипотезы встретились. Хотя Паули нашел там важного союзника — Ферми (которому новая частица — нейтрино — стала обязана своим именем и теорией), большинство участников конференции склонялись к точке зрения Бора, впервые опубликованной именно в Трудах Римской конференции. Реферируя этот сборник, Бронштейн писал: «Согласно взглядам Бора, которые теперь уже, кажется, стали почти общепринятыми среди теоретиков, законы сохранения энергии и количества движения, представляющие одну из наиболее характерных черт современной физической теории, должны перестать соблюдаться в области релятивистской теории квант» [68] (при чем здесь «релятивистская теория квант», мы увидим в следующем разделе).
Паули же не решался публиковать свою нейтринную гипотезу вплоть до Сольвеевского конгресса в октябре 1933 г. Там было сообщено о резкой верхней границе р-спектра, согласующейся с ЗС, а две экспериментально открытые новые частицы — нейтрон и позитрон — жили в физике уже на полных правах. После этого конгресса и в особенности после построенной Ферми вскоре, в самом конце 1933 г., теории р- распада число физиков, сомневающихся в ЗС, стало уменьшаться и обратилось в нуль в 1936 г. после драматического, но длившегося всего несколько месяцев кризиса, связанного с опытами Шэнкланда.
Эти опыты, изучавшие комптоновское рассеяние в области высоких энергий, противоречили фотонной
