В то время когда Вавилов при помощи теории квантов настойчиво искал разгадку тайны люминесценции, из-за рубежа начали поступать сообщения о новых поразительных открытиях в области мельчайших частиц материи. Сама квантовая теория с ее многочисленными затруднениями стала быстро поглощаться новым физическим учением, гораздо более широким и совершенным, — так называемой волновой, или квантовой, механикой.
О том, что потребность в ревизии старой теории давно назрела, показывал тот любопытный факт, что первые квантовомеханические идеи появились почти одновременно в трех странах: Франции, Германии и Англии. Во всем были различны люди, заложившие фундамент нового раздела физики: французский аристократ, выходец из королевского дома Бурбонов Луи де Бройль; сын профессора истории церкви, юный геттингенский теоретик Вернер Гейзенберг; сорокалетний профессор университетов в Цюрихе и Бреслау Эрвин Шредингер; долговязый сверстник Гейзенберга, сын швейцарца и англичанки Поль Адриен Дирак… Различны были и их подходы к теоретическим вопросам.
Но результаты их исследований удивительно совпадали между собою, освещали с разных сторон одну и ту же истину.
Первый шаг в новом направлении сделал в 1924 году Луи де Бройль. В своей диссертации, выполненной под руководством знаменитого парижского физика-теоретика Поля Ланжевена, де Бройль высказал невероятно смелое предположение о том, что каждый движущийся электрон сопровождается своеобразной волной («волной де Бройля»), определяющей некоторые особенности его поведения.
Конечно, эта волна существенно отличается от световой, иначе говоря — электромагнитной, волны. И все же между частицей света — фотоном — и частицей вещества — электроном — по гипотезе де Бройля существует нечто общее: обеим им присуща своеобразная двойственность. Если прав де Бройль, то материя в любом ее виде, то есть как в виде вещества, так и в виде света, одновременно обладает свойствами волн и частиц.
Французский физик оказался прав. Это подтвердили год-два спустя немецкие физики Вернер Гейзенберг и Эрвин Шредингер. Идя в формально-математическом отношении совсем иными путями, они пришли к тем же выводам, что и их парижский коллега.
А еще двумя годами позже, в 1928 году, 26-летний Поль Дирак установил, что между светом и веществом общего даже больше, чем это следовало из теории де Бройля — Гейзенберга — Шредингера.
— Дирак пришел к теоретическому выводу, что при некоторых условиях свет должен превращаться в вещество и обратно, — рассказывал потом Сергей Иванович на лекции своим студентам. — В сильном электрическом поле световые кванты с длиной волны не больше одной тысячной миллимикрона, по Дираку, могут распадаться на две противоположно заряженные частицы — электрон и позитрон. Это весьма удивительное теоретическое предсказание, но оно все же полностью подтвердилось на опыте. Превращение света в вещество экспериментально доказано.
— Мне это кажется такой же бессмыслицей, как если бы кто-нибудь сказал, что звук может превращаться в музыкальный инструмент, — призналась одна студентка в перерыве.
— Вы нашли удачную аналогию, — улыбнулся Сергей Иванович. — Здесь действительно происходит нечто до известной степени напоминающее сказочное превращение мелодии в скрипку!
Мир квантовой механики раскрывался сторонами, где было много в высшей степени странного и неожиданного.
Чувства его первооткрывателей хорошо выразил впоследствии известный немецкий физик Паскуаль Йордан: «Каждый был полон такого напряжения, что почти захватывало дыхание. Лед был сломан… Становилось все более и более ясным, что мы натолкнулись на совершенно новую и глубоко запрятанную область тайн природы. Стало очевидным, что для разрешения противоречий потребуются совершенно новые методы мышления, находящиеся за пределами прежних физических представлений».
Советские физики с неослабным вниманием следили за тем, что происходит в университетах и в физических кружках Запада. Росла потребность в обмене научной информацией, и правительство социалистического государства посылало за рубеж наиболее талантливых представителей науки. Они вливались в интернациональную семью ученых и не только перенимали интересные идеи у своих западных коллег, но и сами все чаще публиковали результаты своих исследований на страницах немецких, английских и французских журналов.
В январе 1926 года получил от Московского университета заграничную научную командировку и Сергей Иванович. В соответствующем постановлении указывалось, что эта командировка — премия «первому профессору-ударнику» за отличную работу.
Вавилов мог выбирать место поездки, и он выбрал Берлинский университет. В то время там работал известный специалист по люминесценции профессор П. Прингсгейм. Кроме того, в центральном высшем учебном заведении столицы Германии особенно глубоко и критически разбирались идеи Луи де Бройля и других апологетов нового учения.
С первыми работами французского ученого Вавилов познакомился еще в Москве. До выезда в Берлин советский физик знал и об идеях Гейзенберга. В период же пребывания Сергея Ивановича в Берлинском университете на фронте физики произошли новые крупные события. Появилось более законченное математическое изложение волновой механики, разработанное Шредингером. Одновременно были опубликованы новые работы Гейзенберга в соавторстве с двумя исследователями, один из которых был его учитель — геттингенский корифей Макс Борн, а другой ученик — студент Паскуаль Йордан. Именно в этих работах возвещалось создание их авторами квантовой механики.
Вначале казалось, что идеи квантовой механики отличаются от идей Шредингера. Но в том же 1926 году Шредингер доказал, что они выражают полностью одно и то же. Входило в эту теорию и отношение между длиной волны и импульсом, установленное де Бройлем.
Сергей Иванович принимал активное участие в обсуждении работ по квантовой механике, проводившемся на интереснейших коллоквиумах в Берлинском университете. Коллоквиумами руководил крупнейший немецкий физик, основатель рентгено-структурного анализа и нобелевский лауреат Макс фон Лауэ. В собеседованиях участвовали и другие выдающиеся ученые.
Не все еще было ясно в новом направлении физической науки. Но все ощущали, что найден новый могучий метод решения сложнейших задач теории. Когда же разбиралось ставшее потом знаменитым основное уравнение волновой механики Э. Шредингера, участники коллоквиумов пришли почти к единодушному мнению, что перед ними — математическое выражение закона, который в атомной физике играет такую же фундаментальную роль, как законы движения Ньютона в классической механике.
Можно было понять чувства одного из физиков, процитировавшего, показывая на написанное мелом на доске уравнение Шредингера, слова из «Фауста»:
С возникновением квантовомеханических идей многие физики стали пересматривать явления природы, изучением которых специально занимались, с точки зрения квантовой механики. Хотелось знать, что могут дать новые идеи для прояснения туманных мест различных областей физической теории.
С многими вместе стремился к этому и Вавилов. Открытие новых, более глубоких взаимосвязей между
