ядро плюс один электрон. Дать формулу энергетических уровней. Таблицу теоретических частот. Диаметры орбит. Размер атома в основном состоянии. И надо было убедиться, что найденные числа (числа, а не слова!) хорошо сходятся с экспериментальными данными.
Раз электрон на орбитах не излучает, он и впрямь подобен планете. Бор допустил: на орбитах еще верна обычная механика. Но раз излучение происходит порциями, в переходах между орбитами действительна квантовая теория.
В дело шли старые законы Кеплера и новый закон Планка. Маргарет села за машинку. Работа продолжалась три недели.
Подробности никем не рассказаны. Но вот деталь: начиная с 13 февраля и до 6 марта он не написал ни одного письма.
Расспрашивая его о тех днях, Томас Кун изумлялся неправдоподобной быстроте, с какою все было сделано. И уверял Бора, что такие вещи возможны, только если у исследователя еще перед началом работы «все части целого уже в руках». А Бор мягко возражал:
— Да, но это было не так. Понимаете ли, прежде всего, мы работали очень быстро. А главное состояло в том, что вела вперед общая идея…
В этом-то разговоре, чтобы уж сполна объяснить стремительность того успеха, он и произнес слова об откровении. Снизойдя на минуту (а больше и не надо!), оно ушло, оставив свою тень-заместительницу — долго непреходящее вдохновение.
…Были часы, когда даже Маргарет — «ах, я ничего не понимала в физике!» — могла легко оценить его результаты. Она разделила его торжество, когда он вывел формулу для диаметра электронных орбит и подучил размер водородного атома, равный примерно 10^(-8) см. Одна стомиллионная сантиметра — физики давно уже были знакомы с этой величиной по косвенным оценкам. Теперь она возникла прямо из теории атома! Или другое число: 109 000 — для константы Ридберга, входившей во все спектральные формулы. Ее экспериментальное значение было равно 109 675. Могло ли не произвести сильнейшего впечатления такое наглядное согласие теории с опытом!
Труднее поддавались столь же простому пониманию его логические радости. Была среди них одна, бесконечно важная для него. Он не доверился бы своим руководящим идеям, если б они оставляли пропасть между микро — и макромирами. Природа такой пропасти не знала: большой мир осязаемых и зримых вещей был построен из невидимых атомов. И не существовало пограничного рва с уведомлением: «по сю сторону — квантовый мир, по ту сторону — классический». Первый должен был естественно переходить во второй. На тогдашнем языке Бора это называлось «соображениями аналогии» между квантами и классической механикой, а позже стало называться «Принципом соответствия».
Бор легко нашел этот принцип в формулах своей теории. В самом деле, лестница разрешенных уровней энергии в атоме обладала замечательным свойством: чем выше она поднималась, тем ниже становились ступеньки. Так выглядит всякая высокая лестница при взгляде снизу: ступеньки сходят на нет и сливаются в вышине — там их уже не пересчитать. Но атомная лестница не просто выглядела так, а была в действительности такой: по мере удаления от ядра разрешенные уровни все меньше отличались от соседних. И в конце концов сливались в пологий пандус. Квантовые скачки делались все неприметней, и переход из одного стационарного состояния в другое становился неотличимым от непрерывного. Из-под власти квантовых законов электрон постепенно поступал в распоряжение классической физики.
Так естественное единство микро — и макромиров, сохраняясь невредимым, получало понятное объяснение. И возникало столь же естественное единство новых и старых физических представлений. Все получалось верно: разрыв и единство сосуществовали. Бор-философ и Бор-физик испытывали чувство равного удовлетворения.
…Первое письмо после трехнедельного марафона он написал тотчас же, едва Маргарет поставила точку под перебеленным текстом.
Копенгаген, 6 марта 1913
Дорогой проф. Резерфорд!
…Посылаю первую часть моей работы о строении атомов… Я был бы очень рад, если бы смог опубликовать законченную главу как можно быстрее.
…Поэтому я буду чрезвычайно признателен Вам, если Вы найдете возможным доброжелательно препроводить предлагаемую первую главу в Philosophical Magazine.
Надеюсь, Вы сочтете, что я подошел с приемлемой точки зрения к тонкой проблеме одновременного использования старой механики и новых представлений, введенных теорией излучения Планка. Мне так хотелось бы знать, что Вы подумаете обо всем этом…
А дальше он изложил еще одну просьбу к Резерфорду — на сей раз не о покровительстве, а об экспериментальной помощи:
…Как Вы увидите, теоретические соображения этой первой главы привели меня к иной, чем общепринятая, интерпретации вопроса о происхождении некоторых серий в спектрах звезд и тех спектральных линий, какие недавно наблюдал Фаулер в вакуумной трубке, наполненной водородом и гелием. Вместо приписывания их водороду я попытался показать, что их следует приписать гелию. Это можно было бы, однако, проверить экспериментально… У нас в Копенгагене нет сейчас условий, чтобы провести такой эксперимент удовлетворительно; поэтому я решаюсь попросить Вас, если это возможно, осуществить его в Вашей лаборатории…
Уединенные поиски понимания атома кончились. Самое тревожное и желанное, что может дать теория, — предсказание — он отдавал на суд экспериментаторов. Резерфордовцев! И не мог не подумать о захолустности физики в милом его сердцу Копенгагене. Меж тем именно в те дни уже началось превращение датской столицы в столицу квантовой механики. Но это еще таилось в ряду всего, чему суждено было прийти после. А пока…
…Когда я окончу мою работу, надеюсь, мне удастся ненадолго приехать в Манчестер. Я с превеликим удовольствием предвкушаю эту возможность.
Он никак не предполагал, что через две недели ответ Резерфорда заставит его поспешно и без всякого удовольствия броситься в Манчестер, не дожидаясь окончания работы над остальными главами.
Манчестер, 20 марта 1913
Дорогой д-р Бор!
Ваша статья пришла в полной сохранности, и я прочел ее с большим интересом, но мне хочется тщательно просмотреть ее снова, когда выдастся больше досуга. Ваши взгляды на механизм рождения водородного спектра очень остроумны и представляются отлично разработанными. Однако сочетание идей Планка со старой механикой делает весьма затруднительным физическое понимание того, что же лежит в основе такого механизма. Мне сдается, что есть серьезный камень преткновения в Вашей гипотезе, и я не сомневаюсь, что Вы полностью сознаете это, а именно: как решает электрон — с какою частотой должен он колебаться, когда происходит переход из одного стационарного состояния в другое? Мне кажется, Вы будете вынуждены допустить, что электрон заранее знает, где он собирается остановиться…
Бор читал и перечитывал этот первый абзац, снова и снова поражаясь проницательности Резерфорда — беспощадной физичности его мышления.
Скачки электронов пока что и вправду выглядели мистически. Величина излучаемого кванта — его частота — целиком зависела от размаха скачка. И потому в момент НАЧАЛА перескока уже все определял его КОНЕЦ. Оттого что всякий квант одноцветен, частота по дороге измениться уже не могла. Электрону предлагался набор возможных перескоков, но облюбовать одну из нижних орбит он должен был заблаговременно, дабы «решить, с какой частотой колебаться» в пути. Что же это выходило — электрону дозволялось делать свободный выбор?!
Угроза нависла не только над классической физикой. Над классическим пониманием причинности. Резерфорд не ошибался — Бор это «полностью сознавал». Но у него выбора не было! Он мог бы отшутиться: в отличие от электрона не было у него выбора. Как, впрочем, и у
