ЛитМир - Электронная Библиотека
Содержание  
A
A

Казалось, что единственный путь согласования теории излучения с принципами обычной статистической механики был предложен Джинсом. Он состоял в том, что экспериментальные условия следует относить не к реальному равновесию, а к квазистационарному состоянию, в котором образование высокочастотного излучения ускользает от наблюдения. Свидетельством остроты трудностей в теории излучения было зачитанное на конгрессе письмо лорда Рэлея, в котором он советовал внимательно обсудить предложение Джинса. Однако вскоре при более тщательном рассмотрении выяснилось, что аргументы Джинса нельзя было поддержать.

Доклады и дискуссии на конгрессе были во многих отношениях просто великолепными. Так, после докладов Варбурга и Рубенса об экспериментальных наблюдениях, подтверждающих планковский закон теплового излучения, сам Планк изложил аргументы, которые привели его к открытию кванта действия. Обсуждая трудности согласования этой новой особенности с системой понятий классической физики, он подчеркнул, что существенным моментом было не введение новой гипотезы о кванте энергии, а, скорее, видоизменение самого понятия действия, и выразил убеждение, что принцип наименьшего действия, который сохранил свою силу также и в теории относительности, может оказаться путеводной нитью для дальнейшего развития квантовой теории.

В последующем докладе на конгрессе Эйнштейн подвёл итоги многочисленным приложениям квантовой концепции и, в частности, рассмотрел основные аргументы, использованные в его объяснении аномалий теплоемкости при низких температурах. Обсуждение этих явлений содержалось в докладе Нернста, посвящённом приложению квантовой теории к различным вопросам физики и химии; в этом докладе он специально рассмотрел свойства вещества при очень низких температурах. Чрезвычайно интересно вспомнить, как Нернст в своем докладе отметил, что хорошо известная теорема об энтропии при абсолютном нуле, важные приложения которой были найдены после 1906 г., оказались специальным случаем более общего закона, выведенного из теории квантов. (Однако явление сверхпроводимости некоторых металлов при крайне низких температурах, об открытии которого доложил Камерлинг-Оннес, представляло хитрую загадку, объяснение которой было найдено лишь многие годы спустя.

Новую идею, получившую различное истолкование, представляла собой мысль Нернста о квантовании вращения молекул газа; со временем она получила превосходное подтверждение в измерениях тонкой структуры инфракрасных линий поглощения. Об аналогичном же применении квантовой теории было рассказано в докладе Ланжевена; ему удалось успешно развить теорию зависимости изменения магнитных свойств вещества от температуры; в этом докладе Ланжевен специально остановился на идее магнетона, предложенного Вейсом для объяснения замечательных количественных соотношений между величинами элементарных магнитных моментов атомов, полученных из анализа его измерений. Как показал Ланжевен, значение магнетона, по крайней мере приближённо, могло быть вычислено из предположения, что электроны в атомах вращаются с моментом импульса, соответствующим планковскому кванту.

Другие смелые и эвристические попытки выявления квантовых особенностей в других свойствах вещества были описаны Зоммерфельдом, который подробно исследовал образование рентгеновых лучей с помощью быстрых электронов, а также рассмотрел проблемы, связанные с ионизацией атомов при фотоэффекте и электронных соударениях. Говоря о последних проблемах, Зоммерфельд обратил внимание на сходство некоторых своих рассуждений с рассуждениями, изложенными в последней статье Гааза; Гааз пытался применить квантовые идеи к электрону, связанному в атомной модели в виде равномерно положительно наэлектризованной сферы; эта модель подобна модели Дж. Дж. Томсона. При этом Гааз получил циклические частоты того же порядка величины, что и частоты оптических спектров. Что касается его собственных взглядов, — добавил Зоммерфельд, — то вместо того, чтобы пытаться вывести планковскую константу из некоторых рассуждений, он скорее принял бы существование кванта действия в качестве основы для решения любых вопросов, касающихся структуры атомов и молекул. На фоне современных тенденций развития физики ясно, что это высказывание и в самом деле оказалось почти пророческим.

Хотя во время конгресса, конечно, не могло быть и речи об исчерпывающей трактовке всех проблем, возникших в связи с открытием Планка, всё же на конгрессе было достигнуто единодушное мнение, что для физической науки раскрылись новые огромные перспективы. Несмотря на то, что оказался необходимым радикальный пересмотр оснований для однозначного применения первичных физических понятий, всех ободряло то, что именно в эти годы была очень ярко продемонстрирована устойчивость физического фундамента благодаря новому триумфу классического подхода при определении свойств разреженных газов и использовании статистических флуктуаций для подсчёта числа атомов. Соответствующие, подробно аргументированные доклады, посвящённые этим достижениям, были сделаны на конгрессе Мартином Кнудсеном и Жаном Перреном.

Живое представление о дискуссиях на первом Сольвеевском конгрессе я получил от Резерфорда при встрече с ним в Манчестере, вскоре после его возвращения из Брюсселя. Однако, как я установил только спустя несколько месяцев при просмотре отчёта о заседаниях, Резерфорд ничего не сообщил мне о том, что в ходе дискуссий на конгрессе не было упомянуто самое новейшее событие, которому суждено было оказать столь глубокое влияние на последующее развитие, а именно, его собственное открытие атомного ядра. Действительно, обобщая весьма неожиданным образом данные о структуре атома, которая поддаётся истолкованию в простых механических понятиях, и в то же время обнаруживая неадекватность таких понятий для любых проблем устойчивости атомных систем, открытие Резерфорда должно было не только служить руководством, но и оставаться стимулирующим фактором на позднейших стадиях развития квантовой физики.

II

Следующий Сольвеевский конгресс в 1913 г. был посвящён проблеме строения вещества. Самой важной новой информацией на нем была информация об открытии дифракции рентгеновых лучей в кристаллах, сделанном Лауэ в 1912 г. Это открытие устранило все сомнения в том, что этому проникающему излучению следует приписать волновые свойства. Корпускулярные же черты этого излучения при его взаимодействии с веществом, как это особенно подчёркивал Уильям Брэгг, весьма выразительно иллюстрировалось на снимках в камере Вильсона, показывающих треки быстрых электронов, освобождаемых при поглощении излучения в газах. Как известно, открытие Лауэ явилось прямым толчком к блестящим исследованиям кристаллических структур Уильямом и Лоуренсом Брэггами, которые, анализируя отражение монохроматического излучения от различных сечений плоскопараллельных конфигураций атомов в кристаллической решетке, сумели определить как длину волны излучения, так и тип симметрии решетки.

Обсуждению этих вопросов, составивших главный предмет работы конгресса, предшествовал доклад Дж. Дж. Томсона, изложившего остроумные концепции, касающиеся электронной структуры атомов; с помощью этих концепций, не отступая от классических физических принципов, Томсон смог объяснить, по крайней мере качественно, многие общие свойства вещества. Это бросает свет на общие взгляды физиков, в то время ещё не оценивших принципиального значения открытия Резерфордом ядерной структуры атома, которое было существенной основой для таких исследований. Единственное упоминание об этом открытии сделал сам Резерфорд, который в дискуссии, следовавшей за докладом Томсона, указал на достаточное количество и точность экспериментальных данных, подтверждающих ядерную модель атома.

Впрочем, за несколько месяцев до открытия конгресса была опубликована моя первая статья о квантовой теории строения атомов. В этой статье были сделаны первые попытки использовать атомную модель Резерфорда для объяснения характерных свойств элементов, зависящих от связи электронов, окружающих ядро. Как уже отмечалось, этот вопрос представлял непреодолимые трудности, если рассматривать его с помощью обычных идей механики и электродинамики, согласно которым никакая система точечных зарядов не допускает устойчивого статического равновесия, а любое движение электронов вокруг ядра привело бы к рассеянию энергии посредством электромагнитного излучения, сопровождаемого быстрым сжатием электронных орбит до нейтральной системы гораздо меньшей величины, чем величина атомов, вычисленная из общих физических и химических данных. Поэтому такая ситуация приводила к мысли, что рассмотрение проблем устойчивости должно опираться непосредственно на особый характер атомных процессов, демонстрируемый открытием кванта действия.

182
{"b":"569102","o":1}