III. «ПОНИМАНИЕ» В СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКЕ (1920—1922)

Когда я вспоминаю лето 1921 года и пытаюсь охватить разные его события в единой картине, то перед моими глазами возникает образ нашего палаточного городка на опушке леса; внизу простирается еще тонущее в синей рассветной дымке озеро, в котором мы накануне купались, а за ним широкий горный хребет Бенедиктен- ванд. Товарищи еще спят, и только я один до рассвета покидаю палатку и вьющейся тропой примерно за час добираюсь до ближайшей железнодорожной станции с таким расчетом, чтобы ранним поездом попасть в Мюнхен и не опоздать на зоммерфельдовский семинар к 9 часам. Тропинка ведет сначала вниз к озеру через болотистую местность, затем на моренный холм, откуда в утреннем свете можно вплоть до самой Цугшпитце обозревать альпийскую цепь Бенедиктенванда.

Когда потом, спустя два или три часа после окончания лекции Зоммерфельда, в аудитории для семинарских занятий появлялся Вольфганг, то сцена нашего обоюдного приветствия разыгрывалась примерно следующим образом. Вольфганг: «А, вот и наш апостол природы. Доброе утро! Ты выглядишь так, словно опять несколько дней подряд жил согласно принципам своего святого патрона Руссо. Ведь это ему принадлежит знаменитое изречение: «Назад к природе; на деревья, обезьяны»11.—«Вторая часть не из Руссо,— отвечал я ему,— и по деревьям никто не лазал. А вот тебе следовало бы говорить не «доброе утро», а «добрый день». Сейчас 12 часов. Подчеркиваю, 12 часов. Но в следующий раз ты должен взять меня с собой в какое-нибудь ночное кафе, чтобы и у меня тоже, наконец, появились хорошие научные идеи».— «Кафе тебе определенно не поможет; однако ты бы лучше рассказал мне, что у тебя получается с работой Крамерса, о которой ты должен докладывать на следующем семинаре». Тут наш разговор быстро принимал деловой характер. Когда мы говорили о физике, к нам часто присоединялся наш Друг, Отто Лапорт, который со своим рассудительным и трезвым прагматизмом был хорошим посредником между Вольфгангом и мной. Впоследствии он совместно с Зоммерфельдом опубликовал важные исследования по так называемой мультиплетной структуре спектров 12.

Похоже, благодаря его посредничеству случилось так, что однажды мы втроем, т. е. Вольфганг, Отто и я, предприняли путешествие в горы на велосипедах по дороге от Бенедиктбейерна через Кессель- берг к озеру Вальхензее и от него далее в Лойзахталь.

161

6 В Гейзенберг

Итак, уже несколько дней подряд мы были вместе в пути. После того, как с немалым трудом толкая вперед свои велосипеды, мы взобрались на перевал Кессельберга, нам было уже нетрудно катиться по отважно прорубленной в склоне горы дороге вдоль крутого западного берега озера Вальхензее — я тогда не догадывался, какое значение приобретет для меня в дальнейшем этот клочок земли — и проехали мимо того места, где когда-то старый арфист и его дочь на почтовой карете Гете отправились в Италию: прообразы Миньон и старика арфиста из «Вильгельма Мейстера». Поверх темных вод этого озера Гете, как повествуется в его дневнике, впервые увидел покрытые снегом вершины. Но хотя мы радостно любовались тем же ландшафтом, впитывали в себя те же образы, разговор неизменно возвращался к вопросам, занимавшим нас в связи с учебой и наукой.

Вольфганг спросил меня — кажется, это было вечером на постоялом дворе в Грайнау,— понял ли я эйнштейновскую теорию относительности, игравшую такую большую роль на семинаре Зоммер- фельда. Я смог ответить лишь, что не знаю, поскольку мне не ясно, что, собственно, означает слово «понимание» в естествознании. Лежащая в основе теории относительности математическая схема не представляет для меня трудности; но при всем том я, пожалуй, все же еще не понял, почему движущийся наблюдатель под словом «время» имеет в виду нечто иное, чем покоящийся. Эта путаница с понятием времени меня по-прежнему беспокоит, оставаясь до сих пор чем-то непостижимым. —

Но если ты овладел математической схемой теории,— возразил Вольфганг,— то это означает, что ты в состоянии для каждого данного эксперимента рассчитать, что будет воспринимать или измерять покоящийся наблюдатель и что — движущийся.

Для меня трудность как раз в том,— отвечал я,— что я сам не знаю, чего тут еще можно требовать. Но у меня такое ощущение, будто я в известном смысле обманут логикой, в соответствии с которой действует математическая схема этой теории. Или, если хочешь, я понял теорию головой, но не сердцем. Что такое «время», я, кажется, знал, даже еще не учившись физике; и наша мысль, и наше поведение всегда предполагают это наивное понятие времени. Можно, пожалуй, сформулировать и так: наше мышление покоится на том, что наше понятие времени функционирует, что, пользуясь им, мы достигаем успеха. А утверждая, что это понятие времени необходимо изменить, мы уже не знаем, являются ли наш язык и наше мышление пригодными инструментами для успешной ориентировки в действительности. Я не хочу здесь апеллировать к Канту, который именует пространство и время априорными формами созерцания, придавая тем самым этим исходным формам, каковыми они представлялись и прежней физике, статус абсолютности. Я хочу только подчеркнуть, что язык и мышление становятся ненадежными, если мы меняем такие основополагающие понятия, а ненадежность несовместима с пониманием.

Мои сомнения показались Отто необоснованными. «Конечно, в школьной философии все выглядит так,— сказал он,— словно понятия вроде «пространства» и «времени» уже получили твердый, не подлежащий изменениям смысл. Но это доказывает только, что школьная философия неверна. С красиво сформулированными общими фразами о «сущности» пространства и времени мне решительно нечего делать. Ты, по-видимому, слишком уж много занимался философией. Но тебе следовало бы знать и такое достойное внимания определение: «Философия есть систематическое злоупотребление изобретенной специально для этой цели номенклатурой». Всякие притязания на абсолютность надо с самого начала отклонять.

По правде, следовало бы употреблять лишь слова и понятия, непосредственно соотносящиеся с чувственным восприятием, причем, естественно, непосредственное чувственное восприятие можно заменить более сложным физическим наблюдением.

Здесь Вольфганг сделал несколько оговорок: «Сказанное тобой справедливо лишь при некоторых очень важных условиях, о которых нельзя не упомянуть. Во-первых, нужно убедиться, что предсказания теории однозначны и самосогласованны. В случае теории относительности это условие обеспечено ее легко обозримым математическим каркасом. Во-вторых, из понятийной структуры теории должно явствовать, к каким феноменам она может быть применена, а к каким нет. Если бы такого ограничения не существовало, можно было бы сразу опровергнуть любую теорию на том основании, что она не может предсказать всех явлений мира. Но даже если удовлетворены все эти предварительные условия, у меня все еще нет полной уверенности, что человек автоматически обладает полным пониманием, когда может предсказать все относящиеся к рассматриваемой области явления. Я мог бы считать и наоборот: что мы вполне поняли конкретную сферу опыта, но данные будущих наблюдений заранее рассчитать с точностью не можем».

6*

163 Тогда свое сомнение в правомерности отождествления предсказуемости с пониманием я попытался обосновать примерами из истории: «Ты знаешь, что в Древней Греции уже астроном Аристарх допускал возможность того, что Солнце находится в центре нашей планетной системы. Однако эта мысль была отвергнута Гиппархом и забыта, и Птолемей исходил из центрального положения Земли, рассматривая орбиты планет как суперпозицию круговых орбит, циклов и эпициклов. Руководствуясь такими представлениями, он умел очень точно предсказать солнечные и лунные затмения, и его учение поэтому в течение полутора тысяч лет расценивалось как надежная основа астрономии.

Отто не нашел эти примеры слишком убедительными. Он сказал: «Я могу усмотреть здесь только различие в степени, а не принципиальную разницу. Астрономия Птолемея была очень хороша, иначе она не продержалась бы полторы тысячи лет. Ньютоновская астрономия была не лучше, и лишь с течением времени выявилось, что с помощью ньютоновской механики движение небесных тел можно рассчитать действительно точнее, чем пользуясь циклами и эпициклами Птолемея. Собственно говоря, я не могу согласиться с тем, что Ньютон сделал нечто лучшее, чем Птолемей. Ньютон просто дал иное математическое описание движения планет, и затем оно в течение столетий показало себя более успешным».

Однако Вольфганг счел такое воззрение в свою очередь слишком односторонне позитивистским. «Я считаю,— возразил он,— что у ньютоновской астрономии есть принципиальное отличие от птоле- меевской. В самом деле, Ньютон изменил саму постановку вопроса. Он задался вопросом в первую очередь не о движениях планет, а об их причинах. Он нашел эти причины в силах тяготения и открыл, что силы, действующие внутри планетной системы, проще, чем движения небесных тел. Он описал их при помощи своего закона тяготения. Когда мы говорим теперь, что со времени Ньютона понимаем движение планет, то имеем в виду, что, поточнее пронаблюдав весьма сложное движение небесных тел, мы можем свести его к чему-то очень простому, а именно к силам гравитации, и тем самым объяснить их. По Птолемею, мы могли, конечно, описать те же сложности движения с помощью наложения циклов и эпициклов, но тогда нам пришлось бы просто принимать все это на веру, как эмпирический факт. Кроме того, Ньютон показал, что при движении планет, в сущности, происходит то же самое, что при движении юлы. Благодаря тому, что в ньютоновской механике все эти различные явления сводятся к одному и тому же корню, именно к известному положению, что «массахускорение = сила», такое объяснение планетной системы значительно превосходит птолеме- евское».

Отто, однако, еще не признавал своего поражения: «Слово «причина», сила как причина движения — это звучит очень красиво, но, по сути дела, мы продвигаемся вперед лишь на очень малый шаг. В самом деле, тогда придется снова спросить, а какова причина силы, причина гравитации? По твоей философии выходит, что мы лишь тогда по-настоящему «вполне» поймем движение планет, когда узнаем причину тяготения, так до бесконечности».

Однако Вольфганг решительно воспротивился такой критике понятия причины: «Естественно, можно вечно задавать вопросы, на том стойт всякая наука. Но ты взял не особенно удачный аргумент. Понять природу — значит заглянуть в ее внутренние взаимосвязи, точно знать, что мы вникли в ее скрытые механизмы. Такое знание не дается осмыслением одного отдельного явления или одной отдельной группы явлений, даже когда мы открыли в них определенный порядок; оно достигается лишь тогда, когда мы устанавливаем широкие взаимосвязи, сводим к одному простому корню огромное множество опытных фактов. Ведь достоверность покоится как раз на их многочисленности. Опасность заблуждения становится тем меньше, чем богаче и сложнее рассматриваемые явления и чем проще тот общий принцип, к которому они могут быть сведены. Возможность со временем открыть какие-то еще более широкие связи не может служить возражением». —

Значит, по-твоему,— добавил я,— мы можем положиться на теорию относительности именно потому, что она тоже единым образом охватывает огромное множество явлений и сводит их к общему корню, например в электродинамике движущихся тел. Поскольку единая связь здесь легко обозрима математически, у нас возникает чувство, что мы «поняли» ее, хотя нам еще нужно привыкнуть к новому или, скажем, к несколько измененному пониманию слов «пространство» и «время». —

Да, я примерно это и имею в виду. Решающим шагом Ньютона и упомянутого тобой Фарадея была как раз новая постановка вопроса и, как следствие, образование новых объясняющих понятий. «Понимать» — это, по-видимому, означает овладеть представлениями, концепциями, с помощью которых мы можем рассматривать огромное множество различных явлений в их целостной связи, иными словами, «охватить» их. Наша мысль успокаивается, когда мы узнаем, что какая-нибудь конкретная, кажущаяся запутанной ситуации есть лишь частное следствие чего-то более общего, поддающегося тем самым более простой формулировке. Сведение пестрого многообразия явлений к общему и простому первопринципу или, как сказали бы греки, «многого» к «единому», и есть как раз то самое, что мы называем «пониманием». Способность численно предсказать событие часто является следствием понимания, обладания правильными понятиями, но она непосредственно не тождественна пониманию.

Отто ворчал: «Все это — систематическое злоупотребление специально для такой цели придуманной номенклатурой. Я не могу понять, почему о всех этих простых вещах надо говорить так сложно. Если пользоваться языком так, чтобы он соотносился с непосредственно воспринимаемой действительностью, то никакого недопонимания не может возникнуть, ведь значение каждого слова известно. И когда теория отвечает таким требованиям, ее всегда можно постигнуть без излишнего философствования».

Однако Вольфганг не собирался с этим сразу согласиться: «Твой столь правдоподобно звучащий постулат впервые, как тебе известно, был выдвинут Махом, и иногда говорят, что Эйнштейн создал теорию относительности потому, что придерживался философии Маха. Однако такое рассуждение кажется мне чересчур упрощенным. Мах не хотел верить в существование атомов, ссылаясь на то, что их нельзя наблюдать непосредственно. Однако в физике и химии имеется великое множество явлений, которые есть надежда понять лишь теперь, когда мы знаем о существовании атомов. В данном случае Мах явно оказался введен в заблуждение своим собственным, защищаемым и тобой, принципом, и мне не хотелось бы рассматривать это как чистую случайность».

— Каждому приходилось ошибаться,— сказал Отто примирительно.— Не стоит из-за этого изображать вещи сложнее, чем они есть. Теория относительности так проста, что ее действительно можно вполне понять. Но в атомной теории многое все еще темно.

Так мы перешли ко второй главной теме наших споров. Но тут разговоры затянулись намного дольше нашего велосипедного турне и имели много продолжений на мюнхенском семинаре, иногда при участии нашего учителя Зоммерфельда.

Центральным предметом зоммерфельдовского семинара была атомная теория Бора. В ней — на основании решающих экспериментов Резерфорда в Англии — атом рассматривался как миниатюрная планетная система, в центре которой находится атомное ядро, несущее в себе почти всю массу атома, хотя оно гораздо меньше атома по размерам, а вокруг ядра наподобие планет вращаются значительно более легкие электроны. Но орбиты этих электронов, считал Бор, не определяются какими-либо известными в настоящее время силами и предыдущим состоянием системы и не могут быть нарушены воздействием извне, как следовало бы ожидать по аналогии с планетной системой, а вычисляются путем введения дополнительных постулатов особого рода, призванных объяснить удивительную стабильность материи по отношению к внешним воздействиям и не имеющих ничего общего с механикой или астрономией в старом смысле. После знаменитой работы Планка 1900 года такие постулаты называются квантовыми условиями. Квантовые условия как раз и привнесли в атомную физику тот любопытный элемент числовой мистики, о котором уже шла речь выше. Оказалось, что определенные физические величины, относящиеся к расчету орбит электронов, должны быть целочисленно кратными некоторой фундаментальной единице, а именно введенному Планком кванту действия. Такие правила напоминали наблюдения древних пифагорейцев, согласно которым две колеблющиеся струны дают совместно гармоничное звучание, если при одинаковом натяжении их длины находятся между собой в целочисленном отношении. Но что общего у планетарных орбит электронов с колеблющимися струнами? Еще хуже обстояло дело с тем, как приходилось представлять себе излучение света атомом. Излучающий электрон должен был при этом скачком перейти с одной квантовой орбиты на другую, испустив высвобождающуюся при этом энергию целым пакетом волн или световым квантом. Никто, наверное, не принял бы подобных представлений всерьез, если бы с их помощью не удавалось весьма успешным и точным образом объяснить целый ряд экспериментов.

Естественно, нас, молодых студентов, прямо-таки завораживало это смешение непостижимой мистики чисел и несомненного эмпирического успеха. Уже вскоре после начала моих занятий Зоммерфельд поставил передо мной задачу сделать из некоторых наблюдений, сообщенных ему знакомым физиком-экспериментатором, выводы об орбитах исследуемых электронов и их квантовых чисел. Это оказалось несложным, однако полученные результаты были в высшей степени неожиданными. Помимо целых квантовых чисел мне пришлось допустить также и их половины, что полностью противоречило духу квантовой теории и зоммерфельдовской числовой мистике. Вольфганг посмеивался, что я, наверное, вскоре введу также и четверти, и восьмушки квантовых чисел, так что в конце концов вся квантовая теория рассыплется в прах у меня под руками. Но тем не менее экспериментальные данные выглядели именно таким образом, будто половинные квантовые числа имели полное право на существование, так что ко всем предыдущим элементам загадочности прибавился еще один.

Вольфганг задался очень трудной проблемой. Он решил проверить, ведут ли теория Бора и квантовые условия Бора—Зоммерфельда к экспериментально верным результатам в случае более сложной системы, рассчитать которую было возможно, используя математические методы, принятые в астрономии. Дело в том, что во время наших мюнхенских дискуссий мы задумались над тем, не ограничены ли предыдущие успехи теории крайне простыми системами и не постигнет ли ее неудача при изучении более сложных систем, которые и собрался рассмотреть Вольфганг.

В этой связи Вольфганг как-то спросил меня: «А, собственно, веришь ли ты, что в атоме есть такая вещь, как орбиты электронов?» Мой ответ, видимо, был довольно туманным: «Прежде всего, в камере Вильсона все-таки можно непосредственно наблюдать траекторию электрона. При освещении камеры конденсационный след, состоящий из капелек тумана, показывает, где пролетел электрон. А если существуют траектории электронов в камере Вильсона, то должны существовать, наверное, и их орбиты в атоме. Однако должен признаться, что меня здесь все-таки берет сомнение. В самом деле, мы рассчитываем орбиту по законам классической ньютоновской механики, а потом, введя квантовые условия, приписываем этой орбите стабильность, которую она по законам той же ньютоновской механики никак не должна бы иметь; и когда электрон при излучении переходит скачком с одной орбиты на другую — как принято выражаться,— то мы предпочитаем вовсе ничего не говорить о том, совершает ли он свой скачок в длину или в высоту, или выделывает ка- кие-то иные кренделя. Стало быть, все представление об орбите электрона в атоме оказывается в каком-то смысле нелепостью. Но как же тогда быть?»

Вольфганг кивнул. «Все это в целом действительно выглядит крайне загадочным. Если в атоме у электрона есть орбита, то этот электрон, очевидно, вращается периодически вокруг ядра с определенной частотой. Однако, согласно законам электродинамики, от периодически движущегося заряда должны исходить электрические колебания, проще говоря, излучается свет определенной частоты. Но опять же ничего подобного в атоме не наблюдается, а частота колебаний испускаемого света находится где-то посреди между частотами вращения электрона по орбите до таинственного скачка и после него. Все это, в сущности, полное безумие». —

Пусть это и безумие, но в нем есть своя система,— процитировал я. —

Да, возможно. Нильс Бор утверждает, что теперь ему для всей периодической системы элементов известны орбиты электронов каждого атома, а вот мы оба, честно говоря, вовсе не верим в электронные орбиты. Зоммерфельд, пожалуй, еще верит в них. И тем не менее все мы прекрасно можем видеть траекторию электрона в камере Вильсона. Возможно, Нильс Бор все же в каком-то смысле прав, мы только не знаем, в каком именно.

В противоположность Вольфгангу я был настроен в подобных вопросах оптимистически и отвечал примерно следующее: «Несмотря на все трудности, я нахожу эту физику Бора крайне привлекательной. Самому Бору, несомненно, ясно, что он исходит из предпосылок, содержащих в себе противоречия и, стало быть, в данном своем виде неудовлетворительных. Однако у него безошибочное чутье относительно того, как, исходя из этих шатких предпосылок, прийти к такой картине атомарных процессов, которая все же будет содержать в себе решающую долю истины. Собственно говоря, Бор использует классическую механику или квантовую теорию так же, как художник использует кисть и краски. Кисть и краски еще не создают картину, и краска никогда не есть действительность, но если я, подобно худЪжнику, вижу эту картину своим мысленным взором, то могу с помощью кисти и красок — хотя бы и очень несовершенно — сделать ее видимой и для других. Бору отлично известно поведение атомов при световых явлениях, при химических и многих других процессах, и он составил себе интуитивное представление о структуре различных атомов; эту-то картину он и хочет сделать понятной для других физиков с помощью несовершенных вспомогательных средств, которые ему представляет теория электронных орбит и квантовых условий. Так что нельзя с уверенностью сказать, что сам Бор верит в электронные орбиты атома. Однако он убежден в правильности своих интуитивных образов. Что для этих образов пока еще нет адекватных языковых или математических выражений — это не беда. Напротив, здесь кроется чрезвычайно интригующая проблема».

Вольфганг был настроен все еще скептически: «Я все же сперва попытаюсь установить, ведут ли предпосылки Бора—Зоммерфельда к разумным результатам в решаемой мною проблеме. Если нет — а я сильно подозреваю, что так оно и окажется,— то по крайней мере можно будет знать, что именно не соответствует действительности, а тем самым мы уже сделаем шаг вперед». И он задумчиво добавил: «Образы Бора в каком-то смысле должны быть верными. Но как их понимать и какие стоят за ними законы?»

Некоторое время спустя после одного долгого разговора об атомной теории Бора Зоммерфельд довольно неожиданно спросил меня: «Не желаете ли Вы лично познакомиться с Нильсом Бором? Он скоро прочтет в Геттингене цикл лекций о своей теории. Я туда приглашен и мог бы взять Вас с собой». Мне пришлось несколько замедлить с ответом, потому что в те времена железнодорожное путешествие до Геттингена и обратно представляло для меня неразрешимую финансовую проблему. По-видимому, Зоммерфельд заметил, как тень этой заботы пробежала по моему лицу. Во всяком случае, он сказал, что берет на себя связанные с моей поездкой расходы; естественно, мой ответ после этого мог быть только однозначным.

В начале лета 1922 года Геттинген, приятный городок вилл и садов на склоне Хайнберга, был украшен бесчисленными цветущими деревьями, розами и клумбами, так что сам внешний блеск его оправдывал название, которое мы позднее дали этим дням: «боровский фестиваль» в Геттинґене. Картина первой лекции неизгладимо запечатлелась в моей памяти. Зал был переполнен. Датский физик, в котором уже по фигуре можно было узнать скандинава, стоял на возвышении чуть склонив голову, дружески и несколько смущенно улыбаясь, а в широко распахнутые окна лилось яркое солнце геттин- генского лета. Бор говорил довольно тихим голосом, с мягким датским акцентом, и когда он разъяснял отдельные положения своей теории, то выбирал слова осторожно, гораздо осмотрительнее, чем мы привыкли слышать от Зоммерфельда, и почти за каждым тщательно сформулированным предложением угадывались длительные мыслительные ряды, лишь начала которых высказывались, а концы терялись в полумраке чрезвычайно волновавшей меня философской позиции. Содержание лекции казалось и новым, и вместе с тем не новым. У Зоммерфельда мы изучили теорию Бора и потому знали, о чем идет речь. Но все слова в устах Бора звучали иначе, чем у Зоммерфельда. Непосредственно ощущалось, что свои результаты Бор получил не путем вычислений и доказательств, а путем интуиции и догадок, и что теперь ему было нелегко защищать их перед геттингенцами с их высокой математической выучкой. После каждой лекции начиналась дискуссия, и в конце третьей лекции я отважился сделать одно критическое замечание.

Бор коснулся той работы Крамерса, о которой мне пришлось докладывать на зоммерфельдовском семинаре 13, и сказал в заключение: хотя принципы теории еще неясные, однако можно вполне положиться на то, что результаты Крамерса правильны и позднее будут подтверждены экспериментами. Тут я встал и выдвинул возражения, которые являлись результатом наших мюнхенских дискуссий и заставляли меня сомневаться в выводах Крамерса. Наверное, Бор почувствовал, что за моими замечаниями стоят основательные занятия его теорией.

Отвечал он нерешительно, так, словно замечание несколько обеспокоило его, а после дискуссии подошел ко мне и спросил, не можем ли мы во второй половине дня прогуляться вместе по Хайнбергу, чтобы обстоятельно обсудить поставленные мною вопросы.

Эта прогулка оказала сильнейшее воздействие на мое последующее научное развитие, или даже, вернее сказать, все мое научное развитие, собственно, и началось с этой прогулки. Наш путь шел по одной из хорошо ухоженных лесных тропинок мимо людного кафе «У Ронов» к озаренной солнцем вершине, откуда можно было одним взглядом окинуть прославленный университетский городок с возвышающимися шпилями старинной церкви Иоанна и Иакова и холмами по другую сторону Лейнеталя.

Бор начал разговор, возвратившись к утренней дискуссии: «Сегодня утром Вы выразили некоторое сомнение относительно работы Крамерса. Сразу должен сказать, что Ваше сомнение мне вполне понятно; мне кажется, что я должен несколько подробнее объяснить Вам, как я отношусь ко всем этим проблемам. Дело в том, что я, в сущности, более солидарен с Вами, чем Вы думаете; и я очень хорошо понимаю, сколь осторожно следует подходить ко всем утверждениям о строении атома. По-видимому, сначала мне нужно немного рассказать об истории моей гипотезы. Ее исходным пунктом отнюдь не была мысль, будто атом есть планетная система в миниатюре и будто здесь можно применять законы астрономии. До такой степени буквально я это никогда не понимал. Главным для меня было другое, а именно устойчивость материи, с точки зрения прежней физики предстающая подлинным чудом.

Под словом «устойчивость» я имею в виду то, что одни и те же вещества всегда и везде встречаются с одними и теми же свойствами, что образуются одинаковые кристаллы, возникают одинаковые химические соединения и т. д. Это значит, что и после разнообразных изменений, могущих произойти под воздействием извне, атом железа, например, в конце концов остается тем же атомом железа с теми же самыми свойствами. С точки зрения классической механики это непостижимо, особенно если считать, что атом действительно подобен планетной системе. Итак, в природе имеется тенденция к образованию определенных форм — я сейчас беру слово «форма» в самом общем смысле — и к воспроизведению этих форм заново даже тогда, когда они нарушены или разрушены. В этой связи можно даже вспомнить о биологии; ведь устойчивость живых организмов, сохранение сложнейших форм, которые к тому же способны к существованию непременно лишь как целое,— явление того же рода. Правда, в биологии речь идет о весьма сложных, изменяющихся во времени структурах, и их мы сейчас не будем касаться. Я хотел бы здесь говорить лишь о простых формах, с кото- рыми мы встречаемся уже в физике и химии. Существование однородных веществ, наличие твердых тел — все это опирается на устойчивость атомов, включая и тот факт, что, например, от люминесцентной лампы, наполненной определенным газом, мы всегда получаем свет одного и того же цвета, световой спектр с одними и теми же спектральными линиями. Все это вовсе не само собой разумеется, напротив, кажется непонятным, если исходить из принципа ньютоновской физики, из строгой причинной детерминированности событий, когда всякое данное состояние должно быть однозначно определено предшествующим состоянием и только им. Это противоречие беспокоит меня уже очень давно.

На чудо устойчивости материи еще долго не обращали бы внимания, если бы за последние десятилетия на него не пролили новый свет важные сведения иного рода. Как Вам известно, Планк обнаружил, что энергия атомной системы изменяется прерывисто и что, когда такая система излучает, то существуют, если можно так выразиться, «остановки» с определенными уровнями энергии, которые я позднее назвал стационарными состояниями. Потом Резерфорд провел свои исследования строения атома, которые оказались столь решающими для последующего развития. Там, в Манчестере, в лаборатории Резерфорда, я и познакомился со всей этой проблематикой. Я тогда был почти так же молод, как Вы теперь, и вел по этим вопросам бесконечные разговоры с Резерфордом. Наконец, в самое последнее время были обстоятельнее исследованы явления свечения, измерены спектральные линии, характерные для различных химических элементов, да и разнообразные химические открытия тоже предоставляют, естественно, большое множество свидетельств о поведении атомов. Эти события, в которых я иногда принимал непосредственное участие, поставили нас перед вопросом, в наше время уже неизбежным, а именно вопросом о том, как здесь связать концы с концами. Теория, которую я попытался построить, имела своей целью установить такую связь.

Но это ведь, в сущности, совершенно безнадежное дело, задача совсем иного рода, чем обычные научные задачи. В самом деле, раньше в физике, да и в любой другой естественной науке, когда требовалось объяснить новое явление, можно было, используя имеющиеся понятия и методы, свести это новое явление к уже известным феноменам или законам. А в атомной физике, как нам хорошо известно, прежних понятий заведомо недостаточно. Из-за устойчивости материи ньютоновская механика неприменима внутри атома, она в лучшем случае может разве что послужить здесь отправной точкой. И, стало быть, невозможно также никакое наглядное описание строения атома, ведь подобное описание — именно в силу своей наглядности —должно было бы пользоваться понятиями классической физики, а они уже не охватывают происходящего. Так что, Вы понимаете, подобная теория замахивается, собственно, на что-то в принципе невозможное. В самом деле: надо говорить о строении атома, а мы не располагаем языком, на котором могли бы объяснить- ся. Мы в известном смысле оказываемся в положении мореплавателя, попавшего в далекую страну, где не только условия жизни совершенно иные, чем известные ему с детства, но и язык живущих там людей абсолютно чужд. Ему нужно добиться понимания, а у него в распоряжении нет никаких средств для этого. В подобном положении теория вообще не может ничего «объяснить» в смысле, принятом до сих пор в науке. Речь идет о том, чтобы постепенно обнаруживать существующие связи и на ощупь осторожно продвигаться вперед. Так же я воспринимаю и расчеты Крамерса, а сегодня утром я, наверное, выразился недостаточно осмотрительно. Однако сделать больше пока еще просто невозможно».

Из слов Бора я живо почувствовал, что и ему тоже близки все сомнения и возражения, обсуждавшиеся нами в Мюнхене. Желая удостовериться в том, что я его правильно понял, я спросил: «Однако что же тогда означают те наглядные модели атомов, которые Вы на днях демонстрировали и обсуждали на Ваших лекциях, приводя еще и доводы в их пользу? В каком смысле их нужно понимать?» —

Это модели,— отвечал Бор,— выведены или, если Вам угодно, угаданы исходя из опыта, а не получены с помощью каких-либо теоретических расчетов. Я надеюсь, что они описывают строение атома настолько хорошо, но вместе с тем, и лишь настолько хорошо, насколько это вообще возможно, если пользоваться наглядным языком классической физики. Надо отдавать себе отчет в том, что ее языком здесь можно пользоваться лишь подобно тому, как им пользуются в поэзии, где, как известно, его цели не в точном изображении ситуации, а в создании у слушателя определенных образов и внутренних ассоциаций. —

Но как же тогда, собственно, двигаться вперед? Ведь, в конце концов, физика должна быть точной наукой. —

Остается ожидать,— сказал Бор,— что парадоксы квантовой теории, непонятные черты, связанные с устойчивостью материи, с каждым новым экспериментом будут выступать во все более ярком свете. В таком случае можно будет надеяться, что с течением времени возникнут новые понятия, с помощью которых мы сможем как-то понять и неизобразимые наглядно процессы в атоме. Однако до этого нам еще далеко. Это замечание Бора заставило меня вспомнить мысль, высказанную Робертом во время нашего путешествия к озеру Штарн- бергер: атомы не являются вещами. И хотя Бор понял, по-видимому, многие подробности внутреннего строения атомов химических элементов, электроны, из которых состоят оболочки атомов, это уже явно не вещи,— во всяком случае, не вещи в смысле классической физики, без всяких оговорок поддающиеся описанию в терминах места, скорости, энергии, протяженности. Поэтому я спросил Бора: «Если внутреннее строение атомов столь мало поддается наглядному описанию, как Вы говорите, и если у нас, собственно, нет языка, на котором мы могли бы вести речь об этом их строении, то сможем ли мы вообще когда бы то ни было понять атомы?» Бор секунду по- медлил, а потом сказал: «Пожалуй, сможем. Но нам надо будет все-таки сначала узнать, что означает слово «понимание».

Меж тем мы добрались в своем маленьком путешествии до вершины Хайнберга, придя к ресторану, который называется «Поворот», наверное, потому, что уже с давних времен гуляющие имели обыкновение поворачивать там назад. Повернули оттуда и мы снова к долине, которая на этот раз открылась перед нами с северной стороны с видом на холмы, леса и деревни в Лейнетале, теперь уже давно вошедшие в черту города. —

Ну что же,— возобновил Бор нашу беседу,— мы говорили с Вами о таком множестве сложных вещей, и я рассказал Вам, как сам пришел в науку, но мне еще ничего не известно о Вас. Вы выглядите еще очень юным. Создается даже такое впечатление, как будто бы Вы начали с изучения атомной физики и лишь позднее освоили прежнюю физику и все прочее. Похоже, Зоммерфельд очень рано ввел Вас в этот приключенческий мир атомов. А как Вы пережили войну?

Я признался, что, имея двадцать лет от роду, учусь пока еще на четвертом семестре, так что об общей физике знаю ужасно мало, и рассказал о зоммерфельдовских семинарах, на которые меня привлекла именно запутанность, непонятность квантовой теории. Для военной службы я был слишком молод, из нашей семьи только отец воевал во Франции как офицер запаса; и мы очень тревожились о нем, однако в 1916 году он вернулся домой после ранения. В последний год войны, чтобы не слишком голодать, я работал батраком на хуторе в предгорьях баварских Альп. Кроме того, я отчасти пережил опыт революционных боев в Мюнхене. Но в остальном война меня по-настоящему не коснулась. —

С удовольствием поговорил бы с Вами еще,— сказал Бор,— и послушал от Вас о положении в вашей стране, которую я еще так мало знаю. И о молодежном движении, о котором мне рассказывали геттингенские физики. Вы должны как-нибудь посетить нас в Копенгагене, а то и приехать к нам на более долгое время, чтобы вместе заниматься физикой. Тогда и я покажу Вам нашу маленькую страну и расскажу Вам о ее истории.

Когда мы приблизились к первым городским домам, разговор перешел на геттингенских физиков и математиков Макса Борна, Джеймса Франка, Рихарда Куранта и Давида Гильберта, с которыми я познакомился как раз в эти дни, и мы вкратце обсудили возможность того, чтобы я провел часть времени моей учебы в Гет- тингене. Так передо мной блеснуло будущее, полное новых надежд и возможностей, и уже проводив Бора домой, по пути к своей гостинице я еще долго расцвечивал его яркими красками.