Файл: Кляус, Е. М. Гендрик Антон Лоренц, 1853-1928.pdf

связи должна быть обязательно разработана. Интересно было бы, конечно, знать, состоялась ли тогда какая-ни­ будь беседа Бора с Лоренцем; известно лишь, что до по­ следнего момента Бор не собирался ехать в Бирмингем и только известие, что там будет Лоренц, заставило его

разу не упоминались. Конечно, программа конгресса была согласована задолго до появления статей Бора, но в дискуссиях по докладу Дж. Дж. Томсона «Строение атома» могли бы проявиться и новые веяния, тем более что по крайней мере семь участников конгресса присут­ ствовали на собрании в Бирмингеме. Более того, даже о ядерной модели атома упомянул в своем выступлении лишь сам Резерфорд. И все же нельзя было не признать вторжения квантовых представлений во все новые области.

В 1918 г. Бор приезжает в Лейден на защиту диссерта­ ции своего ученика Крамерса и здесь вновь встречается с Лоренцем, а в начале 1919 г. последний пишет популярную статью «Значение спектроскопии в теории атомов», в ко­ торой впервые высказывает публично свое мнение о тео­ рии Бора. Нет, он еще не становится ее безусловным адептом! Подробно изложив работы самого Бора, затем Зоммерфельда и его школы (например, объяснение Эп­ штейном эффекта Штарка), Лоренц приходит к выводу, что новые идеи столь ошеломляющи и столь многое удо­ влетворительно объясняют, что заслуживают подроб­ ного обсуждения 18.

Это обсуждение состоялось на III Сольвеевском конгрес­ се в 1921 г. И вновь Лоренц — этот, по выражению Эйн­ штейна, наставник физиков-теоретиков всего мира — руководил сложными дискуссиями. В докладе Лоренца «Замечания о теории электронов» прозвучали традицион­ ные нотки. Теория Бора хороша, спору нет, но как быть с давно известным положением, что вращающийся вокруг ядра электрон обязан излучать? Нельзя ли придумать такой механизм, который позволил бы избежать этого61

16 См.: Лоренц. Старые и новые вопросы физики, стр. 178.

184

вывода, не покушаясь на общность уравнений Максвелла? И Лоренц выдвигает ряд предложений, но не находит поддержки. Возражает Ланжевен; Эренфест спрашивает, можно ли проверить вычисления Лоренца эксперимен­ тально. А когда во втором докладе Резерфорд вначале перечислил все замечательные успехи боровской теории — объяснение тонкой структуры спектральных линий, эф­ фектов Штарка и Зеемана и т. д., а затем подробно оста­ новился на трудностях, которые возникали при попытках установить строение многоэлектронных атомов, внимание участников полностью переключилось на обсуждение именно этих нерешенных проблем. Кульминацией были доклад Бора (прочитанный Эренфестом, так как из-за болезни Бор отсутствовал) и дополнение к нему самого Эренфеста, которое было посвящено принципу соответ­ ствия. Это был фактически ответ Бора на вопрос, постав­ ленный ему Лоренцем восемь лет назад.

Незадолго до конгресса Лоренц опубликовал статью «Теоретическое значение эффекта Зеемана». Отдавая должное тому способу, с помощью которого Эпштейн дал квантовую трактовку эффектов Штарка и Зеемана, он напоминает, что пока квантовая теория не пошла дальше объяснения нормального зеемановского триплета, и возвращается к тому же тезису: «В современной теории не осталось никакого следа от колебаний под действием упругих сил, как изображалось дело раньше. Все еще умалчивается вопрос о том, содержалось ли зерно истины в старых представлениях или нет и существует ли воз­ можность, чтобы они, может быть в новой форме, еще раз нашли место в картине явления. Во всяком случае, есть много такого, что трудно понять без этих прежних идей» 17. В качестве примера Лоренц приводит объяснение клас­ сической теорией Фойгта эффекта Пашена—Бака.

6

В 1922 г. Лоренц совершает путешествие в Соединенные Штаты, где читает в Технологическом институте в Паса­ дене курс лекций «Проблемы современной физики», из­ данный отдельной книгой в 1927 г. в Бостоне, Нельзя

17 Я . А. Lorentz. Collected papers, v. 7, p. 98.

185

ие восхищаться Лоренцем: и теория относительности и квантовая теория изложены блестяще, с глубочайшим пониманием всех топкостей этих теорий. Тем не менее, он остается самим собой: все хорошо, но все ли мы сделали для того, чтобы окончательно убедиться, что новые идеи нельзя включить в испытанные развитием физики схемы? Любопытно с этой точки зрения его «квантовое» [объяс­ нение интерференции. Предполагается, что в испускании

ираспространении света участвует печто, подчиняю­ щееся в точности уравнениям Максвелла, но практичес­ ки не обладающее энергией из-за слабости электрического

имагнитного полей. Это излучение, которое Лоренц ус­ ловно называет «френелевским», подчиняется обычным

законам отражения, преломления, интерференции, но мы не в состоянии его наблюдать. На экране получается нечто, подобное непроявленному фотографическому изо­ бражению. Можно предполагать, что энергия сконцен­ трирована в квантах. Эти квапты распространяются так, что они никогда не могут достигнуть темного места «скрытой» интерференциоиной картины. В своем движении каждый квант может избрать один из нескольких путей, но вероятность следования различным путям пропорци­ ональна интенсивности френелевского излучения вдоль этих путей. Поскольку акт испускания повторяется много­ кратно и общее число квантов достаточно велико, число квантов, достигающих разных участков экрана, на ко­ тором наблюдается интерференция, пропорционально ин­ тенсивности в френелевской картине.

Это объяснение, любопытное само по себе в свете дальнейшего развития квантовой механики, приведено лишь как иллюстрация того, насколько тщательно Лоренц

Лондонского королевского института, а 10 декабря — в Сорбонне на заседании, посвященном пятидесятилетию Французского физического общества с докладом «Старая и новая механика». «Один из уроков, который дает нам история науки,— говорил он в Лондоне,— состоит в том, что мы не должны удовлетворяться тем, чего достигли». И эту свою мысль он иллюстрирует на примере развития представлений о возникновении и излучении света.

186

Излагается вклад в учеййе о свете Гюйгенса, Юнга, Френеля, Максвелла, Лебедева и других, но наибольшее внимание было уделено Ньютону. Это была не только дань уважения стране, в которой читался доклад. Анализ оптики Ньютона, в которой, как известно, встречаются

икорпускулярные и волновые представления, предшест­ вовал подробному обсуждению возможных объяснений интерференции — волнового явления и фотоэффекта — корпускулярного явления и должен был подготовить аудиторию к восприятию того главного вывода, которым заканчивался доклад: «Мы не можем не думать, что реше­ ние будет найдено в некоторой удачной комбинации волн

иконцентрированных квантов света, где волны будут ответственны за интерференцию, а кванты — за фотоэф­ фект». Сказано точно и довольно решительно для человека,

которому через полтора месяца исполнялось 70 лет. Ведь тогда Эйнштейн был почти единственным, кто от­ стаивал подобную точку зрения.

Парижский доклад состоял из двух частей, и обе касались новой механики. В первой излагалась механика специальной теории относительности, во второй - два основных принципа, с помощью которых искалась воз­ можность проложить мост между классической механи­ кой и квантовой — принцип соответствия Бора и адиа­ батический принцип Эренфеета.

Состоявшийся в 1924 г. IV Сольвеевский конгресс был посвящен проводимост и мет аллов. Он открылся до­ кладом Лоренца, сделавшим обзор всех возможностей рассмотрения свойств металлов на основе принципов классической физики. Закончил он доклад попыткой применить к ■классическому образу — электронному га­ зу — квантовые представления. Ричардсон также сделал попытку построить полуквантовую-полуклассическую тео­ рию электропроводности, подобно тому как это делалось при рассмотрении строения атома. Но в ходе дискуссий выяснилось со всей определенностью, что даже допуска­ емое принципом соответствия ограниченное использова­ ние механической картины не давало результатов при рас­ смотрении более тонких черт явлений.

Вывод для многих был болезненным, но не неожидан­ ным. Оставалось чуть больше года до знаменитой работы Гейзенберга «Об одном квантотеоретическом истол­ ковании кинематических и механических соотношений»

187

й около двух лет до не менее известных статей Шредин­ гера «Квантование как проблема собственных значений». Уже существовала теория электронных волн де Бройля; идея Эйнштейна о квантах света получила подтверждение в теории комптоиовского рассеяния (появился даже термин «фотон»); начала свой успешный путь квантовая статистика Бозе—Эйнштейна.

Можно лишь сожалеть, что еще не стала достоянием гласности вся переписка Лоренца тех лет. Она бы многое раскрыла в отношении Лоренца к зарождающейся кван­ товой механике. Нам известны лишь несколько писем, которыми он обменялся с Шредиигером в 1926 г.18 Но

ипо этим письмам можно судить, насколько тщательно

ис каким тонким пониманием Лоренц не просто читал, а изучал и критически продумывал все эти новые идеи. Например, он с самого начала указал Шредингеру, что

еще одну замечательную характеристику эпохи: «Редко случается, чтобы в промежуток времени, едва охватываю­ щий одно десятилетие, в результате открытия новых явлений и расцвета новых теорий наука испытала такое глубокое преобразование, какое произошло в физике за последние 25 лет. Истекшее столетие принесло в быст­ рой последовательности открытие рентгеновских лучей, радиоактивности и эффекта Зеемана; были получены первые заключения о сущности электрона, а в 1905 г. уже появилась первая работа Эйнштейна по теории отно­ сительности.

В середине этого замечательного периода возникла теория квантов, которая сыграла совершенно исключи­ тельную роль в преобразовании физики, так как она по­ вела к атомистике энергии и углубила взгляды на зна­ чение прерывности в явлениях природы. Постепенно она завоевала все более широкие области. Именно она раскрыла тайну строения атома и дала ключ к пониманию языка спектров. Таким образом, она сделалась для фи­ зиков наших дней самым необходимым и надежным пу­ теводителем, указаниям которого они охотно следуют.

18См.: Э. Шредингер. Новые пути в физике. М., «Наука», 1971, стр. 193 -220 .

188

И хотя ее положения иной раз напоминают непонятные изречения оракула, мы убеждены, что за ними всегда стоит истина»19. Другое дело, насколько Лоренц внутрен­ не соглашался с этим «методом оракулов».

7

1927 год Лоренц провел необычайно активно. В нача­ ле года он совершает длительное путешествие в Америку, где сначала участвует в конференции, посвященной но­ вейшим результатам повторения опыта Майкельсона в обсерватории Маунт-Вильсон, а затем представляет Франклиновскому институту в Филадельфии доклад «Как могут излучать атомы». Само название этого докла­ да опять и опять возвращает к мысли о том основном те­ зисе, который Лоренц высказывал в своих первых работах по теории излучения: для построения замкнутой теории необходимо четко выяснить механизм излучения. Здесь его позиция осталась неизменной. Поэтому, отдав долж­ ное матричной механике в той форме, в какой она была развита Гейзенбергом, Борном, Иорданом и Дираком, он видит ее недостаток в том, что «она еще дальше, чем теория Бора, уводит от вопроса о том, как излучают атомы». Поэтому же онотдает предпочтение волновой механике, развитой ІПредиигером на основе идей де Бройля, так как «здесь есть возврат к классике, ибо из­ лучение есть результат реальных изменений в атоме».

В сентябре мы встречаем Лоренца в Комо (Италия) на физическом конгрессе, посвященном памяти Вольта. Это был первый международный кворум после возникно­ вения квантовой механики. На нем присутствовали почти все ведущие физики: Лоренц, Планк, Резерфорд, Бор, Зоммерфельд, Борн, Лауэ, Дебай, Гейзенберг, Франк, Штерн, Милликен, Комптон, Паули, Вентцель, Ланде, Ферми, Майорана и др. Советский Союз представляли П. П. Лазарев и Я. И. Френкель. Каждому докладчику давалось 15 минут, но Бору ввиду важности его доклада «Квантовый постулат и новейшее развитие атомной тео­ рии» предоставили четырехкратную норму времени (1 час), а дискуссия по его докладу заняла все заключительное

10 Лоренц. Старые и новые проблемы физики, стр. 207.

189

ЭаСёдание конгрёсск, Здесь впервые Ёор изложил свою концепцию дополнительности как основы для интерпре­ тации новой квантовой механики,

В своем докладе «О вращении электрона, обращаю­ щегося вокруг ядра» Лоренц высказал некоторые сооб­ ражения, связанные с введением представления о соб­ ственном вращении электрона в классическую электрон­ ную теорию. По поводу понятия «классическая» он не без сарказма говорил, что всякая теория проходит три ста­ дии: вначале оиа современна; затем, когда она приоб­ ретает известную целостность и с ее помощью уже удает­ ся объяснять явления, мы ее называем классической, а впоследствии, выйдя из моды, она становится ультра­ классической. В этом смысле теорию атома Бора еще мож­ но было называть классической, хотя новые идеи угро­ жают ее переводу в разряд ультраклассических.

Лоренцу же было поручено подвести итоги конферен­ ции. Заключительная часть его выступления прозвучала как гимн развитию физики и международному сотруд­ ничеству.

«Это верно, что абсолютный детерминизм, допускав­ шийся некогда физиками, уже не существует абсолютно. Физика никогда не кончается. Вспомним исследования Френеля и Коши, теории колебаний упругих частиц эфира, молекулярные силы, которые представлялись аб­ солютно определёнными. И все же позже мы узнали т о ­ жество других теорий, противоречащих первым. Сколько методов и систем, которые мы считаем непреходящими, отступили перед лицом неоспоримых новых открытий! Это заставляет нас еще раз задуматься над словами Нью­ тона, когда он сравнивал себя с маленькими детьми, играющими в песке на пляже. «Что касается меня,— го­ ворил он,— я вижу себя одним из этих детей, которому посчастливилось найти несколько ракушек или камней чуть красивее, чем нашли его товарищи; он этим гордит­ ся и думает, что нашел все. Но огромное море, полное богатств и тайн,— рядом. Великая истина простирается перед нами, полная тайн и будущих открытий».

Мы должны стремиться к постоянному углублению нашего опыта, к приближению к истине, ибо, повторяю, физика никогда не будет завершена. Всегда существует что-то новое, что-то непонятное, подлежащее объяс­ нению и развитию... Мы разъезжаемся', обогащенные

190