Юрий ТОММАН

Подкова на счастье

Кто помог Нильсу Бору?

Рассказывают, что один из гостей Бора очень удивился, увидев над дверью его дома подкову: «Неужели вы, великий ученый, верите, что подкова приносит счастье?» Бор улыбнулся: «Конечно, не верю. Но говорят, что она приносит счастье даже тем, кто в это не верит». Не будем вдаваться в дискуссию по поводу того, какое значение имела эта подкова для научных открытий будущего нобелевского лауреата. Но то, что изучать математику и физику юному Нильсу Хенрику Давиду помогал спорт, сомнению не подлежит. Во всяком случае, спорт сыграл свою роль в закалке и становлении характера Бора: когда брат Гарольд обогнал его в футболе (будущий известный математик был даже включен в состав олимпийской сборной Дании), Нильс «не стерпел» этого и ценой упорных тренировок обошел семейного «олимпийца» в парусном спорте, лыжах и теннисе. Как потом не раз утверждал ученый, именно спорту он был обязан своим творческим и физическим долголетием.

Прекрасная симфония

Его почти что 80-летняя жизнь началась 7 октября 1885 г. в столице Датского королевства. Второй из троих детей профессора физиологии Кристиана Бора и высокообразованной, заботливой Эллен Адлер, Нильс вспоминал: «Я рос в семье с глубокими духовными интересами, где обычными были научные дискуссии. Для моего отца вряд ли существовало строгое различие между его собственной научной работой и его живым интересом ко всем проблемам человеческой жизни». И стоит ли удивляться, что воспитанный в подобных традициях юноша после успешного окончания школы поступил в тот же Копенгагенский университет, где преподавал его отец. При этом студент естественнонаучного факультета демонстрировал такие способности, что уже на втором году обучения один из профессоров физики выбрал его в качестве своего помощника. А еще через пару лет, в 1905-м, Нильс обрадовал родителей званием бакалавра и золотой медалью Королевской академии наук за экспериментальное исследование поверхностного натяжения воды. Вручавший ему награду член академии выразил уверенность в том, что в ближайшие годы юноша добьется очень больших научных успехов.

Слова ученого оказались пророческими: уже через два года, когда Нильс защитил докторскую диссертацию по теории электронов в металлах, его работа была единодушно признана блестящим теоретическим исследованием. Говоря спортивным языком, Бор уже на старте одним рывком обо-гнал своих титулованных коллег, вскрыв неспособность классической электродинамики объяснить магнитные явления в металлах и доказав, что существовавшая в те годы классическая теория не в состоянии полностью описать поведение электронов.

Да, наука уже знала об этой мельчайшей отрицательной частице, открытой в 1897 г. англичанином Дж. Томсоном. Знали физики и о том, что Томсон представил электрически нейтральный атом как некий положительно заряженный шар, внутри которого эти электроны и находятся. Эта модель хотя и не противоречила возможности атомов поглощать и испускать свет, но не могла объяснить закономерности этих явлений в применении к «жизни» каждого атома. Одновременно внимание науки было приковано к работавшему в эти годы под руководством Томсона Эрнесту Резерфорду. Сын новозеландского фермера, этот 28-летний парень уже успел поразить ученых открытием двух разновидностей излучения радиоактивного урана, названных им альфа- и бета-частицами. И хотя затем выяснилось, что эти частицы имеют иную природу, все понимали, что Резерфорд получил возможность еще глубже заглянуть в строение атомного ядра.

Конечно, знал об этом и Бор. Знал он и о том, что Резерфорд, совместно с талантливым химиком Д. Содди изучавший радиоактивный распад атомов, добился блистательных результатов и получил Нобелевскую премию за 1908 г. Внимание Бора особенно привлекло сообщение англичанина о том, что опытным путем он доказал наличие в центре каждого атома положительно заряженного ядра с вращающимися вокруг него электронами. Наука, находившаяся на пороге мирового атомного бума, с огромным интересом встретила это исследование, но пока не перевела его в ранг открытия: теории, объясняющей строение атома, у физиков не было. И тогда Бор, прошедший годичную стажировку у Томсона, в марте 1912 г. едет к Резерфорду, где после теоретических исследований альфа- и бета-частиц приступает к тщательному изучению структуры атомов.

Но дело – делом, а любви тоже можно выделить время, хоть час. Даже при столь большой научной загрузке Нильс ни в коей мере не стал эдаким ученым «сухарем»: в том же 1912 г. ассистент-профессор Копенгагенского университета Бор женился на подруге своего детства Маргарет Нерлунд, подарившей ему шестерых сыновей. (Один из них, Оге, впоследствии тоже стал известным профессором-физиком, лауреатом Нобелевской премии.) Всю последующую жизнь семейное счастье постоянно давало Нильсу мощные импульсы к продолжению научной деятельности.

Уже в 1913 г. при активном участии Резерфорда Бор публикует работу «О строении атомов и молекул», развивающую резерфордовскую теорию атома. В этом и в двух своих последующих трудах молодой датчанин убедительно показал, что классическая механика не может объяснить стабильности атома, описываемого моделью Резерфорда. Тогда Нильс, вооружившись выдвинутой Планком идеей квантования энергии, создает принципы совершенно новой механики – т. н. постулаты Бора. В соответствии с ними, электроны, находящиеся в атоме, могут двигаться только по определенным орбитам и нести строго определенные количества энергии. Излучение либо поглощение света происходит только при переходах («квантовых скачках») с одной орбиты на другую. При этом энергия света, излучаемая атомом, будет всегда равна разности энергий электрона в его начальном и конечном состояниях и пропорциональна частоте испускаемого света. Согласно Бору, отдавший энергию электрон переходит на более низкую орбиту, чтобы, поглотив очередной «эйнштейновский» фотон света, «вознестись» на более высокий энергетический уровень. Так было завершено признанное всей мировой наукой описание основных свойств атома, так была построена знаменитая модель Резерфорда–Бора. Десять лет спустя Планк сказал, что смелость теории атомного механизма Бора и полнота его разрыва с застарелыми воззрениями не имеет себе равных в истории мировой физики. «Прекрасной симфонией» назвал замечательное открытие Бора великий Альберт Эйнштейн.

Истинно выдающийся человек всегда уважает себе подобных… К чести Резерфорда, уже успевшего открыть находящиеся в составе атомных ядер положительно заряженные протоны (1914 г.), он всегда ставил науку выше личных амбиций. Именно по его приглашению с 1914 по 1916 г.г. Нильс Бор работает лектором в Манчестерском университете, где знаменитый англичанин возглавлял кафедру физики. А после отъезда Бора в Копенгаген, где он занял университетскую кафедру и возглавил им же созданный Институт теоретической физики, Резерфорд постоянно поддерживал с ним тесную научную связь и одним из первых поздравил Нильса с присвоением ему в 1922 г. Нобелевской премии «за заслуги в исследовании строения атомов и испускаемого ими излучения».

Таланту свойственно мужать

В последующие годы нобелевский лауреат Нильс Бор формулирует принципы, определившие дальнейшее развитие квантовой механики, а затем создает «капельную» модель ядра, первым введя в ядерную физику термодинамические понятия. После открытия цепного распада ученый продолжает настойчиво совершенствовать теорию деления ядра, оказав этим огромное влияние на развитие многих научных дисциплин и создание столь необходимой человечеству физической химии. Всё более плодотворно работает и ставшая на «тропу Бора» мировая наука: В. Гейзенберг, В. Паули и многие другие талантливые ученые, успешно развивая теоретические установки великого датчанина, делают ряд выдающихся открытий в области изучения сокровенных тайн ядра.

В конце 1938 г. немецкие физики О. Ган и Ф. Штрассман сообщают о возможности деления ядра урана. А когда на следующий год Бор установил, что изотоп урана U-235 является расщепляемым материалом, миру стало ясно, что его ожидает новое великое открытие.

Так оно и случилось. Во второй половине военного 1943 г., когда положение гитлеровских войск на Восточном фронте начало стремительно ухудшаться, Гитлер потребовал от своих ученых немедленного создания «оружия возмездия» в виде атомной бомбы. Нацисты сразу же вспомнили о работавшем в оккупированной Дании Боре. Ученый отчетливо представлял, что ждет его, сына матери-еврейки, в случае отказа сотрудничать с фашистами. Лучше других понимал он и то, какой катастрофой может стать нацистская атомная бомба для всего человечества. Вот почему, узнав о готовящейся перевозке его в Германию, в октябре того же года с помощью датских патриотов Бор вместе со своей семьей на лодке тайно переправляется в нейтральную Швецию. Затем в бомбовом отсеке английского военного самолета он вылетает в Лондон, после чего перебирается в США и начинает свою войну против Гитлера. Под вымышленной фамилией Бор работает в оппенгеймеровском центре в Лос-Аламосе, где помогает ускорить создание превентивной, как ему тогда казалось, американской атомной бомбы. А когда эта бомба была создана и к тому же стало ясно, что Гитлер уже не сможет создать свое атомное оружие, Бор обращается к президенту Ф. Рузвельту с просьбой запретить применение атома в военных целях. Гений и злодейство несовместны: выдающийся ученый не мог допустить, чтобы великое открытие служило не добру, а злу.

Однако в августе 1945 г., когда нацизм был уже повержен, новый президент США Г. Трумэн с целью «устрашения милитаристской Японии» отдает приказ сбросить атомные бомбы на жителей Хиросимы и Нагасаки. Возмущенный этим чудовищным поступком, Бор, вернувшись в Копенгаген, с еще большей активностью продолжает выступать против ядерной войны. Великий ученый принимает активное участие в создании Европейского центра ядерных исследований, выступает в прессе за мирное использование ядерной энергии и предупреждает об опасности ядерного оружия. В 1950 г. Бор посылает в ООН письмо, в котором повторяет свой призыв к «открытому миру» и настаивает на международном контроле над вооружениями.

Достигнув возраста обязательной отставки, всемирно известный ученый оставляет университетскую кафедру, но, оставшись во главе своего института, продолжает развивать квантовую физику и живо интересуется нарождающейся молекулярной биологией. Президент Датской королевской академии наук, глава двух десятков престижных научных обществ, он до последнего дня своей завершившейся 18 ноября 1962 г. жизни продолжал верно служить Науке.

И всё же – только ли старая подкова принесла Бору счастье открытий и всемирную славу?

«Европа-Экспресс»
17 Октября 2005, номер 42 (398)