Чтение онлайн

Таким образом, у нас нет причины ожидать какого-либо внутреннего ограничения для применимости элементарных физических и химических понятий к анализу биологических явлений. Тем не менее своеобразные свойства живых организмов, выработанные в результате всей истории органической эволюции, обнаруживают скрытые возможности чрезвычайно сложных материальных систем, не имеющих себе подобных в сравнительно простых проблемах, с которыми мы встречаемся в обычных физике и химии. На этом-то фоне и нашли себе плодотворное применение в биологии понятия, относящиеся к поведению организма как целого и как бы противостоящие способу описания свойств неодушевлённой материи.

Хотя и здесь мы имеем дело, в том что касается употребления надлежащей терминологии, с типично дополнительными соотношениями, необходимо подчеркнуть, что аргументация, применяемая в биологии, некоторыми своими существенными сторонами отличается от той, какая применяется в целях исчерпывающего объективного описания в квантовой физике. Это описание требует чётко различать измерительные приборы от исследуемых объектов, что влечёт за собой во всяком сообщении об атомных процессах взаимное исключение строгого применения локализации в пространстве и времени и законов сохранения энергии. Но такое различение уже учитывается, как указано выше, в применениях химической кинетики и термодинамики. «Дополнительный» подход в биологии нужен скорее по другой причине: его требуют те практически неисчерпаемые скрытые возможности живых организмов, которые обусловливаются их чрезвычайно сложным строением и функциями.

84 ПРЕДИСЛОВИЕ К СБОРНИКУ «ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА XX ВЕКА» *

*Foreword. В сб.: «Theoretical Physics in the Twentieth Century. A memorial volume to Wolfgang Pauli». N. Y., 1960.

Прогресс физики в нашем столетии характеризуется не только расширением круга познаний, но равным образом и построением новых теоретических основ для анализа и синтеза экспериментальных данных. Вольфганг Паули, памяти которого посвящается эта книга, внёс в этот прогресс огромный вклад не только собственными выдающимися работами, но и тем вдохновением и воодушевлением, которые мы все от него получали.

Глубокая интуиция и способность к критическим суждениям проявились у Паули очень рано в его известной энциклопедической статье по теории относительности, опубликованной, когда ему было всего 20 лет. Эта статья до сих пор остаётся одним из наиболее ценных пособий, в котором изложены основы и общее содержание первоначальных идей Эйнштейна. Раннее знакомство Паули с этой теорией, содержавшей радикальный пересмотр фундаментальных физических понятий, а также отличное владение математическим аппаратом подготовили почву для важного вклада в квантовую физику.

Теория относительности уже в руках Эйнштейна достигла высокой степени совершенства как в своих принципах, так и в приложениях, тогда как в квантовой теории положение было совсем иным. Далёкое от того, чтобы дать общую картину явлений в атомных масштабах, великое открытие Планком кванта действия представляло собой попытку включения совершенно новых элементов понятий в последовательное описание физических процессов. Как известно, путь к этой цели, усеянный многими препятствиями, был проложен лишь постепенно совместным трудом целого поколения физиков.

Окончив школу в Вене, Паули продолжил образование в Мюнхене под руководством Зоммерфельда, уникальное мастерство которого в области математической физики оказывало глубокое влияние на всех его учеников. Позднее Паули поддерживал тесный контакт со своим старым учителем и часто говорил о нем с любовью и восхищением. Когда Паули после совместной работы с Борном в Гёттингене прибыл в 1922 г. в Копенгаген, он со своим остро критическим и неустанно ищущим умом стал для нашей группы истинным источником воодушевления. Особенно понравилось всем нам его интеллектуальное благородство, проявлявшееся с прямотой и юмором как в научных дискуссиях, так и в простых человеческих взаимоотношениях.

В те годы всеобъемлющие методы квантовой физики ещё не были созданы, и интерпретация экспериментальных данных основывалась главным образом на принципе соответствия, в котором выражена попытка сохранения классического описания до предельной степени, совместимой с индивидуальностью атомных процессов. Такая эмпирическая процедура позволила более или менее последовательно использовать спектральные данные для того, чтобы получить картину связывания электронов в атомах и, в частности, найти первый подход к интерпретации взаимоотношений между физическими и химическими свойствами элементов.

Я живо вспоминаю дискуссии с Паули, в которых он выражал свою неудовлетворённость слабостью аргументации, на которой основывалась попытка объяснить особую стабильность замкнутых электронных оболочек, имеющую столь фундаментальное значение для объяснения периодичности в свойствах элементов, расположенных в соответствии с зарядом их ядер. Обоснованность его замечаний самым поразительным образом была доказана неустанными работами Паули в последующие годы, завершившимися открытием принципа запрета, выражающего фундаментальное свойство систем тождественных частиц, для которого, как и для самого кванта действия, классическая физика не имеет аналога.

Изобретательность, с которой Паули использовал в те годы соображения принципа соответствия в пределах их применимости, иллюстрируется проведённым им изящным анализом комптоновского рассеяния излучения на свободных электронах. Исходя из общих статистических соображений Эйнштейна об обмене энергий и импульсом в радиационных процессах, Паули доказал, что вероятность рассеяния зависит от интенсивности обеих компонент излучения, участвующих в процессе. Метод, применённый в этой работе, в действительности находится в очень близкой связи с общей теорией дисперсии, сформулированной Крамерсом, которая оказалась весьма существенной для дальнейших больших открытий.

Для Паули, с его отвращением ко всякого рода неясностям в физических теориях, огромным облегчением было развитие рациональной квантовой механики, исключающей всякое неуместное использование классических представлений. Едва ли нужно напоминать, что это развитие, в частности, позволило гармонично включить в соответствующую 1 квантовую статистику принцип запрета Паули. Энергия, с которой Паули принимался за исследование новых методов, и совершенное владение ими, которое он вскоре приобрел, демонстрируются его статьей по основам квантовой механики, напечатанной в «Handbuch der Physik» в 1932 г. Эта статья занимает в научной литературе такое же положение, как его предыдущее изложение теории относительности.

1 Т.е. статистику Ферми—Дирака. — Прим. ред.

Вся научная подготовка Паули неизбежно привела к тому, что он глубоко заинтересовался проблемой приведения основ квантовой физики в соответствие с требованиями теории относительности. С самого начала он не только принял выдающееся участие в формулировании квантовой теории электромагнитных полей, но и содействовал своими трудами по релятивистской теории электрона полному выяснению её смысла. Деятельный интерес Паули в значительной степени стимулировал разрешение кажущихся парадоксов, которые выявились в ходе последовавшей дискуссии по вопросу об измеримости компонент поля и электрических зарядов.