Чтение онлайн

33 Зоммерфельд и теория атома [47]

Арнольд Иоганн Вильгельм Зоммерфельд (1868—1951) был одним из наиболее выдающихся физиков периода перехода от классической к современной физике. Родился в Кенигсберге, образование получил там же. Его первые работы полностью основаны на концепциях науки XIX века, но он был одним из первых физиков старшего поколения, полностью признавших правильность и плодотворность идей теории относительности и квантовой механики, и внёс существенный вклад в их развитие. Под влиянием знаменитой работы Бора [5] Зоммерфельд заинтересовался проблемами квантовой теории строения атома и спектров; этими проблемами он успешно занимался многие годы. Он ввёл в рассмотрение эллиптические орбиты, характеризуемые двумя квантовыми числами, дал теорию тонкой структуры спектров, развил методы для построения теории многократно периодических систем, ввёл понятие пространственного квантования, подтвердившееся в опытах Штерна и Герлаха. Квантовые условия Зоммерфельда, применённые им отдельно к различным степеням свободы системы, позволили применить квантовую теорию даже в её старой формулировке к исследованию тончайших деталей движения электронов. Его книга «Строение атома и спектры», написанная в 1919 г. и многократно переиздававшаяся с учётом новых достижений науки, на протяжении полувека служила и продолжает служить своеобразной энциклопедией для всех работающих в этой области. Зоммерфельд создал блестящую школу физиков-теоретиков, из которой вышли многие видные учёные (Гейзенберг, Паули, Полинг, Дебай, Бете, Гайтлер, Кондон, Раби, Эпштейн, Хёнль, Бриллюэн и др.).

34 Квант действия и описание природы [49]

35 Теория атома и принципы описания природы [51]

В этих ранних работах Бора, вышедших в свет в то время (1929—1930), когда уже были сформулированы основные принципы интерпретации квантовой механики, кратко рассматриваются по существу все важнейшие философские проблемы этой теории в духе концепции дополнительности, выдвинутой Бором. Квантовая механика как логически завершённая теория сформировалась в страстных философских дискуссиях (1925—1928 гг.) и это обстоятельство позволяет уяснить, почему Бору философские основания квантовой механики представляются определившимися со времени её построения. Однако и в дальнейшем, вплоть до конца своей жизни, Бор возвращался к философским вопросам квантовой механики, уточняя применяемую им терминологию и совершенствуя свою аргументацию в общении с другими физиками, принимавшими существенное участие в создании и развитии квантовой теории (Гейзенберг, Шредингер, Эйнштейн, Борн, Паули).

Бор в «Предисловии» и «Введении» к сборнику его статей за 25 лет под названием «Атомная физика и человеческое познание» 1 делит эти статьи на ряд групп и говорит об уточнённой терминологии в последней группе статей (написанных после 1955 г.). Он указывает также, что в статьях сборника логическая формулировка подхода к философским проблемам атомной физики, охарактеризованного понятием дополнительности, развита дальше и ему даётся более широкое применение, чем в предшествующих работах.

1 Русский перевод этого сборника вышел в 1961 г. (Москва, ИЛ). Предисловие к английскому оригиналу датировано августом 1957 г.

Эти указания Бора существенны с точки зрения эволюции его философских воззрений, которая явственно выступает при исследовании его работ. При одинаковости позиции Бора в понимании квантовой механики — позиция эта неизменно связана с идеей дополнительности, — сравнивая его более ранние работы с более поздними, можно увидеть постепенное уточнение фигурирующих в них формулировок с устранением из них всего того, что могло бы быть истолковано в духе идеализма и позитивизма. Статья «Дискуссии с Эйнштейном о проблемах теории познания в атомной физике» (1949) является в этом отношении своего рода водоразделом.

Круг философских вопросов, постоянно привлекавших внимание Бора, обширен. К ним, кроме концепции дополнительности, относятся: проблема причинности, вопросы о наблюдении и измерении, о субъекте и объекте (измерительном приборе и объекте), физической реальности, о так называемом «неконтролируемом взаимодействии», о связи физики и биологии в плане идеи дополнительности и некоторые другие (не считая больших социальных проблем современности).

Н. Бор принадлежал к тем естествоиспытателям несоциалистического мира, по мнению которых общие концепции неклассической физики определяют существо философии современного естествознания. Эта философия, как они полагают, не является ни материализмом, ни идеализмом, ни позитивизмом, хотя включает в себя элементы всех указанных систем 2.

2 См. об этом: В. Гейзенберг. Развитие интерпретации квантовой теории, в сб. «Нильс Бор и развитие физики», М., 1958, стр. 28; М. Born. Symbol und Wirklichkeit, «Phys. Вl.» 1964, H. 12, 1965, H. 2, H. 3.

В такого рода взглядах явственно ощущается неудовлетворённость этих естествоиспытателей идеалистической и метафизической философией в её применении к проблемам науки и вместе с тем даёт о себе знать их недостаточное знакомство с диалектическим материализмом, который многие из них фактически не отличают от материализма механического.

Здесь нет необходимости углубляться в обоснование того, что единственно верной философией современного естествознания является диалектический материализм 1. Это определяется самой логикой науки, всё более укрепляющейся связью современного естествознания и диалектического материализма, развитием диалектического материализма.

1 См. кн.: «Ленин и современное естествознание». М., «Мысль», 1969.

Анализ работ Бора, которые помещены в настоящем издании, показывает, что эволюция его философских воззрений неуклонно шла в направлении материализма и диалектики.

36 Максвелл и современная теоретическая физика [53]

Доклад прочитанный в Кембридже 1 октября 1931 г. по случаю празднования столетия со дня рождения Максвелла.

Джемс Клерк Максвелл (1831—1879) — выдающийся английский физик. Родился в Эдинбурге, образование получил в Эдинбурге и Кебридже. Был профессором колледжа в Абердине, затем в лондонском Королевском институте, с 1871 г.— профессор экспериментальной физики в Кембридже и директор Кавендишской лаборатории. Создатель теории электромагнитного поля и электромагнитной теории света, один из основоположников кинетической теории газов. Ему принадлежат работы по теории цветного зрения, исследованию устойчивости кольца Сатурна.

В статьях, написанных по случаю столетия со дня рождения Максвелла, Планк 2, Эйнштейн 3 и Бор выделяют разные стороны влияния творчества Максвелла на современную физику. Планк, подробно проанализировав работы по теории поля и кинетической теории, отмечает то обстоятельство, что именно после этих работ всё яснее стали обособляться два противоположных подхода: физика дискретных частиц и физика континуума. Эйнштейн пишет, что программа Максвелла — описание реальности полями, удовлетворяющими дифференциальным уравнениям, не содержащим сингулярностей, — ещё не выполнена, но развитие современной физики не лишает нас надежды на возможность её выполнения. Бор же, анализируя влияние максвелловской электродинамики на эволюцию атомной физики, подчёркивает, что хотя по мере развития наших знаний о микромире выявлялась ограниченность классической механики и классической электродинамики, единственным путём дальнейшего продвижения в этой области является сохранение возможно более близкого контакта с классическими идеями Ньютона и Максвелла.

2 М. Планк. Джемс Клерк Максвелл и его значение для теоретической физики в Германии. В кн.: Дж. К. Максвелл. Статьи и речи. М., «Наука», 1968, стр. 231—242.

3 А. Эйнштейн. Влияние Максвелла на развитие представлений о физической реальности. Там же, стр. 243—247. См. также: А. Эйнштейн. Собр. научн. трудов, т. 4, М., 1967, стр. 136.

37 Химия и квантовая теория атома [54]

Статья представляет собой переработанное и несколько дополненное изложение Фарадеевской лекции, прочитанной 8 мая 1930 г. в лондонском Химическом обществе.

В статье даётся исторический обзор развития атомной физики, включая развитие представлений о строении атома, квантовой теории атома и периодической системы элементов, квантовой механики. Особое внимание уделяется состоянию квантовомеханической теории атома к 1931 г.

В лекции и статье Бор впервые обращается к проблеме структуры атомного ядра. Состояние этой новой для того времени проблемы излагается в рамках представлений о ядре, как системе протонов и электронов (статья была напечатана на несколько месяцев до открытия нейтрона). Отмечая трудности такой концепции, в частности в отношении статистики, спина и размеров ядер, а также трудности в интерпретации -спектров, существовавшие до гипотезы Паули об испускании нейтрино при -распаде и создания Ферми теории -распада, Бор высказывает мнение о недостаточности квантовой механики, по крайней мере, в применении к внутриядерным электронам.