Чтение онлайн

Понятно, в чем дело, заявили физики после создания первой теории атома. Электрон кружится по орбите вокруг ядра, словно малюсенький круговой ток. И этот ток ведет себя, как крошечный магнитик. Помести его в большой магнит, и они начнут взаимно влиять друг на друга.

На большом магните влияние маленького, конечно, никак не скажется. Но на маленьком магните оно проявится совершенно отчетливо: он изменит свою энергию. Орбита электрона чуть-чуть сместится, прыжки электрона между орбитами станут чуть длиннее или чуть короче.

Этого достаточно: спектральные линии изменят свое положение. Вместо одной линии на ее месте появится ряд смежных линий.

И расчет действительно неплохо подтверждает такое представление. Неплохо — в данном случае означает лишь: очень часто, но не всегда. Иной раз и «осколки» линии не там, где им полагалось бы находиться, иной раз и число «осколков» не то, что предсказывается.

Складывается такое впечатление, что электронный магнитик временами то слишком слаб, то слишком силен. Словно есть в нем какой-то дополнительный магнитик, который то складывается с основным магнитиком, то вычитается из него.

Дополнительный магнитик? Значит, дополнительный ток? Какому же еще движению электрона должен отвечать этот ток?

Движению вокруг самого себя! Электрон вращается не только вокруг «солнца» — ядра, но и как полагается настоящей «планетке» — вокруг самого себя!

Первым в 1921 году эту мысль высказывает Артур Комптон. Она проходит незамеченной.

Вторым в январе 1925 года эту мысль высказывает Роберт Крониг. Она встречает довольно резкую критику.

Третьими в сентябре 1925 года эту мысль высказывают Джордж Уленбек и Сэмюэл Гаудсмит. Они ничего не знают о том прохладном приеме, который встретил догадку Кронига. Более того, отдав статью своему учителю, замечательному физику Павлу Сигизмундовичу Эренфесту, они через несколько дней обнаружили, что из их идеи вытекает вопиющее следствие. Скорость на «поверхности» вращающегося вокруг себя электрона должна во много раз превышать скорость света!

Да ведь это же совершеннейший абсурд! Это же запрещено теорией относительности Эйнштейна! Ученики с превеликим беспокойством бегут к учителю, перебивая друг друга, рассказывают об этом, просят обратно свою статью. А Эренфест с улыбкой отвечает: «Я уже направил вашу статью в печать. Вы оба достаточно молоды, чтобы позволить себе сделать глупость!»

И «глупость» совершается: статья выходит в свет. Чудесная «глупость» — побольше бы таких! Спустя два месяца заново пересчитываются зеемановские «осколки» спектральных линий с помощью добавки к электронному магнитику. И что же — теперь блестящее согласие!

Так в физику входит вращающийся электрон. «Спин» — так названо новое явление: электрон, словно крошечный волчок («волчок» — и есть по-английски «спин»).

Замечательно! Но как понимать слова о вращении электрона? Они же сказаны в то время, когда квантовая механика выбрасывает траектории электрона. Когда она заменяет орбиты «волнами вероятности» и показывает, что бессмысленно говорить о вращении электрона вокруг ядра.

А тут еще «вращение вокруг самого себя»! Да где та ось, вокруг которой вертится электрон? Нет ее. Сам электрон в те годы изображается точкой без всяких размеров, — как в таком случае понимать «вращение точки»? Никак нельзя понимать, и единственное наглядное, казалось бы, представление в атомном мире тут же теряет наглядность.

Нет, это не вращение! Похоже, но совсем не то же. Какое-то очень быстрое (но, конечно, не быстрее света, как думали Уленбек и Гаудсмит) движение электрона. В декабре 1925 года Эйнштейн высказывает мысль, что это движение должно быть объяснимо с позиций теории относительности.

Мысль Эйнштейна будет ждать своего подтверждения три года. Но уже в январе 1925 года швейцарский физик Вольфганг Паули делает важное открытие, связанное с существованием спина. Самое поразительное, что он еще ничего не знает о спине. Более того, при встрече с Кронигом он отговаривает того от «бредовой» мысли о спине!

Паули приходит к своему открытию, анализируя то же явление Зеемана. Он заключает, что на каждом дозволенном уровне энергии в атоме может находиться не более двух электронов. Если нижние уровни уже заняты, то новоприбывший электрон должен селиться на более высоких уровнях. Обосновать открытую им закономерность Паули не может.

Для этого нужен тот самый спин, который сам Паули отвергает. Но спустя год Паули вынужден изменить свою точку зрения. И тогда оказывается, что принцип, установленный им, универсален. Он равно применим ко всем электронам во всех атомах. Да и не только в атомах — в любых коллективах, в которые природа сводит электроны.

И не только электроны — любые частицы с такой же величиной спина, как у электрона. В частности, принцип Паули вполне применим к протонам. Он оказывается одним из важнейших кирпичей в здании квантовой механики.

Теперь действительно все в сборе.

Экспериментаторы подготовили свое хитроумное охотничье снаряжение. Теоретики подтянули тылы — им предстоит большая работа по разделке охотничьих трофеев. На порог встают тридцатые годы. Охота за частицами начинается!

Однажды я отправился с группой альпинистов на Памир. Восхождение было тяжелым. В день удавалось пройти совсем немного. Быстро наступал вечер. Как всегда в горах, сумерек почти не бывало. Солнце сваливалось за горы, и сразу наступала ночь, а с нею холод.

На ветру разбивались палатки, разогревался немудреный альпинистский ужин, и мы залезали в спальные мешки, тревожно прислушиваясь к тому, как ветер свистит и рвет полу палатки. Начинались разговоры, обычно веселые, иногда даже разгорались споры, несмотря на то что за день все доходили до свинцовой усталости.

И однажды кто-то из нас, будучи, видимо, в философском настроении, сказал: «Братцы, а чего мы, собственно говоря, лезем в горы? Что нам, внизу места мало?»

Вопрос, конечно, был полушутливым. Но разгорелся жаркий спор. Ребята в основном были студенты и два-три научных работника. Может быть, поэтому тема спора быстро «съехала» на то, чт'o вообще заставляет человека искать неизведанное, подвергать себя трудностям и лишениям. Причем делать это добровольно и не задумываться над тем, что ждет в конце пути.

«Я думаю, что внизу, в обжитых местах, просто скучновато, — сказал один из нас, огромный парень с совершенно детскими глазами. — Ну, чего я там не видел? А вот здесь, на горе, — все новое, даже облака новые, ветер дует по-другому, чем в долине. А простор какой!»

«Простор в самом деле огромный. На сотни километров видно», — согласился с ним другой студент, такой щуплый на вид, что было просто непонятно, как он тащит на себе рюкзак соизмеримых с ним размеров. Он считался у нас философом, поэтому над ним охотно подтрунивали.