Избранные научные труды
Шрифт:
Поскольку в одной и той же установке, вообще говоря, можно получать различные индивидуальные результаты, обращение к статистике в квантовой физике в принципе неизбежно. Более того, наблюдения, полученные в различных условиях, исключающих их трактовку в единой картине, несмотря на кажущуюся несовместимость, должны рассматриваться как дополнительные в том смысле, что совместно они исчерпывают всю строго определённую информацию об атомном объекте. С этой точки зрения задача математического аппарата квантовой теории состоит в том, чтобы определить математические ожидания для наблюдений, производимых в заданных экспериментальных условиях. В этой связи было указано, что разрешение всех противоречий обеспечивается математической согласованностью аппарата и исчерпывающим характером описания в той области, в которой он применим к любому воображаемому экспериментальному
По этим вопросам состоялась весьма оживлённая дискуссия, которой руководил Лоренц с присущей ему откровенностью и сдержанностью, стремясь вести её в плодотворном направлении. Большие трудности для согласованного обсуждения эпистемологических проблем создавала неясность терминологии. Эту ситуацию юмористически отразил Эренфест, выписав на доске цитату из библии, в которой описывалось смешение языков, нарушившее строительство Вавилонской башни.
Начавшийся на заседании обмен мнениями оживлённо продолжался и по вечерам в небольших группах. Наиболее приятной для меня была возможность вести долгие беседы с Эйнштейном и Эренфестом. Эйнштейн принципиально возражал против отказа от детерминистического описания; он оспаривал наши аргументы, допуская возможность более точного учёта взаимодействия между атомными объектами и измерительными приборами. Наши доводы, обосновывающие безнадёжность этой перспективы, не убедили Эйнштейна, и он вновь вернулся к этой проблеме на следующем конгрессе. Однако эти дискуссии вызвали дальнейшие исследования проблем анализа и синтеза в квантовой физике, а также их аналогов в других областях человеческого знания, в которых обычная терминология привлекает внимание к условиям, при которых производится опыт.
VI
На конгрессе 1930 г. впервые председательствовал Ланжевен. Лоренца уже не было в живых. Ланжевен сказал несколько слов о потере, понесённой Сольвеевским институтом вследствие кончины Эрнста Сольвея, чья инициатива и великодушие позволили создать институт. Президент подробно обрисовал, как замечательно Лоренц руководил всеми предыдущими Сольвеевскими конгрессами и с какой огромной энергией продолжал он свои блестящие научные исследования до последних дней.
Темой конгресса были магнитные свойства вещества, для понимания которых сам Ланжевен сделал столь важный вклад и экспериментальное изучение которых значительно расширилось как раз в те годы, особенно благодаря исследованиям Вейсса и его школы.
Конгресс открылся докладом Зоммерфельда о магнетизме и спектроскопии; в этом докладе он, в частности, обсуждал те сведения о моменте импульса и магнитных моментах, которые были получены из исследований электронной структуры атомов, позволившей объяснить таблицу Менделеева. Что касается интересного пункта с своеобразной вариации магнитных моментов в семействе редкоземельных элементов, то Ван-Флек доложил о последних результатах и их теоретической интерпретации. Ферми сделал доклад о магнитных моментах атомных ядер, для которых, как это впервые подчеркнул Паули, следовало выяснить причину появления сверхтонкой структуры спектральных линий.
Общий обзор быстро возрастающих экспериментальных данных о магнитных свойствах вещества был сделан в докладах Кабреры и Вейсса, которые рассмотрели уравнение состояния ферромагнитных материалов, охватывающее скачкообразные изменения свойств таких веществ при определённых температурах, аналогичных точке Кюри. Несмотря на более ранние попытки установления связи таких эффектов, особенно путём введения Вейссом внутреннего магнитного поля, обусловливающего ферромагнитное состояние, ключ к пониманию этих явлений был найден лишь недавно Гейзенбергом. Гейзенберг провел оригинальное сопоставление упорядочения электронных спинов в ферромагнитных веществах с квантовой статистикой, управляющей свойствами симметрии волновых функций, ответственных за химическую связь в теории молекулярных соединений Гайтлера и Лондона.
Исчерпывающее изложение теоретической трактовки магнитных явлений было дано на конгрессе в докладе Паули. С характерной для него ясностью и умением выделить существенное он рассмотрел также проблемы, выдвинутые Дираком в его остроумной квантовой теории электрона. В этой теории предложенное Клейном и Гордоном релятивистское волновое уравнение было заменено системой уравнений первого порядка, допускающих естественное объединение спинового и магнитного момента электрона. В этой связи специально обсуждался вопрос о том, в какой мере можно рассматривать спиновый и магнитный моменты электрона как измеримые в том же смысле, что и масса и заряд электрона, определение
О перспективах, которые современное развитие экспериментальной техники раскрыло для дальнейших исследований магнитных явлений, доложили на конгрессе Коттон и Капица. С помощью приборов, созданных Капицей, стало возможным создавать магнитные поля непревзойдённой напряжённости в ограниченных областях пространства и ограниченных интервалах времени. Коттон весьма искусно создал большие постоянные магниты, позволяющие получать поля, постоянство и занимаемый объём которых были больше того, что имелось до тех пор. В дополнение к докладу Коттона мадам Кюри обратила особое внимание на использование таких магнитов для исследования радиоактивных процессов, которые благодаря работе Розенблюма могли бы дать новые сведения, касающиеся тонкой структуры спектров альфа-излучения.
Хотя главной темой конгресса были явления магнетизма, интересно напомнить, что как раз в этому времени большой успех был достигнут в трактовке других свойств вещества. Так, многие из трудностей, препятствовавших пониманию электропроводности в металлах, столь остро ощущавшиеся на конгрессе 1924 г., к тому времени были уже преодолены. Уже в 1928 г. Зоммерфельд, заменив максвелловское распределение электронов по скоростям распределением Ферми, получил наиболее обнадёживающие результаты в этом направлении. Как хорошо известно, на этой основе, применяя соответствующим образом волновую механику, Блох успешно развил детализированную теорию проводимости металлов, объясняющую многие их особенности, и в частности зависимость явлений от температуры. Всё же эта теория не могла объяснить сверхпроводимости, путь к пониманию которой был найден только в последние годы благодаря развитию тонких методов рассмотрения взаимодействий в системах многих тел. Такие методы оказались подходящими также и для объяснения недавно обнаруженных квантовых свойств сверхпроводящих токов.
Однако особое воспоминание от конгресса 1930 г. связано с тем, что он предоставил благоприятную возможность подвести итог дискуссии по эпистемологическим проблемам, обсуждавшимся на конгрессе 1927 г. В связи с этим Эйнштейн привёл новые аргументы, с помощью которых он стремился опрокинуть принцип неопределённости, используя эквивалентность энергии и массы, вытекающую из теории относительности. Так, он высказал предположение, что возможно определить с любой точностью энергию периодически испускаемого импульса излучения путём взвешивания аппарата, содержащего часы, связанные с затвором, высвобождающим импульс. Однако при более внимательном анализе этот кажущийся парадокс находит свое решение в том, что гравитационное поле оказывает влияние на ход часов, на основе которого сам Эйнштейн предсказал когда-то красное смещение в спектральном распределении света, испускаемого массивными небесными телами. И всё же эта проблема, наиболее выразительно подчеркнувшая необходимость ясного различения в квантовой физике между объектами и измерительными приборами, оставалась на протяжении ряда лет предметом оживлённых споров, особенно в философских кругах.
Этот конгресс, проходивший накануне того политического хода событий в Германии, которые вынудили Эйнштейна эмигрировать в Соединённые Штаты, был последним, в работе которого он принимал участие.
Незадолго перед следующим конгрессом, созванным в 1933 г., мы все были поражены известием о безвременной кончине Эренфеста. Его вдохновляющую роль в развитии физики в трогательных словах описал Ланжевен, когда мы собрались снова.
VII
Конгресс 1933 г., специально посвящённый структуре и свойствам атомного ядра, был созван в то время, когда эта проблема находилась в стадии наиболее быстрого и богатого событиями развития. Конгресс был открыт докладом Кокрофта, в котором после краткого описания обширных наблюдений ядерных распадов при бомбардировке -частицами (эти частицы исследовались в предыдущие года Резерфордом и его сотрудниками) он подробно рассказал о новых важных результатах, достигнутых бомбардировкой ядер протонами, ускоренными высоковольтными установками до огромных скоростей.