Они отобедали. Но Томсон разговора не повел. И через неделю тоже. И через две недели тоже. И через месяц. В душе Бора появилось чувство бесплодно проходящего времени. Заглянув в кабинет Томсона, он, обычно рассеянный к мелочам, с зоркостью, обостренной ожиданием, тотчас определил, что его рукопись лежит на прежнем месте в окружении все тех же бумаг... Оптимизму надо было найти новую опору – прежняя начала ускользать. Вот тогда-то Бор увидел Эрнеста Резерфорда.
Резерфорд приехал из Манчестера, где после Монреаля с 1907 г. возглавлял кафедру в университете Виктории. Он говорил много, и о нем говорили много. Японский теоретик Нагаока писал: «Мне представляется гением тот, кто может работать со столь примитивным оборудованием и собирать столь богатую жатву». Японец в начале 1911 г. посетил Манчестер и видел ту самую установку, с которой «все, в сущности, и началось». Открылось: при бомбардировке листка золотой фольги не все альфа-частицы пронизывают ее насквозь – иные отбрасываются вспять! Даже Резерфорд потом говорил: «...То было почти столь же неправдоподобно, как если бы вы произвели выстрел по обрывку папиросной бумаги пятнадцатидюймовым снарядом, а он вернулся бы назад и угодил в вас».
Резерфорд пришел к заключению: в глубинах атома есть массивная заряженная сердцевина. Но из-за ее малости только редкие частицы прицельно попадают в нее, чтобы отразиться назад. Существование атомного ядра было неоспоримым. Но лишь в конце 1910 г. Резерфорд своим «громадным» голосом объявил в манчестерской лаборатории: «Теперь я знаю, как выглядит атом!»
Выглядел атом, как солнечная микросистема: с положительным ядром в центре и отрицательными электронами на планетных орбитах вдали от ядра. По классическим законам, такое устройство было невозможно: вращение вынуждало бы электроны, в согласии с законами Максвелла, непрерывно излучать энергию, а потеря энергии, в согласии с законами Ньютона, приводила бы к их неминуемому падению на ядро. Резерфорд увидел обреченный атом. И предупредил теоретиков: «Вопрос об устойчивости предлагаемого атома на этой стадии не следует подвергать рассмотрению...» Появился теоретически противозаконный, но экспериментально обоснованный планетарный атом.
Возможность заговорить о богатой жатве представилась всем. Однако этой возможностью никто из теоретиков не воспользовался. И даже на том кавендишевском обеде, в октябре, слова атомное ядро и планетарный атом не отягощали дружеских речей. ...Сначала чинно сидели за столами. Пили традиционный портвейн и слушали завидные воспоминания ветеранов. Потом, сменив английскую сдержанность на английскую непринужденность, встали на стулья, скрестили по-детски руки и запели шутливые лабораторные песенки. И Томсон стоял на стуле. И Резерфорд стоял на стуле. И Бор стоял на стуле. Он не пел вместе со всеми, за незнанием слов и мелодий, зато улыбался смущенно и счастливо. Его оптимизм вдруг обрел новую опору.
Бор во все глаза смотрел на Резерфорда. Но не потому, что успел плениться его новыми идеями. Да и был еще увлечен томсоновской моделью. Кажется, Дж.Дж. сам придумал для нее вкусное сравнение: атом похож на кекс – отрицательно заряженные электроны-изюминки вкраплены в положительно заряженное тесто. Оно заполняет все атомное пространство. Однако с этим «положительно наэлектризованным пространством» ничего хорошего не получалось. Вот и последние опыты резерфордовцев: от рыхлого атома с массой, размазанной по всему объему, альфа-частицы не могли бы отражаться назад...
Кавендишевец Рэлей-младший уверял, что Томсону и самому не очень нравилась его модель. Но чужие идеи уже не возбуждали в нем интереса, а критика уже не будоражила внимания. Теперь, через двадцать семь лет после начала своего кавендишевского «отцовства», он втайне выдал себе охранную грамоту на случай любых притязаний «детей»: «...Молодым людям не следовало бы высказывать всякую всячину. Я знаю о данном предмете гораздо больше, чем они, и я уже обдумал все...»
Это слова не самого Дж.Дж. Так в 1962 г., рассказывая историкам о далеком прошлом, сформулировал за Томсона его психологическую позицию старый Нильс Бор. А молодой Бор в часы кавендишевского обеда всего этого еще не понимал. По его признанию, на него произвела тогда глубокое впечатление сама личность Резерфорда. И чувство уже подсказывало ему, что он будет искать новой встречи с этим человеком.
Их не познакомили во время обеда... Произошло это в уютной домашней обстановке в Манчестере, в семье профессора физиологии Лоуренса Смита, в ситуации, уравнивающей собеседников. Так, при минимальном содействии случая в конце ноября 1911 г. свела их жизнь. Свела для того, чтобы две катастрофы – планковский квант и резерфордовский атом – слились в единый взрыв понимания, дабы физикам стало ясно кое-что важное о реальных причинах вещей.
Оставалось проститься с Кембриджем. Слух об отъезде Бора возбудил недоумение у кавендишевцев. Как и Томсон, они его «прозевали»: отправляясь на вокзал в одиночестве, Бор не покидал на берегах Кема никого, кто успел бы стать для него настоящим другом. Через четверть века, в 1936 г., восьмидесятилетний Дж.Дж. опубликовал свои пространные «Воспоминания и размышления». В книге был параграф «Нильс Бор». Десять строк сдержанно-безличного признания заслуг Бора в построении теории атома...
Может быть, Томсон все забыл? Или почувствовал, что этим воспоминаниям лучше не предаваться?
18 марта 1912 г. Резерфорд написал из Манчестера старому другу: «Бор, датчанин, покинул Кембридж и появился здесь...»
После того как на самом рубеже XIX–ХХ вв. – в 1900 г. – пятидесятитрехлетний профессор из Берлина Макс Планк впервые произнес слово квант, в физику вошло странное представление о своеобразных атомах электромагнитной энергии. Свет стал подобен остальной материи. Дробность строения вместо непрерывности. В рамках классической физики осмыслить эту новость не удавалось. И нельзя было питать надежду, что в классическом мире найдется законное место для новой универсальной постоянной, открытой Планком. Многие физики тогда еще полагали, что она не более чем вымышленная величина, родившаяся в теоретических снах. Планк недаром назвал новую константу «таинственным послом из реального мира».
Каков же он, этот реальный мир? Как устроены недра материи, откуда явился сей таинственный посол? Все задавали друг другу вопросы – частные и общие. И чем содержательней был вопрос, тем менее удовлетворителен ответ. А пока... Пока дела складывались отлично. Найдя понимание и сочувствие, Бор нашел себя. 12 июня ушло знаменательное письмо к брату Харальду: «Я начал разрабатывать маленькую теорию, которая... быть может, прольет некоторый свет на ряд проблем, связанных со структурой атомов...»
«Маленькая теория» накрепко привязала его к столу. Суток вдруг перестало хватать для работы. Он стал добровольным затворником. Много лет спустя, вспоминая Резерфорда, Бор написал: «В раннюю пору моего пребывания в Манчестере... я пришел к убеждению, что строение электронного роя в резерфордовском атоме управляется квантом действия (постоянной Планка...)»
Однако далеко не торным оказался путь от верно угаданного принципа до жизнеспособной теории. Бор говорил, Резерфорд молчал. Он не хотел вникать в математические подробности, а физическими не был удовлетворен. Но Бор не услышал: «Ступайте-ка домой, мой мальчик». Кроме антирезерфордовского совета «не спешить», Бор услышал вполне резерфордовское напутствие: бросить возню со сложными атомными системами, а отдаться простейшей – водородному атому... Прощались они недолго, и выглядело это так, точно Бор никуда не уезжал, а только оставлял на четверть часа аудиторию, поскольку прозвучал звонок на перемену...
Возвращение из Англии осенью 1912 г. стало для Бора памятным рубежом. Теперь у него появилась должность в Копенгагенском университете: ассистент профессора Кнудсена. Но профессор чувствовал с первого дня: его ассистент, присутствуя, в действительности отсутствует. И спустя некоторое время он согласился – по просьбе Бора – предоставить его самому себе... Между 3 и 5 февраля 1913 г. в историю физики на минуту заглянул товарищ Бора по студенческим занятиям – Ханс Мариус Хансен. Бор говорил, что Хансен оказался тогда в Копенгагене «единственным физиком, которому интересны были эти вещи». И сердце его нового слушателя-спектроскописта дрогнуло от надежды...
– А спектры? – вдруг спросил Хансен. – Как твоя теория объясняет спектральные формулы?
– Спектральные формулы?!
– Тебе необходимо посмотреть эти формулы. Ты увидишь, с какой замечательной простотой они описывают спектры!
– Я посмотрю...
Они попрощались...
Школьному учителю, швейцарцу Иоганну Якобу Бальмеру было шестьдесят лет, когда в 1885 г. он опубликовал свою формулу – плод великого долготерпения. Он не знал об устройстве атома ничего и располагал лишь таблицей данных о длинах световых волн в спектре водорода. Но, увидев эту формулу, Бор уже не мог от нее оторваться. А Леон Розенфельд засвидетельствовал: «Он говорил мне не раз: “Как только я увидел формулу Бальмера, все немедленно прояснилось передо мной”».
Что же увидел Бор? Лестницу разрешенных Природой уровней энергии в атоме. Двигаться по такой лестнице можно было лишь со ступеньки на ступеньку. Задержаться меж ступенек Природа не позволяла. Кроме электрона некому быть ее строителем. И кроме его планетных орбит нечему служить ее ступеньками. Лестница разрешенных уровней энергии увиделась как паутина дозволенных электронных орбит. Чем дальше от ядра пролегает орбита – тем выше энергия атома. Чем ближе к ядру, тем ниже энергетическая ступенька. На каждой из них, до момента испускания кванта электрон вопреки классике ничего не излучает. А в момент испускания он сваливается вниз, и его подхватывает другая, более близкая к ядру орбита. И он начинает теперь вращаться на ней, снова не излучая. А квант покидает атом в процессе самого перескока электрона. И только от глубины падения с орбиты на орбиту зависит величина улетающего кванта – его частота. Или цвет спектральной линии. Среди орбит электрона есть первая. Ниже – ядро. С этой нижней орбиты электрону некуда падать. И он может вращаться на ней бессрочно. Ее радиус и задавал нормальный размер атома.