Те февральские дни еще раз одарили Бора чужой отзывчивостью. Щедрая выпала неделя: к новозеландцу, шведу и венгру присоединился наконец датчанин — земляк, работающий рядом. Бор говорил, что Хансен оказался тогда в Копенгагене «единственным физиком, которому интересны были эти вещи». И снова Бор пересказывал эти вещи — снова разворачивал свою программу; объяснение «свойств материи, зависящих от системы электронов в атоме». И сердце его нового слушателя — спектроскописта — дрогнуло от надежды…
— А спектры? — вдруг спросил Хансен. — Как твоя теория объясняет спектральные формулы?
— Спектральные формулы?!
Бор навсегда запомнил и вопрос Хансена, и свое тогдашнее недоумение. В беседе с историками он повторил признание, полувеком раньше поразившее его университетского товарища:
«…я ничего не знал ни о каких спектральных формулах».
Так дети говорят — «а у нас этого не проходили…».
Тут место для долгой паузы: примирение с неправдоподобным требует времени. Но все-таки паузу надо заполнить. Есть чем.
…Всего непостижимей, что это признание Бора было для него заурядным! Таким, то есть самим собою, он пребывал всегда. Оглядываясь назад, довольно вспомнить, как в ноябре 11-го года, в минуту решающей встречи с Резерфордом, он еще ничего не знал о планетарном атоме. Заглядывая вперед, довольно прислушаться к рассказу одного из последних его ассистентов — молодого голландского физика Абрахама Пайса.
Дело было в 46-м году в Копенгагене. Пайс занимался вопросами теории поля. Бор предложил ему поработать летом вместе — «если Вас это соблазняет…».
Не нужно описывать чувства, с какими на следующее утро шел начинающий теоретик к Бору. Но первое, что он услышал, вызвало у юноши улыбку недоверия:
«…Бор сразу сказал мне, что работа с ним будет плодотворной, только если я пойму, что он в этих делах дилетант. Он объяснил, что так уж у него бывало всегда с новыми проблемами — ему приходилось начинать с полного незнания предмета… Я вспомнил его слова через несколько лет, когда сидел рядом с ним на коллоквиуме в Принстоне. Темой обсуждения были ядерные изомеры. (В их числе и открытые И. В. Курчатовым. — Д. Д.) Слушая докладчика, Бор становился все беспокойней и нашептывал мне, что тут произносятся вслух совершенно ошибочные вещи. Наконец он не мог больше сдерживаться и захотел выступить с возражениями. Но, едва приподнявшись, снова опустился на место, посмотрел на меня с потерянным видом и спросил: «А что такое изомеры?»
Троеточие в середине рассказа Пайса заменило опущенную фразу — она хороша как заключение:
«Может быть, лучше всего сказать, что сила Бора гнездилась в его поражающей интуиции и проникновенности мысли, а вовсе не в эрудированности».
Тут, как и во всем, сказывалась его натура: не рвавшийся быть впереди «по всем предметам», он не умел лелеять знания впрок. У его силы была своя уязвимость.
…За тридцать три года до Пайса вежливая улыбка недоверия поместилась на лице Хансена. Но, как и Пайс, Хансен увидел, что Бор не шутит: ему и вправду были незнакомы давно известные спектральные формулы Бальмера (1885), Ридберга (1890), Ритца (1908). И Хансену не оставалось ничего другого, кроме как с жаром (или снисходительностью?) сказать ему:
— Тебе необходимо посмотреть эти формулы. Ты увидишь, с какой замечательной простотой они описывают спектры!
— Я посмотрю…
В таком ключе Бор впоследствии рассказывал Леону Розенфельду, чем завершился его первый разговор с Хансеном. Но могло ли тому прийти в голову, что столь мало сведущий в спектроскопии Нильс Бор вскоре будет приглашен оппонентом на защиту его, хансеновской, спектроскопической диссертации, как единственный знаток сути дела — физик, впервые понявший происхождение атомных спектров!
Они попрощались до новой встречи.
«Я посмотрю…»
Дальше была дорога домой. Снежные сумерки. Письменный стол. Зажженная лампа. Ничего сверхобычного. Но зимние волны Эрезунда уже выбросили на сушу запечатанную бутылку с посланием.
Он раскрыл немецкую книгу «Принципы атомной динамики» Штарка (и в ту же минуту ей суждено было навсегда устареть). Легко отыскал нужную страницу. И увидел формулу Бальмера. Как все формулы в научных сочинениях, она походила на паром, переправляющий мысль по чистой глади пробела с северного берега текста на южный. Зрелище было обыкновенным.
Но именно обыкновенностью своей оно, это зрелище, поразило Бора: формула могла сойти за неприхотливый примерчик по школьной алгебре. Из одной величины — ПЕРЕМЕННОЙ — вычиталась другая величина — ПОСТОЯННАЯ. И только! А это позволяло последовательно — шаг за шагом — узнавать все частоты электромагнитных колебаний в световых сигналах водорода.
ПОСТОЯННАЯ величина оставалась неизменной для всех спектральных линий, а ПЕРЕМЕННАЯ менялась от линии к линии действительно шажками: следовало лишь вместо неизвестного «х» подставлять по очереди ЦЕЛЫЕ числа…
Хансен был прав: водородный спектр описывался с замечательной простотой. Стоило в формулу Бальмера поставить число 3, и получалась частота световых колебаний для красной линии. А число 4 давало зеленую линию. Число 5 соответствовало синей. Число 6 — фиолетовой. Ну а для других целых чисел линии уходили в ультрафиолетовый конец спектра, простым глазом уже не видимый. Эта закономерная череда спектральных линий так и называлась «бальмеровской серией».
Школьному учителю швейцарцу Иоганну Якобу Бальмеру было шестьдесят лет, когда в 1885 году он опубликовал свою формулу — плод великого долготерпения. Он сумел ее вывести, «играя в числа». Это иронически называлось «цифрологией». Он не знал об устройстве атома ничего и располагал лишь короткой табличкой тогдашних данных о длинах световых волн в спектре водорода. Могущество арифметики и чутья природы…
Увидев эту формулу, Бор уже не мог от нее оторваться. В минутном прозрении осозналось: вот оно — то, чего ему остро недоставало для понимания атома! Долгожданный паром. Сейчас он отчалит. Впереди откроется берег… Это была одна из поворотных минут в истории естествознания.
Если психологам творчества нужен наглядный пример научного откровения, лучшего не найти. Слово «откровение» было произнесено Бором в беседе с историками — так он сам почувствовал происшедшее. А Леон Розенфельд засвидетельствовал:
«Он говорил мне не раз: «Как только я увидел формулу Бальмера, все немедленно прояснилось передо мной».
Это и было событием, случившимся между 3 и 5 февраля. Это заставило его 5-го вечером продиктовать Маргарет шумную фразу о ВЕРЕ В БУДУЩЕЕ…
Работа не начинается с откровения. Оно само итог работы. Не милость случая, а награда за труд. Второе дыхание появляется, когда вся мускулатура мысли болит.
Прошло десять месяцев с того момента, как мысль с КВАНТОВОЙ конституции планетарного атома посетила Бора и зажила в нем. И когда он увидел простенькую формулу Бальмера, за ее незнакомыми очертаниями тотчас проступили перед ним давно знакомые очертания еще более простенькой формулы Планка для квантов энергии. Это было как наплыв на киноэкране, когда сквозь одно лицо вдруг проступает другое.
В ту минуту рука еще не потянулась к перу — за ненадобностью: вычислять на бумаге было еще нечего. Коротенькие перестройки несложных формул мелькали в уме, а воображение уходило все глубже в структуру атома. И странно подумать — туда заманивали мысль всего лишь две ничем не примечательные черты в бальмеровской формуле, те, что сразу поразили Бора: знак вычитания и череда целых чисел… Тысячи глаз на протяжении десятилетий видели этот знак минус и эти целые числа, а никто ничего не сумел увидеть за ними!
Что же увидел Бор?
…Серия световых сигналов атома водорода — это серия порций света. У каждой свой цвет, своя частота. И каждая рождается как разность двух величин — большей и меньшей. И ясно, что это за величины: первая — энергия атома ДО испускания кванта, вторая — ПОСЛЕ. (Любая порция чего угодно описывается такой арифметикой: от того, что БЫЛО, отнимается то, что ОСТАЛОСЬ, а разность — то, что УШЛО. Разность — квант.)
Но приковали к себе удивленное внимание особенности обеих величин. Тут-то начиналась неведомая прежде физика.
Первая — энергия ДО излучения, — хоть и была переменной, разной для разных квантов, однако не могла быть любой. Оттого, что зависела она от смены целых чисел, ей приходилось меняться не плавно, а ПРЕРЫВИСТО. И эта прерывистость говорила: в атоме есть череда — пунктирная последовательность — уровней энергии. Каждый квант, улетая, берет старт со своего уровня. Красный — с одного, зеленый — с другого, синий — с третьего, фиолетовый — с четвертого. Так для бегунов, бегущих по разным дорожкам, старты выстраивают ступенчато. И нельзя срываться в бег с любого места, а только с разрешенной отметки…
Вторая величина — энергия атома ПОСЛЕ излучения, — напротив, неспроста оставалась одной и той же, какой бы квант ни покинул атом, красный или зеленый, синий или фиолетовый. Ее постоянство говорило: в атоме есть самый низкий уровень энергии, ниже которого она опуститься не может. Так для всех бегунов линия финиша одна.
Но гораздо точнее отражал эту картину образ лестницы с нижней площадкой и поднимающимися вверх ступенями. Бор увидел лестницу РАЗРЕШЕННЫХ ПРИРОДОЙ УРОВНЕЙ ЭНЕРГИИ В АТОМЕ.
Двигаться до такой лестнице можно было лишь со ступеньки на ступеньку — вскачь. Задержаться меж ступенек природа не позволяла. И становилось ясно, почему излучение выбрасывается из атома порциями, а не с постепенной непрерывностью.
В формуле — череда целых чисел…
В атоме — череда уровней энергии…
На каждом из них атом может пребывать в устойчивости до испускания кванта. А в момент испускания энергия падает сразу до нижнего уровня неостановимым скачком.
Однако воображению, вечно жаждущему зримой наглядности, захотелось большего. Захотелось представить, как это все физически происходит. По крайней мере, в простейшем водородном атоме, где только один электрон вращается вокруг ядра. Как. строится там эта энергетическая лестница?