Квантовый возраст - [11]

На следующий день приехал Паули и состоялась дискуссия. Крониг получил полную отповедь. В своей обычной резкой форме Паули объявил Кронигу, что его идея о спине электрона чистый вздор, что математическая точка не может вокруг себя вертеться, она должна чем-то быть. Вскоре Крониг поехал в Копенгаген и рассказал о своей идее Бору и Гейзенбергу. Копенгагенская школа тоже решительно отвергла идею о вращающемся электроне. Мнение прославленных физиков сыграло свою роль, и Крониг не опубликовал свою работу. Осенью того же 1925 г. молодые сотрудники Эренфеста Уленбек (1900 г. рождения) и Гаудсмит (1902 г. рождения) независимо от Кронига пришли к идее вращающегося электрона. Они и назвали собственный момент электрона спином. Уленбек писал: «Гаудсмит и я пришли к этой идее, изучая статью Паули, в которой был сформулирован знаменитый принцип запрета и электрону впервые приписывались четыре квантовых числа… Это казалось столь необоснованным и дерзким, что где-то, несомненно, должна была таиться ошибка, да и Бор, Гейзенберг и Паули, наши большие авторитеты, никогда не предполагали ничего подобного. Но мы, конечно, рассказали обо всем Эренфесту… Мы с Гаудсмитом чувствовали, что, быть может, пока лучше воздержаться от каких-либо публикаций, но, когда мы сказали о своем намерении Эренфесту, он ответил: „Я уже давно отправил ваше письмо в печать, вы оба достаточно молоды, чтобы позволить себе сделать глупость“» [Там же, с. 246].

Так в историю физики авторами спина вошли Уленбек и Гаудсмит. Но ирония судьбы такова, что сейчас, когда все это ушло в историю, понятие спина неразрывно связано с именем Паули. К концу 1925 г. Нильс Бор поверил в спин. Отметим, что это произошло не без помощи Эйнштейна. Под влиянием Бора поверил в спин и Гейзенберг. А Паули оставался при своем. Он грозно предостерегал Бора и высказывал крайнее недовольство по поводу отступничества Бора и его попустительства ко всякой ереси в физике. Но скоро горячность Паули утихла — реальность спина нельзя было не признать. Как все было непросто, видно из письма Паули Кронигу (май 1925 г., в июне появится матричная механика): «Физика теперь снова зашла в тупик, во всяком случае для меня — она слишком трудна, и я предпочел бы быть комиком в кино или кем-нибудь вроде этого и не слышать ничего о физике!» [Там же, с. 34].

А ведь к этому времени было уже так много сделано! К этому времени уже были опубликованы работы де Бройля.

В начале 20-х годов одной из самых острых была проблема дуализма волна-частица. Эта проблема стояла давно. Еще в 1905 г. Эйнштейн, обращаясь, по мнению Планка, слишком вольно с гипотезой квантов, приписал свету корпускулярные свойства и объяснил таким образом явление фотоэффекта. И хотя эта работа имела заслуженный успех, физики и не думали отказываться от волновой природы света. Если бы свет не был волной, ни дифракция света, ни явление интерференции не могли бы иметь места. Ну, а объяснение фотоэффекта и связанное с этим предположение о корпускулярной природе света каждый физик понимал по-своему. Одни считали, например, что эйнштейновские кванты света не частицы, а какая-то мера энергии электромагнитного поля.

В 1922 г. американский физик Артур Комптон открыл эффект, названный его именем. При исследовании рассеяния рентгеновских лучей в парафине Комптон обнаружил, что, кроме ожидаемого эффекта, т. е. наличия рассеяния с той же длиной волны, что и падающее, имеется рассеяние с большей длиной волны. При этом оказалось, что, чем меньше длина волны падающего излучения, тем меньше доля рассеяния с неизменной длиной волны. Это явление никак нельзя было объяснить с точки зрения волновой природы излучения, согласно которой длина волны рассеянного излучения должна оставаться такой же, как длина волны падающего. Иными словами, свет при рассеянии не должен менять цвета. Так оно и есть на самом деле, пока мы имеем дело с длинами волн, сравнимыми с длинами волн видимого света. Комптон же исследовал рассеяние рентгеновских и гамма-лучей, длина волн которых в десятки и сотни тысяч раз меньше длин волн видимого света. Оказалось, при рассеянии жестких гамма-лучей (самые короткие длины волн, порядка 10^–12 см) вообще не обнаруживается компонента с начальной длиной волны. Через год сам же Комптон и независимо от него Дебай развили теорию этого явления, исходя из чисто корпускулярной природы света. При этом все законы сохранения, справедливые для классической теории рассеяния двух частиц друг на друге, строго выполняются, прямо как при рассеянии двух бильярдных шаров. Необычным было лишь то, что один из «шаров» — электрон — был нормальной частицей, (так во всяком случае считалось тогда), а другой — частицей света, энергия которой определялась не массой и квадратом скорости, а постоянной Планка, умноженной на частоту. Так с открытием эффекта Комптона вопрос о двоякой природе света встал очень остро. Наступило время, когда, по выражению Брэгга, физики были вынуждены по понедельникам, средам и пятницам считать свет состоящим из частиц, а в остальные дни недели — из волн.