Таким образом, проблема реальности получала в плане идеи принципиальной неконтролируемости субъективистское толкование.
Необходимо отметить, что у многих физиков, применявших термин «принципиальная неконтролируемости», особенно у Бора, который им пользовался в более ранних своих работах, этот термин зачастую не имел однозначного смысла. Он являлся своеобразным обозначением того обстоятельства, что квантовые законы качественно отличаются от законов классических теорий и принципы описания атомного мира не могут не отклоняться от привычных принципов описания природы, свойственных физике классической. Однако философская ошибочность термина «принципиальная неконтролируемость» давала о себе знать в ходе рассуждений физиков, а противники материалистической философии использовали этот термин в целях, не имеющих ничего общего с наукой 2.
2 См. в этой связи H. Reichenbach. Philosophic foundations of quantum mechanics, Berkeley — Los Angeles, 1946.
45 Захват нейтрона и строение ядра [63]
Доклад, прочитанный 27 января 1936 года в Копенгагенской академии и 11 февраля 1936 г. —- в Химическом и Физическом обществе лондонского Королевского института. Те же вопросы (строение ядра, ядерные силы, ядерные реакции) рассматривались в докладе Бора «Свойства атомных ядер» на XIX конгрессе скандинавских естествоиспытателей в Хельсинки в августе 1936 г. [65]. Опубликован в «Nature» 29 февраля 1936 г. В том же номере журнала (стр. 351) помещены иллюстрации к докладу с краткими пояснениями, включённые затем в статью 49 (рис. 1 и 2).
После открытия нейтрона и установления нейтронно-протонной модели ядра (Д. Иваненко и В. Гейзенберг) началось интенсивное развитие исследований по физике атомного ядра. Стали быстро накапливаться экспериментальные данные о ядерных реакциях. Из первых экспериментов следовало, что сечение реакций по порядку величины соответствует размерам ядра. Однако в 1934 г. Э. Ферми и Э. Амальди с сотрудниками 3 обнаружили, что сечения взаимодействия медленных нейтронов с ядрами некоторых элементов во много раз больше. Почти одновременно было открыто селективное поглощение медленных нейтронов: ядра имеют большие сечения поглощения нейтронов только определённой энергетической группы. Объяснение селективного поглощения как резонансного захвата нейтронов с энергией в определённом узком интервале впервые предложили Л. А. Арцимович, И. В. Курчатов и другие 1. Резонансный характер захвата вскоре был подтверждён многочисленными экспериментами 2. При этом сечение захвата медленных нейтронов оказалось гораздо большим, чем сечение рассеяния, особенно в резонансе.
3 E. Fermi, E. Amaldi, O. d’Agоstino, F. Reselli, E. Segre. Proc. Roy. Soc., 1934, A146, 483.
1 Л. Арцимович, И. Курчатов, Л. Мысовский, П. Палибии ЖЭТФ, 1935, 5, 659.
2 Резонансные явления в ядерных реакциях впервые наблюдал Позе (Н. Роsе. Phys. Zs., 1929, 30, 780), облучая тонкие алюминиевые мишени моноэнергетическими α-частицами от радиоактивного источника.
Интенсивное изучение ядерных реакций поставило вопрос о взаимодействии нуклонов с ядрами. Для теоретического объяснения экспериментальных фактов было использовано представление о ядре как потенциальной яме 3, в которой движется падающая частица. Первые попытки объяснения большого сечения захвата на основе одночастичной модели Харкинса и Ганса 4 были предприняты Бете, Перреном и Эльзассером 5. Однако подобная одночастичная модель не могла даже качественно объяснить правильное соотношение между сечениями захвата и рассеяния нейтронов (преобладание захвата), а также наблюдавшуюся на опыте 6 сильную зависимость нейтронных сечений от энергии (очень узкие и близко расположенные резонансы).
3 Е. Amаldi, О. d’Agostino, Е. Fermi, В. Pontecorvo, F. Rasetti. E. Segré. Proc. Roy. Soc., 1935, A149, 522 (Русск. перевод: УФН, 1935, 15,стр.238); Н. Веthе. Phys. Rev., 1935, 47, 747; F. Perrin, W. M. Elsasser. J. phys. et rad., 1935, 6, 194; G. Вeck, L. H. Hоrsley. Phys. Rev., 1935, 47, 510.
4 W. D. Harkins, D. M. Gans. Phys. Rev., 1934, 46, 397.
5 См. примечание 3.
6 T. Bierge, С. H. Westcott. Proc. Roy. Soc., 1935, A150, 709; P. B. Moon, J. R. Tilman. Nature, 1935, 135, 904; L. Szilard. Nature, 1935, 136, 849, 950; E. Fermi, E. Amaldi. Ricerca Scietifica, 1935, 6A, 544; O. Frisch, G. Placzek. Nature, 1936, 137, 357.
Эти затруднения одночастичной модели и продолжавшееся накопление экспериментальных данных о ядерных реакциях привели к коренному пересмотру представлений о взаимодействии ядерных частиц с ядрами: в 1936 г. в указанном докладе Копенгагенской академии Н. Бор выдвинул концепцию составного ядра — сравнительно долгоживущего многочастичного состояния, образующегося при попадании налетающей частицы в ядро-мишень. В основе этой концепции лежало представление о ядре как системе многих частиц, сильно взаимодействующих друг с другом. Время жизни составного ядра весьма велико по сравнению со временем пролета частицы через ядро. На основе этой концепции Бор формулирует общую теорию ядерных реакций. Он вводит предположение о том, что ядерная реакция протекает в две стадии: 1) образование составного ядра в результате захвата падающей частицы ядром и 2) распад составного ядра. При этом делается предположение о независимости распада составного ядра от способа его образования. В докладе Бор указывает на некоторые ограничения применимости предположения о независимости и всей концепции составного ядра.
Такая концепция позволяла объяснить основные эмпирические факты о взаимодействии медленных нейтронов с ядром, а также о ядерных реакциях под действием заряженных частиц и γ-квантов.
Выдвинутая Бором картина ядерных реакций оказала глубокое влияние на теоретический анализ ядерных реакций. Количественным воплощением этих идей Бора явились статистическая теория ядерных реакций и так называемая модель испарения, предложенная Я. И. Френкелем 1 Концепции составного ядра и описанию реакций, как идущих в две стадии, не противоречит резонансная формула Брейта—Вигнера, предложенная практически одновременно с этим докладом Бора и независимо от него 2. Эта формула хорошо представляет ход сечений вблизи резонансов для случая одного изолированного уровня. Обобщение этой формулы на случай произвольного числа резонансных уровней дали Бете и Плачек 3.
1 Я. И. Френкель. Phys. Z. d. Sowjetunion, 1936, 9, 533.
2 G. Breit, Е. Wigner. Phys. Rev., 1936, 49, 519.
3 H. Bethe, G. Placzek. Phys. Rev. 1937, 51, 450.
Последующее развитие ядерной физики и продвижение в область более высоких энергий, приведшее к накоплению обширного эмпирического материала, привело к уточнению первоначальной упроченной боровской картины ядерных реакций, установлению области применимости сделанных в ней предположений.
46 Законы сохранения в квантовой теории [64]
Заметка является послесловием к статье сотрудника копенгагенского Института теоретической физики возглавлявшегося Бором, Я. К. Якобсена «Корреляция между рассеянием и отдачей в эффекте Комптона» 4. Она содержит результаты выполненных в институте опытов по корреляции электронов отдачи и рассеянных квантов γ-излучения. Проведение этих опытов было вызвано работой Шенкленда 5, утверждавшего, что для фотонов высокой энергии опыты дают результаты, противоречащие теории Комптона и Дебая, основанной на допущении справедливости законов сохранения энергии и количества движения.
4 J. C. Jасоbsen. Nature, 1936, 138, 25.
5 R. S. Shankland. Phys. Rev., 1936, 49, 8.
Впервые идея о возможном нарушении закона сохранения энергии в единичных атомных процессах была высказана ещё в 1924 г. Бором, Крамерсом и Слетером (25), стремившимися устранить противоречия в двойственном, корпускулярно-волновом описании оптических явлений. Но тогда опыты Боте и Гейгера 6, Комптона и Саймона 7 не подтвердили выводов этой теории. После того как создание квантовой механики позволило разрешить указанные трудности без отказа от законов сохранения, эта идея была оставлена. Её обсуждение началось вновь в связи с попытками объяснения энергетического спектра электронов при β-распаде [55], [58], но принятие гипотезы Паули о нейтрино и создание теории β-распада Ферми опять привело к тому, что предположение Бора было отвергнуто. Поскольку в предыдущих опытах теория эффекта Комптона проверялась только для рентгеновских лучей, Шенкленд счел необходимым увеличить энергию фотонов, используя γ-излучение ThC'. Отношение к несколько неожиданным результатам его опытов было двояким. Дирак 8 считал возможным вернуться к идее Бора, Крамерса и Слетера для частиц высокой энергии, поскольку существовавшая квантовая механика давала удовлетворительные результаты только для нерелятивистской области. Он допускал, что в будущей релятивистской квантовой механике и в квантовой электродинамике можно будет отказаться от выполнимости законов сохранения энергии и импульса, но для перехода к разработке этой идеи предварительно необходимы дополнительные эксперименты. Пайерлс 1 возражал против опрометчивых выводов, поскольку вследствии недостаточной изученности явлений при высоких энергиях возможно существование неучтённых источников энергетических потерь. Бор подчёркивал, что ситуация сильно отличается от той, которая была в 1924, когда полностью отсутствовала теория, и что трудности квантовой электродинамики коренятся не в несовместимости основ квантовой механики и теории относительности, а скорее в атомистической природе электричества. Дилемму решили экспериментаторы Якобсен, Боте и Майер-Лейбниц, Пиккар и Стаэль, Вильямс и Пиккап 2, которые повторили опыты Шенкленда и получили результаты, полностью подтвердившие обычную теорию эффекта Комптона. Ошибка Шенкленда состояла в том, что он применил недостаточно однородные по энергии γ-кванты. После повторной серии измерений Шенкленд 3 признал некорректность своих первых опытов.
