*
При оценке современного положения в теории атома существенно осознать, что всё классическое описание явлений природы зависит от свойственной обычным материальным телам стабильности и что поэтому мы не должны особенно удивляться, если в той области науки, где эта стабильность сама является предметом исследования, мы встретимся с новыми аспектами естествознания. В преодолении нерешённых трудностей, связанных с этой ситуацией, нас больше всего ободряет пример людей, подобных Фарадею, которые, идя непроторёнными путями, знали, как найти надёжную руководящую идею для раскрытия тайн природы в самой природе. Непривычный характер взглядов, к которым ведут такие стремления, будет, естественно, часто казаться таинственным; но, как с особой силой подчеркнул Гельмгольц, именно общий научный метод Фарадея позволил ему более, чем кому-либо ещё, сделать вклад в достижение великой цели: «очистить науку от последних остатков метафизики». В заключение этой лекции я могу позволить себе выразить надежду, что современные попытки развития атомной теории не изменили в этом отношении тому великому примеру, который показал нам Фарадей, и что новые аспекты естествознания, имеющие тенденцию быть в гармонии со знаниями, собранными химиками и физиками в соответствующих областях, далеки от того, чтобы включать какую-либо таинственность, чуждую духу науки, и будут способствовать достижению великой общей цели.
38 СВЕТ И ЖИЗНЬ *
*Light and Life, IIe Congrès Intern. de la Lumière. Copenhagen, 1932; Nature, 1933. 131, 421-423, 457-459.
Как физик, чьи исследования ограничиваются свойствами неодушевлённых тел, я не без колебаний принял любезное приглашение выступить с речью перед этим собранием учёных, которые встретились для того, чтобы способствовать нашему познанию благотворного действия света при лечении болезней. Будучи не в состоянии внести новое в эту прекрасную отрасль науки, столь важную для благосостояния человечества, я мог бы самое большее поговорить о чисто неорганических световых явлениях, которые во все времена особенно привлекали к себе физиков хотя бы потому, что свет является нашим главным орудием наблюдения. Однако я подумал, что в данном случае, может быть, будет интереснее рассмотреть в таком обсуждении вопрос о том, насколько результаты, достигнутые в более ограниченной области, а именно в физике, могут повлиять на наши взгляды на положение, занимаемое живыми организмами внутри общего здания естественных наук. Несмотря на утонченный и неуловимый характер загадок жизни, эта проблема возникала на каждой стадии развития науки, поскольку самое существо научного объяснения состоит в разложении более сложных явлений на более простые. В данный момент этой старой проблеме придаёт новый интерес то обстоятельство, что недавнее развитие атомной теории выявило существенную ограниченность механистического описания явлений природы. Это развитие как раз и началось с более пристального изучения взаимодействия между светом и материальными телами; оказалось, что некоторые особенности этого взаимодействия несовместимы с известными требованиями, выполнение которых всегда считалось обязательным для всякого физического объяснения. Как я попытаюсь показать, усилия физиков овладеть положением в какой-то мере похожи на позицию биологов, которую те всегда занимали более или менее интуитивно перед проявлениями жизни. Тем не менее я хочу сразу же подчеркнуть, что аналогия между светом и жизнью существует только в этом чисто формальном отношении, поскольку свет является, пожалуй, наименее сложным из всех физических явлений, а жизнь представляет такое необозримое разнообразие, что едва поддаётся научному анализу.
С физической точки зрения свет можно определить как передачу энергии на расстояние между материальными телами. Такие эффекты находят себе, как известно, простое объяснение в рамках электромагнитной теории, которую можно считать рациональным расширением классической механики, пригодным для того, чтобы смягчить контраст между действием на расстоянии и действием при соприкосновении. По этой теории свет представляет электрические и магнитные колебания, связанные между собой и отличающиеся от обычных радиоволн только большей частотой колебаний и меньшей длиной волны. В самом деле, практически прямолинейное распространение света, на котором основана локализация тел прямым видением или с помощью оптических приборов, всецело зависит от малости длины волны по сравнению с размерами рассматриваемых тел, я также приборов. В то же время волновой характер распространения света важен в двух отношениях. Он не только даёт основу для объяснения цветовых явлений, которые благодаря спектроскопии дали столь важную информацию о строении материальных тел; волновой характер света существенно важен также и для всякого уточнённого анализа оптических явлений. В качестве типичного примера я упомяну лишь об интерференционных полосах, которые возникают, если свет от одного источника может идти к экрану двумя различными путями. Здесь мы видим, что эффекты, которые были бы вызваны каждым из двух лучей света в отдельности, усиливаются в тех точках экрана, где фазы обоих цугов волн совпадают, т. е. там, где электрические и магнитные колебания обоих лучей имеют одинаковое направление, тогда как эффекты ослабляются и могут даже совсем исчезнуть в тех точках, где направления этих колебаний противоположны, т. е. там, где оба цуга волн находятся, как говорят, в противофазе. Эти интерференционные полосы представляют такую убедительную проверку волновой картины распространения света, что её уже нельзя рассматривать как гипотезу в обычном смысле этого слова; эту картину надлежит считать адекватным отчётом о наблюдаемых явлениях.
Несмотря на это, в недавние годы проблема природы света подверглась, как вы все знаете, новому обсуждению в связи с обнаружением в механизме передачи энергии важного свойства атомистичности, совершенно непонятного с точки зрения электромагнитной теории. Действительно, всякая передача энергии светом может быть прослежена вплоть до индивидуальных актов, в каждом из которых передаётся так называемый световой квант; энергия его равна произведению частоты электромагнитных колебаний на квант действия (постоянную Планка). Очевидная противоположность между такого рода атомистичностью светового эффекта и вытекающей из электромагнитной теории непрерывностью распространения энергии ставит перед нами дилемму такого характера, какой до сих пор не было известно в физике. Так, несмотря на явную недостаточность волновой картины распространения света, не может быть и речи о замене её какой-нибудь другой картиной, которая опиралась бы на обычные механистические понятия. Следует особо подчеркнуть, что световые кванты не могут рассматриваться как частицы, которым можно было бы приписать точно определённый путь в смысле обычной механики. Если бы мы, желая убедиться в том, что световая энергия идёт только по одному из двух путей между источником и экраном, задержали один из лучей непрозрачным телом, то интерференционные полосы исчезли бы начисто; совершенно так же и в любом явлении, для которого существенна волновая природа света, невозможно проследить путь индивидуального светового кванта, не нарушая существенно само исследуемое явление. Действительно, пространственная непрерывность распространения света в нашей картине и атомистичность световых эффектов являются дополнительными аспектами одного и того же явления. Дополнительность мы понимаем в том смысле, что оба аспекта отображают одинаково важные свойства световых явлений, причём эти свойства не могут вступать в явное противоречие друг с другом, поскольку более подробный анализ их на основе понятий механики потребовал бы взаимно исключающих экспериментальных установок. В то же время самая эта ситуация заставляет нас отказаться от полного причинного описания световых явлений и довольствоваться вероятностными законами, основанными на том факте, что электромагнитное описание передачи энергии остаётся справедливым в статистическом смысле. Последнее заключение представляет типичное приложение так называемого принципа соответствия, выражающего стремление до предела использовать понятия классических теорий — механики и электродинамики, — несмотря на противоположность между этими теориями и квантом действия.
