Мы отошли бы слишком далеко от предмета нашего доклада, если бы стали углубляться дальше в чудесную новую область исследований, открывшуюся благодаря изучению ядерных превращений; эта область будет одним из главных предметов дискуссии среди физиков настоящего съезда. Для наших рассуждений наиболее существенным являются, однако, не эти новые открытия, а очевидная невозможность истолковать обычные физические и химические опытные факты на основании одних только свойств модели атома Резерфорда (которые сами по себе прочно установлены), если при этом не отступить самым радикальным образом от классических идей механики и электромагнетизма. В самом деле, хотя механика Ньютона и позволила проникнуть в гармонию движения планет, выраженную законами Кеплера, механические модели, подобные Солнечной системе, не вполне устойчивы в том смысле, что они не имеют тенденции возвращаться в первоначальное состояние, будучи выведены из него каким-либо возмущением. Свойства стабильности таких моделей явно не имеют сходства с абсолютной внутренней стабильностью электронных конфигураций атомов, благодаря которой каждый элемент обладает своими характерными свойствами. Ярче всего эта стабильность проявляется в спектральном анализе, обнаружившем, как известно, что у каждого элемента имеется свой характерный спектр, состоящий из резких линий и настолько не зависящий от внешних условий, что характер спектра даёт способ определения, из наблюдений, материального состава даже самых удалённых звёзд.
Но ключ к разрешению этой дилеммы уже был найден Планком, открывшим элементарный квант действия. Открытие это было результатом физических исследований совершенно иного направления. Как известно, Планк пришёл к своему фундаментальному открытию путём остроумного анализа таких свойств теплового равновесия между материей и излучением, которые в силу общих принципов термодинамики должны быть совершенно не зависимыми от тех или иных свойств материи, а значит, и от тех или иных идей об атомной структуре. Существование элементарного кванта действия выражает новое свойство индивидуальности физических процессов, совершенно чуждое классическим законам механики и электромагнетизма; оно ограничивает их справедливость теми явлениями, в которых величины размерности действия велики по сравнению со значением единичного кванта, даваемым новой атомистической постоянной Планка. Это условие ни в какой мере не выполняется для электронов в атомах, хотя ему с избытком удовлетворяют явления в обычных физических опытах. И действительно, только существование кванта действия препятствует слиянию электронов с ядром в нейтральную тяжёлую частицу практически бесконечно малого размера.
Признание такого положения тотчас же навело на мысль описывать удержание каждого электрона полем вокруг ядра как непрерывный ряд индивидуальных процессов, которые переводят атом из одного из так называемых его стационарных состояний в другое такое же состояние с испусканием освобождаемой энергии в виде единичного кванта электромагнитного излучения. Эта идея внутренне сродни успешному эйнштейновскому толкованию фотоэлектрического эффекта, столь убедительно подтверждённому прекрасными работами Франка и Герца над возбуждением спектральных линий соударениями электронов с атомами. Она дала не только прямое объяснение загадочных законов линейчатых спектров, распутанных Бальмером, Ридбергом и Ритцем, но и постепенно привела к систематической классификации, на основе спектроскопических данных, типов стационарной связи каждого электрона в атоме; это дало полное объяснение замечательных зависимостей между физическими и химическими свойствами элементов, зависимостей, выраженных в знаменитой таблице Менделеева. Такое толкование свойств материи казалось осуществлением античного идеала — свести формулирование законов природы к рассмотрению только чисел, — превосходящим даже мечты пифагорейцев. Основное предположение об индивидуальности атомных процессов означало в то же время неизбежный отказ от установления детальной причинной связи между физическими событиями, существование которой было в течение столетий бесспорной основой философии естествознания.
О возвращении к способу описания, совместимому с принципом причинности, не могло быть и речи; это однозначно исключалось разнообразными опытными фактами. С другой стороны, вскоре удалось расширить первоначальные примитивные попытки учесть в атомной теории существование кванта действия и развить их настоящую, существенно статистическую атомную механику. Атомная механика вполне сравнима по своей последовательности и полноте со структурой классической механики, рациональным обобщением которой она и является. Установлением этой новой так называемой квантовой механики мы, как известно, обязаны прежде всего изобретательности и остроумию младшего поколения физиков. Независимо от поразительной плодотворности квантовой механики во всех областях физики и химии, она существенно разъяснила и философскую основу анализа и синтеза атомных явлений. В самом деле, начатый одним из главных основателей квантовой механики, Гейзенбергом, пересмотр в этой области самой проблемы наблюдения привёл к раскрытию ранее игнорируемых предпосылок для однозначного применения даже самых элементарных понятий, на которых основано описание явлений природы. Здесь решающим является признание того, что всякая попытка анализировать обычным, принятым в классической физике порядком «индивидуальность» атомных процессов, обусловленную квантом действия, непременно срывается из-за неизбежного взаимодействия между исследуемыми объектами и измерительными приборами, необходимыми для этого исследования.
Прямым следствием этой ситуации является то, что наблюдения над поведением атомных объектов в разных экспериментальных установках не могут быть, вообще говоря, скомбинированы обычным в классической физике способом. В частности, любая мыслимая процедура, целью которой была бы локализация в пространстве и времени электронов в атоме, неизбежно вызовет принципиально неконтролируемый обмен количеством движения и энергией между атомами и измерительными средствами, а этот обмен полностью разрушит те замечательные закономерности, которые связаны с устойчивыми состояниями атома и обусловлены квантом действия. И обратно, поскольку самая формулировка этих закономерностей требует применения законов сохранения энергии и количества движения, исследование их связано с принципиальным отказом от локализации отдельных электронов атома в пространстве и времени. Те стороны квантовых явлений, которые обнаруживаются при такого рода взаимно исключающих условиях, отнюдь не противоречат друг другу; их следует, таким образом, рассматривать как дополнительные в совсем новом смысле. В самом деле, точка зрения «дополнительности» ни в коем случае не означает произвольного отказа от анализа атомных явлений, а, наоборот, является выражением рационального синтеза такого богатства опытных фактов в этой области, какое не вмещается в естественных пределах применимости понятия причинности.
Исследование этих глубоких вопросов поощряется великим примером теории относительности, которая обнаружила не замеченные ранее предпосылки для однозначного применения физических понятий и тем самым открыла новые возможности для понимания и охвата явлений, кажущихся непримиримыми. Несмотря на урок, преподанный теорией относительности, мы должны осознать, что ситуация, с которой мы встречаемся в современной атомной теории, совершенно беспрецедентна в истории физической науки. Действительно, вся система понятий классической физики, доведённая до такого изумительного единства и законченности трудами Эйнштейна, основана на некоторой предпосылке, прекрасно соответствующей нашему повседневному физическому опыту и состоящей в том, что можно отделить поведение материальных объектов от вопроса о их наблюдении. В поисках параллели с вытекающим из атомной теории уроком об ограниченной применимости обычных идеализаций мы должны обратиться к совсем другим областям науки, например к психологии, или даже к особого рода философским проблемам; это те проблемы, с которыми уже столкнулись такие мыслители, как Будда и Лао Цзы, когда пытались согласовать наше положение как зрителей и как действующих лиц в великой драме существования. Признание аналогии чисто логического характера в тех проблемах, которые возникают в столь далёких друг от друга областях человеческих интересов, ни в коем случае не означает, однако, что в атомной физике допускается какой-то мистицизм, чуждый истинному духу науки; наоборот, это признание побуждает нас подумать, не может ли прямое решение тех парадоксов, которые неожиданно встретились в атомной области при применении наших простейших понятий, помочь нам разъяснить аналогичные затруднения в других областях знания.
