Не было также недостатка в советах искать прямую связь между жизнью или свободной волей и теми чертами атомных явлений, для охвата которых рамки классической физики, очевидно, слишком узки. Действительно, в реакциях живых организмов можно указать много характерных черт (например, чувствительность зрительных восприятий или индуцирование мутаций генов при помощи проникающей радиации), которые, несомненно, связаны с усилением эффектов индивидуальных атомных процессов, подобным тому усилению, на котором по существу основана техника эксперимента в атомной физике. Признание того, что тонкость организации и регулирующих механизмов живых существ выходит так далеко за пределы всех прежних ожиданий, само по себе отнюдь не даёт нам, однако, возможности объяснить своеобразие особенности жизни. Правда, целостность и целеустремленность биологических процессов и их так называемые телеологические аспекты, конечно, нельзя объяснить свойством индивидуальности атомных процессов, обнаруженным благодаря открытию кванта действия; скорее, наоборот, статистический характер квантовой механики, казалось бы, даже увеличивает трудности понимания собственно биологических закономерностей. Однако в этой дилемме общий урок атомной теории подсказывает нам, что единственный способ примирить законы физики с понятиями, пригодными для описания явлений жизни, — это разобраться в существенных различиях между условиями наблюдения явлений, изучаемых в физике и биологии.

Прежде всего мы должны ясно себе представлять, что всякая постановка опыта, которая позволила бы нам изучать поведение атомов, составляющих живой организм, столь же подробно, как мы это можем сделать для единичных атомов в фундаментальных опытах атомной физики, исключает возможность сохранить организм живым. Неотделимый от жизни непрерывный обмен материей делает даже невозможным подход к организму как к точно определённой системе материальных частиц, подобной тем системам, которые рассматриваются во всяком описании обыкновенных физических или химических свойств материи. Действительно, мы вынуждены принять, что собственно биологические закономерности представляют законы природы, дополнительные к тем, которые пригодны для объяснения свойств неодушевлённых тел. Здесь имеется аналогия с соотношением дополнительности между свойствами стабильности самих атомов и таким поведением составляющих их частиц, которое допускает описание на основе понятия локализации в пространстве и времени. В этом смысле существование самой жизни следует рассматривать в отношении её определения и наблюдения, как основной постулат биологии, не поддающийся дальнейшему анализу, подобно тому как существование кванта действия вместе с конечной делимостью материи образует элементарную основу атомной физики.

Отсюда видно, что такая точка зрения одинаково далека от крайних: учений механицизма и витализма. С одной стороны, она осуждает как не относящиеся к делу всякие сравнения живых организмов с машинами, будь то сравнительно простые конструкции, которые рассматривались старыми ятро-физиками, или тончайшие современные усилительные приспособления, некритическое выдвижение которых подвергло бы нас опасности заслужить кличку «ятро-квантистов». С другой стороны, она отбрасывает как неразумные все попытки ввести какие-то специально биологические законы, несовместимые с твердо установленными физическими и химическими закономерностями; такие попытки возобновились в наши дни под впечатлением чудесных откровений эмбриологии о росте и делении клеток. В этой связи особенно следует помнить, что возможность избежать в рамках дополнительности подобных противоречий даётся самим тем фактом, что ни один результат биологического исследования не может быть однозначно описан иначе, как на основе понятий физики и химии, совершенно так же, как всякое описание опыта даже в атомной физике должно в конечном счёте опираться на понятия, необходимые для сознательной регистрации чувственных восприятий.

Последнее замечание приводит нас обратно в царство психологии, где трудности, связанные с проблемами определения и наблюдения в научных исследованиях, были ясно осознаны задолго до того, как эти проблемы стали актуальными в других естественных науках. Действительно, невозможность в психическом опыте различить между самыми явлениями и их сознательным восприятием, очевидно, требует отказа от простого причинного описания по образцу классической физики; и то, как употребляются в психическом анализе слова «мысли» и «ощущения», настоятельно напоминает о дополнительности, встречающейся в атомной физике. Я не буду здесь входить в дальнейшие подробности, но лишь подчеркну, что невозможность при самонаблюдении резко отличить субъект от объекта как раз и даёт необходимую свободу для проявления воли и решимости. Связывать же свободу воли непосредственно с ограничением причинности в атомной физике, как это часто предлагают, совершенно чуждо нашим взглядам, лежащим в основе сделанных здесь замечаний о биологических проблемах.

Заключая этот доклад, я надеюсь, что безрассудство физика, отважившегося выйти так далеко за пределы круга вопросов своей области науки, ему простится ввиду такого приятного и удобного случая для полезных дискуссий, какой был предоставлен физикам и биологам настоящим собранием, посвящённым памяти великого основоположника, чьи фундаментальные открытия так много внесли в обе эти отрасли науки.

1938

53 КВАНТ ДЕЙСТВИЯ И АТОМНОЕ ЯДРО ^*

* Wirkungsquantum und Atomkern. Ann. d. Phys., 1938, 32, 5—19.

Вряд ли можно представить себе два более различных по своей природе и предыстории решающих физических достижения, чем открытие Планком элементарного кванта действия и открытие Резерфордом атомного ядра. В то время как первое — конечный результат покоящегося на общих принципах термодинамики анализа закона теплового излучения, признанного уже Кирхгофом совершенно независимым от всех специальных свойств материальных тел, второе означает усовершенствование детального представления об атомном строении материи, которым мы обязаны открытию совершенно новых областей эксперимента, благодаря поразительному развитию современного искусства экспериментирования. Как раз взаимное дополнение этих двух столь принципиально различных расширений нашего физического познания было основой для быстрого расцвета исследований атомных явлений, свидетелями которого мы были в течение жизни последнего поколения.

Какой незаменимый ключ для разъяснения загадочной стабильности атомов дал нам квант действия, стало вполне ясным только после открытия составных частей материи, включённых в модель атомного ядра, которое позволило столь глубоко проникнуть в природу общих физических и химических закономерностей, касающихся в особенности сродства элементов и их превращаемости. Действительно, чрезвычайная простота этой модели раскрыла необходимость искать принципиально новую основу стабильности атомов и даже отказаться от непосредственной связи между природой атомного излучения и какими бы то ни было движениями электронов; тем самым она дала повод и возможность оправдания своеобразия, обусловленного квантом действия и чуждого классическому описанию природы, в предположении о существовании стационарных состояний и элементарного характера излучения, сопровождающего процессы перехода. Эти так называемые квантовые постулаты, включающие эйнштейновское объяснение фотоэффекта и получившие вскоре прямое подтверждение в опытах по атомным соударениям Франка и Герца, позволили не только просто объяснить спектральные законы, но и дали одновременно возможность рационально использовать спектроскопические результаты для подтверждения атомной модели.

В первых шагах на этом пути руководствовались требованием, чтобы рассмотрение соответствовало классическому способу описания в той области, где рассматриваемое полное действие велико по сравнению с отдельным квантом. Решающей для применения этого так называемого принципа соответствия была прежде всего возможность сохранить, в хорошем приближении вследствие того, что ядро мало по сравнению с целым атомом, обычный закон взаимодействия точечных электрических зарядов. Эта рыхлая структура ядерного атома приводит поэтому также к большому облегчению в понимании, что связь каждого отдельного электрона в атоме такова, что его можно считать в большой мере независимым от других электронов, присутствие. которых в первом приближении просто обусловливает частичную экранировку заряда ядра. С помощью всё большего количества спектроскопических данных и особенно систематики квантовых чисел атомных состояний, развитой Зоммерфельдом, постепенно этим способом достигнуто согласующееся с принципом соответствия описание связи каждого отдельного электрона в атоме. Это, по крайней мере в общих чертах, дало полное объяснение представленного периодической системой сродства элементов в отношении их физических и химических свойств.