Чем же отличаются эти устойчивые орбиты Бора, что их делает неравноценными? Неважно, какая у них форма: круги ли они, или эллипсы, или даже розетки. Важно только, что на разных орбитах у электронов разный запас энергии. Оттого перескоки и могут приводить к излучению: падая, какой-нибудь электрон теряет избыток энергии — то, что ему уже не нужно для устойчивого вращения на новой орбите.

Однако энергия атомного электрона принадлежит ведь всему атому. Электрон — его составная часть, его подданный. Электрон взаимодействует с атомным ядром. И когда он вращается по далекой от ядра орбите, ему нужно обладать большим запасом энергии, чем на близкой орбите: такой запас — единственное, что удерживает его вдали от ядра. Но этот запас — собственность всего атома. А так как природа разрешила электронам двигаться лишь по определенным орбитам, то, стало быть, она и атому разрешила обладать лишь определенными, а не любыми уровнями энергии, как говорят физики.

Прерывистый ряд разрешенных орбит… Прерывистый ряд разрешенных запасов энергии… Вот какие странные черты Проступили на смутной картине внутриатомной жизни, когда физики смогли, наконец, после открытия электрона пристально вглядеться в древнюю — «неделимую и простейшую» — крупицу материи. Но это было лишь началом неожиданностей.

Прерывистость состояний. Порции энергии. Скачки.

Что-то знакомое чувствуется за всем этим, не правда ли? Конечно! Тотчас вспоминаются кванты Планка и фотоны Эйнштейна. Сейчас от этого уже веет запахом истории — новой устоявшейся классикой самого XX века. Но в 1911–1913 годах молодому Нильсу Бору не пришлось копаться в своей памяти, чтобы вспомнить о порциях энергии и частицах света: они были спорной злобой дня, большинство физиков вообще не верило, что кванты существуют на самом деле, а не только в теории.

В ту пору даже слово «фотон» еще никем не было произнесено. Хотя это понятие Эйнштейн уже и ввел в науку в 1905 году, но слово еще не появилось. Со световой частицей произошла история, прямо противоположная той, что случилась с атомом электричества: электрон был сначала назван, а потом открыт, фотон был сначала открыт и лишь потом назван. Кванты света удостоились крещения — как настоящие частицы! — только через два с лишним десятилетия после своего рождения в науке. Фотонами их впервые назвал в 1926 году малоизвестный физик Н. Льюис.

Бор заглянул в самые глубины старого союза между светом и электричеством. Он увидел, что электроны и кванты света связаны родословными. Две первые элементарные частицы материи соединенными усилиями приоткрыли перед физиками ворота во внутриатомный мир. Бор заметил раньше других, что дорога больше не загорожена.

…Если не скучно, перелистайте страницы первой части этого рассказа и найдите то место, где шел разговор о скачкообразном рождении фотона. Теперь вы видите, что, по Бору, излучение рождается в атомном пространстве действительно скачками. Внутри атома, в одной из тех природных лабораторий, где может создаваться фотон, нельзя уследить за процессом его создания: атомы теряют энергию не постепенно, а сразу, и бессмысленно рисовать себе какой-то «период созревания» кванта.

Так хочется спросить: а сколько длится скачок с одного уровня энергии на другой? Что происходит с электронами в пространстве между орбитами? И что такое эти разрешенные орбиты, которые подхватывают электрон в его падении?

Конечно, физику можно задавать любые вопросы. Но в ожидании ответа стоит подумать, что каждый свой вопрос мы на самом деле адресуем природе. Она готова отвечать на все — можно еще раз повторить: у нее нет секретов. Однако мы бываем неосмотрительны в своем любопытстве. Природа вообще промолчит в недоумении, если полюбопытствовать, какова, например, толщина кванта? Можно растеряться, услышав: «Отчего это у вас голос зеленый?» Толщина кванта — то же, что цвет голоса: неизвестно, что имеется в виду. Но рядом с вопросами неосмысленными существуют вопросы преждевременные. Не то чтобы у природы не было на них ответа, нет, просто люди еще не умеют услышать ее голос.

Атом, каким его увидели Резерфорд и Бор, не мог удовлетворить любопытства, которое он сам возбудил в современниках. Это потому, что он t был лишь приближенной моделью реального атома. Но наука не двигалась бы вперед, если бы в каждой теории не оставалось темных мест.

Пожалуй, самым темным местом в атоме Бора были скачкообразные переходы атома из одного состояния в другое.

Почему такие переходы вообще происходят, понять нетрудно: всему в природе свойственно стремление к наибольшей устойчивости. А устойчивость тем надежней, чем меньше запас энергии в теле — в любой физической системе. Энергия — это как бы ее внутренняя взбудораженность, нерастраченная способность к активности. «Возбужденный атом» — тут эпитет взят словно бы из психологии или из беллетристики. Но это выражение давно стало физическим термином.

Когда в черенковском счетчике летит сквозь жидкость сверхскоростная заряженная частица, что она делает согласно тому представлению, что свет излучают при этом атомы среды? Она снабжает лишней энергией встречные электроны этих атомов. Она как бы перетаскивает атомные электроны на более высокие орбиты. На разрешенные орбиты, а не куда попало. («Куда попало» — это когда электронам передается так много энергии, что они вообще покидают атом, выходят из-под власти его законов и становятся свободными, оставляя позади уже не атом, а заряженный ион). Летящая частица оставляет у себя в тылу цепочку возбужденных атомов. И хотя на каждой разрешенной орбите электрон может вращаться устойчиво, не теряя приобретенной энергии, весь атом в целом постарается от непрошеного избытка энергии освободиться. И он это сделает! — великое стремление к наибольшей устойчивости неодолимо.

Электрон сорвется с высокого уровня и упадет «вниз» — поближе к ядру. Атом излучит свет.

В атомах любого вещества чем глубже падение, тем солидней излученный квант — тем выше частота череды одинаковых световых волн в фотоне. Как глубоко упадет электрон? Очевидно, по крайней мере до ближайшей из разрешенных природой орбит. А в атоме водорода, где возбужденный электрон вообще единственный, не упадет ли он прямо на ядро? Нет, еще до ядра ему встретится последняя на пути к ядру, ближайшая к центру атома, дозволенная природой орбита. Вот на ней-то электрон будет находиться на самом низком из разрешенных уровней энергии. Желанная наибольшая устойчивость будет достигнута.

Так получают в лаборатории атомные спектры — они и называются «спектрами возбуждения». Крупинка обычной столовой соли тотчас окрашивает пламя газовой горелки в желтый цвет: это возбужденные энергией пламени электроны атомов натрия буквально на наших глазах возвращаются в устойчивое положение. Множество различных квантов от разных натриевых атомов покидает крупинку, но среди них больше всего квантов желтого света. Для натрия — это кванты самого глубокого падения электронов. И мы убеждаемся в этом даже без спектрографа. А чуткий прибор показал бы на фотографии еще и другие, более слабые линии натрия — линии других возможных перескоков.

Что же темного в квантовых скачках? Казалось бы, напротив — все выглядит так геометрически зримо, что, честное слово, хотелось бы навсегда закрепить в физической картине микромира этот тонкий рисунок — паутину орбит вокруг ядра и легкие перескоки почти невесомых электронов. В пространстве боровского атома и вправду царила «высшая музыкальность»: там словно бы воочию было видно, как на струнах расчисленных орбит «природа играет спектральную музыку». Так писал об атоме Бора не легкомысленный и восторженный поэт, а строгий теоретик Зоммерфельд.

Но музыка длится во времени, и звуки льются в пространстве. Все в природе длится и простираетсяI А квантовые скачки?

Нам, исповедующим диалектический материализм, понятие скачка представляется совершенно естественным. Смущает ли кого-нибудь разговор о скачкообразных процессах в истории человечества? Мы свыклись с этим, хотя процесс — непрерывное течение событий, а скачок — нарушение непрерывности, и, казалось бы, одно исключает другое.