А произошло вот что…

Бор увидел, что формула Бальмера, в сущности, описывает рождение световых квантов в глубинах водородного атома. Да, рождение порций электромагнитной энергии разных частот: красной, синей, фиолетовой, а там и других порций с частотами, уже не воспринимаемыми человеческим глазом.

Бору все сказали две обыкновеннейшие черты в спектральной формуле: знак вычитания «—» и чередование целых чисел 3, 4, 5, 6… Мысли надо было, право же, очень настрадаться в поисках решения, чтобы так обострилась ее восприимчивость к самым тихим намекам на возможную правду.

Знак «минус» связывал две величины: большую (переменную) и меньшую (постоянную). И оттого, что из первой вычиталась вторая, возникала порция света определенной частоты колебаний! Значит, собственная энергия атома становилась меньше на эту излученную порцию. Стало быть, переменная величина изображала в формуле энергию атома до излучения (потому она и была больше), а постоянная изображала энергию атома после излучения (потому она и была меньше).

Улетевшая порция в одном случае была малой — красный квант, в другом побольше — зеленый квант, в третьем еще больше — синий квант… И это–то зависело от целых чисел, что входили в переменную величину: 3, 4, 5, 6… Чем больше было целое число, тем солидней излученный квант. Тем выше первоначальная энергия атома, с частью которой он расставался при излучении света. Но ведь это означало нечто удивительное: это показывало, что энергия атома не могла быть какой угодно.

Она менялась не плавно, а целыми шажками — прерывисто, как, скажем, меняется нумерация этажей в доме.

Это соображение было равносильно открытию, что в атоме есть пунктирная последовательность уровней энергии.

Каждый излучаемый квант берет старт со своего уровня: красный с одного (не очень высокого), зеленый с другого (более высокого), синий с третьего (еще более высокого)… Так, для бегунов, бегущих по разным дорожкам, старты выстраивают на современных стадионах ступенчато. И нельзя срываться в бег с любого места — только с разрешенной отметки.

А что могло означать постоянство второй величины — энергии атома после излучения? Она, эта остаточная энергия, пребывала одной и той же, какой бы квант ни улетел. Разве это не указывало на существование в атоме самого низкого уровня энергии — как бы первого этажа? Так, для всех бегунов старты хоть и разные, а финишная линия — одна.

Это очередное соображение было равносильно тому желанному открытию, к которому Бор так стремился: у атома есть наинизшее устойчивое состояние с энергией, вовсе не равной нулю! Так как излучают в атоме движущиеся электроны, это показывало, что они не теряют энергию своего движения до конца — не падают на ядро. Во всяком случае в атоме водорода его единственный электрон не опускается ниже какой–то высоты над ядром. Неизвестные законы запрещают ему это сделать. Иначе в формуле Бальмера постоянная величина — энергия после излучения — не была бы конечной: вместо нее стоял бы нуль, то есть ничего не стояло бы.

Внезапно прозревший Бор почувствовал, что наконец–то он вышел на верный путь. В те дни он написал письмо манчестерскому приятелю Дьердю Хевеши, и там была взбалмошная фраза — без необходимых запятых и с лишними вопросительными знаками. Эта фраза выдавала волнение Бора:

«…И надежда, и вера в будущее (может быть, совсем близкое) огромное и непредвиденное??? расширение нашего понимания вещей…»

Неисповедимы пути познания… Бор написал эти строки 7 февраля 13–го года, а всего неделей раньше в другом письме — к Резерфорду — уверял, что «вообще не занимается проблемой вычисления частот, соответствующих линиям в видимом спектре».

Приглядевшись, по совету Хансена, к узорам на крыльях бабочек, он теперь увидел, что они–то и наводят на след фундаментальных закономерностей в атоме. Он увидел, что проблема излучения квантов электромагнитной энергии и проблема устойчивости планетарного атома — это, в сущности, одна и та же физическая проблема.

5

Бор рассказывал историкам, что через два–три дня после хансеновского совета он снова встретился со старым однокашником–спектроскопистом, дабы объяснить ему «путь рождения спектров». И теперь уже Бор говорил: «Посмотри, разве дело обстоит не так?» И теперь уже Хансен пережил смущение.

— …Он сказал, что не знает, так ли это. Но я сказал: «С моей точки зрения… ты прлучаешь все спектральные линии как результат вычитания одной величины из другой». А он сказал, что вовсе не уверен в этом. И потому я должен был прийти к нему вновь…

Судя по всему, он пришел вновь недели через три, ког да у него уже готова была рукопись первой части его знаменитой трилогии — «О конституции атомов и молекул». На сей раз он смог предъявить в подтверждение своей правоты не жаркие слова, а холодные цифры, не приблизительные образы, а точные формулы.

(Но наш удел в этой хорошей истории по–прежнему — слова и образы, а если вскорости и проникнут в текст два–три числа, то разве лишь ради их привлекательной выразительности.)

Однако что же смутило Хансена спектроскописта — не знак же вычитания, подчеркнутый Бором?

Для картины, возникшей в рассказе Бора, пожалуй, более всего подходил образ лестницы в атоме — энергетической лестницы с нижней ступенькой, взнесенной над ядром, и с крутыми ступенями, поднимающимися в атомное пространство, где летают электроны.

Каждая ступень этой лестницы — определенный уровень энергии атома. Чем дальше ступень от ядра, тем выше уровень. Так, обычный камень, поднятый на 10–й этаж, обладает большим запасом энергии, чем его двойник, поднятый на 3–й этаж. Оно и понятно: для подъема первого камня понадобилась большая энергия, чем для подъема второго, а она никуда не девалась, став собственностью системы «камень — земля».

Тут, кстати, видно, что камню — макротелу, подчиненному классическим законам, — эти законы не мешают очутиться над землей на любой высоте и падать с любой высоты: ступенчатой лестницы уровней энергии для него нет — он может застрять и между этажами, приобретая и растрачивая энергию любыми дозами. Права классической непрерывности тут не ущемляются.

А в атоме Бор увидел совершенно неклассическую лестницу разрешенных уровней энергии. И занумерованы были эти уровни целыми числами из формулы Бальмера.

Стало понятно, отчего излучение покидает атом пор циями: двигаться по энергетической лестнице атома можно было только вскачь — со ступеньки на ступеньку. Задерживаться меж ступенек, судя по атомным спектрам — всегда линейчатым, а не сплошным! — природа не позволяла. Итак:

— в формуле: череда целых чисел,

— в атоме: череда уровней энергии. Получалось, что на каждом таком энергетическом уровне атом может пребывать устойчиво, пока не испустит светового кванта. А при испускании этой порции энергии сразу перейдет на нижний устойчивый уровень. И этот переход осуществляется неостановимым скачком — без задержек в пути…

Вот что смутило Хансена: все это выглядело уж очень антиклассически.

…Захотелось, конечно, зримо представить, как строится энергетическая лестница хотя бы в простейшем атоме — водородном. Ясно, что, кроме единственного электрона, планетно вращающегося вокруг ядра, там некому быть строителем такой лестницы. И, кроме его планетных орбит, там нечему служить ступенями разных уровней энергии. Наглядно прорисовалась в атомном пространстве паутина разрешенных природой электронных орбит. На каждой такой орбите у электрона — а вместе с ним и у атома — определенная величина энергии. Итак:

— в формуле: череда целых чисел,

— в атоме: череда орбит электрона.

Получалось, что на каждой из своих орбит, вращаясьвокруг ядра, электрон вовсе не излучает света. Вопреки классическим законам — не излучает! И только когда сваливается с какой–нибудь орбиты вниз и летит к самой нижней из разрешенных орбит, только тогда он испускает подобающий глубине падения квант. Чем дальше от ядра исходная орбита, тем солидней излученный квант. Тем больше в нем частота электромагнитных колебаний. Тем ближе спектральная линия к фиолетовому концу атомного спектра…