"Все-таки положение с этими крошечными атомами, пожалуй, не выглядит слишком уж безнадежным".
Маленькая теория разрасталась. Короткая статья становилась длинной. И, как обычно, он вползал в цейтнот. К середине июля он почувствовал, что не успевает:
"…Я полагаю, мне удалось прояснить кое-какие вопросы; но, понимаешь, разработка их давалась и дается не так быстро, как я имел глупость рассчитывать. Надеюсь, однако, что еще до отъезда у меня будет готова часть статьи и я смогу показать ее Резерфорду…"
Хотя он и надеялся, но в голосе его не было уверенности. А писал он все это Харальду 17 июля, в точности зная, что ровно через неделю, 24-го, отбудет из Манчестера домой, дабы еще через неделю - 1 августа 1912 года - навсегда "сочетаться узами брака" с Маргарет Норлунд, ставшей для него за время их двухлетней помолвки и почти годовой разлуки всепросветляющей необходимостью жизни.
Может быть, он все-таки успел бы до отъезда сделать намеченное, когда бы по дороге не задал самому себе еще одной задачи. Сверхтрудоемкой.
Даже в предотъездной спешке ("Я так занят, так занят", - писал он 17-го) длился неостановимый приступ творчества. И 19-го в поспешном тексте почтовой открытки он дал понять Харальду, что главной заботой его мысли стало еще нечто новое - "оно выросло на почве все той же моей небольшой идеи". Однако скромные эпитеты тут уж не годились:
"ВОЗМОЖНО, МНЕ ОТКРЫЛОСЬ НЕЧТО СУЩЕСТВЕННОЕ В СТРУКТУРЕ АТОМА… КУСОЧЕК РЕАЛЬНОСТИ".
Он принялся за дело, прервав на середине беловик статьи о торможении. Он не мог трезво соблюсти очередность. Немыслимо было покинуть Манчестер хотя бы на время, не вручив Резерфорду письменного изложения новых догадок: они относились к наиглавнейшей из проблем - к загадке устойчивости планетарного атома.
И - чем черт не шутит! - может быть, обещали ее раскрытие.
В те предотъездные дни начала расти на его столе рядом с обычной рукописью довольно необычная. Такое впечатление, будто ему хотелось каждый пункт волновавшей его программы исчерпать на одном листе бумаги. Как художнику рисунок: нельзя же делать его "с продолжением" и вылезать за край листа. Но ему не хватало листа. И он подклеивал снизу другой… На столе вытягивалась единая тематическая полоса - взлетная дорожка для его мысли.
Семь полос разной длины составили Памятную записку, предназначавшуюся единственному читателю. Самой длинной оказалась четвертая полоса: о строении молекул. Самой глубинной - вторая: об атомных размерах.
Проблема размера атомов была проблемой их устойчивости. Это понимали все. Модель Резерфорда не давала никакой опоры для суждения об атомном объеме. Иначе - о протяженности электронного роя в пространстве вокруг ядра. Все с охотой повторяли, что для каждого электрона на его орбите предуготована классическими законами одна судьба - падение на ядро. И не видно было, какое могло найтись объяснение труднооспоримому факту, что мир все-таки существует.
И существует вполне надежно.
И довольно давно.
И не собирается, съежившись, вдруг исчезнуть.
Другими словами, нечем было оправдать устойчивость атомных размеров. Пусть они меняются, эти размеры, но есть же, очевидно, минимальные - такие, что уж дальше электронный рой сжиматься не способен. Какая может быть тому причина?
Бор подумал: а что, если электроны вращаются вокруг ядра не поодиночке на каждой орбите, а группами? Это была не слишком новая идея электронных колец. Ее разрабатывал для своего атома-кекса Дж. Дж. Томсон. Но там отсутствовало положительно заряженное ядро и отрицательным изюминкам-электронам некуда было падать.
В планетарной модели электронному кольцу грозило неминуемое сужение под действием притягивающего ядра. Однако, решил Бор, электроны в кольце, отталкиваясь один от другого, будут наверняка мешать этому сжатию. И потому возможно равновесие противоборствующих сил. Устойчивое движенье.
Вот, казалось бы, и выход из тупика!
Он подсчитал, что для такой устойчивости в электронном кольце не должно быть слишком много электронов. Получалось не больше семи. А когда заряд ядра больше семи, будет формироваться второе кольцо. А потом третье, четвертое, пятое… Химическое поведение атомов, наверное, зависит от самых подвижных электронов - от внешнего кольца. В нем тоже может быть от одного до семи электронов. Не содержало ли это намека на разгадку старого недоумения химиков: почему валентность элементов меняется как раз от единицы до семи?
В конце первой полосы той необычной рукописи появилась фраза, написанная с очевидным волненьем:
"Кажется, все это… надежно указывает на возможность объяснения Периодического закона химических свойств элементов… с помощью рассматриваемой атомной модели".
Чувствуется: его доверие к планетарному атому стало еще глубже, чем было. И все же пока оно оставалось только доверием - производным веры. Он не заблуждался: из устойчивости его электронных колец вовсе еще не следовала устойчивость атомных размеров. И этим разочаровывающим утверждением он начал вторую полосу рукописи.
Беда была в том, что законы ньютоновской механики позволяли электронному кольцу вращаться на любом расстоянии от ядра. Разве нельзя, крутя на веревке камень, произвольно укорачивать или удлинять веревку? Он лишь станет вращаться то с большей, то с меньшей частотой. Так и с кольцами, придуманными Бором для спасения планетарного атома: от изменения их радиуса изменялась бы лишь частота облета электронов вокруг ядра. А механика Ньютона не запрещала частоте обращения планет вокруг солнца быть какой угодно. И радиус их орбит мог быть каким угодно. Оттого и сколь угодно малым - даже неотличимым от размеров ядра - мог быть и размер атомов.
Бор вынужден был умозаключить:
"Кажется, в законах механики нет ничего, что позволяло бы предпочесть какие-нибудь значения радиуса и частоты вращения всем остальным".
Это было маленькое открытие. Но безрадостное: открытие как закрытие. Признавалось, что у классической механики нет способов справиться с устойчивой величиною атомов…
Однако придумала же природа какой-то механизм сохранения определенных атомных размеров, чтобы мир мог существовать! Оставалось предположить, что этот механизм основан не на классических правилах.
В духе тогдашних размышлений молодого Бора рискованное решение напрашивалось сразу. Надо было лишить электроны в кольцах классического права вращаться с любой частотой. Вот когда бы для каждой энергии - одна-единственная частота, а остальные запретны! Тогда электроны принуждены были бы двигаться по орбитам на строго определенных расстояниях от ядра.
Без подробностей: надо было взять да и провозгласить от имени природы существование в микромире неклассической закономерности. Должен ли был испытать смущение манчестерский затворник, когда подвергся такому искушению? Но могла ли не смутить его мысль, что теперь, вращая камень с неизменной энергией, уже нельзя было бы ни укорачивать, ни удлинять веревку: новый закон превращал бы ее в стержень. И танцовщица на льду, изображая живой волчок, тщетно пыталась бы раскидывать или сводить руки, чтобы под аплодисменты зрителей наглядно менять частоту своего верчения на месте: теперь уж ей это никак не могло бы удаться…
Антифизический вздор? Но что, если именно такой ценой обеспечивается устойчивость атомов?!
Как бы то ни было, но предложенную им закономерность Бор осмотрительно назвал гипотезой - не громче. И записал ее сначала чисто словесно - без математики. И добавил без всякого торжества:
"…Здесь не будет сделано никаких попыток дать этой гипотезе обоснование с точки зрения механики (поскольку это представляется делом безнадежным)…"
Взамен обоснования логикой он привел оправдание пользой: "возможностью объяснить целую группу экспериментальных результатов". И перечислил их в четырех пунктах. Но одного пункта там зияюще недоставало: не говорилось ни слова об атомных спектрах. Не было ни намека на обещание расшифровать эти многоцветные ведомости по расходу электромагнитной энергии в атомах. А ведь это значило, что он еще не знал главного: как справиться с классическим требованием к электронам-планетам - непрерывно допускать свет при вращении и от потери энергии падать на ядро? Ничего конструктивного на эту тему не было в его догадках. А он писал так, точно предчувствовал неминуемый свой успех.
В подтексте его Памятной записки лежало пока еще и в самом деле только предчувствие, что есть глубокая связь между двумя "минимальностями" в природе:
- существованием минимального физического действия, меньше которого не бывает, и - существованием минимальных размеров у электронной оболочки в атоме, за пределы которых она сжаться не может.
Это была лишь смутно почувствованная связь между уже открытым квантом действия и еще не открытым принципом устойчивости атомных миров.
Как Резерфорд, он доверял своей интуиции. И ему не показалось преувеличенным предсказание, что с помощью его гипотезы,
"по-видимому, удастся подтвердить справедливость взглядов Планка и Эйнштейна на механизм излучения".
Таков уж был размах его оптимизма: от истолкования Периодического закона до подтверждения квантовой теории!
Сорок девять лет спустя, вспоминая Резерфорда, Бор написал:
"В раннюю пору моего пребывания в Манчестере, весной 1912 года, я пришел к убеждению, что строение электронного роя в резерфордовском атоме управляется квантом действия (постоянной Планка h)".
Весной?.. Но ведь только на исходе четвертого месяца своей манчестерской жизни, 22 июля, закончил он Памятную записку Резерфорду. А лишь в ней эта идея была выражена им впервые, да и то еще в неявной форме.
Проще всего счесть утверждение Бора простительной ошибкой памяти: что за важность несколько месяцев рядом с громадой сорока девяти прожитых лет! Вообще-то говоря, и впрямь что за важность? Но жизнь замечательного исследователя, сумевшего оставить нам узелки на память - череду открытий и счастливых мыслей, - представляется потомкам историей именно этих открытий и этих мыслей. Она непохожа на равномерно текущий поток. Эта жизнь как драматическое действо, где акты и антракты постоянно меняются местами: акты сокращаются до дней, антракты растягиваются на годы. Само историческое лицо, оглядываясь на прожитое, осознает эту неравномерность еще острее тех, кто приходит после. И семидесятипятилетний Бор, рассказывая о Резерфорде, полон был сознания историчности манчестерского старта в познании микромира. Потому-то, когда ему захотелось проследить до самых истоков зарождение квантовой теории атома, он заговорил не вообще о Манчестере, а уточняюще - о ранней поре своего пребывания там.
Какая же странная вышла ошибка, если это была ошибка…
Ведь она означала бы, что он забыл не просто даты (они легко забываются) и волновавшие его ожидания (они не забываются вовсе). Среди прочего он должен был бы забыть и о своей предотъездной, а никак не ранней, Памятной записке Резерфорду. Как же это-то допустить?
Он никогда не публиковал ее, но всегда хранил.
Впрочем, не с самого начала. Детективная деталь: одна полоса из той семиполосной рукописи - третья по нумерации - успела исчезнуть. Это интересно. Но не потому, что таинственно. Полоса запропастилась по обыкновенной небрежности к черновикам. Не сразу пришло ощущение ценности этого документа. Он ощутил ее только, когда все надежды и предсказания, отразившиеся в той Памятной записке, действительно оправдались - хоть и не совсем так, как он сперва ожидал. Должна была прошуметь серия его статей 13-го года - "О строении атомов и молекул", а затем должен был возникнуть, как всегда запоздалый, интерес к "истории вопроса", чтобы однажды он разыскал в ящиках письменного стола старую рукопись, спрятал уцелевшие полосы в конверт и надписал:
Первый набросок соображений, составивших содержание работы "О строении атомов и молекул" {Написан для того, чтобы ознакомить с этими соображениями проф. Резерфорда) (Июнь и июль 1912)
Июнь - июль… Конечно, он живо помнил, как спешил с этим наброском в последние манчестерские дни. Поэтому самое любопытное, если в словах старого Бора вообще не было ошибки. Тогда, стало быть, еще до Памятной записки, в апреле - мае (и впрямь "весной 1912 года") у него был уже какой-то предвариант квантового спасения планетарного атома. А это со всей несомненностью стоило бы расследования. Правда, Леон Розенфельд и Эрик Рюдингер искали начало начал. И нашли "самое первое указание" на квантовый замысел Бора в уже знакомой нам открытке к Харальду 19 июля:
"Возможно, мне открылось нечто существенное в структуре атома…"
Но с архивами всякое бывает, и, может быть, там еще прячется более ранний след будущего великого успеха…
Так или иначе, но не торным оказался путь от верно угаданного принципа до жизнеспособной теории. И когда 22 июля 12-го года, за два дня до отъезда из Манчестера, Бор входил в кабинет-лабораторию Резерфорда с необычной своей рукописью на семи полосах, за плечами у него была только треть этого пути.
Их встреча на том промежуточном финише затянулась надолго и рисуется так…
Бор принес с собою Памятную записку затем, чтобы вручить ее Папе. Иначе к чему было пороть спешку в предотъездные дни?! Он рассчитывал завтра, в крайнем случае - послезавтра, снова увидеться с Резерфордом и услышать на дорогу его мнение. Но Резерфорд возразил, что завтра, в крайнем случае - послезавтра, уезжает сам. В Виндзорский замок - предстоял дворцовый прием в связи с 250-летием Королевского общества. ("Мэри, бедняжка, уже купила мне для этой цели дурацкий цилиндр!") В общем, выбора не было: Резерфорд повелел Бору изложить свои идеи незамедлительно - вот у этой черной доски…
Так получает естественное объяснение не очень понятный казус: рукопись Памятной записки почему-то сохранилась не среди бумаг Резерфорда, а в архиве Бора, хотя написана была, конечно, в одном экземпляре.
Бор говорил. Резерфорд молчал.
Любого другого он без всякой вежливости давно бы прервал на полуслове: "Ступайте-ка домой, мой мальчик, и продолжайте думать - от ваших яблок оскомина, они еще не дозрели!" Но с Бором у него все происходило иначе, чем с другими. Отчего-то исчезала разница в четырнадцать лет и различие в их положении на иерархической лестнице. Правда, для Резерфорда возраст и ранг часто ничего не значили: он говорил "мой мальчик" профессору Иву, который был на девять лет старше, и без должной почтительности "ставил на место" даже архиепископа Йоркского. Может быть, он чуял в молодом датчанине тихую силу, способную одолеть его собственную громкую силищу? Он любил подтрунивать над чистыми теоретиками: "Они ходят хвост трубой, а мы, экспериментаторы, время от времени заставляем их сызнова поджимать хвосты!" Но на Бора эта ирония не распространялась. Когда Резерфорда спрашивали, почему он относится к копенгагенцу по-другому, чем к прочим теоретикам, следовал ответ: "Потому что Бор - это другое". И неожиданно добавлял: "Бор - футболист". И не уточнял, плохой или хороший. Резерфорду нравилось, когда и о нем говорили в таком же ключе, земном и вещном: "фермер". То было насмешливое самоутверждение мускулистой духовности - веселая игра плоти против бесплотности.
Бор говорил. Резерфорд молчал.
Он бывал с Бором во сто крат терпеливей, чем с другими. И все-таки Бору запомнилась его тогдашняя нетерпеливость. Резерфорд не захотел вникать в математические подробности, а физическими не был удовлетворен. Но Бор не услышал "ступайте-ка домой, мой мальчик".
…В том, что сказал Резерфорд, прервав наконец монолог Бора, прозвучал уже ставший обычным в его отношениях с датчанином совершенно нерезерфордовский совет - не спешить!
Но почему не спешить? Такое впечатление, точно Резерфорду виделись заминированными все теоретические подступы к планетарному атому. Тут ощущается своего рода психологическая травма. Нужно только представить себе, сколько попыток как-нибудь оправдать свою модель теоретически Резерфорд предпринял сам! Попытки были отчаянными. За ним водились такие молчаливые посягательства на решение не поддававшихся решению задач. Но, по свидетельству П. Л. Капицы, разговаривать о своих неудачах и незаконченных работах он не любил.
Однако психологические догадки не в большой чести у историков науки, хотя она - дело человеческое. И тогдашняя осторожность Резерфорда истолковывается сегодня историко-научно: он не был идейно подготовлен к квантовому освоению собственной атомной модели… Охотно или нехотя, это повторяют многие.
А как же быть тогда с его сердитым письмом 11-го года Вильяму Генри Брэггу о континентальных физиках, не утруждающих свои головы физическим обоснованием теории Планка?! И как быть с его бдительным интересом к боровским попыткам выстроить квантовый костяк для планетарного атома?! Этот хорошо документированный интерес Бор не раз благодарно признавал вдохновляющим.
Все осложняется лишь тем, что о "неготовности Резерфорда" обмолвился однажды сам Бор: он невольно соотнес свою глубинную теоретическую подготовленность к квантовому прыжку в неизвестность с резерфордовской недостаточно оснащенной готовностью и заключение вывел из этого сравнения. Другого смысла его слова не имели. И ведь заговорил он об этом в беседе с историками пятьдесят лет спустя, когда ему нужно было рельефно оттенить высоту своей позиции теоретика в Манчестере 12-го года.
…Кроме антирезерфордовского совета "не спешить", Бор услышал вполне резерфордовское напутствие: бросить возню со сложными атомными системами, а отдаться простейшей - водородному атому. (Через полгода, накануне полного успеха, Бор, как образцово воспитанный мальчик, с признательностью отметил в длинном письме к Папе, что исправно следовал его напутствию.)
Прощались они ненадолго, но с полным ритуалом.
Слышится, как шумно желал ему Резерфорд счастливого медового месяца и скорого возвращенья. Обняв за плечи, провожал до порога. И не без удивления ощущал под ладонью упрямую мускулистость датчанина. И говорил, что городская бледность, может быть, к лицу другим теоретикам, но не ему, Бору. Надо отвлечься от письменного стола, погонять мяч, поработать с парусом… А у смущенно улыбавшегося Бора руки были, как в школьно-студенческие времена, все в мелу, и папку с обеими рукописями - Памятной запиской и половиной статьи о торможении - он локтем прижимал к боку, чтобы не замелить и ее. И выглядело это так, точно он никуда не уезжал, а только оставлял на четверть часа аудиторию, поскольку прозвучал звонок на перемену.
В четверг 1 августа 1912 года состоялось бракосочетание двадцатидвухлетней Маргарет Норлунд и двадцатисемилетнего Нильса Генрика Давида Бора. Лютеранский пастор в этой церемонии не участвовал. Довольно было чиновника мэрии в родном городе Маргарет - маленьком Слагельсе.
Молодые не жаждали никаких церемоний.
То громадное, что произошло в их жизни, касалось только их двоих. И единственное, что им нужно было, - одиночество вдвоем.
Но прежде чем пуститься в свадебное путешествие, они не могли не отбыть традиционных повинностей. Через полвека с лишним фру Маргарет рассказывала, улыбаясь прошлому:
"…Моя мать любила свадьбы, и ей нравилось, чтобы все происходило заведенным порядком, и поэтому она хотела заранее знать дату нашего приезда и как долго мы собираемся пожить дома, и прочее разное в гаком роде. А Нильс сказал: "Разве в самом деле необходимо звать все это заранее?"