Великите европейци - Нилс Бор

Истината обаче е, че противниците на Айнщайн казват друго – не, че Луната съществува, само щом човек я погледне, а че ако Луната е квантова частица, намесата на наблюдателя непременно променя нейните характеристики. Айнщайн смята, че наблюдаваните в подобни случаи отклонения се дължат на някакви скрити в частиците променливи, а не на този зъл и смущаващ нормалната логика принцип - неопределеността. 

Основната фигура, изправена срещу него, е датският физик Нилс Бор. Той твърди, че квантовите явления имат неопределен, чисто статистически характер и всяко наблюдение върху тях се отразява пряко на резултата от изследването. Така се стига до айнщайновото „Бог не играе на зарове”. Срещу което Бор вади според мен още по-знаменитата, макар не толкова известна на широката публика реплика: „Не казвай на Бог какво да прави”.  

Зигфрид Саломон, чело концерт, оп. 34 

Сещате ли се за емблемата на Международната агенция за атомна енергия? Важният елемент в нея са няколко елипсовидни орбити, по които електроните се движат около атомното ядро. Тази схема на електронното движение всички сме учили в училище, на елементарното ниво на физиката, която там се преподава. Само че преди повече от сто години, когато Бор за първи път представя въпросната схема пред научната общност, тя не е елементарно ниво, а връх в изучаването на строежа на атома. Сега изследванията са отишли далеч напред, но именно моделът на Бор поставя здравия фундамент за това. Той не само още се помни, а е и достатъчно добър, за да се използва за всекидневни нужди или като символ. 

Този модел се нарича полукласически и в неговата основа стои планетарният модел на атома, предложен по-рано от английския приятел на Бор, сър Ернст Ръдърфорд. Ръдърфорд казва, че електроните обикалят около ядрото на атома, както планетите около слънцето. Обаче в тази схема има проблем. Според принципите на класическата динамика се оказва, че ако електронът обикаля по този начин, той трябва непрекъснато да излъчва енергия, много бързо ще я загуби всичката и ще падне, като се сблъска с ядрото. Нилс Бор прави съществена стъпка напред, с която спасява положението. 

Той казва, че – да, електроните се въртят около ядрото, но правят това по строго определени, собствени, стационарни орбити - и когато са на тях, не излъчват нищо. Така излъчване или поглъщане на енергия има, само когато електроните прекрачват от една орбита на друга. Искате ли да ви кажа колко е например радиусът на първата орбита във водородния атом, който се нарича „радиус на Бор”? Той е 5,2917720859(36)·10⁻¹¹  от метъра. Ако можете дори донякъде да си представите колко малка е тази величина, значи не сте подходящ за нормален радиослушател, трябвало е да завършите теоретична физика и да се занимавате с наистина дълбоки и важни за човечеството дела.

Зигфрид Саломон, чело концерт, оп. 34, 9.18

Теорията на Нилс Бор за движението на електроните около ядрото на атома, освен полукласическа, се нарича още и полуквантова. Така е, защото е двойствена. В основата и стоят две уравнения, едното от които, онова за самото движение на електрона по стационарната орбита, е класическо, а другото – за квантуването на електрона или прехода му от една орбита на друга, е квантово. 

Безспорен успех на теорията е, че тя обяснява дискретността на енергетичните състояния при тъй наречените водородоподобни атоми. Но недостатък е, че се оказва валидна само за тях, не успява да обясни какво става около ядрата на по-тежките атоми, онези с повече електрони. Друг огромен успех на теорията на Бор е моментът, в който физиката избива в химия. Оказва се, че тя дава точна представа за това докъде се простира границата на Менделеевата таблица, тоест, колко са възможните химически елементи. Отговорът е - 137. Ако си представим някакъв 138-ми елемент, то изчисленията показват, че неговите електрони би трябвало да обикалят около атомното му ядро вече със скорост, по-висока от тази на светлината, а, както знаем, според Специалната теория на относителността, това е теоретично и практически невъзможно. 

В същото време  пък, сякаш за баланс, теорията на Бор не успява да обясни адекватно интензивността на спектралните линии на елементите. И така нататък, можем доста да изброяваме неща от графите плюс и минус, но има нещо друго много важно – в известен смисъл и недостатъците на тази теория са нейно предимство. Просто Бор е пионер в изучаването на атомните взаимодействия, както и в развитието на самата квантова физика, така че и той, и колегите му често от грешките си научават повече, отколкото от успехите.

Зигфрид Саломон, чело концерт, оп. 34, 11.55 

Нилс Бор, голямото момче на физиката в изследването на атомната структура и развитието на квантовата механика, е роден през 1885 година в Копенхаген. Родителите му са богати, известни и интелигентни хора. Баща му, Кристиан Бор, е професор по физиология в Копенхаген и два пъти е предлаган за Нобелова награда. Майка му, Елън Адлер, е от известна фамилия датски банкери и политици. Те не само дават на децата си възможно най-добро образование, но правят за тях и жестове, които по дълбочината на своята мисъл и отношение към света и човека, поне за мен са изумителни. Най-показателен пример е фактът, че децата им са кръстени в протестантска църква още като бебета. 

Някой ще каже – че какво необичайно има това да се случи през ХІХ век в Дания? Необичайното идва оттам, че бащата е атеист, а майката – еврейка. Те обаче мислят, разговарят и решават да дадат на децата си обичайното за времето и мястото кръщение, за да не им липсва тази основа, ако се окаже, че в живота си по-нататък те все пак проявят склонност към религията. Осигуряват им възможност за избор, с други думи. И поне Нилс Бор наистина се възползва. В юношеска възраст, около времето на конфирмацията, тоест, когато младежът трябва, вече съзнателно, да потвърди принадлежността си към църквата, Бор изпада в силни вълнения и размисли по религиозните въпроси, но после изведнъж губи изцяло интерес към тях. А няколко години по-късно той, заедно с бъдещата си съпруга Маргарет Норлунд, официално се отказват от членството си в Църквата на Дания. Двамата се женят на чисто светска церемония и имат шестима сина, от които двама умират рано, а един наследява попрището на баща си и през 1975 също печели Нобелова награда за физика. 

Още от малък, покрай някои от най-известните датски философи, които са приятели на семейството, Нилс Бор се интересува от философия и дори е донякъде обсебен от въпроса за противоречията, които се реализират, въпреки логическата или теоретична невъзможност за това. Точно на тази философска основа се базира и един от най-големите приноси на Нилс Бор в развитието на квантовата механика – неговият Принцип на допълнителността, формулиран през 1927-ма. Той гласи, че за пълното описание на квантово-механичните явления, трябва да се възприемат две взаимно изключващи се, тоест, взаимно допълващи се, набора от класически понятия и едва съвкупността от тях може да даде пълната информация за въпросните явления. Може да ви се струва неразбираемо, но лесно ще го схванете с примери. Подобни взаимно изключващи се, а всъщност – допълващи се понятия, са пространство-времето, събрани в едноименния континуум. Да не забравяме и светлинните фотони, които понякога се явяват като частици, понякога – като вълни. 

Всъщност си мисля, че дори да ви разкажа най-интимни подробности от живота на физика Нилс Бор, няма да разберете по-добре него, душевната му и мисловна нагласа, отношението му към света и живота, отколкото с изясняването на тази му склонност към изследване и сближаване на противоречията. Той я демонстрира, като на герба си, изработен, след като през 1947 по изключение получава Ордена на слона, едно от най-големите датски отличия, давани само на кралски особи и държавни глави, изписва на латински думите „Противоречията се допълват”. 

Може да ви се струва, че един от най-големите гении на теоретичната физика, какъвто е Нилс Бор, трябва да е живял живот спокоен, даже скучен. Нищо подобно, Бор е запомняща се фигура, оставя след себе си много ученици, работи с най-големите учени на своето време, а през 1922 получава и Нобеловата награда за физика. Той преживява двете световни войни, през втората измъква учени-евреи от Германия, живее с еврейските си корени в окупирана от нацистите Дания, избягва по чудо ареста, отива в Англия, участва и в разработката на американската атомна бомба. 

След войната пък повежда кампания за тъй наречения „отворен свят”, участва в създаването на Европейската организация за ядрени изследвания, по позната ни като ЦЕРН. Умира през 1962-ра от сърдечен удар и това е може би единственият факт от живота му, който го допълва и го прави цял, без да съдържа никакво противоречие в себе си.

Зигфрид Саломон, чело концерт, оп. 34, 21.30