Для нашей цели достаточно коротко напомнить, что квантовая механика не только дала возможность довести описание свойств отдельных атомов до некоторого завершения, но и дала совершенно новую, плодотворную точку зрения для понимания различных химических связей в молекулах, а также объяснение других типичных свойств твердых тел, в особенности металлов, перед которыми до тех пор исследователи были беспомощны. Речь же, вообще говоря, идёт не только о совершенствовании теоретических методов атомной физики, но о столь глубоком преобразовании наших основных понятий для описания природы, что потребовался даже решительный пересмотр самого понятия наблюдения. Прежде всего обусловленное квантом действия неизбежное взаимодействие между данными атомными объектами и измерительными приборами, необходимыми для определения явления, означает, что результаты, полученные в разных условиях опыта, несовместимы при обычном способе описания, покоящемся на представлении о самостоятельном поведении объектов, и находятся в новом, дополнительном отношении друг к другу. Принципиально статистический характер квантовой механики, выражающийся в соотношениях неопределённости Гейзенберга, на самом деле не является временным ограничением анализа атомных явлений, но разумным образом соответствует точке зрения дополнительности, более широкой, чем идея причинности, и необходимой для учёта всего множества опытов, обусловленного существованием кванта действия.
Если мы после этих вводных замечаний обратимся к теме данной статьи, к вопросу о значении кванта действия для проблем строения и стабильности атомных ядер, то вначале покажется странным, что постановка вопроса в существенных пунктах в точности противоположна той, с которой мы встретились при рассмотрении атомных проблем, обсуждавшихся выше 1. В то время как там мы могли исходить из довольно обширного знания составных частей атома и сил, действующих между ними, совершенно ясно, что большая плотность и весьма сильная связь в ядрах требуют таких сил между частицами ядра, которые действуют только на расстояниях порядка ядерных размеров и точная количественная теория которых с самого начала была совершенно неизвестна. Кроме того, вскоре выяснилось, что вследствие существования кванта действия невозможно даже рассматривать все материальные частицы, которые испускаются в естественных или искусственных процессах распада ядра как его самостоятельные составные части.
1
Подробное описание истории развития теории строения атома, где указывается и на
подчёркнутое здесь различие атомных и ядерных проблем, имеется в
Фарадеевской лекции автора (Jorn. Chem. Soc., 1932, 134, 381).
Изложенная ниже точка зрения на объяснение типичных черт ядерных
реакций разработана впервые в статье, опубликованной вначале в
«Nature» (1936, 137, 344) и в «Naturwissenschaften»
(1936, 24, 241). Дальнейшее развитие этих концепций дано в
статье Н. Бора и Ф. Калькара
(Kgl. Danske Videnskabernes Selskab., 1937, 14, № 10),
где можно найти и подробную библиографию.
Упомянутые в конце данной статьи ядерные фотоэффекты обсуждались
недавно в кратком сообщении в «Nature» (1938, 141,
326). (Статьи 37, 45, 48, 55. —
Уже первые попытки, вызванные фундаментальным открытием Астона — что не только электрические заряды ядер кратны элементарному заряду, но и масса каждого ядра в хорошем приближении является целой кратной массы легчайшего ядра, протона, — рассматривать ядра как системы протонов и электронов натолкнулись на принципиальные противоречия. Помимо трудностей в объяснении на основе этой концепции прочности связи ядер обнаружились противоречия между свойствами симметрии и спиновыми свойствами такой системы и спектроскопически наблюдаемыми свойствами ядер и их зависимости от атомного номера и массового числа. Более точное исследование выявило также, что в рамках квантовой механики совершенно независимо от любого предположения о силах, действующих в ядрах, невозможно приписать таким лёгким частицам, как электроны, независимое существование в пределах ядра. Поэтому испускание положительных или отрицательных электронов в радиоактивных превращениях ядер должно сравниваться с рождением этих частиц как механических единиц подобно излучению светового кванта атомом. Чтобы обеспечить сохранение энергии и импульса в -радиоактивных процессах, как известно, необходимо предположить, что в таких процессах кроме электрона рождается ещё и лёгкая, до сих пор не наблюдавшаяся нейтральная частица. Хотя развитие этой концепции, в частности Паули, Ферми и Гейзенбергом, ещё не получило удовлетворительного завершения, оно тем не менее открыло новые перспективные способы подхода к основным проблемам атомной теории и приводит к признанию необходимости считать атомные ядра механическими системами, состоящими только из тяжёлых частиц.