Жизнь науки - С. Капица

Брэгг много сделал также для пропаганды и раскрытия возможностей рентген о-•структурного анализа, ставшего мощным средством изучения строения молекул и кристаллов, твердых тел и жидкостей, полимеров, а в дальнейшем и биополимеров. Высшим достижением этого метода следует считать раскрытие микроскопического строения белков, которое дало структурную оспову представлениям современной молекулярной биологии. Эти исследования в значительной мере были обязаны поддержке и инициативе Брэгга-младшего, когда после смерти Резерфорда он возглавил Кавендишскую лабораторию.

Ниже следует предисловие к первому изданию монографии Брэггов «Х-лучи и строение кристаллов» (1915).

Два года прошло с тех пор, как д-р Лауэ предложил идею использовать кристалл как «пространственную дифракционную решетку» для Х-лучей. Успешное осуществление этой идеи Фридрихом и Книшшнгом открыло обширную область исследований, где уже получены результаты исключительной важности и значения. С одной стороны, анализ Х-лучей позволил прийти к замечательным выводам о атомах, которые излучают эти лучи при соответствующем возбуждении. Эта выводы по-новому представили нам картину строения атома. С другой стороны, стала доступной рассмотрению архитектура кристаллов. Кристаллография больше уже не обязана опираться только на внешнюю форму кристаллов, а может основываться на точных сведениях о расположении атомов внутри кристаллов. Более того, по-видимому, и само тепловое движение атомов в кристалле будет доступно не только наблюдению, но и точному измерению.

Чтобы охватить возможности и понять современное развитие этой новой области науки, необходимо овладеть Х-лучами и кристаллографией. Поскольку эти отрасли науки никогда ранее не соприкасались, можно ожидать, что тем, кто проявит интерес к этим новым проблемам, будет мешать незнание одного или другого из этих взаимосвязанных вопросов. Поэтому в этой небольшой книге мой сын и я сделали первую попытку представить основные факты и принципы, относящиеся к Х-лучам и кристаллам. В остальной, большей части книги дано краткое изложение развития исследований и представлены важнейшие пз полученных до сих пор результатов.

По необходимости эта книга является больше введением, чем трактатом. Действительно, вопрос слишком нов и недостаточно сформировался, чтобы оправдать более полное изложение. Мы стремились очертить основные контуры для тех, кто интересуется постановкой вопроса, и надеемся, что наше изложение послужит и тем, кто захочет практически познакомиться с предметом и принять участие в увлекательных исследованиях, которые здось открываются. В последнем случае следует, несомненно, также обратиться и к оригинальным сообщениям.

Исходя из целей, которые мы имели в виду, мы воздержались от обсуждения ряда интересных точек соприкосновения с другими науками и прежними работами, как, например, замечательными исследованиями Поупа и Барлоу. Мы не дали даже полного отчета о всех экспериментальных исследованиях, которые проведены в основном направлении, и ограничились лишь беглым упоминанием глубоких математических исследовании, которые дапы рядом авторов.

Опубликование этой книги было задержано трудностями настоящего времени, которые также помешали продолжению некоторых исследований и выходу в свет других, уже закопченных работ. Некоторые результаты, не вошедшие в основной текст, приведены в дополнительных замечаниях в конце книги.

Те же обстоятельства вынудили меня одного написать это предисловие. Возможно все же, что в любом случае я настоял бы на этом пр&ве. Однако один вопрос мне хочется со всей ясностью подчеркнуть,— а имеп-но то, что мой сын ответствен за идею «отражений», исходя из которой можно было продвинуться дальше, а также за большую часть работы по раскрытию кристаллических структур, к которым это продвижение привело.

Январь 1915 г.

У. Г. Брэгг

35 Жпзнь науки

ЗОММЕРФЕЛЬД

Арнольд Зоммерфельд родился в Кенигсберге в семье врача. Он окончил фпзико-математический факультет Кенигсбергского университета. Затем два года Зоммерфельд провел ассистентом в Геттингене, в 1897 г. стал профессором физики в Горной академии в Клаустале и в 1900 г.—профессором прикладной математики в Аахене. С 1906 г. до своей отставки по возрасту в 1931 г. Зоммерфельд был профессором теоретической физики в Мюнхене, и именно этот период стал наиболее плодотворным в его жизни. Работы Зоммерфельда посвящены разнообразным вопросам физики: гидродинамической теории смазки, математической теории дифракции света, теории атома, где им дано объяснение тонкой структуры спектральных линий, квантовой теории теплоемкости металлов. Зоммерфельд имел ряд выдающихся учеников; наряду с Копенгагеном и Геттингеном Мюнхен был центром развития квантовой теории. Совместно с Феликсом Клейном им была написана 4-томная «Теория гироскопа», потребовавшая 13 лет для своего завершения. В последний период его жизни им был составлен многотомный «Курс теоретической физики». Большую роль сыграла монография Зоммерфельда «Строение атома и спектры», написанная в 1918 г. Мы приводим предисловие и введение к первому изданию этой книги.

Предисловие

Со времени открытия спектрального анализа никто из специалистов не сомневался, что проблема атома была бы решена, если бы мы научились понимать язык спектра. Громадный материал, накопившийся в течение 60-летнпх спектроскопических наблюдений, своим многообразием давал, однако, мало надежды на успех. Семплетняя практика в измерении рент-геновских спектров дала больше для выяснения вопроса, так как здесь проблема внутреннего строения атома затронута более коренным образом. То, что мы теперь слышим в говоре спектральных линии, есть настоящая музыка сфер, звучащая в атоме, созвучия целых отношений, порядок и гармония, все более увеличивающиеся, несмотря на все разнообразие.

На все времена теория спектральных линий будет носить имя Бора, Но еще одно имя будет постоянно связано с ней — пмя Планка. Все законы целых чисел для спектральных линий и атомистики проистекают в конце концов из теории квантов. Она есть тот таинственный орган, на котором природа играет спектральную музыку и ритм которой управляет строением атома и ядра.

Введение

В первой половине XIX века электродинамика представляла собой ряд различных элементарных законов. Копируя ньютоновские законы тяготения, они утверждали наличие непосредственного дальнодействия, которое с места нахождения одного электрического заряда, или магнита, «перепрыгивая» через все промежуточное пространство, действует на место нахождения другого электрического заряда или магнита.

Во второй половине XIX века возникло представление, согласно котот рому электромагнитное поле при своем непрерывном расширении распространяется от точки к точке в пространстве и во времени; это была «полевая теория», противоположная «теории дальнодействия». Эта теория была заложена трудами Фарадея, разработана Максвеллом и увенчана Герцем. Согласно этим представлениям электромагнитное поле постепенно распространяется в пространстве и во времени. Уравнения Максвелла показывают, как векторы электрического и магнитного полей устанавливаются перпендикулярно друг к другу, как в каждом месте поля вследствие изменения магнитной напряженности возникает электрическая напряженность, как электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Промежуточная среда, в том числе и непроводящая, обладает определенной «пропускной способностью» (проницаемостью) и восприимчивостью (диэлектрическая способность как относительно магнитных, так и электрических силовых линий); соответственно этому в каждом месте пространства свойства среды влияют на характер дальнейшего распространения электромагнитного поля.

Это воззрение отпраздновало свой полный триумф, когда Герц смог причислить к электромагнитным явлениям такое явление природы, как свет, который был в то время полной загадкой. После того как Максвелл высказал догадку, что свет является векторным полем (он смог вычислить скорость света, исходя только из чисто электрических измерений Коль-рауша), Герц произвел свой опыт с «потоком электрической напряженности», который прямо продемонстрировал, как излучение отражается, преломляется, фокусируется подходящим вогнутым зеркалом и распространяется в пространстве со скоростью света. Воспроизведенные Герцем электрические волны имели длину волны порядка нескольких метров. От них почти через непрерывную цепь явлений, связанных с тепловым излучением, или инфракрасными волнами, можно перейти к собственно свето-ным волнам, длина которых все еще составляет несколько микрон (ja). В качестве наибольшего и наиболее грубого звена этой цепи в дальнейшем (причем непосредственно исходя из опытов Герца) были добавлены волпы беспроволочной телеграфии, длина которых исчисляется километрами (с кораблей посылают сообщения при помощи 12-километровых волн); как мы увищдм в дальнейшем, на другом конце этой цепи она замыкается наиболее малым и тонким звеном — рентгеновским излучением и ему подобным, но более коротковолновым ^-излучением, а также волновыми излучениями, в общем случае встречающимися при ядерных процессах.