История лазера - Марио Бертолотти

6 декабря Бор прибыл в США вместе со своим сыном Оже, который позднее, в 1975 г., был награжден Нобелевской премией по физике вместе с Б. Р. Мотгельсоном и Л. Дж. Рейнвотером «за открытие связи между коллективным движением и движением частиц в атомном ядре и разработку теории строения атомного ядра, основанной на этой связи». Бор принял участие в атомном проекте, правда, периферийным способом, т.е. значительным вкладом на основе своей теории деления ядра.

Нильс Хенрик Давид Бор скончался 18 ноября 1962 г. С 1965 г. Институт Теоретической Физики носит его имя.

Он, пожалуй более чем кто другой, имел фундаментальное влияние на развитие современной квантовой теории и был родоначальником того способа, которым сегодня интерпретируются квантовые результаты и который обозначается как «интерпретация копенгагенской школы». Он первым осознал, что его теория была лишь первым шагом к решению проблемы, не имеющая твердых логических оснований, и, несмотря на ее успех, он добивался поставить ее на солидный фундамент и не скрывал противоречий, которые она содержала. К тому времени, когда он скончался в 1962 г., квантовая теория была полностью разработана следующими учеными: Луи де Бройлем (1892— 1987), нобелевским лауреатом по физике 1929 г. «за его открытие волновой природы электрона», Вернером Гейзенбергом, нобелевским лауреатом по физике 1932 г. «за рождение квантовой механики, применение которой было, inter alia, приведя к открытию аллотропических форм водорода», Эрвином Шрёдингером и Полем А. М. Дираком (1902—1984), которые оба были награждены Нобелевской премией по физике в 1933 г. «за открытие новых плодотворных форм атомных теорий», и многими другими. Она полностью объяснила природу атома, процесс излучения и поглощения света и обеспечила логическое основание яркой интуиции Бора.

Жизнь и личностные особенности Бора представлены в большом числе биографических описаний. Он прилагал большие усилия в написании своих работ. Это всегда был долгий и трудоемкий период созревания. Более того, он отвергал сам процесс писания. Его первые работы, включая диссертацию, были продиктованы его матери, затем он диктовал жене и, наконец, длинному ряду сотрудников, начиная с Крамерса. В то время, когда он готовил свою теорию атома, уходила неделя за неделей, но Бор не публиковался. Резерфорд давил на него. Бор протестовал: «Никто не поверит мне, пока я не смогу объяснить каждый атом и молекулу». Резерфорд немедленно ответил: «Бор, объясни атом водорода, объясни гелий, и каждый поверит всему остальному». Его привычка диктовать привела к одному забавному эпизоду, сообщенному физиком теоретиком Абрагамом Пайсом (1918—2000), автором успешной и исчерпывающей биографии. Бор переправлял речь, с которой он должен был выступить по случаю трехсотлетия рождения Ньютона:

«Он стоял перед доской (где бы он не был, доска всегда была поблизости) и записывал некоторые общие темы, которые предполагалось обсудить. Одна из них должна была быть о гармонии чего-то с чем-то. И Бор написал слово "гармония". Оно выглядело более или менее как это:

Однако, по мере того, как обсуждение продолжалось, Бор становился все более неудовлетворенным использованием гармонии. Он беспокойно кружил у доски. Затем остановился, и его лицо просветлело. "Я нашел. Мы должны заменить гармонию на согласованность". Итак, он снова взял мел, постоял немного перед тем, что он написал прежде, и затем сделал единственное изменение:

"С одним триумфальным ударом мела по доске"»

С Эйнштейном Бор был в самых дружеских отношениях, но с тех пор как он объявил Принцип Дополнительности, оба непрерывно спорили о смысле квантовой механики. Однажды, во время посещения Бором Института прогрессивных исследований в Принстоне, постоянным членом которого он был, Бор захотел записать что-то из аргументов, и, как обычно, ему нужен был секретарь. Он позвал Пайса, который был в институте, и попросил его присесть:

«И тут же, как вспоминал Пайс, он стал возбужденно ходить взад и вперед вокруг продолговатого стола в центре комнаты. Затем он спросил меня, не смогу ли я записать несколько предложений, которые придут ему в голову во время его хождения. Следует сказать, что во время таких ситуаций Бор никогда не имел полностью законченных предложений. Он часто задерживал одно слово, растягивал его, стараясь найти нужное продолжение. Это могло продолжаться несколько минут. В тот момент этим словом было "Эйнштейн". Итак, Бор почти бегал вокруг стола, повторяя "Эйнштейн ... Эйнштейн". Спустя некоторое время он подошел к окну, уставился на него, повторяя все время: "Эйнштейн ...Эйнштейн".

В этот момент дверь тихо отворилась, и Эйнштейн вошел на цыпочках. Он сделал мне знак, приложив палец к губам, молчать с мальчишеской улыбкой. На цыпочках он прямо направился к боровской банке с табаком, которая стояла на столе, за которым я сидел. Все это время ничего не подозревающий Бор стоял у окна, бормоча "Эйнштейн ...Эйнштейн..."».

Затем Бор с твердым "Эйнштейн" повернулся, и оба оказались лицом к лицу. Бор молчал, а Эйнштейн объяснил, что врач запретил ему покупать табак, и это не кража, а просто то, что ему нужно. Нет необходимости говорить, что все трое разразились смехом».

Теперь самое время поговорить об Эйнштейне и его достижениях в теории света.

ГЛАВА 5

ЭЙНШТЕЙН

Альберт Эйнштейн, всемирно известен благодаря теории относительности, которую разрабатывал между 1905 г. (когда была сформулирована специальная теория относительности) и 1915 г. (когда была сформулирована общая теория относительности). Но только специалисты знают о его фундаментальных достижениях в области природы света, которые были получены в это же время. Эти достижения имели исключительную важность для изобретения мазера, а затем и лазера.

Новалис, энтузиаст науки и немецкий поэт романтик XVIII в., сказал: «Теории подобны рыболовной снасти: только тот получит улов, кто ее забрасывает». Расширяя эту метафору, мы можем сказать, что в XX в. веке не было более удачливого рыболова. В 1905 г. его annus mirabilis (сравнимый, может быть, с памятным 1666 годом, в котором Исаак Ньютон задумал большинство идей, которые управляли наукой в течение более чем двухсот лет) Альберт Эйнштейн опубликовал в одном и том же томе немецкого научного журнала Annalen der Physik три статьи, каждая из которых содержала не только важные научные результаты, но выдвигала основы новых и значительных областей фундаментальной науки, что мы и опишем ниже.

Молодой Эйнштейн

Кто же был этот человек, Альберт Эйнштейн, который, будучи техническим экспертом третьего класса в Швейцарском патентном бюро Берна, в возрасте 26 лет, в свое свободное время изобретал новые методы статистической механики, ввел кванты света, дал доказательства существования атомов, и решил проблему точной формулировки электродинамики движущихся тел, проблему, над которой безуспешно бились наиболее влиятельные исследователи того времени, такие как Хендрик Антон Лоренц и Анри Пуанкаре (1854—1912), и в результате которой была построена новая теория пространства и времени?

Немец по национальности, еврей по происхождению и возмутитель по призванию, Эйнштейн двойственно реагировал на эти три природных дарования. Он выбросил за борт свою немецкую национальность в возрасте 16 лет; 20 лет спустя, после того, как он стал швейцарцем, он поселился в Берлине, где оставался все время Первой мировой войны; после поражения, потерпевшего Германией в 1918 г., он продолжал свою борьбу за германские гражданские права и отказался от гражданства второй раз, когда Гитлер пришел к власти. Тот факт, что он признавал сионизм, было подтверждением его еврейства, но верность ему он не оправдывал много раз.

Он родился 14 марта 1879 г. в Ульме, древнем немецком городе, памятном как место разгрома австрийцев Наполеоном в 1805 г. Интересно отметить, что в год рождения Эйнштейна родился Макс фон Лауэ (1879—1960), открыватель дифракции рентгеновских лучей и нобелевский лауреат по физике «за его открытие дифракции рентгеновских лучей в кристаллах». В этот же год родился химик Отго Ганн (1879—1968), лауреат Нобелевской премии по химии 1944 г. «за открытие деления тяжелых ядер». Также Ганн открыл радиоторий и протактиний, а вместе с Лизой Мейтнер (1878— 1968) и Фрицем Штрасманом (1902—1980) — деление ядер. В этот же год умер Джеймс Клерк Максвелл, основатель современной теории электромагнетизма.

Семья Эйнштейна происходила из маленького, тихого немецкого городка Бухау на пути к озеру Констанц. Там жили евреи, которые уже не соблюдали религиозных правил и обычаев. В 1880 г. семья перебралась в Мюнхен, где отец Эйнштейна инженер по профессии, открыл в партнерстве со своим братом маленькую электрохимическую мастерскую. В следующем году родилась единственная сестра Альберта, к которой он был очень привязан. Молодого Альберта описывают как скрытного, меланхоличного и задумчивого мальчика, который поздно стал говорить, не любил физической активности и игр с другими мальчиками. Когда ему было четыре или пять лет, произошло нечто, глубоко потрясшее его: отец показал ему карманный компас, который постоянно указывал одно и то же направление, повинуясь невидимой и таинственной силе, как бы не вертели компас.