Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга) - Гернек Фридрих - Страница 65

На экзамене по другому второстепенному предмету, химии, требовалось знание основ минералогии. Так Лауэ впервые соприкоснулся с той областью, которая несколько лет спустя стала основной сферой его интересов.

Однако его познания в минералогии были тогда, по-видимому, не слишком глубоки. "Я до сих пор помню, - замечал Лауэ о минералоге, который его экзаменовал, - как росло его веселое настроение по мере того, как он все более убеждался в моем полном невежестве". Только приняв во внимание его столь необычные для кандидата, сдававшего государственный экзамен, знания по химии, комиссия сочла его все же выдержавшим экзамен. Основательно Лауэ познакомился с кристаллографией за годы профессуры во Франкфурте.

Когда осенью 1905 года Планк предложил ему освободившееся место ассистента, Лауэ с радостью согласился. Более трех лет он был помощником Планка. Просмотр студенческих работ и подготовка семинаров оставляли ему достаточно времени для собственных исследований.

Молодой физик занимался теперь снова исключительно вопросами оптики. Статья "К термодинамике явлений интерференции" и шесть других опубликованных работ уже через год после начала работы в Берлинском университете, в ноябре 1906 года, дали ему право на преподавание теоретической физики. В конкурсной работе рассматривался вопрос о действительности второго принципа термодинамики для оптических процессов и давался утвердительный ответ на этот вопрос.

В обстоятельной рецензии на представленную работу Планк делает вывод, что Лауэ в достаточной мере показал, что он в состоянии "самостоятельно исследовать большие научные вопросы"; он убежден также, пишет он далее, что лекции Лауэ будут ценным вкладом в преподавание теоретической физики. Нернст ограничился тем, что выразил свое согласие с оценкой Планка. Доклад на коллоквиуме носил название "Перенос энергии в теории упругости и в электродинамике"; из трех тем, предложенных Лауэ для пробной публичной лекции, факультет выбрал одну - "Развитие теории электричества после Максвелла и Герца".

После трехлетней преподавательской деятельности в Берлине Лауэ поселился в Мюнхене, куда он был приглашен в качестве приват-доцента. В столице Баварии он провел три счастливейших года. Его дом - в 1910 году он женился на дочери одного офицера - стал местом научных встреч. В летние месяцы он плавал под парусами по Штарнбергскому озеру и работал в Фельдафинге, в своем лодочном сарае, который стоял на сваях над водой. Там же он написал свою первую книгу о теории относительности Эйнштейна. "Так хорошо мне впоследствии больше никогда не было", - писал он в автобиографии.

В Мюнхенском университете условия для исследовательской работы Лауэ в узкой области физической оптики были особенно благоприятными.

Экспериментальную физику представлял Рентген, который, как известно, был очень замкнут. "Я лично смог с Рентгеном спокойно поговорить только один раз, - писал в автобиографии Лауэ. - Это произошло во время поездки в Фельдафинг в переполненном поезде, где я нашел единственное свободное место в отделении третьего класса против того места, где сидел Рентген. Тогда у меня сложилось впечатление, что мы могли бы хорошо понять друг друга, если бы только представился к этому случай".

Ведущим физиком-теоретиком в Мюнхене был Арнольд Зоммерфельд, который вскоре создал блестящую школу, одну из крупнейших физических школ, существовавших в Германии после Гельмгольца. Зоммерфельд был выдающимся математиком. Первоначально областью его деятельности была теория относительности Затем он внес ценный вклад в атомистическую теорию Бора, особенно благодаря своему всемирно известному труду "Строение атома и спектральные линии".

Зоммерфельд занимался также вопросами о природе рентгеновских лучей. В противоположность корпускулярной концепции, защищаемой английским физиком Уильямом Брэггом и его сыном Лоуренсом, рассматривавшими Х-лучи как поток частиц, Зоммерфельд объяснял их с позиций волновой теории: взгляд, который опирался на доказательство поляризации рентгеновских лучей, приведенное в 1906 году английским физиком Чарлзом Баркла. Точно так же, как и Вилли Вин, Зоммерфельд определил длину волн рентгеновских лучей.

В Мюнхене издавна существовали сложившиеся исследовательские традиции в области минералогии и кристаллографии. Здесь работал Пауль фон Грот, известный минералог, убежденный сторонник гипотезы, согласно которой структура кристаллов имеет вид пространственной решетки.

Физик из Фрейбурга Людвиг Август Зеебер еще в 1824 году предположил, что атомы в кристаллах расположены в центрах определенных геометрических тел Это была очень смелая мысль. Ни один естествоиспытатель до него не пытался перенести в минералогию понятие "атом", введенное в химию Авогадро и Дальтоном, и увидеть в атомах своего рода кирпичики кристаллической решетки.

Гипотеза фрейбургского ученого - первая ступень к теории пространственной решетки кристаллов - не привлекла внимания. Она далеко обогнала теоретические потребности физиков и минералогов, к тому же не наблюдалось никаких фактов, которые подтверждали бы существование кристаллических решеток. Эта концепция казалась лишь натурфилософской спекуляцией. Только Гаусс поддержал идею расположения точкообразных атомов в кристаллах и указал на возникающие при этом математические проблемы.

В середине XIX века французский естествоиспытатель Огюст Браве выдвинул гипотезу о пространственной решетке, которая позднее стала общепринятой. Заслуга ее математического оформления в последней трети XIX века принадлежит прежде всего русскому кристаллографу Федорову и немецкому математику Шенфлису. Некоторые физики также склонялись к ней. Но о ее всеобщем признании не могло быть и речи.

Однако в Мюнхене гипотеза о кристаллической решетке нашла сторонников Ее придерживался физик Леонард Зонке, преподававший в Мюнхенском университете вплоть до 90-х годов. К числу тех немногих ученых, которые в Германии 1910 года были страстными приверженцами этой концепции, принадлежал и Пауль фон Грот. В коллекциях мюнхенских институтов можно было всюду увидеть решетчатые модели кристаллов. Физики жили здесь представлениями о пространственно-решетчатой структуре кристаллов и (благодаря влиянию Зоммерфельда) о волновой природе рентгеновских лучей.

В этих особых условиях, которые он сам оценивал как счастливую случайность, Лауэ совершил свое гениальное открытие. В своем нобелевском докладе он рассказал, как в феврале 1912 года ему пришла в голову та идея, которая оказалась такой плодотворной и богатой последствиями в научном отношении. Пауль Эвальд, докторант Зоммерфельда, пришел к Лауэ посоветоваться по поводу трудностей, с которыми он столкнулся в работе по волновой оптике. Лауэ много лет работал в области оптики и считался глубоким знатоком этого круга проблем. И хотя в данном случае он не мог дать совет, но во время беседы он высказал мысль, что нужно попробовать пропустить через кристаллы рентгеновские лучи.

Если рентгеновские лучи действительно имеют волновую природу и длина их волны в какой-то степени соответствует оценке Вина и Зоммерфельда и если кристаллы действительно построены из пространственных решеток, то, по мнению Лауэ, при просвечивании кристаллов рентгеновскими лучами должны будут обнаружиться явления дифракции и интерференции, которые уже давно были известны у обычного света. Согласно расчетам кристаллографов, атомные пространственные решетки в кристаллах были таких размеров, что могли служить естественными "оптическими решетками" для рентгеновского света. Искусственные оптические решетки, штриховые и крестообразные, применявшиеся в том виде, в каком они впервые были процарапаны на стекле с большой точностью мюнхенским оптиком Фраунгофером, были слишком грубы для очень коротких, как предполагали, волн рентгеновских лучей. Поэтому экспериментаторы напрасно пытались получить с их помощью явления интерференции для рентгеновских лучей.

Итак, Лауэ связал друг с другом две гипотезы из двух различных областей науки: волновую теорию рентгеновских лучей и гипотезу о пространственных решетках кристаллов. В основе своей это было не что иное, как простое соединение двух уже существующих, но до сих пор, однако, совершенно не зависимых друг от друга логических рядов.