Спин

Но не только вне науки - в друзьях, в семье - Эренфест с его характером мог бы, если бы захотел, найти удовлетворение. И в самой науке тоже. В физике наступали новые времена. Облик ее менялся. Хотя по-прежнему великие открытия "записывались" за отдельными гениями, решать сложные проблемы становилось возможным лишь благодаря усилиям многих. Причем требовалось не простое сложение сил - требовалось участие людей, обладающих различным типом мышления. Прочное место в этом ряду, казалось бы, уготовано было и эренфестовскому типу.

Взять хотя бы историю открытия спина - "вращения" электрона. Эта "бредовая" идея несколько раз выдвигалась различными физиками, начиная с девятисотых годов (всякому научному прозрению) предшествует цепь более или менее обоснованных догадок). Но последняя, решающая фаза этой истории особенно поучительна. Дело в том, что в 1924 году Паули для описания неких свойств электрона ввел четвертое квантовое число (до тех пор этих чисел было три). Ввел формально, не объяснив, что это число может обозначать, то есть не построив соответствующей модели электрона. Случилось так, что как раз в ту пору по Европе совершал вояж начинающий американский физик Р. Крониг. Когда он был в Тюбингене у известного спектроскописта Ланде, тот показал ему только что полученное им письмо Паули, где как раз говорилось о четвертом квантовом числе. Что бы оно могло означать? Крониг тут же принялся решать этот ребус. В голову ему пришла мысль, что, быть может, четвертое квантовое число связано с вращением электрона вокруг своей оси. Это была "сумасшедшая" идея: ведь электрон привыкли представлять как точку, а какой же эффект может быть вызван вращением точки?!

По случайному совпадению на следующий день в Тюбинген приехал сам Паули. Он высмеял идею Кронига, назвав ее "остроумной выдумкой". Какие именно возражения против спина были при этом выдвинуты, трудно сказать, но кое о чем можно догадаться по статьям Кронига, появившимся позднее (после разговора с Паули юный американец не только побоялся опубликовать свою идею, но в дальнейшем даже яростно выступал против нее).

И вот примерно год спустя эта же идея была высказана учениками Эренфеста, его бывшими студентами Гаудсмитом и Уленбеком. Нет, Уленбеком и Гаудсмитом: по некоторым соображениям, Эренфест просил Гаудсмита поставить под соответствующей статьей свою фамилию второй...

C самого начала, как только Гаудсмит поступил в Лейденский университет в 1919 году, Эренфест заподозрил в нем необычайную одаренность и при первой же возможности стал посылать его на учебу то к одному, тo к другому знаменитому физику (в Тюбинген к Пашену, Амстердам к Зееману и т. д.), полагая, что сам он, Эренфест, мало что может дать этому вундеркинду, если не считать основ (позже, однако, выяснилось, что сам Гаудсмит воспринимал эти "ссылки" как признак неверия Эренфеста в его способности).

Что же до Уленбека, так тот в студенческие годы неожиданно "сослал" себя сам: ко всеобщему удивлению, прервал учебу в Лейдене и отправился в Рим в качестве домашнего учителя голландского посла. Но, как оказалось в дальнейшем, время, проведенное им в Италии, не пропало даром: там он досконально изучил классическую физику.

Когда Уленбек вернулся в 1925 году в Лейден, Эренфест впряг их с Гаудсмитом в одну упряжку - предложил поработать вместе во время летних каникул. Расчет был простой - они будут дополнять друг друга: Гаудсмит вполне в курсе событий стремительно развивающейся области строения атомов и их спектров, но плохо знает классику; Уленбек же, напротив, чувствует себя, как дома, в классической физике, но поразительно невежествен во многом, что касается физики новейшей.

Подмеченное Эренфестом различие в областях эрудиции Гаудсмита и Уленбека проявилось самым анекдотическим образом как раз в тот момент, когда они сделали свое выдающееся открытие. В одно прекрасное утро Гаудсмит рассказал Уленбеку о принципе Паули, упомянув при этом квантовые числа "Панде. Услышав рассказ, Уленбек сказал, что если этот принцип справедлив, значит, электрон обладает четырьмя степенями свободы и, значит" у него есть спин. Но перед тем, к великому удивлению Гаудсмита, он спросил: "А кто такой Ланде?" Когда же он упомянул о степенях свободы, спросил Гаудсмит: "А что такое степень свободы?" На этот раз пришлось удивиться Уленбеку.

Об идее спина они рассказали своему наставнику Обычно Эренфест кровожадно бросался на подобные новшества и разбивал их в пух и прах. Мы знаем, это была его манера: на первых порах он реагировал на все новое весьма агрессивно (и лишь потом, видя, что идея не вполне абсурдна и отвечает критериям ясности, горячо увлекался ею, защищал ее). Однако на этот раз перед ним стояли его ученики, зеленые юнцы, которые и сами-то не были уверены в своей гипотезе и ни в коем случае не собирались ее публиковать: идея казалась на столько необычной и дерзкой, что где-то тут, несомненно, должна была скрываться ошибка. Как бы то ни было, на сей раз Эренфест решил отложить критику до лучших времен и ограничился лишь тем, что указал своим ученикам на очевидную вещь: их модель совершенно не разработана с точки зрения теории вращающихся заряженных тел; до тех пор пока нет соответствующих расчетов, говорить о том, справедлива ли она или несправедлива, совершенно бессмысленно. Кроме того, дай бог памяти, идея вращающегося электрона уже выдвигалась американцем Комптоном в 1921 году и, совсем недавно, голландцем де Гаазом... Впрочем, несмотря ни на что, Гаудсмиту и Уленбеку следует подготовить короткое письмо для немецкого физического журнала. Так они и поступили: написали коротенькую заметку и передали ее Эренфесту (тогда-то он и посоветовал Гаудсмиту в подписях первым поставить Уленбека: у Гаудсмита уже есть несколько публикаций по спектрам, так что, увидев еще одну, читатели могут запомнить лишь его имя; кроме того, непосредственно идею спина выдвинул все-таки Уленбек; в этих вопросах Эренфест всегда бывал необычайно Гепетилен).

Идея спина захватила воображение Эренфеста. С одной стороны, она льстила ему своей наглядностью, с другой - все существо его восставало против этакой дерзости. Трудно было помириться с мыслью, что электрон е точка, как всегда считалось, а шарик, хотя и маленьких, но конечных размеров. Главное же, что больше всего беспокоило и смущало Эренфеста, тут не было ясности: каким образом вращение электрона вокруг оси дает магнитный момент, в точности равный единице измерения - магнетону? Это казалось наваждением, фантастикой.

Не довольствуясь собственным участием в обсуждении этой проблемы, он решил привлечь к нему других крупных физиков. В первую очередь старика Лоренца. Ир почему бы и нет? Тот, пожалуй, даже будет польщен вниманием молодежи. Лоренц в самом деле встретил Гаудсмита и Уленбека радушно. Но расчеты, которые он передал молодым физикам через неделю, повергли их в ужас. Гипотеза о вращающемся электроне "не проходила".

В панике они бросились к Эренфесту. На этот раз и Павел Сигизмундович дал волю своей критической страсти. Он сам проделал те же расчеты, что и Лоренц. Выходило нечто невообразимое: при одном варианте огромной получалась скорость вращения электрона (в сто раз больше скорости света), при другом - громадными были размеры...

В конце концов Гаудсмит и Уленбек решили забрать свою рукопись и больше никому ее не показывать. Однако Эренфест объявил им спокойно, что он уже отослал ее в журнал. "Вы оба достаточно молоды, чтобы позволить себе сделать глупость",- невозмутимо объяснил он им свой поступок.

В начале декабря в Лейден на празднование какого-то юбилея приехали Бор и Эйнштейн. Сразу же включились в обсуждение идеи вращающегося электрона. Дискуссии по большей части проходили в доме Эренфеста. В конце концов все пришли к заключению, что идея спина верна, хотя некоторые неясности остались...

Гаудсмит и Уленбек подготовили вторую статью, на этот раз для ведущего научного журнала - английского "Nature" ("Природа"). Эренфест непременно хотел, чтобы статья в этот журнал попала из рук Бора: так оно было бы авторитетней. Поэтому он переслал ему текст статьи. Однако Бор колебался (в письме к Эренфесту он даже нарисовал график своих колебаний): в целом признавал ценность работы, но кое-какие сомнения у него оставались; дело в том, что Паули по-прежнему был категорически против спина... В конце концов Эренфест насел на Бора. Тянуть больше нельзя. В своих письмах он умолял его поскорее отправить статью в печать, приводил тот же довод, который в свое время высказал Гаудсмиту и Уленбеку: авторы статьи так молоды, что не будет особой беды, если они опозорятся (Гаудсмиту он как-то сказал даже более грубовато: "Спин может быть и ошибкой, но у тебя пока нет никакой репутации, следовательно, тебе нечего терять, если ты это опубликуешь"). В крайнем случае, если будет нужно, Эренфест готов принять на себя ответственность перед публикой.

И Бор сдался, статья Уленбека и Гаудсмита, правда, несколько переделанная, появилась в одном из номеров "Nature" за 1926 год.