О том, что потребность в ревизии старой теории назрела, свидетельствует тот любопытный факт, что первые квантовомеханические идеи появились почти одновременно сразу в трех странах: Франции, Германии и Англии.
Во всем были различны люди, заложившие фундамент нового раздела физики: французский аристократ, выходец из королевского дома Бурбонов Луи де Бройль; сын профессора истории церкви, юный геттингенский теоретик Вернер Гейзенберг; сорокалетний профессор университета в Цюрихе и Бреслау Эрвин Шредингер; долговязый сверстник Гейзенберга, сын швейцарца и англичанки Поль Адриен Дирак… Различны были и их подходы к теоретическим вопросам.
Но результаты их исследований удивительно совпадали между собою, освещали с разных сторон одну и ту же истину.
Первый шаг в новом направлении сделал Луи де Бройль (1924). В своей диссертации, выполненной под руководством знаменитого парижского физика-теоретика
Поля Ланжевена, де Бройль высказал невероятно смелое предположение о том, что каждый движущийся электрон сопровождается своеобразной волной — «волной де Бройля», — определяющей многие особенности его поведения.
Предполагалось, что эта волна существенно отличается от световой, иначе говоря — электромагнитной. И все же между частицей света — фотоном — и частицей вещества — электроном — по гипотезе де Бройля существует нечто общее: обеим им присуща своеобразная двойственность. Выходило, что материя в любом ее виде, то есть в виде ли вещества или в виде света, одновременно обладает свойствами и волны и частицы.
Французский физик оказался прав. Это подтвердили год-два спустя немецкие физики Вернер Гейзенберг и Эрвин Шредингер. Следуя в формально-математическом отношении совсем иными путями, они пришли к тем же выводам, что и их парижский коллега.
А еще двумя годами позже, в 1928 году, 26-летний Поль Дирак установил, что между светом и веществом общего даже больше, чем это следовало из теории де Бройля — Гейзенберга — Шредингера.
— Дирак пришел к теоретическому выводу, что при некоторых условиях свет может превращаться в вещество и обратно, — рассказывал потом Сергей Иванович на лекции своим студентам. — В сильном электрическом поле световые кванты с длиной волны не больше одной тысячной миллимикрона, по Дираку, могут распадаться на две противоположно заряженные частицы: электрон и позитрон. Это было весьма удивительным теоретическим предсказанием, но оно все же полностью подтвердилось на опыте. Превращение света в вещество доказано экспериментально.
— Мне это кажется такой же бессмыслицей, как если бы кто-нибудь сказал, что звук может превращаться в музыкальный инструмент, например в скрипку, — призналась одна студентка в перерыве.
— Что ж, образ убедительный, — улыбнулся Сергей Иванович. — И хорошо подчеркивает особенность микромира. В нашем мире это невозможно, а на уровне фотонов и электронов — обычное явление.
Идеи квантовой механики вторгались в сознание физиков разных стран как нечто в высшей степени странное и неожиданное.
Чувства физиков отлично выразил впоследствии известный немецкий ученый Паскуаль Йордан:
«Каждый был полон такого напряжения, что почти захватывало дыхание. Лед был сломан… Становилось все более и более ясным, что мы натолкнулись на совершенно новую и глубоко запрятанную область тайн природы. Стало очевидным, что для разрешения противоречий потребуются совершенно новые методы мышления, находящиеся за пределами прежних физических представлений».
Советские физики с неослабным вниманием следили за тем, что происходит в университетах и в физических кружках Запада. Росла потребность в обмене научной информацией, и Советское правительство посылало за рубеж наиболее талантливых представителей науки. Они вливались в мировую семью ученых и не только перенимали идеи у своих западных коллег, но и сами все чаще публиковали результаты своих исследований на страницах немецких, английских и французских журналов.
В январе 1926 года получил от Московского университета заграничную полугодовую научную командировку и Сергей Иванович Вавилов.
Вавилов мог выбрать место поездки, и он выбрал Берлинский университет. В то время там работал известный специалист по люминесценции профессор Пауль Прингсгейм. Кроме того, в центральном высшем учебном заведении столицы Германии особенно глубоко и критически разбирались идеи Луи де Бройля и других апологетов нового учения.