Владимир Лешковцев - 50 лет советской физики
Хорошо известны также физические школы, созданные академиками С. И. Вавиловым, Д. С. Рождественским, Н. Н. Боголюбовым.
Фронт советской физики очень велик. В настоящее время вряд ли найдется хотя бы одна мало-мальски существенная область физики, которая не разрабатывалась бы в нашей стране. Помимо традиционных физических направлений, таких, как, например, оптика, магнетизм или акустика, советские физики успешно работают и в многочисленных пограничных областях. Химическая и биологическая физика, физика Земли, атмосферы и Мирового океана, астрофизика и другие смежные области современной науки представлены в нашей стране многими учеными с мировыми именами.
СОВЕТСКАЯ ФИЗИКА В НАШИ ДНИ
Советская физика уверенно занимает ведущее место во многих областях современной физики. К ним принадлежат, например, ядерная физика, физика плазмы и управляемых термоядерных реакций, физика космического пространства, физика низких температур, квантовая электроника, физика высоких давлений. Эти достижения являются результатов бурного развития физики в годы Советской власти. Советские ученые в короткий срок решили проблему ядерного оружия.
Одновременно с созданием ядерного оружия в Советском Союзе были выполнены большие работы, позволившие нам стать пионерами мирною использования атомной энергии.
Первая в мире атомная электростанция, построенная в г. Обнинске, атомный ледокол «Ленин» и ряд других мирных атомных устройств, открыли перед человечеством неиссякаемые возможности атомной энергетики.
Немало трудностей пришлось преодолеть и физикам, участвующим в создания советской ракетной техники, создателям самых могучих и совершенных ракет-носителей и космических кораблей.
В короткие сроки в нашей стране была создана сложнейшая вычислительная техника, различные типы быстродействующих электронных вычислительных машин. И в этом также немалая заслуга советских физиков.
В 1956 г. академик Н. Н. Семенов (совместно с английским ученым Хиншельвудом) получил, за исследования механизма цепных реакций высшую международную научную награду — Нобелевскую премию.
В 1958 г. группа советских физиков — академик И. Е. Тамм, члены-корреспонденты Академии наук СССР И. М. Франк и П. А. Черенков — стали лауреатами Нобелевской премии за открытие и исследование эффекта сверхсветового электрона, или, как его часто именуют, эффекта Черенкова.
В 1962 г. Нобелевская премия за работы по теории конденсированных сред и жидкого гелия была присуждена академику Л. Д. Ландау.
В 1964 г. эта премия была присуждена академиям Н. Г. Басову и A. М. Прохорову (совместно с американским физиком Таунсом). Они подучили ее за создание новой области физики — квантовой электроники.
Многие советские физики являются также лауреатами Ленинских и Государственных премий.
Советские физики выполнили за 50 лет так много фундаментальных научных исследовании, что всякая попытка даже кратко рассказать о каждой из этих работ привела бы к сухому перечню огромного количества отдельных фамилий[1].
Поэтому мы приведем далее лишь несколько примеров отдельных исследований, свидетельствующих о крупных достижениях наших физиков.
РАЗВИТИЕ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
В 1916 г. великий физик Альберт Эйнштейн создал общую теорию относительности. Сегодня мы называем эту теорию теорией пространства, времени и тяготения. Она касается самых сокровенных основ мироздания. В ней впервые в математической форме был поставлен вопрос о том, как устроен мир, в котором мы живем, что представляет собой Вселенная? Эйнштейну удалось найти уравнения, которые описывают состояние Вселенной. Решив их, он получил много удивительных результатов.
Оказалось, например, что столь привычная для нас геометрия Эвклида не пригодна для огромных космических пространств. Геометрия Вселенной — это нёэвклидова геометрия, в которой сумма всех углов треугольника не равна 180 градусам и параллельные линии пересекаются, будучи продолженными достаточно далеко. Свойства пространства, его геометрия, оказались зависящими от находящихся в нем космических тел; гигантские звезды как бы искривляют пространство своими могучими силами тяготения и луч света, проходя вблизи от них, изгибает свою траекторию.
Найденные Эйнштейном решения не зависели от времени. Казалось бы, так и должно быть — ведь Вселенная, говоря словами одного из древнегреческих философов, «не создана никем из богов и никем из людей», она вечна, а это значит, что у нее нет ни конца, ни начала.
Авторитет Эйнштейна был так велик, а созданная им теория так сложна, что никому и в голову не приходило попробовать пойти дальше Эйнштейна по начертанному им пути. Физики и математики всего мира были абсолютно убеждены в том, что данные Эйнштейном стационарные (т. е. не зависящие от времени) решения его знаменитых уравнений гравитационного поля полностью исчерпывают всю проблему. Мир устроен так, как это показал Эйнштейн. Даже крупнейшие ученые, писавшие в те годы статьи и книги по общей теории относительности, стремились лишь к тому, чтобы разъяснить своим читателям неожиданные и парадоксальные следствия из этой теории. Едва успев появиться на свет, она уже стала классической, а ее создатель — бесспорным главой всех физиков мира.
Но в 1922 г. в фундаментальном немецком «Физическом журнале» появилась статья никому на Западе не известного советского физика А. Фридмана о новых решениях уравнений Эйнштейна. В этой работе, названной автором «О кривизне пространства», было показано, что основные уравнения общей теории относительности допускают еще два решения. И, как ни странно, оба они зависят от времени. Эти решения описывали необычную Вселенную, которая когда-то родилась! Фридман доказал, что вся Вселенная когда-то занимала ничтожный объем, в котором заключалась вещество всех известных нам, а также и не доступных нашим телескопам заезд и туманностей. Но вот произошел своеобразный взрыв и образованные им космические тела начали разлетаться в разные стороны, постепенно ускоряя свой бег. И с этого момента родившаяся Вселенная непрерывно как бы распухает, подобно надуваемому мыльному пузырю или воздушному шару.
По первому решению Фридмана это разбухание никогда не прекратится — Вселенная так и будет увеличивать свои размеры, а принадлежащие ей звезды, туманности, галактики будут непрерывно удаляться друг от друга. Впоследствии эту модель Вселенной стали называть «открытой моделью».
Но у Фридмана было и второе решение. Расширившись до определенных пределов, Вселенная начнет замедлять бег своих частей до тех пор, пока они не повернут обратно и не устремятся к первоначальному положению. Эту модель теперь называют «закрытой моделью».
Эти результаты казались настолько невероятными, что ни у кого не хватило смелости в них поверить. А тут еще сам Эйнштейн опубликовал короткую заметку о том, что в работе им обнаружены математические неточности и полученные Фридманом решения в действительности не удовлетворяют требованиям его основного уравнения, а потому лишены какого-либо смысла.
Пожалуй, это была единственная ошибка Альберта Эйнштейна, проникшая в печать. Вскоре он получил от Фридмана через физика Ю. А. Круткова письмо, в котором Фридман показал, где же ошибся Эйнштейн в оценке его работы.
И вот 13 мая 1923 г. Эйнштейн направил в «Физический журнал» письмо, озаглавленное «Заметка о работе А. Фридмана „О кривизне пространства“».
Эйнштейн писал: «В предыдущей заметке я критиковал названную работу. Однако мое возражение основывалось на вычислительной ошибке, — в чем я по совету господина Круткова убедился из письма господина Фридмана. Я считаю результаты господина Фридмана правильными и исчерпывающими. Оказывается, уравнения поля допускают для структуры пространства наряду со статическими решениями и динамические (т. е. изменяющиеся со временем) центрально-симметричные решения».
Так произошла сенсация.
Кто же такой Фридман? Что это за гений, который в голодном Петрограде сумел уйти дальше Эйнштейна в области самой модной и самой трудной физической теории?
Александр Александрович Фридман родился 17 июня 1888 г. в семье петербургского музыканта. В 1910 г. он окончил Петербургский университет а в 1914 г. ушел добровольцем на фронт, был военным летчиком и даже получил награду за отвагу — Георгиевский крест. Но эти полеты имели для А. А. Фридмана особое значение. В воздухе он проверял результаты своих расчетов, касающихся новой молодой науки — физики атмосферы, в которую ему удалось внести весьма существенный вклад. После войны он возглавил обсерваторию и направил свои силы на создание научной метеорологии. В это время метеорологи всего мира почти не пользовались строгими математическими методами и их прогнозы часто напоминали предсказания базарных гадалок. А. А. Фридман является одним из творцов современной теоретической метеорологии, которая использует весьма совершенный математический аппарат. И все это ему удается лишь потому, что по существу он был талантливейшим математиком. Действительно, ведь он — один из лучших учеников великого русского математика Стеклова, страстного поборника внедрения математических методов в различные области науки и техники.
