Евгений Фейнберг - Эпоха и личность. Физики. Очерки и воспоминания
Но вернемся к физике.
После работ по рассеянию света и теории электрона Дирака Игорь Евгеньевич переключился на новую область — квантовую теорию металлов, тогда только зарождавшуюся. Здесь были исследованы три существенные проблемы.
Едва ли не самая важная из этого цикла — работа Тамма, в которой он обнаружил возможность существования особых поверхностных состояний электронов в металле. Находясь в таком состоянии, электрон не может ни вылететь наружу, ни войти внутрь металла. Эти «уровни Тамма», как их с тех пор называют, оказались исключительно важными для физики поверхностных явлений, а через четверть века — для транзисторной техники и т. п. Уже в 60-е годы эта область так разрослась, что появилась монография С. Дэвисона и Дж. Левина «Поверхностные (таммовские) состояния» (на русском языке изданная в 1973 г.). Кроме того, была опубликована основополагающая работа (совместная с его учеником С. П. Шубиным) по теории фотоэффекта на металле и статья о «работе выхода» электрона из металла.
Наконец, заканчивая рассказ об этом периоде, нельзя не упомянуть, что Игорь Евгеньевич впервые выступил со статьей по методологическим вопросам физики в философском журнале. Защищая новую физику — теорию относительности и квантовую механику — от невежественных нападок партийных философов и консерваторов-физиков, объявивших себя марксистами, он тактично объяснял им истинное значение нового этапа в развитии науки, но добился лишь яростной ненависти к нему, закрепившей его репутацию «буржуазного идеалиста». Она принесла ему в дальнейшем много опасных неприятностей.
* * *Остановимся на минуту и рассмотрим положение в физике в это время, ставшее переломным для нее и в мире, и в нашей стране.
В мире это проявилось в том, что в 1932 г. были экспериментально открыты позитрон (и это блестяще подтвердило предсказание теории Дирака, укрепив авторитет квантовой механики, теоретической физики вообще) и нейтрон (после чего стало ясно, что ядра состоят из протонов и нейтронов и это открыло новую эпоху — эпоху физики атомных ядер). В апреле того же года Кокрофт и Уолтон на созданной ими высоковольтной установке впервые расщепили атомное ядро ускоренными протонами. Все это (как и многие другие успехи физики) изменило всю атмосферу исследований, и начался резкий рост их масштаба. Это изменение хорошо описано в романе Митчелла Уилсона (физика по образованию), изданном у нас почему-то под названием «Жизнь во мгле» (подлинное английское название — «Life with lightning» — «Жизнь с молнией» восстановлено лишь в новом издании, 1990 г.).
В нашей стране это совпало с периодом превращения физики в развитую область науки, приобретавшую международный авторитет. К этому времени у нас уже было сделано несколько открытий такого масштаба, который соответствовал уровню нобелевских премий. Так, в 1928 г. Г. С. Ландсберг и Л. И. Мандельштам открыли комбинационное рассеяние света в кристаллах — раман-эффект, обычно называемый так потому, что в Индии Раман, наблюдавший его в жидкости, сообщил о нем телеграммой в журнал «Nature» на 3 месяца раньше, чем Г. С. Ландсберг и Л. И. Мандельштам передали свою статью в печать, и получил Нобелевскую премию.[47] Это опережение оказалось решающим, хотя у Рамана понимание наблюдаемого эффекта было на более низком уровне, чем у Ландсберга и Мандельштама, ясно видевших его физическое содержание.
Можно напомнить также об открытии Д. В. Скобельцына. В 1927 г. он обнаружил, что космические лучи, наблюдаемые на поверхности Земли, являются электронами высоких энергий (и поэтому не могут, например, быть следствием радиоактивных примесей в атмосфере), а в 1929 г. показал, что они идут в виде ливней электронов. Это открытие можно рассматривать как начало физики высоких энергий. Однако Нобелевскую премию получил немецкий физик В. Боте, подтвердивший этот результат другим методом (системой счетчиков, включенных на совпадение, а не наблюдением в камере Вильсона, как у Д. В. Скобельцына). Интересно, что премия была формально присуждена именно за этот метод. В 1926–1932 гг. Н. Н. Семенов (вначале работавший вместе с Ю. Б. Харитоном) открыл разветвленные цепные химические реакции (через четверть века удостоен Нобелевской премии за это открытие вместе с С. Хиншелвудом).
Наконец, немного позже, в 1933 г., С. И. Вавилов и П. А. Черенков наблюдали необычное излучение света электронами в среде, называемое теперь их именами (опубликовано в 1934 г.). Оно нашло объяснение через несколько лет в работе И. Е. Тамма и И. М. Франка. За это открытие и его теоретическое объяснение через четверть века тоже была присуждена Нобелевская премия.
Но помимо всего этого было сделано много и других замечательных работ. Приведу лишь несколько примеров. М. А. Леонтович и Л. И. Мандельштам теоретически обнаружили, что квантовая механика приводит к возможности туннельного эффекта и выяснили все его основные свойства, а Г. Гамов на этой основе построил теорию α-распада ядер. В Харьковском физико-техническом институте был построен ускоритель Ван де Граафа, на котором (в том же 1932 г., что Д. Кокрофт и Э. Уолтон) А. К. Вальтер, Г. Д. Латышев, А. И. Лейпунский и К. Д. Синельников (все — молодежь) повторили опыт по расщеплению ядра. Можно было бы назвать и другие значительные работы.
Все это показывает, что к началу 30-х годов, за какие-нибудь 10 лет выросло новое поколение физиков-теоретиков (вспомним еще молодого Л. Д. Ландау) и экспериментаторов, успевших уже заявить себя работами, выполненными на мировом уровне, и еще большее их число появилось в непосредственно последовавшие за тем годы. Школы, созданные учеными старшего поколения, о которых мы говорили вначале, порождали новые школы. Одновременно, как уже говорилось, возникало и промышленное производство научной аппаратуры. Новые институты быстро множились.
Если раньше научные статьи традиционно посылались в немецкие журналы «Zeitschrift für Physik» и «Physikalische Zeitschrift», где их быстро публиковали, и лишь с запозданием (до 1 года) они появились на русском языке в журнале Русского физико-химического общества, то в 1931 г. возник международный журнал «Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion», издававшийся в Харькове и быстро публиковавший статьи на немецком, английском и французском языках. Правда, «международным» он был условно, но все же там появлялись статьи и иностранных авторов, даже Дирака. Главное, советские работы получили прямой путь за границу, этот журнал был читаемым.
В 1934 г. в Харькове была созвана Международная конференция по теоретической физике, в которой принимали участие всего человек 30 (тогда это был обычный масштаб конференций по физике и в других странах; теперь трудно в это поверить). Но среди них были Бор, Розенфельд, Валлер, Гордон — всего восемь иностранцев. Интерес, внимание к нашей науке возрастали.
Еще совсем незадолго перед тем простой факт существования физических исследований в нашей стране был неизвестен в массах. Я могу сослаться на собственный пример. Я вырос и учился в школе в центре Москвы. Испытывая влечение к физике, ходил в старую Румянцевскую (потом названную Ленинской) библиотеку читать книги, рассказывающие о работах Эйнштейна, Бора, Резерфорда. Был уверен, что исследовательской работой в области физики могут заниматься только гении, но никак не обыкновенные люди, и, окончив школу, пытался поступить в химический институт, где была хотя бы электрохимическая специальность. Когда на следующий (1930) год узнал о существовании физического факультета в километре от школы и поступил на него, то некоторые знакомые моих родителей спрашивали: «Это что, физкультура?»
Вскоре такая ситуация стала невозможной. Сообщение о расщеплении атомного ядра в Харькове было напечатано в «Правде» на первой странице, как главная новость дня, в виде «рапорта товарищу Сталину» о крупной победе советской науки. О физике вообще информация быстро разрасталась.
* * *Научный переворот 1932 г. направил в новое русло и исследования Игоря Евгеньевича. Он переключился на ядерную физику.
Интересна судьба его первой же (совместно с его аспирантом С. А. Альтшулером) работы, в которой на основе анализа экспериментальных данных о магнитных моментах ядер высказывается утверждение, что незаряженная частица нейтрон обладает магнитным моментом. Об этом уже говорилось выше в очерке «Тамм в жизни». Сейчас очень трудно понять, почему эта идея вызвала такое сильное осуждение на упоминавшейся только что Харьковской конференции по теоретической физике в 1934 г. Но Игорь Евгеньевич не видел в этих возражениях убедительных аргументов и настаивал на своей точке зрения. Потребовалось немного времени, и она была признана правильной.
Но особенное значение имела обширная и важнейшая работа Тамма о природе ядерных сил. Естественно, что протон-нейтронная структура ядра ставила вопрос о том, какими силами частицы удерживаются вместе. Ведь, кроме гравитационных и электромагнитных сил, тогда других сил не знали. Даже само предположение о том, что есть какие-то еще силы, было невероятно смелой фантазией. Как пишет в своей статье Игорь Евгеньевич, «сразу после открытия нейтрона в 1932 г. Гейзенберг высказал предположение, что взаимодействие протона с нейтроном обязано обмену электрическим зарядом». Обратите внимание — опять только электрическим. Но о механизме обмена ничего нельзя было сказать. Однако в 1934 г. Ферми дал свою замечательную теорию β-распада, как процесса испускания нуклоном пары электрон + нейтрино. Этого было достаточно, чтобы Игорь Евгеньевич немедленно выдвинул идею о том, что нуклоны (тогда этого термина, конечно, еще не употребляли) взаимодействуют через обмен такими парами и их антипарами. Это было допущение совершенно новых сил, помимо гравитации и электромагнетизма.
