ТАММ ИГОРЬ ЕВГЕНЬЕВИЧ (1895 г. – 1971 г.)
ТАММ ИГОРЬ ЕВГЕНЬЕВИЧ
(1895 г. – 1971 г.)
Гениальный советский физик Игорь Евгеньевич Тамм родился 8 июля 1895 года во Владивостоке в семье Евгения Тамма и Ольги Тамм (урожденной Давыдовой). Предки Тамма по отцовской линии были немцами. Его дед, выходец из Тюрингии Теодор Тамм, в середине XIX века переехал в Херсон, где женился на дочери местного помещика.
Евгений Теодорович Тамм, отец знаменитого физика, был по профессии инженером-строителем. В 1894 году он вместе со своей женой выехал во Владивосток на строительство Транссибирской железнодорожной магистрали. Через некоторое время там и родился Игорь, старший сын в семье. Позже у него появился брат – Леонид.
В 1898 году, после окончания работы отца, семейство Таммов решило вернуться в Украину. Поскольку они возвращались пароходом, Игорь повидал Японию, Китай, Сиам, Индию, Египет и Турцию. Семья осела в Елисаветграде Херсонской губернии (ныне Кировоград), где его отец многие годы работал инженером и пользовался уважением сограждан. В Елисаветграде мальчика отдали в местную гимназию, которую он окончил в 1913 году.
Еще во время учебы Игорь попал под влияние революционных настроений, царивших в городе. Он всерьез увлекался работами Маркса и всем сердцем возненавидел царизм. Опасаясь за будущее сына, родители отправили его на учебу в престижный Эдинбургский университет в Шотландию. Хотя в Эдинбурге Тамм учился на факультете точных наук, все же ближе его сердцу была политика, а не физика или математика. Он вступил в фабианское общество, посещал политические собрания и митинги. После года обучения Игорь вернулся домой и перевелся на физико-математический факультет Московского университета.
Возвращение Тамма совпало с началом Первой мировой войны. Весной 1915 года Игорь Тамм добровольно пошел на фронт братом милосердия. Он выносил раненых с поля боя, ухаживал за ними и, как он позже сказал, «учился держать себя в руках».
Во время Октябрьской революции 1917 года Тамм активно занимался политической деятельностью. Он даже был избран делегатом от Елисаветграда на Первый Всероссийский съезд Советов в июне 1917 года и состоял во фракции меньшевиков-интернационалистов. Однако Октябрьская революция охладила его политический запал, и Тамм всерьез заинтересовался физикой.
В 1918 году будущий ученый окончил Московский государственный университет и получил диплом физика. В 1919 году он начал преподавать физику в Таврическом университете в Симферополе, с 1921 по 1922 год – в Одесском политехническом институте. В Симферополе Тамм познакомился с выдающимся ученым-физиком Я. И. Френкелем, но всю его дальнейшую научную судьбу определила встреча с гениальным физиком Л. И. Мандельштамом, который был в те годы профессором Одесского политехнического института. Дружественные и тесные научные связи ученые сохраняли до самой смерти Мандельштама в 1944 году.
Еще в сентябре 1917 года Игорь Тамм женился на Наталии Васильевне Шуйской, с которой постоянно переписывался, будучи в Эдинбурге. Жена Тамма происходила из знатной и очень богатой семьи херсонских помещиков. Осенью 1920 года Тамм направлялся в Елисаветград к жене, для чего переехал линию фронта, но был задержан красноармейцами. Только чудо спасло ученого от немедленного расстрела по обвинению в шпионаже со стороны белогвардейцев – он был арестован и препровожден в Харьков.
В 1922 году Тамм переехал в Москву, где начал пристально заниматься теоретической физикой. Еще будучи в Эдинбурге, он писал своей будущей жене, что его больше интересуют теоретические умозаключения, чем практические опыты.
В Москве Тамм начал преподавательскую работу в университете им. Свердлова. Поскольку финансовое состояние семьи Таммов после революции значительно пошатнулось, Игорь Евгеньевич вынужден был писать популярные статьи по физике и переводить книги с английского языка.
С 1922 по 1925 год мир увидел три первых научных публикации Тамма. Наиболее известная работа была выполнена совместно с Леонидом Исааковичем Мандельштамом. В ней ученые подвели итоги серии исследований в области электродинамики анизотропных сред и кристаллооптики в теории относительности.
В 1923 году Тамм перешел на факультет теоретической физики 2-го Московского университета. Впоследствии, с 1927 по 1929 год он занимал там же должность профессора.
В 1924 году Тамма пригласили читать лекции в МГУ, где он состоял в должности приват-доцента физического факультета А через год кафедру теоретической физики Московского государственного университета (МГУ) попросили возглавить Леонида Исааковича Мандельштама. В то время в университете не было профессиональных физиков, и Мандельштам был вызван «поднимать науку». Приезд гениального физика в Москву значительно повысил научный уровень физики в университете.
В 1930 году Тамм стал профессором и занял должность Мандельштама в качестве заведующего кафедрой теоретической физики, которой заведовал до 1937 года. Вокруг Игоря Евгеньевича сплотились оставшиеся ученики «школы Мандельштама» и другие талантливые аспиранты, противники «тимирязевщины».
В 1933 году Тамм получил степень доктора физико-математических наук. В этом же году он был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР. В 1934 году АН СССР переместилась в Москву, и Тамм стал заведующим сектором теоретической физики созданного Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР (ФИАНа). Этот пост ученый занимал до конца жизни.
В августе 1936 года арестовали Бориса Гессена, директора Института физики, близкого друга и однокурсника Тамма по Эдинбургскому университету. Постепенно всех «учеников Мандельштама» начали притеснять в МГУ, и «физическая элита» перешла в ФИАН.
Все эти годы ученый много работал. К тому времени он уже был достаточно известным ученым как в СССР, так и за границей. Он написал знаменитую статью о парамагнетизме атомов, попытался вычислить интенсивность спектральных линий атома, разработал собственный курс «Основы теории электричества». Его работу по теории относительности высоко оценил сам автор теории Альберт Эйнштейн, напечатав ее с лестными отзывами в немецком научном журнале.
На работы Тамма обратил внимание знаменитый австрийско-нидерландский физик Пауль Эренфест, работавший некоторое время в Петербурге. Он выхлопотал для Игоря Евгеньевича стипендию для научной практики в Голландии и Германии.
В 1928 году Тамм поехал за границу. Он побывал в Геттингене у Макса Борна, в Лейдене у Эренфеста, познакомился с Эйнштейном. В Голландии Тамм близко подружился с гениальным физиком-теоретиком Полем Дираком, приехавшим в Лейден. Дирак разработал в эти годы сложную релятивистскую теорию электрона. Большинство работ Тамма того времени также были посвящены релятивистской квантовой механике. В Лейдене он начал работать над электродинамикой вращающегося электрона.
Почти весь 1929 год Тамм работал над единой теорией поля Эйнштейна, пытаясь выяснить поведение электрона. В следующем году Игорь Евгеньевич написал грандиозную работу по рассеянию света в кристаллах. Он представил квантовую теорию процесса, проквантовав упругие колебания, и ввел понятие о звуковых квантах – фононах. Следующей работой Тамма стало фундаментальное исследование рассеяния света на свободном электроне (теория комптон-эффекта). Ученый использовал вторичное квантование поля и обнаружил значения промежуточных состояний электронов, находящихся на отрицательных энергетических уровнях.
Хотя окончательная формула, полученная Таммом, совпала с более ранней формулой Клейна – Нишины, открытие значения отрицательной энергии электрона было огромным вкладом в теорию электрона, предложенную Дираком.
В то время позитрон (тождественная электрону частица, но с позитивным зарядом) еще не был открыт, и многие ведущие физики не приняли теорию Дирака, в частности существование отрицательных энергетических уровней электрона.
Поскольку все электроны, имеющие положительную энергию, должны были переместиться на уровень с наибольшей отрицательной энергией, Дирак и Тамм предполагали, что все уровни с отрицательной энергией были заполнены «дырками», теоретически предрекая наличие позитрона.
Кроме того, Тамм объяснил спиновые свойства электрона, что давало понимание тонкой структуры в спектре атома водорода, предложил специальный облегченный метод вычисления возмущений для дираковской частицы.
В 1930 году Тамм написал еще одну свою знаменитую работу о рассеянии света на двух электронах. В следующем году он вновь поехал за границу, побывал в Кембридже у своего близкого друга Дирака, погостил в Лейдене у Эренфеста.
Еще одной областью физики, заинтересовавшей Тамма, была квантовая теория металлов. Сначала вместе со своим талантливым студентом С. Шубиным ученый заложил основы теории фотоэффекта на металле. Сотрудники объяснили объемный эффект и поверхностный эффект, вызванный световым облучением.
Затем вместе с другим своим учеником, Д. Блохинцевым, Тамм исследовал выход электронов из металла и открыл существование особых энергетических состояний. Впоследствии эти состояния получили название «уровни Тамма». Находясь на одном из таких уровней, электрон не может ни войти внутрь металла, ни вылететь из него. Открытие «уровней Тамма» сыграло важную роль в развитии теории поверхностных и контактных свойств металлов и полупроводников.
Через некоторое время Тамм заинтересовался новой развивающейся областью – ядерной физикой.
Вместе со своим аспирантом С. Альтшулером Тамм на основе обширного экспериментального материала выдвинул предположение, что нейтрон обладает магнитным моментом. Идея Тамма казалась парадоксальной, многие физики отказались ее принять, но через некоторое время ее правота была признана.
В 1934 году гениальный физик Энрико Ферми представил революционную теорию бета-распада. Опираясь на эту теорию, Тамм предположил, что в результате обмена частицами между нуклонами возникают ядерные силы. Ученый провел целую серию расчетов, но оказалось, что хотя в результате обмена действительно возникают силы, но они на много порядков слабее значения, необходимого для объяснения устойчивости ядер.
Свою работу Тамм даже не хотел печатать, поскольку надеялся на совершенно другие результаты. Однако его исследования оказались очень важными. В следующем году японский физик Хидеки Юкава, ссылаясь на работу Тамма, открыл частицы – мезоны, обмен которыми и обеспечивал устойчивость ядра.
В 1933 году Павел Алексеевич Черенков под руководством Сергея Ивановича Вавилова начал изучать люминесценцию растворов ураниловых солей под действием гамма-лучей. Он провел ряд экспериментов по исследованию света, который возникал при поглощении растворами излучения высокой энергии. В качестве источника Черенков использовал радиоактивный элемент радий, а свечение фиксировал в темной комнате «на глаз». Коллеги по физическому цеху шутя называли черенковские исследования «спиритическими сеансами», потому что перед началом опытов будущий ученый долгое время сидел в темной комнате, чтобы глаза привыкли к полной темноте.
Черенков провел огромное количество экспериментов, чтобы исключить трактовку свечения как флюоресценцию. В 1934 году он обнаружил, что наряду с обычной люминесценцией всегда возникает специфическое голубое свечение. Похожее свечение наблюдали еще гениальные французские физики Пьер и Мария Кюри, но они посчитали его всего лишь одним из видов люминесценции. Черенков варьировал концентраты, пользовался трижды дистиллированной водой, добавлял и нагревал химические вещества, но голубое свечение не исчезало.
В 1934 году во втором томе «Докладов Академии наук» были напечатаны две работы, ставшие впоследствии знаменитыми, – экспериментальная работа Черенкова, где были представлены опыты молодого ученого, и теоретическая работа Вавилова, в которой знаменитый ученый старался теоретически объяснить природу нового свечения.
Вавилов считал это излучение тормозным излучением электронов, но он ошибался. Занявшись другими физическими проблемами, он привлек к работе И. М. Франка и И. Е. Тамма.
В 1937 году на основе классической электродинамики И. М. Франк и И. Е. Тамм представили правильную и полную теорию эффекта Черенкова, с помощью которой объяснили все возможные свойства излучения Черенкова. Данная работа гениальных ученых стала классической. Однако в то время объяснение ученых было воспринято с недоверием, поскольку выглядело уж слишком парадоксальным.
Тамм и Франк показали, что голубое свечение, наблюдаемое Черенковым, представляет собой излучение частицы (электрона), которая движется со скоростью, превосходящей скорость света в веществе. К подобному открытию пришел еще в 1888 году знаменитый физик Хевисайд, рассматривавший движение частицы, скорость которой превосходила скорость света в эфире (пустоте) или в диэлектрике. Однако после представления Эйнштейном своей теории относительности в 1905 году об открытии Хевисайда уже никто и не вспоминал.
Советские ученые сделали гениальный вывод: знаменитый постулат Эйнштейна о скорости частицы ограничивался только скоростью света в вакууме, а в стекле или жидкостях скорость света была меньше. Им удалось решить классические уравнения Максвелла для случая, когда источником поля является равномерно (а не ускоренно) движущаяся в жидкости точечная заряженная частица, скорость которой превосходит скорость света в этой среде.
Из теории Тамма – Франка следовало, что любая заряженная частица, движущаяся в прозрачной среде, должна излучать свет, если ее скорость выше фазовой скорости света в этой среде.
Советские физики вычислили поле сверхсветового электрона в среде, спектр излучения. Кроме того, им удалось вывести знаменитую формулу Тамма – Франка – основную формулу направленности излучения и потерь энергии в единицу времени. Вскоре и другие ученые своими опытами подтвердили правильность этой теории.
Работы Черенкова, Вавилова, Тамма и Франка стали основополагающими для развития новейшей области физики – электродинамики релятивистски движущихся источников в преломляющей среде.
В 1946 году советским ученым была присуждена Сталинская премия за открытие и объяснение свечения Вавилова – Черенкова.
После завершения этих исследований Тамм вернулся к ядерной физике.
В 1958 году Игорь Евгеньевич Тамм был награжден Нобелевской премией по физике «за открытие и истолкование эффекта Черенкова». Вместе с ним в этом году Нобелевскую премию получили Илья Михайлович Франк и Павел Алексеевич Черенков. Премия была поделена поровну между тремя учеными.
В своей презентационной речи профессор Шведской королевской академии наук К. Сигбан заметил, что «открытие явления, известного теперь как эффект Черенкова, является интересным примером того, как относительно простое физическое наблюдение при правильном подходе может привести к важным открытиям и проложить новые пути для дальнейших исследований».
Труд, за который он получил премию, Тамм считал наименее важным. Намного более он ценил свои работы по рассеянию света твердым телом и электроном, по квантовой теории металлов, по ядерной физике. Ученый даже хотел отдать денежную премию государству, но поскольку это была первая премия по физике для советских ученых, то ему объяснили, что этого делать не следует.
Во время Второй мировой войны весь штат ФИАНа был эвакуирован в Казань. В это время Тамм работал над слоистым сердечником (совместно с В. Л. Гинзбургом), занимался расчетами сложных магнитных полей кораблей.
В 1945 году Тамм предложил эффектный метод исследования ядерных сил. Позже над этой проблемой работал Данков, и в результате метод носит название Тамма – Данкова.
Особенно актуальной в то время в СССР была проблема разработки атомного оружия. Однако Тамма в силу различных обстоятельств (бывший меньшевик, наполовину немец, брат – враг народа и др.) не допустили сразу к этим работам. Лишь только когда советские физики столкнулись с огромными проблемами, И. В. Курчатову удалось убедить партийных бонз допустить к работе гениального физика.
В группу Тамма в теоретическом отделе ФИАНа входили А. Д. Сахаров, В. Л. Гинзбург, С. 3. Беленький, Е. С. Фрадкин, Ю. А. Романов и В. Я. Файнберг. За несколько недель ученым удалось сделать то, что другие не могли осуществить годами. Сахаров и Гинзбург предложили две новые идеи, которые привели к решению различных задач. Вскоре Гинзбург был отстранен от работы, и исследованиями занимались главным образом Тамм, Сахаров и Романов.
В марте 1950 года ученых перевели в известный ныне ядерный исследовательский центр «Арзамас-16». Вместе с Сахаровым Игорь Евгеньевич предложил метод и принципы удержания плазмы в Токамаке с помощью мощных магнитных полей. Данный метод и сегодня является основным при контролируемой реакции ядерного синтеза.
12 августа 1953 года прошли успешные испытания мощнейшего оружия – первой в мире водородной бомбы.
Только теперь гениального физика избрали академиком АН СССР. В этом году Тамм также был удостоен звания Героя Социалистического Труда и был награжден Государственной премией.
Ученый стал активным членом Пагуошского движения, несколько раз выезжал на международные конференции ученых. Он побывал в Китае, Индии, Франции, Швейцарии и других странах.
Тамм никогда не был членом КПСС, ощущая, как и его учитель Мандельштам, неприязнь ко всему «большевистскому».
За многие годы преподавания вокруг Тамма выросла целая школа молодых талантливых физиков. Среди его учеников – С. П. Шубин (любимый ученик Тамма, был расстрелян), Е. Л. Фейнберг, В. Л. Гинзбург, Л. В. Келдыш, А. Д. Сахаров и др.
Кроме членства в Академии наук СССР Тамм был членом Польской академии наук, Американской академии наук и искусств и Шведского физического общества. Он был награжден двумя орденами Ленина, орденом Трудового Красного Знамени, Большой золотой медалью имени М. В. Ломоносова АН СССР, в 1967 году стал Героем Социалистического Труда.
Тамм был очень подвижным, быстро ходил, работал и говорил. Ученые-коллеги, шутя, предлагали ввести единицу скорости – один тамм.
Ученый прекрасно владел английским, французским и немецким языками, хорошо – итальянским и голландским. Он приятно удивил своих друзей-иностранцев, Нобелевскую комиссию и членов шведской королевской семьи своим шотландским акцентом.
В свободное время Тамм увлекался альпинизмом. Пребывая в Англии, он обучал Дирака альпинизму. Когда тот приезжал в СССР, ученые несколько раз ездили на Кавказ.
Тамма всегда тянуло в горы. Он даже состоял членом академической комиссии по проблеме «снежного человека». На Алтае есть пик Тамма и перевал Тамма.
Единственный брат ученого, знаменитый инженер Леонид Евгеньевич Тамм, во время сталинского террора был обвинен во вредительской деятельности и в 1936 году расстрелян как «враг народа».
У Игоря Евгеньевича и ег жены, Натальи Васильевны, было двое детей: сын и дочь. Как и его отец, сын Тамма стал профессиональным альпинистом. Он руководил первой советской гималайской экспедицией в 1982 году.
В конце 1968 года Игорь Евгеньевич тяжело заболел. Болезнь была вызвана вирусом, гнездящимся в продуктах жизнедеятельности летучих мышей, который ученый подхватил в одном из своих альпинистских путешествий. У него атрофировались участки спинного мозга, ответственные за мышечную деятельность диафрагмы. Ученый не мог самостоятельно дышать. Ему сделали операцию на горле для подключения организма к аппарату искусственного дыхания. До самой смерти он был обречен на полную недвижимость.
Гениальный ученый скончался в возрасте 75 лет 12 апреля 1971 года в Москве.
После его смерти один из кратеров Луны был назван в его честь, как и созданный им теоретический отдел Физического института АН СССР, которым Тамм руководил до конца жизни.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.