Глава 10. Гений Дау

Глава 10. Гений Дау

Из всех людей, которых я сам видел или знал, могу сравнить Ландау лишь с Ричардом Фейнманом, который многим известен по его книгам. Конечно, в нашем веке жили великие физики — Эйнштейн, Бор, Планк, Шредингер, Гейзенберг, сейчас жив Дирак.[6] Ландау, несомненно, не превосходил их своими научными достижениями и сам оценивал себя правильно, ставя упомянутых и некоторых других физиков выше себя «по достижениям». Он отводил себе более скромное место. И если я выделяю Ландау из всех, то потому, что оценка его «класса» складывается из многих ингредиентов. Во-первых, это научные достижения. Научные достижения Ландау первоклассны — это квантовая теория жидкостей (в частности, теория сверхтекучести гелия), теория фазовых переходов и ряд других прекрасных работ. Во-вторых, это редкая универсальность знаний, знание всей физики. И, в-третьих, он был Учителем с большой буквы, Учителем по призванию. Произведение трех таких «множителей» исключительно велико.

В.Л. Гинзбург. Замечательный физик

«Жизнь человека, — говорил Ландау, — слишком коротка, чтобы браться за безнадежные проблемы; память ограниченна, и чем больше научного сора будет засорять твою голову, тем меньше останется места для великих мыслей» (он говорил это с улыбкой).

Ю.Б. Румер. Странички воспоминаний о Л.Д. Ландау

Лев Давидович Ландау

Весна 1929 г. выдалась на Слободской Украине ранней и теплой. С помощью нэпа стране наконец удалось хоть как-то залечить кровавые раны революции и гражданской войны. Началась эпоха первых пятилеток и индустриализации, покрывшая новую украинскую столицу Харьков облаками строительной пыли. Вместе с промышленностью двинулась вперед и наука во главе со своим признанным лидером — инженерной и технической физикой. Везде в крупнейших индустриальных центрах страны стали возникать отделения столичных вузов, сопровождаемые «десантами» молодых сотрудников, рвавшихся поднять «периферийную» науку на небывалую высоту. В Харькове возник Украинский физико-технический институт (УФТИ, впоследствии — Харьковский физико-технический институт, а сегодня — Национальный исследовательский центр ХФТИ), отпочковавшийся от ленинградского физтеха, и уже вскоре на его основе было решено провести первую в стране международную конференцию по теоретической физике.

Организатором этого представительного форума советских и зарубежных ученых стал молодой выходец из ленинградского физтеха Д.Д. Иваненко (1904–1994). Вместе с первым директором УФТИ И.В. Обреимовым (1894–1981) и его заместителем А.И. Лейпунским (1903–1972) молодой ленинградский физик самым активным образом принимал участие в организации института и особенно его теоретического отдела, который он впоследствии и возглавил. Итак, в мае 1929 г. празднично убранный Харьковский деловой клуб встретил свыше 60 делегатов конференции. Среди собравшихся было много ведущих отечественных и зарубежных ученых, таких как Паскуаль Иордан (1902–1980), Вальтер Генрих Гайтлер (1904–1981), Якоб Громмер (1879–1933). В ходе пленарных заседаний и секционных докладов бурно обсуждались разные вопросы еще окончательно не сформировавшейся квантовой физики, общей теории относительности, а также попытки Альберта Эйнштейна создать единую теорию поля. Не прошло мимо внимания участников конференции и обсуждение работы Эйнштейна по спонтанному вынужденному излучению, открывавшей дверь в мир квантовой оптики, а также несколько секционных докладов, посвященных разным моделям генерации и концентрации электромагнитного излучения. Судя по всему, это было прямым откликом на «эпидемию лучевой лихорадки», захлестнувшую изобретателей всяческих «гиперболоидов». В ходе бурных дискуссий физики решительно раскритиковали все эти попытки «обмануть природу» и заставить сойтись «расплывчатую» волновую среду в кинжально узкий клинок луча, питаемого электромагнитными пакетами высокоэнергетического излучения. Это был очень важный результат, и хотя он попал в газеты в самом общем и урезанном виде, как «…мировые величины в области физики решительно отрицают реальность создания „лучей смерти“ и основанного на них „лучевого оружия“…», смысл критики ученых был вполне ясен.

Символично, что это собрание теоретиков, как первая ласточка, принесло «весну теорфизики», ведь многие участники конференции были ознакомлены с обширными планами развития теоретического отдела Харьковского физтеха, впоследствии став его сотрудниками.

Через два года Иваненко, уже в ранге заведующего теоретическим отделом ХФТИ, созвал вторую теоретическую конференцию, в плане работы которой были вопросы квантовой теории ферромагнетизма, электропроводимости металлов и полупроводников, а также электромагнитного излучения. На это собрание Дмитрий Дмитриевич, или просто Димус, как звали молодого завотделом его друзья, пригласил своего близкого друга по Ленинградскому университету и физтеху — Л.Д. Ландау (1908–1968), или просто Дау. Эта встреча бывших однокашников оказалась воистину судьбоносной, и через некоторое время после успешного завершения конференции Иваненко оставил ХФТИ и переехал в Ленинград. Здесь он разработал протонно-нейтронную модель ядра и заложил основы квантовой теории гравитации, а руководителем теоротдела в Харькове стал Ландау.

Что же такое произошло между Димусом и Дау, что окончательно рассорило бывших друзей и даже разбросало по разным городам? Вообще-то ни тот ни другой никогда не вдавались в подробности произошедшего, но близкие знакомые из их окружения рассказывали, что, помимо некоторых личных причин, тут сыграла определенную роль и полярность их научных интересов.

В начале прошлого столетия после опытов Резерфорда стало окончательно ясно, что атомы вовсе не являются «неделимыми элементарными кирпичиками материи», как писали в учебниках того времени, а имеют сложную структуру, состоящую из ядра, погруженного в облака электронов. И одну из важнейших гипотез по этому поводу высказал именно молодой доктор физико-математических наук Иваненко, предположив, что ядра атомов содержат еще более элементарные частицы — нейтроны и протоны, вокруг которых и вращаются электроны. Кроме этого Иваненко разработал еще и новую теорию тяготения, рассматривая ее с точки зрения квантовой физики. Здесь он опередил даже самого Эйнштейна, который пришел к аналогичным выводам гораздо позже и в ином ключе, так что именно исследования Иваненко привели в конечном итоге к выработке концепции квантовой гравитации. Надо сказать, что Ландау относился к подобному «беспочвенному теоретизированию» крайне отрицательно и совсем необоснованно называл подобные построения «полной ахинеей» (одно из любимых выражений Дау), совершенно оторванной от физической реальности.

Надо сказать, что будущий великий теоретик обладал весьма своеобразным характером, любил остро насмехаться над не симпатичными ему личностями и очень редко прощал обиды. С выдающимся основателем советской и в значительной мере русской физической школы А.Ф. Иоффе (1880–1960), руководившим Ленинградским физико-техническим институтом, отношения у него, мягко говоря, не сложились.

Еще в 1920-е гг. академик Иоффе стал развивать в Физико-техническом институте перспективные исследования физики ядра, полимеров и полупроводников. Особенно существенные успехи были достигнуты в области физики полупроводников, что связано с исследованием механизмов проводимости на границе «металл — полупроводник», теорией термоэлектрогенераторов и получением новых полупроводниковых материалов. Это положило начало целым направлениям в физике твердого тела, полупроводников и диэлектриков.

Протонно-нейтронная модель ядра Д. Д. Иваненко

Атомное ядро является очень компактной областью в самом центре атома, включая практически всю его массу и положительный электрозаряд. Ядро, удерживая вблизи себя кулоновскими силами электроны в количестве, компенсирующем его положительный заряд, образует нейтральный атом. Средний размер ядер колеблется около 10–12 см, более чем на четыре порядка уступая диаметру всего атома — 10-8 см. При этом плотность ядерного вещества может достигать 230 млн тонн в кубическом сантиметре.

Атомное ядро было открыто в 1911 г. в серии экспериментов по рассеянию альфа-частиц тонкими золотыми и платиновыми фольгами, выполненных в Кембриджском университете Э. Резерфордом. Ядерный состав был неизвестен до 1932 г., когда после открытия Дж. Чедвиком нейтрона выдающийся советский физик Д.Д. Иваненко создал модель ядерной структуры, состоящей из протонов и нейтронов.

Совершенно необдуманно Ландау решил превратить в объект шуток фамилию своего директора и на манер идиша называл его не иначе как «жопффе», ну и Абрам Федорович, не оставаясь в долгу (характер у него тоже был далеко не сахар), величал Дау «выскочкой, сосунком, у которого еще молоко на губах не обсохло», а всю, тогда еще неразлучную, троицу друзей — Ландау, Гамова и Иваненко — не иначе как «хам, хамов и хамелеон».

Вот так в распоряжении директора И.В. Обреимова оказался один из самых выдающихся теоретиков современности, отправленный подальше с глаз долой из Ленинградского физтеха академиком Иоффе. Сразу же по приезде в Харьков Ландау был назначен заведующим теоротдела, или, как тогда считалось по системе бригадного подряда, бригадиром бригады теоретиков Физико-технического института. Вскоре стало ясно, какой неоценимый подарок сделал харьковчанам Иоффе, ведь под руководством молодого профессора Харьков превратился в центр теоретической физики мирового уровня. Вскоре сюда стали съезжаться ученые из других городов, как для неформального общения, так и для обсуждения самых разных научных проблем, включая совместную разработку перспективных планов организации теоретических исследований и постановки новых экспериментов. Понимая важность научных связей, в том числе личного характера, Обреимов всячески содействовал организации на базе Харьковского физтеха различных школ, семинаров, коллоквиумов, симпозиумов и конференций, в которых участвовали и видные зарубежные физики.

Особенно представительной и интересной была третья Всесоюзная конференция по теоретической физике, состоявшаяся весной 1934 г. В ней Ландау принимал самое активное участие; на ней собралось множество представителей научного мира из Москвы, Ленинграда и Харькова, при этом участвовало несколько иностранных делегатов, среди которых был сам Нильс Бор (1885–1962). На открытии конференции с пламенным приветствием «пролетариям умственного труда» выступил тогдашний нарком просвещения В.П. Затонский, а после него Бор сделал блестящий научно-популярный доклад «Проблемы причинности в атомной физике».

Тематика этого международного теорфизического форума была настолько обширна, что охватывала почти все основные разделы физической науки того периода. Особенно выделялось направление, включавшее доклады по расчетам передачи, приема и взаимодействия мощных потоков электромагнитной энергии. Здесь чувствовались не только отголоски уже пошедшего на убыль ажиотажа вокруг «лучей смерти», но и первые зерна будущей теории квантовой электродинамики (КЭД).

Сегодня именно КЭД как квантово-полевой раздел физики электромагнитных взаимодействий является теоретической основой всех без исключения проектов по созданию тех или иных генераторов мощного и сверхмощного излучения. И это в общем-то понятно, ведь если классическая электродинамика Максвелла рассматривала исключительно непрерывные свойства электромагнитных полей, то в основу КЭД заложены представления о том, что электромагнитное излучение обладает как непрерывными, так и дискретными свойствами, носителей которых выявил еще Эйнштейн, строя теорию фотоэффекта. Речь идет о квантах электромагнитного поля — фотонах, и само взаимодействие частиц, обладающих зарядом, таких как электроны и протоны, с электромагнитным излучением в рамках КЭД рассматривается как поглощение и испускание микрочастицами фотонов.

Причем КЭД не только прекрасно объясняет все основные эффекты взаимодействия излучения с веществом, но и последовательно описывает электромагнитные взаимодействия между самими заряженными микрочастицами. Фактически КЭД разрешает все теоретические проблемы, с которыми сталкивалось большинство незадачливых изобретателей «лучей смерти», включая тепловое излучение тел, рассеяние рентгеновских и гамма-фотонов на электронах, протонах и прочих заряженных частицах, излучение и поглощение фотонов молекулами и атомами, испускание фотонов при пролете быстрых электронов в электромагнитных полях и другие процессы генерации, рекомбинации и взаимодействия элементарных заряженных частиц.

Ландау и Гамов (стоят в центре второго ряда) вместе со своим научным руководителем Я. Френкелем (сидит ниже в первом ряду) среди сотрудников Ленинградского физтеха

Будущая школа физиков уверенно развивалась, становилась на ноги. К Ландау устремилось много молодых людей различных способностей и различных вкусов. Неизбежно возникла необходимость научиться сортировать желающих и отбирать тех из них, которые смогли бы стать теоретиками-профессионалами.

Ландау считал, что заниматься теоретического физикой без предварительных глубоких и прочных знаний бессмысленно. Но изучать физику, по мысли Ландау, значило прежде всего уметь выбирать, что стоит и чего не стоит изучать.

Ю.Б. Румер. Странички воспоминаний о Л.Д. Ландау

Прослушав целый ряд докладов, где так или иначе затрагивались вопросы будущей теории КЭД, Ландау продолжал относиться к подобным попыткам теоретизирования с большой предвзятостью, но тон его реплик с неизменным «ахинея» стал несколько неуверенным. Много интересного можно было услышать в кулуарах конференции, здесь не только продолжались обсуждения новых радиоэлектронных приборов, но затрагивались и принципы радиолокации, межпланетной радиосвязи и даже прием радиоизлучения планет, Солнца и далеких звезд. Обсуждался здесь и сборник статей знаменитого физика Поля Дирака, одна из которых носила весьма многообещающее название «К вопросу о возможности электромагнитной фокусировки высокоэнергетического излучения атомных корпускул»…

Один из учеников, коллег и соавторов Ландау, человек трудной судьбы Ю.Б. Румер (1901–1985), прошедший тюрьмы и сталинские лагеря, так вспоминал о тех бурных годах становления советской физики:

В Харькове около 1936 г. стала возникать школа Ландау. Появились первые ученики. Своеобразие возникавшей школы заключалось в том, что учениками Ландау были его однолетки или люди моложе его лишь на несколько лет. Все ученики были на «ты» друг с другом и с учителем. Когда они собирались вместе, то эти собрания напоминали по духу собрания способных студентов, готовящих свои дипломные работы, а не семинары у знаменитого на весь мир ученого.

Очень часто ученики вступали в спор с учителем. Иногда Ландау терпеливо опровергал мнение какого-нибудь из своих ретивых оппонентов, а иногда заканчивал спор вопросом: «Кто кого обучает: ты меня или я тебя? Не мое дело искать ошибки в твоих рассуждениях. Укажи мне лучше ошибки в моих»…

Между тем, даже не подозревая, что ступает на драматический путь в лубянские застенки НКВД, профессор Ландау, немного остыв от накала страстей на теоретических конференциях, где он окончательно и бесповоротно поругался со своим самым близким другом Иваненко, широко развернул педагогическую деятельность. Он преподает целый ряд физических курсов, заведуя кафедрой теоретической физики на физико-механическом факультете Механико-машиностроительного института (бывшей «техноложки», а ныне политеха), а потом и кафедрой общей физики Харьковского университета.

Его ученик и соавтор, впоследствии академик И.Я. Померанчук (1913–1966) писал:

Он[7] считал, что без свободного владения математическим аппаратом в теоретической физике делать нечего. Причем степень этого владения должна быть такой, чтобы возникающие математические затруднения не отвлекали внимания и не уводили в сторону от физического содержания задачи. Искусство же владения техникой вычислений могло быть достигнуто только достаточными тренировками. И первое, что требовалось от претендентов в теоретики, — это выдержать испытание по математике в ее практических аспектах. Кто успешно проходил через это испытание, тот мог приступить к сдаче экзаменов по физической части программы теорминимума, включающей основные знания по семи разделам теоретической физики: механике, теории поля, квантовой механике, статистической физике, механике сплошных сред, электродинамике, релятивистской квантовой теории. По мнению Л.Д. Ландау, этими знаниями должны обладать все теоретики вне зависимости от будущей специальности.

Но главным местом работы Ландау оставался УФТИ, в котором первоначально, когда там только появился молодой ленинградский теоретик, превалировала тематика физики низких температур. Но в харьковский период у Ландау возник глубокий интерес не только к низкотемпературным свойствам веществ и материалов, ведь из семнадцати опубликованных Ландау в те годы работ только четыре касались в той или иной степени низкотемпературной тематики.

Какие же еще проблемы могли заинтересовать Льва Давидовича в те годы? Выяснить это довольно просто, зная, что далее произошло с основной тематикой теоротдела. Через несколько десятилетий от УФТИ, ставшего уже к тому времени ХФТИ, последовательно отпочковались два исследовательских центра — ФТИНТ (Физико-технический институт низких температур) и ИРЭ (Институт радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова). Какие же научно-исследовательские работы 1930-х гг. могли развиться в последующую спецтематику одного из самых загадочных НИИ нашего города? Единственно, о чем я твердо знал после работы на «фирме Королева», это то, что ИРЭ имел самое непосредственное отношение к сверхсекретному проекту «Гранит-М», в свое время сильно попортившему нервы американским стратегам «звездных войн». Сколько бы Рейган ни устраивал разгонов аэрокосмическому командованию США, американским военным инженерам при невообразимо раздутом, многомиллиардном бюджете Пентагону так и не удалось продвинуться в создании аналога «изделия № 2013» — квантового агрегата «Терра». Причем теоретики ИРЭ во главе с М.И. Кагановым задолго до устрашающих американских экспериментов с ядерной накачкой оптического квантового генератора (ОКГ) убедительно доказали полную бесперспективность «атомных рентгеновских сверхлазеров», сэкономив тем самым государству сотни миллионов, если не миллиардов рублей…

О многих профессиональных интересах харьковских теоретиков в 1920-е и 1930-е гг. можно узнать по тематике соответствующих статей, публиковавшихся в новом институтском издании «Физический журнал Советского Союза». Надо заметить, что это был один из первых послереволюционных журналов, выходивших на английском и немецком языках, что сделало его весьма популярным среди ученых, стремившихся заявить свой приоритет в мировой науке. Высокий уровень журнала поддерживала весьма не простая процедура апробации всех без исключения публикуемых материалов, включавшая обсуждение работы на внутриотдельском семинаре, а затем доклад на ученом совете физтеха. Пройти все эти этапы было не так уж и просто, ведь в ученый совет входили все ведущие научные сотрудники института, заседавшие два раза в месяц и достаточно придирчиво рассматривавшие все рукописи, по которым, кроме докладчика, выступал еще и официальный оппонент, назначавшийся из основных сотрудников УФТИ.

Итак, в записях УС УФТИ можно найти довольно любопытные темы, такие как доклад Л.Д. Ландау и Я.С. Кана «О концентрации тормозного излучения в переменных силовых полях», причем ученый совет рекомендовал доработать статью в плане практического приложения и для этого организовать совместное исследование теоретической и радиофизической бригад. Чтобы понять смысл этой рекомендации для сугубо теоретического исследования, надо уточнить, что кроме обсуждения научного творчества сотрудников на ученом совете УФТИ заслушивались планы работ всех лабораторий института, решались вопросы о развитии той или иной тематики, определялись перспективные направления исследований, а также проблемы «воплощения науки в практику».

Конечно, ведущие научные сотрудники как руководители бригад-отделов имели льготы при подаче материалов в печать, но некоторые из них, подобно Ландау, никогда не пользовались своими привилегиями. Бывали случаи, когда эта чрезмерная щепетильность сильно вредила публикации. С Ландау нечто подобное произошло при разработке теоретической модели сверхнового взрыва. Проведя все необходимые расчеты на основе имеющихся на то время астрофизических данных, Лев Давидович пришел к выводу, что в результате взрыва сверхновой должно возникнуть новое физическое тело в виде сверхплотной звезды, состоящей исключительно из ядерных элементарных частиц — нейтронов.

В 1930-х гг., после создания основ квантовой механики и открытия нейтрона, астрофизики интенсивно исследовали эволюцию звездных объектов. После того как английский физик Джеймс Чедвик (1891–1974) открыл нейтрон, судьба массивных звезд значительно прояснилась, поскольку тут же появились теоретические работы, показывающие, как гигантское тяготение могло бы вдавить свободные электроны в протоны, превратив их в еще одни ядерные частицы, электрически нейтральные нуклоны — нейтроны. Так могли бы рождаться удивительные небесные тела, названные нейтронными звездами, состоящие из вещества совершенно невероятной плотности. Кубический сантиметр такой материи может весить миллиард тонн, а нейтронная песчинка уравновесила бы мощный локомотив.

Позднее известные астрономы Фриц Цвики и Вальтер Бааде выдвинули гипотезу о том, что вспышки сверхновых звезд представляют собой совершенно особый тип звездных взрывов, вызванных катастрофическим сжатием ядра звезды.

Между тем к аналогичным выводам Ландау пришел еще в конце 1920-х гг., развивая свои идеи о том, к чему же может привести гравитационный коллапс звезд на промежуточных этапах. Но самое интересное, что постановка задачи у Льва Давидовича была более чем оригинальная. Великий теоретик рассматривал гравитационный коллапс некоего сверхгигантского плазмоида в виде сфероида, состоящего из закрученных слоев нестабильной плазмы, который находился в очень мощном пульсирующем электромагнитном поле, «накачивающем» его колоссальной энергией. Забегая вперед, заметим, что к данной задаче, в том или ином ее аспекте, Ландау придется возвращаться снова и снова, рассматривая не только естественные звездные плазмоиды, но и их искусственные аналоги, в том числе состоящие из «холодной» плазмы шаровые молнии. Надо сказать, что Ландау очень редко комментировал постановочную фазу своих оригинальных решений, но именно в данном случае заметил, что данную задачу он рассматривал, еще когда стажировался в Цюрихе у Вольфганга Паули (1900–1958). В своих мемуарах Пайерлс отмечал, что изначальная постановка задачи принадлежала самому Паули, который «очень живо интересовался проблемами беспроводной переброски гигантских энергетических импульсов». А мы уже знаем, что единственным человеком в мире, который весьма серьезно относился к данной проблеме как в теории, так и в практике, был именно Никола Тесла. Получается, что еще в период своих зарубежных стажировок великий теоретик соприкоснулся с творчеством великого изобретателя.

Надо сказать, что в те времена еще доносились отзвуки революционной вольницы, поэтому и в научной среде проводилась масса собраний. Вот и институтские семинары проходили довольно оживленно, интересно и, можно даже сказать, весело. Конечно же, по своему характеру Дау в подобных мероприятиях принимал всегда самое активное участие. Помимо общеинститутского, он сразу же по переезде из Ленинграда организовал еще и теоротдельский семинар. Правда, посторонних лиц он туда старался не приглашать, ведь члены его бригады могли говорить там довольно странные вещи…

Патриарх харьковской физической школы, действительный член Украинской академии наук А.И. Ахиезер, как свидетель становления научных исследований Харьковского физтеха, вспоминал, что к началу деятельности Ландау в УФТИ развивались экспериментальные исследования в следующих направлениях: ядерная физика и ускорители, физика низких температур, физика твердого тела, радиофизика. И если первые два направления широко известны, то вопрос о том, какие же специальные проблемы решались в радиофизике и как в них участвовал Ландау, все еще обсуждаются историками науки.

Между тем стремительно надвигалась середина 1930-х, знаменующая собой начало «эпохи большого террора» и унесшая с собой жизни столь многих замечательных ученых, составлявших, без всякого преувеличения, цвет советской науки. Попал в кровавые жернова политических репрессий и Ландау, но произошло это по необычным причинам и довольно странным образом — при опосредованном участии все того же… творческого наследия Теслы…

Данный текст является ознакомительным фрагментом.