Никола Тесла. Наследие великого изобретателя

Однако в дневниковых записях изобретателя можно найти только приблизительную схему прибора, нет там даже простенького эскиза резонатора, а ведь Тесле пришлось одному из первых решать очень непростые технические задачи. К примеру, резонатор нужно было настроить на излучаемую длину волны, подобно тому как органист настраивает трубы органа на определенные звуковые колебания. Поэтому сам по себе резонатор должен был иметь не только строго определенные размеры, но и быть способным отражать во внутренней полости все попавшие туда электромагнитные волны. Сегодня радиофизики говорят, что подобные конструкции должны быть «высокодобротными», то есть их КПД должен быть достаточно высок.

По свидетельству еще одного американского исследователя наследия изобретателя Морриса Джессупа, Тесла при разработке своих схем магнетронов совершенно случайно наткнулся на одну из работ Эйнштейна по квантовой оптике (скорее всего, это была перепечатка уже упомянутой статьи «Квантовая теория излучения»). По Джессупу, в этот период великий изобретатель как раз решал вопрос о том, как развивать дальнейший поиск: разрабатывать все более мощные и сложные магнетроны? Попытаться нащупать пути управления резонансом стоячих электромагнитных волн в земной атмосфере? Или же пойти по совершенно новому пути проектирования сверхмощного генератора когерентного излучения? После долгих раздумий Тесла решил все же пойти по первому пути и приступить к созданию своей знаменитой «лучевой пушки», или «орудия Теслы». Однако Джессуп считал, что и теория вынужденного квантового излучения каким-то образом существенно повлияла на последующие проекты Теслы.

Схема устройства магнетрона

Коллега Джессупа Винсент Гэддис считает, что именно после знакомства с работами Эйнштейна Тесла почему-то пошел по пути создания сложнейших многокамерных поликонтурных магнетронов. В скудных на технические детали комментариях самого изобретателя можно только встретить пространные рассуждения о важности применения при генерации «направленных самофокусирующихся потоков излучения» схем с использованием «многократной ступенчатой электромагнитной обратной связи». Далее Тесла говорит об открытом им некоем универсальном принципе конструирования излучателей, когда резонатор превращает усилитель в генератор «очень мощного потока лучей, способного преодолевать громадные расстояния». При этом первоначальные весьма незначительные по мощности колебания многократно подаются «на вход» схемы, все более и более усиливаясь. Так процесс генерации начинает преобладать над потерями релаксации, и если в данный момент связать резонатор с излучателем, то в «толще мирового электрического эфира как носителя любого электромагнитного действия» сформируется тот самый «сверхтонкий луч электрической природы», о котором впоследствии многократно упоминал изобретатель.

В принципе нечто подобное через 35 лет сделали выдающиеся советские ученые А.М. Прохоров и Н.Г. Басов, назвав свой прибор квантовым генератором радиодиапазона — мазером.

И здесь нам, чтобы понять логику дальнейших событий и судьбу разработок Теслы, переданных «Армторгу», придется перенестись в крупнейший промышленный и научный центр молодой советской Украины — Харьков и поприсутствовать на одной из первых международных конференций по теоретической физике, организованной в СССР.

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…

Глава 11. Дело УФТИ

После переезда Ландау в Харьков УФТИ стал одним из лучших мировых центров физической науки.

Цели Ландау были ясны и определенны с самого начала: создание теоретического отдела, выявление творческой молодежи и работа с ней, научная деятельность в области теоретической физики, педагогическая работа в вузах Харькова, написание книг и обзоров по теоретической и общей физике, взаимодействие с экспериментаторами УФТИ.

А ему было в это время 24 года!

А.И. Ахиезер. Учитель и друг

Школа Ландау возникла не стихийно, она была задумана, запрограммирована, как теперь говорят, а теорминимум стал механизмом, позволявшим производить в течение многих лет селекционную работу — собирание талантов.

И.М. Халатников. Школа Ландау

Сотрудники института работали с огромным энтузиазмом. Творческий накал был характерен буквально для всех исследований, проводимых в институте, и он соответствовал тому духу энтузиазма, который господствовал в стране. В 1932 г. в УФТИ впервые в СССР была произведена ядерная реакция расщепления ядра лития (К.Д. Синельников, А.И. Лейпунский, А.К. Вальтер, Г.Д. Латышев). Об этом событии институт рапортовал «самому» Сталину. В рапорте говорилось:

«Украинский физико-технический институт в Харькове в результате ударной работы к XV годовщине Октября добился первых успехов в разрушении ядра атома. 10 октября высоковольтная бригада разрушила ядро лития: работы продолжаются».

А.И. Ахиезер. Учитель и друг

Памятный знак в честь расщепления атомного ядра

Для того чтобы хоть как-то осмыслить логическую канву последующих трагических событий, развернувшихся в Харьковском физтехе и известных в истории отечественной науки как «дело УФТИ», надо поближе познакомиться с довоенными планами научной работы института. Первое, что бросается в глаза, когда листаешь пожелтевшие архивные листки с выцветшими фиолетовыми чернилами и «слепой» машинописью, — это то, каким необычным и сверхдемократичным, даже по современным понятиям, было руководство и самоуправление научно-исследовательской работой. Главная стратегическая линия научного поиска формировалась на основании решений институтского директората, по представлению необходимых материалов научными руководителями отделов-бригад. При этом обязательно учитывалось мнение рядовых членов бригады, штатных и внештатных консультантов и даже участников научных конференций. После учета всех конструктивных предложений план научного поиска окончательно согласовывался на так называемых отраслевых конференциях. Долгое время, вплоть до введения пропускного режима, на эти мероприятия мог попасть любой желающий и выступить со своими соображениями. Рекомендации отраслевых конференций суммировались и выносились на общее собрание УФТИ, где и верстался годовой план научно-исследовательской деятельности.

Таким образом, получалось, что все бригады-отделы участвовали как в формировании индивидуального плана работ, так и в составлении генерального общеинститутского годового плана. Уточнив все детали своих рабочих планов, каждая бригада получала квартальный наряд с конкретным перечнем и сроками выполнения научных исследований, а также списочным составом всех задействованных исполнителей. После этого расчетно-сметный отдел институтской бухгалтерии проводил калькуляцию стоимости всех работ и материалов, выдавая научному руководителю — бригадиру расходную чековую книжку на соответствующую сумму. Еженедельно начальник отдела как обыкновенный бригадир проводил закрытие нарядов на ту или иную работу из квартального плана, на основе чего составлялась «оперативная шестидневка выполняемых заданий» в виде недельного плана с индивидуально-групповой разбивкой научно-исследовательской тематики.

Все участники тех далеких событий вспоминали, с каким энтузиазмом молодые ученые выполняли свои научно-технические задания. Вначале рабочий день научных сотрудников был совершенно не регламентирован и энтузиасты намного превышали установленные средние нормы. С первых дней существования УФТИ в нем была создана весьма приличная научная библиотека, укомплектованная всеми ведущими мировыми периодическими изданиями по физике. Почти у каждого научного сотрудника был свой ключ от научной библиотеки, и он мог пользоваться ею в любое время дня и ночи.

Первый директор УФТИ ИВ. Обреимов вспоминал:

…Ядро института состояло почти исключительно из молодежи, инициативной, работоспособной, дружной, легко понимающей друг друга и работающей с полной творческой самоотдачей. Заведующие отделами и лабораториями были товарищами членов своей бригады… вместе с ними работали и проводили досуг. Не ощущалось бюрократических порядков, и не было надобности регистрировать время прихода и ухода с работы, сколько было нужно, столько и работали, даже ночью. Лишь начиная с 1935 г., после того как институту был поручен целый ряд работ оборонного значения, включавших разработку мощных генераторов коротких волн, авиационных двигателей на жидководородном топливе и ядерных центрифуг, в УФТИ начал внедряться режим секретности. Территория института была огорожена, выставлена охрана, и появилась пропускная система с проходными и вахтерами. Правда, в течение некоторого времени ведущие научные сотрудники института пытались игнорировать пропускную систему, что привело к усилению конфронтации между учеными и режимным отделом и сыграло определенную роль в последующих трагических событиях.

Любопытно, что Дау, будучи ярым противником пропускного режима как «насилия над свободой личности», сам довольно жестко подходил к некоторым моментам организации внутреннего распорядка своей теоретической бригады. Теоротдел, по мнению Ландау, вовсе не должен был напоминать собрание «свободных художников-теоретиков», а наоборот, представлять собой глубоко целостную организацию, с твердой исполнительской дисциплиной, обязательной сдачей всеми без исключения сотрудниками своеобразных и очень непростых экзаменов по теоретической физике, строго обязательным участием в работе теоретического семинара и упорными научными исследованиями по профильной тематике. Конечно, как профессор Ландау всегда уделял много внимания выявлению способной творческой молодежи, однако его педагогическая деятельность в харьковских вузах носила несколько однобокий характер — она была направлена исключительно на талантливых студентов, хорошо владеющих математическим аппаратом теоретической физики, что было довольно редким явлением в те годы.

Естественно, что столь необычная личность молодого профессора вызывала признание и восхищение только в узком кругу творческой молодежи. С одаренными студентами он был общителен и доступен, постоянно обсуждая с ними самые сложные и необычные физические проблемы. Вокруг него сформировалось своеобразное немногочисленное сообщество энтузиастов, интересующихся теорфизической проблематикой и даже желающих проводить совместные исследования. Однако Ландау отчетливо понимал, что многие из этих одаренных личностей все равно не имеют достаточной профессиональной подготовки, чтобы работать в теоретической физике «на мировом уровне». Поэтому с начала 1933 г. Лев Давидович приступил к разработке своего знаменитого теорминимума, включающего минимальпую программу необходимых знаний из самых различных областей математической физики.

Большое значение придавал Ландау и всестороннему овладению математической техникой, крайне необходимой любому теоретику для решения конкретных физических задач. Через много лет Померанчук вспоминал:

Л.Д. Ландау многим помог войти в большую науку, вовлек их своим энтузиазмом, своим трудом, своими советами и установками, своим примером. Овладение его теорминимумом явилось одним из наиболее прямых способов вхождения в постоянный научный контакт с ним. Можно сказать, что теорминимум явился той основой, на которой возникла его научная школа. Практически все его ученики и сотрудники, образовавшие эту школу, прошли через теорминимум.

Л.Д. Ландау требовал от своих учеников знания основ всех методов современной теоретической физики, и только после овладения ими они могли заниматься конкретными физическими задачами, обязательно сочетая научную работу с преподавательской, причем читаемые ими курсы каждый раз менялись, так что молодые теоретики становились специалистами широкого профиля. Л.Д. Ландау считал, что теоретик должен «вчерне» знать всю теоретическую физику и преподавательская деятельность должна ему в этом помочь.

Органически связанным с теорминимумом был и многотомный курс теоретической физики, написанный Л.Д. Ландау с Е.М. Лифшицем и представляющий собой серию монографий, в котором дается современное изложение основных разделов теоретической физики. Идея курса родилась в Харькове, там же началась и ее реализация. Уже в те далекие годы, хорошо представляя себе теоретическую физику как единую и цельную дисциплину со своей логикой и общими принципами, Л.Д. Ландау решил воспроизвести ее в виде полного курса, тесно связанного с его программой теорминимума.

Кроме того, Дау активно взаимодействовал с экспериментаторами института, много консультировал производственников и, конечно же, занимался собственными научными исследованиями. Несомненно, что харьковский период был для Льва Давидовича очень напряженным и плодотворным в научном отношении, ведь именно тогда началась реализация его идей по обучению теоретической физике и было положено начало знаменитой теоретической школы Ландау.

Один из бывших сотрудников теоротдела УФТИ Н.Е. Алексеевский так дополняет рассказ любимого ученика Ландау о том непростом периоде становления харьковской школы теоретической физики:

В то время он[8] уже был признанным главой харьковской школы теоретической физики. Он ввел в УФТИ сдачу теорминимума не только для теоретиков, но и для экспериментаторов: он считал, что многие экспериментаторы плохо знают физику и поэтому зачастую неправильно ставят эксперимент. (Он любил повторять по этому поводу: «Господи, прости им, ибо не ведают, что творят».) Научная молодежь УФТИ того времени буквально трепетала перед ним, так как экзамен он принимал чрезвычайно строго. На экзаменах в Харьковском университете, где он преподавал параллельно с работой в УФТИ, он поставил однажды больше 50 % двоек…

В общении с людьми он был очень прост, однако любил острое слово и часто в научной беседе мог зло высмеять собеседника. Он не признавал чинов и званий, не любил напыщенных выражений, потешался над словом «ученый», говоря, что учеными могут быть только коты (по-видимому, имея в виду кота из сказки Пушкина). Его острый язык способствовал тому, что у него было много не только преданных ему учеников, но и недоброжелателей.

Между тем хорошо известно, что в 1930-е гг. в УФТИ существовало два приоритетных направления исследований — физика ядра и физика низких температур. Первым направлением руководил А.И. Лейпунский, а вторым — И.В. Обреимов. В то время Харьковский физтех был единственным научным центром, где целенаправленно развивалась экспериментальная и теоретическая ядерная физика. На этом в свое время настоял сам директор УФТИ Лейпунский, поскольку считал необходимым применить свой опыт и знания, полученные в Ленинградском физтехе при разработке высоковольтных трансформаторов. Подобная техника широко применялась именно в экспериментальных атомных исследованиях, о чем их главный исполнитель К.Д. Синельников (1901–1966) прекрасно знал, проведя два года на стажировке в лаборатории одного из основателей экспериментальной атомной физики Эрнеста Резерфорда (1871–1937). Там он внимательно наблюдал за работой английских ученых Джона Кокрофта (1897–1967) и Эрнеста Уолтона (1903–1995), разрабатывавших лабораторную установку для ускорения протонов с помощью высоких напряжений и расщепления ими атомного ядра.

Именно так профессор Синельников и стал руководителем высоковольтной бригады института, и с середины 1931 г. его научный коллектив начал интенсивную подготовку технической базы для исследования атомов элементарных частиц, разогнанных электрическим полем. Любопытно, что в это же время харьковский физтех посетили и сами Кокрофт с Уолтоном, которых Синельников несколько необдуманно ознакомил с перспективной схемой каскадного генератора высокого напряжения, разработанного его сотрудниками, на прообразе которого уже через год англичане смогли осуществить эксперимент по протонному расщеплению ядра атома лития.

Почему же харьковские ученые и инженеры, с большим энтузиазмом проводившие эксперименты по ускорению ядер гелия и водорода, первыми не достигли решающего результата? Наверное, это было связано с тем, что проблема создания установки для ускорения частиц в то время содержала в себе не менее трех важных задач, включавших конструирование тысячевольтных источников напряжения, сооружение вакуумированных колб, способных выдержать высокое напряжение, и создание ионных «пушек», выстреливающих поток микрочастиц по оси вакуумной трубки в камеру с атомной мишенью. При этом отечественные ядерщики, как и английские физики, во всем были первопроходцами или по крайней мере таковыми себя считали.

Самое удивительное здесь было то, что именно Ландау разубедил Лейпунского использовать перспективную схему высоковольтного каскадного генератора! При этом он в типичной для него резкой манере, поминая «патологов», придумавших эту «полную ахинею», доказывал, что еще во время своей заграничной командировки слышал от сотрудников Бора (в другой раз он говорил, что это был Пайерлс), что американские инженеры изобрели особый ламповый ускоритель, в котором ионы мгновенно разгонялись с помощью одноступенчатого импульсного генератора высоких напряжений Теслы.

Между тем профессор Лейпунский всегда находился под сильным влиянием Дау, считая его непревзойденным авторитетом во всех областях науки. Естественно, что создание генератора Теслы было тут же включено в план работ. Прошло не меньше года, прежде чем окончательно выяснилось, что генератор Теслы, по крайней мере в его классической компоновке, малопригоден в опытах по расщеплению атомного ядра. Любопытно, что страсти вокруг этого эксперимента замечательно описаны А.К. Вальтером (1905–1965) в его книге «Атака атомного ядра», но в ней практически не упоминается негативная роль экспертного мнения «гения Дау».

В мае 1932 г. в самый разгар работ по сооружению электростатического ускорителя пришло сообщение о том, что Кокрофт и Уолтон впервые в мире сумели расщепить ядро лития ускоренными протонами. Это сообщение вызвало тем большее уныние в высоковольтной бригаде, когда выяснилось, что в своих опытах британцы успешно использовали именно ту самую схему каскадного генератора высокого напряжения, которую разработал Синельников и на прообразе которого через год после посещения УФТИ и был осуществлен эксперимент по расщеплению атомного ядра.

И дело было не только в потере приоритета исследований — стало ясно, что бригада находилась на ложном, тупиковом пути. Импульсные резонансные трансформаторы Теслы, которые казались весьма удачными для получения высоких напряжений в системе электростатистического ускорителя протонов, на самом деле были малопригодными в ядернофизических экспериментах.

После бурных и продолжительных дебатов высоковольтная бригада решила переориентироваться на генераторы постоянного напряжения с использованием высоковольтной установки на основе трансформаторов Коха — Штерцеля. Новое оборудование создавалось около четырех месяцев, и в начале октября 1932 г. было получено напряжение в 350 000 вольт. А уже 10 октября группой К.Д. Синельникова в составе А.И. Лейпунского, А.К. Вальтера и Г. Д. Латышева впервые в Советском Союзе был воспроизведен опыт Кокрофта-Уолтона по расщеплению ядра лития искусственно ускоренными протонами.

В прессе появились броские сообщения: «Разрушено ядро атома», «Крупнейший успех советских ученых», «Атомная крепость взята!», сопровождаемые восторженными откликами на открытие харьковских физиков. Однако целый ряд ученых, в основном коллег Ландау, отнесся к данному достижению с большой иронией. Подобным образом Ландау встречал все свои крупные промахи и просчеты, прикрывая их сарказмом и фиглярством. Так, на очередном «научном капустнике» Ландау выступил с собственной юмореской, где с самым серьезным видом сообщил об успехах сотрудников своего теоротдела и предложил отправить правительственную телеграмму: «Продифференцировали синус, получили косинус, работы продолжаются».

Комментируя доклад А.Ф. Иоффе на мартовской сессии АН СССР 1936 г., он добавил:

Необходимо признать, что у нас нередко приходится слышать относительно той или иной работы, часто даже посредственной, что она гениальна, приходится слышать относительно ее громадного значения в науке, относительно того, как она опережает западноевропейскую науку и так далее. Напомню здесь известный пример с телеграммой Синельникова и Вальтера, адресованной товарищам Сталину и Молотову, относительно достижений в расщеплении атомного ядра. Повторение опыта Кокрофта и Уолтона, которое в дальнейшем не привело ни к каким особым результатам, было в этой телеграмме выдано за какое-то громадное достижение науки, чуть ли не за опережение работы Кавендишской лаборатории во главе с Резерфордом.

Все это прозвучало на фоне бравурного выступления академика Иоффе, в частности, перечислявшего основные достижения харьковских физиков и выделявшего среди них именно расщепление атомного ядра. Несомненно, подобное поведение «изгнанного хама», как характеризовал своего бывшего сотрудника Абрам Федорович, отнюдь не способствовало улучшению их отношений.

Первое лабораторное оборудование для наблюдения расщепления атомных ядер

Процесс расщепления атомного ядра на два-три ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: легкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего с нейтронами). Деление тяжелых ядер — экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.