Наши в Европе
Советские физики и «революция вундеркиндов»
«Ах, нет, Ландау, подумайте сами»
На коллоквиуме по теоретической физике в Берлине в 1929 году Пауль Эренфест познакомил недавно приехавшего из Ленинграда юного Льва Ландау с другим гостем из СССР — Юрием Румером. С новым знакомым, ставшим впоследствии добрым другом, Лев поделился своей печалью: «Подобно тому, как все хорошие девушки уже разобраны и замужем, так и все хорошие задачи уже решены. И вряд ли я найду что-нибудь среди оставшихся»1.
С тезисом о «хороших девушках» можно спорить, а вот в отношении «хороших задач», если под ними понимать проблемы, определяющие революцию в науке, Лев Давидович Ландау был по сути прав: так называемая революция вундеркиндов2 1925—1927 годов, в результате которой была создана квантовая механика, совсем недавно прошла без его заметного участия. Хотя одну «хорошую задачу» он всё же успел решить — в 1930 году исследовал «квантование движения электрона в постоянном магнитном поле», и «диамагнетизм Ландау» наряду с «парамагнетизмом Паули» стал классикой нерелятивистской квантовой механики.
По сравнению с недавно вырвавшимся за границу Львом Ландау Юрий Борисович Румер мог считаться старожилом Европы — впервые он попал в Германию в 1926 году. К этому времени он уже окончил Московский университет, получив хорошее математическое образование. Румер был дружен со многими членами знаменитой Лузитании, группы математиков, сплотившейся вокруг Николая Николаевича Лузина. В дальнейшем они образуют костяк Московской математической школы. Их имена говорят сами за себя: А. Н. Колмогоров, П. С. Александров, Л. Г. Шнирельман, П. С. Новиков, Л. А. Люстерник, И. Г. Петровский, М. А. Лаврентьев, А. А. Ляпунов... Со многими из них Румер был близко знаком. Хорошей математической подготовкой Юрий Борисович выгодно отличался от многих коллег-физиков.
Отец Юрия Борис Ефимович Румер до революции торговал льном. Этим же он продолжал заниматься и при советской власти в Наркомате промышленности и торговли, экспорт льна был важным источником валютных поступлений в страну. Борис Ефимович смог выхлопотать для сына двухгодичную командировку в Высшую политехническую школу в Ольденбурге. Два года провёл Юрий в этом городе и, получив диплом преподавателя, отправился в 1929 году в Гёттинген, куда стремились молодые физики со всего света.
Румер прибыл в этот университетский городок не с пустыми руками — им была написана статья по так называемой шестимерной теории относительности (попытка построить единую теорию поля, чем в те годы занимался Альберт Эйнштейн). Эта работа заинтересовала Макса Борна, который рекомендовал её к публикации в Известиях Гёттингенской академии наук. Вот что Борн писал Эйнштейну 12 августа 1929 года: «Некоторое время назад здесь всплыл молодой русский с шестимерной теорией относительности в багаже. Поскольку я даже к различным 5-мерным теориям отношусь с опасением и без больших надежд, что этим путём можно достичь красивых результатов, то я был настроен очень скептично. Но молодой человек говорил разумно и вскоре убедил меня, что в его идее что-то есть. Несмотря на то, что в этих вещах я понимаю меньше эпсилон, я представил эту работу Гёттингенской академии наук и посылаю тебе оттиск со срочной просьбой прочитать и высказать своё мнение. Этот человек, по имени Румер, уехал из России, поскольку с относительщиками там плохо обходятся (серьёзно!). Считается, что теория относительности противоречит официальной материалистической философии, и её приверженцы подвергаются гонениям. Иоффе мне об этом ещё раньше рассказывал»3.
Борн просил Эйнштейна, если работа Румера произведёт на него впечатление, взять его к себе ассистентом, но из этой затеи ничего не вышло. Зато предприимчивый молодой человек из России смог получить стипендию от гамбургского мецената барона Варбурга, чтобы стать на какое-то время ассистентом Борна. Вот как это описывает сам Румер: «Я ещё не был в таких отношениях с Борном, чтобы просить его написать Варбургу просьбу выдать мне немного из этих денег. А в это время у нас гостила наша общая приятельница, моя и моей жены, Рената Мюнкеберг. Её дедушка был бургомистром Гамбурга, и главная улица в Гамбурге до сих пор носит его имя. Само это имя говорило, что она из лучшего гамбургского общества, и она на одном из приёмов обратилась к барону Варбургу с просьбой: — Скажите, барон, Вы не могли бы в мою пользу выдать немного денег? У меня есть “очень способный” протеже. — Когда она сказала “очень способный“, барон вздрогнул… — Мне даже неудобно Вас просить о такой сумме, но мне нужно, чтобы Вы дали её. Тогда он её спросил: — Сколько стоит Ваш протеже? — и когда она ответила: — На первое время, вероятно, тысячу марок, — он облегчённо вздохнул и сказал: — Это мы сделаем, — и сейчас своим секретарям отдал распоряжение.
— А Вас я прошу оказать мне честь сделать лыжную прогулку»4.
Деньги, полученные от Варбурга, произвели на Борна сильное впечатление. Действительно, объясняет Румер: «Какой-то иностранец из непонятной страны, не имеющий ни кола ни двора, появившийся у него только что, настолько способен, что он может вступить в переговоры с банкирской конторой Варбурга о стипендии и находить в лице внучки Мюнкеберга посредника». Это Борн описал в письме Эйнштейну от 13 ноября 1929 года5. Затем Эйнштейн и Эренфест добились для Румера Лоренцевской стипендии, так что в ассистентах у Борна Георг (так звали в Германии Юрия Борисовича) оставался до 1932 года.
Говоря о финансовой поддержке Румеру, нужно иметь в виду ужасающее положение немецкой экономики, разрушенной Первой мировой войной, людей угнетала послевоенная инфляция и безработица. К 1932 году ситуацию обострил мировой экономический кризис, докатившийся и до Германии. Макс Борн вспоминал: «Год, в течение которого я был деканом (1932), был одним из самых неудачных во всей моей академической карьере. Кризис, возникший в Европе из-за краха американской финансовой системы, принудил немецкий кабинет, возглавляемый канцлером Брюнингом, к крайним мерам экономии. Благодаря этому университеты должны были сократить свой значительный процент младших ассистентов и других оплачиваемых сотрудников. Многие из членов нашего факультета естествознания сочли это возмутительным. Во-первых, было ужасным выгонять за порог молодых и устремлённых к знанию людей, многие из которых уже имели семьи, и тем самым ставить под удар их и без того трудное финансовое положение. Затем это парализовало деятельность института, которая быстро скатывалась к застою. Мы создали Комитет и решили предложить факультету, чтобы оплата большинства тех, кого коснулось сокращение, производилась за счёт добровольного сбора — он составлял менее чем 10% нашего жалования. Мне до сих пор страшно вспомнить те битвы, которые это предложение вызвало на факультете»6.
Чем хуже шли дела в экономике, тем громче звучали голоса тех, кто поддерживал Гитлера. В 1928 году национал-социалистическая рабочая партия Германии (NSDAP) насчитывала примерно сто тысяч членов, и за неё на выборах проголосовало чуть больше восьмисот тысяч избирателей, что составило лишь 2,6% всех голосов. Всего за три года положение радикально изменилось. На выборах в июле 1932 года за NSDAP проголосовали более тринадцати миллионов человек, то есть 37,3% всех избирателей. В марте 1933 года число голосов за партию Гитлера превысило семнадцать миллионов, что составило 43,9%. Такой динамики роста не знала ни одна партия Германии7.
Георг (Юрий) Румер стал замечать, как на городском пейзаже отражалось проникновение нацизма. Он вспоминал: «Примерно в 1931 году я обнаружил странное явление. Те люди, с которыми мне приходилось вступать в какие-то взаимоотношения из малого Гёттингена, т. е. лавочники, прачечники, хозяйки пансионов и т. д., стали вдруг всё больше и больше увлекаться идеями Гитлера»8. В петлицах многих горожан появились свастики: у продавцов, почтальонов, почтовых чиновников, хотя им-то как государственным служащим запрещалось надевать партийные значки. Однажды Румер ехал по улице на машине и видит: «стоит карапуз, который пристально на меня смотрит, делает движение к машине, потом вскидывает руку в гордом фашистском приветствии. Мальчик никаких других приветствий не знал?»9.
Особенно действовала нацистская пропаганда на студенчество. Гёттинген становился настоящим бастионом национал-социализма. Местная ячейка нацистов была создана в городе в 1922 году, и уже через год боевой отряд штурмовиков в форме СА насчитывал двести бойцов10. На выборах в Рейхстаг нацисты получали в процентном отношении всегда больше голосов, чем в целом по стране. Так, в 1930 году они набрали только 18,3% голосов немецких избирателей, но в Гёттингене за них голосовало 38%. Во время самой большой удачи нацистов на выборах — в июле 1932 года — они набрали 37,3% голосов по всей Германии, а среди избирателей Гёттингена национал-социалисты добились абсолютного большинства11.
Вот так причудливо переплелись в те годы свобода и дружеские отношения среди учёных и нарождающаяся диктатура и нацизм в остальном немецком обществе.
Эти обстоятельства, а также заканчивавшийся в 1932 году срок Лоренцевской стипендии подтолкнули Румера к возвращению на родину. Гёттингенский период оказался плодотворным. И хотя статьи по шестимерной теории относительности не содержали каких-либо значительных результатов и были отвергнуты Эйнштейном, зато применение квантовой теории в химии оказалось весьма продуктивным. Юрий Борисович совместными работами с другими ассистентами Борна — Вальтером Хайтлером и Эдвардом Теллером, а также с математиком Германом Вейлем вошёл в число создателей квантовой химии12.
В Москву Ю. Б. Румер вернулся с рекомендациями Эйнштейна, Борна, Эренфеста и Шрёдингера. С их помощью или без неё, но он стал профессором Московского университета и продолжил работы по квантовой химии. В 1937 году началось плодотворное сотрудничество Румера и Ландау, прерванное их арестами в 1938 году. А дружба между ними, возникшая с момента знакомства в 1929 году, не прерывалась никогда.
Полтора года, проведённые за границей в 1929—1931 годах, оказались для Льва Давидовича Ландау прекрасной школой, позволившей ему буквально ворваться в когорту ведущих физиков-теоретиков современности. Сам своё место он оценивал скромно: выше себя ставил не только Эйнштейна, которого считал величайшим физиком со времён Ньютона; другие создатели новой физики микромира — Нильс Бор, Вернер Гейзенберг, Эрвин Шрёдингер, Поль Дирак — стояли перед Ландау в придуманной им иерархии учёных «по достижениям». Даже имя Луи де Бройля, который впервые заговорил о волнах материи, но впоследствии мало что добавил к этому, стояло в иерархии Ландау выше имени её автора13.
Во время своего полуторагодичного пребывания в Европе Ландау встречался и работал вместе с большинством этих корифеев. Полгода пребывания Ландау за границей финансировал Народный комиссариат просвещения (Наркомпрос), а деньги на следующий год, по рекомендации Нильса Бора, дал благотворительный Рокфеллеровский фонд. Себя он потом всю жизнь считал учеником Бора. Очень сильное впечатление произвела на юного советского физика встреча с Вольфгангом Паули, которого Макс Борн ставил по таланту не ниже Эйнштейна. Паули называли «совестью физики», от его острого языка досталось, кажется, всем его коллегам. Когда кто-то упрекал академика Ландау за то, что он резко разговаривает с участниками его семинара в Москве, Лев Давидович отвечал: «Вы не слышали Паули». О совместной с ним работе Ландау написал в некрологе «Вольфганг Паули», вышедшем в «Успехах физических наук» через полгода после смерти немецкого физика: «Автору этих строк приходилось неоднократно встречаться с Паули и ощутить на себе обаяние и силу, исходившие от этого замечательного человека»14.
Большое влияние Паули на Льва Ландау отмечает и Юрий Румер: «Встреча с Паули — одним из титанов современной физики — произвела на Ландау огромное впечатление. Я вспоминаю, что как-то в Москве Ландау пытался вступить с Паули в спор. Но Паули ему сказал: ”Ах, нет, Ландау, подумайте сами”. Зрелище весьма непривычное»15.
Надо подчеркнуть, что Ландау приехал в Европу уже сложившимся специалистом. Юрий Борисович Румер вспоминает рассказы Юрия Круткова, с которым он много лет проработал в заключении в закрытом КБ Туполева. О Круткове речь пойдёт ниже, а пока отметим, что он помнил студента Льва Ландау в Ленинградском университете и уже по вопросам, которые тот задавал на первом курсе, понял, что имеет дело с исключительно одарённым человеком. Румер добавляет: «И действительно, к двадцати—двадцати одному году это был полностью сложившийся учёный, который, попав в Европу, потрясал всех своими глубокими знаниями существующей физики и необычайной лёгкостью, с которой он воспринимал новые идеи, которые тогда посыпались в мире»16. Чтобы подтвердить слова Румера, достаточно указать на работу Ландау «Проблема затухания в волновой механике», поступившую в редакцию журнала «Zeitschrift für Physik» 21 июля 1927 года, — в ней впервые было введено ставшее уже классическим понятие «матрицы плотности»17.
Подобной одарённостью и эрудицией мало кто мог похвастаться среди его современников как в СССР, так и за рубежом. А без этого трудно стать творцом революции в науке. И ещё один талант Ландау раскрылся сравнительно рано — талант научного руководителя и главы научной школы. В 1932 году 24-летний учёный приехал в столицу Советской Украины Харьков в недавно созданный Харьковский физико-технический институт, куда был назначен руководителем теоретического отдела. Кроме того, в Харькове он заведовал кафедрой теоретической физики на физико-механическом факультете Механико-машиностроительного института и с 1935 года — кафедрой экспериментальной физики в Харьковском государственном университете. В эти годы выходят в свет важные работы Ландау: по теории фазовых переходов второго рода, теории промежуточного состояния в сверхпроводимости и ряд других, сделавшие Харьков в те годы центром теоретической физики в СССР. Там устраивались конференции с участием зарубежных учёных. По своим масштабам выделяется Вторая всесоюзная конференция по теоретической физике, проходившая 18—22 мая 1934 года. Председателем на конференции был 26-летний Лев Ландау. По сути, конференция была не всесоюзная, а международная: в Харьков приехали специалисты из Германии, Англии, Франции, Дании, Бельгии и Швеции. Среди почётных гостей были Нильс Бор, Джон Уилер и Виктор Вайскопф. В конференции принимали участие и ведущие советские физики: Михаил Леонтович, Владимир Фок, Яков Френкель и др.
Лев Давидович, несмотря на молодость (и задиристый характер), считался по праву главой сильной харьковской школы теоретической физики. Он взял на работу Исаака Яковлевича Померанчука, Евгения Михайловича Лифшица, Александра Ильича Ахиезера, Вениамина Григорьевича Левича и других учёных, тогда — почти ровесников, ставших впоследствии ведущими физиками-теоретиками Советского Союза. И хотя Ландау был всего на год-два старше своих учеников и общались они на «ты», он был строгим учителем, который, по словам Румера, «уже тогда был крупнее всех советских физиков вместе взятых. Но никто из них не отдавал себе в этом отчёта»18.
Научный Ландшафт Европы первой трети века
В начале ХХ века основные открытия в физике происходили в Европе. В Америке и Азии начинали работать талантливые физики-теоретики, но за знаниями ездили, как правило, в Старый Свет. Показательно, что в первые девять лет присуждения Нобелевских премий по физике (1901—1909 годы) её получили 13 учёных — 12 из Европы, один из США. Во вторые десять лет (1910—1919) нобелевскими лауреатами стали 10 физиков — все из Европы. И в третью декаду (1920—1929 годы) американцы взяли всего две премии из 12. Таким образом, в первые 30 лет ХХ века из 35 Нобелевских премий по физике только три достались учёным из Америки, а 32 премии остались в Европе.
Среди стран по числу нобелевских лауреатов по физике в период до 1930 года лидирует Германия — 10 Нобелевских премий. Далее идёт Великобритания — 7 премий, затем Франция — 6. Маленькая Голландия получила в эти годы 4 премии по физике, Швеция — 2. И по одной премии досталось Швейцарии, Дании и Италии.
Языком науки в те годы был немецкий. Журналы «Zeitschrift für Physik» и «Annalen der Physik» являлись фактически международными, в них публиковались работы учёных разных стран — от США до России. Если брать только «революцию вундеркиндов», то в первом из названных журналов, начиная с сентября 1925 года, были напечатаны работы Гейзенберга, Борна, Йордана, Паули, Вентцеля, Клейна, Лондона, Хунда и многих других физиков-теоретиков, участников этой революции в науке. Во втором журнале, начиная с января 1926 года, опубликованы основные работы Шрёдингера по волновой механике. Учёные из Великобритании печатались, как правило, в «Трудах Королевского общества» («Proceedings of the Royal Society»). Здесь, в частности, появились основные работы Дирака.
Впрочем, квантовая механика после короткого периода становления в 1925—1927 годах начала развиваться так бурно, что статьи на эту тему стали появляться и в научных журналах других стран. Например, в «Журнале Русского физико-химического общества» опубликована работа Г. А. Гамова, Д. Д. Иваненко, Л. Д. Ландау «Мировые постоянные и предельный переход»19. В этом журнале были и другие статьи о квантовой механике, например, заметка Г. Е. Горовица «Силы лучистого торможения в квантовой механике»20. Но всё же основные публикации советских физиков-теоретиков шли в то время на немецком языке. Отмечу в этой связи статьи И. Е. Тамма21, В. А. Фока22,23, Л. Д. Ландау24, Г. А. Гамова и Д. Д. Иваненко25, Д. Д. Иваненко и Л. Д. Ландау26,27,28, Л. И. Мандельштама и М. А. Леонтовича29, Я. И. Френкеля30,31,32.
Как видно из этого, далеко не полного списка, к концу двадцатых годов ХХ века в СССР появилась сильная когорта молодых физиков-теоретиков. Многие из них впоследствии вышли на позиции лидеров теоретической физики, получили выдающиеся результаты, отмечены престижными премиями. Но в рамках нашей работы все они, как и Лев Ландау, «поздно родились». Отметим два имени.
Владимир Александрович Фок рано взялся за квантовую тематику, его первая статья об уравнении Шрёдингера (см. сноску 22) вышла всего через несколько месяцев после первой статьи автора волновой механики. Как известно, Шрёдингер первоначально в ноябре-декабре 1925 года пытался учесть в волновом уравнении релятивистские эффекты, но результаты решения не согласовывались с результатами экспериментов. Причина этого крылась в том, что Шрёдингер не учитывал спин электрона — понятие, которое только-только (в ноябре 1925 года) было введено в науку Уленбеком и Гаудсмитом и ещё не получило широкого распространения. Во время рождествен-ских каникул 1925—1926 годов Шрёдингер снова вернулся к волновому уравнению, но уже для нерелятивистского атома водорода, и получил хорошее совпадение с опытными данными. Именно этот результат и был опубликован в январе 1926 года в первой из серии работ Шрёдингера в «Annalen der Physik». Во второй статье Фока, вышедшей в том же 1926 году (см. сноску 23), волновое уравнение было обобщено на релятивистский случай движения заряженной частицы в электромагнитном поле. Но наиболее существенные результаты Фока получены во время и после его заграничной командировки в Гёттинген и Париж в 1927—1928 годах, когда квантовая механика уже была оформлена как самостоятельная наука. Владимиру Александровичу Фоку принадлежит первая советская книга по этой науке: «Начала квантовой механики»