Наши в Европе во времена научных революций. Часть первая. Сергей Иванович Вавилов

Первую треть XX века с точки зрения науки можно уверенно назвать временем «бури и натиска». Смелые научные идеи и неожиданные открытия посыпались словно из рога изобилия. Одна научная революция сменяла другую, новый взгляд на пространство и время, на строение Вселенной, который открывала теория относительности Эйнштейна, дополнялся новыми представлениями об устройстве микромира, которые предлагала квантовая механика. Ее создали в 1925–1927 годах ученые разных стран: немцы Вернер Гейзенберг, Макс Борн, Паскуаль Йордан, австрийцы Вольфганг Паули, Эрвин Шрёдингер, англичанин Поль Дирак, француз Луи де Бройль, датчанин Нильс Бор… Среди творцов этой так называемой революции вундеркиндов (Беркович, 2021) не было ученых из Советской России. Лев Давидович Ландау, оказавшийся в Европе в 1929–1931 годах, сетовал, что поздно родился: «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» (Румер, 2013, стр. 381). Но во времена революции вундеркиндов в Европе было немало советских физиков. Почему никто из них не вошел в число творцов новой физики? Об этом мы поговорим в серии очерков «Наши в Европе».

«Первый профессор-ударник»

Поездка молодых научных работников для продолжения образования за рубежом была обычной практикой в СССР в 1920-х и 1930-х годах. За границу отправляли набраться опыта и профессоров российских вузов. Так в январе 1926 году получил полугодовую командировку в Германию от Московского университета Сергей Иванович Вавилов, будущий основатель Физического института Академии наук СССР и президент Академии. В приказе указывалось, что эта командировка — премия «первому профессору-ударнику» за отличную работу (Келлер, 1961). В то время помимо Московского университета Сергей Вавилов преподавал в Московском высшем техническом училище и Московском высшем зоотехническом институте, заведовал лабораторией физической оптики Института физики и биофизики Нарком­здрава РСФСР.

Командировка была в Физический институт Берлинского университета в лабораторию Петера Прингсхайма (Вавилов по-русски пишет фамилию Pringsheim как Прингсгейм, а мы чуть иначе: Прингсхайм), героя моей «Одиссеи Петера Прингсхайма» (Беркович, 2017). Начало научной карьеры Петера не предвещало ничего особенного, но Первая мировая война прервала ее на целых пять лет, которые он провел в концентрационном лагере в далекой Австралии. Сын профессора математики Альфреда Прингсхайма и брат Кати, жены Томаса Манна, Петер Прингсхайм приехал туда летом 1914 года на научную конференцию, но не­ожиданно оказался гражданином враждебного государства, с которым Австралия, как и все подданные английской короны, вела беспощадную войну. Только в 1919 году Петер вернулся в Берлин и стал наверстывать упущенные годы. К моменту приезда к нему на стажировку Вавилова он занимал должность экстраординарного профессора Берлинского университета. Полным профессором Прингсхайм станет в 1930 году. Но и в ­1920-е годы он считался ведущим специалистом по люминесценции, так что выбор научного руководителя на время стажировки у Сергея Вавилова был неслучайным.

Сергею Ивановичу повезло больше, чем Ландау: он оказался в Берлине в то самое время, когда буквально на глазах изумленных современников рождалась новая наука. Революция вундеркиндов началась летом 1925 года созданием Вернером Гейзенбергом на острове Гельголанд первого наброска будущей матричной механики. В конце того же года появилась на свет знаменитая «работа трех» — статья Борна, Гейзенберга и Йордана, в которой матричная механика получила законченную форму. А в 1926 году одна за другой вышли несколько статей австрийского физика Эрвина Шрёдингера, заложившие основу волновой механики. Он же доказал эквивалентность двух механик — матричной и волновой. Поль Дирак, Паскуаль Йордан, а также Вольфганг Паули придали новому формализму законченный и общий характер. А завершилась революция осенью 1927 года выработкой так называемой копенгагенской интерпретации квантовой механики. Эта интерпретация включает принцип неопределенности Вернера Гейзенберга, принцип дополнительности Нильса Бора и стохастическую интерпретацию волновой функции Макса Борна. Итоги сделанного за эти необыкновенно насыщенные два-три года были подведены на Пятом Сольвеевском конгрессе в Брюсселе в сентябре 1927 года.

Работая в лаборатории Петера Прингсхайма, Сергей Иванович не забывал посещать и знаменитый Физический коллоквиум («приват-коллоквиум») в Берлинском университете, которым руководил нобелевский лауреат Макс фон Лауэ. Постоянными участниками заседаний коллоквиума были Альберт Эйнштейн, Макс Планк, Вальтер Нернст и другие корифеи физики ХХ века. Главными темами обсуждения были как раз только-только появившиеся статьи Луи де Бройля, Вернера Гейзенберга, Макса Борна, Паскуаля Йордана, Эрвина Шрёдингера, Поля Дирака, посвященные новой науке — квантовой механике. О своем посещении приват-коллоквиума буквально в первый же день прибытия в Берлин 23 января 1926 года Вавилов сообщает своему другу и соавтору — профессору Вадиму Леонидовичу Лёвшину: «Сегодня был у Прингсгейма… Успели уже поспорить. Работу начну в понедельник 25-го. Был на приват-коллоквиуме (вроде нашего семинара), в котором Лауэ рассказывал о работе Гейзенберга» (Лёвшин, 1977, стр. 355).

Немного отдышавшись с дороги, Вавилов пишет коллеге 27 января более подробное письмо, где отмечает: «В первый же день появления в институте попал на приват-коллоквиум, на котором со мной было человек шесть: Лауэ, Прингсгейм, Хеттнер, Черни, Ортман. Разговор шел о работе Гейзенберга, толком ничего я не понял, да и присутствующие, кажется (за исключением Лауэ, который читал статью Гейзенберга с комментариями). Семинарий этот такого же типа, как наш оптический. Также статьи читаются и никто не стесняется» (Лёвшин, 1977, стр. 356; орфография и пунктуация сохранены авторские. — Е. Б.).

Несмотря на то, что новая квантовая механика никак не давалась московскому профессору, он активно и успешно проводил экспериментальные работы в лаборатории Прингсхайма. От экспериментальной базы немецких физиков Вавилов был в восторге: «Надо сказать, что при здешних средствах можно развивать бешеную скорость экспериментальной работы, а мы вынуждены двигаться черепахами» (Лёвшин, 1977, стр. 378).

Вне работы Сергей Иванович тоже наблюдателен и зорко подмечал подробности быта ученых в Германии. В письме от 27 января 1926 года Вавилов сообщает: «Вчера был я у Прингсгейма вечером в гостях, познакомился с его женой. Квартира у него довольно ободранная, хотя зарабатывает он, по его словам, марок 800 в месяц» (Лёвшин, 1977, стр. 357).

Надо сказать, что отец Петера — профессор Альфред Прингсхайм — был в свое время одним из богатейших людей Баварии благодаря огромному состоянию, доставшемуся по наследству от отца — Рудольфа Прингсхайма, железнодорожного магната и промышленника. Однако мировая война и послевоенная разруха уничтожили все накопления (Беркович, 2017, стр. 61).

В этом же письме — еще про одно заседание приват-коллоквиума и снова о квантовой механике: «Сегодня был на большом коллоквиуме в Большой аудитории. Докладывал некий Гордон, опять о Гейзенберге, и опять никто ничего не понял. Присутствовали Пернет, Планк, Лауэ, Эйнштейн и прочие особы» (Лёвшин, 1977, стр. 357).

Сергей Иванович Вавилов оказался свидетелем очень важного события в истории физики ХХ века — первого доклада Вернера Гейзенберга на Физическом коллоквиуме в Берлине. После этого доклада Альберт Эйнштейн пригласил юного автора матричной механики к себе домой, и разговор с автором теории относительности Гейзенберг запомнил на всю жизнь (Беркович, 2021, стр. 122). Вавилов был на этом докладе и сообщил Лёвшину: «Сегодня на коллоквиуме слушал очень интересный доклад Гейзенберга о новой квантовой механике. Гейзенберг совсем птенец, но ясность в мыслях имеет необыкновенную. Понемножку суть квантовой механики проясняется. Гейзенберг говорил без всяких мудрствований об основных делах. В новую квантовую механику понемножку всё укладывается, недоразумения с водородом, комптоновский эффект и пр. Самое пикантное было в конце доклада. Теория де Бройля (в обработке Шрёдингера) оказывается математическим эквивалентом новой квантовой механики» (Лёвшин, 1977, стр. 376).

«Птенцу» уже 25 лет, но выглядел Гейзенберг всегда моложе своих лет. Сергей Иванович на десять лет старше, опыта больше, научных званий и должностей — хоть отбавляй, но войти в команду «вундеркиндов», творящих на его глазах новую науку о микромире, Вавилов и не пытается.

Командировочные деньги Вавилову переводили нерегулярно, из-за этого он часто жил в Берлине впроголодь, экономя на всем. Он даже решил вернуться в Москву раньше отведенного ему шестимесячного срока. Но несмотря на все трудности, он не мог не посетить Гёттинген, расположенный в 120 км к югу от Ганновера, хотя бы на две недели. Этот маленький университетский городок стал в ­1920-х годах центром физической мысли не только Германии, но и Европы.

«Плотина прорвалась…»

Гёттингенский университет не раз оказывался среди мировых лидеров в области физико-математических исследований. Достаточно вспомнить имена выдающихся ученых, живших и творивших здесь: Карл Фридрих Гаусс, Феликс Клейн, Давид Гильберт, Герман Минковский, Эдмунд Ландау, Карл Шварцшильд, Людвиг Прандтль, Феликс Бернштейн, Карл Рунге…

Новый взлет Гёттингена в ХХ веке как центра атомных исследований неразрывно связан с именем Макса Борна, сумевшего создать здесь одну из самых многочисленных и продуктивных школ теоретической физики. Как отмечал Юрий Румер, «Максу Борну принадлежит главная заслуга в создании той особенной творческой „гёттингенской обстановки“, с описания которой сейчас принято начинать книги о последующем развитии атомной физики» (Румер, 2013, стр. 571).

Мощные научные школы, занимавшиеся проблемами микромира, действовали в Копенгагене у Нильса Бора и в Мюнхене у Арнольда Зоммерфельда, выдающиеся ученые работали над этими проблемами в Берлине, Цюрихе и Гамбурге. Но и на этом фоне Гёттинген выделялся полученными результатами.

Отвечая на вопрос, в чем секрет успеха Макса Борна как учителя и создателя выдающейся школы физиков, Юрий Румер сказал так: «Я думаю, что секрет его успеха заключается в необычайной широте его натуры, в сочетании таланта большого ученого с горячим сердцем очень хорошего человека. Макс Борн никому не навязывает своих мыслей и своих вкусов. Он любит обсуждать любые идеи в любой отрасли теоретической физики с любым из своих сотрудников, причем при обсуждении никогда не давит своим авторитетом, не обнаруживает своего превосходства. Он считает нужным предоставить всем, кто к нему попадает, широчайшую свободу для учебы и творчества. Со своей стороны он делал всё, что было в человеческих силах, чтобы устранять препятствия, мешающие его сотрудникам работать» (Румер, 2013, стр. 571).

Говоря о многочисленности школы Борна в Гёттингене, Румер перечисляет имена его учеников и ассистентов, ставших знаменитыми участниками революции вундеркиндов: «Его сотрудниками были, ставшие потом знаменитыми, Паули, Гейзенберг, Ферми, Дирак, Хунд, Гайтлер, Вигнер, Вайскопф. К его сотрудникам принадлежали также Оппенгеймер и Теллер, имена которых стали известны в связи с атомной бомбой» (Румер, 2013, стр. 571).

Немало учеников и ассистентов приезжало и из России. К концу командировки Вавилова в Берлин ему перевели, наконец, какие-то деньги, и он сообщает Лёвшину в письме от 29 апреля 1926 года: «Дорогой Вадим Леонидович, деньги я получил 26 апреля и теперь обрел некоторое душевное равновесие. С оными деньгами могу прожить до 15 мая и уехать. На эти деньги, может быть, на прощанье съезжу недели на две в Гёттинген» (Лёвшин, 1977 стр. 376).

Гёттинген произвел на Вавилова очень приятное впечатление. В письме от 17 мая он пишет: «Здесь я четыре дня и чувствую себя после Берлина примерно, как на даче. Маленький городок, весь в садах, с зелеными холмами кругом. Живет всё университетом и для университета. На каждом домике памятные доски (иногда штук по 5 сразу), какие великие мужи здесь проживали. Рядом с моей квартирой уютное кладбище с могилой Гаусса. Ходят изрезанные бурши, в городе 3 автомобиля, 3 кинематографа и 3 пивных, но зато есть Франк, Борн, Поль, Гильберт и др.» (Лёвшин, 1977, стр. 379).

Из русских ученых, работавших в Гёттингене, Вавилов упоминает сотрудника ленинградского института под управлением А.Ф. Иоффе физико-химика В. Н. Кондратьева, проходившего стажировку у Джеймса Франка. С Максом Борном тесно сотрудничали два видных советских физика-теоретика Ю. А. Крутков и Я. И. Френкель, уже длительное время находившиеся в Гёттингене. О них мы подробнее поговорим в следующих разделах. С Крутковым Вавилов уже был хорошо знаком, а с Френкелем познакомился только здесь, в Гёттингене, благодаря содействию Круткова. Оба были рады знакомству, Яков Ильич писал родителям, что «Вавилов… очень симпатичный человек». Чуть позже, в письме от 20 мая 1926 года, он сообщает: «Вчера Крутков, Вавилов и я были с визитом у проф. Поля, а сегодня отправились к Борнам. Борн, Франк и Поль живут очень дружно, состоят друг с другом на „ты“ и вообще представляют собой весьма приятную компанию» (Лёвшин, 1977, стр. 150).

Теоретики Крутков и Френкель как могли помогали экспериментатору Вавилову разобраться в запутанных лабиринтах новой квантовой физики, но, как видно из письма Вавилова профессору Лёвшину от 17 мая, без большого успеха: «Познакомился и с Борном, был на его лекции по новой квантовой механике и на семинарии. Живу я тут вместе с Крутковым и Френкелем. Они меня просвещают в области этой новой кабалистики. Последняя новость — создание теории Шрёдингера и Гейзенберга. Вообще, тео­ретики полагают, что плотина прорвалась и начинается новая эра физики. Вещи, во всяком случае, мудреные и воспринимаются трудно» (Лёвшин, 1977, стр. 379).

В отличие от Ландау, Сергею Ивановичу Вавилову повезло оказаться в нужное время в нужном месте — в эпицентре разворачивающейся на его глазах революции в физике. Но «хорошие задачи», по выражению Льва Давидовича, оказались для Вавилова слишком «мудреными». От физика-экспериментатора Вавилова трудно было бы ожидать, что он с ходу примет участие в революции вундеркиндов. Куда больше шансов было у теоретиков Круткова и Френкеля. И дело тут не в том, что теоретики умнее, а экспериментаторы менее сообразительны. Как раз хорошему экспериментатору нужна большая сообразительность и яркая творческая жилка, чтобы продумать, организовать и проанализировать сложный современный физический опыт. Дело тут в том, что понять непростую и неочевидную физическую теорию не каждый с ходу сможет. Когда Эйнштейн отбивался от наскоков антисемита Пауля Вайланда, ссылавшегося в своих статьях и выступлениях на авторитет нобелевского лауреата Филиппа Ленарда, он написал в газету Berliner Tageblatt обширную статью «Мой ответ антирелятивистскому предприятию», в которой главной мишенью сделал не проходимца Вайланда, а уважаемого профессора Ленарда (Беркович, 2018). Ключевым в статье был такой пассаж: «Я восхищаюсь Ленардом как специалистом по экспериментальной физике; но в теоретической физике он еще ничего не совершил, и его возражения против общей теории относительности настолько поверхностны, что я до сих пор не считаю нужным обстоятельно на них отвечать» (Goenner, 2005, стр. 183).

То есть для понимания современной физической теории нужно иметь опыт работы с тео­ретическими текстами и моделями, владеть нужным математическим аппаратом, что не всегда имеется в арсенале экспериментатора. Проще говоря, недостаточно вовремя родиться и в нужное время оказаться в нужном месте, нужно еще иметь голову Ландау, чтобы встать вровень с творцами революции в физике.

Евгений Беркович

Беркович Е. Революция в физике и судьбы ее героев. Томас Манн и физики ХХ века. М.: URSS, 2017.

Беркович Е. Альберт Эйнштейн в фокусе истории ХХ века. М.: URSS, 2018.

Беркович Е. Альберт Эйнштейн и «революция вундеркиндов». Очерки становления квантовой механики и единой теории поля. М.: URSS, 2021.

Келлер В. Сергей Вавилов. М.: Молодая гвардия, 1961.

Лёвшин Л. В. Сергей Иванович Вавилов. М.: Наука, 1977.

Румер Ю. Б. Физика, ХХ век. Новосибирск: АРТА, 2013.

Goenner H. Einstein in Berlin. München: Verlag C. H. Beck, 2005.

Наши в Европе во времена научных революций. Часть вторая. Абрам Фёдорович Иоффе