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 сходу примет участие в «революции вундеркиндов». Куда больше шансов было у теоретиков Круткова и Френкеля.
«НАШИ В ЕВРОПЕ»
Советские физики и «революция вундеркиндов»
(продолжение. Начало в №6/2021)
«Миссия невыполнима»
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].
А всё началось с назначения Макса Борна профессором в Гёттингенский университет в 1920 году. К этому времени он уже два года был профессором теоретической физики в университете Франкфурта на Майне. С Гёттингеном у Борна были давние связи.
Макс начал свое студенчество в Гёттингене в 1904 году. До этого он шесть семестров провел в университетах Бреслау, Цюриха и Гейдельберга. В 1906 году университетское образование завершилось защитой докторской диссертации по прикладной математике, после чего Макс вернулся в родной Бреслау.
Вторично Макс попал в Гёттинген в 1908 году, когда Минковский пригласил Борна поработать его личным ассистентом. Сотрудничество было плодотворным, но недолгим — знаменитый математик, создавший математический базис для теории относительности Эйнштейна, скоропостижно скончался в январе 1909 года. Вторую докторскую диссертацию Борн защитил в том же году и оставался приват-доцентом гёттингенского университета, пока его в 1914 году не пригласили экстраординарным профессором в Берлин.
Условием своего переезда в Гёттинген Борн поставил назначение туда же профессором экспериментальной физики Джеймса Франка, своего давнего верного друга, будущего Нобелевского лауреата по физике 1925 года. На требование Борна Прусское министерство образования и культуры, курировавшее Гёттингенский университет, ответило немедленным отказом: в штатном расписании университета нет свободной профессорской должности. Надо напомнить, что профессор — это государственная должность, назначение на которую утверждает министерство. Точнее, вся процедура состоит в следующем: факультет составляет список из трех претендентов на освободившуюся или новую должность, а министерство утверждает одну из трех кандидатур. Если министерство не устраивает ни один претендент, то факультету предлагается составить новый список, и процедура повторяется.
Гёттинген, Нижняя Саксония, начало 1900-х годов. Старинная открытка.
Итак, должности для Джеймса Франка в Гёттингене не нашлось, «миссия невыполнима», сказали бы мы сейчас о задаче Макса Борна. Но он всё же решил нерешаемую проблему! Об этом мне рассказал почетный доктор Берлинского университета, известный биограф Франка и Борна Йост Леммерих (его письмо от 02.07.2012 хранится в моем архиве). Чтобы было всё всем понятно, начну с истории.
В начале ХХ века в Гёттингене существовали две кафедры физики, условно называвшиеся кафедрами теоретической и экспериментальной физики. Первую из них возглавлял профессор Вольдемар Фойгт, руководитель второй диссертации Макса Борна. Во главе второй кафедры стоял профессор Эдуард Рике. Когда строительство нового здания физического института в 1905 году завершилось, было решено создать третью профессорскую должность и пригласить в Гёттинген молодого, но уже знаменитого физика-теоретика Петера Дебая, завоевавшего себе имя работами по дифракции рентгеновских лучей. После смерти Рике в 1915 году на его место, правда, в должности экстраординарного профессора, был принят Роберт Поль, товарищ Борна и Франка еще со времен учебы в Гейдельбергском университете.
В 1920 году Петер Дебай принял предложение стать профессором в Цюрихе, и его место в Гёттингене освободилось. Как преемника Дебая Гёттингенский университет и предложил назначить Макса Борна.
Читатель может спросить: но ведь место Вольдемара Фойгта, скончавшегося в 1919 году, вакантно? Почему нельзя было на это место взять Джеймса Франка? Дело в том, что это место по ранее принятому соглашению исключалось из штатного расписания со смертью профессора.
Макс Борн отличался редкой настойчивостью и скрупулезностью. Он сам поехал в Берлин и попросил министерских служащих показать ему все документы по Гёттингену. И его настойчивость была вознаграждена: оказалось, что какой-то чиновник по ошибке поставил запись об исключении должности после смерти профессора не против позиции, которую занимал Фойгт, а около фамилии Поля. Но Поль-то был жив! Формально должность профессора Фойгта осталась в штатном расписании, и министерству не оставалось ничего, как согласиться с требованием Борна. Факультет тоже не был против известного экспериментатора. Таким образом в Гёттингене образовалась одна из сильнейших физических школ в мире. Было решено создать целых три физических института. Первый институт экспериментальной физики возглавил Поль, директором Второго института экспериментальной физики становился Франк и, наконец, Борн получал Институт теоретической физики. Борн настоял, чтобы Поль тоже получил статус ординарного профессора.
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 все, 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. Среди них был и Сергей Иванович Вавилов.
«Плотина прорвалась…»
Поездка молодых научных работников для продолжения образования за рубежом была обычной практикой в СССР в двадцатых и тридцатых годах прошлого века. 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.
Сергей Иванович Вавилов
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 которой 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 Вавилова к нему на стажировку он занимал должность экстраординарного профессора Берлинского университета. Полным профессором Прингсхайм станет в 1930 году. Но и в двадцатые годы он считался ведущим специалистом по люминесценции, так что выбор научного руководителя на время стажировки у Сергея Вавилова был не случайным.
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 в 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 закончилась революция осенью 1927 года выработкой так называемой «копенгагенской интерпретации» квантовой механики. Эта интерпретация включает принцип неопределенности 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.
Берлинские физики и химики, 1920. Стоят (слева направо) Вальтер Гротриан, Вильгельм Вестфаль, Отто фон Байер, Петер Прингсхайм, Густав Герц. Сидят (слева направо) Герта Шпонер, Альберт Эйнштейн, Ингрид и Джеймс Франк, Лиза Мейтнер, Фриц Габер, Отто Ган
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 Левшину:
«Сегодня был у Прингсгейма. Молодой немного похож на Бачинского… Успели уже поспорить. Работу начну в понедельник 25-го. Был на приват-коллоквиуме (вроде нашего семинара), в котором Лауэ рассказывал о работе Гейзенберга» [Левшин, 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» [Левшин, 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» [Левшин, 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» [Левшин, 1977 стр. 357].
Надо сказать, что отец Петера — профессор Альфред Прингсхайм — был в свое время одним из богатейших людей Баварии благодаря огромному состоянию, доставшегося 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» [Левшин, 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 Левчину:
«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 все укладывается, недоразумения с водородом, комптоновский эффект и пр. Самое пикантное было в конце доклада. Теория де Бройля (в обработке Шредингера) оказывается математическим эквивалентом новой квантовой механики» [Левшин, 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.
Альберт Эйнштейн в рабочем кабинете на Haberlandstraße 5 в Баварском квартале Берлина
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, хотя бы на две недели, не посетить Гёттинген, расположенный в 120 километрах к югу от Ганновера. Этот маленький университетский городок стал в двадцатых годах прошлого века центром физической мысли не только Германии, но и Европы.
К концу командировки Вавилова в Берлин ему перевели, наконец, какие-то деньги, и он сообщает Вадиму Левшину 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 Геттинген» [Левшин, 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 все 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.» [Левшин, 1977 стр. 379].
Из русских ученых, работавших в Гёттингене, Вавилов упоминает сотрудника ленинградского института Абрама Федоровича 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 Кружкова. 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» [Левшин, 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 Левшину 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 Шредингера и Гейзенберга. Вообще, теоретики полагают, что плотина прорвалась и начинается новая эра физики. Вещи, во всяком случае, мудреные и воспринимаются трудно» [Левшин, 1977 стр. 379].
Гёттинген 1922. Стоят слева направо: Карл Вильгельм Озеен, Нильс Бор, Джеймс Франк, Оскар Кляйн. Сидит Макс Борн
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 сходу 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 сходу 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. 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. Говоря проще, недостаточно вовремя родиться и в нужное время оказаться в нужном месте, нужно еще иметь подготовку и способности Ландау, чтобы встать вровень с творцами революции в физике.
(продолжение следует)
Литература
Беркович, Евгений. 2017. Революция в физике и судьбы ее героев. Томас Манн и физики ХХ века. М. : URSS, 2017.
Беркович, Евгений. 2021. Альберт Эйнштейн и «революция вундеркиндов». Очерки становления квантовой механики и единой теории поля. М. : URSS, 2021.
Келлер, Владимир. 1961. Сергей Вавилов. М. : Молодая гвардия, 1961.
Левшин, Л.В. 1977. Сергей Иванович Вавилов. М. : Наука, 1977.
Румер, Юрий Борисович. 2013. Физика, ХХ век. Новосибирск : АРТА, 2013.
Goenner, Hubert. 2005. Einstein in Berlin. München : Verlag C. H. Beck, 2005.
