Незападная история науки: Открытия, о которых мы не знали - Джеймс Поскетт
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Таков был мир, в котором жили и работали советские ученые после революции. С одной стороны, политическое руководство СССР признавало важность науки и охотно ее поддерживало. С другой – политические настроения могли измениться в любой момент, подчас с фатальными последствиями для тех, кто оказался на «неправильной» стороне. Тем не менее многие первые советские ученые поддержали социалистическую революцию, а некоторые даже принимали в ней непосредственное участие.
Родители физика Якова Френкеля были народовольцами, а в 1880-х гг. его отца даже сослали в Сибирь. Френкель разделял политические взгляды родителей и приветствовал Октябрьскую революцию, которая положила конец монархическому правлению и открыла перед энергичными молодыми учеными новые возможности. После окончания физического факультета Петроградского университета в 1918 г. он получил преподавательскую должность в Таврическом университете в Крыму – одном из новых учебных заведений, созданных большевиками. Здесь Френкель принялся за изучение новейших идей современной физики, в том числе квантовой модели атома Нильса Бора. Одновременно с этим он активно занимался политической деятельностью, был членом местного Крымского совета и участвовал в реорганизации региональной системы образования в соответствии с новыми социалистическими принципами{486}.
Это было смутное время. В те годы в стране шла полномасштабная гражданская война. Большая часть центральной России уже находилась под властью большевиков, но на юге и западе белогвардейцы продолжали упорное сопротивление. В июле 1919 г. белая армия вновь захватила Крым. Френкель как член местного совета был арестован и брошен в тюрьму. Но он не пал духом: «Здесь я совсем не скучаю, провожу довольно много времени за чтением», – уверял он в письмах к матери. Он также играл в шахматы со своими сокамерниками, пока тюремный охранник не забрал у них доску. Словом, Френкель проводил время своего заточения с пользой, и, как бы невероятно это ни звучало, именно здесь, в тюремной камере – в самый разгар гражданской войны – он начал свою самую важную теоретическую работу{487}.
Примерно с 1900-х гг. ученые предполагали, что поток электричества в металле можно объяснить свободным движением электронов. Считалось, что эти крошечные отрицательно заряженные частицы свободно перемещаются (наподобие газа) в пространстве между атомными ядрами. Но Френкель понял, что это невозможно, поскольку противоречит квантовой механике. В своей квантовой модели атома Нильс Бор показал, что электроны могут двигаться только по определенным (стационарным) орбитам вокруг атомного ядра, – то есть, по замечанию Френкеля, электроны «не свободны в прямом смысле этого слова». Как же тогда электроны порождают электрический ток? Френкель предложил новую модель на основе квантовой механики, согласно которой электроны перемещаются между соседними атомами. Это создает поток электричества, но не означает, что электроны «вольны» двигаться куда угодно{488}.
Так, в крымской тюрьме, Френкель разработал первое квантово-механическое объяснение протекания электрического тока. Ирония состояла в том, что ему пришлось переосмыслить понятие «свободы» электрона как раз в то время, когда сам он находился в заточении. Помимо этого, Френкель предложил еще одну важную теоретическую концепцию, которая нашла широкое применение в квантовой физике. Он предложил описывать поведение электронов в металле с помощью нового воображаемого типа частиц, который он назвал «коллективное возбуждение». Выбор слов был неслучаен: такое видение квантовой механики как нельзя лучше соответствовало идеологии нового социалистического общества, где на смену индивидам пришел «коллектив». Ключевая идея состояла в том, что странные физические явления можно объяснить, если вообразить существование коллективного действия пока еще не идентифицированных частиц. Идентификация этих новых частиц, которые позже стали известны в Европе и США как «квазичастицы», сыграла центральную роль в развитии квантовой механики на протяжении всего ХХ в.{489}
Статья Якова Френкеля о квазичастицах, опубликованная в 1924 г., положила начало новому важному направлению исследований в фундаментальной физике. Пионерами в нем стали советские физики. Среди тех, кто продолжил развивать идеи Френкеля, были и женщины-ученые, которые, несмотря на свои заслуги, сегодня почти забыты даже в России. Как уже говорилось в предыдущих главах, в XIX в. женщинам было недоступно высшее образование, и лишь немногим удалось получить его за границей. Большевики гордились тем, что, в отличие от царской России, предоставили женщинам свободный доступ к высшему образованию и возможность наравне с мужчинами участвовать в научном и промышленном развитии страны. Одной из таких молодых целеустремленных женщин, которая посвятила себя науке после революции 1917 г., была Антонина Прихотько. Она родилась в 1906 г. на юге России, в Пятигорске, и стала одной из первых студенток физико-технического факультета Политехнического института в Петрограде. В 1920-е гг. там преподавал Френкель, который после разгрома белой армии был освобожден из тюрьмы и вернулся в Петроград. В неотапливаемых институтских аудиториях Прихотько слушала лекции Френкеля по теории относительности и квантовой механике. Так она узнала о концепции квазичастиц намного раньше, чем большинство европейских физиков{490}.
В 1929 г. Прихотько окончила институт и год спустя начала работать в Украинском физико-техническом институте в Харькове, одном из новых исследовательских центров, созданных советской властью с целью развития научного и промышленного потенциала на всей территории СССР. Следующие 10 лет Прихотько занималась применением теоретических идей Френкеля на практике. Она начала с серии экспериментов по изучению атомной структуры различных кристаллов при низких температурах. Как и в работе Петра Капицы, в этих экспериментах использовались огромные промышленные установки, такие как ожижитель гелия. Прихотько часто оставалась в харьковской лаборатории далеко за полночь и с гаечным ключом в руках возилась возле установки ожижения. Измеряя количество света, поглощаемого различными кристаллами и проходящего через них при низких температурах, она делала выводы о поведении атомов. Она первой экспериментально доказала существование одной из квазичастиц, предсказанной Френкелем и названной им «экситон», и это стало ее важнейшим достижением.
На первый взгляд все это может показаться довольно абстрактным, однако исследования Прихотько носили и вполне прикладной характер. Многие кристаллы, над которыми она работала, использовались при производстве промышленных химикатов – нафталина, применявшегося в качестве пестицида, и бензола, использовавшегося как растворитель. В этом отношении Прихотько была образцовым советским ученым. Опираясь на новейшие теории в области квантовой механики, она занималась экспериментальной работой, которая способствовала промышленному развитию страны. Впоследствии за свою научную деятельность Прихотько была награждена двумя самыми престижными гражданскими наградами в СССР – Ленинской премией и званием Героя социалистического труда{491}.
1930-е гг. были особенно увлекательным, ярким и напряженным временем для Украинского физико-технического института, под крышей которого собралось множество целеустремленных молодых ученых, мечтавших оставить свой след в современной науке. Пожалуй, самым выдающимся из них был Лев Ландау. Ландау родился в Баку в 1908 г. и считался вундеркиндом: уже к 13-летнему возрасту он освоил курс математического анализа. Скучая в жестких рамках царской системы школьного образования, Ландау нагрубил директору и был исключен из гимназии. К счастью для Ландау, в том же году до Баку докатилась волна социалистической революции. Чтобы сделать образование доступным для народных масс, большевики сняли все формальные требования для поступления в местные университеты. Ландау, которому на тот момент исполнилось всего 14 лет, ухватился за этот шанс и сдал экзамены в Бакинский университет. Через несколько лет он перевелся в Ленинградский университет, где продолжил изучать физику. Вместе с другими студентами физического факультета, многие из которых, как и он, симпатизировали революции, Ландау начал читать новейшие работы по квантовой механике и теории относительности, а также политические труды Ленина и Троцкого{492}.
В 1927 г. Ландау окончил университет и начал работать научным сотрудником в Ленинградском физико-техническом институте. Вскоре он получил стипендию американского фонда Рокфеллера для поездки в Европу с целью продолжения
