Абрагам Анатоль. Время вспять

Эти явления, очень простые для свободного атома (например, в атомарных парах) и известные еще до войны, становятся гораздо сложнее, но и гораздо интереснее для атома в веществе, находящемся в конденсированном состоянии, например в кристалле. Там межатомное взаимодействие приводит к глубоким изменениям волновых функций электронов, особенно внешних. В частности, магнетизм атомов (или ионов) становится анизотропным, т. е. зависящим от ориентации внешнего поля относительно осей кристалла. Джон Ван Флек показал в тридцатых годах, что взаимодействия атомов можно описать с достаточной точностью моделью, в которой каждый атом ощущает фиктивное кристаллическое поле, симулируещее эффекты межатомных связей. С помощью этой модели Ван Флек и руководимая им группа успешно объяснили магнитные свойства элементов группы железа и редких земель. Явление парамагнитного резонанса было открыто русским физиком Завойским в 1944 году. Однако свое главное развитие оно получило благодаря трудам Блини и его коллег, которые смогли извлечь из своих измерений гораздо более подробную информацию, чем та, которая была доступна из статических измерений магнитной восприимчивости10.В веществе, находящемся в конденсированном состоянии, встречается случай, когда два атома находятся так близко друг от друга, что их волновые функции перекрываются; Из-за квантовой неразличимости электронов вопрос, которому из двух атомов принадлежит электрон, теряет смысл. 10Ученики Завойского — советские физики Альтшулер, Козырев и др. — внесли достаточно весомый вклад в эту область. — Примеч. ред. Дирак показал, что для двух электронов, принадлежащих таким двум атомам, возможность обменяться положениями эквивалентна обмену ориентации их спинов; а это, в свою очередь, соответствует существованию между спинами скалярной связи так называемого обменного взаимодействия. Гейзенберг первый показал, что это обменное взаимодействие и является источником огромного феноменологического молекулярного поля, которое французский физик Пьер Вейсс (Pierre Weiss) предложил в начале столетия для объяснения ферромагнетизма. Прайс предложил мне сделать теоретическую оценку величины J обменного взаимодействия между двумя ионами меди в кристалле сульфата. Существование этого взаимодействия изменяло форму ЭПР спектра этих ионов. Из наблюдаемого изменения можно было извлечь экспериментальную оценку величины J, и Прайс считал, что было бы интересно сравнить обе оценки. В первый раз в жизни, в тридцать три года (я часто говорю о своем возрасте потому, что это стало для меня навязчивой идеей), компетентный и добросовестный руководитель предлагал, может быть, не столь увлекательную, но не лишенную смысла задачу. Однако, всегда недовольный, я не был рад. Я сразу понял, что эта работа потребует нескольких месяцев прескучных вычислений, во время которых, как очень тактично дал мне понять Прайс, он сможет посвятить больше времени остальным аспирантам или своим собственным работам.*Размышления о блестящей карьере Прайса не облегчали моего душевного состояния. Старше меня всего на два года, он заведовал одной из самых престижных кафедр Великобритании (той самой, к которой Чаруэлл закрыл мне дорогу семь лет спустя); он был широко известен своими довоенными, глубоко абстрактными работами, по теории поля и общей относительности и, во время войны, своей более или менее секретной атомной деятельностью. Сверхтонкая структура* Спасло меня от уныния открытие сверхтонкой структуры в кристалле, так называемых туттоновьгх (Tutton) медных солей. Открытие было сделано в октябре 1948 года Пенроузом (Penrose), товарищем Блини, который провел несколько месяцев в лаборатории известного голландского физика Гортера в Лейдене, благодаря блестящей идее: сильно разбавить в кристалле магнитные ионы меди немагнитными ионами цинка. Сверхтонкая структура ионов меди, которая при нормальной концентрации была скрыта магнитными взаимодействиями между ними, станЪвилась ясно видной в разбавленном кристалле в виде четырех резонансных линий, соответствующих четырем возможным ориентациям ядерного спина меди. Четырем, потому что у ядерного спина меди, / = (3/2), имеются {21 +1) = 4 возможные ориентации. Это было первым наблюдением сверхтонкой структуры в веществе в конденсированном состоянии. Электронная структура иона меди в туттоновых солях была хорошо известна по прежним измерениям восприимчивости, дополненным опытами по ЭПР на концентрированных кристаллах, и казалось вполне возможным с помощью всех этих данных вычислить анизотропию сверхтонкой структуры в разбавленном кристалле. Прайс сделал предварительное вычисление на пресловутом "конверте", подсчитал анизотропию и получил "два к одному", что в сравнении с наблюдениями Пенроуза было качественно правильно, но количественно слишком мало. Прайс поручил мне улучшить его оценку, учитывая другие эффекты, о которых предполагалось, что их влияние невелико, как, например, спин-орбитальное взаимодействие (не стану распространяться о нем, чтобы не стать еще более непонятным). Я принялся за работу с энтузиазмом и через несколько дней принес Прайсу результаты гораздо более полной теории. Прайсу понравилась изящность. Меньше ему понравились мои численные результаты. Я получил анизотропию "один к двум", т. е. меньшую единицы, а значит обратную той, которая наблюдалась на опыте. Изящность теории облегчила проверку, ошибки не было. У Блини, Прайса и у всех остальных — у меня в Кларендоне, у Пенроуза, Гортера и их сотрудников в Лейдене — оказалась в руках задача первой величины. Разгадку тайны задерживала еще внезапная болезнь Пенроуза в Лейдене, которая унесла его в мир иной несколько недель спустя. Открытие сверхтонкой структуры принадлежало Пенроузу, все данные его опытов были его частным сообщением Блини, и в течение долгих недель, пока он боролся со смертью, не было и речи о том, чтобы делать новые опыты в Кларендоне или публиковать мои странные результаты. После кончины Пенроуза появилась краткая заметка в "Nature", подписанная им, а за ней другая, подписанная Прайсом и мною, подчеркивающая вопиющее расхождение между теорией и экспериментом. Расчет обменной константы J, предложенный мне Прайсом, канул в Лету, а создание удовлетворительной теории сверхтонкой структуры, которой пока не существовало, стало моей проблемой, подхода к решению которой никто не знал. После смерти Пенроуза его опыты были усовершенствованы и проведены на других солях меди, а также на соли кобальта. Повсюду та же таинственная анизотропия! Во всех этих солях все магнитные свойства, кроме сверхтонкой структуры, прекрасно объяснялись теорией кристаллического поля Ван Флека, параметры которой нельзя было изменять, потому что она прекрасно объясняла все остальные свойства. Я был одержим этим противоречием; думал о нем за письменным столом, за едой, нежась на солнце в "Parson's Pleasure".Именно в этом противоречии и нашлось, наконец, решение. Какое свойство электронной оболочки могло так сильно изменить сверхтонкую структуру, не влияя на остальные магнитные свойства иона? Я пришел к ответу: электроны, находящиеся ближе других к ядру, так называемые 5-электроны, были ответственны за эффект. Достаточно было добавить к общепринятой электронной конфигурации "щепотку" так называемой 5-конфигурации, в которой один 5-электрон извлекался с глубоко лежащей орбиты и переводился на внешнюю орбиту, как это приводило к желаемой анизотропии сверхтонкой структуры, не затрагивая других свойств иона. Практически достаточно было добавить один изотропный член к выражению для подсчитанной сверхтонкой структуры, член, полученный эмпирически, но один и тот же для всех солей меди, чтобы согласовать теорию с экспериментом. С помощью вычислительных средств, находящихся в моем распоряжении, я не мог подсчитать поправку теоретически, но смог показать, что порядок ее величины был вполне приемлемым. Экспериментальным результатом, который окончательно подтвердил правоту моей гипотезы, было открытие Блини большой и изотропной сверхтонкой структуры в солях двухвалентного марганца, которая в отсутствие моих 5-электронов должна была равняться нулю. Я опубликовал свою гипотезу в письме редактору "Physical Review" (тогда еще не было отдельного журнала для писем), которое сразу установило мой престиж во всем мире среди "парамагнитных резонаторов".*Темой моей диссертации была теория парамагнитного резонанса в группе железа. Вместе с Прайсом мы извлекли из нее достаточно материала для трех объемистых статей в "Proceedings of the Royal Society", которые цитируются еще и сегодня, почти сорок лет спустя. "Из перезрелой куколки выпорхнула, наконец, бабочка." Я стал господином "Сверхтонкая структура", тем, кто проник в ее тайны. Не ахти какие тайны, да ведь "и кулик не велик, а все-таки птица".В 1950 году в Амстердаме состоялась большая международная конференция по радиоспектроскопии. Присутствовали почти все звезды: Ван Флек, Парселл, (один из открывших ЯМР — ядерный магнитный резонанс), Рамзей (специалист по молекулярным пучкам), Гортер, Блини и многие другие. Но как отлична была для меня эта конференция от Бирмингемской три года назад! Мой доклад заинтересовал присутствующих и вызвал много вопросов. После того как я оставил Оксфорд, мои работы были расширены Стивенсом (Stevens) и Элиотом (Elliott) на группу редкоземельных элементов. Вернувшись в Сакле, вместе с Горовицем, который был лучшим математиком, чем я, мы показали, что мои S-конфигурации можно было вывести вариационным методом. В Оксфорде на защите диссертации сидят только два экзаменатора: местный и внешний, приглашенный из другого университета, чаще всего из Кембриджа. Ни в коем случае руководитель диссертации не может быть экзаменатором (некоторые руководители, в том числе Прайс, отказывались даже прочесть диссертацию в законченном виде). Это дает экзаменаторам полную свободу вернуть автору для переработки диссертацию, которая по принятой терминологии "непригодна для публикации" (not fit for publication), не страшась обидеть коллегу, сидящего рядом с ними на экзамене. Другим правилом, бывшим в силе в мое время (неписанным, как все, что важно, в Англии), являлась обязанность для кандидата точно обрисовать на одной или двух страницах, что именно в диссертации принадлежит ему. Писанными правилами были только: обязанность хранить свое имя в книгах колледжа известное число семестров, т. е. платить колледжу установленную плату, за это время представить три экземпляра диссертации и убедить жюри в том, что диссертация "годна для публикации". Это давало кандидату разрешение "молить" (leave to supplicate) о получении докторской степени, за присуждение которой снова надо было кое-что платить. Я уже сказал пару слов о торжественной выдаче дипломов. Прибавлю еще деталь из фольклора о "прогулке прокторов" (Proctors walk). Во время церемонии прокторы прогуливаются в своих мантиях взад и вперед между рядами, и каждый присутствующий может запротестовать и остановить выдачу кандидату диплома, дернув проходящего мимо проктора за его широчайший рукав (plucking the proctor's sleeve). Этот старинный обычай возник из желания помешать студентам, которые были должны местным торговцам, улизнуть из Оксфорда не рассчитавшись. Моим местным экзаменатором был мой друг Блини, который задал мне убийственный вопрос: "Какого цвета разные туттоновые соли?" (Это теоретику-то\) Я знал все про их уровни энергии и волновые функции, но цвета их не помнил ("слона-то я и не приметил"). С внешним экзаменатором было еще хуже. Я написал в диссертации, что "всем известно, как ненадежны функции Хартри — Фока для вычисления сверхтонких структур". Откуда мне было знать, что в качестве приглашенного экзаменатора мне пришлют профессора Хартри из Кембриджа?! Он захотел узнать, чем же нехороши его функции. Я объяснил, что, будучи задуманы как наилучшие функции для подсчета уровней энергии, они не могли быть безупречными для сверхтонких структур. "Какие же функции лучше для этого?" — спросил он. — "Таких нет". Этот ответ его удовлетворил, и моя диссертация была признана."годной для публикации".Среди теоретиков, которые работали под руководством Прайса одновременно со мной, я выделю только Джона Уорда (John Ward), теоретика мирового масштаба. Я был далек от понимания всего, что он мне тогда рассказывал — он был одним из худших преподавателей, которых я когда-либо встречал, но я осознал то, что Прайс, пожалуй, прозевал, т. е. что Уорд был гением, хотя весьма своеобразным. Без вмешательства Пайерлса Уорда бы отослали переписывать диссертацию. Несколько слов о самом Прайсе. Это прекрасный теоретик с необыкновенной широтой знаний и интересов в областях столь различных, как атомная энергия, ядерная физика, физика твердого тела, астрофизика, квантовая теория поля, общая теория относительности, и я не уверен, что ничего не забыл. Для меня он оказался идеальным руководителем, интересуясь мною как раз столько, сколько мне было надо, не слишком мало, но и не слишком много. Благодаря ему я, наконец, "оторвался от земли", за что глубоко ему благодарен. Довольно странно, что после молниеносного старта Прайс не получил той известности, которую можно было ожидать, имея в виду его замечательные способности. Единственным объяснением был его тяжелый характер. Он не терпел дураков, но надо признать, что решал иногда слишком поспешно, кто дурак, а кто нет. Он поссорился с Чаруэллом (не я брошу в него за это первый камень) и уехал из Оксфорда, что было большой потерей для университета. Занял кафедру в Бристоле после ухода Мотта (Mott). Он не ужился и в Бристоле. Не входя в подробности, скажу, что жена, с которой он разошелся, причинила ему много горя. После Бристоля он провел два или три года в университете Южной Калифорнии ("Southern Califoria", ничего общего не имеющего с университетом Калифорнии — "University of California"), где был довольно несчастлив, и, наконец, нашел тихую пристань в канадском университете в Ванкувере, на берегу Тихого океана. Там я с ним виделся в последний раз в 1987 году, где нашел его в добром здравии и в прекрасном настроении. Перед тем как расстаться (на время) с Оксфордом, два слова о Блини. Среди коллег по ЭПР он известен как "тот, кто никогда не ошибается", до того чисто он работает и скрупулезнооценивает выводы из своих экспериментов. Но, сверх того, в своей области он одаренный и изобретательный новатор. В 1957 году, после безвременной кончины Саймона, он принял на свои плечи тяжкую ношу — кафедру доктора Ли и связанное с нею руководство Кларендоном. Несколько лет тому назад он сложил с себя эту ношу, чтобы заняться наукой, и в семьдесят четыре года делает еще очень красивые "вещицы". Юмор его иногда безжалостен. Для меня он — очень дорогой друг. Между Оксфордом и Кембриджем Атлантический океанКАЭ. — Жолио. — Ивон. — Вайскопф. • — На пороге запретного места. — Как голосоватьНазвание этой главы — игра слов. Кембридж, о котором идет речь, не английский университет, который соревнуется с Оксфордом на Темзе, а американский город в штате Массачусетс, местонахождение старейшего американского университета — Гарварда. "Между Оксфордом и Гарвардом" — было бы более правильным заглавием для этого двухлетнего промежутка между моим пребыванием в этих двух университетах, но пропала бы симметрия, которая столь сердцу физика мила. Вернувшись в КАЭ, я предстал пред светлые очи моего дорогого начальника Коварски. Он похвалил меня за успехи в Оксфорде, но дал понять, что главным виновником торжества был он, столь удачно выбравший мне в руководители своего старого друга Прайса. Затем он снова посоветовал мне не забывать в мыслях о своей будущей карьере в КАЭ о моих слабостях: о том, что я русский еврей и не политехник. (На политехниках он был помешан.) Отталкивая от себя всех, кто мог бы питать к нему чувство дружбы или благодарности, или просто уважения к его немалым умственным способностям, он вступил на путь самоуничтожения, который за несколько лет привел его к потере всякого влияния в КАЭ и, наконец, к изгнанию в ЦЕРН на второстепенную должность. Он доставил мне гораздо меньше неприятностей, чем многим другим своим подчиненным в КАЭ. К счастью, я все меньше и меньше имел с ним дело. Немного позже я расскажу об одном смехотворном инциденте. В 1950 году одно событие потрясло весь КАЭ — отстранение Жолио властями от должности Верховного Комиссара. Я уже сказал, что не знал его хорошо, и другие могли бы лучше меня рассказать о нем, столь выдающемся во всех отношениях и так рано добившемся славы. Все было сказано о его чародейской ловкости как экспериментатора, об его неутомимой энергии и личном магнетизме, привлекавшем всех, кто с ним встречался. Эти качества, наряду с заслуженным авторитетом, обусловленным его важными открытиями, позволили ему проложить путь одному из наиболее важных среди научных и технических предприятий нашей страны — КАЭ. Но если отойти от избитой дороги жизнеописания святых и перейти к более тщательному анализу его достижений и влияния на научную жизнь страны, то можно задать ряд вопросов и сделать некоторые выводы.*Хотя главные работы Фредерика и Ирины Жолио — открытие искусственной радиоактивности, вознагражденное Нобелевской премией (и в меньшей степени работы тройки — Жолио, Гальбана и Коварски), — являются частью научной истории страны, мало кто знает, что супруги Жолио прошли мимо трех великих открытий, тоже вознагражденных Нобелевской премией. Прежде всего — открытие нейтрона, буквально оброненное супругами Жолио в корзину англичанина Чэдвика из-за их неспособности правильно проанализировать результаты своих опытов. Затем открытие позитрона, траектории которых Жолио наблюдал в своей камере Вильсона, но истолковал как следы электронов, движущихся к источнику. Поразительно, что это совпадает с описанием позитрона в квантовой электродинамике Фейнмана как электрона, идущего обратно во времени. Наконец, Ирина Жолио наблюдала, что химические свойства некоторых предполагаемых трансурановых элементов, полученных нейтронным облучением урана, поразительно похожи на свойства лантана; но, как и другие крупные радиохимики того времени, она не смогла сделать последнего решающего шага и признать, что то, что так смахивало на лантан, и есть лантан, и тем самым прошла мимо открытия ядерного деления, наложившего неизгладимую печать на двадцатое столетие.*Общая черта этих трех промахов — слабость теоретического истолкования результатов, полученных мастерами-экспериментаторами. Ответственность за это падает не только на чету Жолио. Они вряд ли могли добиться большего среди того, что не могу не назвать "французской пустыней" теоретической физики, которую я описал на своем примере в главе "Хождение по мукам". Но пример Жолио освещает ее гораздо ярче. Теоретиков, работающих в тесной связи с экспериментаторами, которых в других странах называли в лабораториях "домашними" теоретиками, во Франции просто не было. Некоторые черты характера Жолио можно объяснить структурой нашего высшего образования тогда (да и теперь еще). В отличие от своих современников Пьера Оже и Фрэнсиса Перрена, которые были выпускниками славной Нормальной школы, Жолио вышел из непрестижной Школы физики и химии, и ему порой давали понять, что он не принадлежит к научной аристократии. Он никогда не чувствовал себя своим среди французской научной аристократии, а тем более среди иностранной. Возможно, что в этом кроется причина его отказа покинуть Францию в годы германской оккупации (который меня лично коробит). Как знать?! Нельзя обойти тот факт, что между его замечательными работами о делении урана в 1940 году и преждевременной кончиной в 1958 году научная деятельность Жолио прекратилась. Его лекции в Коллеж де Франс, на которых я бывал после войны, были недостойны его. Есть конечно немало объяснений: борьба с оккупантами до 1944 года, а затем ответственность за "запуск на орбиту" КАЭ до увольнения в 1950 году. А потом? Потом (и до смерти) подчинение политической партии, которая пользовалась его громадным престижем для собственных целей. Он мог бы возродить французскую ядерную физику после войны, но вместо этого сознательно отмежевался от всякого сотрудничества с англосаксонскими странами, откуда мог прийти свет после всех несчастий войны, и этим содействовал прискорбной изоляции нашей страны. В этом отношении (но только в этом!) его влияние было отрицательным, а Коварски — положительным. Трудно назвать жертвой человека, за которым числятся столь блистательные успехи, и все же я лично не могу не считать, что этот великий ученый оказался жертвой, жертвой обстановки, которую страна тогда создавала ученым, и жертвой одной политической партии. Известно, что его увольнение было вызвано его громко объявленным отказом позволить КАЭ работать над созданием ядерного оружия. Нельзя не отнестись с уважением к его моральной позиции; но нельзя не заметить, что излишне вызывающая форма его отказа служила лишь интересам одной политической партии (которая с тех пор давно изменила свои позиции и поведение которой во время постыдного пакта между Гитлером и Сталиным он заклеймил позором в свое время). То, что произошло в КАЭ после того, как сняли Жолио, было не Бог весть как красиво. Все те начальники и начальнички, в том числе, конечно, и господин К., которые из-за похвального желания нравиться прежнему Верховному Комиссару стали членами близкого к компартии профсоюза ГТК (Генеральной трудовой конфедерации"), теперь, как в Писании, ринулись оттуда, как стадо свиней. Я нашел это зрелище столь тошнотворным, что, несмотря на то, что никогда не был коммунистом, записался в ГТК и оставался ее членом в течение десяти лет, пока не стал профессором в Коллеж де Франс в 1960 году. Выбор нового ВК оказался нелегким и занял почти год. В конце концов, после долгих колебаний, правительство назначило Фрэнсиса Перрена, который и сохранял должность ВК на протяжении почти двадцати лет, до 1970 года. Полномочия ВК были определены декретом от 1945 года, когда де Голль учредил КАЭ; внутри КАЭ они давали Перрену большую власть, которую он употребил на поддержку развития там чистой науки. Когда я вернулся из Оксфорда в КАЭ, я нашел изменения в организации. Был создан отдел математической физики, возглавляемый профессором Жаком Ивоном (Jacques Yvon) (который впоследствии, с 1970 по 1975, стал ВК). Ивон пришел в КАЭ с кафедры теоретической физики Страс-бургского университета. Его безмятежная университетская карьера была грубо прервана на полтора года заключением в нацистский лагерь, где, как я слыхал, он перенес жестокие лишения; но он никогда об этом не говорил. По семейному и национальному происхождению, характеру, складу ума он был противоположен мне, но, тем не менее, мне кажется, что, как и я, он пострадал от нашей вредоносной системы, ведущей к одиночеству ученого. До войны он работал в области классической статистической механики; он ввел в нее новые понятия и получил несколько интересных результатов. Он работал в одиночку, и его труды были впервые оценены за границей только после войны. В области квантовой механики он был, как и я, самоучкой. Уже приближаясь к пятидесяти, он вложил много усилий в освоение физики нейтронов и ядерной физики вообще. В душе он был добр и справедлив, но скрытен и обидчив и часто реагировал неожиданно. Мои отношения с ним начались, к сожалению, "с левой ноги". Он задумал написать курс квантовой механики (похвальное намерение, так как книги де Бройля порядочно устарели) и решил привлечь к этому предприятию "мушкетеров" одновременно в качестве сотрудников и подопытных кроликов. С этой целью он распределил между нами части рукописи, ожидая наших комментариев. Мне не повезло, ибо уже на второй странице я напал на ошибочное утверждение и принес Ивону пример, доказывающий эту ошибочность. Ошибку было легко исправить, но, к моему удивлению и огорчению, это его" Официальное название профсоюза — Всеобщая конфедерация труда (Франция) затронуло гораздо глубже, чем я ожидал. "Видно, на старости лет не становишься лучше", — горько сказал он. Предприятие было заброшено (я полагаю, что под давлением более срочных занятий его все равно не удалось бы довести до конца), и с тех пор наши отношения приняли натянутый характер. Хотя как начальник он всегда оставался скрупулезно справедлив ко мне. Под его руководством я сделал с Горовицем несколько вычислений по торможению нейтронов в графите и в тяжелой воде, предназначенных для конструирования первых французских реакторов, но не стал энтузиастом работ по атомной энергии. Ивон оставлял мне свободу заниматься другими проблемами. Осенью 1950 года в Париж приехал из MIT в отпуск на год профессор Виктор Вайскопф. Его приезд оказался важным событием для молодых французских теоретиков. В рамках семинара Прока он организовал дискуссии в области теоретической ядерной физики. Со своим коллегой Джоном Блаттом он только что написал обширный трактат на эту тему. Книга была в печати, но он привез с собой рукопись, которой мы пользовались во время наших дискуссий. После знаменитой статьи Ханса Бете 1937 года, которую я когда-то одолжил у Фрэнсиса, вышла в свет только одна книга на эту тему под заглавием "Ядерные силы", написанная Леоном Розенфельдом, учеником Бора, о котором я уже говорил. Несмотря на энциклопедическую культуру автора (а частично из-за нее), книга Розенфельда страдала двумя недостатками: ее было почти невозможно читать, и скоро она совсем устарела. Автор пытался втиснуть в нее все, что люди знали или думали, что знали, про ядерные силы. Впоследствии, когда я сам стал автором объемистых монографий, я научился на книге Розенфельда, как не следует писать научные книги (книги, не статьи).