Текст книги "Андрей Сахаров. Наука и Свобода"

Ядерная физика во многом определила судьбу этого аспиранта и судьбу «очень многих, может всех». Поэтому – для любознательных нефизиков, – попробуем объяснить, что же так интересовало Тамма.

Сегодня каждый знает, что все предметы, окружающие его, состоят из атомов. Разновидностей этих стандартных элементов мироздания меньше сотни, что ничтожно мало по сравнению с разнообразием вещей, из них составленных. Еще в XIX веке химик Дмитрий Менделеев обнаружил порядок в свойствах элементов. Он разложил по полочкам все известные тогда элементы и предсказал новые, для которых предназначил пустые места на полочках. Предсказанные элементы были открыты, встали на приготовленные им места, а весь набор «полочек» получил название «периодической системы Менделеева». Совершенно непонятным, однако, оставалось, почему у элементов столь различные свойства. Почему одни – блестящие металлы, а другие – прозрачные газы. Столь же непонятно было, что такое атом, как он устроен. Загадки атомного мира копились, пока истории это не надоело. И тогда, как не раз случалось в истории науки, оправдалась поговорка: «Сто загадок – одна отгадка».

«Сто загадок → одна отгадка»

Не зря же Андрей Сахаров, демонстрируя однажды свою способность писать зеркально, запечатлел эту формулу научного триумфа. Таким триумфом стало открытие – или, лучше сказать, раскрытие, – атома. Сначала, в 1911 году, Эрнест Резерфорд, изучая радиоактивность, экспериментально обнаружил, что атомы в основном состоят из… пустоты. Только самый центр атома, занимающий одну миллиардную его часть, заполнен. Это и есть ядро, вокруг которого на огромных расстояниях движутся электроны, – если ядро увеличить до размеров яблока, то электроны пропорционально удалились бы от яблока-ядра на десяток километров. Это означало, что проблема радиоактивности кроется в ядре, и что радиоактивная внутриатомная энергия должна именоваться внутриядерной или просто ядерной. Когда ядро меняет свое состояние, излишки энергии уносят частицы или световое излучение – a-, b-, и g-излучения. Так первые буквы греческого алфавита, стали первыми буквами ядерной азбуки.

В 1913 году Нильс Бор разгадал законы, по которым движутся электроны в атоме – квантовые законы атомной физики. И на этой основе затем объяснил порядок элементов на «полочках» Менделеева. Именно тогда стало ясно, что свойства атома определяются его ядром.

Ядра различаются зарядом и массой. Разные по заряду ядра – химически разные элементы. Одинаковые по заряду, но разные по массе – это химически неотличимые изотопы одного элемента. Самое легкое ядро у водорода – всего одна частица, которую назвали протоном. Самое тяжелое – ядро урана, в котором двести с лишним частиц.

Тут самое время для второй общей формулы научного прогресса: «В сердцевине отгадки – новые загадки». Устройство ядра оказалось загадкой еще более трудной, чем устройство атома. Ведь противоположно заряженные электрон и ядро связаны силой электрического притяжения – силой давно известной и, можно сказать, одомашненной. А что удерживает вместе одноименные заряды ядра? Что преодолевает огромные силы электрического отталкивания в ядре? Ведь эти силы в миллиарды раз больше атомных из-за того, что ядро в сто тысяч раз меньше атома.

Этот ядерный вопрос до сих пор не получил полного ответа, но один из первых шагов к его решению сделал Игорь Тамм в 1934 году. Незадолго до того экспериментаторы открыли новую частицу – электрически незаряженную, нейтральную и поэтому названную «нейтроном». Во всем, кроме заряда, нейтрон оказался очень похож на протон. Их признали равноправными составляющими ядра и объединили общим названием – нуклон. Уже это решило несколько ядерных головоломок, однако оставался вопрос о силе, связывающей частицы ядра.

Тамм предположил, что связывать протоны и нейтроны ядра может обмен известными легкими частицами (из которых самая известная – электрон) – как будто нуклоны все время перебрасываются мячиками из рук в руки. Это была новая идея. Новая и… неправильная. Тамм сам провел соответствующий расчет, убедился, что сила слишком мала, и опубликовал свой отрицательный результат. По пути, намеченному Таммом, пошел в 1935 году японский теоретик Хидэки Юкава, который не стал заранее назначать частицу, обмен которой связывает нуклоны в ядре. И получил результат – такая частица должна была бы иметь массу в 200 раз больше массы электрона, а поскольку такой частицы никто не наблюдал, грустно заметил он, «изложенная теория находится, по-видимому, на неверном пути»[102]102
  Юкава Х. К вопросу о взаимодействии элементарных частиц (1935) // Нейтрон. М., Наука, 1975, с. 158.


[Закрыть]

Однако путь был верный. Через два года, в 1937 году, экспериментаторы открыли частицу с такой массой. Ее назвали «мезон», от греческого слова, означающего «промежуточный» – средний по массе между электроном и протоном. Нашли частицу, но не закон ядерного взаимодействия. Физики не догадывались тогда, что путь им предстоит извилистый: найденная частица – не та, которую предсказал Юкава. Убедятся они в этом только через десять лет, когда к счастью для научного прогресса тут же найдут «ту» частицу и передадут ей имя «мезон».

А пока – все следующее десятилетие, – проблема ядерных сил стояла перед физикой, и все следующее десятилетие Тамм видел эту проблему перед собой.

Десятилетие это было самым черным в жизни Тамма. В 1937-м он лишился троих близких ему людей: младшего брата, друга юности, и любимого ученика. Почему его самого не объявили «врагом народа», понять трудно, но в хаосе Большого террора таких непонятных вещей много. Ясно лишь, что звание члена-корреспондента Академии наук тогда никого не защищало, и ядерной физике было еще далеко до стратегической профессии.

Потери Тридцать седьмого повлекли за собой «оргвыводы», – ректор университета «порекомендовал» Тамму подать в отставку с должности заведующего кафедрой теоретической физики. А после ареста в 1938 году сотрудника ФИАНа Румера «приняли меры» и в Академии наук. Из-за «необеспеченности руководства со стороны заведующего отделом [Тамма], недостаточной работы по подготовке кадров» теоротдел закрыли, а его сотрудников распределили по лабораториям[103]103
  Геккер И. Р., Стародуб А. Н., Фридман С. А. Физический институт Академии Наук на Миусской площади (К истории ФИАНа), Препринт № 78, М., 1989, с. 11.


[Закрыть].

Затем мрачные годы войны и эвакуации института в Казань до осени 1943 года. Лишь после возвращения ФИАНа в Москву теоротдел восстановили, и Тамм занял свое место. Труднее было с творческой безработицей, – за десятилетие ученый не решил ни одной задачи, сопоставимой с результатами предшествующих лет. Условия военного времени многое могут объяснить, но для страстной натуры Тамма такие объяснения мало что значили – значила бесплодность усилий построить теорию ядерных сил.

К природному энтузиазму Тамма добавлялось то, что в физику он входил в революционное для нее время, когда радикально менялись самые основные ее понятия: пространство, время, причинность. Осуществилась мечта алхимиков – ядерные «алфизики» научились превращать один элемент в другой. Выдающиеся теоретики, начиная с Бора, под впечатлением от удивительных экспериментов и революционного темпа перемен несколько лет даже серьезно обсуждали другую несбыточную мечту – вечный двигатель (но убедились, что это уже чересчур). А Тамму удалось внести вклад в понимание не-элементарности элементарных частиц.

Это теперь ясно, что революционный период в фундаментальной физике закончился в начале 1930-х годов. А поколение, на глазах которого революция совершалась, надолго сохранило революционный азарт. Азартный от рождения Тамм – в особенности. У него, настоящего профессионала, за плечами было семь первоклассных результатов, включая теорию излучения Вавилова-Черенкова (за которую ему предстояло получить Нобелевскую премию). Однако сам он больше всего ценил свою – неправильную в узком смысле – идею 1934 года о механизме ядерных сил. Тогда он имел дело с передним краем физического знания, и выдвинутая им идея была шагом за тот край.

К физике он относился глубоко эмоционально. «В красивую теорию можно влюбиться, как в красивую женщину», – говорил он[104]104
  Кадышевский В. Г. «Что бы вы хотели спросить у академика Тамма?» // Природа 1995, № 7, с. 56.


[Закрыть]. А когда «научный роман» оказывался лишь опьянившей на время страстью, он – опустошенный и несчастный – просил молодых сотрудников «подкинуть какую-нибудь задачку» и называл это «опохмелиться после запоя»[105]105
  Фейнберг Е. Л. Эпоха и личность // Воспоминания о Тамме. 1995, с. 314.


[Закрыть]. Последние полтора десятилетия своей жизни он отдался – безответной, увы, – влюбленности в чарующе-прекрасную и смелую идею, обещавшую, казалось ему, фундаментальное продвижение вглубь микромира…

Член-корреспондент АН СССР И. Е. Тамм в горах, 1947 год

Тамм на семинаре

«Истинная его [И. Е. Тамма] страсть, мучившая всю жизнь и дававшая его жизни высший смысл, – фундаментальная физика. Недаром он сказал за несколько лет до смерти, уже тяжело больной, что мечтает дожить до построения Новой (с большой буквы) теории элементарных частиц, отвечающей на «проклятые вопросы», и быть в состоянии понять ее…» [Андрей Сахаров. «Воспоминания»]

К появлению нового аспиранта Андрея Сахарова ФИАН состоял из семи лабораторий (атомного ядра, колебаний, оптики, люминесценции, спектрального анализа, диэлектриков, акустики) и теоретического отдела. Теоротдел возглавлял Игорь Тамм, его заместителем был Виталий Гинзбург, работали старшие научные сотрудники Д. Блохинцев, М. Марков, Е. Фейнберг и акад. В. Фок (по совместительству), а также восемь докторантов и аспирантов[106]106
  Архив РАН 532-1-101 (Отчет о научно-исследовательской работе Института за 1945 г., 118л.), л. 1-14. Геккер И. Р., Стародуб А. Н., Фридман С. А. Физический институт Академии Наук на Миусской площади (К истории ФИАНа), Препринт № 78, М., 1989, с. 31.


[Закрыть].

Под руководством Тамма действовал «Большой теоретический коллоквиум», на котором, помимо фиановцев, выступали другие ведущие физики страны, включая Ландау, и собиралась аудитория около трех десятков человек. Темы докладов представляли всю физику: от квантовой теории до расширяющейся Вселенной, от ядерной физики до распространения радиоволн. Однако в самом теоротделе, согласно отчету за 1945 год, «внимание было сосредоточено на проблеме элементарных частиц и их взаимодействия». И эта проблема должна была остаться центральной: «В предстоящей пятилетке Теоретический отдел предполагает в еще большей мере, чем раньше, сконцентрировать свою работу на основных проблемах современной физической теории: теории элементарных частиц и их взаимодействий»[107]107
  Архив РАН 532-1-101, л. 95.


[Закрыть].

Трудно это читать без сострадания, понимая, сколь многого еще не знала физика 1945 года об элементарных частицах. К счастью для аспиранта Сахарова, ни он, ни его руководитель этого не ведали. Поэтому аспирант успешно осваивал ремесло физика-теоретика, проводя сложные расчеты и готовя свою первую публикацию, которая появилась в 1947 году[108]108
  Сахаров А. Д. Генерация жесткой компоненты космических лучей (ЖЭТФ, 1947) // Научные труды. М.: Центрком, 1995, с. 91–104.


[Закрыть]. Тогда же он увидел, что проблема ядерных сил вошла в область государственной безопасности:

«Редакция [журнала] при публикации заменила название «Генерация мезонов» на неточное «Генерация жесткой компоненты космических лучей»; Игорь Евгеньевич [Тамм] объяснил мне замену так:

– Даже Лаврентий Павлович (Берия) знает, что такое мезоны».

Однако даже всемогущий шеф госбезопасности не мог тогда знать по-настоящему, что такое мезоны. Летом 1947 года теоретики ФИАНа опубликовали сборник «Мезон», под редакцией Тамма, посвященный состоянию теории ядерных сил, – состоянию неудовлетворительному[109]109
  Мезон. Под ред. И. Е. Тамма. М., ГИТТЛ, 1947.


[Закрыть]. В предисловии указано: «Все авторы сборника являются в первом и втором поколении учениками незабвенного Леонида Исааковича Мандельштама, светлой памяти которого они решаются посвятить этот сборник».

Это – грустная книга не только потому, что авторы ощущали себя осиротевшими, но и потому что сборник весь оказался пустой породой. Единственное зерно оптимизма в этой книге связано с исследованиями братьев А. И. Алиханова и А. И. Алиханьяна, которые объявили, что обнаружили в космических лучах целое семейство новых частиц и придумали даже название для них – «варитроны». Экспериментаторы ФИАНа скептически отнеслись к этим находкам, однако теоретики так нуждались в прорыве, что – вместе с авторами, – приняли желаемое за действительное.

Теоретики ошиблись, – удостоенные Сталинской премии 1948 года варитроны оказались миражом. Но ученые были правы в своих ожиданиях, – в экспериментах того же рода, примерно в то же время, хотя и в другой стране – в Англии, – были открыты настоящие мезоны. Впрочем, и это открытие, отмеченное Нобелевской премией, не решило проблему ядерных сил так, как об этом мечтал Тамм. Как напишет через сорок (!) лет Сахаров: «вся очень хитрая механика [ядерных] взаимодействий до конца не выяснена до сих пор, хотя каждое последующее десятилетие приносило удивительные экспериментальные открытия и глубокие теоретические идеи».

Исследовательский тупик, в котором оказался Тамм, пошел, возможно, на пользу его аспиранту, так же как научная безработица Мандельштама в Одессе начала 1920-х годов помогла Тамму: учитель мог уделять больше внимания ученику.

Это было не только личное общение, но и обязанность аспирантов рассказывать на семинарах новые статьи из научных журналов, прежде всего из главного тогда – «ФизРева» (Physical Review). Для этого надо было на ходу освоить английский язык и, главное, освоить язык живой теоретической физики, что еще трудней, потому что «язык» этот менялся на ходу – с каждой новым продвижением науки.

Другое требование Тамма к аспирантам – преподавать. Сахаров прочитал тогда курсы электричества, теории относительности, ядерной физики в Энергетическом институте. Готовясь к лекциям, он сам систематически осваивал предметы, наверстывая упущенное в годы войны, и потом сожалел, что судьба дала ему на это лишь полтора года, что он не успел так – преподавательски – проработать другие разделы теоретической физики. И, тем не менее, фундаментом всей его научной жизни он считал «понимание, которое приобрел в первые фиановские годы под руководством Игоря Евгеньевича».

Так, не слишком вдохновляюще, звучала тема диссертации, которую Андрей Сахаров выбрал себе, убедившись, что выдвинутая Таммом ядерная гипотеза не работает. Речь все равно шла о жизни ядра, но уже не о «смысле» его жизни, а о тех нечастых случаях, когда ядро переходит из одного состояния в другое почему-то без излучения. На это «почему» и ответил Сахаров в своей диссертации.

Вопрос был насущный. Тремя годами позже той же теме посвятил свою диссертацию в Кембриджском университете известный ныне английский теоретик Р. Г. Далитц[110]110
  Далитц Р. Г. Кандидатская диссертация Андрея Сахарова // Сахаров А. Д. Научные труды. М.: Центрком, 1995, с. 485.


[Закрыть]. Был ли это главный вопрос тогдашней физики? Нет. Но то был жизненный вопрос, или, старомодно выражаясь, загадка природы. История физики знает, что вопрос, считающийся самым главным, со временем, бывает, вообще теряет смысл и смывается потоком знания, а вопрос, кажущийся частным, конкретным, открывает иногда новое русло для этого потока. И заранее никто не знает, чего можно ждать от данной «загадки природы». А сама природа не делит свои загадки на большие и маленькие. Так относился к науке и Сахаров.

Об этом сказал на защите его диссертации 3 ноября 1947 года председатель экзаменационной комиссии Ландсберг: «У молодых теоретиков, которые заняты такими областями, как область космических лучей, как область ядра, часто бывает некоторое пренебрежение к более классическим разделам, далеким от этого круга вопросам. Но Сахаров на всех экзаменах выступал с полным пониманием любого вопроса, с которым он сталкивался. Все проклятые, каверзные вопросы, на которых большинство аспирантов так или иначе спотыкаются, у него не вызывали никакого затруднения. Это внешнее проявление того, что этот человек в молодом возрасте обладает достаточно широким научным кругозором и не только по специальным разделам, но и по всем разделам теоретической физики».[111]111
  Стенограмма заседания Ученого совета ФИАНа 3. 11. 1947 (Защита диссертации А. Д. Сахаровым), Архив РАН 532-1-133, л. 107. Сахаров А. Д. Научные труды. 1995, с. 484.


[Закрыть]

Впрочем, широта кругозора – не то же самое, что глубина знаний. На защите Тамм рассказал, почему среди экзаменационных оценок Сахарова есть одна оценка «хорошо». Когда тот на экзамене излагал свои соображения, Тамм «с ним очень долго спорил, считая, что они неверны. И поставили ему оценку «хорошо». Через день он пришел ко мне на дом и убедил, что я был неправ»[112]112
  Стенограмма заседания Ученого совета ФИАНа 3. 11. 1947 (Защита диссертации А. Д. Сахаровым) Архив РАН 532-1-133, л. 106; Сахаров А. Д. Научные труды. 1995, с. 483. Архив РАН 524-9-463 (Дело аспиранта А. Д. Сахарова), л. 17.


[Закрыть]. Подчеркнув, что в Сахарове сочетаются умение ясно представить картину явления и мастерское владение математическим аппаратом для решения задачи, Тамм завершил свой отзыв словами: «Андрею Дмитриевичу очень многое дано и от него очень многого можно ждать. И я очень рад, что наш теоретический отдел ФИАН может в ближайшее время обогатиться таким сотрудником».

Неудивительно, что после таких отзывов Ученый совет единогласно проголосовал за присуждение Андрею Сахарову ученой степени кандидата физико-математических наук. Совет не обратил внимание на то, что экзамен по марксистско-ленинской философии Сахаров сдал со второй попытки: «Меня спросили, читал ли я какие-нибудь философские произведения Чернышевского – тогда уже начиналась мода на чисто русских ученых и философов, без западного душка. Я с излишней откровенностью ответил, что не читал, но знаю, о чем речь, – и получил «двойку». Через неделю я прочитал все требуемое и пересдал на «пятерку»».

Память тут ему немного изменила – он получил «хорошо»[113]113
  Архив РАН 524-9-463, л. 24 (Кандидатские испытания [А. Д. Сахарова] по диалектическому и историческому материализму 24 июня 1947 года)


[Закрыть]. И вопросы на пересдаче были интереснее и символичнее. Во-первых, надо было рассказать о взглядах Герцена, глубоко русского «западника», и о роли интеллигенции в советском обществе. На эти вопросы Сахарову предстояло ответить всей своей жизнью. Труднее был вопрос «о борьбе Ленина против физического идеализма». Жаль, что архивы не сохранили ответ Сахарова – такого же идеалиста, как и его учитель Тамм, который за двадцать лет до того признался: «Что такое материализм в точных науках, я вообще не понимаю – есть наука, и все».[114]114
  И. Е. Тамм в дневниках и письмах.


[Закрыть]

После пересдачи экзамена по философии, а точнее «кандидатских испытаний по диалектическому и историческому материализму», Сахарову пришлось практически испытать материальность мира. Был уже конец июня, время отпусков, и защиту диссертации перенесли на осень. А на аспирантскую стипендию и карточки содержать семью, когда дочке два года и жена не работает, было очень трудно. Выручал огород, на котором молодой теоретик сажал картошку плечом к плечу с другими фиановцами.

Главной же трудностью жизни было отсутствие жилья. У родителей – одна комната в общей квартире. Молодой семье приходилось снимать комнаты – холодные, сырые, проходные, подвальные, и на небольшие сроки. Пока подыскивалась следующая, жили вместе с родителями – пятеро в одной комнате (брат Андрея Юрий, ушедший добровольцем на фронт, вернулся домой в конце 1945 года). Бедой было то, что мать не приняла невестку с самого начала, как только та приехала в Москву с маленькой дочкой, родившейся в Ульяновске через несколько недель после отъезда Андрея. Мать была уверена, что ее горячо любимый сын заслуживает большего, чем провинциальная девушка Клава Вихирева. Как считал Андрей, в этом треугольнике все «в равной мере были виноваты – или не виноваты» и он, и жена, и мать. Андрей подрабатывал, преподавая в Энергетическом институте и в вечерней школе, но на оплату жилья денег хронически не хватало. Помогали родители, дал в долг Тамм. Лишь после защиты диссертации Сахаров получил комнату в академической гостинице.

Зная столь острую нужду молодого ученого в жилье, можно оценить его отказ решить эту проблему. Он дважды получил такое заманчивое предложение – за год до защиты диссертации и накануне ее. Первый раз предложение исходило от неизвестного ему человека, назвавшегося «генералом Зверевым», второй раз от самого Курчатова. Первый раз Сахарову предложили «перейти работать в нашу систему для участия в выполнении важных правительственных заданий», второй – перейти в институт Курчатова и заниматься теоретической ядерной физикой. Там работали хорошо известные Сахарову теоретики, его оппоненты по диссертации – А. Б. Мигдал и И. Я. Померанчук. Ему предлагалась высокая зарплата и, главное, квартира в Москве. Но он отказался: «Я подумал, что не для того я уехал с завода в последние месяцы войны в ФИАН к Игорю Евгеньевичу для научной работы на переднем крае теоретической физики, чтобы сейчас все это бросить. Я сказал коротко, что сейчас я хочу продолжить свою чисто теоретическую работу в отделе Тамма».

Диссертация была лишь малой частью этой работы, многими кровеносными сосудами связанной с другими вопросами, над которыми думал молодой теоретик. Один из этих вопросов касался фундаментальной проблемы квантовой теории, другие были весьма конкретны, но все их Сахаров сам задавал себе и природе. И эта творческая свобода была ему дороже благ «специальной физики»:

 
…для власти, для ливреи
Не гнуть ни совести, ни помыслов, ни шеи;
По прихоти своей скитаться здесь и там,
Дивясь божественным природы красотам…
 

Впрочем, он знал, что и в ФИАНе ученая степень облегчит ему материальные тяготы жизни. Не мог он не чувствовать и расположение к нему научных руководителей. За два дня до защиты распоряжением директора института Вавилова его назначили на должность научного сотрудника[115]115
  Архив РАН 411-3-533 (Л. д. акад. А. Д. Сахарова), л. 2; 532-1-140. Согласно штатному расписанию Теоротдела на 1948 год, из старших научных сотрудников Сахаров – единственный кандидат наук (с окладом 3000 руб), остальные – доктора наук (с окладом 4000 руб).


[Закрыть]. Это было распоряжение уже не просто директора ФИАНа, а президента Академии наук СССР.