Федор Кедров - Цепная реакция идей

• Название: Цепная реакция идей
• Автор: Федор Кедров
• Издательство: Знание
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1975

Книга посвящена жизни и научному творчеству шести выдающихся ученых-физиков XX века, сыгравших исключительную роль в развитии физики атомного ядра и элементарных частиц. Это англичанин Эрнест Резерфорд, советские ученые П.Л. Капица, Я.И. Френкель, И.Е. Тамм, французы Ирен и Фредерик Жолио-Кюри.

---

Но прямое подтверждение экспериментаторами его теории было всегда кульминационным моментом, которого Френкель ждал с нетерпением, никому в этом, правда, не признаваясь.

Необходимость подтверждения его теорий экспериментами вызывалась почти во всех случаях и особенно в любимых Френкелем областях, рассматривающих физические явления, связанные со структурой вещества и происходящими в нем физическими явлениями на уровне молекул.

В тридцатых годах многие физики, занимавшиеся молекулярной физикой, переходили к исследованиям атома и ядра. Из Ленинградского физико-технического института, где долгие годы изучали свойства полупроводников и диэлектриков, а также различные вопросы молекулярной физики, естественно, вышли почти все первые крупнейшие советские физики-атомники. Среди них был и академик И.В. Курчатов. Впоследствии он руководил всеми научными работами по атомной проблеме в нашей стране. В области молекулярной физики начинали свою деятельность академики А.П. Александров, Ю.Б. Харитон, И.К. Кикоин, Л.А. Арцимович и многие другие наиболее видные участники атомных исследований.

Для того чтобы сделать решительный шаг в ядерной физике, которая к середине века приобрела наибольшее значение из всех физических наук, пришлось сконцентрировать все физические (и не только физические) знания, полученные человеком в XIX и XX веке.

Вскоре после того, как физики впервые обратили внимание на процессы, происходящие в ядрах атомов, и тем более.. когда возникли первые предположения о гигантских энергетических ресурсах ядер (а такие предположения высказывали Кюри, Резерфорд, Содди и многие другие ученые еще в начале XX века), стало ясно, что эти проблемы очень сложны. Для решения их необходимо было не только сконцентрировать знания, но и объединить ученых в мощные коллективы, поставив перед ними трудно выполнимые специальные задания. Во всей истории ядерной фпзики и атомной энергетики как нельзя лучше проявилась исключительная ценность теоретических идей, которые часто указывали экспериментаторам, что им нужно делать, чтобы добиться существенного прогресса в этой области.

Ядерная проблема требовала участия в общей работе многих выдающихся ученых (не говоря уже о грандиозных контингентах рядовых исследователей и технического персонала). Можно уверенно сказать, что из крупнейших современных физиков, игравших решающую роль в исследовании ядра и ядерных процессов, многие по своему дарованию не уступали таким великим ученым прошлого, как Ньютон, Фарадей, Максвелл, Галилей, а некоторые и превосходили этих людей, прославленных всемирной историей.

Не говоря уже о больших общих и принципиальных теоретических и экспериментальных проблемах универсального характера, многие даже сравнительно узкие задачи могли быть решены только очень одаренными, оригинально мыслящими учеными.

Френкель заинтересовался теоретическими вопросами ядерной физики в начале тридцатых годов, но только в 1936 году он, впервые выступая в прениях по докладу Нильса Бора, изложил свою идею о капельной модели ядра.

Первая статья Френкеля по ядерной физике была опубликована осенью 1936 года харьковским журналом «Физический журнал Советского Союза», где печатались статьи на немецком и английском языках.

Эта и последующие статьи Френкеля привлекли внимание специалистов. Однако тогда еще вопросы деления тяжелых ядер (а Френкель именно первым высказал мысль о принципиальной возможности такого деления) не вызвали такой сенсации, какой они сопровождались несколько позже. Теперь, оглядываясь назад и окидывая взором триумфальные успехи в области ядерной физики и атомной энергии, можно сказать уверенно, что работы Френкеля имели огромное значение для прогресса физики последних 20...30 лет.

Открытие Чадвиком в начале тридцатых годов нейтрона начинало новую эпоху в физике и технике. Вскоре после этого американский ученый Карл Андерсон обнаружил в космических лучах ранее неизвестную частицу — позитрон с такой же массой, как у электрона, но с противоположным знаком электрического заряда. Появилась первая античастица (термин «античастица» возник гораздо позже) в списке, ныне включающем также антипротон, антинейтрон и другие античастицы и частицы (всего их более 200).

Открытия Чадвика, Андерсона и других ученых, тока еще немногих специалистов по ядерной физике, привлекли внимание к этой области более широкого круга исследователей. Тогда же, в 1930 году, по инициативе А.Ф. Иоффе, обладавшего удивительным «чутьем» не только по отношению к людям, но и к физическим открытиям, была создана группа экспериментаторов для работы по физике атомного ядра. Сотрудники нескольких лабораторий приступили к исследованиям. Некоторыми из них руководили И.В. Курчатов и Д.В. Скобельцын, впоследствии известные ученые-академики. Начал работу и теоретический семинар во главе с Френкелем. Результаты первых работ были опубликованы.

В следующем 1931 году накопилось уже достаточно материалов, и поэтому в Ленинграде была созвана Первая Всесоюзная конференция по атомному ядру. Ее приурочили к 15-летию со дня основания Физико-технического института.

Конечно, и в Москве и Харькове ядерная физика также включается в тематику крупных, хорошо оснащенных научно-исследовательских институтов.

Френкель внимательно следит за этими работами. Он замечает, как иностранные физики, среди которых многих он хорошо знает лично, перешли от других вопросов к работам в области ядра. Да и в его институте уже наметился такой переход.

В институте инициатива прежде всего была проявлена экспериментаторами. Первые работы в области ядра принадлежали им. Но вскоре понадобилось привлечь к исследованиям теоретиков.

И.Н. Головин в своей книге приводит «обращение» Курчатова к своим сотрудникам в Физико-техническом институте, в котором между прочим есть такие слова: «Не наше дело абстрактные теории проверять. Мы будем на опытах изучать ядро, его особенности. Если и обнаружим что-то непонятное, попросим теоретиков — Френкеля, Тамма, Ландау — призадуматься и создать общую странную картину явлений. Ведь нейтрон еще совсем не изучен. А если он в любое ядро проникает, то у него великое будущее».

Но Френкель не ждал сигнала экспериментаторов. Он уже понимал, что физика стоит на пороге новых возможностей овладения атомной энергией при помощи нейтрона и серьезно занялся проблемами ядерной физики.

В тридцатых годах Я.И. Френкель и Нильс Бор впервые указали на возможность применения статистических методов к ядру. Физики-теоретики получили возможность осуществить новые важные исследования. Исходя из идей Френкеля — Бора Г. Бете исследовал распределение ядерных уровней по энергиям. Но Бете рассматривал ядро как идеальный газ. Это было неверно, так как в ядре существовало сильное взаимодействие частиц. Л.Д. Ландау (впоследствии лауреат Нобелевской премии) в 1937 году опубликовал статистическую теорию ядер, в которой рассматривал ядро как квантовую жидкость, а не идеальный газ. В работе Ландау благодаря применению статистических методов удалось получить ряд важных соотношений, характеризующих тяжелые ядра.

Весной 1934 года Френкель встретился в Ленинграде с Нильсом Бором и обсуждал с ним вопросы быстро развивающейся в то время теории ядра. Затем они встретились в Москве и вместе поехали в Харьков на конференцию по теоретической физике.

В различных странах с большой интенсивностью велись теоретические и экспериментальные работы по ядерной физике, в результате которых были сделаны важные открытия, предвещающие новую эпоху в физике и технике. Из экспериментальных открытий можно упомянуть об исторических опытах Энрико Ферми по облучению элементов нейтронами и открытие эффекта замедления нейтронов в парафине, графите и тяжелой воде, получившего в физике название эффекта Ферми и сыгравшего важную роль в разработке способов выделения ядерной (атомной) энергии. С не меньшей интенсивностью работали и физики-теоретики, осмысливая огромный материал, накопившийся у экспериментаторов.

В марте 1936 года на сессии Академии наук Френкель, выступая в прениях по докладу И.Е. Тамма, посвященному теории атомного ядра, предложил свою статистическую модель ядра. Примерно за две недели до этого выступления в английском журнале «Нейчер» была опубликована теория компаунд-ядра Н. Бора. Френкель рассматривал ядро как твердое или жидкое тело, состоящее из большого количества связанных друг с другом частиц. Энергию, возникающую в такой системе при захвате нейтрона, можно представить себе как тепловую энергию этого ядра, а процесс захвата нейтрона — как своеобразную его адсорбцию, сопровождающуюся нагревом сложного компаунд-ядра с последующим испарением из него нейтрона, протона или частицы. Основываясь на этой аналогии, он ввел понятие температуры ядра и позднее в других статьях облек свои идеи в математическую форму. Эти идеи получили признание и развитие, в частности, в работах самого Бора, а также в работах Л.Д. Ландау и В. Вейскопфа и Г. Бете.