Глава четырнадцатая. Развитие ядерной физики (1918-1925)

Восстановление научных связей, нарушенных войной

Послевоенные годы были годами восстановления научных связей, нарушенных войной. Возникли подлинные международные центры физической науки. Такова лаборатория Кавендиша в Кембридже, руководимая Резерфордом, институт теоретической физики в Копенгагене, руководимый Нильсом Бором, институт теоретической физики в Геттингене, руководимый Максом Борном. Сюда съезжались экспериментаторы и теоретики со всех стран мира.

Съезды, конференции, семинары становятся обычным явлением в послевоенной физике. Крупнейшие ученые посещают различные страны Европы и Америки, где читают специальные курсы. Так, в США приезжали читать лекции Д. Д. Томсон (Англия), Я. И. Френкель (СССР), М. Борн (Германия).

Атомная физика становится ведущей проблемой физической науки. Нобелевские премии по физике, присужденные в 1918-1925 г., свидетельствуют о том, какое развитие получили работы по квантовой и атомной физике. Из 7 физических премий этих лет 6 были присуждены за работы в области атомной и квантовой физики. В 1918 г. премию получил Макс Планк "За открытие элементарного действия". В 1919 г. премию получил Иоганн Штарк "За его открытие допплер-эффекта в каналовых лучах и расщепление спектральных линий в электрическом поле". В 1921 г. премию получает Альберт Эйнштейн "За его вклад в математическую физику, и в частности за его открытие закона фотоэлектрического эффекта". Наконец, в 1922 г. Нобелевская премия присуждается Нильсу Бору "За его исследования структуры атомов и их излучения". В 1923 г. премию получает американский физик Роберт Милликен "За его труды по элементарному электрическому заряду и фотоэлектрическому эффекту".

В 1924 г. премию получает шведский физик Карл Манне Зигбан "За его открытия и исследования в спектроскопии Х-лучей". В 1925 г. премию получают Джеймс Франк и Густав Герц "За их открытие закона, управляющего столкновениями электронов с атомами".

Открытия первой ядерной реакции Резерфордом в 1919 г., изотопов Ф. Астоном в том же году говорят сами за себя. В 1921 г. Фредерик Содди получил премию "За исследования по радиоактивности", и в 1922 г. Френсис Астон "За открытие изотопов". Несмотря на поразительные успехи атомной и ядерной физики в эти годы, она переживает переходный период. Еще не найдены точные законы микромира и теоретическая физика блуждает в хаосе противоречий классических и квантовых законов. Только в 1925 г. покажется просвет, ведущий к новой квантовой механике. Ядерная физика еще не знает правильной модели ядра, его структурных единиц, не знает иных способов воздействия на ядро, кроме естественных α-излучений. Она только зарождается.

Важной особенностью развития физики в эти годы является упрочение ее связей с техникой. Возникшая в годы войны электронная радиофизика успешно развивается в результате тесного содружества инженеров и физиков. Появляется новая профессия "инженер-физик", ярко отражающая проникновение физики в технику. Техника уже не может развиваться эмпирически, она нуждается в научной базе, и эту базу дает физика. При крупнейших предприятиях создаются научные лаборатории и институты. В свою очередь, техника вооружает физику необходимыми приборами. Электротехническая и радиотехническая промышленность поставляет физикам электроизмерительные и электровакуумные приборы, оптическая промышленность - оптику. Союз науки и техники, осуществляемый в конце прошлого века Э. Аббе в предприятиях К. Цейсса, перестает быть вызывающим удивление единичным фактом, и становится нормой. Особенно важную роль сыграло содружество физики и техники в развитии науки и техники в молодой Советской республике. Уже в первые годы после победы Великой Октябрьской социалистической революции создаются институты, в которых решаются научные и технические задачи: Государственный оптический институт, Государственный физико-технический рентгеновский институт в Петрограде, Центральный аэрогидродинамический институт, Государственный экспериментальный электротехнический институт в Москве. В годы пятилеток связи физики и техники расширились и укрепились.

По мере роста научной продукции развивалась и научная информация. С 1920 г. немецкое физическое общество начало издавать новый журнал "Zeitschrift fur Physik", быстро завоевавший международную популярность. В Советском Союзе после Октябрьской революции возобновилось издание журналов Русского физико-химического общества, стали выходить журналы "Успехи физических наук", "Труды Государственного оптического института", "Вестник института рентгенологии и радиологии", "Известия физического института" и др. Всемирную известность получил пятитомный "Курс физики" О. Д. Хвольсона, второе издание которого вышло в 1923 г. Позже, в 20-х годах в Германии под редакцией Карла Шееля стал выходить многотомный "Handbuch der Physik". Стали регулярно выходить физические журналы в Англии, Франции, Италии, США. После длительного перерыва, вызванного войной, физики получили полную возможность публиковать свои работы.

Следует отметить возросший общественный интерес к физике. Послевоенный мир был захвачен острым интересом к теории относительности Эйнштейна. Астрономические экспедиции в места солнечного затмения 1919 г. принесли подтверждение выводов Эйнштейна об отклонении световых лучей в поле тяжести. Этот узкоспециальный научный факт вызвал резонанс в самых широких общественных кругах. Теория относительности стала "модной". На книжном рынке появилось большое количество популярных брошюр по теории относительности, вышла книга журналиста А. Мошковского "Альберт Эйнштейн", построенная на записях бесед автора с Эйнштейном.

Но появились, однако, и философские книги и статьи, спекулирующие на теории относительности, которая, как утверждали авторы этих книг, подтверждала самые крайние идеалистические выводы о пространствен времени. У Эйнштейна появились горячие сторонники и яростные противники. К ярым противникам теории относительности принадлежали такие видные в те времена физики, как Нобелевские лауреаты Д. Ленард и И. Штарк, ставшие позднее откровенными фашистами и травившие Эйнштейна как "не арийца". Не принимал теорию относительности и Д. Д. Томсон, считавший, что ее выводы могут быть получены и с точки зрения теории эфира. Дискуссии об Эйнштейне и теории относительности, о ее философском значении - одна из характерных особенностей этого периода.

Не в меньшей степени волновали общество и проблемы атомной физики. Радиоактивные превращения, вопрос о таинственной атомной энергии тесно связывались с знаменитым эйнштейновским соотношением E = mc². Мошковский рассказывает в своей книге об Эйнштейне, как он развивал перед Эйнштейном лучезарную картину будущего общества, которое не будет испытывать энергетического голода, используя превращение массы в энергию. Но Эйнштейн охладил пыл своего собеседника, указав, что вероятнее всего освободившаяся энергия будет использована для военных целей и наш современный "угольный" век может показаться раем по сравнению с грядущим "атомным". По иронии судьбы именно Эйнштейну выпало на долю ускорить производство атомной энергии в военных целях.

В то же самое время, когда Мошковский вел беседы с Эйнштейном об атомной энергии, Д. С. Рождественский в голодном и холодном Петрограде с воодушевлением говорил о тех изменениях, которые произойдут в мире, когда "загадка атома будет разгадана". Ученый в стране социализма оптимистически смотрел на будущее. Атом может принести и гибель, и счастье - вопрос решается общественным строем, общественными силами. Над вопросом об атомной энергии, о том, что она принесет человечеству, думали уже в те годы.

Теория относительности и атомная физика занимали ведущее положение в физике этого периода. Кроме большого количества статей в физических журналах, посвященных этим проблемам, в рассматриваемый период вышли фундаментальные монографии, посвященные теории относительности и атомной физике.

Вышли лекции Эйнштейна по теории относительности, известные сейчас под новым названием "Сущность теории относительности". В 1918 г. вышла на немецком языке книга математика Германа Вейля "Пространство, время, тяготение". В 1917 г. вышло первое издание известной книги А. Зоммерфельда "Строение атома и спектры". В рассматриваемый период вышло четыре издания этой книги: в 1921 г. вышло 2-е издание, в 1922 - 3-е, в 1924 - 4-е. В предисловии к русскому изданию этой книги А. Ф. Иоффе писал: "При ... почти всеобъемлющем значении учения о строении атома, естественно, существует потребность не только в книгах, знакомящих в доступной форме с важнейшими результатами, но в основном и в сочинении, исчерпывающе излагающем содержание нового учения. Единственное, ставшее уже классическим, сочинение этого рода - книга профессора А. Зоммерфельда, одного из наиболее активных и авторитетных исследователей учения об атоме. Для физика это основная настольная книга, с которой приходится справляться при каждом новом шаге".

Книга Зоммерфельда хорошо отражала состояние атомной науки в эти годы. Состояние ядерной физики характеризовалось книгами Астона "Изотопы" и Резерфорда "Строение атома и искусственное расщепление элементов". Обе эти книги вышли в русском переводе. Факт быстрого и активного ознакомления русского читателя с важнейшими новинками мировой физической литературы - один из показателей небывалого роста физической науки в СССР. Превращение отсталой, несмотря на наличие в ней блестящих имен, науки царской России в передовую советскую науку - один из замечательных фактов истории науки этого периода.

Несмотря на небывало тяжелые условия, вызванные гражданской войной и блокадой Советской России, в ней шел интенсивный процесс становления передовой советской науки. Один за другим возникали новые научные институты: Оптический в Петрограде (руководитель Д. С. Рождественский), Институт биофизики (первоначально называвшийся Научный физический институт) в Москве (руководитель П. П. Лазарев), Физико-технический рентгеновский институт в Петрограде (руководитель А. Ф. Иоффе) и др. В труднейших условиях созывались съезды физиков: в Петрограде в 1919 г., 1-й съезд Российской ассоциации физиков в Москве в 1920 г., 2-й съезд в Киеве в 1921 г., 3-й съезд в Нижнем Новгороде в 1922 г., 4-й съезд физиков, созванный в 1924 г. в Ленинграде, был первым Всесоюзным съездом и показал, что в Советском Союзе сформировалась современная физика, способная решать и уже решавшая актуальные проблемы физической науки. Радиофизика и электроника, атомная и ядерная физика, оптика и спектроскопия, магнетика и физика твердого тела, акустика и молекулярная физика - все разделы физической науки успешно развивались научными коллективами Ленинграда, Москвы, Томска, Саратова, Киева, Харькова и других городов Советского Союза. Теоретические работы А. А. Фридмана, И. Е. Тамма, Г. А. Гринберга и других по теории относительности, Я. И. Френкеля, Ю. А. Круткова, В. Р. Бурсиана - по квантовой теории, статистической физики и электродинамике, работы П. П. Лазарева, Б. В. Ильина и их сотрудников по молекулярной физике, работы А. Ф. Иоффе и его школы по физике твердого тела и электронным явлениям, работы Д. С. Рождественского и его сотрудников по оптике и спектроскопии, работы В. К. Аркадьева и его школы по ферромагнетизму, работы В. И. Романова, Н. А. Капцова по радиофизике и физике вакуума и многие другие исследования советских физиков отметили появление нового отряда мировой науки - советской физики.

Д. С. Рождественский в докладе на годичном собрании Оптического института 15 декабря 1919 г. сообщил об итогах его работы по исследованию спектров щелочных металлов. Советские ученые, оторванные в результате блокады от мировой науки, самостоятельно решили проблему описания термов многоэлектронных атомов. Эту работу Рождественского высоко оценивали Бор и Эренфест. Ю. А. Крутков разрабатывал выдвинутую Эренфестом теорию адиабатических инвариантов, которая до создания новой квантовой механики являлась единственным средством отыскания квантуемых величин. А. Ф. Иоффе и Н. И. Добронравов классическим опытом доказали квантовый характер рентгеновского излучения. Д. В. Скобельцын, исследуя в камере Вильсона электроны отдачи, показал справедливость квантовой теории эффекта Комптона. Л. В. Мысовский разработал метод толстослойных пластинок для исследования ядерных излучений. Таким образом, молодая советская физика уже в первые, самые трудные годы своего существования активно включилась в разработку сложнейших проблем атомной физики.