Глава 5. Аспирантура в ФИАНе. Наука

Папа и мама встретили меня на вокзале. Меня поразило, как они изменились за прошедшие два с половиной года. Мы успели поговорить, пока не кончился комендантский час, открылось движение и нас выпустили с вокзала. Они жили на той же Спиридоньевской улице28), рядом с Гранатным переулком, но уже не в помещении яслей. Им предстоял суд с бывшими хозяевами предоставленной им комнаты, вернувшимися из эвакуации (что, конечно, было полной юридической нелепостью; более логично – бывшие хозяева могли бы судиться с Моссоветом и требовать от него переселить моих родителей куда-либо еще, но такого у нас не бывает). У бывших хозяев были две комнаты; одна отошла им, а другая – моим родителям, и в этой комнате они прожили всю дальнейшую жизнь. Папа и мама после призыва Юры в армию жили вдвоем, теперь – до приезда Клавы – мы стали жить втроем.

На следующий день я уже входил в домашний кабинет Игоря Евгеньевича на улице Чкалова29) (в квартиру меня впустил кто-то из домашних). Игорь Евгеньевич встал мне навстречу. В комнате была та же обстановка, которую я потом видел на протяжении десятилетий; над всем главенствовал письменный стол, засыпанный десятками пронумерованных листов с непонятными мне вычислениями, над столом – большая фотография умершего в 1944 году Леонида Исааковича Мандельштама, которого Игорь Евгеньевич считал своим учителем в науке и жизни. (Это были, как я убежден, не просто слова, а нечто действительно очень важное для И. Е.) По стенам шкафы с книгами на трех языках – русском, английском и немецком – научные, справочники, немного – художественных. Длинный ряд зеленых “физ-ревов”30). И (к сожалению, т. к. я антикурильщик) – густые клубы голубого дыма над письменным столом. И. Е. не мог работать без папиросы, хотя и страдал при этом от приступов кашля. На стене висела карта военных действий. Только что передали последнюю сводку, и И. Е. переставлял флажки – как все, что он делал, – с удивительной живостью и четкостью. Шло январское наступление – вероятно, самое крупное за всю войну. Игорь Евгеньевич спросил меня о папином здоровье и потом, почти сразу, начал спрашивать меня о науке. Он вел этот опрос тактично и спокойно, но с достаточно острым проникновением в тело моих знаний – весьма скромных, хотя твердых и, как мне кажется, не поверхностных. (Сам себя я оценивал, без излишней скромности, формулировкой военного билета: “Годен, не обучен”.) К концу разговора И. Е. стал более требователен – по-моему, это означало, что он стал относиться ко мне всерьез. Он сказал, что принимает меня к себе в аспирантуру, на оформление уйдет несколько дней.

– Как у вас с языками?

Я сказал, что читаю по-немецки и совсем не знаю английского. Игорь Евгеньевич очень огорчился (возмутился) второй частью ответа.

– Вы должны немедленно освоить английский, сначала до уровня чтения “Physical Review” со словарем. Это надо сделать очень быстро, вне всяких формальных требований к аспирантам, независимо, без этого вы не сможете шагу ступить и вообще у вас ничего не получится. Но главные силы вы должны употребить на то, чтобы действительно глубоко изучить те книги, которые я вам дам. Это прекрасные книги. Они на немецком языке. К счастью, вы его знаете.

Это были книги Паули “Теория относительности”, замечательный обзор, очень глубокий и с подробной прекрасной исторической и экспериментальной частью (действительно, лучшая книга по теории относительности, а написана она Паули в возрасте 19 лет!), и “Квантовая механика”, тоже прекрасная книга. В дополнение к последней книге И. Е. дал мне рукопись статьи Мандельштама “К теории косвенных измерений”; тогда она еще не была опубликована, теперь с ней можно ознакомиться в собрании избранных трудов Леонида Исааковича по оптике, теории относительности, квантовой механике и электродинамике. Это была очень интересная статья об интерпретации квантовой механики, написанная с большой глубиной и блеском. Многие сейчас считают проблему интерпретации квантовой механики исчерпанной. Но не перевелись еще и такие, кто ищет “скрытые параметры” или нечто еще более несбыточное, считая, как великий Эйнштейн, что Бог не играет в кости. Истина, наверное, гораздо ближе к первой позиции. Но мне все же кажется, что интерпретация квантовой механики еще не достигла той завершенности и ясности, которая имеется в классической физике, включая теорию относительности (основной объект нападок целой армии ниспровергателей). Л. И. Мандельштам считал, что квантовая механика (как для “чистых”, так и для “смешанных” состояний) должна интерпретироваться в терминах описания экспериментов со свободными частицами – их масс и времен жизни, полных и дифференциальных сечений и т. п. Все остальное должно считаться не более чем “математическим аппаратом” и некоей системой вторичных понятий, непосредственно не интерпретируемых. Как я считаю, такая точка зрения действительно возможна, она во всяком случае хорошо отражает важнейшую эпистемологическую идею о соотношении математического аппарата и его операционной интерпретации, первичных и вторичных понятий и т. п. Но эта интерпретация не полна, как я думаю. Неужели, например, уравнение состояния холодного ферми-газа или свойства сверхтекучего гелия надо сводить к экспериментам со свободными частицами? В учебнике Ландау и Лифшица говорится об интерпретации в терминах квазиклассических процессов – это, вероятно, ближе к истине. Хотелось бы окончательной ясности.

Идея, что непосредственным объектом теории должны быть только свободные частицы, получила особенную популярность в связи с трудностями теории элементарных частиц. Но, во-первых, нерелятивистская квантовая теория вполне замкнута, описывает целый мир фактов и должна иметь свою интерпретацию независимо от того, что выяснится в теории элементарных частиц. Во-вторых, развитие теории элементарных частиц вот уже более пятнадцати лет идет под знаком реабилитации локальной квантовой теории поля; оказалось, что казавшиеся непреодолимыми трудности исчезают в так называемых калибровочных gauge теориях, в особенности в их суперсимметричных вариантах. (Добавление 1987 г. Сейчас особые надежды возлагаются на так называемые “супер-струны”. Это – нетривиальное развитие идей квантовой теории поля, без какого-либо пересмотра принципов квантовой механики.) На самом деле, сейчас приходится удивляться не трудностям, а успехам так называемой “стандартной модели”. Но я забежал на четыре десятилетия вперед.

Книги Паули и статью Мандельштама я прочитал немногим более чем за три месяца. Мне кажется, что выбор И. Е. для меня именно этих книг был удивительно удачным, сразу дал правильное направление моему ученью и работе на многие последующие годы.

Я стал в те же дни регулярно ходить на теоретические семинары, которыми руководил Игорь Евгеньевич. Было два типа семинаров – общемосковский, который происходил по вторникам в конференц-зале, и внутренний, “треп”, происходивший по пятницам в кабинете И. Е. Игорь Евгеньевич сам распределял доклады по этим семинарам. Отдел также работал коллективно над монографией о мезоне (обзор экспериментальных и теоретических работ) – о мю-мезоне, сказали мы бы сейчас. Но этот обзор, к сожалению, устарел в момент выхода в свет – после того, как Пауэлл, Латтэс и Окиалини открыли пи-мезон, а еще до этого выяснилось, что мю-мезон слабо взаимодействует с ядрами и очень медленно захватывается ими и поэтому не имеет отношения к ядерным силам.

Я вновь возобновил дружбу с Петей Куниным, а также у меня установились дружеские отношения с другими аспирантами Теоротдела и вне его. Среди них был новый товарищ Пети – Шура Таксар, приехавший откуда-то из Прибалтики. Когда приехала Клава, она тоже вошла в этот круг. Таксар жил в общежитии со своей женой Тамарой, и мы часто ходили к ним в гости. Шура чем-то напоминал мне моего исчезнувшего товарища Яшу (хотя внешне они были очень непохожи). ФИАН тогда был еще очень невелик, и в круг моих друзей естественно вошли некоторые молодые ребята из других отделов – в их числе Матвей Рабинович, которого я помнил еще по университету; он был старше меня на курс или два. Матвей (его все звали Муся) специализировался под руководством Владимира Иосифовича Векслера, изобретателя новых принципов ускорения элементарных частиц, в совершенно тогда новой области ускорителей. Он быстро достиг там крупных успехов, а впоследствии перешел на физику плазмы и магнитно-термоядерную тематику. Вчера (июнь 1982 г.) я узнал о смерти Матвея Самсоновича Рабиновича после года тяжелой и мучительной болезни.

Несколько раз я бывал у другого аспиранта – К. Владимирского; он с увлечением рассказывал мне о своей работе, он был не из нашего отдела.

Все они, за исключением Пети Кунина, после того как я в 1968 году оказался в “новом качестве”, исчезли с моего горизонта (а некоторые, может, еще раньше, отчасти по моей вине); Таксар в середине 70-х годов получил разрешение на выезд, живет в ФРГ (сведения от Кунина).

Кроме Кунина и Таксара, аспирантами Теоротдела в 1945–1948 гг. были – Гурген Саакян (сейчас он работает в Ереване, занимается астрофизикой, в частности – теорией строения звезд), Володя Чавчанидзе (стал руководителем Института кибернетики в Тбилиси), Джабага Такибаев (академик Казахской ССР, занимается процессами в космических лучах при сверхвысоких энергиях), Авакянц (я не помню, к сожалению, его имени и научной специализации), Павел Немировский – “Павочка” (он получил после окончания аспирантуры предложение работать в Институте атомной энергии; как я рассказываю дальше, аналогичное предложение получил и я, но я отказался; Немировский согласился и до сих пор работает в Институте; у него хорошие научные достижения в области теории атомного ядра; впоследствии мы стали его соседями, Клава была в хороших отношениях с его женой Шурочкой).

Ефим Фрадкин, как мы все его звали – Фима, появился в Теоротделе в конце 1947 года, после демобилизации. Вся его семья была уничтожена немцами, он был совсем одинок.

Фрадкин в возрасте 17 лет был призван в армию, участвовал в боях на Западном фронте и под Сталинградом, получил тяжелое ранение – сквозная рана из правой щеки в левую с перебитыми зубами, челюстью и пробитым языком. Фима говорил, что, когда в комнату теоретиков входит генерал (уполномоченный ЦК КПСС31) и Совета Министров генерал ГБ Ф. Малышев), у него непреодолимый солдатский рефлекс вскочить по стойке смирно. Из всей нашей компании Фрадкин единственный достиг того амплуа высокопрофессионального физика-теоретика “переднего края”, о котором мы все мечтали. У него большие достижения почти во всех основных направлениях квантовой теории поля (метод функций Грина в теории перенормировок, функциональное интегрирование, калибровочные поля, единые теории сильного, слабого и электромагнитного взаимодействия, общая теория квантования систем со связями, супергравитация, теория струн и др.). Ему первому, независимо от Ландау и Померанчука, принадлежит открытие “Московского нуля” (я потом объясню, что это такое).

Многие из полученных Фрадкиным результатов являются классическими. В методических вопросах Фрадкин не имеет себе равных. В 60-х годах он стал членом-корреспондентом АН СССР, пользуется большой и заслуженной известностью во всем мире.

В связи с трудностями квантовой теории поля (в частности, воплощенными в “Московском нуле”) в середине 50-х – начале 60-х годов возникло скептическое отношение к этой теории; к сожалению, этот скептицизм в какой-то мере распространился и на работы Фрадкина; некоторые из полученных им существенных результатов не были своевременно замечены и впоследствии переоткрывались другими авторами; в некоторых же важных вопросах и сам Фрадкин не проявил должной настойчивости. Может, наиболее драматический пример – исследование бета-функции Гелл-Мана – Лоу в неабелевых калибровочных теориях (я не буду тут расшифровывать эти специальные термины, скажу лишь, что в зависимости от знака бета-функции имеет место либо трудность “Московского нуля” – именно так было во всех исследовавшихся до сих пор теориях, либо гораздо более благоприятная ситуация, условно называемая “асимптотическая свобода”). У Фрадкина и его соавтора Игоря Тютина тут все было “в руках”, но они не обратили внимания на знак бета-функции или не придали этому должного значения, поглощенные преодолением расчетных трудностей. Аналогичная беда постигла (еще до Фрадкина и Тютина, если я не ошибаюсь) сотрудника Института экспериментальной и теоретической физики Терентьева, которого не поддержал И. Я. Померанчук, тогда увлеченный “похоронами лагранжиана” (т. е. квантовой теории поля), и физика из Новосибирска И. Хрипловича. Асимптотическая свобода была потом открыта Вилчеком и Гроссом и одновременно Политцером, это открытие составило эпоху в теории элементарных частиц.

В феврале–апреле 1945 года я, почти не отрываясь, прорабатывал обе книги Паули, и они меняли мой мир. Но в то же время мне удалось сделать небольшую работу, доставившую мне удовольствие (хотя потом она и оказалась повторением уже опубликованных работ других авторов). На пятничный семинар пришел проф. Дмитрий Иванович Блохинцев (он тоже формально был сотрудником Теоротдела, но находился в сложных отношениях с И. Е. и с остальными и действовал часто на стороне). В руках у него была мензурка с водой. Блохинцев щелкнул по мензурке пальцами, все услышали чистый тонкий звук. Затем он взболтал мензурку, зажав ее ладонью, и раньше, чем пузырьки успели всплыть, постучал еще раз – звук был глухой! Блохинцев сказал: вот интересная и важная задача; после бури в морской воде очень много пузырьков, они приводят к исчезновению подводной слышимости; это очень важно для подводных лодок. В тот же вечер и в ближайшие дни я составил теорию явления. В поле переменного давления звуковой волны пузырьки испытывают радиальные колебания объема, при этом оказывается возможным резонанс, колебания большой амплитуды. Наличие в воде колеблющихся пузырьков меняет макроскопическую скорость звука, возникает звуковая “мутность”. Я нашел также механизм поглощения звука. При сжатии и расширении воздуха в пузырьках происходят периодическое адиабатическое нагревание и охлаждение. Температура воды практически постоянна. На границе воды и воздуха возникают процессы теплообмена (тепловые волны), приводящие к диссипации. Игорь Евгеньевич посоветовал мне показать эти вычисления в Акустическом институте Академии наук. Я поехал туда; к сожалению, я не помню, с кем я говорил (кажется, одним из моих собеседников был Л. Бреховских, впоследствии академик). Мне быстро объяснили, что вездесущие немцы уже опередили меня. Но история на этом не совсем кончилась. Через тридцать лет мой зять Ефрем Янкелевич, работая на рыбо-научной станции32), получил задание по изучению подводных звуков, испускаемых рыбами (они это делают, приводя в колебание свой плавательный пузырь). Мне пришло в голову, что самое время вспомнить свои работы 30-летней давности (то, что колебания имеют не радиальный, а “квадрупольный” характер, не вызывает трудностей). В частности, возможен резонанс. К сожалению, эта работа не получила развития – Ефрем вскоре был уволен.

И. Я. Померанчук все то, что не является большой наукой, называл “пузырьками” (не обязательно это были реальные пузырьки, как в только что рассказанной истории). Я немало имел дело с такими несолидными вещами, по существу и то, чем я занимался с 1948 по 1968 год, было очень большим пузырем.

Все сотрудники Игоря Евгеньевича были обязаны по очереди выступать на семинарах с реферированием вновь поступающей научной литературы (тогда, в особенности, “физ-ревов”). Это распространялось и на молодых, как только они “вставали на ноги”, и заставляло их “тянуться” изо всех сил. Подразумевалось, что это – почетная и одновременно приятная обязанность. Поначалу, конечно, было невероятно трудно. Но зато – докладывая, например, работу Швингера об аномальном магнитном моменте электрона, я чувствовал себя посланцем богов. Я до сих пор помню, как тогда после моего сообщения об этой работе к доске выскочил Померанчук и в страшном волнении, теребя волосы, произнес что-то вроде:

– Если это верно, это исключительно важно; если это неверно, это тоже исключительно важно…

Это было, кажется, уже в 1948 году. Я далеко не сразу достиг того уровня широты и понимания, который необходим для реферирования, а потом – после привлечения к военно-исследовательской тематике – почти мгновенно потерял с таким трудом достигнутую высоту. И более никогда уже не смог на нее вернуться. Это очень жаль. И все же я в своей последующей работе в значительной степени опирался на то понимание, которое приобрел в первые фиановские годы под руководством Игоря Евгеньевича. Еще одно его требование, столь же мудрое, было – обязательное преподавание. Я три семестра читал лекции в Московском Энергетическом институте, затем еще полгода – в вечерней рабочей школе при Курчатовском институте. Боюсь, что я был неважным преподавателем, хотя быстро учился на собственных ошибках преподавательскому опыту, в вечерней школе с ее другим контингентом пришлось учиться заново; возможно, если бы я продолжал преподавать – а я этого хотел, – то со временем из меня кое-что получилось бы.

В МЭИ заведующим кафедрой физики был проф. В. А. Фабрикант. Он очень опасался моей педагогической неопытности и давал мне разные полезные наставления. Его собственная научная судьба драматична. Примерно в те же годы, когда мы общались, он (вместе со своей сотрудницей Бутаевой) предложил принцип лазера и мазера (использование эффекта индуцированного излучения, на существование которого в 1919 году впервые указал Эйнштейн). Но радость осуществления этой замечательной идеи – и известность – достались другим. Говорят, что какую-то роль сыграло то трудное положение, в котором оказались в годы “борьбы с космополитизмом” многие евреи. Впрочем, я не имею тут информации из первых рук. Может, просто сказалась общая трудность проведения научной работы в условиях вуза – перегрузка учебной и административной работой, крайняя бедность в отношении материалов и оборудования. Через 20 лет Фабриканту была присуждена премия имени Вавилова (я был в числе членов комиссии). Явилась ли эта запоздалая премия хоть каким-то утешением уже старому и больному человеку, стоявшему у истоков одного из самых удивительных открытий нашего времени?

В Энергетическом институте я успел прочитать три курса – ядерной физики, теории относительности, электричества. Потом – из-за каких-то кадровых проблем, возникших на кафедре, – вероятно, тоже в связи с борьбой против “космополитизма”, пришлось уйти. Читал я один день в неделю, два часа. Подготовка к одной лекции занимала полностью один день или больше. Я не писал текста лекции, только конспект. После лекции чувствовал себя настолько усталым, что не мог уже ничем больше заниматься.

Из моих переживаний – прием экзаменов. Особенно я помню первый принятый мною экзамен – не меньше, чем первый сданный. Сначала я никак не мог “поймать” своих студентов, и у меня шли сплошные “пятерки”. Лишь на последнем экзаменуемом я обрел “жесткость” – он не ответил на один из моих, на самом деле чуть-чуть выходящих за обязательные рамки, вопросов, и я поставил ему “четверку”. Получилось постыдно, несправедливо; хуже всего, что мы оба это поняли. Я до сих пор чувствую вину перед этим молодым человеком, его фамилия – Марков, он был одним из лучших в группе.

Читая лекции, я “выучил” для себя ядерную физику (на том уровне, который был достигнут тогда, примерно в объеме известного обзора Ганса Бете в “Ревью оф Модерн физикс”), электродинамику и теорию относительности (в объеме учебников Ландау и Лифшица и монографии Паули). Я часто думаю, как было бы здорово, если бы я успел “пройтись” по всем теорфизическим дисциплинам. Мне кажется, если бы я в 50-х и 60-х годах прочитал курсы по квантовой механике и квантовой теории поля и элементарных частиц, включая теорию симметрии, по статистической физике (с теми новыми методами, которые перенесены в нее из теории поля), по газо- и гидродинамике, по астрофизике, то в моем образовании не было бы тех зияющих провалов, которые так мешали моей работе на протяжении десятилетий. Но моя жизнь сложилась иначе…

Что касается преподавания в вечерней школе, то, конечно, я ничего не получал в смысле повышения знаний, но зато педагогическая практика была очень полезной, и деньги – тоже. Много лет спустя, встречаясь со своими бывшими учениками, я чувствовал с их стороны большое уважение, оно было мне лестно и приятно.

Конечно, главным, что способствовало научному росту, была собственная научная работа, доведенная до стадии публикации (знаменитая триада Бора: work, finish, publish). Об этом чуть ниже. Что же касается аспирантских экзаменов, которым придают большое значение некоторые научные руководители, то тут Игорь Евгеньевич был очень либерален, они превращались почти в формальность.

Преподавание было для меня очень существенно как источник дополнительного дохода в семейный бюджет – в прибавку к небольшой тогда аспирантской стипендии. Я также подрабатывал, составляя рефераты для “Реферативного сборника” и для “Успехов физических наук”. Мне кажется, что я делал это неплохо. Но научной пользы мне самому это приносило меньше, чем преподавание, тут не было той систематичности, благодаря которой образуется прочный фундамент на всю жизнь.

А деньги были нужны. Не только на еду – с питанием, конечно, было неважно, но тогда так было у большинства, у многих еще хуже; у нас же было три карточки на троих – моя, как аспиранта, Клавина – иждивенческая, Танина – детская. Вообще, чтобы не было ложного впечатления, я хочу подчеркнуть, что наши трудности не были тогда исключением – почти всем в первые послевоенные годы жилось не легко, нам, скорей, гораздо легче в материальном отношении, чем другим – большинству; а самое главное – в нашей семье все были живы. Защитив диссертацию, я получил гораздо лучшую карточку, но тут карточная система была отменена – одновременно с очень разорительной для многих денежной реформой. Главная трудность была квартирная. Мы все время должны были снимать комнату то у одних, то у других хозяев, больше двух месяцев не удавалось обычно задержаться нигде по не зависящим от нас причинам. Комнаты были обычно плохими, иногда нестерпимо холодными, наша маленькая дочь простужалась, у нее начался пиелит; один раз мы жили в проходной подвальной комнате, очень сырой, хозяева непрерывно ходили мимо нас; другая комната была теплой и сухой, но хозяйка, бравшая деньги за месяц вперед, имела обыкновение выживать своих жильцов досрочно разными безобразиями и таким образом “снимать два урожая с одной нивы” – у нее была справка из психдиспансера, и ей сходило с рук. С нами у нее номер не получился – мы все выдержали, спали, привалив входную дверь мешком картошки. По истечении месяца она привела выселять нас милиционера, очевидно ее знакомого, и нам пришлось все же уехать. После того, как нам отказывали в квартире, нам приходилось каждый раз возвращаться к моим родителям, и это еще больше обостряло и без того плохие отношения, сложившиеся между Клавой и моей мамой. Это было большой бедой для нас, в которой в равной мере были виноваты – или не виноваты – мы трое: я, Клава и мама; папа же занимал очень разумную позицию.

В 1947 году, отчаявшись найти комнату в Москве (мало кто хотел сдавать семье с ребенком), мы сняли две комнаты в Пушкино под Москвой, в частном доме (в ФИАН я ездил на электричке два раза в неделю). Там я, в более холодной комнате, устроил себе – первый раз в жизни – кабинет. Накинув на плечи шубу, я усердно писал диссертацию. Клава время от времени посылала Таню проведать, не обратился ли я в ледышку. Таня подглядывала в щелку, потом возвращалась с докладом:

– Там папуська смеется.

Хозяин, в прошлом сапожник, в это время был уже тяжело болен, не вставал с постели. Семья существовала за счет того, что хозяйка что-то перепродавала на рынке (в СССР это называется спекуляцией и считается уголовно наказуемым, однако множество людей живет таким способом, “подмазывая” милицию и другое начальство и время от времени, если не повезет, пополняя ряды заключенных; в первые послевоенные годы черный рынок особенно процветал). Хозяйка была расположена к нам и часто вела задушевные разговоры, очень колоритные. В ее рассказах о разных “удачливых” женщинах часто встречался забавный рефрен:

– У нее были груди – во; он (т. е. муж или не муж) устроил ей жизнь “как в сказке”…

Этот рефрен я часто потом вспоминал (в последние годы мы с Люсей дополняли иногда формулировку – как в сказке, только страшной).

Осенью 1947 года мы, через каких-то посредников, сняли маленький домик недалеко от станции метро “Динамо”, по слухам принадлежавший полковнику ГБ. Только мы стали его осваивать, как к Клаве, в мое отсутствие, явился некий представитель ГБ и предложил ей “сотрудничать”, докладывать ему о всех моих встречах, конечно не посвящая меня в это; обещал помочь в житейских делах. Клава отказалась – через два дня нас “вытряхнули” из домика, сославшись на “оперативную необходимость”. Замечу, что я тогда еще не имел никакого отношения к секретной работе. Так что этот эпизод был просто вполне ординарным узелком той общей сети слежки, которая охватывала всю страну.

Папа помогал нам оплачивать жилье, этого не хватало; весной 1947 года Игорь Евгеньевич дал мне в долг 1000 рублей, я смог отдать их только после защиты диссертации. Как-то, оказавшись совсем без денег (не на что было купить молока), Клава пыталась продать полученные по карточкам конфеты, но ее тут же схватила милиция как спекулянтку; еле отпустили.

В январе 1948 года по ходатайству Института нам предоставили номер в гостинице Академии наук (формально это был “Дом для приезжающих ученых”, но там было большинство таких, как я, к тому же не имеющих никакого отношения к Академии). Номер мне оплачивал ФИАН, частично или полностью – сейчас не помню. По поводу этого дела я ходил к директору ФИАНа, известному оптику академику Сергею Ивановичу Вавилову; Сергей Иванович был родным братом другого академика, еще более известного – Николая Ивановича Вавилова, биолога, арестованного и погибшего в заключении за несколько лет до этого. Эта история была одной из самых ужасных страниц в многолетней трагедии советской биологии. Сергей Иванович вскоре стал (или уже тогда был)33) Президентом Академии наук. При этом он регулярно – минимум раз в неделю – встречался с Т. Д. Лысенко, членом Президиума АН, который был одним из главных виновников гибели его брата. Представить, как это происходило, мне трудно.

(Дополнение 1987 г. Недавно Я. Л. Альперт, один из старейших сотрудников ФИАНа, рассказал мне (со слов Леонтовича, а тот якобы слышал от Вавилова) следующую историю. Вавилову, возможно самим Сталиным или через кого-либо из его приближенных, было сообщено: есть две кандидатуры на пост Президента Академии – Вы, а если Вы не согласитесь – Лысенко. Вавилов просидел, обдумывая ответ, всю ночь (выкурив при этом несколько пачек папирос) и согласился, спасая Академию и советскую науку от неминуемого при избрании Лысенко ужасного разгрома. Дополнение 1989 г. По версии, сообщенной Е. Л. Фейнбергом, альтернативным кандидатом в президенты был А. Я. Вышинский. Пожалуй, это правдоподобней – и еще страшней!)

Вавилов был доброжелательным человеком, в личном общении – мягким и добрым. Он, в качестве депутата Верховного Совета СССР, очень много общался с избирателями, приезжавшими к нему с жалобами и просьбами. Что это было такое – я легко могу себе представить по своему личному опыту “Комитета прав человека” в 70-х годах. У него в столе лежали заготовленные заранее конверты с деньгами (из его президентской зарплаты), и он, не имея в большинстве случаев реальной возможности помочь несчастным людям иначе, давал многим эти деньги. Это стало известно, и ему пытались это запретить. Вавилов был, кроме ФИАНа, директором еще одного института, ко всем своим обязанностям относился чрезвычайно рьяно, самоотверженно (тут я могу сравнить его только с еще одним, в некоторых отношениях совсем другим, человеком – с Юлием Борисовичем Харитоном, научным руководителем учреждения, где я потом проработал много лет). К личным делам сотрудников Сергей Иванович относился всегда с большой заботливостью, он глубоко и искренне любил науку и был прекрасным ученым-оптиком, а также хорошим популяризатором. В качестве Президента ему приходилось много выступать с официальными речами. В одной из них он назвал Сталина “корифеем науки”, этот пущенный им в ход эпитет стал почти что частью официального титула (видимо, понравился).

Судьба двух братьев – умирающего от голода при чистке нечистот в Саратовской тюрьме и осыпанного всеми почестями Президента – была парадоксом, крайностью даже в то время, но и было в этом что-то очень характерное.

Сергей Иванович, и раньше относившийся ко мне внимательно, хорошо запомнил мою жилищную проблему. Мне говорил потом Игорь Евгеньевич, что это сыграло некоторую роль в моей дальнейшей судьбе.

* * *

В 1945–1947 годах Игорь Евгеньевич разрабатывал выдвинутую им гипотезу о природе ядерных сил (сильных взаимодействий, в более современном словоупотреблении). Как теперь очевидно, это была преждевременная попытка, которая не могла быть удачной. Ведь даже пи-мезон, легчайший из мезонов, определяющий значительную часть ядерных взаимодействий при меньших энергиях, был открыт только к концу этого периода, и, естественно, его квантовые числа и изовекторная природа были неизвестны (я не разъясняю в этой книге некоторые термины – пусть читатель не-физик извинит меня, рассматривая их как некие туманные и прекрасные образы). А вся очень хитрая механика сильных взаимодействий до конца не выяснена до сих пор, хотя каждое последующее десятилетие приносило удивительные экспериментальные открытия и глубокие теоретические идеи.

В специальной гипотезе Игоря Евгеньевича предполагалось существование заряженного псевдоскалярного мезона и нейтрального скалярного. Он предложил Пете Кунину произвести релятивистские – очень трудные – расчеты ядерных взаимодействий двух нуклонов (это собирательное название для протона и нейтрона), а мне дал тему – рождение мезонов. Так как модель имела мало общего с действительностью, от наших работ почти ничего не осталось, у Пети – преодоленные им методические трудности. Что касается меня, то мой главный выигрыш был в том, что я освоил метод расчетов по нековариантной теории возмущений (по книге Гайтлера, именно тогда я с ней познакомился), тогда – до работ Фейнмана – это было вершиной науки, впоследствии мне эти навыки очень пригодились. В моей работе были некоторые моменты, сохранившие свое значение вне зависимости от конкретной формы модели И. Е. Тривиально, но важно – я вычислил (вероятно, далеко не первый) пороги рождения частиц в лабораторной системе отсчета (т. е. такой, в которой покоится нуклон мишени). Я также указал, что пороги сдвигаются в сторону меньших энергий, если учесть, что нуклоны связаны в ядре, и дал оценку сечений в этой расширенной области энергий налетающих частиц. Я рассмотрел процесс рождения частиц и рассеяния света в сильных полях. Это тогда не имело актуального практического значения, но представлялось поучительным теоретически. Теперь нелинейное рассеяние света наблюдают в лазерных пучках, это целая отрасль науки. Для меня тогда рассеяние света скорей имело иллюстративное значение. В работе приведен пример, когда теория особенно прозрачна – рассеяние на свободном электроне поляризованного по кругу света с удвоением частоты. Классически электрон движется по кругу, удвоенная частота соответствует квадрупольному излучению. (Удвоенная частота и другие “обертоны” возникают потому, что при конечном радиусе орбиты эффекты запаздывания делают сигнал не синусоидальным, это – теория так называемого синхротронного излучения.) На квантовом языке – электрон поглощает два фотона и испускает один. Я сделал работу за несколько месяцев в 1946 году, а в 1947 году она была опубликована в основном научном физическом журнале “Журнал экспериментальной и теоретической физики”, сокращенно ЖЭТФ. Это была моя первая публикация34). Радость была испорчена тем, что я уже понимал, что теория И. Е. не верна. Редакция при публикации заменила название “Генерация мезонов” на неточное “Генерация жесткой компоненты космических лучей”; И. Е. объяснил мне замену так:

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

Я не думаю, что реально имелось в виду вмешательство самого Берии, он тут в этой фразе в качестве крайнего примера, но вполне можно было опасаться реакции “бдительных” людей меньшего ранга, достаточно опасных и автору, и редактору. Незадолго до этого прошло шумное дело об имевшем якобы место рассекречивании информации о методах лечения рака (на самом деле в основе лежала абсолютная пустышка, но это выяснилось потом, а тогда Сталин был в гневе; в нормальном обществе вся эта история представляется абсурдной, но мы не были нормальным обществом)35). Тогда очень обострилась вся обстановка в издательском мире, а вскоре появились те ужасные правила публикации научных и технических статей, которые действуют до сих пор, пережив все смены руководства. Эти правила предусматривают на каждую статью сложную систему оформления – представление справок и многостраничных анкет, акта специальной постоянной комиссии учреждения, в котором работает автор (а если автор по тем или иным причинам не работает в научном учреждении, то он и вовсе не может опубликовать свою статью). В акте комиссии должно быть указано, что в статье нет секретных данных или запатентованных предложений, имеющих важное прикладное значение. Затем все эти документы отсылаются в так называемый Главлит (условное название для ведомства цензуры, работа которого окружена таинственностью – никто из простых смертных не должен знать его сотрудников). У Главлита свой – необъятный – список запретных тем – не только по соображениям секретности, а главным образом, по “политическим” (запрещается, например, публикация данных о преступности, алкоголизме, эпидемиях, состоянии здравоохранения и образования, водоснабжении, самоубийствах, запасе и производстве цветных металлов, реальных данных о питании населения и его доходах, о посещаемости кино и театров, демографических данных, о состоянии охраны среды, о стихийных бедствиях и катастрофах без специального разрешения для данного случая и т. д. и т. п.; Главлит должен также давать санкции на публикации художественных произведений и вообще всего, что публикуется в стране, вплоть до рекламы и этикеток спичечных коробков). Лишь после разрешения Главлита научная или техническая статья попадает в редакцию журнала.

Легко представить, насколько при этом замедляются все публикации, в том числе посвященные самым абстрактным темам, вроде теории чисел или астрофизики.

Диссертацией моя первая работа быть не могла. Я выбрал себе диссертационную тему сам, прочитав (при подготовке к лекциям по ядерной физике) про два не сопровождающихся гамма-излучением ядерных перехода в RaC/ (читается – радий це штрих, один из членов радиоактивного семейства) и в ядрах кислорода. Мне пришло в голову, что эти переходы соответствуют сферически-симметричным колебаниям ядер при равных нулю начальном и конечном угловых импульсах. Очевидно, что такие колебания не сопровождаются излучением – просто в силу симметрии. Я произвел соответствующие расчеты, Игорь Евгеньевич утвердил тему в качестве диссертационной, я написал диссертацию36), в ней, кроме основной темы, были некоторые побочные линии, “украшения” – новое правило отбора по зарядовой четности и учет взаимодействия электрона и позитрона при рождении пар (вероятность рождения пары возрастает при тех значениях импульсов, при которых относительная скорость электрона и позитрона очень мала). И тут выяснилось, что основная идея работы – не оригинальна, безызлучательные переходы уже рассмотрели задолго до меня японские физики Юкава и Саката. Я очень огорчился, но И. Е. решил, что все же тему можно не менять: сделанного, в особенности “украшений”, достаточно для диссертации. И. Е. хотел, чтобы одним из оппонентов был Ландау, но он отказался, к счастью; я бы чувствовал себя очень неловко: ведь я понимал недостатки диссертации.

Оппонентами были два прекрасных физика – А. Б. Мигдал и И. Я. Померанчук, оба впоследствии академики. Я долго не мог поймать Мигдала, чтобы он написал отзыв, – он в то время купил машину и целыми днями занимался водительскими упражнениями на дорожках липановской территории. (ЛИПАН, т. е. “Лаборатория измерительных приборов АН”, – условное название, заменившее “Лаборатория 2”; теперь – Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова37).) Вообще он увлекающийся человек, но главной его страстью, азартом является наука, в которой он много сделал. В конце концов Мигдал написал мне самый положительный отзыв. Еще трудней было с Померанчуком. Приближался день защиты, а отзыва все не было. В это время я сам себе сильно подпортил. У меня оставался несданным аспирантский экзамен по философии (марксистской, конечно). Экзамены принимали на кафедре философии отдела Академии38) специальные экзаменаторы – общие для всех институтов. Я сдавал за неделю до уже назначенной защиты. 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”, но было поздно – защита была перенесена на осень, все уже разъезжались по отпускам. Для меня это была финансовая беда – жить на аспирантскую зарплату и карточки было трудно. Аспирантуру я и с этой задержкой закончил досрочно, но уже лишь за несколько месяцев до срока. Осенью мне удалось поймать Померанчука только в день защиты – в 7 часов утра я приехал к нему домой, он тут же в одних трусах сел за столик, стоявший рядом с большим письменным столом, заваленным бумагами, написал прекрасный отзыв, и через час я вручил его секретарю Ученого Совета. А еще через несколько часов Вавилов поздравил меня с присуждением кандидатской степени. Я был зачислен младшим научным сотрудником Теоретического отдела ФИАНа.

* * *

Летом 1947 года мы жили с Клавой и Таней в Пушкино, я часто ездил в ФИАН. Диссертация была готова, я думал о дальнейшей научной работе. Я расскажу о двух попытках; может, это будет кому-то интересно, а может, даже полезно читающим меня молодым научным работникам.

В связи с диссертацией я размышлял об альтернативных возможных объяснениях безызлучательных ядерных переходов (т. е. не о сферически-симметричных переходах с электромагнитным кулоновским взаимодействием ядра с электроном, как предположили Юкава и Саката и я, а о гипотетических неэлектромагнитных взаимодействиях). В этой связи я вспомнил, что в литературе обсуждалось наличие в оптическом спектре атома водорода некоей аномалии, противоречащей следующей из теории формуле. А именно были указания (не очень определенные в силу крайней малости эффекта, лежавшего на пределе точности оптических методов измерения уровней), что из двух уровней атома водорода, которые согласно теории должны точно совпадать, один лежит несколько выше другого.

Поразмыслив, я решил, что неэлектромагнитные эффекты в обоих случаях ни при чем – и для безызлучательных переходов, и для атома водорода.

Безызлучательные переходы, безусловно, объясняются тривиально – по Юкава и Саката; об этом, в частности, свидетельствует знак угловой корреляции импульсов электрона и позитрона. Но я уже “зацепился” за аномалию в атоме водорода и продолжал неотступно думать о ней. У меня возникла идея (я опишу ее чуть-чуть упрощенно), что это проявление того, что сейчас называется радиационными поправками, эффект взаимодействия электрона с квантово-механическими колебаниями электромагнитного поля, а точнее – разность этих эффектов для электрона, связанного в атоме, и свободного электрона.

Как известно, в квантовой механике не существует “покоя” в том смысле, как в классической, не квантовой теории. Любая механическая система, находящаяся в состоянии равновесия, как бы вибрирует около точки равновесия – это следствие так называемого принципа неопределенности Гейзенберга. Указанное свойство распространяется и на вакуум, рассматриваемый тоже как некая механическая система с бесконечным числом степеней свободы. Возникают нулевые колебания вакуума. В этой книге я расскажу потом об идеях, связывающих энергию нулевых колебаний с теорией гравитации. В 30–40-х годах наибольшее внимание привлекало взаимодействие нулевых колебаний электромагнитного поля в вакууме с электроном и другими заряженными частицами. Энергия этого взаимодействия оказывалась при вычислениях бесконечной! Более конкретно, бесконечный вклад во взаимодействие вносили колебания высоких частот, т. е. при искусственном ограничении взаимодействия какой-либо предельной частотой “обрезания” эффект вновь становился формально конечным.

Это была великая трудность теории, под знаком которой происходило все развитие физики квантовых полей на протяжении многих десятилетий. Я предположил, что надо рассматривать разность эффектов для связанного и свободного электрона. Так как эффект связи сказывается, как я правильно предполагал, лишь при не очень больших частотах нулевых колебаний, была надежда, что разностный эффект окажется конечным. Чтобы придать корректный смысл вычитанию двух бесконечных величин при вычислениях, сначала можно ограничиться взаимодействием с колебаниями с частотой меньше некоторой предельной частоты “обрезания”, достаточно высокой, так что для нее уже мало существен эффект связи, а затем формально перейти к пределу бесконечной частоты “обрезания”. Я, конечно, понимал, что значение этой идеи далеко выходит за рамки частной задачи об аномалии в атоме водорода и, в частности, должно распространяться на процессы рассеяния. Я был очень взволнован. Со всем этим я пришел к Игорю Евгеньевичу (летом или осенью 1947 года). К сожалению, он не поддержал и не одобрил меня, скорей – наоборот. Во-первых, он сказал, что эти идеи не совсем новые, в той или иной форме высказывались неоднократно. Это было действительно так, но само по себе не могло бы меня остановить – я уже был настолько увлечен и заинтересован, что меня не слишком заботили такие вещи, как приоритет, меня интересовало существо дела. Во-вторых, он сказал, что идея, по-видимому, “не проходит”, конечного результата не получается. И. Е. сослался при этом на недавно опубликованную работу американского теоретика Данкова, который вычислил радиационные поправки к процессу рассеяния – методом, принципиально очень близким к тому, что я предполагал делать для разности уровней в атоме водорода. Я отыскал в библиотеке работу Данкова: действительно, у него не получилось при вычитании конечного результата (т. е. стремящегося к постоянной величине при стремлении к бесконечности энергии “обрезания”). Вычисления Данкова были очень сложными и запутанными – так как все это происходило еще до работ Фейнмана, придумавшего гораздо более компактный и обозримый общий метод вычислений (“диаграммы” Фейнмана). Данков попросту ошибся, но, конечно, ни Игорь Евгеньевич, ни я не могли этого обнаружить с ходу конкретно. Если бы нам не отказала интуиция, мы должны были усомниться в работе Данкова столько раз, сколько было нужно, чтобы обнаружить ошибку, или, что еще разумней, временно игнорировать возникшее противоречие и искать более простые вычислительные задачи, результат которых можно было бы сравнить с опытом. Как известно, именно так действовали более проницательные и смелые люди, добившиеся успеха. Но не мы. Так я упустил возможность сделать самую главную работу того времени (и самую главную, с огромным разрывом, в своей жизни). Конечно, это было не случайно. Перефразируя известное изречение, каждый делает те работы, которых он достоин.

Что дальше произошло в этой области – тоже хорошо известно физикам. Лэмб и Резерфорд (а потом и другие) измерили разность уровней в атоме водорода радиоспектроскопическими методами. Они не только подтвердили сам факт различия уровней (в чем можно было сомневаться раньше – при оптических методах), но и измерили разность уровней с огромной точностью. На одной из научных конференций, состоявшихся в 1947 году (кажется, на Рочестерской), Х. Крамерс выступил с программой вычисления конечных радиационных поправок для наблюдаемых величин – с так называемой идеей перенормирования. Тогда же, или несколько позже, Ганс Бете сообщил о своем расчете разности уровней. По существу, исходные идеи обеих работ были очень близки к тем, которые я описал выше. Бете проводил свои расчеты нерелятивистским образом (что было сознательным переупрощением). Поэтому он получил не конечный результат, а логарифмически растущий при стремлении к бесконечности энергии “обрезания”. Но, как любил говорить Ландау:

– Курица – не птица, логарифм – не бесконечность.

Результат Бете по существу означал прорыв в новую область, делал очень вероятным получение полностью конечного результата в этом и во всех других электродинамических явлениях. Остальное было делом техники (весьма трудной). Явились гиганты, которые одолели все эти трудности – Томонага, Швингер, Фейнман, Дайсон, Вик, Уорд и многие, многие другие. Первый последовательный расчет расщепления уровней (давший конечный результат в согласии с опытом Лэмба и Резерфорда) был произведен в работе Вейскопфа и Френча.

Я не могу удержаться от краткого рассказа о дальнейших событиях, в которых я никак не был участником.

В 1948 году Швингер нашел радиационную поправку к магнитному моменту электрона. Вскоре найденное значение поправки было подтверждено на опыте (как для электрона, так и для мю-мезона: возможно, первые данные для электрона были получены до работы Швингера, я точно не помню). Экспериментальные и теоретические значения затем неоднократно уточнялись. Сейчас достигнуто совпадение в 9-м или 10-м десятичном знаке. Ни в одной другой области науки нет такой точности совпадения теории и эксперимента, как в квантовой электродинамике. Интересно, что аналитические вычисления настолько громоздки, что их приходится делать на машине по специальной программе (поясню: аналитические вычисления – это преобразование формул, а не оперирование числами, что первоначально было единственной специальностью ЭВМ).

Но великолепное согласие расчетов с экспериментом еще не означало, что принципиально в теории все в порядке. В 1955 году независимо Фрадкин, Ландау и Померанчук нашли, что последовательное вычисление радиационных поправок приводит к чудовищному следствию – к полному исчезновению наблюдаемых электромагнитных взаимодействий (знаменитый “Московский нуль”).

В тот год я встретил Ландау на новогоднем банкете в Кремле. С очень озабоченным, даже удрученным видом он сказал:

– Мы все оказались в тупике, что делать – совершенно непонятно.

К этому же времени относятся слова Ландау:

– Лагранжиан – мертв. Его надо похоронить; конечно, со всеми полагающимися покойнику почестями.

Лагранжиан – квантовый аналог так называемой функции Лагранжа, основное понятие квантовой теории поля. Ландау, однако, ошибался, лагранжиан не был мертв. Многие годы трудность “Московского нуля” рассматривалась как указание на необходимость отказа в физике высоких энергий от квантовой теории поля, делались попытки найти другие пути построения теории элементарных частиц, оказавшиеся неэффективными. Лишь в 1974 году вновь появился проблеск надежды – было показано, что в так называемых неабелевых калибровочных теориях нет “Московского нуля” (хотя все еще необходимо манипулирование бесконечными величинами). А еще через несколько лет были найдены (среди т. н. суперсимметричных теорий, о них подробнее дальше) нетривиальные примеры (пока не реалистические, т. е. не описывающие реального мира), в которых вообще нет бесконечностей. Сейчас, когда я просматриваю рукопись в Москве, вернувшись из Горького, самые смелые надежды связаны с так называемыми “струнами” – протяженными объектами – ниточками и колечками невообразимо малых размеров. Героические усилия целой армии ученых – теоретиков и экспериментаторов – продолжаются!

Вспоминая то лето 1947 года, я чувствую, что я никогда – ни раньше, ни позже – не приближался так близко к большой науке, к ее переднему плану. Мне, конечно, немного досадно, что я лично оказался не на высоте (никакие объективные обстоятельства тут не существенны). Но с более широкой точки зрения я не могу не испытывать восторга перед поступательным движением науки – и если бы я сам не прикоснулся к ней, я не мог бы ощущать это с такой остротой!

Другая моя неудачная попытка в те же месяцы касалась, напротив, совсем мелкого вопроса. Я все же расскажу. Я задался вопросом, зависит ли возможность аннигиляции электронов и позитронов, образующих атомо-подобную систему – позитроний, от углового импульса (углового момента, или спина) позитрония. Я стал вычислять вероятности аннигиляции свободно сталкивающихся электронов и позитронов при параллельных и антипараллельных спинах (первый случай соответствовал бы спину позитрония 1 – в единицах постоянной Планка, а второй – 0). Но я ошибся в знаке складываемых членов. Я производил эти вычисления в вагоне электрички Пушкино – Москва и потом в шутку “утешал” себя, что вагон тряхнуло в тот момент, когда я писал знак минус, и получился знак плюс. Правильный результат получил Померанчук (тем же топорным методом, который пытался применить я). Позитроний со спином 1 (ортопозитроний) не аннигилирует на 2 гамма-кванта, а лишь на 3! Когда об этом результате узнал Ландау, он воспроизвел его гораздо более красивым и плодотворным методом, основанным на соображениях симметрии (т. е. почти без вычислений). Вывод Ландау распространялся на любую частицу со спином 1. Поэтому, когда вскоре был обнаружен распад пи-ноль-мезона на два гамма-кванта, это полностью исключало, что спин пи-мезона равен 1 (результат огромного значения). Можно сформулировать систему неравенств: L > P > S (L – Ландау, P – Померанчук, S – Сахаров).

Все описанные события происходили еще до защиты диссертации, летом и осенью 1947 года. После защиты передо мной встала задача выбора “солидной” тематики (я не знал, что вскоре эту задачу решат за меня). Я сделал попытку сделать что-либо в теории плазмы. Мне казалось, что кинетическое уравнение с логарифмическим обрезанием “по порядку величины” – некий монстр, хотелось придумать что-либо более изящное и более точное. Задача оказалась мне не под силу, но она, так же как следующая, о которой я сейчас расскажу, научно подготавливала меня к тем проблемам, с которыми мне пришлось столкнуться в спецтематике.

Весной или зимой 1948 года я прочитал в “Nature” работу Франка. Автор обсуждал исторические эксперименты Пауэлла, Латтэса и Окиалини, в которых был открыт пи-мезон. Экспериментаторы применили тогда новую методику облучения в космических лучах фотопластинок с толстым слоем фотоэмульсии и нашли интересные треки распада какой-то остановившейся в эмульсии частицы, более легкой, чем протон, причем при распаде образовывался, несомненно, мю-мезон. Пауэлл, Латтэс и Окиалини сделали вывод, что это более тяжелая частица, чем мю-мезон, – иначе она не могла бы распадаться с выделением довольно заметной энергии. Впоследствии частица получила название пи-мезон. Ввиду фундаментального характера вывода о существовании нового типа частиц было необходимо проанализировать все альтернативные возможности объяснения, среди них Франк разбирал и такую: первичная частица – обычный мю-мезон. Она захватывается ядром водорода, образуя подобие атома (теперь говорят – “мезоатом”). Затем мезоатом соединяется с еще одним ядром водорода, образуя “молекулярный мезоион”. Если одно из ядер водорода является тяжелым изотопом (дейтоном, природное содержание 1/7000), то в “мезоионе” возможна ядерная реакция дейтона с протоном с образованием гелия-три и гамма-кванта. При этом избыток энергии сообщается мю-мезону, и он вылетает, образуя трек. Интересующая нас ядерная реакция происходит между двумя заряженными частицами – дейтоном и протоном. Обычно такие реакции происходят с заметной вероятностью только в том случае, если энергия сталкивающихся частиц достаточно велика, чтобы преодолеть электростатическое (“кулоновское”) отталкивание положительно заряженных ядер (“одноименно заряженные тела отталкиваются” выучили мы из школьного курса, в памяти сразу встают разошедшиеся листочки электроскопа). Одна из возможностей – термоядерная реакция (вот и произнесено слово, столь существенное в судьбе автора этой книги). При этом ядерная реакция происходит при такой температуре, когда энергия теплового движения достаточна для преодоления отталкивания ядер. В случае изотопов водорода (H – протон, D – дейтон, T – тритон) это – температура порядка нескольких килоэлектронвольт (Кэв) и больше, для многозарядных ядер всех остальных элементов – “порог” во много раз выше (поэтому, в частности, в термоядерном оружии используются только термоядерные реакции между изотопами водорода). 1 Кэв – один килоэлектронвольт – принятая в астрофизике и в теории ядерного оружия единица температуры – соответствует примерно 10 млн. градусов Кельвина. Температура в центре солнца приблизительно 1,5 Кэв, т. е. пятнадцать миллионов градусов.

При лабораторных исследованиях ядерных реакций заряженных ядер одна из сталкивающихся частиц ускоряется электрическим полем, вторая помещается в так называемой мишени (твердой или газообразной). Это – вторая возможность осуществления ядерной реакции между заряженными ядрами. Франк указал третью возможность. Молекулярный мезоион, состоящий из протона, дейтона и отрицательно заряженного мю-мезона, по своему строению аналогичен обычному молекулярному иону (протон + дейтон + электрон). Отрицательно заряженный мю-мезон или электрон скрепляют воедино систему трех тел, притягивая положительно заряженные ядра. Но так как мю-мезон имеет массу в 209 раз больше массы электрона, то размеры мезоиона в такое же число раз меньше (это соотношение подобия можно получить, приравнивая по порядку величины энергию электростатического взаимодействия и энергию нулевых квантовых колебаний). Большая часть пути ядер, на котором им приходится преодолевать взаимное отталкивание, оказывается таким образом уже пройденной; остаток пути легко преодолевается благодаря явлению квантового подбарьерного перехода. Подбарьерный переход – один из самых важных качественных эффектов в квантовой физике – был теоретически открыт и изучен Робертом Оппенгеймером в конце 20-х годов; он, в частности, лежит в основе альфа-распада, многих явлений твердого тела, спонтанного деления ядер урана и т. д.

Идея Франка была необычайно остроумной. Но оценки, произведенные им, показывали, что так ни в коем случае нельзя объяснить результаты опытов Пауэлла, Латтэса и Окиалини. Первичная частица – не мю-мезон, а нечто новое – пи-мезон. Меня, однако, работа Франка заинтересовала совсем с другой стороны. В предложенном Франком механизме мю-мезон выступает в качестве катализатора ядерных реакций, облегчая их протекание и не расходуясь, в полной аналогии с известными из химии каталитическими реакциями. Я поставил перед собой вопрос, нельзя ли создать такие условия, при которых каждый мю-мезон (скажем, “сделанный” на ускорителе) вовлекал бы в ядерную реакцию большое число дейтонов. Попросту говоря, что будет, если в большой сосуд с дейтерием впустить пучок мю-мезонов? Я придумал название для этого предприятия – “Мю-мезонный катализ”, произвел некоторые оценки – не очень обнадеживающие и далеко не исчерпывающие сложные явления, происходящие в системе, и написал отчет. Отчет был засекречен (первый засекреченный в моей жизни, кажется по инициативе Вавилова), но с работой было ознакомлено довольно большое количество людей в ФИАНе и за его пределами. Она вызвала большой интерес, но какие-либо практические выводы сделаны не были. Расскажу о дальнейшем развитии этой тематики (в котором я принимал лишь очень слабое участие). В 1956 году замечательный американский экспериментатор Алварез, используя пучок мю-мезонов от ускорителя, обнаружил на опыте предсказанную Франком реакцию. Алварез наблюдал эту реакцию в смесях, содержащих разные, довольно малые количества дейтерия. Оказалось однако, что образующийся сначала протонный мезоатом с неожиданно большой вероятностью реагирует с дейтерием, дейтон “переманивает” к себе мю-мезон, образуется мезоатом из дейтона и мю-мезона. Реакция “переманивания” идет с выделением энергии, так как энергия связи мю-мезона с тяжелым дейтоном несколько больше энергии связи с протоном. Я обсуждал этот эксперимент с Я. Б. Зельдовичем, у него было много ценных идей, я со своей стороны дал грубую оценку эффекта переманивания, в результате появилась наша совместная работа; в ней была также ссылка на мой рассекреченный к тому времени отчет39).

При вычислении выхода каталитической реакции на один мю-мезон надо учитывать следующие факторы: мю-мезон – нестабильная частица, он распадается за относительно очень короткое время в две миллионных секунды. Образование молекулярного иона и последующая ядерная реакция протекают не мгновенно, а за конечное время. Имеет место отравление катализатора – термин из обычной химии, в данном случае это образование мезоиона с ядром гелия. Очевидно, если мы ожидаем заметного выхода ядерной реакции, время образования молекулярного иона и время ядерной реакции должны быть много меньше времени жизни мю-мезона, а отравление должно происходить достаточно редко.

Все эти факторы тщательно анализировались. Среди тех, кто вел эти исследования в СССР – С. Герштейн, Л. Пономарев и их сотрудники. Основной вывод:

1. В чистом дейтерии нет оснований надеяться на такой выход реакции, при котором можно было бы вернуть энергию, затраченную на производство мю-мезонов.

2. В смеси дейтерия с тритием ситуация более обнадеживающая.

(Добавление 1987 г. Существуют теоретические оценки и предварительные экспериментальные результаты, дающие возможность надеяться, что в принципе не исключено, что мю-мезонный катализ явится одним из решений проблемы термоядерного синтеза (в “бридерном” варианте, о котором я рассказываю ниже в связи с магнитно-термоядерным методом решения проблемы). Реакция должна осуществляться не в жидкой фазе, как я думал в 1948 году, а в большом объеме сжатого газа.)

Экспериментальный мю-мезонный катализ в СССР изучался В. П. Джелеповым с сотрудниками (в качестве источника мю-мезонов использовался фазотрон в Дубне). В целом мю-мезонный катализ – большая область исследований, в которой занято немало людей.

В начале 1948 года сотрудник ФИАНа оптик проф. С. Л. Мандельштам (сын Л. И. Мандельштама) попросил меня произвести расчеты каких-то неравновесных процессов в плазме газового разряда, деталей я не помню. Я выполнил эти расчеты (потом они были даже опубликованы40)). Эта работа явилась поводом для поездки в Киев на спектроскопическую конференцию, что было очень приятно. Первый в жизни полет на самолете, прекрасный город с интереснейшей архитектурой и историей, какое-то отключение от всего того, что осталось в Москве. Я ходил на некоторые заседания конференции, больше из общего любопытства, чем по деловым причинам. На конференции произошла острая стычка между ее участниками – отголосок происходивших тогда дискуссий по поводу “идеалистической квантовой химии”. Критики квантовой химии утверждали, в частности, что идеалистическим является используемое в этой науке представление о суперпозиции орбит – на самом деле, если отвлечься от некоторых применявшихся тогда упрощений и “химического” языка, это было просто перенесение в химию общепризнанного в физике фундаментального квантовомеханического принципа суперпозиции состояний. Интересно, что критики идеи суперпозиции могли сказать по поводу молекулы бензола, обладающей шестерной осью симметрии, между тем как в структурной формуле – ось симметрии третьего порядка. И помнят ли сейчас об этих дискуссиях коллеги наших химиков на Западе? К счастью, в химии и, как я уже писал, в физике лженаучные атаки были не так сильны и успешны, как в биологии.

Я жил в гостинице “Украина” на углу Крещатика, по утрам под окнами пели соловьи. Моим соседом по номеру оказался Борис Самойлов (тот самый, который в 30-х годах работал на обсерватории Планетария, а потом его вместе со мной в 1942 году принимали за еврея ашхабадские мальчишки). Самойлов в это время работал в Институте физических проблем и приехал (в отличие от меня, для которого спектроскопия была лишь побочным эпизодом) с очень интересной экспериментальной работой. Борис был все таким же шумным, непоседливым, веселым, он очень развлекал меня тогда. В дальнейшем мы не встречались, я знаю, что он стал хорошим экспериментатором, добившимся известности среди оптиков. Недавно он умер.

Получилось так, что эта поездка в Киев явилась для меня “глотком свободы”, последней интермедией перед двадцатью годами секретности. Вновь я попал в Киев уже с Люсей в декабре 1971 года и январе 1972 года, при совсем других обстоятельствах, в совсем другой жизни.