По следам Хевисайда

В 1958 году, когда в Лаборатории высоких энергий едва успевали принимать высоких гостей — а среди них, помимо учёных с мировыми именами, блистали именами политики и общественные деятели, писатели и художники, поэты и музыканты, — Дубну взбудоражило ещё одно неординарное событие: директору Лаборатории нейтронной физики Илье Михайловичу Франку, за работу 30-х годов — разгадку природы черенковского излучения, была присуждена Нобелевская премия. Вместе с ним премию разделили П. А. Черенков, открывший само явление, и И. Е. Тамм, внесший решающий вклад в его теорию. 

Пролог этой истории состоялся в конце XIX века, но о нём долгое время ничего не знали, даже не подозревали, что он был; о нём стало известно лишь в 70-х годах прошлого столетия.

А первое действие — постановка задачи и столкновение с новым эффектом — уводит нас к 1932 году, когда С. И. Вавилов, будущий директор Физического института и президент Академии наук, взял в аспирантуру трёх молодых людей. Двое из этих троих, как в русской народной сказке, имели вполне интеллигентный вид, третий с виду был крестьянский сын, и на поверку таковым и оказался: выпускник провинциального университета, будущий лауреат Нобелевской премии Павел Александрович Черенков.


По рассказу его дочери Е. П. Черенковой, создавшей благотворительный фонд имени своего отца, Павел Александрович окончил Воронежский университет и два года работал учителем в школе. Прочитал в газете объявление о приёме в аспирантуру, прошёл собеседование и был принят. В то время Физический институт Академии наук только формировался и ещё не переехал из Ленинграда в Москву.

Черенкову досталась самая незатейливая тема: исследование люминесценции солей урана. Работа требовала трудолюбия и не обещала каких-то прорывов человеческой мысли. В какой-то момент Павлу Александровичу даже показалось, что и диссертации она не обещает. В конце концов, и крестьянскому терпению может прийти конец, и история России знает множество таких примеров: восстание Болотникова, бунт Пугачёва и т. д. А у Павла Алексеевича была жена, родился сын, и их надо было кормить. Черенков уже собрался ставить вопрос ребром, и тут неожиданный поворот событий изменил всё.

Сотрудник ФИАН Б. Б. Говорков, знавший Павла Алексеевича много лет, писал об этом примерно так. Для чистоты эксперимента Черенков решил проверить, какой вклад в люминесценцию вносят стенки сосуда, а также жидкость, в которой растворялись ураниловые соли. Чтобы потом от этого вклада избавиться. Как говорят экспериментаторы, «убрать фон». Фон действительно был, а вот избавиться от него никак не удавалось. Аспирант удивился, сообщил научному руководителю, тот удивился не меньше ученика.

В какой-то момент для его научного руководителя стало ясно: светится сам растворитель, и дело не в люминесценции. Тогда в чём? Вавилов предположил, что это тормозное излучение электронов. В «Доклады Академии наук» было направлено две статьи; в одной излагался ход эксперимента и его результаты, в другой высказывалось предположение о природе излучения. В ходе последующих экспериментов первая часть предположения подтвердилось, вторая была отвергнута. 

В 1935 году Павел Александрович защитился, а его эксперименты продолжались, ведь природа излучения оставалась неясной; исследования продолжалось и после 1937 года, когда была построена теоретическая модель (и в том же году П. А. Черенков предложил использовать открытое им излучение для измерения скоростей быстрых электронов; на этой идее основаны так называемые все черенковские счётчики).

К решению проблемы Сергей Иванович привлёк И. М. Франка. Собственно, он привлёк его ещё на стадии эксперимента, попросив помочь Черенкову, и Франк тоже подолгу просиживал в тёмной комнате, зато приобрёл неоценимый опыт. Теоретик на линии с экспериментом — мечта любого экспериментатора.

Илья Михайлович не был теоретиком, но он знал электродинамику, и на хорошем уровне, это было его увлечением в Университете. К тому же, он вырос, как сам вспоминал, в моральной атмосфере Л. И. Мандельштама, а это предполагает не только высокий нравственный уровень, но и широкий научный кругозор.

Но увлечения увлечениями, а уравнения Максвелла сложны. Илья Михайлович обратился за математической поддержкой к М. А. Леонтовичу, потом к И. Е. Тамму; Игорь Евгеньевич проявил доброжелательность, а Михаил Александрович сказал напрямик: у него нет времени на то, чтобы заниматься всякой ерундой.

Подобное отношение к исследованиям П. А. Черенкова в то время было обычным делом. И не только среди сотрудников Физического института. Фредерик Жолио-Кюри, посетивший ФИАН осенью 1936 года, например, прозрачно намекнул, что продемонстрированный ему эффект — не более чем обман зрения. Никакой загадки, то есть, тут нет, а есть видения, которые являются человеку после долгого пребывания в тёмной комнате.

Шутки шутками, а основания так шутить были. Измерительные приборы были самые простые и что ни на есть естественные. Измерения световых потоков делались в прямом смысле этого слова на глаз — этот человеческий орган и был главным инструментом исследований. Стоит ли уточнять, что расходы на эксперименты также были самые что ни на есть скромные? Директора современных НИИ о таких сметах могут только мечтать.

Природа голубого свечения оставалась неясной, и сомнения в чистоте опытов оставались. Поворотным пунктом в разгадке черенковского излучения, ещё на экспериментальной стадии, стало замеченная и ставшая полной неожиданностью направленность излучения. Теперь это общее место, о черенковском излучении на лекциях с него и начинают, и студентам остаётся только удивляться, как этого не заметили раньше, ведь это так очевидно!

Теперь дело было за теоретиками. Они должны были ответить на вопрос, что же это такое на самом деле. На самом деле они уже дали ответ на этот вопрос, и довольно давно… но об этом в Физическом институте ещё не знали. 

Здесь мы прощаемся с Павлом Алексеевичем и из середины 30-х годов устремляемся по стреле времени в последнюю четверть XIX века, в 1889 год, когда вышла статья О. Хэвисайда, предсказавшего черенковское излучение. Правда, теории относительности ещё не было, и Хевисайд рассматривал заряд, движущийся со сверхсветовой скоростью в вакууме, или, как тогда говорили, в эфире.

Хевисайд... Б. М. Болотовский ставит этого человека в один ряд с Ньютоном и Максвеллом и, не проводя грань между физиками и лириками, Шекспиром.   Инженер-физик, математик, человек без образования... Надо ли добавлять, что в его жилах текла ирландская кровь? Физики редко заглядывают в журналы для инженеров, а статья Хевисайда была опубликована как раз в одном из таких журналов. Что тут можно добавить? Читайте классиков!

Но всё дело в том, что Хевисайд в то время классиком ещё не считался. Стоит ли удивляться, что 15 лет спустя профессор А. Зоммерфельд пришёл к тому же результату, что и Хевисайд, даже не подозревал, что у него есть предшественник?

Спустя год была создана теория относительности, и о работе Зоммерфельда забыли. О ней вспомнил академик А. Ф. Иоффе, когда теория черенковского излучения была уже почти закончена, и отступать было поздно. В нобелевской речи Игорь Евгеньевич упомянул Зоммерфельда, а о Хевисайде он так и не узнал. Известие о Хевисайде довелось принять на себя Илье Михайловичу. На него наткнулся А. А. Тяпкин, изучавший историю создания теории относительности, изумился и тут же сообщил о своей находке в короткой заметке в «Успехах физических наук». Как потом стало известно, почти одновременно с ним вышла заметка западноевропейского автора на ту же тему, ещё более короткая (об этом можно прочитать у Б. М. Болотовского в книге «Оливер Хевисайд»). Илья Михайлович два дня обдумывал новость, а на третий дал ответ: «Почётно иметь таких предшественников». 

Было бы ошибкой думать, замечает Б. М. Болотовский, что И. М. Франк и И. Е. Тамм просто повторили результаты Оливера Хевисайда. Они рассмотрели движение заряда в среде, учли дисперсию и всё такое прочее. Им пришлось преодолеть психологический барьер — сложившееся представление о том, что излучать может только заряд, на который действует внешняя сила. Наконец, Хевисайд шёл от уравнений к предсказанию, а будущим нобелевским лауреатам пришлось пройти путь в обратном направлении, от наблюдаемого эффекта к раскрытию его природы и построению теоретической модели.

Каждый из Нобелевских лауреатов оставил свои воспоминания о церемонии вручения, и в каждом из этих рассказов мы обнаруживаем любопытные детали. И. Е. Тамм, например, сожалел, что получил самую престижную в мире награду не за самую лучшую свою работу. Швеция, король, принцесса, золотая медаль с профилем Нобеля, денежная премия, нобелевская речь и вспышки фото- и кинокамер — всё это, конечно, хорошо, даже прекрасно, но это не самый главный перевал в его жизни... Говорят, что часть денег из своей Нобелевской премии Игорь Евгеньевич перевёл в детские дома, почти как страховой агент Деточкин из фильма «Берегись автомобиля». Но это скорее всего легенда.


Рецензии
Все в мире взаимосвязано.....

Андрей Бухаров   18.07.2017 22:44     Заявить о нарушении
И относительно.

Александр Расторгуев   19.07.2017 15:04   Заявить о нарушении
На это произведение написаны 4 рецензии, здесь отображается последняя, остальные - в полном списке.