Шли годы. Одна работа сменяла другую, и многие из них были продиктованы временем.
В период Отечественной войны и после нее Тамм сочетал сложные теоретические исследования с решением важнейших задач, связанных главным образом с потребностями народного хозяйства.
После войны Игорь Евгеньевич возобновил исследования ядерных сил. В первой работе нового цикла он создал метод, который нашел применение в сотнях работ, посвященных ядерным силам и теории элементарных частиц. Этот цикл, успешно развиваемый Игорем Евгеньевичем и его учениками в течение двадцати лет, выдвинул его на одно из первых мест в современной теоретической физике.
По-разному сложились судьбы ученых, начавших свою творческую жизнь в двадцатые годы, в канун рождения новой физики. Гейзенберг мечтает создать новую теорию элементарных частиц, квантуя расстояния, как квантуют время. Де-Бройль лелеет надежду, что все-таки в микромире не так все парадоксально, как кажется, что там все привычнее, обыденнее и больше похоже на порядки, царящие в большом мире.
Тамм же убежден, что «безумность» микромира еще глубже, еще принципиальнее. Он часто приводит критерий, которым пользовался Бор для оценки мощи новой теории: а достаточно ли она дерзка, «безумна», не слишком ли «приземлена», чтобы быть правильной, чтобы оказаться способной вырвать физику из тупика сомнений? Достаточно ли далеко искал ученый, не слишком ли близок район его «раскопок» от уже разрытых другими учеными курганов?
Неизвестно, прячется ли тайна элементарных частиц где-то далеко, за пределами района современных поисков… Или она подстерегает ученых где-то рядом, близ «ущелья», где они роют уже много лет…
Кто будет первым в этом удивительном кроссе? Один ли из корифеев, участвовавших в штурме атома и создавших квантовую физику, или это будет кто-то из молодых, для которых взгляды учителей уже кажутся консервативными? Несомненно, школа советских физиков, возглавляемых академиком И. Таммом, способна подарить миру еще не одно открытие.
«Экономическая газета», август 1966
Вблизи абсолютного нуля
Математический институт имени Стеклова Академии наук СССР. Небольшое уютное здание, узкие коридоры, тишина. За дверьми рабочих кабинетов — ряды столов и классные доски. Многие из комнат пусты: математики в основном работают дома, а затем собираются, чтобы обсудить результаты. Вот и сегодня такой «сбор» в отделе теоретической физики, которым руководит академик Николай Николаевич Боголюбов.
Пока идет совещание, один из учеников академика, кандидат математических наук В. В. Толмачев, рассказывает…
…Незадолго до первой мировой войны, вскоре после того, как ожижили последний из благородных газов — гелий, было открыто замечательное явление сверхпроводимости. До этого считалось твердо установленным, что все вещества оказывают сопротивление проходящему через них электрическому току — одни меньше, другие больше. В результате существенная часть электрической энергии, вырабатываемой электростанциями всего мира, тратится на преодоление сопротивления проводов, вызывает их нагревание и безвозвратно рассеивается в пространстве.
Каково же было удивление голландского ученого Г. Каммерлинг-Оннеса, когда он, охладив ртуть с помощью жидкого гелия до температуры, близкой к абсолютному нулю, не обнаружил в ней никакого сопротивления электрическому току! Такое состояние металлов ученые назвали состоянием сверхпроводимости. В настоящее время известны 23 чистых металла и большое количество сплавов, обладающих сверхпроводимостью при очень низких температурах, приближающихся к — 273 градусам Цельсия. Если сделать кольцо из какого-либо сверхпроводящего металла, то ток, возбужденный в нем, будет продолжать течь сколь угодно долго, не испытывая потерь. Это явление, своей загадочностью увлекшее ученых, до недавнего времени было необъяснимо.
И вот благодаря работе академика Н. Н. Боголюбова тайна сверхпроводимости перестала существовать. Толмачев показывает толстую рукопись. На ней написано:
«Объединенный институт ядерных исследований. Математический институт АН СССР имени Стеклова. Н. Н. Боголюбов, В. В. Толмачев,
Д. В. Ширков. Новый метод в теории сверхпроводимости. Январь 1958 года».
— Над этой проблемой трудились не только мы, — вступает в беседу только что вошедший в комнату Николай Николаевич Боголюбов — Большой вклад в нее внесли английский ученый Фрёлих, американские ученые Бардин, Купер, Шриффер, австралийцы Шаффрот, Батлер и Блатт. Нас же подхлестнула одна заманчивая идея… Это было летом прошлого года, когда царило отпускное настроение. Дискуссия наша протекала довольно бурно, ведь у физиков-теоретиков, как известно, никогда ни по какому вопросу не бывает единого мнения. И тут мы внезапно переключились на самый жесткий рабочий режим из-за неожиданно мелькнувшей мысли…
…Слышали ли вы о явлении сверхтекучести, не менее загадочном и интересном, чем сверхпроводимость? Его впервые наблюдал в 1938 году академик П. J1. Капица. Жидкий гелий при температуре, близкой к абсолютному нулю, вдруг полностью терял свою вязкость и без всякого сопротивления начинал проходить сквозь самые узкие щели…
Долго ученым не удавалось разобраться в причинах такого явления. В 1947 году академик Боголюбов и коллектив его учеников блестяще решили эту проблему математическим путем.
Но ведь и явление сверхпроводимости тоже заключается в том, что электрический ток без сопротивления проходит через металл! Вот ученые и решили использовать для анализа сверхпроводимости математический аппарат, созданный для объяснения сверхтекучести. Результаты подтвердили: идея была правильной. Оказалось, что между этими явлениями существует глубокое внутреннее сходство. Что же происходит в металле, когда он перестает «сопротивляться» электрическому току?
Все, конечно, замечали, как вода просачивается сквозь песок. Так и электрический ток, представляющий собой движение электронов, просачивается между атомами металла. Электроны тормозятся атомами, которые сами находятся в непрестанном тепловом движении, колеблются. На эти столкновения и уходит энергия электронов, полученная ими от электрической батареи. Атомы металла, получив дополнительную энергию, «раскачиваются» еще больше и мешают продвижению электрического тока. Но если металл охлаждать, то тепловые колебания атомов становятся меньше, и они меньше «мешают» электрическому току. При очень низкой температуре, почти равной абсолютному нулю, когда тепловые колебания атомов крайне ослаблены, электроны тоже начинают вести себя несколько иначе. Они все сильнее связываются между собой и в некоторых металлах вблизи абсолютного нуля образуют «электронную сверхтекучую жидкость», свободно протекающую внутри металла без всякого сопротивления. Наступает состояние сверхпроводимости…
Если металл снова нагреть, атомы начнут колебаться сильнее и снова разобьют «сверхтекучую жидкость» на отдельные электроны, которые в одиночку будут затрачивать большую энергию, чтобы пробираться в металле.
Конечно, картина, которую мы нарисовали, не может отобразить все детали сложного явления сверхпроводимости. Но математическая теория, созданная советскими учеными под руководством академика Боголюбова, по общему признанию, объясняет весь сложный и интересный механизм этого явления.
— Многих интересует вопрос, каково практическое значение сверхпроводимости. Конечно, мы пока еще далеки от внедрения этого явления в промышленность и технику. Но не в таком ли положении была наука об атомном ядре в первые годы после открытия радиоактивности? — спрашивает академик Боголюбов.
— Представьте себе, что ученые, опираясь на достижения науки сегодняшнего дня, сумеют получить сверхпроводящее состояние металлов при обычных температурах, а не только вблизи абсолютного нуля. Какой это произведет переворот в электротехнике! Вся колоссальная мощность ГЭС сможет быть передана по тонким телефонным проводам. А теория сверхпроводимости создает предпосылки для расчета состава сверхпроводящих сплавов. Она поможет также пересмотреть теорию металлов в свете новых достижений физики и математики. Она, возможно, даст ключ для создания теории атомного ядра. Кто знает, может быть, и материя, из которой состоят ядра атомов вещества, тоже сверхтекуча? Как раз над этим вопросом сейчас и работает наш коллектив.
«Огонёк» № 19, 1958 г.
Радиодвойник луны
КОКТЕЙЛЬ ИЛИ ГОЛОВКА СЫРА?
Четыреста лет назад французский писатель Рабле шутя говорил, что многие принимают Луну за головку зеленого сыра. Как это ни удивительно, но даже в наши дни о Луне возникают самые странные предположения. Пожалуй, ни об одном небесном теле не спорят так много, ни об одном не складывалось столько противоречивых мнений, сколько о нашем древнем, остывшем спутнике.
Американский исследователь Гордон Макдональд, наблюдая за движением Луны и сделав вывод, что плотность ее наполовину меньше земной, недавно высказывал мысль о том, что она… полая.
А Томас Гоулд из Корнельского университета объяснил низкую плотность Луны тем, что ее недра содержат большое количество льда и воды. По его мнению, Луна — это «коктейль с замороженными фруктами». Есть исследователи, которые всерьез утверждают, что Луна — гигантская «булка», начиненная, правда, не изюмом, а металлическими и каменными метеорами, В общем, целый набор гастрономических сравнений.
Доктор Уильям Пикеринг, пять лет — с 1919 по 1924 год — наблюдавший Луну с Ямайки, уверял, что пятна, перемещающиеся по дну кратеров, — это полчища насекомых, питающихся лунной растительностью.
По сей день существует множество подобных «теорий». Впрочем, возникновение их в какой-то степени объяснимо. Ведь почти все, что ученые знают о Луне, рассказал им свет, а это отраженный солнечный свет, и лишь в последнее время кое-что добавили ее собственные инфракрасные лучи. Но и те и другие не могут ничего сказать о внутреннем строении Луны.
Даже рассмотреть Луну хорошенько астрономам пока не удается. Через самые сильные телескопы видны объекты размером не менее сотен метров. Вот почему лунный пейзаж знаком людям лишь в общих чертах. Подробности каждый представляет себе по-своему. Одни из исследователей доказывают, что Луна покрыта хрупким веществом, напоминающим застывшую пену. Они предупреждают, что если человек ступит на нее, то может глубоко провалиться. Доктор Дольфюс из Парижской обсерватории считает, что Луна одета порошком, похожим на вулканический пепел.
Может быть, и вправду на Луне есть действующие вулканы? О такой возможности говорят наблюдения советского астронома Н. Козырева, который несколько раз видел свечение газов, выделявшихся в кратере Альфонс. Именно в этом кратере и ранее происходили странные изменения цвета. Некоторые астрономы пытались объяснить это развитием растительности в течение двухнедельного лунного «дня».
Сравнивая степени яркости различных частей Луны, советский астроном академик В. Фесенков пришел к выводу, что Луна изрезана глубокими трещинами с вертикальными стенками и острыми краями. Но доктор Джон Ивэнс из Линкольнской лаборатории оспаривает это и уверяет, что Луна ровная и гладкая, лишь десятая часть ее поверхности покрыта валунами, но они остаются незамеченными просто потому, что слишком малы.
Бытует и такое мнение: темные участки Луны, которые называются морями, действительно моря, но наполненные не водой, а пылью, в которой (осторожно!) может навеки утонуть космический корабль.
Поистине трудно разобраться в этой разноголосице мнений.
Литератор может позволить себе выбрать лунный пейзаж по своему вкусу. Он может одеть Луну в гранит или пепел, зажечь потухшие вулканы, окутать атмосферой и даже населить ее. Но ученым нужны факты. Только факты.
Казалось, споры может разрешить лишь сама Луна, когда на ней высадится первый человек. Но многие сомнения разрешились гораздо раньше. Новую лазейку на Луну открыли радиоволны.
К началу исследования радиоизлучения Луны астрономы располагали одной вполне надежной характеристикой Луны — температурой ее поверхности. Ее измерили еще в тридцатых годах астрофизики Петит и Никольсон методом простым, остроумным и настолько точным, что до сих пор никто не смог превысить эту точность. Основываясь на показаниях инфракрасных лучей, ученые установили поразительную вещь. Раскаленная в лунный полдень до + 120 °C поверхность нашего спутника лунной ночью скована морозом в — 150 °C. Колебания температуры Луны неслыханны: двести семьдесят градусов! Ничего подобного на Земле никто никогда не наблюдал.
В 1939 году Петит повторил свои исследования, но уже во время лунного затмения, когда Земля полностью закрыла от Луны Солнце. Оказалось, что за один час температура Луны упала с +120 °C до — 100 °C.
Поэтому, когда радиоастрономы Пиддингтон и Миннет в 1949 году впервые направили свои приборы на Луну, они ожидали обнаружить не меньшее изменение ее «радиояркости». И что же показали приборы? При смене лунного дня лунной ночью радиоизлучение почти не изменилось…
Выходило, если верить радиоастрономам, температура Луны почти не меняется! Это изрядно взволновало ученых: как объяснить различие в показаниях инфракрасных и радиолучей, как увязать столь противоречивые данные?
Напрашивался единственно правильный вывод: радиоволны излучает не сама поверхность Луны, температура которой подвержена сильным колебаниям, а более глубокий слой почвы, в котором сохраняется постоянная температура. Мысль эту подкрепляло и то всем знакомое обстоятельство, что на Земле зиму и лето фактически «чувствует» лишь поверхностный слой, а на глубине в несколько метров температура меняется мало.
Но как только был разрешен первый вопрос, возник следующий: из чего же состоит поверхностный слой Луны, который, как шубой, укрывает ее недра от резких колебаний температуры?
Академик Фесенков подсчитал, что теплопроводность лунной почвы должна быть почти в тысячу раз меньше, чем у земных пород. Такой материал — давняя мечта строителей, теплотехников и специалистов холодильного дела. Но ничего подобного на Земле нет. И ученые справедливо усомнились в том, что такая идеальная теплоизоляция может существовать в природе, даже на Луне. Вряд ли возможно такое огромное отличие между лунными и земными породами.