(продолжение. Начало в №3/2012)
Медитация. Слово “атом” и его судьба.
Есть несколько совершенно общих вопросов, на которые стремится ответить физика, и которые могут заинтересовать думающего человека, не обладающего специальными познаниями в этой области. Вопросы эти старые и в классической форме восходят к древним грекам, которые также оставили нам свои варианты ответов.
Вопрос 1. Мир вокруг нас сложен и изменчив. Есть ли в нем что то постоянное?
Вопрос 2. Можно ли свести сложное к простому?
Из множества ответов на эти два вопроса наиболее известен в современном мире ответ, данный Демокритом и Левкиппом: “Есть только атомы и пустота”. В более пространном изложении это означает, что все сложные предметы складываются из более простых так, что цепочка упрощений обрывается на неких далее уже неделимых объектах (“атом” по-гречески означает «неделимый»). Число видов таких неделимых предметов конечно. Атомы не разрушимы, существовали всегда и будут продолжать существовать.
На протяжении почти 2500 лет эта теория, продолжая привлекать ученых своей простотой, не получала никакого экспериментального подтверждения, но вот, наконец, с конца XIX и начала XX века такие подтверждения, казалось бы, начали поступать. Правда, то, что ныне называют атомами, было принято за неразрушимое по ошибке; роль атомов в древнегреческом смысле ныне играют объекты, называемые «элементарными частицами», но смысл, казалось бы, остался прежним. Если уж совсем придираться, то до самых «элементарных» из элементарных частиц мы еще не добрались, но вот, построим новый ускоритель и, может быть доберемся... Думаю, что так интерпретируют происходящее в физике многие за ее пределами, и так бы интерпретировал это, наверное, и я, если бы не занимался этими вещами вплотную.
Дерзну сказать, что при неком сходстве терминологии (тут и там употребляется термин «атомы») картина мира, представленная древними материалистами и картина мира, даваемая современной физикой, расходятся совершенно радикально. И дело здесь совсем не в деталях, правильного воспроизведения которых, безусловно, нельзя было ожидать от Левкиппа, Демокрита и Эпикура, а в самом духе.
Чтобы понять, в чем тут дело, обратимся к какому-нибудь популярному применению атомистической теории. Итак, давайте сыграем в игру и опишем в атомистических терминах, например, воду. Описание выйдет такое. Для невооруженного глаза вода выглядит, как нечто непрерывное и сплошное, но с помощью разных приборов можно рассмотреть, что эта видимость обманчива и при пристальном рассмотрении непрерывность переходит в дискретность. Примерно так, как сплошные на вид фотографии в газетах для внимательного глаза оказываются состоящими из множества точек. В случае воды эти точки есть молекулы H2O, которые также оказываются сложными образованиями, а именно, в каждой молекуле два атома водорода (химический символ H) связаны с одним атомом кислорода O. Атомы тоже не просты. Каждый из них состоит из отрицательно заряженного электронного «облака» и ядра. Ядро, в свою очередь, состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Протоны и нейтроны состоят из кварков и т.д., мы верим, что этому делению есть предел, хотя мы его еще не нашли.
Так, или почти так, объясняется строение вещества в популярных книжках и школьных учебниках. Эпикур, попадись ему в руки такой учебник, наверное, подумал бы, что не зря прожил жизнь. Однако, на поверку оказывается, что вышеприведенное описание содержит в себе настолько радикальные упрощения, что на каком-то уровне оно совершенно прекращает работать.
Чтобы понять, в чем дело, давайте зададим себе вопрос, откуда мы знаем, что из чего состоит? Вот мы говорим, вода состоит из молекул, молекулы из атомов, атомы из электронов и ядер и т.д. А откуда мы это знаем? Ну, грубо говоря, чтобы узнать, из чего состоит предмет, мы стукаем молоточком и смотрим на осколки. В качестве «молоточка» можно использовать подогрев или электрический разряд или еще что-то, не суть важно. Допустим, нагреем воду как следует, и молекулы распадутся на атомы (кислорода и водорода). Нагреем еще сильнее (водород нужно нагреть до 154 000о С) и электроны оторвутся от ядра. А дальше? Ударим по ядру другим ядром (для этого нужен ускоритель элементарных частиц) и, если оно делимо, то осколки дадут нам что-то новое, то, из чего это самое ядро состоит. Вот, такая логика. Действительность, однако, следует этой логике лишь до определенного предела, после которого начинает происходить нечто странное.
Это странное проявляет себя в полной мере тогда, когда скорости сталкивающихся частиц начинают приближаться к скорости света. Тогда оказывается, что чем больше энергия сталкивающихся частиц, тем больше получается осколков и тем больше их общая масса. При этом зачастую помимо новых частиц вылетает множество частиц старого типа. Вот, например, стукнешь по протону другим протоном и, в зависимости от энергии удара, могут появиться целые пучки («струи») протонов и антипротонов и, чем больше энергия, тем больше частиц в этих пучках. Это, как если бы, открывая матрешку, мы бы находили внутри не меньшие, а большие куколки. Можно ли сказать, что протон состоит из нескольких, а, может быть, и бесконечного числа протонов и антипротонов? Тогда из чего же состоит каждый из этих новых?
Часть ответа на этот парадокс состоит в том, что новые частицы нарождаются в процессе удара. Энергия удара Е превращается в массу m согласно знаменитой формуле Е =mc2. Великая эта формула эта стала частью нашей популярной культуры, навязнув у всех в зубах до такой степени, что понимать ее уже нет никакой необходимости. А между тем, смысл ее волшебен. Что есть энергия? В конечном итоге, это наше действие. И вот, оказывается, что наше действие, наша воля, наши деньги, наконец, может породить массу, т.е. вещество. Или по другому: свет, чистая энергия, оказывается тоже может порождать вещество и, наоборот, вещество может превращаться в энергию, т.е., в конечном итоге в свет (радиоволны, тепловое излучение, рентгеновские лучи это все различные формы света). Если так обстоят дела, то, конечно, нельзя говорить о вечности неделимых кирпичиков материи. Нельзя и говорить о материи, как составленной из «кирпичиков». Оказывается, что никакой «кирпичик», никакую частицу нельзя рассматривать отдельно от мира, ее окружающего. Она, если угодно, в одиночку не существует. Я бы сказал, что, подходящей метафорой здесь является не кирпичик, а воротца. Каждая частица подобна воротцам, и вот в каком смысле.
Столкнем мысленно два протона. В зависимости от энергии удара получится разное количество частиц всяких сортов, скажем 2 штуки сорта А (я не буду здесь утомлять читателя точными названиями, не в них дело), 2 штуки сорта Б и т.д. Однако, если сталкивать не протоны, а что-нибудь еще, например, нейтроны, то будут получаться другие наборы частиц. Получается так, что актом столкновения двух частиц можно в принципе породить целый зоопарк частиц (хватило бы только энергии удара!), но при этом у разных партнеров и зоопарки будут получаться разные. Получается поэтому, что частицу можно характеризовать тем зоопарком, который она может породить, т.е. теми возможностями, которые она открывает. Поэтому она и есть как бы ворота из мира возможного в мир реальный; раскроешь их чуть-чуть и получится один результат, раскроешь пошире и вылетит наружу побольше всякого разного и т.д. Разница между разными родами частиц-ворот в том, что из разных ворот разное вылетает.
Получается, что мир, который мы называем реальным, так сказать, «мир, данный нам в ощущениях», есть лишь рябь на поверхности мира возможного.
Вышесказанное не означает, что атомистической картиной мира совсем нельзя пользоваться. Во многих случаях она вполне годится, как приближенная модель. Ну вот, например, если человек занимается химией стабильных (не радиоактивных) веществ, то ему, практически наверняка, вся эта премудрость не понадобится. В своей практике такой химик имеет дело с процессами, где передача энергии мала по сравнению с массами участвующих в этих процессах частиц и соответствующие эффекты малы. Можно сказать, что Природа благосклонна к нам и для того, чтобы узнать что-то, не обязательно знать все. Изучаешь, например, водород. В известных пределах его можно описать, как систему двух тел, электрона и протона, притягивающихся друг к другу по закону Кулона. Математически задачу об описании атома водорода можно решить, что и сделал Эрвин Шредингер в 1920 годах. В результате получилось отличное описание спектральных линий водорода. Если уж ты человек совсем дотошный, то спросишь, а как же протон с нейтроном чувствуют друг друга на расстоянии, как же это электрическое взаимодействие от одного к другому передается? Тут, конечно, и начнется морока, т.к. передается оно посредством электромагнитного поля, а это поле тоже, в каком-то смысле состоит из частиц (фотонов), значит это задача не двух тел, а бесконечного их количества (если включить в игру все фотоны) и пошла писать губерния... К счастью, если копать не так глубоко, а в химии зачастую этого не надо, то можно на все эти трудности закрыть глаза.
При описании внутриядерных взаимодействий, однако, закрыть глаза на подобные процессы невозможно. Никакой процесс там невозможно адекватно описать, как процесс с конечным числом участников. Любая задача там есть задача бесконечного количества тел. Математическая, вернее, физико-математическая дисциплина, изучающая такие задачи, называется квантовой теорией поля.
«Поле» это то, что разлито везде, в каждой точке пространства. А частица это – локализованный объект, как же из одного можно получить другое? Связующим образом здесь является то, что японцы назвали «цунами». Цунами есть пример того, что в физике называется «солитон», т.е. это одиночная волна, которая движется практически, как твердое тело, не меняя своей формы. Вот так, из текучей среды (воды) возникла устойчивая форма. Причем, когда солитон движется, содержимое его все время меняется, а форма остается практически постоянной. И никакой квантовой механики здесь нет. Так и физики пытаются описать частицы, как «солитоны» текучих и бесконечно изменчивых полей.
Так от картины мира, как распавшегося на бесконечное количество частиц, мы пришли к картине нерасторжимого единства. Атом («неделимый») оказался неотделимым. Неотделимым от Вселенной.
Другой идеей, испытавшей приключения и трансформации, оказалась идея «эфира». В школьных учебниках написано, что идея эта, популярная в 19 веке, была окончательно изгнана из физики. По моему, это упрощение. То, что сейчас называют «вакуумом» во многих отношениях похоже на эфир. Поскольку понятие вакуума является чрезвычайно важным в современной физике, стоит над этим поразмышлять.
Медитация. Пусто ли пустое пространство?
Ночной эфир струит зефир,
Шумит, бежит Гвадалквивир
(А.С. Пушкин)
…Услужливо распахиваешь двери
И посылаешь в капище пустот,
Чтоб с помощью изученных заклятий
Руками загребал тебе я жар.
Но я в твоем "ничто" надеюсь, кстати,
Достать и всё посредством тех же чар.
И. Гете «Фауст»
Пустота не вполне пуста -
В ней различные есть места.
Есть такие, что головой
Шевельнёшь - и подымут вой
Все, от братских стихий вовне
До Белинского на стене.
Есть другие - и там живу,
Раз в неделю топчу траву;
И встаёт надо мной заря -
Ей не скажешь, что это зря.
Ольга Рожанская
Слово «эфир» прочно вошло в наш язык («в эфире «Эхо Москвы», «встретимся в прямом эфире» и т. д.). Но все же читатель, наверное, слышал, что эфир есть устарелая научная концепция и его бытовое употребление является своеобразным пережитком прошлых времен. На самом деле мне кажется, что «эфир» таки вернулся в науку, хотя и изменившись, но не до неузнаваемости.
Как следует из вышеприведенных примеров, в повседневном употреблении слово «эфир» связано главным образом с радио. Исторически это вполне оправдано. Радиоволны являются частным проявлением электромагнетизма, теория которого была построена в середине XIX века великим британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом. Максвеллу удалось обобщить все предыдущие открытия в области электричества и магнетизма и написать систему уравнений, описывающих электрические и магнитные поля, как часть более общего явления. Из этих уравнений, в частности, следовало, что меняющееся во времени электрическое поле может порождать переменное магнитное, а то, в свою очередь порождает электрическое, и т.д. В результате такого «тяни-толкай» получается распространяющаяся волна, которая и описывает все, что мы теперь называем электромагнитным излучением, т.е. радиоволны, тепловую радиацию, свет, ультрафиолетовые лучи, рентген и т.д.
Волны разного рода в природе - постоянное явление, но все, с чем люди были знакомы до Максвелла, были волны, распространяющиеся в какой то среде, как то волны на поверхности воды, звуковые волны и т.д. Естественно возник вопрос, колебаниями какой среды является, скажем, свет. Аналогия еще более подхлестывалась тем, что уравнения электромагнитных волн выглядели в точности, как уравнения, описывающие распространение звука в некой среде. Гипотетическая среда эта и получила название эфира. Свойства ее получались довольно странными: она должна была быть весьма плотной и упругой (после всего, скорость света превышает скорость звука даже в таких средах, как сталь, в миллионы раз), абсолютно несжимаемой и допускать деформации только на сдвиг. Вот такой вот сверхтвердый кристалл. Получалось так, что то, что люди полагали пустым пространством, на самом деле совсем не пусто, а занято вот этим самым странным веществом, мировым эфиром.
Нет нужды рассказывать о том, как идея такого эфира вступила в противоречие с данными наблюдений и была, казалось бы, навеки похоронена теорией относительности. Об этом написано в учебниках. Однако, кое что от этой старой идеи вернулось в физику в виде отрицания существования «пустого» пространства, т.е. пространства, лишенного свойств. Правда, вместо слова «эфир» теперь пользуются словом «вакуум» (т.е. «пустота»), понимая его совсем не как пустоту, что несколько сбивает с толку.
Поясню терминологию на примере. Возьмем какую нибудь частицу (ну хоть электрон) и поместим ее в ящик размерами LxLxL. Согласно квантовой механике, электрон не может пребывать там в состоянии покоя, он будет метаться из конца в конец своего ящика, как арестованный, только что брошенный в одиночную камеру. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга типичная скорость этого движения «v» обратно пропорциональна размеру ящика v ~1/L и, следовательно, энергия движения ~1/L2. То же самое произойдет с какими угодно частицами, помещенными в ограниченный объем пространства. А именно, у них будет некая конечная энергия, меньше которой быть уже не может. Т.е. нельзя их остановить совсем. В физике этот неотъемлемый минимум называется энергией основного состояния. Энергия эта, как следует из вышеприведенного объяснения, зависит от объема (и даже формы) ящика, в которой частицы содержатся. Пока объем ящика не меняется, основное это состояние воспринимается нами, как “пустое” пространство. Однако, как только мы попробуем изменить объем, то сразу поймем, что в нем что-то есть. Ну, как же, меняя объем ящика, мы изменим минимальную энергию находящихся в нем частиц, а для этого нам самим нужно будет затратить некое усилие.
А теперь представим, что ящик это вся Вселенная. Заполнена она всякого рода частицами и полями (свет, нейтрино, все, что угодно). Раз так, то у “пустого” пространства есть некая энергия, изменение которой будет ощущаться, когда пространство меняет объем, т.е., например, расширяется, как это происходит с нашей Вселенной. Это и есть та самая “темная” энергия, о которой в последнее время заговорили физики. На ее долю, по современным оценкам, приходится довольно значительный процент общей энергии Вселенной. Загадка, однако, состоит в том, что все существующие теории предсказывают, что доля эта должна быть просто неизмеримо, невообразимо больше, чем это наблюдается. На настоящее время противоречие это остается неразрешимым, указывая, быть может, на грядущую революцию в физике.
“Есть только атомы и пустота”, - сказал Демокрит. В предыдущей медитации мы размышляли о том, что атомы оказались не тем, что об них когда то думали. Оказывается, что и пустота тоже не то, что о ней думали, т.к. она не так уж и пуста.
Принимая разные формы, появляясь, исчезая и меняя лица,
И пиля решетку уже лет, наверное, около семиста,
Из семнадцатой образцовой психиатрической больницы
Убегает сумасшедший по фамилии Пустота.
В. Пелевин. «Чапаев и Пустота».
***
Физтех подошел к концу. Я закончил его в 1977 году с красным дипломом. Мне повезло, я устроился в «Давильню» стажером и летом того же года переехал из московского общежития Физтеха в подмосковный городок Троицк, на 40м километре Калужского шоссе, где и находится до сих пор «Давильня». На пятом курсе института мне удалось сменить профиль работы (не буду утомлять читателя подробностями того, как я это сделал), и теперь я числился теоретиком.
Глава 4. Начало научной карьеры.
Не знаю, что стало с ним сейчас, но в конце 70-х Троицк был очень милым маленьким городком, расположенным вдоль Калужского шоссе. С обеих сторон там был лес. На стороне шоссе, противоположной городку, лес уходил далеко-далеко. Летом в лесу этом было полно грибов, что и составляло основную часть моей диеты. До переезда в Троицк я грибами никогда не увлекался, так как в тех местах, где я жил, их просто не было. А тут на меня нашло вдохновение: я купил маленький справочник по грибам, где, например, было очень толково описано, как отличать ложные (смертельно ядовитые) опята от настоящих, и, вооружившись им, пошел в лес. Первые же грибы, на которые я наткнулся, были именно опята. Ложные росли почти что вперемешку с истинными но, следуя книге, я выбрал жизнь и с честью выдержал испытание. С тех пор моя страсть к грибам никогда не умирала, хотя до такой утонченности в их употреблении, как Виктор Пелевин, я никогда не доходил и вратами в духовный мир для меня они никогда не служили.
Мне дали маленькую комнатку в четырехкомнатной квартире, выполнявшей роль одного из общежитий «Давильни». Каждую комнату квартиры занимали молодые сотрудники института; в проходной комнате, где тоже стояли кровати, на время моего появления никто еще не жил, хотя в скором времени жилец появился и там. После шести лет жизни в физтеховских общагах иметь отдельную комнату было почти что райским блаженством.
Я уже говорил, что проходная комната в нашей квартире некоторое время стояла пустой. Но однажды дверь в мою комнатку отворилась и на пороге возникла босая фигура в майке на голое тело и армейских галифе. В одной руке фигура держала портянку. «Вот, сорок лет и – портянка!» - изрекла фигура сентенциозно, считая, по-видимому, формальное представление излишним. Это был наш новый пожарник. К счастью, появлялся он не каждую ночь и, даже когда появлялся, не каждый раз напивался до потери сознания.
Начальником теоротдела «Давильни» был Роберт Архипов, ученик великого Ландау, человек порядочный. Он, в отличие от большинства завлабов, не эксплуатировал своих сотрудников, и мне была предоставлена свобода. За 90 рублей в месяц я мог заниматься тем, чем хотел и меня увлек к себе Саша Барабанов. Мое первое вдохновение в большой науке пришло из обзорной статьи американского профессора Чандра Вармы, человека, с которым я через 15 лет встретился в Америке и продолжаю встречаться до сих пор. Скажу сразу, что стиль американской физики, как тогда, так и сейчас, отличается от того, к чему я, по своему консерватизму, привержен, чересчур большой свободой. Вот если надо, чтобы дважды два было пять, так оно будет. Конечно, не всякий раз, но иногда... Короче, достать из рукава туза порой дозволяется. «Нормальный человек не может быть не плутом».
Как бы то ни было, из статьи Чандры, хоть он и давал, как всегда, понять, что описанная им проблема решена и делать там больше нечего, было ясно, как день, что ничего не ясно и работы в той области, о которой он говорил, хватит еще на десятки лет. Так оно и вышло.
Мы с Барабановым страстно взялись за проблему, которая вот уже добрых 30 лет называется проблемой тяжелых фермионов и представляет собой одну из нерешенных загадок в той области физики, которой я занимаюсь. Я не буду утомлять читателя подробностями, а лучше расскажу про самого Барабанова.
Отец Александра Федоровича (Саши) Барабанова был при Сталине министром гражданской авиации. От него осталась квартира на Красной Пресне с высоченными потолками, старинной мебелью и постепенно убывающим количеством хрусталя. Сам Саша был диссидентом, общался с самой что ни на есть неблагонадежной публикой и здорово пил. Одним из его коронных выражений было «Я пошел развиваться далее». Это означало, что он уходит в запой. Хуже всего было то, что запои его сопровождались странствиями; он был, так сказать, перипатетик. Не было в природе силы, которая могла бы удержать Сашу в его «развитии». Помню, однажды мы, т.е. Саша, я и еще один сотрудник «Давильни» по кличке Богус, справляли в моей комнатке в Троицке мой день рожденья, который приходится на 23 марта. На улице была типично мартовская погода, т.е. около нуля, талый снег, солнце, слякоть. После того, как наш португальский портвейн иссяк, Барабанов объявил о своем намерении развиваться далее, а мы с Богусом, желая это предупредить, спрятали его куртку и заперли внешнюю дверь на ключ. Тогда, с чрезвычайным достоинством и не выказывая ни малейшего признака спешки, Саша, с недопитой рюмкой в руке выбрался через окно и, не забывая время от времени отхлебывать живительную влагу, медленно удалился в подмосковные пространства, чтобы исчезнуть там на несколько дней.
Через Сашу я узнал много чего такого, что советская власть хотела скрыть. Среди его друзей был основатель московской хельсинской группы Юрий Александрович Орлов, которого как раз тогда арестовали и посадили в тюрьму. Орлов живет сейчас в городке Корнелл штата Нью-Йорк и все еще работает (он физик, специалист по ускорителям элементарных частиц). Он иногда приезжает к нам в Брукхэйвенскую Национальную лабораторию, и я несколько раз с ним разговаривал. Такой вот маленький мир и тоненький слой.
Говорят, что на осине не растут апельсины, но, что касается Саши и его друзей, многие из которых были отпрысками или близкими родственниками людей, занимавших при Сталине крупные посты, эта поговорка на них явно не распространялась. Это были чрезвычайно благородные и интеллигентные люди и Саша среди них первый. Отмечу двоих: Костю Кикоина, чей дядя Исаак Кикоин возглавлял секцию разделения изотопов в советском атомном проекте (думаю, самую важную в техническом отношении) и Витю Флерова, чей опять-таки дядя был крупнейшей фигурой в том же проекте. Это он известил Сталина в 1942 г. письмом о том, что пора бы и нам начинать работу над бомбой. Витя и Костя сейчас работают в Израиле, я иногда пересекаюсь с ними на разных конференциях.
Я написал кандидатскую диссертацию довольно быстро, даже и не поступая для этого в аспирантуру, а формально оставаясь на должности стажера. Я помню, как директор «Давильни», который вообще считал теоретиков чем-то бесполезным, ворчал по этому поводу. Вот мол, еще один становится неуправляемым (у кандидата, работающего в институте Академии Наук, появлялась некоторая свобода, т.к. зарплата, какая никакая была гарантирована, а выгнать человека было трудно).
1979 год, предшествовавший защите моей диссертации, был наполнен множеством ярких событий, отпечатавшихся в моей памяти. Самым главным было то, что в конце этого года я познакомился со своей будущей женой. Я увлеченно работал, было полно друзей, культурная жизнь в Москве кипела и нашему академгородку немало от этого перепадало. К нам приезжали интересные люди, та же Галина Андреевна Белая, о которой я уже писал выше. Приезжал Вячеслав Всеволодович Иванов, известный семиотик, человек знавший около 70 языков, среди них штук десять мертвых таких, как например, язык хеттов. Говорили, что он знает даже язык пчел. Приезжал в «Давильню» со своим концертом (одним из последних) Владимир Высоцкий.
Нужно сказать, что отличительной чертой советский научной интеллигенции были ее широкие гуманитарные интересы. Я был совершенно не одинок в своем интересе к живописи, литературе, истории и даже философии. На Западе этого совершенно нет, научный работник здесь – почти исключительно технарь, чей духовный голод по большей части удовлетворяется последним номером «Нью-Йоркера».
Я защитился в марте 1980 г. Для того чтобы получить право на защиту диссертации, мало было ее написать, нужно было также сдать ряд экзаменов, среди них экзамен по марксистско-ленинской философии. Я, было, думал, что, как это было на Физтехе, можно почитать книжки и пойти сдавать. Не тут то было. К нам в Троицк прислали марксистского начетчика из Института Философии АН СССР, который провел с нами серию семинаров. Это был шок, хотя и очень поучительный. Мы занимались дисциплиной, основные достижения которой, как выяснилось в ходе этих семинаров, противоречили той философии, которую нам надлежало зубрить и сдавать! Основной книгой, на которую эта «философия» опиралась, была книга Ленина «Материализм и эмпириокритицизм», где он высказывался по поводу современной ему физики (она была написана в 1910 году). Там были перлы типа «с помощью пятого измерения ребеночка не родишь». Этот опус нужно было знать практически наизусть. Я быстро понял, что это мне не по силам, т.к. я, несмотря на свою хорошую память, не могу запомнить просто ничего. По какому-то наитию свыше я стал читать эту книгу, запивая ее разведенным до половины водой сухим грузинским вином «Саперави». Это помогло.
Были и другие курьезы. Помню, как в «Давильню» приезжал какой то шарлатан с лекцией о филиппинских целителях, летающих тарелках и прочем в том же роде. Среди множества щекочущих нервы киносюжетов, показанных им на экране, был один, который особенно меня позабавил. Снят он был предыдущей зимой, которая была особенно морозной (в Самаре температура на Новый Год упала до – 47о, а в Москве - 35oС). И вот, на экране, среди закутанных с головы до ног прохожих, по улице шагает веселый могучий старик с развевающейся бородой, босиком и в одних трусах. Оратор поведал нам, что это – Иванов, человек, проповедующий близость к природе и скорое пришествие инопланетян. Это имя я услышал потом не раз, т.к. Иванов основал целую секту, среди последователей которой оказались даже некоторые из моих знакомых. В своих писаниях он утверждал, что скоро на Землю высадятся инопланетяне и выживут только те, кто научится «брать от природы не только хорошее, но и плохое».
Мысль о том, что от жизни придется брать плохое, посещала нас в то время не только в связи с возможным нашествием инопланетян. Было отчетливое впечатление, что дело идет к тому, что холодная война может в какой то момент перейти в горячую. Это чувство особенно усилилось позже, во время правления Андропова. Мне часто приходится слышать, что угроза войны была на самом деле иллюзорна и вся эта гонка вооружений была не более, чем политической игрой. Я убежден в ошибочности этого взгляда. Марксистская ортодоксия всегда утверждала, что пока существует мировая капиталистическая система, война неизбежна. Это то, что мы учили на всяких занятиях по марксизму-ленинизму, то, что читали в статьях Ленина. Конечно, были и всякие разговоры о мирном сосуществовании, но в успех его как-то с трудом верилось, все время были военные конфликты то тут, то там и никакой уверенности в том, что однажды терпение одной из сторон не лопнет, не было. Расскажу эпизод, который подтвердил мои худшие опасения. Году в 78 мне довелось познакомиться с одним военным биологом, чья дочь проявляла ко мне интерес. Это был очень начитанный человек с широкими культурными интересами, жизнелюб. Зашел разговор о возможном ядерном конфликте. То, что он сказал нам, поразило меня до глубины души и поражает до сих пор. Во-первых он заявил, что, по его мнению, ядерная война неизбежна. На мое удивление, настроен он был довольно оптимистически. «Ну конечно, все города выгорят, а деревня останется. Для меня лично проблема только в том, чтобы на начало войны оказаться в отпуске в деревне. Но зато какой прогресс в разработке очистных сооружений будет после войны! Все же придется чистить!» На мой вопрос о радиации он ответил, что присутствовал на двадцати ядерных испытаниях и по опыту может сказать, что радиация падает через два-три дня. Он поведал нам, что занимался медицинскими исследованиями населения, пившего воду из зараженных рек (читатель, ты еще ностальгируешь по прекрасным «временам застоя»?) и «уровень раковых заболеваний возрос не сильно». Читающие эти строки могут сказать мне, что мой собеседник, наверное, был просто дурак. Однако это простое объяснение не вяжется ни занимаемой им должностью, ни с суждениями его по другим предметам, которые, в общем, были весьма здравыми.
Думаю, что он был не дурак, а дело обстояло намного хуже. Передо мной был пример глубочайшего конформизма. Человек врал самому себе и заврался до такой степени, что уже сам своему вранью верил. А врал он, потому что именно таких мнений от него ожидало начальство. С таким явлением я, кстати, сталкивался в жизни очень часто, хотя и по менее серьезным поводам. Весь абсурд этого конкретного вранья обнажил Чернобыль. Однако, сколько еще другого осталось...
Глава 5. Научно Исследовательский Институт Чародейства и Волшебства
«Куда бы нас не бросила судьбина,
И счастие куда б не завело,
Все те же мы, - нам целый мир чужбина,
Отечество нам – Царское Село...»
Читателю будет отрадно узнать, что наши ученые естественники и, в частности, физики, уехав из своего отечества, отнюдь не пропали. Чтобы понять, почему случилось так, что мозги и талант оказались чуть ли не единственным, кроме разве что полезных ископаемых и проституток, востребованным продуктом советского (да и постсоветского тоже) экспорта, давайте присмотримся поближе к самому продукту. Западный глаз различает на нем только made in USSR, а вот наш, более внимательный, заметит, что большинство наших физиков окончило один и тот же вуз: Московский физико-технический институт, о котором я уже много говорил в предыдущих главах, а большинство теоретиков либо происходит из Института Теоретической Физики имени Ландау или же как-то связан с научной школой Ландау.
Я не буду здесь распространяться о личности Ландау, которого я, по молодости лет, никогда не встречал. Встречать то не встречал, но не мешает мне считать себя его учеником, т.к. Ландау оставил нам самое главное: ПИСАНИЕ. Курс теоретической физики, канонический текст, без которого никакой школы Ландау не было бы. И строго наказал сей курс учить, сказав, что эти тома содержат МИНИМУМ того, что теоретику надлежит знать. И учили, и экзамены сдавали ученикам Ландау, а потом ученикам его учеников. Экзамены не были обязательными, но ведь стыдно же было казаться неучем...
Ландау, кстати сказать, гениально понимал, что физика образует единство, что нет по отдельности астрофизики, физики элементарных частиц, физики металлов, физики выгребных ям и т.п., а есть ФИЗИКА. Наверное, он был не один такой, кто понимал это и понимает, но уж больно рельефно это понимание выразилось в его курсе. Для меня лично интуиция этого единства всегда была источником бесконечного вдохновения и интереса, а также выражением величайшей тайны природы. Поясню в чем дело. Дорогой читатель, если ты еще не совсем позабыл ту математику, которой тебя учили в институте, возьми в руки тома Ландау и Лифшица. Даже не вникая в суть написанного, ты заметишь, что математические уравнения, написанные в томах, посвященных совсем разным разделам физики, очень похожи. Вот тут речь идет о гидродинамике (это о течении всяких жидкостей, в том числе воды), а вот тут про движение электронов металлах. А вот тут про электричество. Предметы совершенно разные, воду мы видим невооруженным глазом, а электроны нет, а вот законы движения, оказывается, похожи... Чудо и тайна в том, что на всем огромном диапазоне Природы, на разных масштабах пространства и времени проигрываются одни и те же идеи, можно сказать, что в музыке сфер одна и та же мелодия исполняется разными инструментами в разных тональностях (мой собеседник по «Снобу» пианист Владимир Генин сказал мне, неучу, что это похоже на Стравинского). Математика черных дыр похожа на математику эффекта Холла, хотя дыры эти огромны и массивны, а эффект Холла наблюдают внутри маленьких транзисторов. Механизм образования масс элементарных частиц тот же самый и описывается также, как механизм выталкивания магнитного поля из сверхпроводников (этот механизм теперь используют сверхскоростные поезда, так называемые levitating trains). И открыли его совместно Хиггс (частичник) и Филип Андерсон (теоретик, специализирующийся в области физики твердого тела).
Институт Ландау был страшно мал, крохотная пристроечка, притулившаяся к столовой соседнего советского монстра – Института Химической Физики АН СССР в Черноголовке. Там, за забором, царили другие порядки, там работали серьезные люди. А мы были и остаемся, людьми в высшей степени несерьезными.
Своим внешним видом, да и содержанием тоже, Институт напоминал легендарный НИИ ЧАВО (Научно Исследовательский Институт Чародейства и Волшебства) из книг Стругацких «Понедельник начинается в субботу». Однако, если НИИ ЧАВО был мал лишь с внешней стороны, а изнутри был практически бесконечен, физически ИТФ был мал и изнутри, а огромен он был только в идеальном мире, благодаря мощи мысли своих сотрудников. Места для всех не хватало, и большинство народу приходило только раз в неделю, по пятницам на семинар и ученый совет. В пятницу Институт заполнялся до предела, люди толпились в коридорах, поскольку мест в комнатках «офисах» не было), во все остальные дни мы работали дома. Ядро сотрудников составили ученики и младшие сотрудники Ландау, а молодую поросль поставлял московский Физтех под зорким присмотром нашего директора Исаака Марковича Халатникова. Исаак Маркович не был наделен изысканными манерами У- или А-Януса Полуэктовичей. И, не в обиду ему будь сказано, достижения его в науке не были столь велики, как у многих сотрудников Института. Но, и говорю это без всякой лести, ибо никогда меня лично Исаак Маркович не выделял, он – великий человек. Жестковатый и грубоватый с виду Исаак Маркович проявлял себя гением смирения и без него Института бы не было НИКОГДА. Халат (так его в глаза называл Ландау, а за глаза, - все остальные) умел не бояться гениальных людей, умел терпеть (а это было надо!) их вокруг себя. Редкий человек на такое способен, Пушкин мне свидетель. Сальери не смог терпеть одного Моцарта, а там была целая толпа. К тому же Халат имел острый глаз на способную молодежь, которую он приводил ото всюду в Институт, зная, что в других местах, где начальство продвигало больше тех, кто умел сгибаться и кланяться, нам жить не в моготу. А внутри Института был оазис, ну пусть не свободы, так вольности (разницы мы, по наивности, не замечали). Были стукачи, кого то мы знали, кого то нет. Вот характерная сценка: в пятницу от м. «Щелковская» едет в Черноголовку институтский автобус; на переднем сиденье вальяжный и барственный Володя Фатеев перебрасывается в картишки с известными стукачами, на задних сиденьях записные комсомольцы трендят какую фрондерскую белиберду, поближе к переду незабвенный Жора Рязанов (на него нужна отдельная книга!) рассуждает о том, что Содом и Гоморра были прообразами коммунистического общества, Миша Фейгельман говорит о физике с таким видом, будто хочет дать тебе в рожу...
Сходство с НИИ ЧАВО простиралось даже до уровня сходства характера сотрудников. В Фейгельмане можно было безошибочно угадать грубого Корнеева, Роман Ойра-Ойра напоминал Сашу Белавина, а черты Кристобаля Хунты были и у Льва Петровича Горькова и у Саши Полякова. Выбегаллы вот не было, что правда, то правда. Но некоторое количество тех, у кого в ушах росли волосы, было, хотя и мало.
Спорили, орали друг на друга, а потом, как ни в чем ни бывало, шли пить чай или винцо. Я помню один из докладов Саши Мигдала, где его совершенно достал Володя Грибов. Мигдал орал на него благим матом и топал ногами: «Вы мешаете мне докладывать!», а Грибов, как ни в чем не бывало, продолжал задавать свои вопросы. И ничего, кончился доклад, и спокойно разошлись. Вот это исчезло, исчезло навсегда. Здесь, на Западе, даже задать вопрос на семинаре считается невежливым, уж про споры-то и говорить нечего. Профессор – важная персона, к шуткам относятся с опаской, вдруг public image пострадает. Скука... Они и сами это чувствуют, раньше просили: «Устройте нам русский семинар!» Но я уж давно отложил пустое попеченье...
Вот еще пару историй из быта НИИ ЧАВО. Донимали нас регулярно «сумасшедшие». Как правило, через ЦК. Вот приходит из ЦК в Институт какой-нибудь фолиант, содержащий в себе «теорию всего» с таким, примерно, вступлением: «Я чувствую в себе огромные интеллектуальные силы, но, к сожалению, лишен образования. Так вот, если ЦК найдет возможным дать мне на подмогу пару академиков...» Институт должен был проверить, насколько научные притязания авторов этих трудов серьезны. Раз дело пошло дальше переписки. Один такой одинокий гений, построивший ни много ни мало, общую теорию поля, сумел серьезно заинтересовать своей персоной Военно-морской Флот. И вот, он является в Черноголовку в сопровождении целого выводка высоких чинов на предмет того, чтобы сделать нам публичный доклад и получить от нас оценку. Мудрый Исаак Маркович обращается к нашим герцогам (мы, мэнээсы, конечно, не в счет, нам молчать полагалось): «Он человек искусный, так что на ошибках в нулях функций Бесселя его не возьмешь. Нужно что то посерьезнее». И вот, идет доклад, идея за идеей, черные дыры, кварки, поля. Научная общественность молчит, притаилась, ждет, когда Ахиллес обнажит пяту... И вот, момент! Удар наносит блистательный Горьков: «А Гамильтониан Ваш какой имеет вид?» Гений смущен и объявляет перерыв. В перерыве он объясняет высоким чинам, что самая важная часть его теории, та, из которой, и следуют все его выводы, засекречена. Исаак Маркович доволен, лучшего он не мог и ожидать. «Ну, если Гамильтониан засекречен, мы ничего не можем сказать. Обратитесь к нашим коллегам в Дубну».
Замечу вскользь, что народная мечта о том, что эта высокомерная коллегия жрецов, этот научный истэблишмент, будет наконец посрамлена каким то выходцем из низов, нигде не учившимся, а так, одной силой ума превзошедшим всю эту пыльную книжную мудрость, мечта эта жива! Ее лелеет и Голливуд, и Нью-Йорк Таймс и высоколобый Нью-Йоркер... Им всем 2000 лет назад ответил Евклид: «Царского пути в геометрию нет». Ни царского, ни пролетарского, ни журналистского.
Одним из величайших наставников юношества в Институте был Анатолий Иванович Ларкин (ныне покойный). Он не был учеником Ландау, его учил старший Мигдал. Автор множества оригинальнейших идей, человек, воспитавший по меньшей мере восемь докторов наук, всех, между прочим, научных титанов (Овчинников, Хмельницкий, Ефетов, Вигман, Иоффе, Гешкенбейн, Матвеев, Алейнер) Анатолий Иванович с виду был тугодум. Начнешь с ним обсуждать что то, а он засыпает. Надо было не смущаться и продолжать говорить. В конце монолога Анатолий Иванович просыпался и давал ответ. Всегда правильный. Помню такую сцену: в комнате двое – А. И. храпит на диване и Лева Иоффе скорчился в кресле. Лева обращается ко мне, в глазах – мука: «Ну вот он то спит, но и думает, а я, когда сплю, так я просто сплю!»
Перечислю несколько конкретных достижений Института.
1. Микроскопическая теория сверхпроводимости. Лев Горьков, Герасим Элиашберг, Алексей Абрикосов. Последний получил за теоретическое предсказание того, что сейчас называют «вихри Абрикосова», Нобелевскую премию.
2. Внедрение методов квантовой теории поля в физику конденсированного состояния. Это отражено в классическом труде Абрикосова, Горькова и Дзялошинского, написанного в 60-е годы и до сих пор служащего непревзойденным учебным пособием для студентов всего мира. Мы называли эту книгу, за ее зеленый переплет, «зеленым чудовищем».
3. Создание теории точного решения нелинейных дифференциальных уравнений определенного вида (так называемый метод Обратной Задачи Рассеяния, его адепты – Захаров, Манаков и Михайлов были прозваны Мигдалом младшим «обратными задачистами»).
4. Создание Конформной Теории Поля (Александр Поляков, Александр Замолодчиков, Александр Белавин и примкнувший к ним Владимир Фатеев).
5. Разработка методов точного решения квантовых задач многих тел и применение ее к конкретным проблемам теории частиц и физики конденсированного состояния (братья Александр и Алексей Замолодчиковы, Павел Вигман, Владимир Фатеев).
Мой роман с Институтом начался через Мишу Фейгельмана. В то время как мне пришлось пойти в «Давильню» и даже временно прикинуться экспериментатором, Миша поступил в теоргруппу, сдал все полагающиеся там экзамены и был принят (после скандала с физтеховской администрацией, которая не хотела делать такой подарок неблагонадежному человеку, читавшему «Гадких лебедей») в аспирантуру Института Ландау. Научным руководителем его стал Валерий Леонидович Покровский. Научные интересы у нас с Мишей были в то время очень близкие и мы стали работать вместе. И так как практически никакой научной жизни в «Давильне» не протекало, я стал ездить на семинары в Институт Ландау. Там я познакомился с другими ребятами моего возраста, одним из которых был Павел Вигман.
Надо сказать, что Институт славился не только своими семинарами и наукой, но и банкетами. Каждая кандидатская, не говоря уже о докторской защите отмечалась с невероятной помпой и гуляние в Черноголовке могло продолжаться до утра. Конечно, вин, которые мы тогда пили, никто из нас сегодня бы в рот не взял, но тогда мы других не знали и в невежестве своем были счастливы. В декабре 1979 Павел защитил свою кандидатскую (он был на год старше меня) и мы хорошо ее отпраздновали. Банкет проходил в его комнате в Черноголовском общежитии аспирантов, куда набилось человек 30, вот, уж, поистине, в тесноте, да не в обиде! Кажется, на следующий день Паша подошел ко мне и сказал: «Хватит заниматься ерундой, давай решать проблему Кондо!»
Проблема эта относится к разряду тех, что ныне входят в класс «физики сильно коррелированных систем». Конкретно она о том, как микроскопическому магнитику, помещенному внутрь металла, удается до неузнаваемости изменить его свойства. Секрет богатырской силы этого малыша в том, что он шаг за шагом перестраивает организацию отношений между электронами металла таким образом, что в конце концов они начинают ему помогать. Такие эффекты называются в физике коллективными и чем-то напоминают то, что происходит в человеческом обществе.
На решение проблемы Кондо научная общественность потратила немало времени и сил. Занимались ею, например, такие гиганты, как Алексей Алексеевич Абрикосов. Вигман нашел совершенно оригинальное решение, позволявшее, в принципе, решить математическую модель, описывающую ситуацию, точно. И вот, система из огромного (почти что бесконечного) числа дифференциальных уравнений решилась (без всякого компьютера) и полученный ответ выглядел вполне обозримо. Оставалось извлечь из этого ответа описание физических свойств системы и в этой то работе Павел и пригласил меня поучаствовать. Скажу сразу, что мы блестяще справились с задачей. Результаты наших усилий суммированы в довольно фундаментальном труде, на который продолжают ссылаться и 30 лет спустя.
Для меня наградой за труды была работа в Институте Ландау. О своем назначении я узнал довольно оригинальным образом. В эту пятницу, приехав в Институт, в обычной предсеминарской толкучке в коридоре я оказался позади Халата. Халат, даже не оглянувшись (в этом не было нужды, так как глаза на спине у него, как у директора института, тоже были) просто указал пальцем себе за спину и сказал стоявшему справа от него Ларкину: «ты знаешь, Толя, что мы берем на работу этого парня?» Так началась моя карьера в Институте. Это был 1983 год.
Перейдя в Институт я стал теснее общаться с Сашей Белавиным, который стал моим крестным отцом. Появился в моей жизни и еще один человек, о котором стоит рассказать отдельно.
(продолжение следует)
