Перевернута последняя страница последней статьи и, естественно, возникает вопрос об итоге семидесяти лет жизни и пятидесяти трех лет работы и об уроках на будущее, которые можно извлечь из этого итога.
Первый вопрос – об итоге – является предметом вступительной статьи – Введения, составленной редакционной коллегией и помещенной в начале первой книги, но охватывающей содержание обеих книг. На мой взгляд, Введение содержит завышенную оценку моих результатов и влияния их на современную науку.
Было бы неуместно, однако, спорить – больше или меньше значение той или иной работы. Интересным может быть качественное различие между оценками моих работ, а также общего состояния физики с разных сторон: извне специалистами, даже самыми благожелательными, и изнутри – мною самим. Таким образом, данное послесловие написано с сугубо субъективных позиций, без каких-либо претензий на объективность.
Хорошо помню первый, еще детский (12 лет) выбор области знаний, разговор с отцом. Для математики нужны исключительные способности, которых я не ощущал. Физика казалась законченной наукой; сказывалось влияние почтенного школьного учителя физики, торжественно читавшего незыблемые законы Ньютона сперва по-латыни, затем на русском. Мятежный дух новой физики еще не проник в среднюю школу в 1926 году. Между тем курс химии изобиловал загадками: что такое валентность? катализ? И химики не скрывали отсутствия фундаментальной теории. Большое впечатление произвела на меня книга Я. И. Френкеля «Строение материи», особенно – первая ее часть, посвященная, главным образом, атомистике и кинетической теории газов, определению числа Авогадро и броуновскому движению. Но атомистика, как термодинамика, в равной степени относится и к физике, и химии. Потом судьба определила меня в Институт химической физики (ИХФ).
Родители: Анна Петровна (1890-1975) и Борис Наумович (1889-1943)
В 1930 г. я был лаборантом в Институте механической обработки полезных ископаемых (Механобра), рассматривал шлифы горных пород. Навсегда запомнились богатства Кольского полуострова, запечатлелось уважение к академику А.Е. Ферсману. В марте 1931 г. с экскурсией сотрудников Механобра я посетил отдел химической физики Ленинградского физико-технического института. В лаборатории С. З. Рогинского меня заинтересовала кристаллизация нитроглицерина в двух модификациях. Об этом рассказывал Л. А. Сена (Рогинский был за границей).
После дискуссии (в которой ни я, ни Сена еще не знали истину) мне предложили в свободное время работать в лаборатории. Вскоре встал вопрос об официальном переходе. Ко времени зачисления (15 мая 1931 года) отдел превратился в самостоятельный Институт химической физики. В промежутке помню свой реферативный доклад о кинетике превращение пароводорода. в ортоводород. Не вполне понимая, что это такое, я все же твердо и горячо отстаивал принцип детального равновесия. Присутствовали Н.Н. Семенов, С.З. Рогинскийи многие другие мои будущие коллеги.
Много лет спустя я услышал три легенды. Первая: Механобр отдал меня Химфизике в обмен на масляный насос. Вторая: академик А.Ф. Иоффе написал в Механобр, что для решения практических задач я никогда не буду полезен. Третья: Иоффе терпеть не мог вундеркиндов и потому отдал меня в Химфизику.
С родителями
До сих пор не знаю, сколько истины в каждом из них. Могу только засвидетельствовать, что Иоффе я не видел до 1932 г., а увидел я его в примечательных обстоятельствах: был созван общий семинар Физтеха и его дочерних институтов. Иоффе огласил телеграмму от Дж. Чедвика об открытии нейтрона, прокомментировал ее, а в заключение была принята резолюция и послана ответная телеграмма о том, что и мы (все?!) включаемся в нейтронную физику. Для меня – не сразу – резолюция оказалась пророческой.
В интересе к химии большую роль играло чисто зрительное восприятие ярких цветов и форм, начинающееся с «превращения воды в кровь» при взаимодействии солей железа и роданистого калия, с образования осадков и кристаллизации. За этим следовал интерес к резкости перехода окраски индикатора и далее к резкости фазовых переходов.
В соседних лабораториях изучались атомные спектры. Отчетливо помню, что по сравнению с многообразием цветов и форм макроскопических явлений детальная теория атома казалась скучной. Сегодня я пишу об этом, свидетельствуя о своем тогдашнем глубоком непонимании физической теории.
Вместе с тем было правильное и естественное чувство, что за случайностью форм и чередованием плавных и резких зависимостей кроются общие закономерности. Сегодня они получили название теории катастроф и синергетики.
В 30-х годах, развивая теорию горения, мы, по существу, занимались конкретными примерами этих новых наук, не зная их названия. Вспомните мольеровского мещанина во дворянстве, в преклонном возрасте узнающего, что он всю жизнь говорил прозой.
Огромной непреходящей заслугой Абрама Федоровича Иоффе и Николая Николаевича Семенова является создание институтов, отовсюду привлекавших способную молодежь. Возникла «сверхкритическая» ситуация быстрого роста людей и большой их отдачи. Для меня огромную роль сыграла возможность учиться у молодых (но старше меня!) теоретиков. Я глубоко признателен моим тогдашним учителям и нынешним друзьям – Л. Э. Гуревичу, В. С. Сорокину, О. М. Тодесу, С. В. Измайлову. Около двух лет я учился (но не закончил) на заочном факультете университета. Посещал замечательные лекции по электродинамике покойного М. П. Бронштейна. Вспоминаю сейчас слова «градиентная инвариантность», которые тогда не воспринял...
Большим счастьем было сочетание экспериментальной и теоретической работы над одним и тем же вопросом. Изотерму адсорбции Фрейндлиха я сперва наблюдал экспериментально, исследуя систему MnО2–СО–О2–СО2. Только после этого была разработана соответствующая теория (см. статью I в моей книге «Химическая физика и гидродинамика»). Не откладывая, я проверил на опыте зависимость от температуры показателя n в формуле q = cP n . В эксперименте не было ничего принципиально нового, изотерму Фрейндлиха, как показывает само название, открыл Фрейндлих, а не я. Однако собственный эксперимент необычайно активизировал желание понять явление и дать его теорию. Думаю, что это общее явление. Теоретикам, работающим в области макроскопической физики, настоятельно советую принимать участие в эксперименте!
Определенный цикл работ по адсорбции и катализу составил кандидатскую диссертацию. Благословенные времена, когда ВАК давал разрешение на защиту лицам, не имеющим высшего образования! Защита состоялась в сентябре 1936 г.
Еще раньше я пустился в самостоятельное плавание и решил заняться топливным элементом. Интерес к электрохимии подогревался уважением к академику А.Н.Фрумкину, благожелательно относившемуся к моим работам по адсорбции, в значительной мере параллельным его и М.И. Темкина. Размышления о путях преобразования энергии топлива в электричество естественно возникали под влиянием А.Ф. Иоффе. Однако практически в Ленинграде в ИХФ с вопросом о топливном элементе я оказался в одиночестве. Работа шла очень медленно.
В 1935 г. в институт приехал, лучше сказать ворвался, необычайно энергичный и пробивной одессит А. А. Рудой. Его вдохновила цепная теория химических реакций. Что мешает найти способ превращения энергии горения в энергию активных центров и использовать ее для эндотермической реакции окисления азота? Почему бы не получить несколько литров азотной кислоты из одного килограмма топлива и бесплатного воздуха? За туманной дымкой рисовались картины совсем идиллические: трактор, вспахивая поле, одновременно снабжает его азотными удобрениями, а классические установки для синтеза аммиака лежат в запустении. Семенов взял Рудого в институт, но одновременно создал и серьезную группу для исследования вопроса. В нее вошли покойные П.Я. Садовников, Д.А. Франк-Каменецкий, А.А. Ковальский. Вошел также и я. Оказалось, что образование окислов азота при горении водорода в воздухе наблюдал еще Кавендиш, раньше, чем был установлен состав воздуха.
Не буду здесь описывать результаты большой коллективной работы – они изложены в материалах, помещенных в упомянутой моей книге «Химическая физика и гидродинамика».
Я снова работал и как экспериментатор, и как теоретик. Работа заставила изучить и применить теорию размерности, подобия и автомодельности, расширила кругозор, ввела меня в проблемы турбулентности, конвекции и теплотехники. Книга А. А. Гухмана «Теория подобия» вдохновляла. Завязалась крепкая и плодотворная дружба с Давидом Альбертовичем Франк-Каменецким. Инженер по образованию, он прислал в ИХФ письмо, за которым Н.Н. Семенов разглядел талант. Он вызвал Давида Альбертовича из Сибири в Ленинград и вскоре привлек его к работе по окислению азота. От Франк-Каменецкого с его инженерным образованием я узнал о числе Рейнольдса, сверхзвуковом потоке, сопле Лаваля и многом другом.
Значительно позже, также в связи с окислением азота, я встретился с Рамзиным, получившим к тому времени Государственную премию, еще активным, но уже безнадежно больным. Работая дома по вечерам, он за две недели выполнил работу, которую иной научно-проектный институт растянул бы на годы. Но качественно ответ был выяснен раньше. В лучшем случае, с подогревом воздуха и топлива и даже с добавлением кислорода получаются сравнительно низкие концентрации окиси азота. Лимитирующим оказался процесс превращения NO в NO2 по классической тримолекулярной реакции 2NO+O2=2NO2. Только NO2 можно поглотить и использовать, но технологические объемы, необходимые для его образования, непомерно велики. Мечта не сбылась, и только в последние десятилетия теория окисления азота приобрела новое, экологическое значение. Теория окисления азота была темой моей докторской диссертации, защищенной в конце 1939 г. Мне приятно отметить, что в числе оппонентов был Александр Наумович Фрумкин. Естественным продолжением работы, в которой горение было источником высокой температуры, явилось исследование самого процесса горения.
Горение выступает во многих обличиях: горение взрывчатых смесей, горение неперемешанных газов, детонация и т. д. Все эти процессы изучались ранее, но без проникновения в химическую кинетику реакций. Предыдущее поколение исследователей шло от теплотехники и газодинамики. Блестящим исключением был француз Таффанель, опубликовавший в 1913-1914 гг. работы, предвосхитившие многое. В 1914 г. он умолк. Только в апреле 1985 г. я узнал, Таффанель дожил до 1946 г., успешно занимаясь инженерными вопросами.
Перед нами было широкое поле деятельности, и период 1938-1941гг. был плодотворным. Сказывался живой интерес Н.Н. Семенова. Как правило, через 10 минут после моего возвращения вечером домой Николай Николаевич звал к телефону, и ужин откладывался на час. Шло обсуждение отдельных частей известной обзорной статьи Семенова в «Успехах физических наук» (1940, т. 23, с. 251; т. 24, с. 433).
В институте была организована лаборатория горения, где мы планомерно исследовали кинетику реакций 2CO+O2 =2CO2 вплоть до самых высоких температур. Может быть, важнее было то, что в институте рядом уже давно существовала лаборатория двигателей внутреннего сгорания, где К. И. Щелкин исследовал детонацию. Наибольшее влияние на меня оказывало соседство с лабораторией взрывчатых веществ. Там были мои сверстники А. Ф. Беляев и А. А. Аппен. Организовал эту лабораторию и руководил ею Юлий Борисович Харитон. Это мой друг и учитель до настоящего времени. О современных работах с Юлием Борисовичем многое будет сказано еще дальше.
Как физик-теоретик я считаю себя учеником Льва Давидовича Ландау. Здесь нет необходимости объяснять роль Ландау в создании и развитии теоретической физики. Вместе с тем, не умаляя этой роли, хочу отметить, что с годами взрослея, – старея, увы! – я лучше стал понимать и больше стал ценить роль других школ и лиц. Это прежде всего Я. И. Френкель с его огромной интуицией, оптимизмом и широтой. Это В. А. Фок с глубокой и блестящей математической техникой. Это И. Е. Тамм и его ученики и идущая от Л. И. Мандельштама школа теории колебаний. Наконец, это многие, в том числе ныне здравствующие математики, успешно работающие в теоретической физике.
Очень прошу не читать вышестоящий абзац злонамеренным образом. Если я пишу, что Френкель имел интуицию, а Фок был хорошим математиком, то не делайте вывода, что у Ландау не было ни интуиции, ни знания математики – этого я не имел в виду! Талант Ландау был гармоничен, суд его строг, но почти всегда справедлив. Сказанное о школах теоретической физики можно применить и к физическим школам в целом.
В молодости мой кругозор ограничивался Химфизикой и Физтехом. Нет сомнения, Физтех дал блестящую плеяду физиков, вырастил Игоря Васильевича Курчатова и его соратников, выполнивших важнейшее государственное дело. Об этом прекрасно написано во многих статьях и книгах. Но в довоенные годы, да и в первые послевоенные годы мне казалось, например, что оптика – это наука, в которой исчерпаны принципиальные вопросы. Сегодня достаточно назвать черенковское излучение и лазеры, чтобы опровергнуть это неправильное поверхностное мое суждение. Линия, идущая от Лебедева через Рождественского и Вавилова, Мандельштама и Тамма, Черенкова, Франка, Гинзбурга, Прохорова и Басова, оказалась бесконечно более плодотворной, чем мне это казалось в 30-е годы.
Сейчас мне трудно установить, было ли это лично моим дальтонизмом или в какой-то мере недооценку другой школы (других школ) разделяли мои коллеги. Во всяком случае, из очень откровенных воспоминаний Гамова и некоторых реплик Скобельцына теперь я могу уверенно судить о взглядах представителей другого направления. Школа Лебедева очень определенно ощущала свое существование, отдельное от школы Иоффе. Но предоставим эту тему историкам науки. В настоящее время такого противопоставления, к счастью, нет, произошло достаточно тесное перемешивание тех школ, которые можно было различать в давние времена.
Возвращаясь к своей работе конца 30-х годов, вижу один существенный дефект: недостаточное внимание к пропаганде своих результатов за рубежом. Я хорошо знал иностранные работы, печатал некоторые работы в советских журналах на английском языке. Однако мне и в голову не приходило разослать свои оттиски иностранным ученым. Не было и речи о командировке за границу. Виновато было время, но виноваты в этом были, может быть, в какой- то мере и старшие товарищи, которые должны были больше заботиться о живых связях.
Пойдем дальше. Открытие деления урана и принципиальной возможности цепной реакции деления предопределило судьбу века – и мою. Соответствующие работы Ю. Б. Харитона и мои опубликованы в начале данной книги, и мне нечего (и незачем) добавить к комментариям по научному существу. Хочу только отметить ведущую роль моего учителя – Харитона – в понимании общечеловеческого значения задачи. Меня, пожалуй, больше интересовали специфические вопросы методов расчета и т. п. Не случайно именно Юлий Борисович стал в 1940 г. членом Урановой комиссии (см. «УФН» за март 1983 г.). Дальнейшее развитие работы хорошо известно по многим воспоминаниям участников.
Любопытную деталь отмечает Юлий Борисович: работу по теории деления урана мы считали внеплановой и занимались ею по вечерам, иногда очень допоздна... Впрочем, и администрация института, по-видимому, придерживалась той же точки зрения – способный, но более практичный сотрудник просил 500 рублей за обзор по теории разделения изотопов, но суммы этой не нашлось...
Говоря о дальнейшей работе, хочу подчеркнуть роль теории детонации и взрывов.
Известно удивление ученых США, когда пробы воздуха показали, что в августе 1949 г. их ядерная монополия кончилась. Август 1949 – испытание советского атомного оружия – был закономерным итогом огромного целеустремленного усилия всего народа, сыграл роль и научный потенциал страны, накопленный еще в предвоенные годы. Удивление в США было бы меньше, если бы они читали наши работы предвоенных лет, опубликованные на русском языке. Речь идет при этом не только о работах по цепному делению урана. Наука о взрыве и теория детонации также являются необходимой частью тех знаний, без которых нельзя решить проблему. Напомним, что Харитон сформулировал условие предела детонации еще в 1938 г. Законченная одномерная теория детонации была сформулирована мною в 1940 г. в США та же задача была решена Джоном фон Нейманом – крупнейшим математиком – только в 1943 г. Заметим, что задачей детонации фон Нейман занялся именно в связи с проблемой 1).
Вскоре после начала войны Институт был эвакуирован в Казань. Возникла задача детального анализа процессов, связанных с ракетным оружием – «катюшами». Теория горения пороха, достаточная для внутренней баллистики ствольной артиллерии, нуждалась в корректировке. Для камеры горения реактивного снаряда характерен деликатный баланс между приходом пороховых газов при горении и уходом их через сопло. Новые представления о горении пороха, явление раздувания, открытое в нашей лаборатории О.И. Лейпунским, роль прогретого слоя пороха – все это было непривычно для артиллеристов и получило различные оценки у пороховиков и специалистов по внутренней баллистике.
В Казани. 1942 г.
Хочу отметить интерес и поддержку в работе со стороны генерала профессора И.П. Граве, известного конструктора ракет Ю.А. Победоносцева (обоих их нет...) и ныне здравствующего Г.К. Клименко. Но такую поддержку мы встречали не всегда, были и острые споры, попытки административного воздействия, замены аргументов окриком.
В связи с работами по горению пороха наша группа перебазировалась в Москву. Мы оказались передовым отрядом, вслед за которым в Москву (а не обратно в Ленинград) направился весь Институт химической физики в конце войны. Работы по горению и детонации, как и работы по горению порохов, продолжаются в ИХФ и после перехода группы теоретиков (вместе со мной) на новую тематику. Хочу здесь выразить глубокую благодарность за это А.Г. Мержанову и его группе, Б.В. Новожилову, Г.Б. Манелису, А.И. Дремину и многим другим (Институт химической физики АН СССР). В ходе своих работ они не забывают мои работы – и не дают забыть другим. Без этой преемственности, несомненно, очень многое было бы заново открыто за рубежом. Нет задачи более неблагодарной, чем запоздалая борьба за приоритет...
Первая любовь не забывается – и вот в 1977 г. был организован научный совет по теоретическим основам процессов горения. До настоящего времени я продолжаю работать в области проблем горения, хотя и не в полную силу. В связи с проблемами горения, в тесном взаимодействии с Г.И. Баренблаттом в пятидесятых годах сформулировано понятие «промежуточная асимптотика», имеющее общее значение для математической физики. Также вместе с ним в теории возмущений автоволновых процессов (например, распространения пламени) найдено очень общее решение, соответствующее сдвигу и имеющее тождественно нулевой инкремент. Физики, занимающиеся теорией поля, увидят здесь аналогию с так называемой гольдстоуновской частицей.
Исследован переход (вместе с А.П. Алдушиным и С. И. Худяевым (ИХФ)) от теории Колмогорова, Петровского, Пискунова и англичанина Фишера к теории Франк-Каменецкого и моей. В самом общем случае кинетики реакции и произвольных начальных условий правильный подход к задаче о распространении снова оказался связанным с идеей промежуточной асимптотики.
Очень не простым оказался вопрос об открытой Л.Д. Ландау гидродинамической неустойчивости пламени: здесь после очень принципиальной работы А.Г. Истратова и В.Б. Либровича только в 80-е годы удалось продвинуться вместе с В.Б.Либровичем и Н.И. Кидиным.
Идеи, заимствованные из теории поля, позволяют по-новому подойти к нелинейной теории спинового горения. В последнее время, в рамках Совета большое внимание приходится уделять организационной работе, связанной с большой энергетикой сжигания угля.
Вернемся к атомной проблеме к сороковым и пятидесятым годам. Огромный коллектив возглавил Игорь Васильевич Курчатов. Важнейшим участком работы руководил Юлий Борисович Харитон. Вскоре эта проблема целиком захватила и меня.
В очень трудные годы страна ничего не жалела для создания наилучших условий работы.
Для меня это были счастливые годы. Большая новая техника создавалась в лучших традициях большой науки. Внимание к новым предложениям и к критике совершенно независимо от чинов и званий авторов, отсутствие утаивания и подозрительности – таков был стиль нашей работы.
Страна переживала трудные послевоенные годы. Однако огромный авторитет Курчатова создавал здоровую атмосферу. Более того, наша работа оказывала благотворное влияние на советскую физику в целом. Однажды, когда я находился в кабинете Курчатова, раздался звонок из Москвы: «Так что же, печатать в «Правде» статью философа, опровергающую теорию относительности?» Игорь Васильевич, ни на минуту не задумываясь, ответил: «Тогда можете закрывать все наше дело». Статья не была напечатана.
К середине 50-х годов некоторые первоочередные задачи были уже решены. Появились и новые веяния, вехами разрядки стали Женевская конференция по мирному использованию атомной энергии и знаменитый доклад Курчатова в Харуэлле (Англия) о термоядерных реакциях. Часть работ, связанных с прикладной тематикой, представляла общенаучный интерес и была опубликована.
Сюда относятся работы по сильным ударным волнам, их структуре и их оптическим свойствам.
Интерес к явлениям, происходящим при высокой температуре, привел также к принципиальной постановке вопроса об установлении термодинамического равновесия между фотонами и электронами. Специфика заключалась в том, что при достаточно высокой температуре рассеяние становится превалирующим над излучением и поглощением. Блестящую работу на эту тему выполнил А.С. Компанеец. Она была опубликована в 1965 г. и оказалась необычайно важной для космологии и астрофизики, для плазмы горячей Вселенной и для излучения вещества, падающего в поле тяготения черной дыры.
Работа в области теории взрыва психологически подготавливала к исследованию взрывов звезд и самого большого взрыва – Вселенной как целого.
Одновременно производственная работа стимулировала интерес к ядерной физике и физике нейтронов. В 50-е годы отсюда было рукой подать до физики элементарных частиц. Огромное стимулирующее впечатление на меня оказала тонкая книга Энрико Ферми «Теория элементарных частиц». В английском издании, которым я пользовался, но не в русском переводе, на суперобложке издатель (не Ферми) дал следующее предуведомление:
«Книга издается на средства некоей богатой дамы, завещанные для доказательства бытия Божия. Раскрытие законов природы и их гармонии доказывает существование Бога лучше, чем теологические трактаты».
Если под бытием Божиим подразумевать объективность законов природы, существующих независимо от наших познаний и желаний, то под этим тезисом может подписаться любой философ-марксист.
В порядке самообразования я проработал самое лучшее изложение общей теории относительности – вторую часть «Теории поля», 2-го тома курса теоретической физики Ландау и Лифшица.
Хочу еще раз подчеркнуть огромную роль, которую сыграло для меня общение с Львом Давидовичем Ландау. В Казани, а потом в Москве мы жили рядом, тесно соприкасаясь по работе. Возможность прийти к нему, посоветоваться, принести на его суд свои предположения, замыслы, работы – все это ощущалось как огромное благо. О трагедии января 1962 г., когда Ландау перестал быть физиком-теоретиком (хотя он и оставался в живых), я узнал находясь далеко от Москвы. Незабываемы тревожные дни, недели, месяцы борьбы за спасение его жизни, сплоченность физиков, перешагнувшая государственные границы. Школа, созданная Ландау, сохранилась! Она живет в лице тех, кто продолжает монументальный «курс теоретической физики» – Е.М. Лифшица, Л.П. Питаевского. Она живет в Институте теоретической физики им. Л.Д. Ландау АН СССР. Его организация, подбор людей, поддержание высочайшего профессионального уровня теоретиков – это огромная заслуга И.М. Халатникова и его сотрудников. К школе Ландау в узком смысле можно отнести и теоретический отдел Института теоретической и экспериментальной физики АН СССР – детище И.Я. Померанчука, возглавляемое в настоящее время Л. Б. Окунем. В широком же смысле идеи и методы Ландау вместе с идеями и методами других выдающихся советских теоретиков (кратко я перечислил их выше) органически вошли во всю советскую теоретическую физику.
Возвращаясь к мемуарному жанру, хочу сказать, что работа с Курчатовым и Харитоном дала мне очень много. Главным было и остается внутреннее ощущение того, что выполнен долг перед страной и народом. Это дало мне определенное моральное право заниматься в последующий период такими вопросами, как частицы и астрономия, без оглядки на практическую ценность их. Выше я писал о том, как вызревал научный интерес к этим вопросам. Надо вместе с тем самокритично сказать о моих слабостях и трудностях, с которыми я столкнулся при новом повороте своей научной деятельности. Напомню, что в 1964 г. я официально перешел в Институт прикладной математики АН СССР (ИПМ), организованный М.В. Келдышем еще в 1953 г. После его смерти руководит этим институтом А.Н. Тихонов. В этом институте я проработал 19 лет (до перехода в Институт физических проблем в начале 1983 г.).
До перехода в ИПМ работы мои по частицам и астрономии были внеслужебными, в какой-то мере необязательными – и сейчас я вижу, что это отразилось на их качестве. До недавнего времени я гордился тем, что получал максимум физических результатов при определенном, довольно элементарном запасе математических знаний, но сейчас, и особенно в связи с теорией элементарных частиц, передо мной встает обратная сторона этого утверждения. А почему, собственно, надо ограничиваться определенным, скромным объемом математических знаний? Однако об этом я думаю сейчас применительно к физику-теоретику профессионалу.
С Ю.Б.Харитоном на общем 150-летнем юбилее
(80 лет Ю.Б. Харитону и 70 лет Я.Б.Зельдовичу)
Есть совершенно другой вопрос о том, как начиналось обучение математике в средней школе. Когда подрастали мои дети, я просмотрел школьные учебники и решил написать новый. Так возникла книга «Высшая математика для начинающих физиков и техников».
Привожу часть моего письма, опубликованного в американском журнале «Физика сегодня» (сент., с. 95), в связи с дискуссией в этом журнале о причинах снижения уровня преподавания физики в США.
«В связи с обсуждением того, как учить молодое поколение физике, я хотел бы упомянуть одну общую трудность.
Законы физики сформулированы в виде дифференциальных уравнений: таковы, например, законы Ньютона движения материальной точки, твердого тела или же гироскопа. Законы Максвелла для электромагнитного поля – это уравнения в частных производных, так же записываются и законы газодинамики. Школьники способны понять весь этот материал.
Однако точнее будет утверждать, что они не способны глубоко понимать и любить физику, если нужный для этого запас математических терминов отсутствует. Вот мое главное замечание: в большинстве случаев обучение математическому анализу начинается с опозданием и включает затруднительные элементы теории множеств и пределов.
Так называемые «строгие» доказательства и теоремы существования гораздо сложнее, нежели интуитивный подход к производным и интегралам. В результате нужные для понимания физики математические идеи достигают школьников слишком поздно. Так же можно подавать соль и перец не на обед, а чуть позже – к пятичасовому чаю. Но вернемся к той математике, которая используется, работает в современной теоретической физике.
Теория частиц в огромной степени развивается под влиянием опережающих математических идей и по направлениям, которые указывает математическое изящество. Не буду вспоминать хрестоматийный пример дираковской теории релятивистского электрона, приводящий к понятию античастиц. Обратимся к изотопической инвариантности. Экспериментально наблюдалась дискретная симметрия: замена протона на нейтрон (или обратная замена) в одинаковом квантовом состоянии не меняет энергии ядра. Однако Гейзенберг счел необходимым ввести непрерывную группу вращения в изотопическом пространстве, плавно переводящую нейтрон в протон при повороте на 180◦ через мистические промежуточные состояния! Не самая простая, а более сложная и более изящная формулировка оказалась более плодотворной. Глубина формулировки Гейзенберга проявилась при переходе от ядер к мезонам. Особенно ярко заиграли понятия, построенные по аналогии с изотопическим вращением в связи с теорией цвета кварков, градиентной инвариантностью, теорией Янга–Миллса.
Не буду подробно описывать свои работы по частицам – они приведены в этой книге и весьма квалифицированно прокомментированы. Из комментариев, отмывая их от юбилейной вежливости, видно, сколько ошибок я делал. Ошибок еще больше в работах опубликованных, но не помещенных в данном собрании трудов.
Выше в предлагаемой книге помещены мои работы в области астрофизики и комментарии к ним. Оспаривать эти комментарии нецелесообразно. Сегодня наиболее значимой отдельной работой мне представляется нелинейная теория образования структуры Вселенной, или, как сейчас кратко ее называют, теория «блинов». Структура Вселенной, ее эволюция н свойства того вещества, которое образует скрытую массу, до сих пор не установлены окончательно. Большую роль в этой работе сыграли А.Г. Дорошкевич, Р.А. Сюняев, С.Ф. Шандарин и Я.Э. Эйнасто. Работа продолжается. Однако теория «блинов» красива сама по себе; если выполнены исходные предположения, то теория дает правильный и нетривиальный ответ. Теория «блинов» является вкладом в синергетику. Мне особенно приятно было узнать, что эта работа в какой-то мере инициировала математические исследования В. И. Арнольда и других. Большой объем работ по спектру реликтового излучения при наличии возмущений «повис в воздухе» – Вселенная оказалось очень гладкой, возмущения слишком малы.
Выжила и представляет большой интерес предложенная мной вместе с Р.А. Сюняевым диагностика горячей плазмы по рассеянию реликтового излучения с искажением спектра. В значительной мере моя работа (вместе с ближайшими моими сотрудниками, прежде всего Р.А. Сюняевым, А.Г. Дорошкевичем, С.Ф. Шандариным и – до 1978 г. – И.Д. Новиковым) в области астрофизики оказалась пропагандистской, популяризаторской и педагогической. Все это нужно и полезно, однако расценивается по другим категориям по сравнению с получением оригинальных результатов.
В начале астрофизической деятельности мне мешали навыки, приобретенные в ходе практической деятельности. Астрофизик должен ставить вопросы: как устроена природа, какие наблюдения дадут возможность выяснить это?
Между тем, я ставил задачу скорее так: как лучше устроить Вселенную, или как устроить пульсар, чтобы удовлетворить данным техническим условиям – простите, я хотел сказать: первым наблюдениям. Так появилась идея холодной Вселенной, так появилась идея пульсара – белого карлика в состоянии сильных радиальных колебаний. В оправдание свое могу только сказать, что я не упорствовал в своих заблуждениях. По-видимому, все же, в целом, деятельность моя – научная и пропагандистская – была полезна. Астрономы приняли меня в свои ряды. С астрономическими работами связано избрание меня в Национальную академию США и в Королевское общество, золотые медали Общества астрономов Тихоокеанского побережья и Королевского астрономического общества. Большой честью для меня было поручение прочесть доклад о современной космологии на ХIII Генеральной ассамблее Международного Астрономического Союза. Греция, колоннада древнего театра, надо мной черное звездное небо, слушатели на мраморных скамьях, мое волнение перед докладом и во время доклада и счастливое завершение. Жизнь продолжается, и космология углубляется в область, где физика далеко оторвалась от экспериментальной проверки. Новое поколение теоретиков говорит не о первых трех минутах или секундах, не о ядерных реакциях и плазме. Обсуждаются процессы на «планковской» длине 10-33 см, за «планковское» время 10-43 с «планковской» энергией 1019 ГэВ. Лидируют С. Хокинг, А.Д. Линде, А.А. Старобинский, А. Гус и другие. В теории поля рассматриваются 5-, 11-, 26-мерные пространства. В лабораторных условиях они обязательно будут имитировать наше привычное (3+1) пространство-время, лишние измерения спрячутся, свернутся, оставляя следы лишь в систематике частиц и полей. Приходят 20-летние ребята, сразу, без груза предыдущих работ и традиций, берущиеся за новую тематику. Не выгляжу ли я среди них мастодонтом или археоптериксом?
Меня утешает перестройка психики с возрастом. В настоящее время (за несколько дней до 70-летия) меня уже меньше интересуют соревновательные мотивы, скажу ли именно я то «ээ», из-за которого спорили Бобчинский и Добчинский. Конечный результат, физическая истина меня интересует почти независимо от того, кто ее найдет первым. Хватило бы мне сил понять ее!
Человечество находится на пороге замечательных открытий. Все ярче выступает идея всеобъемлющей физической теории, все большую роль играет геометрия. Может быть, в высшем смысле, не буквально, окажется прав Эйнштейн, а его теория, сводящая силы тяготения к геометрии, окажется моделью всеобъемлющей теории.
Возможно, что именно космология окажется пробным камнем для проверки новых теорий. Тогда я вспоминаю работы С. С. Герштейна, В. Ф. Шварцмана, С. Б. Пикельнера, Л. Б. Окуня, И. Ю. Кобзарева, М. Ю. Хлопова и мои как первые робкие применения космологических аргументов для решения недоступных сегодняшнему эксперименту вопросов теории частиц. Вместе с Л. П. Грищуком и А. А. Старобинским мы пытаемся продвинуться в анализе рождения Вселенной. В середине 80-х годов в тугой узел сплетаются самые трудные и самые принципиальные вопросы естествознания. Нет у меня желания более сильного, чем желание дождаться ответа и понять его.
Москва, 3 марта 1984 г.
* Впервые опубликовано в книге: Избранные труды. Частицы, ядра, Вселенная. М.: Наука, 1985. С.435–446.
СПИСОК МОНОГРАФИЙ И УЧЕБНИКОВ Я.Б. ЗЕЛЬДОВИЧА[1]
1. Теория горения и детонации. М.: Изд-во АН СССР, 1944. 71 с.
2. Теория ударных волн и введение в газодинамику. М.–Л.: Изд-во AН СССР, 1946.
3. Окисление азота при горении. М.–Л.: Изд-во АН СССР, 1947. 145 с. (Совм. с П. Я. Садовниковым и Д. А. Франк-Каменецким.)
4. Расчеты тепловых процессов при высокой температуре. М.–Л., 1947. 68 с. (Совм. с А. И. Полярным.)
5. Тепловой взрыв и распространение пламени в газах. М.: Моск. мех. ин-т, 1987. 294 с. (Совм. с В. В. Воеводским.)
6. Турбулентное и гетерогенное горение. М.: Моск. мех. ин-т, 1947. 251 с. Совм. с Д. А. Франк-Каменецким.)
7. Теория детонации. 2-ое изд., испр. и доп. М.: Гостехиздат, 1955. 268 с. (Совм. с А. С. Компанейцем.)
8. The theory of detonation. N.-Y.: Acad. press, 1960. 330 р. (In coll. with A. S. Kompaneetz.)
9. Импульс реактивной силы пороховых ракет. 2-е изд., испр. и доп. М.: Оборонгиз, 1963. 186 с. (Совм. с М. А. Ривиным и Д. А. Франк-Каменецким.)
10. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. 2-е изд., испр. и доп. М.: Наука, 1966. 686 с. (Совм. с Ю. П. Райзером.)
11. Physics of shock waves and high-temperature hydrodynamics phenomena. N.-Y.: Acad. press, 1966, V. 1. 464 p.; V. 2. 451 p. (In coll. with Yu. P. Raiser.)
12. The reactive power impulse of powder rocket. Springfield (Va): CFSTI, 1966. 194 p. (In coll. with M. A. Rivin and D. A. Frank-Kamenetsky.)
13. Elements of gasdynamics and the classical theory of shock waves. N.-Y., L: Acad. press, 1968. 111 p. (In coll. with Yu. P. Raiser.)
14. Теория нестационарного горения пороха. М.: Наука, 1975. 132 с. (Совм. с О. И. Лейпунским и В. Б. Либровичем.)
15. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука, 1980. 487 с. (Совм. с Г. И. Баренблаттом, В. Б. Либровичем и Г. М. Махвиладзе.)
16. The mathematical theory of combustion and explosions. N.-Y.: Plenum, 1985. 597 p. (with G. I. Barenblatt, V. B. Librovich and G. M. Makhviladze.)
17. Высшая математика для начинающих и ее приложения к физике. М.: Наука, 1960, 576 с. 1)
18. Высшая математика для начинающих физиков и техников. М.: Наука, 1982. 512 с. (Совм. с И. М. Ягломом.)
19. Элементы прикладной математики. М.: Наука, 1967. (Совм. с А. Д. Мышкисом.) 2)
20. Элементы математической физики. М.: Наука, 1973. 352с. (Совм. с А.Д. Мышкисом.)
21. Рассеяние, реакции и распады в нерелятивистскойквантовоймеханике. 2-е изд., испр. и доп. М.: Наука, 1971. 544 с. (Совм. с А. И. Базем и А. М. Переломовым.)
22. Легкие и промежуточные ядра вблизи границ нуклоннойстабильности. М.: Наука, 1972. 172 с. (Совм. с А. И. Базем, В. И. Гольданским и В. З. Гольдбергом.)
23. Релятивистская астрофизика. М.: Наука, 1967. 656 с. (Совм. с И.Д. Новиковым.) 3)
24. Теория тяготения и эволюция звезд. М.: Наука, 1971, 484 с. (Совм. с И. Д. Новиковым.)
25. Строение и эволюция Вселенной. М.: Наука, 1975. 735 с. (Совм. с И. Д. Новиковым.)
26. Турбулентное динамо в астрофизике. М.: Наука, 1980. 352 с. (Совм. с С. И. Вайнштейном и А. А. Рузмайкиным.)
27. Magnetic fields in astrophysics. N.-Y., L.: Gordon and Breach Sci. Publ. Inc., 1983. 358 p. (With A.A. Ruzmaikin and D. D. Sokolov.)
28. Физические основы строения и эволюции звезд. М.: Изд-во МГУ, 1981. 160 с. (Совм. с С. И. Блинниковым и Н. И. Шакурой.)
29. Драма идей в познании природы. М.: Наука, 1988. 239 с. (Совм. с М.Ю.Хлоповым.)
30. Моя Вселенная. Таллин: Валгус, 1990. 181 с. (на эстонском языке).
31. Избранные труды. Химическая физика и гидродинамика. М.: Наука, 1984. 374 с.
32. Избранные труды. Частицы, ядра, Вселенная. М.: Наука, 1985. 463 с.
1) Книга издавалась пять раз в СССР и в России, была издана в Венгрии, Болгарии, Польше, Японии.
2) Книга издавалась три раза в СССР и в России. Издательство «Мир» выпустило книгу на английском, французском и арабском языках. Она была издана в Венгрии и Болгарии.
3) Имеются американские и английские издания соответствующих книг.
[1] Полный список публикаций Я.Б. Зельдовича (490 работ) опубликован в сборниках «Избранные труды».
Напечатано в журнале «Семь искусств» #6(53)июнь2014
7iskusstv.com/nomer.php?srce=53
Адрес оригинальной публикации — 7iskusstv.com/2014/Nomer6/Zeldovich1.php
