Русское поле экспериментов

Как начиналась русская физическая школа и чем занимались ее основатели

Сто лет назад физика переживала революцию: наука, в которой все основные открытия, казалось, уже были сделаны к концу XIX века, благодаря работам Максвелла, Планка и Эйнштейна выяснила, что на самом деле лишь подступила к порогу совершенно новых представлений об устройстве мира. Основными героями этих событий были ученые, работавшие в Центральной и Западной Европе. Но на другом краю Старого света, в России, в это время начала формироваться российская школа физики, первые воспитанники которой впишут свои имена в историю физики XX века. Рассказываем о том, какую роль в судьбе «отцов русской физики» сыграло противостояние студенческих движений и императорского правительства, и как российские академики разбирались со своими чувствами к большевикам после октябрьской революции 1917 года.

Ученик Рентгена

В декабре 1902 года в Мюнхенский университет к Вильгельму Рентгену, который открыл «икс-лучи» (которые мы сейчас обычно называем рентгеновским излучением) и только что стал первым лауреатом Нобелевской премии по физике, приехал из Петербурга 22-летний Абрам Иоффе. Выпускник Технологического института страстно хотел стать ученым и заниматься физикой, а возможностей для этого в Российской империи практически не было.

Во-первых, Иоффе был евреем. Он родился в небольшом городке Ромны Полтавской губернии в черте оседлости, где из средних учебных заведений было только реальное училище. Чтобы учиться в университете, требовалось окончить гимназию, знать латынь и греческий — которые в программу реального училища не входили. Так что Иоффе решил поступать в Технологический институт, что для него тоже было крайне непросто. В столице действовало ограничение на долю евреев среди учащихся высших учебных заведений — не более трех процентов. Да и антисемитов в университетской среде хватало. Профессор, три часа принимавший у Иоффе геометрию, в конце заявил: «Вы действительно ответили на все мои вопросы. Но скажите сами, есть ли на свете такой юноша, который знал бы досконально всю геометрию и мог бы ответить на абсолютно все мои вопросы? Разумеется, нет. Следовательно, и Вы, сударь, чего-то не знаете». И снизил оценку. Но набранных баллов Иоффе для поступления все равно хватило.

Во-вторых, преподаватели университетов не были ориентированы на занятия наукой. Обычно вся их научная деятельность ограничивалась написанием двух диссертаций, магистерской и докторской, для получения профессорского звания.

Пожалуй, единственным российским ученым, который занимался в то время фундаментальной физикой на мировом уровне, был профессор Московского университета Петр Лебедев, имя которого сегодня носит Физический институт РАН. В 1899 году он в серии изощренных экспериментов продемонстрировал давление света и измерил его величину. Этот эффект предсказал еще в 1873 году Максвелл, однако он настолько слабый (например, давление солнечного света на поверхность Земли в 10 миллиардов раз меньше атмосферного), что потребовалось больше 25 лет и филигранная экспериментальная техника для его обнаружения.

В целом же уровень физики в Российской империи был довольно низким — особенно по сравнению с Германией, Великобританией или Францией (о состоянии физики в Западной Европе в конце XIX века мы рассказывали в материале «Старых лампочек тусклый накал»). Отчасти это было связано со слабостью системы образования. Согласно переписи населения 1897 года, лишь 27 процентов населения России старше девяти лет умели читать, только 30 процентов детей учились в школе. В Германии к этому времени грамотность была уже поголовной — обязательное начальное образование было введено еще в начале XIX века. А что касается высшего образования, то на 1890 год в российских университетах было в четыре раза меньше студентов, чем в Англии, и в шесть раз меньше, чем в Германии. Одной из причин тому было недоверие правительства к либеральной университетской профессуре и страх перед студенческими волнениями. Однако экономика страны остро нуждалась в учителях, врачах и инженерах — и в конце XIX века численность студенчества начало быстро расти. За тридцать лет, к началу Первой мировой, Россия по количеству студентов практически сравнялась с западноевропейскими странами.

Чиновники имели все основания беспокоиться из-за мятежного духа российского студенчества. Того же Иоффе трижды исключали из института и отправляли под гласный надзор полиции (что-то вроде нынешней подписки о невыезде) на родину, в Ромны, — он должен был раз в неделю отмечаться в полицейском участке.

Самый масштабный студенческий протест в России начался в феврале 1899 года, на следующий день после того, как Санкт-Петербургский университет отпраздновал свое 80-летие.

В преддверии торжественного собрания ректорат вывесил объявление с подробным описанием наказаний, которые ждут тех, кто будет нарушать общественное спокойствие. Это разозлило студентов, они освистали выступление ректора, а после двинулись на Невский проспект, где каждый год традиционно собирались неформальные шествия в честь годовщины основания университета. Полиция перекрыла Дворцовый мост, чтобы не дать толпе молодых людей выйти на проспект, начались столкновения, в ход пошли нагайки — от которых пострадали не только студенты, но и случайные прохожие.

На следующий день возмущенные произошедшим студенты собрались в университете на сходку и постановили его «закрыть», пока власти не гарантируют им личную неприкосновенность. Занятия фактически прекратились, началась стачка, и через несколько дней правительство вместо каких-либо уступок отправили в университет полицейских, которые занялись арестами — иногородних бунтарей выслали на родину, остальных отдали на поруки. В знак солидарности с петербургским студенчеством около 25000 молодых людей из других высших учебных заведений от Москвы до Варшавы также объявили забастовку, требуя личной неприкосновенности и академических свобод.

Студенческие выступления в Московском университете начались на следующий день после сходки петербуржцев и также окончились массовыми арестами и даже самоубийством одного из бунтовщиков в Бутырской тюрьме.

Волнения улеглись лишь к осени. Большинство студентов, включая Иоффе, были впоследствии восстановлены, однако организаторам протеста путь в университет был закрыт. Многие из них затем примкнули к революционному движению и активно участвовали в событиях 1905 и 1917 годов.

Иоффе планировал провести в Мюнхене полгода — но вскоре стало ясно, что он здесь задержится. Его целеустремленность и талант произвели впечатление на Рентгена и тот предложил молодому человеку остаться и закончить работу над докторской диссертацией. Иоффе на это предложение согласился, и через два с небольшим года, в 1905-м, с блеском защитился — став первым за 20 лет человеком, который получил в Мюнхенском университете степень summa cum laude, то есть с наивысшим отличием. Декан факультета по этому поводу произнес торжественную речь на латыни — которой Иоффе не знал. Аудитория ожидала от новоиспеченного доктора наук бурного проявления чувств и благодарности, но он ничего не понял и просто пожал декану руку. Рентген был очень впечатлен тем, что его ученик, собираясь на защиту, не потрудился даже выяснить протокол присуждения степени. Тем не менее, через год он предложил Иоффе остаться в Мюнхене навсегда в должности профессора.

К удивлению Рентгена, ученик от профессорской позиции отказался. К этому его подтолкнула ситуация в России, где началась революция. Иоффе чувствовал потребность в этот исторический момент вернуться на родину и принести ей пользу. 7 августа 1906 года Иоффе вернулся в Петербург. Рентген, несколько уязвленный отказом, все же согласился продолжить сотрудничество со своим талантливым учеником, и до начала Первой мировой войны Иоффе регулярно ездил к нему в Мюнхен.

Иоффе начал преподавать в Политехническом институте, а позже в Санкт-Петербургском университете. Когда он принял руководство научными работами в университетской лаборатории, его напутствовали так: «Конечно, Дж. Дж. Томсон или Резерфорд создают новые пути в науке, но не может же обыкновенный наш физик придумывать какие-то новые проблемы, а поэтому задача Физического института — повышать знания и экспериментальное искусство сотрудников». Иоффе этим словам, однако, не внял. Он воспитал в Петербурге плеяду ученых, имена которых сегодня знает каждый физик в мире: нобелевских лауреатов Петра Капицу и Николая Семенова, главу советского атомного проекта Игоря Курчатова, Якова Зельдовича и многих других, то есть создал (практически с нуля) российскую научную школу экспериментальной физики.


Московская наука уходит из МГУ

1905 год в Петербурге начался со всеобщей рабочей забастовки. 9 января до 150 тысяч людей отправились к Зимнему дворцу, чтобы искать у царя «правды и защиты» и передать ему Петицию о рабочих нуждах, в которой просили у Николая II гражданских и трудовых прав, общего обязательного образования за государственный счет, а также ограничения власти чиновников и народного представительства при управлении страной.

Ходоков на подступах к Зимнему дворцу встретили военные кордоны. Для разгона безоружных демонстрантов военные применили боевое оружие, убив больше ста человек.

Этот день вошел в историю как Кровавое воскресенье и положил начало Первой русской революции. По стране прокатилась волна забастовок, начались восстания в армии и на флоте. В итоге правительство пошло на уступки, и 17 октября император опубликовал Манифест, который учредил Государственную Думу, даровал подданным свободы совести, слова, собраний и союзов, а также гарантировал неприкосновенность личности.

Одним из завоеваний той революции стало также принятие Временных правил 1905 года — дополнений в Университетский устав, которые гарантировали самоуправление университетов. Через пять лет, в 1910 году, поднялась волна студенческих манифестаций, вызванная смертью Льва Толстого. В ответ на это министр народного просвещения Лев Кассо выпустил циркуляр, запрещавший собрания на территории университетов. Для контроля над исполнением циркуляра в университеты была введена полиция. Это противоречило Временным правилам, и ректор Московского университета Александр Мануйлов и двое его помощников подали в отставку. Кассо не только удовлетворил эти заявления, но и уволил всех троих с профессорских должностей и запретил им преподавать в учреждениях Министерства просвещения. После такого из университета уволилось еще больше ста человек.

Среди них был и Петр Лебедев. «Мы стояли перед альтернативой: или трусливо отмежеваться от ректора и его помощников, нами избранных и действовавших по нашему полномочию, или выразить свой протест выходом в отставку, — вспоминал он. — Я был вынужден оставить свою профессуру в Москве, закрыть свою лабораторию, где полным ходом шли самостоятельные исследования, и остался теперь вместе с моей семьей без положения и без надежды довести задуманные работы до конца».

Лебедев тяжело переживал уход из лаборатории, на создание которой потратил столько сил, а также очень беспокоился об учениках, которые покинули университет вместе с ним. В этот момент русскую физику поддержали русские предприниматели.

В 1905 году вологодский купец первой гильдии Христофор Семенович Леденцов завещал свое состояние — более миллиона рублей — на создание Общества содействия успехам опытных наук и их практических применений. В 1911 году Общество профинансировало организацию физической лаборатории для Лебедева при Московском городском открытом университете — негосударственном учебном заведении, созданном на деньги еще одного мецената, Альфонса Шанявского, «где могли бы свободно, без требования аттестатов зрелости и пр. учиться и мужчины и женщины, и русские и нерусские, одним словом, все, кто учиться желает» (в здании этого университета на Миусской площади сейчас расположен Российский государственный гуманитарный университет). А также согласилось вложиться в создание будущего Физического института на базе этой лаборатории.

В 1912 году Вильгельм Вин, только что получивший Нобелевскую премию по физике, номинировал на следующую премию трех человек: Петра Лебедева, Альберта Эйнштейна и голландского теоретика Хендрика Лоренца. Однако Эйнштейн своей премии дождался только в 1921-м, а Лоренц, ставший лауреатом впервые в 1902 году, вторую так и не получил. Лебедеву получить премию, как и возглавить институт, было не суждено – больное сердце не выдержало потрясений, и он умер 1 марта 1912 года в возрасте 46 лет.

Российские физики впервые были отмечены Нобелевской премией только через 46 лет, в 1958 году. Ее лауреатами стали ученики ученика Лебедева, — Сергея Вавилова — Павел Черенков и Илья Франк, а также еще один выпускник Московского университета Игорь Тамм. Но до этого еще было очень далеко, а пока в России готовились произойти события, максимально далекие от того, чтобы способствовать развитию науки.


Излучение Вавилова–Черенкова

В 1934 году аспирант Физического института Академии наук (ФИАН) Павел Черенков и его научный руководитель Сергей Вавилов исследовали пролет быстрых электронов через дистиллированную воду и обнаружили слабое голубое свечение, расходящееся конусом от направления движения частиц. Через три года их коллеги из теоретического отдела ФИАНа Игорь Тамм и Илья Франк предложили объяснение этого явления: аналогично тому, как самолет или пуля создают ударную волну, если их скорость выше скорости звука в воздухе, в жидкости возникает световая волна, если электроны движутся в ней быстрее скорости света (скорость света в жидкости меньше предельной скорости вообще — скорости света в вакууме, поэтому электрон в жидкости может обгонять свет).

Излучение Вавилова–Черенкова оказалось чрезвычайно полезным. Ориентируясь на его вспышки, можно детектировать быстрые заряженные частицы. Достаточно поместить резервуар с водой чувствительные детекторы света, и по их срабатыванию можно не только обнаружить внутри быструю частицу, но и определить ее скорость — как показали Тамм и Франк, от нее зависит угол раствора конуса излучения. Этим пользуются сегодня нейтринные обсерватории: японская Super Kamiokande, антарктическая IceCube, российский «Байкал-ГВД» (о наблюдениях за нейтрино мы рассказывали в текстах «Н — значит нейтрино», «Ледяные нейтрино» и «Кто стрелял?»).

Интересно, что Мария Кюри (мы рассказывали о ней в материале «Не жизни разве ради») наблюдала в своих экспериментах слабое голубое свечение задолго до Вавилова и Черенкова, но не стала его исследовать. А английский математик Оливер Хэвисайд еще в конце XIX века рассматривал вопрос об излучении заряда, который движется быстрее света, однако после появления теории относительности об этой работе прочно забыли. И только Вавилов, Черенков, Франк и Тамм смогли сложить это вместе и сделать открытие, принесшее огромную пользу для дальнейшего развития физики.

Примечательно также то, что Тамм не очень высоко ценил эту работу и считал, что если и заслуживал Нобелевской премии, то за другие исследования (мы расскажем о них позже).

Марксист, меньшевик, нобелевский лауреат

Игорь Тамм родился в 1895 году в семье инженера Евгения Тамма, сына иммигранта из Германии. Игорь всерьез заинтересовался наукой еще в гимназии, однако все, что происходило в России между революцией 1905 года и Первой мировой войной, не давало науке поглотить его целиком. «Чем может быть „новое поглощающее“? Наука меня не удовлетворит, личное благо (в грубом смысле — деньги, кутежи) только самообман для меня, мещанином я не буду. Остается только революция. Но сможет ли это оказаться поглощающим? Вопрос...» — писал в дневнике 17-летний Тамм.

Родители были крайне обеспокоены революционным духом своего сына и, чтобы уберечь его от неприятностей с полицией, уговорили Игоря после окончания гимназии уехать учиться в университет Эдинбурга. В Эдинбурге Тамм работал в физической лаборатории, слушал лекции знаменитого математика Эдмунда Тейлора Уиттекера, а также вступил в марксистский кружок и ходил на социалистические митинги. Тем не менее, в письме будущей жене Наталье Шуйской он писал: «А относительно того, чтобы здесь совсем остаться, у меня и мысли не бывает. Хорошо это здесь годик провести, а за большее покорно благодарим. Ни университет, ни студенты, ни жизнь здешняя мне не по нутру. В России, серьезно, все лучше».

В 1914 году Тамм вернулся на родину и пошел в Московский университет. Через несколько месяцев сербский националист Гаврило Принцип застрелил в Сараево австрийского эрцгерцога Фердинанда, Австро-Венгрия предъявила Сербии ультиматум, и, не удовлетворившись ответом, двинула свои полки на Белград. Сербию поддержала Россия, Россию — ее союзники Франция и Великобритания, а Австро-Венгрию, в свою очередь, — Германия.

Начало Первой мировой войны в России сопровождалось мощным патриотическим подъемом. В городах собирались многотысячные демонстрации в поддержку славянского братства, русской армии и царя. Сам император Николай II, выступая 26 июля перед депутатами Государственной думы, также отмечал народное единение, вызванное войной: «Тот огромный подъем патриотических чувств, любви к Родине и преданности к Престолу, который как ураган пронесся по всей земле Нашей, служит в Моих глазах и, думаю, в ваших ручательством в том, что Наша великая Матушка-Россия доведет ниспосланную Господом Богом войну до желанного конца». Слишком по-немецки звучащее название столицы, Санкт-Петербург, меняют на Петроград.

Патриотический подъем захватил и обычно оппозиционно настроенных студентов. В октябре 1914 года журнал «Искры» (не путать с ленинской «Искрой») сообщал: «Осведомившись об утверждении положения Совета Министров о привлечении в войска молодых людей, пользующихся отсрочками для окончания курса высших учебных заведений, московские студенты всех заведений 10-го окт. устроили многолюдную патриотическую манифестацию и просили градоначальника повергнуть к стопам Его Величества чувства бесконечной любви и беспредельной преданности и горячую благодарность за дарованную студенчеству высокую милость — немедля стать в ряды армии». Среди тех, кто прервал учебу для того, чтобы отправиться на войну, были и ученики Иоффе.
Петр Капица на год оставил физику — служил водителем санитарного автомобиля.

Уже к концу 1914 года стало ясно, что к войне Россия готова плохо. Прежде всего ей не хватало боеприпасов — из-за этого даже успешные поначалу наступательные операции заканчивались крахом. После серии поражений Николай II принял командование армией на себя, а вместе с ним и ответственность за ее неудачи. Патриотический раж и безусловная поддержка императора стали сменяться разочарованием. Масла в огонь подливали слухи, будто императрица Александра Федоровна, жена Николая — немецкая шпионка (основанные, видимо, исключительно на ее немецком происхождении).

В этот текст вносились правки: В первоначальной версии этого текста мы назвали жену царя Марией Федоровной, в то время как ее имя на самом деле — Александра. На эту ошибку указал наш внимательный читатель. Спасибо!

Продолжение войны переориентировало экономику на удовлетворение нужд армии, стали возникать перебои в снабжении городов. В феврале 1917 года в Петрограде начались проблемы с поставками хлеба. Они спровоцировали беспорядки и массовые забастовки рабочих. Расквартированные в городе войска отказались подавлять беспорядки и перешли на сторону протестующих. Руководители Государственной думы и командующие армией убедили Николая II, что только его немедленное отречение от престола позволит взять ситуацию в стране под контроль и продолжить войну.

2 марта Николай II подписал акт об отречении, и верховная власть в России перешла к сформированному думой Временному правительству. Министром просвещения стал Александр Мануйлов —тот самый экс-ректор Московского университета, увольнение которого спровоцировало исход лучших профессоров, включая Петра Лебедева.

Однако Временное правительство не обладало всей полнотой власти. Немалое влияние имел созданный социалистами Петроградский совет рабочих и солдатских депутатов, в котором были представлены основные силы победившей революции — рабочие и солдаты. Его отделения возникли и в других городах страны. Игорь Тамм, в дни февральской революции вернувшийся из Москвы в родной Елисаветград (сейчас украинский город Кропивницкий), становится членом исполкома местного совета и едет в мае в Петроград, депутатом на первый Всероссийский Съезд Советов.

После исхода профессуры 1911 года учиться ему на физико-математическом факультете Московского университета было особенно не у кого. Юноша вступил в меньшивистскую фракцию РСДРП и с головой погрузился в политическую деятельность. «Из меня вышел хороший митинговый оратор — так что я привык пожинать лавры — раз даже качали», — писал он невесте в марте 1917-го. Вопрос о войне в то время был ключевым. Временное правительство не планировало нарушать обязательства России перед союзниками. Однако солдаты никаких союзнических чувств к Англии и Франции не питали и уже плохо понимали, за что, собственно, они воюют три года. На лето было запланировано решительное наступление, которое должно было переломить ход войны и приблизить ее окончание. На Всероссийском съезде советов военные планы правительства вызвали ожесточенную дискуссию, однако были поддержаны голосами эсеров и одной из меньшевистской фракций. Тамм голосовал против поддержки военных планов правительства, чему рукоплескал лидер большевиков Владимир Ленин.

То наступление окончилось катастрофой. Солдаты отказывались идти в атаку, братались с противником и дезертировали. Это сильно подорвало авторитет Временного правительства и его коалиционного большинства: кадетов, меньшевиков и эсеров. Соратники Ленина напротив, стали набирать популярность, в сентябре 1917 года получили большинство в Советах Москвы и Петрограда, а 25 октября 1917 года совершили переворот. Временное правительство было свергнуто, его члены арестованы. Верховная власть перешла к Совету народных комиссаров во главе с Лениным, власть на местах — к местным Советам.

Партия кадетов была запрещена, часть ее лидеров арестованы и убиты, либеральные газеты закрыты. Началось давление на другие социалистические партии (все партии, кроме большевистской, были принудительно распущены к 1925 году). Созданное после отречения императора Временное правительство должно было действовать до созыва Учредительного собрания, призванного определить дальнейшее государственное устройство России. Большинство в нем на выборах получили эсеры. Но большевикам этот орган был уже не нужен: собрание проработало ровно один день и после было распущено.

Большевики отменили сословия, уравняли в правах национальности, мужчин и женщин, заключили сепаратный мир с Германией, национализировали промышленность и банковскую систему, отменили частную собственность на недвижимость и землю, разрешили крестьянам конфискацию помещичьих земель.

Большевистская революция отбила у меньшевика Тамма интерес к политике. «Начинает накипать что-то против большевиков у меня», — пишет он жене 3 ноября 1917 года. Тамм начинает искать работу в университете: сначала, желая быть ближе к родителям и жене, переезжает в Киев, потом в Симферополь и, наконец, в Одессу. 

За время переездов Тамм неоднократно пересекал линию фронта. Однажды по пути в занятый красными Елисаветград из удерживаемого белыми Крыма его, без документов, задержали красноармейцы. На допросе Тамм сообщил, что закончил физико-математический факультет Московского университета, и командир отряда, недоучившийся студент, предложил ему это доказать: решить математическую задачу на разложение функции в ряд. «Если решишь — отпустим вас обоих, а нет — обоих поставим к стенке. Срок до утра», — цитировал его слова Тамм в письме писателю Константину Паустовскому. К утру Тамм с задачей полностью не справился, но командир все равно не помнил ее решения, поэтому одной только демонстрации того, что задержанный действительно знает высшую математику, ему оказалось достаточно. Расстреливать физика не стали, но и отпустили не сразу — с отрядом Тамм добрался до Харькова, где местные знакомые подтвердили солдатам его личность.

«Что-то против большевиков» в научном сообществе почувствовал в те дни не один лишь Тамм. В том же ноябре Российская академия наук после общего собрания выпустила заявление, которое начиналось так: «Великое бедствие постигло Россию: под гнетом насильников, захвативших власть, русский народ теряет сознание своей личности и своего достоинства; он продает свою душу и, ценою постыдного и непрочного сепаратного мира, готов изменить союзникам и предать себя в руки врагов».

Обычно большевики очень жестоко расправлялись с фрондой, однако тут проявили мягкость. Ленин даже специально указал Луначарскому «вокруг Академии не озорничать». Через три месяца, в феврале 1918 года академики вновь собрались и после сообщили Советскому правительству, что согласны оказывать ему посильную помощь в решении задач государственного строительства. А в дневнике историка Георгия Князева, будущего директора архива АН СССР, появляется запись: «Теперь две возможности — строить новую Россию или плакать над растерзанным телом ее».

Евгений Гельфер




Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.