2
РАННИЕ ГОДЫ
КВАНТОВОЙ
МЕХАНИКИ
Имя Рудольфа Пайерла хорошо известно
школьником 60-х годов. Можко утверждать,
и это не будет преувелищением, что его книга
«Законы природы» приведена многох из них
в физике.
Для профессionalов имя профессора Пайерла,
члена Лондонского корпельского общества,
связано с давно ставшими классическими
результатами в области теории твердого
теля, математической физики, квантовой механики,
дерной физики. Здесь трудно более подробно перечислять весь спектр проблем,
которые он занимается в течение своей
долгой научной деятельности.
Уроженey Берлина, большую часть своей
жизни Рудольф Пайерлс провел в Англили.
Работал в университетах Манчестера, Кембриджа, Бирмингема, Оксфорда. Во время второй мировой войныVEL исследовался в области atomной энергии в Лос-Аламосе (США).
Осенью прошло года Рудольф Пайерлс nobiałал в Москве в качестве гостя Академии наук СССР. Большое внимание научной общественности привелка его лекция, посыченная история создания квантовой механики и ее творцам. Зал Институт физических проблем был заполнен физиками различных студентов до розвесков Пайерла. За свою долгу жизнь (сейчас ему 81 год) ср Рудольф Пайерлс встречался и работал edва ли не со всеми выданцимся физики XX века. О них — своих учетелях и коллерах — он и рассказал в этой лекции. Это был рассказ оцевиду, пусты белый, но насыщенный живыми деталями, метками доброжелательными характеристиками и тонким номером. Ученые,цы имена уже давно вошли в учебники и энциклопедии, представили перед случаем живыми людьми, каждый со своим характерным особенностями и приучами. Это dado возможность почувствовать атмосферу того замечательного периода, когда буквально в считанные годы был заложен фундамент современной физики.
Свою лекцию P. Пайерлс читал на русском языке, и особенности его стиля мы попытались сохранить в литературной записи лекции, сделанной Н. Н. Артугоня.
P. ПАЙЕРЛС
Может показаться нескромным, что я научу с рассказа о себе. Общино так не делают, но ребьет о моих личных впечатлениях, и потому я должен сначала представиться. В университет я поступил в 1925 году. Сейчас мне хотелось бы иметь возможностьсказать, что я выбрал физик, потому что она была интересным предметом и буро развивалась. Однако это было бы нечесто. На самом деле я хотел быть инженером. То было время, когда развивалась авнация, новые автоматики, и было естественным, что мальчик хочет стать инженером. Но мне отчет стать инженером. Но мне отчет-то сказали, что на это я не годусь, что хорошо инженером не буду. Поэтому я выбрал, как мне казалось, самое близкое к своей мечте — физике.
Я поступил в университет в Берлине — городе, где был мой дом. Родители считали, что я слишком молод, чтобы узжать далеко. Там я посещал лекции Макса Планка. Это были самые скверные лекции, которые я когда-либо службы. Он читал из своей
3
книги по теоретической физике буквально. Если у вас был экземпляр, то вы могли проследить текст по строкам. Планк был очень знаменит, но мы тогда не знали еще, чем именно. Впервые новые слова простоянию Планка, атом Бора и всякие такие вещи я условия на лекциях Вальтера Боте (потом он стал ядерным физиком). Там мне стало ясно, что в физике проходит что-то новое, весма интерсное.
Через год я решил, что стал уже достагоно взрослом, чтобы покинуть Берлин. Я переехал в Мюнхен, где тогда работал самый лучший учитель по теоретической физике — Арнольд Зоммерфельд. Для теоретической физики это было замечательное время. Создавалась квантовая механика, и сейчас очень трудно представить, наколько быстро все произошло — фактически за два года.
Именно в этот период я поступил в университет и уже через год мог читать работы по квантовой механике. Но к ее формированию я опоздал. Если бы можно было повторить жизнь, то я хотел бы родиться на год или на два раныше. Феликс Блох потом мне объяснил, что не всякий человек способен создавать новые теории и что мы появились как раз во время, чтобы их применять. По-моеу, он был прав. Это было самоое подходящее время, чтобы взять какую-нибудь проблему, при решении которого страная физика приводила к противоречям, и применить к ней новые методы.
Итак, я приехал к Зоммерфельду. Зоммерфельд был маленького роста, но имел огромные услуги. Мы иногда называли его «верхняя половина и немного еще». Зоммерфельд вышлядел довольно важным и у него было значение Geheimrat — тайный советник. Это можно сравнить с современным значением академика, и он любил, когда его так называл. Один американский студент сначала этого не знал и обращался к Зоммерфельду просто «герр профессор». Через недель или две ему все объяснили, и при очередной встрече он уже обратился к Зоммерфельду
Зоммерфельд (слева) и Паули. Паули выглядит очень великим и скромным (облично это было не так!). Таким он был всегда со своим бышим профессором. Сам Паули это называл «школьным комплектом».
4
таллов и в вычислениях на доске проустил множество 2. Мы это заметили, нам казалось это не очень важным. Наконец, он подошел к закону Видемана — Франца, численный коэффициент в котором обещавен. Тут-то он и увидел, что получается неправильный результат. Мы же с интересом наблюдали, что произойдет. Заметив ошибку, Зоммерфельд не остановился произнесен, что теперь надо учеть как электроны, движущие слева направо, так и электроны, движущие справа налево, — и поставил в нужном месте недостающий коэффициент 2.
…Зоммерфельд имел в горах маленькую хижину для отдыха, куда он приглашал иногда аспирантов и преподавателей. Там он дал мне возможность выступить на моем пером семинаре. Как раз появились работы Дирака и Юрдана по теории преобразования. Зоммерфельд сказал: «Мы еще не успели понять эти работы, и может быть, вы сумеете их нам объяснить». Это было все таки тяжелой задачей для студента, который провел в университете всего года. Однако я с удовлетворением за это взялася. Не знаю, чему научились другие участники семинара, но сам я научился многому научиться. Мы с ним очень подготовились. Он до сих пор старше меня на один год. Сейчас это не так уж важно, но я все еще могу многому у него научиться.
Я провел в Мюнхене полтора года и с удовлетворением остался бы еще, но Зоммерфельда пригласили в Америку на полгода-год. Я же по совету Зоммерфельда уехал в Лейпциг работать у Гейзенберга.
Гейзенберг был совершенно не пожжен на Зоммерфельда. Никакого Geheimrat там и в помине не было. На вид, во всяком случае, он был очень скромным человеком. Типично то, что раз в неделю страивался семинар, а перед семинаром всегда был чай. Сам профессор шеел в кондитерскую и выбирал подходящие проежные. По крайней мере я запомнил это именно так. Правда, впоследствии один наш коллега, бывший тогда ассистентом у Гейзенберга, уверял меня, что ходить за проежными было его задачей. В этом есть смысл, так как он был родом из Вены и знал только в таких вещи. Наверное, я помню тот период, когда его не было в Лейпците.
Гейзенберг очень любил игра в пинг-понг и был очень хорошо игром. В свободное время мы все играли. Один раз приехал китайский физик, который смог побить Гейзенберг. Это стало сенсцией. Я потом слышал, что когда Гейзенберг ехал на парохде из Америки в Японию, то всего дорогу упражнялся, чтобы больше такая ужасная весть не повторилась.
Гейзенберг не любил чистую математку и рассматривал ее только как необходимый инструмент. Его метод состоял в следующем. Размышляя над
5
проблемой, он сначала угадывал, каким будет решение, а потом подбирал математический метод, который именно это решение дает. Хороший метод, если у вас такая же мощная интуция, как у Гейзенберга. Для других такой подход немного опасен.
В Лейпциге мне удалось написать свою первый работу. Она касалась так называемого аномального эфекта Холла.
Когда по кусочку металла идет ток и все это помещается в магнитное поле, то появляется поперечное напряжение. Ясно, что так проискит из-за отклонения электронов в магнитном поле. Но в некоторых металлах эфект имеет противоположный знак. Сейчас мы обьясняем это тем, что в таких веществ ток переносится не электронами, а дырками. Но в то время ясности в этом вопросе не было, и Гейзенберг мне просто сказал, что Блох построил электронную теорию металлов, и не мог бы я ее применить к этой проблеме. К моему большому удовлетворению оказалось, что все это действительно можно было сделать, я и решил поставленную задачу.
В Лейпциге я провел год. Гейзенберг пригласили в Америку, и он взял отпуск. По его совету я переехал в Цюрих, чтобы работать у Паули. У него я и написал свою диссертацию. Должен сказать, что я очень благодарен этой системе отпусков и приглашений в Америку, благодаря который у меня получалась такая замечательная комбинация учителей.
Как известно, Паули был знаменит еще и тем, что делал всем очень нежливые замечания. Один из самых острых выпадов был сделан Паули в разговоре с Эрнстом Штиокельберром. Тот сказал: «Паули, не говорите так быстро, я не могу так быстро думать, как вы». Паули ответил: «Это ничего, что вы думаете медленно. Я возражаю, когда вы публикуете быстрее, чем можете думать».
Кто-то показал ему работу молодого теоретика, зная, что работа не слишком хорошего, но желая все-tаки узнать мне Паули; тот проечел работу и сказал грустно: «Это даже не неверно».
Цюрих, 1930 год. Ландay (слева) по своему общковению делал смешные гримасы. В середине В. А. Амбарцумян, справа — М. П. Бронштейн (?).
6
У Паули была такая привычка: ходить вечером в кино, на концерт или что-нибудь такое. Возвращался он часов в 11 и сразу же садился работать. Работал Паули довольно долго и потому поздно встал. Однажды его пригласили на заседание в 9 часов утра, но он отказался, сказал: «Нет, нет, так долго без сна я не могу оставаться».
Как-то раз Паули был в чужом городе и спросил местного физика, как ему найти кинотеатр. Тот обьясил и на следующий день спросил у Паули, удалось ли ему добраться. Паули ответил: «Вы выражаете вполне понятно, если не говорите о физике».
Я провел у Паули три года, и мне не раз приходилось выслушивать подобные вещи. Но это было уже не очень тяжело. Никто долго на Паulin не обнаружился, верятоно оттого, что он так же критически относился к самому себе, к своим собственным идеям. Один раз он объясил мне, почему он это делает. По его мнению, есть настоящее чуствительные люди, с которым можно жить, только наступив достагоное число раз на их «большую мощь». Правда, я не думаю, чтобы это было настоящей причиной.
…У нас в Цюрихе два раза Ландду. Первый раз он приехал в января 30-го года. В то время не было дипломатических отношений между Швейцарийем и СССР. Ему дали разрешение на две недели, потому продолжили срок еще на две недели. Все очень старались этого добиться. Но в конце концов он вынужден был уехать. Тогда он пошутил: «Ленин был в Швейцарии несколько лет, но революция здесь не началась. Очевидно, они богатся, что это смогу сделать я». Через год он приехал со стипендей Рок-феллера, и тогда уже никаких проблем не было: он мог оставаться столько, сколько хотел. Мы работали вместе. Ландду был еще очень молодым, но уже очень тщательно физиком. Когда появлялась какая-нибудь работа, которая его интересовала, то он ее не читал, а сразу начиная вычислять сам. И если он согласился с тем, что там написано, то считал работу хорошо. Он все любил систематировать. Например, он разделил физков на разные классы: в первый класс у него попали Бор, Зоммерфельд; Эйнштейн был в специальном классе, сам по себе. Себя же Ландду скромно поместил во второй класс. Так же «систематически» он относился и к другим вопросам жизни.
Ландду очень не любил бороду, говорил, что это — пережиток Викторианских времен, особенно у молодых людей. Среди нас был один физик, который не носил бороды, но имел очень длинные бакенбарды. Ландду это тоже считал буржуазным и, позвонив его жене, спросил: «Когда вы убедите своего мужа сбрить эти смешные бакенбарды?» Он утверждал, что на Западе, в Цюрихе, больше бород, чем в России, в Ленинграде. Мы заключили пари и сосчитали на улице, сколько бород мы встретили. Потом, когда я приехал в Ленинград, мы провели такой же подсчет и нашли, что в Ленинграде бород оказалось больше.
7
Я выигral пари, а Ланду пытался объяснить это тем, что шла коллективизация и много крестьян переехало в город.
Ланду был уверен, что только молодые теоретики могут сделать полезные вещи. Правда, позже он изменил этой идее. Как-то мы разговаривали, и выплыло имя одного теоретика, о котором он не слышал. Узнав, что ему 27 лет, Ланду сказал: «Такой молодой и уже такой неизвестный!»
Кроме Ланду, в Цюрихе были другие люди, включая Георгия Гамова. Гамов тогда уже был заменит, он тоже был большим комористом и любил всяческие шутки. Как-то мы пошли в горы и попали на вершину пика с довольно интересным названием. Там Гамов вытащил из кармана листок бумаги — это было письмо в журнал «Nature» о какой-то ядерной реакции, которое он несовсем закончил. Гамов сидел на вершине и кончал свое.
Нашсав последние строки, он поставил название пика, где они были написаны, и пользовали свои спутников за предоставленную возможность там работать.
…В те времена, точно так же, как и сейчас, физики любили путешествовать, единъ на конференции,ССССИ. Дорога тогда, правда, не оплачиваясь, поэтому зачастую приходилось сидеть всю ночь в углу железнодорожного вагона третього класса. Но когда я получил приглашение на съезд Физического общества в Одесесе, то по крайней мере внутри страны единъ с большим комфортом, как гость. Меня позвал туда Яков Ильич Френкель, который прочел мои работы.
Одним из любимых мест для поездок был Коненгаген, где работал Нильс Бор. Он был замечательным человеком. Бор ненавидел обжать людей, но в то же время не мог
8
позвольить, чтобы было сказано что-либо, противоречащее истине. И из этих двух качеств получалось страное сочетание. Так, один раз Бор сказал: «Я говорю это не для критики, но это — полная erwunda». Еще как-то он сказал, что ясность и истина — дополнительные понятия, и действительное в своих работах он скорее приблизился к границам истинны.
Процесс написания работ у Бора был довольно сложным. Начинался он с того, что Бор диктовал, а кто-то из гости должны был все записьать. Потом начинаясь правка, изменялись выражения, чтобы все написанное было безусловно верным. Измененный было много, страницы переписывались, потом перепечатывались на машине, затем снова правились и т. д. Наконец, все посылались в журнал датской Академии, где работы Бора, разумется, очень ценились. После чего начинаясь работа над корректурами, число которых доходило иогда до 16.
Очевидно, так Бор относился не только к словам. Как-то он пришел посмотреть новое здание, которое строилось для института. Мастер, который его хорошо знал, сказал: «Профессор Бор, вы видите эту степну? Если вы хотите ее опять передвинуть, то решайте скорее, так как через три часа бетон заставнет».
Как и полагается профессор, Бор был довольно рассеянным. Я помню, что во время разговора он все время курил сигары. Курит — и вдруг спрашивает, есть ли спички. Ему дают спички. Он пытается zajечь сигар, не прерывая разговора, а это довольно трудно. Потом он клади спички в карман, а через пять минут снова задавал тот же вопрос, и все начиnalось сначала. Я долго хранили законченный кусочек мела: он как-то держал сигар и мел в одной руке.
…В это время начились непряятности в Германии, и в Копенгагене велись разговоры не только о физике,
9
но и о том, как найти работу для ученых из Германии и Австрии. Для ученых это вообщество неелегкое время. Был экономический кризис, университеты не распирались, и место освобождалось, когда кто-то уходил в отставку или умирал. Докторская диссертация совсем не гарантировала места для научных исследований. У меня была茎пендия Рокфелера на год, и я мог, узжая из Цорixa, половину времени провести в Риме, а половину — в Кембридже. До меня так уже сделал Ханс Бете, который провел зиму в Кембридже, а лето — в Риме. Я поступил наоборот, и до сих пор считало, что нашел лучшее решение.
В Риме мне довелось встретиться с Энрико Ферми, который тоже был замечательным физиком. Когда его спрашивали о какой-то проблеме, то почти всегда он доставал с полки книгу, где эта проблема уже была им решена. В основном они были простые — Ферми не любил сложных проблем. Но тут встает вопрос: что называть простыми проблеами? Не становились ли они простыми уже после того, как Ферми их решил?
Самое большое впечатление от Ферми создалось у меня позже, уже в Лос-Аламсе, во время испитанияatomной бомбы. Всем, конечно, хотелось узнать, какова мощность бомбы. Для ее определения была масса инструментов, но на это требовалось какое-то время. А Ферми приготовил маленькие кусочки бумаги, и, когда к нам пришла взрывная волна (мы находились примерно в 15 километрах от места взрыва), он отпустил эти кусочки. По расстоянию, на которое они улетели, он сумел довольно быстро определить мощность взрыва. Я не знаю, что меня больше всего тогда поразило: идея метода или то, что он точно определил момент, когда надо отпускать бумажки. Уверен, что я на его месте или отпускил бы кусочки слишком рано, или забил бы отпускить их вообще.
После Рима, как я уже говорил, мы сженой поехали в Кембридж, где самым интересным был контакт с Полем Дираком. Дирак был очень