ИГОРЬ ЕВГЕНЬЕВИЧ ТАММ

(1895—1971)

Игорь Евгеньевич родился 8 июля 1895 года во Владивостоке в семье Евгения Тамма, инженера-строителя, и Ольги (урожденной Давыдовой) Тамм. Евгений Федорович работал на строительстве Транссибирской железной дороги.

С 1898 года и до окончания гимназии в 1913 году Игорь жил с родителями в Елизаветграде (сейчас Кировоград, Украина).

Затем он уехал учиться в Эдинбургский университет, где провел год. Здесь Игорь зачитывался «нелегальщиной», штудировал Маркса и участвовал в политических митингах… В начале лета 1914 года Игорь вернулся домой и поступил на физико-математический факультет Московского университета.

Но вскоре грянула Первая мировая война, и весной 1915 года Тамм пошел добровольцем – «братом милосердия». С удовлетворением отмечал он в письме, что даже под обстрелом «вполне можно держать себя в руках». Через несколько месяцев он вернулся в университет и в 1918 году получил диплом.

Во время февральской революции Тамм с головой окунулся в политическую деятельность. Он выступал на многочисленных антивоенных митингах и как оратор имел успех. Печатал и распространял антивоенную литературу. Наконец он был избран делегатом от Елизаветграда на Первый Всероссийский съезд советов рабочих и солдатских депутатов в Петрограде. Он принадлежал к фракции меньшевиков-интернационалистов и настойчиво продолжал антивоенную борьбу.

В сентябре 1917 года Тамм женился на Наталии Васильевне Шуйской. Игорь и Наташа познакомились еще летом 1911 года. Наташа происходила из семьи весьма богатых и достаточно просвещенных помещиков, владевших рядом имений в Херсонской губернии. По окончании гимназии она уехала в Москву и поступила на Высшие женские курсы.

Тамм разрывался между политикой и наукой, но, однако, выбирал последнюю… В 1919 году Игорь начал свою деятельность как преподаватель физики сначала в Крымском университете в Симферополе, а позднее в Одесском политехническом институте.

В 1921 году в семье Таммов родилась дочь Ирина, ставшая позднее ученым-химиком, специалистом по взрывчатым веществам. Еще через пять лет родился сын Евгений – будущий физик-экспериментатор и альпинист.

Переехав в Москву в 1922 году, Тамм в течение трех лет преподавал в Коммунистическом университете им. Свердлова. С 1923 года он работал на факультете теоретической физики Второго Московского университета и занимал там с 1927 по 1929 год должность профессора. В 1924 году Тамм одновременно начал читать лекции в МГУ.

«К зиме 1925—1926 года, – писала дочь ученого Ирина, – папа стал тяготиться преподаванием в Свердловском университете. Ему было трудно решиться уйти со сносно оплачиваемой работы в «чистую науку» (в МГУ). Вопрос этот, я знаю, обсуждался дома: как существовать на мизерную зарплату? Мама предложила продать свой каракулевый сак – этих денег хватило на целый год Впоследствии мама относила одну за другой свои фамильные золотые вещи в торгсин и ломбард (откуда их, конечно, уже не выкупали)».

Первые научные исследования Тамм в начале двадцатых годов проводил под руководством Л.И. Мандельштама, профессора Одесского политехнического института, выдающегося советского ученого, внесшего вклад во многие разделы физики. Тамм занимался электродинамикой анизотропных твердых тел (т е. таких, которые обладают самыми различными физическими свойствами и характеристиками) и оптическими свойствами кристаллов.

Обратившись к квантовой механике, в 1930 году Тамм объяснил акустические колебания и рассеяние света в твердых средах. В его работе впервые была высказана идея о квантах звуковых волн (позднее названных «фононами»), оказавшаяся весьма плодотворной во многих других разделах физики твердого тела.

В 1930 году Тамм стал профессором и заведующим кафедрой теоретической физики МГУ. Там он в 1933 году получил степень доктора физико-математических наук, тогда же стал членом-корреспондентом Академии наук СССР. Когда Академия в 1934 году переехала из Ленинграда в Москву, Тамм стал заведующим сектором теоретической физики академического Института им. П.Н. Лебедева, и этот пост он занимал до конца жизни.

Тамм сделал два значительных открытия в квантовой теории металлов, популярной в начале тридцатых годов. Вместе со студентом С. Шубиным он сумел объяснить фотоэлектрическую эмиссию электронов из металла, т е. эмиссию, вызванную световым облучением. Второе открытие – установление, что электроны вблизи поверхности кристалла могут находиться в особых энергетических состояниях, позднее названных таммовскими поверхностными уровнями, что в дальнейшем сыграло важную роль при изучении поверхностных эффектов и контактных свойств металлов и полупроводников.

Одновременно он начал проводить теоретические исследования в области атомного ядра. Изучив экспериментальные данные, Тамм и С. Альтшуллер предсказали, что нейтрон, несмотря на отсутствие у него заряда, обладает отрицательным магнитным моментом (физическая величина, связанная, помимо прочего, с зарядом и спином). Их гипотеза, к настоящему времени подтвердившаяся, в то время расценивалась многими физиками-теоретиками как ошибочная. В 1934 году Тамм попытался объяснить с помощью своей так называемой бета-теории природу сил, удерживающих вместе частицы ядра. Согласно этой теории, распад ядер, вызванный испусканием бета-частиц (высокоскоростных электронов), приводит к появлению особого рода сил между любыми двумя нуклонами (протонами и нейтронами). Используя работу Ферми по бета-распаду, Тамм исследовал, какие ядерные силы могли бы возникнуть при обмене электронно-нейтринными парами между любыми двумя нуклонами, если такой эффект имеет место. Он обнаружил, что бета-силы на самом деле существуют, но слишком слабы, чтобы выполнять роль «ядерного клея». Год спустя японский физик Х. Юкава постулировал существование частиц, названных мезонами, процесс обмена которыми (а не электронами и нейтрино, как предполагал Тамм) обеспечивает устойчивость ядра.

В 1936—1937 годах Тамм и Франк предложили теорию, объяснявшую природу излучения, которое обнаружил Павел Черенков, наблюдая преломляющие среды, подверженные воздействию гамма-излучения. Хотя Черенков описал данное излучение и показал, что это не люминесценция, он не смог объяснить его происхождение.

Академик А.Н Крылов писал П.Л. Капице в 1943 году:

«Черенков произвел множество трудных опытов и нашел ряд закономерностей в явлении, отмеченном Вавиловым. Результаты своих экспериментальных исследований Черенков изложил в своей докторской диссертации.

Одновременно Тамм и Франк стали изучать вопрос, поставленный Вавиловым, теоретически, и Тамм создал полную теорию описанного явления. Уже было известно, что в жидкости электрон может двигаться со скоростью V, которая больше скорости света C в этой жидкости. Тамм исследовал математически, – каково же будет электромагнитное поле такого «сверхскоростного электрона». Путем глубокого и сложного математического анализа Тамм обнаружил, что при движении электрона надо различать два случая, именно: если VC […]. В первом случае равномерно движущийся электрон не излучает, во втором возникает свечение внутри некоторого конуса.

По математической теории, развитой Таммом, замеченное Вавиловым явление получило полное объяснение и было проверено, как уже сказано, экспериментально Черенковым и затем более мощными радиоактивными препаратами в США.

Тамм глубоким и искусным математическим анализом создал полную теорию излучения «сверхскоростным» электроном в диспергирующей жидкости. Замеченное Вавиловым явление получило полное объяснение и стало доступным предвычислению, результаты которого сходятся во всех деталях с наблюдением.

Аналогия с Леверье полная, только Леверье вычислил движение Нептуна, который в 60 раз больше Земли, а Тамм движение электрона, который в миллионы раз меньше пылинки».

Тридцатые годы – время «большой чистки». «Тогда Игорь Евгеньевич Тамм лишился трех очень близких ему людей: младшего брата, друга, приобретенного еще в школьные годы, и любимого ученика, – пишет Г.Е. Горелик. – Почему его самого не объявили «врагом народа», понять трудно, но в хаосе Великого Террора таких непонятных вещей много. Ясно только, что тогда звание члена-корреспондента Академии наук не защищало, а ядерная физика еще не стала стратегической профессией».

Теоретический отдел института, созданный и руководимый Таммом, был ликвидирован, а все его сотрудники распределены по другим лабораториям. Но научный семинар теоретиков продолжал еженедельно работать под руководством Тамма, научные контакты полностью сохранялись, а впоследствии, после возвращения института из эвакуации в 1943 году, как-то незаметно прежний Теоретический отдел был восстановлен. Такое вялое реагирование дирекции института было возможно, конечно, только потому, что директором был С.И. Вавилов.

С 1946 года Тамма привлекли к рассмотрению некоторых вопросов атомного проекта. Когда возникла задача создания еще более страшного оружия – водородной бомбы, Игорю Евгеньевичу было предложено организовать в Теоретическом отделе группу для изучения вопроса.

Тамм собрал группу из молодых учеников-сотрудников, в которую вошли, в частности, В.Л. Гинзбург и А.Д. Сахаров, уже через два месяца выдвинувшие две важнейшие оригинальные и изящные идеи, которые и позволили создать такую бомбу менее чем за пять лет. В 1950 году Тамм и Сахаров переехали в сверхсекретный город-институт, известный теперь всем как Арзамас-16.

Работа над реализацией основных идей была необычайно напряженной и трудной. В Арзамасе-16 Игорь Евгеньевич сыграл огромную роль и своими собственными исследованиями, и как руководитель коллектива теоретиков. Он даже был одним из участников реального испытания первого «изделия» летом 1953 года.

Затем, вернувшись в Москву на прежнее место, он продолжил свою работу над фундаментальными проблемами теории частиц и квантовых полей вместе со своими молодыми сотрудниками.

Он предложил приближенный квантово-механический метод для описания взаимодействия элементарных частиц, скорости которых близки к скорости света. Развитый далее американским химиком С.М. Данковым и известный как метод Тамма—Данкова, он широко используется в теоретических исследованиях взаимодействия типа «нуклон—нуклон» и «нуклон—мезон». Тамм также разработал каскадную теорию потоков космических лучей.

В 1950 году Тамм и Сахаров предложили метод удержания газового разряда с помощью мощных магнитных полей – принцип, который до сих пор лежит у советских физиков в основе желаемого достижения контролируемой термоядерной реакции (ядерного синтеза). В пятидесятые и шестидесятые годы Тамм продолжал разрабатывать новые теории в области элементарных частиц и пытался преодолеть некоторые фундаментальные трудности существующих теорий.

В 1958 году Тамму, Франку и Черенкову была присуждена Нобелевская премия по физике «за открытие и истолкование эффекта Черенкова». При презентации лауреатов Манне Сигбан, член Шведской королевской академии наук, напомнил, что, хотя Черенков «установил общие свойства вновь открытого излучения, математическое описание данного явления отсутствовало». Работа Тамма и Франка, сказал он далее, дала «объяснение… которое, помимо простоты и ясности, удовлетворяло еще и строгим математическим требованиям».

Для Игоря Евгеньевича Нобелевская премия оказалась совершенно неожиданной. Физик Е. Фейнберг, много лет работавший с Таммом, вспоминал: «Услышав о решении Нобелевского комитета, я бросился к Игорю Евгеньевичу в кабинет и стал возбужденно поздравлять его. Спокойно и даже несколько медленнее, чем обычно, расхаживая по комнате с заложенными за спину руками, он серьезно ответил: «Да, конечно, это очень приятно. Я рад… Очень рад… Но, знаете, к этому примешивается и некоторое огорчение…"» Догадаться было нетрудно: «Потому что премия присуждена не за ту работу, которую вы сами считаете лучшей своей работой – не за бета-силы. Высшим проявлением его чувства собственного достоинства или гордости (можно назвать это как угодно) была одна особенность его научной работы: он всегда выбирал важнейшие, по его мнению, в данное время направления исследований, хотя обычно они и бывали труднейшими. Не знаю, сформулировал ли он такой принцип для себя сознательно или это было неизбежным свойством его характера борца, стремлением сделать почти невозможное, прыгнуть выше головы».

Тамм рассказывал в Политехническом институте о торжественной церемонии вручения премии:

«Дело происходит следующим образом: 10 декабря лауреатов утром ведут в концерт-холл. Там предварительно проделывается весь церемониал. Церемониал заключается в том, что лауреаты стоят за кулисами, зал наполняется и, когда пришла королевская семья и король, – играют фанфары, впереди идут чиновники, разукрашенные лентами и орденами, потом в строгом порядке следуют лауреаты и возле каждого – шведский академик. Доходят до ковра, каждый до определенного цветочка на ковре, затем делают поклон и садятся, причем это единственный случай, когда все стоят – и король, и королевская фамилия, а лауреаты сидят, причем в строгом порядке: на первом месте физики, потом химики, затем биологи, а у физиков сначала экспериментаторы и т д. В строго установленном порядке. Затем выходит Карл Зибган.

Затем по каждой специальности произносится речь представителем Академии наук, который излагает достоинства и важность работ, сделанных лауреатом. Потом они в определенном порядке спускаются по ступенькам, и король вручает лауреатам очень тщательно, изящно сделанные дипломы, причем для каждой специальности художник дает новый рисунок на дипломе, имеющий отношение к данному открытию, в частности, в моем случае это было фиолетово-синее свечение неизвестно чего. Затем вручается большая золотая медаль. Это первая торжественная церемония. После того как закончилось вручение премий физикам, оркестр играет определенные вещи Баха, когда вручаются премии химикам, играют Бетховена, и так по каждой специальности – своя музыка».

Последний отрезок жизни был невеселым для Тамма-ученого. Его работа шла вразрез с «генеральной линией» науки и не пользовалась признанием. В середине шестидесятых годов к нему подкралась тяжелая неизлечимая болезнь – боковой амиотрофический склероз, приведший к параличу дыхательных мышц, в результате чего ему пришлось перейти к принудительному дыханию с помощью специальной машины.

Для лечения Игоря Евгеньевича были использованы все мыслимые возможности. Однако его болезнь была абсолютно необратимой. И 12 апреля 1971 года наступила трагическая развязка…

ИЛЬЯ МИХАЙЛОВИЧ ФРАНК

(1908—1990)

Франк Илья Михайлович родился 23 октября 1908 года в Петербурге в семье интеллигентов. Он был младшим из двух сыновей Михаила Людвиговича Франка и Елизаветы Михайловны Франк (Грациановской). Старший брат Глеб стал позднее известным специалистом по биофизике. Семья жила на скромный преподавательский заработок отца. Только после революции он стал профессором. Мать окончила сестринские курсы, а затем Женский медицинский институт. После революции много лет работала врачом, главным образом как специалист по костному туберкулезу. «Что касается меня, – писал в своей автобиографии Илья Михайлович, – то я в детстве много болел и не очень регулярно учился в школе. Увлекался биологией и охотно самостоятельно занимался математикой, чему способствовали помощь отца и книги, которые он мне дарил. В 20-е годы наша семья жила в Крыму, и я учился в Ялте. Школа почему-то была преобразована в Ялтинский промышленно-экономический техникум. По окончании первого курса техникума (что эквивалентно 8 классам средней школы) я в 1925 году переехал к отцу в Симферополь, где он был профессором в Крымском (Таврическом) университете, временно преобразованном в педагогический институт. В 1925/26 учебном году, не поступая в Педагогический институт, слушал там лекции, работал в учебной физической лаборатории и математическом кружке, и даже сделал первые шаги в самостоятельной научной работе по геометрии. Единственная опубликованная работа по математике была выполнена тогда и напечатана в 1928 году».

Окончив среднюю школу, Илья поступил в 1926 году в Московский государственный университет на физико-математический факультет. Со второго курса он начал работать в лаборатории С.И. Вавилова, которого считал своим учителем. Под руководством Вавилова Франк выполнил свою первую работу – по люминесценции.

После окончания МГУ в 1930 году несколько лет работал в Государственном оптическом институте в Ленинграде в лаборатории А.Н. Теренина. Здесь Франк выполнял оригинальные исследования по физической оптике и фотохимическим реакциям, за которые ему в 1934 году присвоили степень доктора физико-математических наук.

В 1934 году по предложению С.И. Вавилова Франк перешел на работу в Физический институт им. П.Н. Лебедева АН СССР (ФИАН). Здесь он работал по 1970 год в должности старшего научного сотрудника, заведующего отделом, заведующего лабораторией атомного ядра.

«С самого начала, еще в 1934 году, заинтересовался работой П.А. Черенкова по свечению чистых жидкостей под действием гамма-лучей, в дальнейшем получившей название «эффект Черенкова», – писал Франк в автобиографии. – Вместе с С.И. Вавиловым принимал участие в обсуждении хода этих исследований. Внес определенный вклад в понимание результатов, особенно в вопрос о направленности излучения. Совместно с И.Е. Таммом в 1937 году объяснил это новое явление как излучение электрона при движении в среде со сверхсветовой скоростью и развил его теорию».

Природа этого свечения, открытого Черенковым, оставалась загадочной, пока Франк и Тамм в (ставшей классической) работе 1937 года не дали новому эффекту исчерпывающее объяснение как излучению электронов, движущихся в среде со сверхсветовой скоростью (излучение сверхсветового электрона). Эта работа стимулировала многочисленные исследования явления как в СССР, так и за рубежом. После того как была установлена возможность практического использования эффекта для обнаружения и изучения свойств быстрых заряженных частиц, значимость открытия и объяснения его природы возросла еще больше.

Вот фрагмент характеристики, данной академиком Вавиловым своему ученику 2 июля 1938 года:

«Живейшее участие принял И.М. Франк в осуществлении и объяснении опытов П.А. Черенкова по новому виду свечения, сопровождающего распространение гамма-лучей в жидких и твердых средах. В частности, И.М. Франку принадлежит блестящая догадка о том, что перед нами совершенно новое явление, специфическое для распространения электронов, движущихся со скоростью больше фазовой скорости света в плотной среде. Эта идея получила полное и вполне строгое развитие в теоретической работе И.Е. Тамма и И.М. Франка. Используя свои глубокие знания в области физической оптики, И.М. Франк принял участие в работах Стратосферной комиссии АН СССР по наблюдению свечения ночного неба, совместно с Н.А. Добротиным и П.А. Черенковым. Эта работа привела к открытию нового эффекта резкой вариации интенсивности ночного свечения неба в течение ночи. Под руководством И.М. Франка впервые на Эльбрусе удалось произвести наблюдения космических лучей камерой Вильсона.

В целом И.М. Франк является исключительным по своей эрудиции, экспериментальному искусству, глубокой физической интуиции представителем молодой советской физики».

Как пишет И.М. Дунская: «Подобно тому, как для всей физики эффект Черенкова—Вавилова стал отправным пунктом развития целой области науки, так и для Франка объяснение этого эффекта явилось началом продолжающегося по сей день активного интереса по все возрастающей проблеме влияния оптических свойств среды на излучение движущегося источника. Эффект Черенкова—Вавилова в простейшем случае (изотропная среда и т д.) был лишь первым из относящихся сюда вопросов. В названном эффекте им исследовались и получены ценные результаты при изучении явления интерференции (1944), длительности вспышки (1956), излучения для мультиполей (1952), излучения в оптических анизотропных средах (1960), а также исследования эффекта Допплера в преломляющих средах (1942), при сверхсветовой скорости (1947) и другие проблемы…»

В 1940 году Франк начал читать лекции на возглавляемой им кафедре ядерной физики Московского государственного университета. Эту работу прервала война. С ее началом вместе с Физическим институтом ученый был эвакуирован в Казань, где находился до 1943 года. В конце войны и первые послевоенные годы Франк сосредоточился на исследованиях по физике реакторов, проводившихся в тесном контакте с И.В. Курчатовым.

За работы по физике реакторов и работы по исследованию ядерных реакций легчайших ядер, также выполнявшихся по специальному заданию правительства, он был награжден орденами и Государственной (Сталинской) премией 1953 года. В 1946 году Франка избрали членом-корреспондентом Академии наук СССР.

С исследований по физике реакторов началась специализация Франка в области нейтронной физики. Одним из плодотворных направлений работ, развернутых ученым в ФИАНе, явились исследования по физике медленных нейтронов.

«Результаты исследования не только подтвердили преимущества импульсного метода, но и привели к открытию нового явления – диффузного охлаждения нейтронов, которому Франк дал теоретическое объяснение, – пишет И.М. Дунская. – Работы по импульсному методу были доложены на Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии в 1955 году. В настоящее время импульсный метод изучения распространения нейтронов стал общепринятым; он широко применяется при исследовании свойств жидких и твердых сред в геологической разведке и в реакторной физике. Работы по физике медленных нейтронов получили дальнейшее развитие в созданной под руководством Франка лаборатории нейтронной физики ОИЯИ в Дубне, где сооружена уникальная установка для получения нейтронов – импульсный реактор на быстрых нейтронах. Реактор был запущен в 1960 году, работы, проводимые на нем, ведутся, главным образом, по нейтронно-спектроскопическому исследованию атомных ядер и изучению жидкостей твердых сред».

В 1958 году Франк вместе с Таммом и Черенковым был удостоен Нобелевской премии «за открытие и объяснение эффекта Черенкова».

В своей нобелевской лекции Франк указывал, что эффект Черенкова «имеет многочисленные приложения в физике частиц высокой энергии». «Выяснилась также связь между этим явлением и другими проблемами, – добавил он, – как, например, связь с физикой плазмы, астрофизикой, проблемой генерирования радиоволн и проблемой ускорения частиц».

В 1957 и 1960 годах Франк был председателем оргкомитета Всесоюзной конференции по ядерным реакциям при малых и средних энергиях. С 1963 года был членом Бюро Отделения ядерной физики АН СССР. В 1968 году его избрали академиком Академии наук СССР. Еще через два года Илья Михайлович перешел в Объединенный институт ядерных исследований.

Ученый был дважды женат. В 1937 году он женился на Элле Абрамовне Бейлихис, историке по образованию, которая умерла в 1960 году. В 1941 году у них родился сын Александр, ставший позднее старшим научным сотрудником Института атомной энергии им. Курчатова.

В 1966 году Илья Михайлович женился вторично, на Марине Михайловне Губерт (по первому мужу Назаровой) – враче, пульмонологе по специальности.

Незадолго до смерти (ученый умер 22 июня 1990 года) в своей автобиографии в 1988 году Илья Михайлович писал:

«Продолжаю работы в области нейтронной физики и теоретические исследования по электродинамике. В частности, подготовил к печати монографию, суммирующую ряд полученных ранее результатов.