Знание-сила, 2008 № 01 (967)

В год рождения Ландау (1908)

За последние три года обзоры по истории науки стали в нашем журнале обычной вещью. Нарушать эту традицию не хочется, тем более что каждый юбилей знатного события или персоны пробуждает уйму воспоминаний, ассоциаций и мечтаний о том, как все было, как оно могло обернуться и как оно намерено развиваться сейчас. Первая дата этого сорта в 2008 году — столетний юбилей вечно юного мальчишки Льва Ландау. Очень хочется понять: в каком мире возник этот несносный гений. Какая эпоха огранила его талант, и как он сам огранил свою эпоху?

В тот олимпийский год чудеса творились повсеместно. В Лондоне первым чемпионом по фигурному катанию стал россиянин Панин-Коломенкин. А в Стокгольме вторым нобелевским лауреатом России стал Илья Мечников — друг и наследник великого «виталиста» Пастера. Всякий иммунитет живых организмов вызывается их живыми компонентами — клетками либо органеллами! Таково кредо пастеровской школы в Париже, к которой охотно присоединился вечный романтик Мечников.

Немцы, вслед за Робертом Кохом, думают иначе. Прошлогодний нобелевский лауреат Бухнер доказал, что брожение сахаров можно вызвать чистым химическим ферментом — неким сложным белком, который пока умеют производить только клетки дрожжей. Но и химики этот рубеж одолеют! Не напрасно нобелевский лауреат 1902 года Эмиль Фишер разбирает на кирпичики-аминокислоты все доступные ему белки; он даже пытается воссоздать из этих кирпичиков нечто съедобное. Хотя бы для микробов! Кое-что синтетическое они уже едят... Значит, и человека эта участь не минует!

Другой нобелевский лауреат 1908 года — Пауль Эрлих, принципиальный оппонент Мечникова — старается не накормить людей, а вылечить их от очередных болезней. В основе его работы лежит простая химическая идея: новые лекарства должно составлять из старого яда и новых красок! Ведь химики-органики уже наработали огромное семейство пигментов, крепко сцепляющихся с органическими волокнами. То есть с какими-то органеллами клеток! Теперь надо выбрать краски, удачно схватывающиеся со знакомыми клетками возбудителей сифилиса, малярии, туберкулеза. Довесить к этим краскам бесспорно ядовитые атомы (ртуть или мышьяк) — и получить лекарства, смертельные для живых возбудителей. Потом нужно будет их модифицировать так, чтобы они не убивали хозяина-человека. Это трудно сделать, но Эрлих упорен, так что сонная болезнь и сифилис уже побеждены. То ли еще будет!

Так породистый физиолог и породистый химик делят в 1908 году Нобелевскую премию по медицине. Кому же досталась премия по химии? Породистому физику — Эрнесту Резерфорду! И поделом ему: ведь упорный новозеландец воплотил вековую мечту алхимиков с помощью радиоактивного излучения! Облучая альфа-частицами атомы разных легких элементов, Резерфорд научился превращать свои мишени в совсем другие элементы. Нет, пока не в золото — но и туда Резерфорд доберется, в этом нет сомнений.

Эрнест Резерфорд

Похоже, что со времен первых металлургов химики только переставляли атомы внутри молекул. Нынче физики освоили «арифметику» атомов, где сумма отлична от всех слагаемых. Что же будет, когда физики доберутся до атомной «алгебры», заглянут внутрь атомной кухни?

Ждать осталось три года — пока Резерфорд не обстреляет альфа-частицами атомы золота. От этих массивных тел альфа-частицы будут отскакивать, как горошины от стенки. Так Резерфорд поймет, что большая часть атомной массы сосредоточена в маленьком ядре. Как большая часть массы Солнечной системы заключена в самом Солнце...

Но уж если Резерфорд — не «самый главный» физик 1908 года, то кому в Стокгольме пожалуют это звание? И за что?

Очень просто: оптику Джорджу Липпману — за изобретение цветной фотографии. Годом позже «главным физиком» в Стокгольме нарекут Гульельмо Маркони — первого удачливого радиоинженера. Хотя Попов и Резерфорд раньше него построили радиоизлучатели и радиоприемники — но широкое радиовещание начал удалой итальянец, по запросам деловитых американцев. Мало совершить научный подвиг, нужно еще, чтобы он был признан показательным! Это умеют многие американцы.

Лев Ландау в дошкольном возрасте

Но и к западу от Атлантики водятся монахи от науки: те, кто готов и десять, и двадцать лет ставить все новые опыты ради постижения непослушной Истины. Существование ядра в атоме станет ясно Резерфорду через пару месяцев после первых экспериментов с золотой фольгой. Напротив, Томас Морган постигнет геометрию генома дрозофилы лишь за 20 лет, к 1927 году — и то в самых общих чертах!

По сути дела, такое различие сроков справедливо — хотя ни один физик не знает всех законов природной справедливости. Лишь в последней трети ХХ века, изучив код Большого Взрыва, физики поймут, что ядра первых атомов Природа сотворила в первые минуты бытия Вселенной. А геном дрозофилы она формировала миллиард лет! Вот и сравните длительность синтеза со сложностью постижения его продуктов...

Такое предзнание наверняка утешило бы не только природного американца Моргана, но и его российско-еврейского коллегу с популярной фамилией Левин. Но со странным, текущим именем. В черте оседлости мальчика звали Фишель; в русском городе он стал Федором, в немецком университете он был Теодор, а в США его зовут Феб. Значит, тезка Аполлона — губителя ахейцев!

Но русско-еврейский Феб Левин никого не губит. Он старается понять те черты строения нуклеиновой кислоты, которые не открылись даже упорным немцам.

Недавно Альбрехт Коссель впервые оценил снизу ее чудовищный молекулярный вес — и понял, что большая его часть приходится на совсем небольшой набор стандартных блоков. Аденин, Тимин, Гуанин, Цитозин, Урацил — пять простых ароматических оснований, с одним или двумя бензольными кольцами. И еще какие- то сахара, в которых Эмиль Фишер не сумел разобраться. Ничего, Левин разберется! Через год он выделит первый сахар — Рибозу, а вместе с ним — Рибонуклеиновую кислоту, РНК. Еще через 20 лет появится Дезоксирибоза — а с нею ДНК, чья биологическая или кибернетическая роль будет понята после смерти Левина. Коссель получит своего «Нобеля» в 1910 году; Левин его никогда не получит. Научная Европа все еще смотрит на Америку, как старый профессор на разбогатевшего студента: молодец парень, но разве он нам — ровня?

Почти так же смотрят германские профессора на Альберта Эйнштейна. Через три года после публикации теории относительности он все еще работает экспертом в патентном бюро тихого города Берна. В чем дело? Да в том, что ни одно предсказание первой теории Эйнштейна не удалось проверить на опыте! Дороговаты пока эти опыты — а до запуска первых ускорителей электронов остается еще 20 лет.... Но через год родной Политехнический институт в Цюрихе вспомнит о своем выпускнике; еще через пять лет волна понимания СТО достигнет Берлина.

Ибо только что в тихом Геттингене — математической столице Германии — молодой профессор Герман Минковский придумал математический аппарат для специальной теории относительности! Ту самую гиперболическую метрику в четырехмерном Пространстве-Времени, которая диктует фотонам или массивным телам правила их движения. Сам Эйнштейн был не в силах создать это несложное геометрическое исчисление: слишком плохо он успевал по математике в студенческие годы! Пришлось ему сначала стать гением в теорфизике, а уж потом отращивать необходимые математические мускулы.

Как жаль, что Эйнштейн и Минковский никогда не встретятся и не поговорят по душам! В январе следующего, 1909 года неудачная операция аппендицита оборвет жизнь Минковского, и математический аппарат общей теории относительности Эйнштейн будет изобретать в одиночку. Благо, осталось ответить на единственный вопрос: как Материя диктует Пространству-Времени его поведение в ее присутствии?

Покойный Георг Риман или его наследники — Минковский и Гильберт — ответили бы без долгих колебаний: через изменение метрики в пространстве, особенно через изменение кривизны в каждой его точке! Ибо плотность материи вполне определит кривизну пространства... В диалоге с Минковским Эйнштейн, вероятно, уразумел бы этот новый язык Природы за немногие недели или месяцы. Но в одиночку этот труд займет годы: ОТО оформится в уме Эйнштейна только в военном 1915 году. Жаль, что мировые содружества физиков и математиков пока взаимодействуют столь слабо.

Например, у математиков самое громкое событие 1908 года — доказательство давней гипотезы Варинга в теории чисел. Одолел ее Давид Гильберт — «математический папа» в Геттингене, где роль апостола Петра сыграл Карл Гаусс. Но тот был нелюдим, как Ньютон.

Напротив, Гильберт истово обучает новые поколения студентов своими спецкурсами и семинарами: каждый год на новую тему! В мире чисел Гильберт смолоду чувствует себя, как рыба в воде — и потому не торопится в новый мир многообразий, недавно широко распахнутый его соперником Пуанкаре.

Тот всего на восемь лет старше Гильберта — но возраст его главных открытий уже миновал. Поэтому гениальный полузнайка Эйнштейн опередил Пуанкаре в синтезе физических основ теории относительности, а молодой Минковский опередил французского мэтра в геометрическом осмыслении Вселенной. До рождения ОТО Пуанкаре вовсе не доживет — по той же причине, по которой Минковский не успел на встречу с Эйнштейном. Не всем математикам Природа жалует такое долголетие, как суровому Ньютону или въедливому Гильберту! Но и не всех обрекает узреть гибель доброго старого мира в двух мировых войнах подряд.

Стареющий Пуанкаре чувствует: жить осталось немного, а сделанных уже открытий довольно. Нужно еще успеть понять: КАК они ему удавались? Как работала его мощная интуиция со строгим знанием, накопленным прежде? Почему периоды расчетов и логических рассуждений, легко изложимых на бумаге, обязательно чередуются с эпохами кажущегося застоя, когда интуиция работает без контроля со стороны сознания? Как она ухитряется в этом режиме создавать замечательные гипотезы: всегда неожиданные, часто верные и обязательно красивые? Какую внутреннюю гармонию или симметрию человеческого разума отражает красота его нечаянных творений?

Этими вопросами задавались еще Пифагор и Платон — без явного успеха. Лагранж и Галуа описывали красоту фигур и чисел с помощью теории групп, регулирующей любые симметрии объектов. Но как и почему человеческий разум способен ИЗМЕНЯТЬ природные симметрии огромным напряжением своей воли? Эту тайну Анри Пуанкаре не успеет уразуметь — хотя он успел многое сделать для ее постижения, пока создавал алгебраическую топологию многообразий.

Именно Пуанкаре первый начал изучать бесконечномерное пространство петель, наводя в нем алгебраический порядок с помощью фундаментальной группы. Наследники Пуанкаре и Гильберта разовьют этот подход, представив весь спектр человеческой активности в виде алгебраической схемы: ее назовут топологической теорией квантовых полей.

Первое такое поле (электромагнитное) описал уравнениями Максвелл. Планк и Эйнштейн начали квантовать это поле, как газ: за этот труд они получат вскоре Нобелевские премии. Новорожденный Лев Ландау обретет Нобелевские лавры за изучение первой квантовой жидкости — жидкого гелия, первые капли которого только что получил Хейке Каммерлинг- Оннес. Но для этого открытия должна сформироваться личность Льва Ландау: многоступенчатый конденсат квантовых полей физики, математики и даже политики, порожденный воздействием других — ранее образовавшихся личностей.

Сперва Нильс Бор (ему уже 23 года) должен попасть в Манчестер, к Резерфорду, и влиться всей душою в коллектив молодых экспериментаторов, стать для них папой- теоретиком при императоре Резерфорде. Потом Бор должен основать свою теоретическую империю в Дании — и манить туда лучших теоретиков со всего света, пока на огонек не слетятся Гайзенберг и Паули, Шредингер и Дирак. А еще в империю Резерфорда должен прибыть Петр Капица — беженец из разваливающейся Российской империи.

Л. Ландау и С. Дзялошинский

Подобно Бору, Капица создаст свое графство в Кембридже — в рамках империи Резерфорда. Но потом император Сталин присоединит личность и хозяйство Капицы к своей коммунистической державе — а Ландау выкроит себе графский удел в Харькове, вдали от державной Москвы и покоренного ею Ленинграда. Затем сталинская машина сокрушит харьковский удел — и беглец Ландау прибудет в Москву, к Капице, как тот прежде прибыл к Резерфорду.

Только в таких условиях — максимально дискомфортных по риску и максимально манящих по надежде — расцветет гений двух лучших физиков России, нобелевских лауреатов 1962 и 1978 годов. Их общий друг Поль Дирак (лауреат 1933 года) с изумлением напишет в своих мемуарах: неужели столь великие открытия не могли бы состояться иначе, чем в обстановке столь великих страхов и великих надежд? Похоже, что не могли бы — потому что на дворе хозяйничал век-волкодав, вскормленный научно-технической революцией трех предыдущих столетий. Они ведь тоже были волкодавы! Можно ли укротить эту стихию в светлом будущем? Пока это — не решенная проблема Квантовой Физики Человечества. Есть, над чем поразмыслить

Геннадий Горелик