Кванты и музы
Шрифт:
В Японии остро поставлен вопрос о необходимости своих собственных технических идей, о проблеме научного творчества, о целеустремлённом воспитании молодых учёных.
Об атмосфере интенсивных поисков национального научного лица, которая царит в японской науке, рассказал мне академик Хидэки Юкава.
ВСТРЕЧА С ХИДЭКИ ЮКАВОЙ
Япония дала миру немало известных учёных. Достаточно назвать Нагаоку, в начале века предвосхитившего планетарную модель атома. Или Нишижиму, одного из создателей теории элементарных частиц. Или Шимоду и Яманаку, специалистов в области квантовой электроники.
Но Юкава занимает особое место в науке.
Юкава — сподвижник Гейзенберга, Бора, Эйнштейна, Луи де Бройля, Дирака, этих «сердитых» молодых людей, представителей естествознания начала нашего века, вскрывших пороки классической физики и заложивших основу нового, квантового мироощущения. Юкава — создатель теории ядерных сил, сыгравший решающую роль в покорении атомного ядра.
Мне предстояла ответственная встреча, и к ней нужно было подготовиться. Я просмотрела Большую советскую энциклопедию — все, что написано там о Юкаве в двух статьях: «Юкава Хидэки» и «Мезон». Но сведений мне явно не хватало. Я не знала Юкаву-человека и обратилась к друзьям-физикам. Кто и когда видел Юкаву? Оказалось, за год до того у него в Киото был академик Виталий Лазаревич Гинзбур, в 2003 году он был Нобелевским лауреатом, и он рас сказал мне о своём впечатлении. Но лучше всех знает Юкаву академик Игорь Евгеньевич Тамм. Они встречались несколько раз, да и в молодости их связывала общая работа, не очень удачно завершившаяся для Тамма, но принесшая мировую славу Юкаве.
Итак, Тамм лучше всех знает Юкаву. …Пасмурным осенним вечером я еду в подмосковную Жуковку. Тогда мы ещё не знали, что жизнь Игоря Евгеньевича скоро оборвётся. Он был приветлив, доброжелателен. Однако говорил с трудом, его состояние выдавали беспокойные иссохшие пальцы. Мне показалось — он рад разговору, быть может отвлекавшему его от болезни и гнетущих мыслей. Вероятно, на него приятно подействовали воспоминания. Те, кто участвовал в становлении новой физики, в научных битвах, приведших к рождению квантовой физики, не могут не волноваться, вспоминая эти бурные годы.
Изнуряющие дискуссии между Эйнштейном и Бором. Сметающая преграды дерзость Гейзенберга, Дирака, Шредингера, де Бройля. Клокотание мысли во всех университетах мира. Это они, молодые, отбросив декартовское, казалось, беспроигрышное, правило, гласившее, что реальным и конкретным считается лишь то, что можно изобразить «посредством фигур и движений» (попросту говоря — потрогать руками), заговорили о вещах и понятиях, которые никак не подходили под это правило. Физики предсказывали поведение предметов, которых не только не видели, но и не могли увидеть и тем более потрогать, — речь идёт об электронах, электромагнитных полях, ядрах атомов… Старики классики упрекали молодых в увлечении абстрактными рассуждениями, но не могли «схватить за руку». Предсказания оправдывались, формулы давали точные ответы на вопросы, картина строения материи становилась всё более ясной.
К 1927 году новая физика обрела права гражданства. Волны, бушующие вокруг центра научных битв — Копенгагена, разбегались по всему свету и не могли не достичь Япо нии. В это время в Киотском университете готовился стать физиком двадцатилетний Юкава. Окончив учёбу в 1929 году, он был полон отваги и намерения сокрушить загадки мироздания. Какая же первой попалась ему под руку?
Родись он чуть раньше и вступи в XX век зрелым учёным, он, возможно, посчитал бы, что знает об окружающем мире всё или почти всё. В начале века учёным, воспитанным на классической физике, мир казался ясным, как дважды два, и сотворённым из двух сортов частиц — электронов и протонов. Из этих элементарных частиц они мыслили себе строение всех вещей и предметов: звёзд и земли, цветов и людей. Из них казался построенным весь простой и сложный, многообразный мир: вода и воздух, горы и долины, Азия, Африка, Европа — в общем, всё и вся.
Но то поколение, к которому принадлежал Юкава и старший на двенадцать лет Тамм, в это больше не верило. Молодые всё больше ощущали чувство неблагополучия. Им никак не удавалось поверить в то, что множество различных элементов образуется из двух сортов материи.
Сомнения усилились ещё больше после того, как в 1932 году англичанин Чедвик открыл ещё одну частицу — нейтрон, во многом похожий на знакомый уже протон, но совершенно лишённый электрического заряда. Иваненко и Гейзенберг сразу попытались пустить новую частицу в дело: с её помощью они начали мысленно строить новую модель ядра атома. Партнёром нейтрона они взяли старую частицу — протон. Модель хорошо описывала многие свойства атомных ядер, но в ней не хватало самого главного. Тайной за семью печатями оставался вопрос о том, как протонам и нейтронам удаётся сплестись в столь прочный клубок, каким является атомное ядро. Ведь это не дом, где кирпичи связаны цементом, не машина, части которой соединены заклёпками, не живой организм из клеток. Что же такое — атомное ядро? Что связывает его в единое целое? Короче, какова природа ядерных сил?
В том же, 1932 году Тамм, который в это время руководил кафедрой теоретической физики в Московском университете, высказал предположение, что протоны и нейтроны удерживаются внутри ядер неизвестными ещё мощными силами, которые создаются при участии электронов. Это была обнадёживающая гипотеза, но расчёты показали Тамму, что сила эта получается в тысячу миллиардов раз слабее, чем нужно для удержания протонов в ядре. А ядра тем не менее существуют! Мир всё ещё не развалился на части! Скрепя сердце Тамм отказался от своей гипотезы.
Но ход мысли был дан. Указан путь. И эстафету принял молодой Юкава. Да, размышлял он, ядра существуют. Это объективная истина. Вероятно даже, что они действительно построены из нейтронов и протонов. Несомненно даже, что какие-то, пока неизвестные, силы удерживают их в ядрах. Но совсем не обязательно, чтобы эти силы создавались именно электронами. Быть может, тут замешаны иные частицы? Ещё неизвестные? Если есть три сорта частиц, почему бы не быть четвёртому?
Юкава решил выяснить это, описав строго математически, без натяжек и упрощений, с учётом всех возможных фактов то, что было известно о ядре. Он решил довериться математике — пусть уравнения сами вскроют природу новых частиц, найдут силовое поле, способное сцементировать атомное ядро.
И Юкава написал систему уравнений, объединяющих в себе квантовую теорию и теорию относительности, два самых мощных орудия современной физики. Что же сказали уравнения? Они показали Юкаве неизвестное дотоле особое ядерное поле, обладающее уникальными свойствами. Оно достигает на малых расстояниях от центра ядра колоссальной величины, но быстро убывает в пространстве. Юкава, как говорят, на кончике пера нашёл и частицы, образующие это поле. Он назвал их мезонами — «промежуточными», потому что уравнения сообщили ему величину их массы. Она должна быть в 200 раз больше, чем у электронов, и в 9 раз меньше, чем у протонов и нейтронов.
Картина строения ядер, нарисованная Юкавой, поразила учёных. Она была гениальна и проста.
Представьте себе такую ситуацию. Вдоль дороги идут двое. Не останавливаясь, они всё время перебрасывают друг другу мяч. Мяч связывает их, не даёт им ни разойтись, ни сблизиться вплотную. Если издали смотреть на этих людей, то мяча не видно, и можно думать, что их удерживают друг возле друга некие незримые силы. Подобные силы притяжения испытывают протоны и нейтроны в атомном ядре — говорит теория Юкавы. Они всё время перебрасываются мезонами, они могут без отдыха миллионы веков играть этим своеобразным, связывающим их «мячом». И вечно будет существовать окружающий нас мир, следуя этому мудрому закону природы.