Мировая линия Гамова

Георгию Антоновичу Гамову (4 марта 1904 г., Одесса - 20 августа 1968, Болдер, США) принадлежат три научных достижения самого высокого, "нобелевского" ранга в трех фундаментальных областях науки ХХ века - физике, космологии и генетике:

он открыл квантовую природу альфа-распада (1928);

построил теорию горячей Вселенной и на ее основе предсказал существование космического реликтового излучения (1946-1953);

разгадал структуру универсального генетического кода.

Первая из зтих работ была слелана до отъезда из России, две другие - в Америке, где он жил с 1934 года.

Специалисты и до сих пор высоко ценят множество других научных результатов, полученных Гамовым в астрофизике, ядерной физике и физике элементарных частиц. Он написал три научные монографии (все по ядерной физике), первая из которых была издана еще в Россиии, и кроме того сочинил 20 (!) научно-популярных книг, каждая из которых выходила десятками изданий на многих языках мира. В 1970 году в США вышла его последняя книга - неоконченная книга воспоминаний "Моя мировая линия: неформальная автобиография".

Первое событие на его мировой линии произошло ровно сто лет назад.

1. Его мировая линия

Вот как Гамов описывает обстоятельства своего появления на свет.

"Я был слишком большой и к тому же неправильно располагался в материнской утробе, так что консилиум докторов решил, что следующим утром меня разделят на части и по частям извлекут, чтобы спасти жизнь моей матери. Но тут кто-то по счастью вспомнил, что известный московский хирург снимает дачу у моря километрах в десяти от города. Его подняли с постели среди ночи и доставили в нашу квартиру вместе с черным докторским саквояжем. Кесарево сечение было сделано на письменном столе в кабинете моего отца, где все стены были в книжных полках (может быть, поэтому я сам написал так много книг)" .

Свою биографическую книгу Гамов начал писать незадолго до кончины и успел довести повествование до 1934 года, года отъезда из Европы в Америку. В книге веселые истории, которые он любил рассказывать "в небольшой компании друзей у камина после хорошего ужина", как он сам об этом говорил. Не исповедь и не серьезные раздумья о былом, а по большей части шутки о науке, о себе и о друзьях.

В СССР книга имелась, как предполагалось, в одном экземпляре и содержалась в спецхране Ленинской библиотеки. Она не была ни советская, ни анти-советская. Автор, правда, не скрывал от читателя, что не хотел бы, останься он в СССР, оказаться в сибирских лагерях за увлечение генетикой или недостаточное применение диалектического материализма в теоретической физике. Возможно, самой большой, с точки зрения тогдашних властей, дерзостью автора была параллель между Гитлером и Сталиным: "Как Гитлер разделил науки и искусства на две части - еврейскую и арийскую, так и Сталин выдумал, что бывает капиталистическая и пролетарская наука." Но для заключения под стражу в спецхран достаточно было уже и того, что автор - невозвращенец.

Я.Б.Зельдовичу (как трижды Герою, вероятно) позволили взять книгу из Ленинки на дом, и он, конечно, не удержался и давал читать ее и другим. Советские физики, которым удавалось побывать за границей, слышали о знаменитой книге от западных коллег и не упускали случая прочитать ее в тамошних библиотеках; некоторые привозили ксерокопии отдельных глав. Так что книгу здесь так или иначе знали задолго до того как в 1994 г., когда у нас отмечалось 90-летие Гамова (две большие научные конференции в Санкт-Петербурге и Одессе, статьи в массовой печати, мемориальная доска на здании Одесского университета и т.д.), "Моя мировая линия" появилась в русском переводе. Русское издание подготовил, снабдив авторский текст подробными комментариями и добавив результаты своих собственных важных разысканий, покойный Юрий Иванович Лисневский, первый биограф Гамова.

Мировая линия Гамова делится почти точно поровну между Россией и Америкой.

2. Одесса-Ленинград

Автобиографическую книгу Гамов посвятил памяти своих отца и матери. Антон Михайлович и Александра Арсеньевна (Лебединцева до замужества) служили преподавателями в одесских гимназиях; он был учителем русского языка и литературы, а она - истории и географии. Один дед Гамова, Арсений Лебединцев, был священником, к концу - протоиереем Одесского кафедрального собора, а другой дед, Михаил Гамов, был военным, и в пике своей армейской карьеры командовал Кишиневским гарнизоном.

Отец подарил мальчику микроскоп, и с помощью этого прибора Юра проделал одно научное исследование (возможно, первое в своей жизни), имевшее весьма дерзкий для внука священника характер. Он произвел микрокопический анализ "тела Христова", полученного в виде просфиры в церкви (и не съеденного, как полагается, а принесенного домой). Сравнив его с составом обычного хлеба, смоченного красным вином, он не обнаружил никакой разницы, во всяком случае, не увидел следов эритроцитов, которые должны бы присутствовать, по мнению юного исследователя, в крови господней. Еще раньше Юре был подарен и небольшой телескоп, в который он шестилетним мальчиком разглядывал комету Галлея.

В юности Гамов много читает, увлекается языками, математикой, физикой, в последних классах школы серьезно интересуется теорией относительности. В 1920 г. он становится студентом математического отделения физико-математического факультета Одесского университета (называвшегося тогда Новороссийским), а через два года переезжает в Петроград, научную столицу страны, запасшись на первое время некоторой суммой денег, вырученной Антоном Михайловичем от продажи фамильного серебра.

Гамов был неплохо подготовлен для дальнейшей учебы и при поступлении в Петроградский университет, на физико-математический факультет, заслужил весьма лесный отзыв о своих способностях и знаниях от профессора Г.М. Фихтенгольца, впоследствии автора самого известного отечественного курса математического анализа. Он вполне успешно учился, без труда сдавал экзамены. Из коротенького личного дела Гамов-студента, которое хранится в архиве Петербургского университета, можно узнать, что среди его экзаменаторов были выдающиеся ленинградские физики и математики - О.Д.Хвольсон, В.К.Фредерикс, В.И.Смирнов, Ю.А.Крутков, В.И.Павлов (сын великого физиолога).

Студентом Гамов еще и работал - сначала наблюдателем-метеорологом в Лесном институте, куда его устроил добрый знакомый отца по Одессе профессор В.Н. Оболенский, а потом преподавателем в 1-й Артиллерийской школе, где молодому человеку выдали военный мундир, - полковничий, как ему казалось, которым он очень гордился и в котором его можно видеть на нескольких любительских фотографиях той поры.

Счастливым подарком судьбы была для Гамова дружба в Петрограде-Ленинграде с талантливвыми физиками-теоретиками, превратившаяся затем еще и в плодотворное научное сотрудничество. Ядро большой компании молодых людей составляли вместе с Гамовым Дмитрий Дмитриевич Иваненко (1904-1996), приехавший в Петроград из Полтавы в 1922 г., и Лев Давидович Ландау (1908-1968), приехавший чуть позже из Баку. Их называли тремя мушкетерами под именами, которые они сохранили на всю жизнь, - Джо (или еще Джонни), Димус и Дау. В 1926 г. к ним присоединился Матвей Петрович Бронштейн (1906-1938); он был родом из Винницы и первые два курса учился в Киевском университете; друзья дали ему прозвище Аббат.

В круг прятелей входили в разные годы А.И.Ансельм, В.А.Кравцов, В.А.Амбарцумян, Ф.Ф.Волькенштейн, Л.Э.Гуревич, Н.А.Козырев, С.В.Измайлов, И.А.Кибель, Ю.Б.Харитон. У них тоже были "партийные клички"; например, Виктора Амазасповича Амбарцумяна звали Амбарчиком, а Льва Эммануиловича Гуревича - Мавром и Тигром. Ярко был представлен в компании и женский пол - Ирина Сокольская, Нина и Евгения Канегиссер (кузины известного террориста; Евгения стала позднее леди Пайерлс).

Первые научные публикации мушкетеров в известных журналах появились, когда они еще были студентами: Бронштейна - в 1925, а в 1926г. - трех других друзей (у Гамова две статьи - одна сольная и другая совместная с Иваненко). Их главные научные успехи были еще впереди. Самое яркое достижение Иваненко - догадка о том, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов (1932). Бронштейну принадлежит первая успешная попытка синтеза двух великих физических теорий ХХ века - квантовой механики и общей теории относительности. В результате он смог предсказать существование в природе гравитона, новой элементарной частицы (1936). Как фотон служит квантом электромагнитного поля, так гравитон - квантом волнового гравитационного поля. Экспериментально гравитон все еще не открыт, но никто, кажется, не сомневается, что он действительно существует. Что же касается научных достижений Ландау, многочисленных и хорошо известных, то, не перечисляя их, скажем просто вслед за Гамовым (беседа с И. Абрагамом в 1956 г.): Ландау - гений!

3. Первый успех

Одним из учителей Гамова в Петроградском университете был знаменитый космолог профессор Александр Александрович Фридман. В своих научно-популярных книгах, написанных спустя много лет в Америке, Гамов вспоминает, какое сильное впечатление произвели на него лекции Фридмана и его выступления на семинарах в университете. Он говорил, что воспринял современную космологию "еще тепленькой" прямо из рук ее творца. Через 20 с лишним лет в руках Гамова космология станет "горячей" (см. ниже).

Фридман сам себя считал математиком; он принадлежал к знаменитой петербургской математической школе, основанной Эйлером и взращенной П.Л. Чебышевым. Занимался главным образом теоретической метеорологией, был директором Геофизической обсерватории, сотрудничал, между прочим и с В.Н. Оболенским, знакомым отца Гамова. По космологии Фридман написал всего две научные статьи - но именно они и стали фундаментом всей современной науки о расширяющейся Вселенной. У него Гамов слушал курс общей теории относительности и предполагал затем специализироваться по космологии.

Ранняя смерть Фридмана в 1925 г. в возрасте всего 37 лет заставила Гамова изменить тему научных занятий. Он занялся квантовой механикой под руководством профессора Юрия Андреевича Круткова, ученика П. Эренфеста и университетского коллеги Фридмана. Это именно Крутков убедил Эйнштейна при личных встречах в Лейдене в 1923 г. в правильности фридмановской космологии, которую Эйнштейн, как известно, поначалу резко (и даже несколько высокомерно) отвергал.

Квантовая механика увлекла Гамова не меньше, чем космология. Эта наука еще только формировалась, принцип неопределенности, лежащий в ее фундаменте, был открыт и сформулирован В. Гейзенбергом только что, в 1927 году. Гамову повезло - университет посылает его на научную стажировку в Германию, в Институт теоретической физики в Геттингене, где молодым ассистентом был Гейзенберг, и 11 июня 1928 года Гамов туда приезжает. Он сразу включился в работу институтского семинара и вскоре представляет на нем свою новую работу. Это была теория альфа-распада, одного из самых загадочных явлений ядерной физики тех лет.

Гамов применил к атомному ядру квантовую механику и доказал, что альфа-частицы вылетают из ядра путем квантовомеханического туннелирования, просачиваясь сквозь потенциальный барьер (который удерживает частицы внутри ядра). Теория Гамова очень хорошо объясняла экпериментальные данные об альфа-распаде и прежде всего, эмпирический закон Гейгера-Нэттола, открытый еще в 1911 г. в лаборатории Резерфорда в Кембридже. Она позволила также дать оценку размеров атомных ядер. Радиус ядер, как оказалось, составляет по порядку величинны 10^-13см, что в сто тысяч раз меньше радиуса ятома водорода.

Эта работа получила необычайно высокую оценку Макса Борна (хотя, правда, и не сразу), а также Е. Вигнера, В. Паули и затем Бора и Резерфорда. Она сделала Гамова в его 24 года общепризнанным классиком теоретической физики.

Идея квантового туннелирования альфа-частиц, как видно, носилась в воздухе, и практически одновременно с Гамовым ее высказали (правда, в менее разработанном виде) английский физик Р. Герни и американец Э. Кондон. Позже в Штатах Гамов дружил с ними обоими.

После окончился стажировки в Гетингене, Гамов получил приглашение Бора поработать еще год в Копенгагене. Потом были поездки к Резерфорду в Кембридж и в Лейден к Эренфесту. В январе 1929 г. Гамов рассказал Эренфесту о своей идее рассматривать атомные ядра как капельки жидкости, обладающие поверхностным натяжением и способные испытывать "капилярные колебанния". Отсюда вытекало, в частности, что ядра могут испускать гамма-лучи, "сбрасывая" таким образом энергию своих колебаний. Кроме того, капельная модель ядра подсказывала возможность деления ядер; но это выяснилось 10 лет спустя благодаря работам Я.И. Френкеля, Н. Бора и А. Уилера. Вспоминая о капельной модели ядра в своем последнем интервью, данном историкам физики весной 1968 года, Гамов сказал: Я и сам мог бы тогда предсказать деление ядер, - если б был поумнее.

На родине с интересом и симпатией следили за научными успехами Гамова. Физики активно обсуждали и цитировали его статьи. Похвалила его и главная газета страны "Правда"; в ноябре 1928 года она писала: "24-летний аспирант ленинградского университета Г.А. Гамов сделал открытие, произведшее огромное впечатление в международной физике. Молодой ученый разрешил проблему атомного ядра". За этим сообщением в газете следовали нелепые вирши Демьяна Бедного, которые потом изустно передавались в более складном виде: