С чего начиналось

Но в дореволюционной России на путях развития науки стояли многочисленные препятствия. Сравнительно слабо развитая промышленность, многие отрасли которой находились в руках иностранцев, не обеспечивала необходимых условий для научных исследований. В то время физика, как и многие другие науки, была представлена в России учёными-одиночками, которые благодаря своим исключительным талантам и энергии умели в чрезвычайно неблагоприятных условиях проводить замечательные исследования. Единственный тогда Физический институт (ныне Физический институт имени П.Н. Лебедева) был создан в 1912 году в Москве на частные пожертвования; он занимал небольшое помещение, испытывая нужду не только в денежных средствах, но и в самом необходимом оборудовании.

Так начиналась советская физика

История советской физики начинается сразу после Октябрьской революции. Период её становления приходится на трудные годы гражданской войны и разрухи, когда, казалось бы, научная жизнь должна была замереть, а учёные, занятые суровой борьбой за существование, прекратить всякую научную деятельность. В труднейших условиях гражданской войны и иностранной интервенции в разорённой стране рождалась советская наука и техника. Уже через два месяца после революции, в декабре 1917 года, В.И. Ленин писал: «Впервые после столетий труда на чужих, подневольной работы на эксплуататоров является возможность работы на себя, и притом работы, опирающейся на все завоевания новейшей техники и культуры» [5] . А в 1919 году в статье «Успехи и трудности Советской власти» В.И. Ленин указывал: «Нужно взять всю культуру, которую капитализм оставил, и из неё построить социализм. Нужно взять всю науку, технику, все знания, искусство. Без этого мы жизнь коммунистического общества построить не можем» [6] .

5

В.И. Ленин. ПСС, т. 35, с. 196

6

В.И. Ленин. ПСС, т. 38, с. 55,

Задачи, поставленные В.И. Лениным, вызвали огромный подъем, воодушевили учёных и помогли им преодолеть неслыханные трудности. В голоде, холоде, хозяйственной разрухе, в эпоху, которую мы теперь не можем назвать иначе, как героической, создавались новые институты, разрабатывались сложнейшие вопросы современной науки. В стране быстро возникали научно-исследовательские центры и лаборатории. Начали открываться институты, университеты. Рабочие и крестьяне приступили к изучению сложных наук, доступных ранее немногим избранным. 24 сентября 1918 года декретом Совета Народных Комиссаров РСФСР за подписью В.И. Ленина в Петрограде был создан Государственный институт рентгенологии, преобразованный затем в Физико-технический институт. В то же время был образован Оптический институт, а в ноябре 1921 года в Петрограде – Радиевый институт. В 1919 году под руководством П.П. Лазарева был организован Институт биологической физики, а при Московском университете – Магнитная лаборатория. Несколько позже, в 1922 году, при Московском университете начал работу Научно-исследовательский институт физики и кристаллографии. В эти же годы стала издаваться научная литература, появляются журналы «Успехи физических наук», «Труды Оптического института».

В феврале 1919 года в Петрограде был созван первый съезд физиков. В чрезвычайно трудных условиях первых лет революции советские учёные проводили большую исследовательскую работу. Приехавший из Голландии на IV Всесоюзный съезд физиков (1924 г.) известный физик-теоретик П. Эренфест заявил: «В Советской России много работают. И двигает их высокий мотив груда и творчества».

В.И. Вернадский ещё в феврале 1922 года писал: «Недалеко время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь как он захочет. Это может случиться в ближайшие годы, может случиться через столетие. Но ясно, что это должно быть. Сумеет ли человек воспользоваться этой силой, направить её на добро, а не на самоуничтожение? Дорос ли он до умения использовать ту силу, которую неизбежно должна дать ему наука? Учёные не должны закрывать глаза на возможные последствия их научной работы. Они должны себя чувствовать ответственными за последствия их открытий, Они должны связать свою работу с лучшей организацией всего человечества».

К началу тридцатых годов в Советском Союзе имелось уже несколько небольших научных центров, проводивших исследования как атомного ядра, так и радиоактивности. Стали восстанавливаться зарубежные научные связи и возникать новые. В науку пришли молодые учёные, закончившие уже советскую высшую школу. Наиболее интенсивно эти работы проводились в Ленинграде и Харькове. В Ленинграде директору Физико-технического института А.Ф. Иоффе удалось собрать группу талантливых учёных, внёсших наиболее существенный вклад в исследование атомного ядра. В то же время глубокие разработки по изучению радиоактивности, радиоактивных минералов страны, процессов радиоактивного распада и технологии извлечения радиоактивных элементов из природных источников интенсивно проводились в Государственном радиевом институте, где В.И. Вернадский создал отечественную школу радиохимиков, геохимиков и химиков-аналитиков. Работы этой школы учёных вошли в золотой фонд мировой науки и широко используются при получении урана, тория и других радиоактивных элементов.

Советские физики Л.И. Мандельштам и М.А. Леонтович разработали теорию радиоактивного распада, природа которого была до этого непонятна. И.Е. Тамм и Д.Д. Иваненко одновременно и независимо друг от друга создали количественную теорию ядерных сил. Эта теория получила широкое признание и считается в настоящее время единственной, объясняющей различные ядерные явления. Работы И.В. Курчатова и его учеников по изучению взаимодействия нейтронов с веществом дали ряд новых, принципиально важных результатов. Необходимость проведения значительного количества экспериментальных работ и получения более мощных источников излучения, более точных экспериментальных данных заставила учёных заняться и самой техникой экспериментирования. В 1932 году И.В. Курчатов приступил к разработке циклотронной установки, и в 1937 году в Государственном радиевом институте начал действовать первый в Европе циклотрон.

1932 год можно считать годом выделения ядерной физики как отдельной области физической науки в нашей стране. В этом году в Ленинградском физико-техническом институте был создан отдел ядерной физики. Фактическим его руководителем стал И.В. Курчатов. Для работы в отделе были приглашены работники других научных организаций, в частности несколько человек из Радиевого института. Одним из них был талантливый учёный Л.М. Мысовский, который разработал методы и приборы для измерения космического излучения. В частности, он предложил и создал оригинальный метод толстослойных фотоэмульсий, до настоящего времени чрезвычайно широко применяющийся во всех странах при изучении радиоактивности, космического излучения, ядерных процессов. «Каждый месяц, даже неделя 1932 года, «года чудес», исключительного по концентрации событий, приносил открытия или фундаментальные идеи, – пишет один из участников этих событий Д.Д. Иваненко. – В том году были открыты нейтрон, позитрон, тяжёлый водород, геомагнитный эффект космических лучей, построены первые ускорители протонов. Далее последовало открытие космических ливней и искусственной радиоактивности». «Великим трехлетием» называют учёные развитие физической науки в 1932-1934 годах.

Когда профессору Курчатову было тридцать лет

В 1933 году на II Всесоюзной конференции по атомному ядру советские учёные уже выступили с докладами по основным проблемам ядерной физики. К тому времени приоритет открытия ряда крупнейших физических явлений принадлежал отечественной науке, ею прокладывались оригинальные пути исследований, выдвигались новые теоретические идеи и создавались оригинальные методы постановки сложнейших экспериментов, На конференции присутствовала значительная группа иностранных учёных, в том числе несколько лауреатов Нобелевской премии. В работе конференции приняли участие известные французские учёные Ф. Жолио-Кюри, Ф. Перрен, один из крупнейших учёных Англии П. Дерек и итальянский учёный Розетти. Председателем оргкомитета конференции был И.В. Курчатов, которому в то время исполнилось только 30 лет, а учёным секретарём – Д.Д. Иваненко, который был на год моложе.

Годы примерно до 1938-го – это время интенсивного накопления научно-технического потенциала. В разных странах создавалось необходимое оборудование, разрабатывались методы проведения экспериментов и строились уникальные установки.

После открытия нейтрона в 1932 году начались интенсивные исследования действия нейтронного облучения на различные элементы. Опыты по облучению нейтронами урана проводились в 1934 году итальянским физиком Э. Ферми в Римском университете. Ферми полагал, что если облучать уран медленно движущимися нейтронами, то некоторые из них могут проникнуть в ядро и, возможно, там останутся, а в ядре может иметь место процесс с эмиссией из него какой-то лёгкой частицы, например электрона или позитрона, в результате чего появится новый элемент – тяжелее урана. Такие новые элементы должны будут находиться «за ураном» и относиться к трансурановым. Опыты Ферми оказались обнадёживающими, и эмиссия электронов из урана была зафиксирована. Вместе с тем результаты опытов были в целом неясны. Затем сходные эксперименты были поставлены другими исследователями, и результаты привели всех в замешательство. Ирэн Жолио-Кюри повторила опыт Ферми и, проведя тщательный анализ облучённого нейтронами урана, обнаружила в нем лантан. Да, лантан, находящийся в середине таблицы Менделеева! Откуда же он взялся?

Только через пять лет результаты этих опытов были правильно поняты, В начале 1939 года появилась первая ниточка, дававшая возможность выбраться из лабиринта непонятных, ставивших в тупик результатов облучения урана нейтронами, Немецкие физики О. Ган и Ф. Штрассман открыли в 1939 году деление ядер урана под действием нейтронов. Среди продуктов этого воздействия они затем нашли барий, расположенный в таблице Менделеева весьма далеко от урана. Казалось, не было никаких разумных оснований рассматривать его именно в качестве продукта воздействия на уран. Ведь все исследователи, проводившие такие опыты, ожидали появления некоего элемента, находящегося вблизи от урана, с близким атомным весом. Ган и Штрассман, опубликовав своё сообщение, одновременно поставили о том в известность австрийского физика Лизе Майтнер, начинавшую свою деятельность в Берлинском университете, в лаборатории Гана. Теперь же она вместе со своим племянником, талантливым физиком О. Фришем, находилась в Дании (куда они бежали из фашистской Германии), где работала в Физическом институте Н. Бора. Майтнер пришла в голову кардинальная мысль: может быть, уран, когда он поглощает нейтрон, делится на две примерно равные части? Этим можно объяснить появление бария, который составляет по массе около половины массы урана. Это означало бы, что, в соответствии с установленным А. Эйнштейном уравнением эквивалентности массы и энергии, при делении урана должна высвобождаться огромная энергия. Своё сообщение Майтнер опубликовала в феврале 1939 года в английском научном журнале. Но за две недели до того И. и Ф. Жолио-Кюри экспериментально доказали деление ядра урана под действием нейтрона на два осколка. Вставал практический вопрос: откуда взять нейтроны для промышленного получения энергии? Природные источники нейтронов маломощны. Но, даже при наличии мощных нейтронных источников, энергия, затраченная на получение нейтрона, будет больше энергии, выделяемой при реакции нейтрона с ядром урана. Тем самым идея использования атомной энергии пока не находила решения. В 1940 году советские физики К.А. Петржак и Г.Н. Флёров, изучая деление ядер урана, открыли новое явление – самопроизвольное их деление, при котором испускаются нейтроны [7] . При самопроизвольном делении ядер урана непрерывного процесса расщепления нет. Делятся лишь единичные ядра, нейтронов испускается очень мало. Следовательно, не может быть организовано промышленное получение атомной энергии. Как быть? И вот в том же, 1940 году советские физики Ю.Б. Харитон и Я.Б. Зельдович определили условия, необходимые для того, чтобы ядерный процесс шёл непрерывно, имея цепной характер. Требовалось использовать обыкновенную воду в качестве замедлителя при небольшом обогащении естественной смеси изотопов урана лёгким изотопом урана-235.

7

А. Алиханов. Проблемы физики атомного ядра, – «Известия», 1940, 20 ноября.

Когда оглядываешься назад и сопоставляешь научно-исследовательские учреждения СССР нынешнего времени с тем, что было в начале двадцатых и даже тридцатых годов, невольно склоняешь голову перед теми учёными-энтузиастами, которые тогда почти на пустом месте воздвигали величественное здание науки, удивляющее ныне мир своими открытиями и достижениями. В газете «Правда» 21 ноября 1933 года Д. Заславский в статье «От азбуки до атомного ядра» писал: «Неграмотна была вся дореволюционная Россия… В 1894 году во всей царской России грамотные составляли всего 23,3 процента. Это в среднем, а в Черниговской губернии грамотные составляли только 16,3 процента, в Подольской —10,5 процента, а в некоторых уездах Волынской – только 6,3 процента. И вот прошло менее сорока лет, и в 1933 году только в научно-исследовательских учреждениях Украины уже работают 5342 научных работника». В газете была опубликована фотография четырёх учёных: А.И. Лейпунского, К.Д. Синельникова, А.К. Вальтера и А.В. Шубникова, Самому старшему из этой четвёрки А.В. Шубникову было 38 лет. А остальные трое, ещё более молодые, уже создавали уникальную высоковольтную установку для опытов с атомным ядром. Первую в стране!