Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга) - Фридрих Гернек

Ленин писал об Эйнштейне как о великом преобразователе естествознания. Имя творца теории относительности и одного из создателей квантовой теории так же бессмертно, как имена Галилея, Кеплера и Ньютона. Он равен им научным величием и превосходит их глубиной постановки вопроса и общественной значимостью результатов своих исследований.

Научное величие Альберта Эйнштейна, по словам Томаса Манна, нефизики могут постичь лишь интуитивно. Но в памяти всех людей доброй воли гениальный естествоиспытатель останется жить как неустрашимый борец за истину, человеческое достоинство и мир между народами.

Слова, сказанные Эйнштейном о Кеплере, справедливы и по отношению к нему самому: "Он принадлежал к числу тех немногих людей, которые не могут не высказывать открыто своих убеждений по любому вопросу".

Эта основная черта его существа стала глубочайшим источником его мировой славы.

Макс Фон Лауэ

Открытие интерференции рентгеновских лучей

Макс фон Лауэ завоевал признание не обоснованием и не разработкой классической квантовой теории, как Планк и Эйнштейн, не был он и физиком-ядерщиком, как Жолио-Кюри, Ферми или Гейзенберг. Но открытие и объяснение им интерференции рентгеновских лучей, при помощи которой впервые оптическими средствами было показано расположение атомов в кристаллических решетках, оказалось настолько блестящим и глубоким вкладом в атомную физику, что исследователь уже только благодаря этому может быть поставлен в первый ряд физиков-первооткрывателей атомного века. То, что он был одним из самых решительных антифашистов среди немецких физиков, вызывает особый интерес к его жизни и деятельности.

Славу Лауэ принесло открытие интерференции рентгеновских лучей. За это открытие, которое он совершил весной 1912 года вместе со своими помощниками-экспериментаторами Вальтером Фридрихом и Паулем Книппингом, он получил в 1914 году Нобелевскую премию по физике - на много лет раньше своего учителя Макса Планка и своего друга Альберта Эйнштейна.

Но и в других областях Лауэ добился успехов и указывал направление исследований. Научные результаты его труда предстают перед нами в виде множества книг и более чем двухсот публикаций в специальных журналах. Сфера его интересов была обширна.

После интерференции рентгеновских лучей следует назвать область теории относительности.

В 1911 году Лауэ написал первую книгу "Принцип относительности": исчерпывающее изложение круга вопросов специальной теории относительности с критическим разбором отдельных работ, относящихся к данной теме. Десятилетие спустя он написал второй том, в котором излагалась общая теория относительности. Эта классическая работа неоднократно переиздавалась. Она способствовала распространению учения Эйнштейна и ускорила его понимание.

Уже одно опровержение возражений противников специальной теории относительности следует признать личным творческим вкладом Лауэ в ее формирование и становление. Этому в немалой степени содействовали его математические способности, которые, по мнению друзей и коллег, превосходили математическое дарование Планка.

Во время берлинской профессуры Лауэ специально работал над сверхпроводимостью - странным неожиданным исчезновением электрического сопротивления у некоторых металлов и полупроводников на пороге абсолютного нуля температур. Это явление было открыто в 1911 году в Лейдене голландским физиком Камерлингом-Оннесом, которому незадолго до этого удалось получить жидкий гелий. Таким способом можно было получить очень низкие температуры ниже 10° по Кельвину.

При помощи этого нового метода физических исследований Камерлинг-Оннес установил, что электрическое сопротивление ртути при понижающейся температуре не только постепенно падает - это было уже известно, - но примерно при 4° по Кельвину внезапно бесследно исчезает. Ниже этой "точки скачка" закон Ома перестает действовать. В сверхпроводящем ртутном кольце электрический ток пробегал с неослабевающей силой в течение нескольких дней.

Вскоре лейденский физик, удостоенный за свое открытие в 1913 году Нобелевской премии, обнаружил аналогичное явление у ряда других чистых металлов, таких, как олово и свинец. Однако температура, при которой это явление отмечалось, была различной.

В противоположность обычному электрическому току, подчиняющемуся закону Ома, ток в сверхпроводнике не проникает глубоко в тело проводника. Это было установлено в 30-х годах советскими физиками. В Германии исследованием этих вопросов занимался в Физико-техническом институте в Берлине Вальтер Мейснер. В 1933 году он открыл, что магнитное поле в сверхпроводнике ограничено очень тонким слоем под поверхностью, в то время как внутренняя часть достаточно толстого сверхпроводника свободна от поля.

"Мейснеровский эффект" вытеснения магнитного поля стал поворотным пунктом в истории исследования сверхпроводимости. Он обратил внимание физиков на то, что в случаях сверхпроводимости и обычной проводимости с точки зрения термодинамики следует говорить о двух качественно различных фазах одного и того же явления, как, например, об алмазе и графите, являющихся двумя различными ступенями формирования одного химического элемента - углерода.

Теоретическим объяснением и математическим разрешением этих трудных проблем обстоятельно занимался Макс фон Лауэ. В своей книге он дал свободное изложение теории сверхпроводимости, включив в нее дополнение, которое внес в теорию в 1935 году его ученик Фриц Лондон. Суть этого дополнения заключалась в привлечении электродинамики Максвелла к объяснению сверхпроводимости.

Лауэ удалось теоретически объяснить, почему электрическое сопротивление сверхпроводника, если его температура приближается к "точке скачка", в случае использования переменного тока снижается значительно медленнее, чем при использовании постоянного тока. Выдвигая свою теорию, Лауэ преследовал цель - дать объяснение явлений сверхпроводимости, подобное тому, которое выдвинул Максвелл, сформулировав свою теорию электромагнитного поля (в ее первоначальном виде) для обычных проводников и для непроводников.

В указанных трех областях физики ученый оставил заметный след и способствовал развитию науки. Следует назвать и четвертую сферу, к которой он проявлял интерес особенно в последние годы своей жизни: историю физики.

Среди работ Лауэ немало статей и воспоминаний о великих физиках прошлого и настоящего. Серия историко-биографических исследований открывается именами Галилея и Ньютона, затем следуют Гельмгольц, Герц, Рентген, Больцман, Планк, Вилли Вин, Зоммерфельд, Эйнштейн и, наконец, Ганс Гейгер, известный физик-атомщик, создатель счетчика элементарных частиц. Книга Лауэ "История физики", вышедшая в 1947 году, неоднократно переиздавалась и еще при жизни автора была переведена на семь иностранных языков, в том числе на японский, польский и русский.

"Радость видеть и понимать", которую Эйнштейн в одном из афоризмов назвал "прекраснейшим даром природы", была основной чертой характера Лауэ. "Наука, - писал один из его друзей, - была для него не работой или занятием, а частью его жизни. Она продолжала жить в нем даже ночью во сне".

При его природной деликатности и душевной уязвимости жизнь ученого была, по словам Лизы Мейтнер, "хотя и всегда содержательной, но не всегда легкой".

Макс фон Лауэ родился 9 октября 1879 года в Пфаффендорфе близ Кобленца. Он был одногодком Отто Гана и Альберта Эйнштейна и, подобно Генриху Герцу и Максу Планку, был сыном юриста.

Отец Лауэ несколько десятилетий работал в прусской военной администрации, имел чин генерала. В 1914 году он был возведен в дворянское звание. Волею обстоятельств в том же году Шведская Академия наук отметила его сына высшей наградой за научную работу.

Так как отец часто переезжал, Лауэ в детские и школьные годы жил во многих гарнизонных городах тогдашней Германской империи. Народную школу и начальные классы гимназии он посещал в Познани. В возрасте 12 лет в 1891 году вместе со своими родителями он жил некоторое время в Берлине. Здесь он впервые заинтересовался вопросами физики.

Общество по распространению естественнонаучных знаний "Урания" установило а своих помещениях на Таубенштрассе приборы для физических опытов, которые каждый посетитель после соответствующих объяснений мог сам приводить в действие. Эти установки пробудили у мальчика любознательность и влечение к технике. Доклады "Урании", посещения ее обсерватории на Инвалиденштрассе послужили толчком к размышлениям о естественнонаучных проблемах.

Выбор профессии был предрешен в последних классах гимназии в Страсбурге. Протестантская гимназия, которую он там посещал, была гуманитарным учебным заведением, где на первом плане стояли филологическо-исторические дисциплины, но ее директор понимал возрастающее значение естественных наук и способствовал развитию склонностей учащихся к естественным наукам.