Текст книги "Время вспять, или Физик, физик, где ты был"

Автор книги: Анатоль Абрагам

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 33 страниц)

*Конференция в Эдинбурге была организована Максом Борном (Max Born). Среди основателей квантовой механики Макс Борн стоит сразу после величайших физиков: Бора, де Бройля, Гейзенберга, Паули, Шредингера и Дирака. Кто не согласен со словами «сразу после» может заменить их на «среди». Его вклады в эту область науки многочисленны и значительны. Самым важным является вероятностное толкование волновой механики, согласно которому квадрат модуля волновой функции частицы в данной точке пространства представляет ее вероятность там находиться. На этом «невещественном» толковании волновой механики сильно настаивал Бор, и оно было принято всеми (кроме де Бройля, который сперва согласился, но позже отрекся). Оно носит название «копенгагенского», что по-моему несправедливо по отношению к Борну. Он был награжден Нобелевской премией только в 1954 году, намного позже своих славных младших коллег – Гейзенберга, Дирака и Паули. Когда Борн, чья математическая культура намного превышала скудные знания юного Гейзенберга, заметил ему, что его алгебра некоммутативных величин не что иное, как алгебра матриц, тот воскликнул: «Что, и это мне надо учить?!» До войны Борн тщетно пытался построить нелинейную электродинамику без расходимостей, на которую в 1938 году я все-таки успел истратить немного и своего драгоценного времени. В 1949 году волна современной теоретической физики прошла над ним, но он все еще руководил активной группой и разрабатывал так называемый принцип взаимности, из которого, к сожалению, ничего не вышло.*

Из нашей встречи в Эдинбурге я запомнил его доброе, благородное лицо и ласковую благожелательную манеру общения. К несчастью (не по моей вине), эта встреча была омрачена нелепым инцидентом, который помешал мне выразить ему свое глубокое уважение, о чем я мечтал. Я являюсь обладателем сомнительного рекорда по числу представлений Борну. Перед конференцией был прием, куда я явился одним из первых. Борн стоял у входа и тепло приветствовал меня. Несколько позже Александр Прока, который считал себя лидером молодой французской делегации, взял меня под руку и потащил представляться Борну. Борн улыбнулся мне, но не так ласково, как в первый раз. Это было до появления Мориса Прайса, с которым я работал уже год и который был женат на дочери Борна. Что могло быть нормальнее его желания представить тестю своего лучшего ученика (так он говорил, не я). Улыбка Борна при этом походила на гримасу. Но мы еще не испили чашу до дна. К концу приема я сидел на диване, сам по себе, весьма удрученный тем, что произошло, когда ко мне подсела жена Борна, милая пожилая дама со следами былой красоты. Заметила ли она мой невеселый вид или нет, не знаю, но она сама обратилась ко мне и расположила к себе умными и тактичными вопросами о жизни во время германской оккупации. И в это время рок повелел Борну, утомленному приемом, пройти мимо нас. «Макс, – позвала госпожа Борн, – поди сюда, я хочу тебя познакомить с молодым человеком из Франции». Борн закрыл лицо руками и выбежал из комнаты. «Он страшно устал», – сказала милая госпожа Борн, в оправдание странного поведения мужа.

В Эдинбурге я впервые услышал величайшего Нильса Бора. Я нахально уселся в первом ряду, не желая пропустить ни слова из того, что скажет великий человек; меня предупреждали, что его не легко понять. (Я слышал позже, что на международных конференциях, когда Бор говорил «по-английски», устраивали синхронный перевод на английский.) Он говорил всего несколько минут, низким гортанным голосом, скорее громким шепотом, отчеканивая каждую фразу и подчеркивая ее жестом потрясающей выразительности. Даже профан не мог упустить громадной важности заключений, которые он извлекал из сегодняшней сессии. Я не упустил важности, но я упустил смысл сказанного: я просто не понял ни слова. Когда аплодисменты умолкли, я обратился к своему соседу Розенфельду, физику бельгийского происхождения, сотруднику Бора, который говорил по-французски, по-английски, по-немецки, по-голландски, по-датски и «по-борски». «Что он сказал в своем заключении?» – «Он сказал, что у нас была длинная и интересная сессия, которая его лично очень заинтересовала, что, наверное, все очень устали и что в соседней комнате будет чай и кофе с печеньем».

Но кульминацией конференции был доклад Сесиля Пауэлла (Cecil Powell) о работе, которая положила конец долгим спорам и принесла ему Нобелевскую премию в следующем году.

*Кратко коснусь предмета этого спора. Японский физик Хидэки Юкава предложил еще до войны теорию ядерных сил, основанную на обмене тяжелыми частицами между нуклонами, по аналогии с теорией электромагнитных сил, которые обусловлены обменом квантами света, т. е. фотонами, между заряженными частицами. Бесконечному радиусу действия электромагнитных сил соответствует нулевая масса фотонов, а конечному радиусу ядерных сил – конечная масса квантов Юкавы. Вскоре после опубликования теории Юкавы заряженные частицы с массой приблизительно в двести электронных масс были обнаружены в космических лучах и приняты вначале за частицы Юкавы. Но легкость, с которой эти новые частицы, так называемые мюоны, проходили через вещество, исключала сильное взаимодействие с ядрами и их отождествление с частицами Юкавы.

В серии работ, замечательно остроумных и выполненных с большой тщательностью, пользуясь фотографическими эмульсиями для наблюдения космических частиц, Пауэлл определил настоящую природу частиц Юкавы, так называемых пионов. Он показал, что пион распадается на мюон и на нейтральную частицу с нулевой массой, названную нейтрино. Существование нейтрино было предложено Паули еще до войны, чтобы спасти сохранение энергии в бета-распаде. Эти задачи были далеки от моих собственных интересов в то время, но я не мог не увлечься ясностью мышления, красотой и простотой экспериментов, которые привели Пауэлла к открытию.*

Я храню фотографию участников эдинбургской конференции. Там в первом ряду сбоку смирно сидит Клаус Фукс, наш с Горовицем старый знакомый. Ему уже недолго ждать ареста. В середине царствует Борн. Во втором ряду стоит и посмеивается Бруно Понтекорво. Ему уже недолго пребывать на Западе. О нем я иногда задаю себе вопрос эпиграфа моей главы «Вторая служба», ответ на который я никогда не узнаю.

Париж и «сливки» физики

В 1950 году я участвовал в международной конференции по теоретической физике в Париже. С грустью гляжу на эту фотографию. Все юные представители французской теоретической физики, которых я тогда знал «средь радостных надежд, их не свершив еще для света», – где они теперь и что из них вышло? Исчез и мятежный гений Ричард Фейнман. Я никогда не забуду своего впечатления от его доклада на конференции о решении задач квантовой электродинамики. С тех пор как я начал оглядываться на зигзаги своего жизненного пути, я стал усердным читателем чужих автобиографий. Вот почему я набросился на ту, которую Фейнман написал или, вернее, наговорил в диктофон, под заманчивым заглавием «Вы шутите, мистер Фейнман» (Surely you are joking Mister Feynman). Признаюсь, я был разочарован. Я нашел книгу вульгарной, а не смешной. Я хотел бы крикнуть ему (но теперь поздно): «Это не вы, мистер Фейнман!» или как Сальери Моцарту: «Ты, Моцарт, не достоин сам себя». В 1950 году его юмор был более высокой пробы. Французский физик из преторианской гвардии «ослов», которые охраняли де Бройля от соприкосновения с внешним миром, прочел доклад о своей теории электродинамики, явно направленный против Фейнмана. Аудитория отозвалась гробовым молчанием. «Осел» обратился лично к Фейнману с просьбой оценить его работы. «No comment», – ответил Фейнман. Настойчивый «осел» добился у председателя разрешения повторить доклад по-английски, а затем снова обратился к Фейнману. «Pas de commentaires», – был ответ.

Кларендон и Чаруэлл

Оксфорд и Кембридж, то же ли это, что Рим и Карфаген, Афины и Спарта, Троя и Греция? Нет. Эти гордые центры культуры давно уже довольствуются соперничеством на водах Темзы и на лугах спортивных площадок. Это последствие того, что в международной политике называется разделом сфер влияния: гуманитарные науки – для одного центра, точные – для другого, или, как у них говорят, «Oxford for manners and marmalade, Cambridge for sausages and sums» (Оксфорду – манеры и апельсиновое варенье, Кембриджу – сосиски и вычисления).

В течение более полувека один человек играл решающую роль в этом разделе – Р. Б. Клифтон (R. B. Clifton) – «Доктора Ли профессор экспериментальной философии» (Dr Lee's Professor of Experimental Philosophy), заведующий кафедрой, которая еще и сегодня остается главной кафедрой физики Оксфордского университета. («Доктора Ли профессор» означает «занимающий кафедру имени доктора Ли». В шестидесятых годах мой друг профессор Блини, который занимал эту кафедру, навестил мою лабораторию КАЭ в Сакле (Saclay), где иностранцы при входе должны заполнить карточку. «Вас двое? – спросил вахтер. – Если вы Блини, то где Ли? А если вы Ли, где Блини?»)

В течение 50 лет, с 1870 по 1920, знаменитую Кавендишскую кафедру Кембриджа занимали Джемс Кларк, Максвелл, Лорд Рейли и Дж. Томсон. Неплохо. И все это время в Оксфорде царствовал Р. Б. Клифтон, имя которого даже в Оксфорде теперь никто не знает. В досье Р. Б. Клифтона на время занятия кафедры находились две публикации, но зато двадцать рекомендаций от таких личностей, как Бунзен, Кирхгоф, Стоке, Томсон (позже лорд Кельвин) и т. д., восхваляющих его как джентльмена и педагога, но замечательно сдержанных насчет его научных способностей. В течение его долгой и безоблачной карьеры у Клифтона была одна страсть – коллекционирование научных приборов, которые он с любовью полировал и хранил под замком, – и один страх – возможность пожара в его Кларендонской лаборатории, которая из-за этого запиралась на ключ каждый день уже с четырех часов. «А счастье было так возможно, так близко».

Одновременно с Клифтоном в Оксфордской кафедре была заинтересована личность покрупнее – Герман фон Гельмгольц. Были поддержка и сопротивление, с подробностями которых я не знаком, которые помешали Гельмгольцу стать кандидатом. Как сказал Паскаль: «Будь нос Клеопатры покороче, изменилось бы лицо мира». Но когда в октябре 1948 года я переступил порог Кларендона (так я впредь буду называть эту лабораторию), она давно перестала быть дворцом Спящей царевны, в которую ее превратил Клифтон. Царевичем, пробудившим ее, хотя прекрасным царевичем его никто бы не назвал, был Фредерик Линдеман, позже лорд Чаруэлл (Cherwell), советник Черчилля во время войны и его близкий друг, который заведовал «доктора Ли кафедрой» до 1956 года. Он был сильной личностью и вызывал у тех, кто с ним имел дело, порой непримиримую ненависть, а порой слепую преданность. Так как я сам имел с ним дело и так как, кроме роли в возрождении Кларендона, он сыграл роль в моей собственной судьбе, я хочу посвятить ему несколько строк.

До первой мировой войны и между войнами его научная карьера была приличной, но не более, в области, которая еще не называлась физикой твердого тела. Его высокую фигуру и физиономию, усатую в те времена, можно увидеть на фотографиях ранних Сольвеевских (Solvay) конгрессов. Он был другом Мориса де Бройля и частым гостем имения де Бройлей, что неудивительно, так как он был большим снобом и любил общаться с аристократами.

Два эпизода из его жизни рисуют совершенно противоречивые черты этой сложной личности. Его отец, выходец из Эльзаса, обосновался в Англии задолго до рождения сына. Сын же родился вне Англии, в Баден-Бадене, когда его мать путешествовала за границей. Справочник «Who's Who», который дает массу подробностей о его блестящей карьере, умалчивает о месте его рождения. Линдеман, который всю жизнь хотел себя чувствовать самым английским из англичан, никогда не мог простить своей матери, что она родила его вне Англии. А вот другой эпизод. Во время первой мировой войны, как научный работник, он был откомандирован на военную авиационную базу в Фарнборо (Farnborough). Летчики смотрели свысока, в прямом и в переносном смысле, на тех, кто «ползал» на земле. В те времена частой и нередко роковой аварией был, так называемый, штопор, в который попадал самолет. Линдеман проделал вычисления, из которых вывел неожиданное заключение: чтобы выйти из штопора, летчик должен был стараться войти в него еще сильнее. Можно себе представить, с каким презрением было встречено летчиками это предложение «ползающего», к тому же штатского человека. Тогда Линдеман научился летать, ввел свой самолет в штопор и вывел его из штопора своим методом. Все его биографы, даже те, которые настроены к нему весьма враждебно, подтверждают эту историю.

Интересно, как он обратил свои усилия, влияние и весьма большое состояние на возрождение физики в Оксфорде. После прихода Гитлера к власти он решил, что немецкие ученые еврейского происхождения могут представить настоящий клад для Великобритании. В роскошном автомобиле, «роллс-ройсе» или «мерседесе», он ездил в Германию и вывозил оттуда в Англию, в качестве ценного импорта физиков, которые затем в течение тридцати лет составляли главную опору Кларендона и работали с успехом на оборону. Их лидером был Франц Симон, позже сэр Френсис Саймон (Francis Simon). Вряд ли кто-нибудь, кроме него, имеет одновременно германский Железный Крест, (заслуженный во время первой мировой войны) и орден Командора Британской Империи (за заслуги в британской обороне во время второй). Саймон, крупный специалист в термодинамике, сыграл большую роль в изотопическом разделении урана-235 и был основателем Кларендонской школы физики низких температур. Он умер скоропостижно в 1957 году, через несколько месяцев после того, как унаследовал кафедру Чаруэлла.

Ученик Саймона, мой добрый друг Николас Курти (Nicholas Kurti), является пионером в области ядерного охлаждения. Среди его хобби на первом месте стоит гастрономия. Он нередко появляется на британском телевидении, демонстрируя свое кулинарное искусство и объясняя роль законов физики в приготовлении вкусной пищи. Нужно ли прибавлять, что он сам вдохновенный и искусный повар. Уроженец Венгрии, он один из лучших знатоков и блюстителей оксфордских традиций. Я заимствовал у него немало фактов, рассказанных здесь.

Добычей Чаруэлла можно считать и Курта Мендельсона, тоже крупного специалиста по низким температурам, и Генриха Куна, прекрасного спектроскописта. Могу назвать еще одного оксфордского спектроскописта – Джексона, который, однако, с предыдущими ничего общего не имеет. Он принадлежит к тому типу оригиналов, которые теперь в Англии вымирают. Во время войны Джексон служил в британской авиации. Однажды после доклада в Мюнхене его спросили, бывал ли он уже в Мюнхене. «В Мюнхене никогда, – ответил он любезно, – над Мюнхеном – да, имел удовольствие».

Но это еще далеко не все о Чаруэлле. Во время войны он давал Черчиллю советы, которые, как многие считают, были не всегда наилучшими. Непреклонный сторонник бомбардировки гражданского населения, Чаруэлл советовал бомбить предпочтительно рабочие кварталы, не из-за ненависти к рабочим, а потому что, во-первых, плотность населения была там гораздо выше, а во-вторых, потому, что, как он считал, для обороны рабочий класс важнее других.

Я обязан знакомому дону из «Иисуса» Джону Гриффитсу следующей историей о Чаруэлле, которая позволит бросить взгляд на странный мир английских «публичных школ» («Public Schools»), отнюдь не публичных. Эти школы – закрытые, весьма своеобразные учебные заведения, в которые нелегко попасть и где счастливые воспитанники приобретают то, что для британца важнее всего, чтобы преуспеть в жизни, а именно аристократическое произношение, по которому настоящий джентльмен узнается, чуть только откроет рот. В 1931 году Линдеман (еще не Чаруэлл) пригласил Эйнштейна в Англию, встретил его на пристани и повез в Оксфорд в своем «роллс-ройсе». Через некоторое время Эйнштейн, то ли из-за замечательной мягкости хода «роллс-ройса», то ли из-за недавнего морского путешествия, стал испытывать некоторую неловкость. Проезжали мимо Уинчестер-колледжа (Winchester College), одной из самых старинных «публичных школ», и Линдеман предложил Эйнштейну, чтобы размять ноги, осмотреть знаменитую школу. У входа их встретил главный привратник, и Линдеман объяснил, что он желает показать школу профессору Эйнштейну, который интересуется ее методами воспитания. Главный привратник был почтителен, но тверд. «Очень жаль, сэр, но это невозможно. Сегодня понедельник, и юные джентльмены заняты». Линдеман возмущенно спросил, знает ли он, что Эйнштейн – величайший ученый в мире. «Несомненно, сэр, если вы так говорите, но сегодня понедельник, и юные джентльмены заняты». Не подействовало на привратника и известие, что Линдеман – личный друг премьер-министра. Линдемац, чувствуя, что теряет престиж в глазах Эйнштейна, стал грозить привратнику, что доложит о нем его начальству. «Я исполняю приказания», – отвечал непоколебимый привратник. В отчаянии Линдеман сказал: «Здесь учится Джон Гриффите, сын моего знакомого (так оно и было). Я хотел бы передать ему привет от отца». – «А, вы знаете Джона Гриффитса, сэр? Одну минутку, я за ним пошлю, и он вам покажет школу».

Перехожу к моим собственным встречам с Чаруэллом. Первая произошла через несколько дней после моего приезда в Оксфорд. Я встретился с великим человеком при входе в холл Кларендона. Одет он был, как всегда: котелок и темный костюм, золотая часовая цепь через живот, серые гетры над штиблетами и туго свернутый зонт. Он остановился и заговорил со мной, что для него было необычным. Мне кажется теперь, что говорил он довольно долго. Надо сказать, что голос у него был низким и маловнятным. На лекциях его могли слышать только первые два ряда. Он говорил тихо и неразборчиво (бормотал). Если прибавить, что мое знание английского языка за год после Бирмингема улучшилось незначительно и что я очень робел, вам легко будет поверить, что я не понял ни слова (ни единого слова!) из того, что он мне сообщил. Он, очевидно, ожидал ответа, но я был способен только выразительно смотреть на него. Он тоже смотрел на меня. Не знаю, сколько времени длилось это молчание, но мне оно показалось вечностью. Затем он вышел, ничего больше не сказав. Через некоторое время воспоминание сгладилось. После этого я его часто видел в Кларендоне, но никогда больше с ним не разговаривал, если только можно назвать разговором нашу первую встречу.

Главная наша встреча произошла шесть-семь лет спустя. Она была косвенной, но имела неприятные последствия. В 1954 или 1955 году Блини написал мне, чтобы узнать, не согласился бы я занять Оксфордскую кафедру теоретической физики, которую Прайс только что оставил, если бы мне ее предложили. Он писал, что таковым было желание большинства физиков Кларендона, но что это только предварительное предложение, так как окончательное решение зависит не только от физиков. Я был удивлен и польщен и дал положительный ответ. В течение двух месяцев не было никаких известий, а затем пришло письмо, в котором он сообщал (без подробностей), что возникли затруднения и что дело даже не дошло до голосования. Двадцать лет спустя я узнал от него, в чем было дело. Всемогущий Чаруэлл наложил «вето» на мою кандидатуру, заявив: «Мы не можем взять человека его происхождения; это испортит наши отношения с Харуэллом» (Харуэлл (Harwell) – главный британский атомный центр, находящийся в двадцати пяти километрах от Оксфорда). Итак, если бы не каприз сатрапа, я был бы теперь заслуженным профессором Оксфордского университета, а не заслуженным профессором Коллеж де Франс. Рок решил за меня, и не так плохо. Как пела Эдит Пиаф, «Je ne regrette rien» («мне ничего не жаль»).

Я еще ничего не сказал о Прайсе, с которым я работал два года. Он говорил по-французски свободно, но довольно странно. По-английски же он говорил как английский профессор, типичный продукт «публичной школы» и университета. Мать его была француженкой, и говорить по-французски он научился с мальчишками во французской деревне, где проводил каникулы, говорил совершенно свободно, но не как профессор, а, скорее, как крестьянин. Впечатление было такое, как будто вместе с языком менялась и его личность, что производило на меня очень странное впечатление. Он не привык говорить о физике по-французски (как и я по-русски), и мы скоро перешли с ним окончательно на английский.

Хотя до сих пор это было малозаметно, наибольшая часть моего времени и моих усилий в течение двух лет была посвящена физике. Теперь пришла пора сказать несколько слов и о ней.

*ЭПР (Электронный Парамагнитный Резонанс)

ЭПР на протяжении многих лет был самой активной областью деятельности Кларендона. В нескольких словах и очень упрощенно вот его суть. Атом можно считать маленьким магнитом; у него есть полный магнитный момент, связанный с орбитальными угловыми моментами атомных электронов и с их внутренними угловыми моментами, так называемыми спинами. Спины связаны между собой, орбитальные моменты тоже, и, наконец, полный орбитальный момент связан с полным спином согласно правилам атомной физики и квантовой механики, составляя полный угловой момент. Полному угловому моменту соответствует полный магнитный момент. В сильном магнитном поле число ориентации магнитного момента, дозволенных квантовой механикой, конечно. Каждой ориентации соответствует своя энергия и частота, связанные друг с другом знаменитой постоянной Планка А. Это явление называется эффектом Зеемана, по имени голландского физика, который в конце прошлого столетия открыл его в оптических спектрах.

Чтобы перевести атом с уровня энергии El на ближайший уровень Е₂, необходимо передать ему энергию (Е₂ – Е₁), – связанную с частотой через постоянную Планка: (Е₂ – E₁)/h. Оказывается, что для магнитных полей порядка нескольких килогауссов, легко достижимых с помощью лабораторных электромагнитов, эти частоты совпадают с диапазоном микроволновых частот, т. е. частот радара. Часть аппаратуры радара, оставшейся после войны, попала в руки британских физиков. Когда я прибыл в Кларендон, Бребис Блини (Brebis Bleaney), самый блестящий из местных физиков, был как раз занят созданием Оксфордской школы парамагнитного резонанса, которая под его руководством господствовала в этой области более тридцати лет.

Необходимо напомнить, что атомное ядро в большинстве элементов тоже имеет магнитный момент, но очень малый, в тысячи раз меньший атомного момента. Для каждой ориентации атомного магнитного момента ядерный момент, в свою очередь, принимает конечное число ориентации. Это придает каждому атомному зеемановскому уровню более тонкую структуру, называемую ввиду ее малости сверхтонкой структурой. Эта сверхтонкая структура отражает взаимодействие между атомным и ядерным моментами, или, выражаясь иначе, магнитное поле, производимое электронами атома там, где находится ядро. Таким образом, ядро является микроскопическим зондом для изучения атомных волновых функций вблизи ядра, что и придает этому крошечному явлению такое значение.

Эти явления, очень простые для свободного атома (например, в атомарных парах) и известные еще до войны, становятся гораздо сложнее, но и гораздо интереснее для атома в веществе, находящемся в конденсированном состоянии, например в кристалле. Там межатомное взаимодействие приводит к глубоким изменениям волновых функций электронов, особенно внешних. В частности, магнетизм атомов (или ионов) становится анизотропным, т. е. зависящим от ориентации внешнего поля относительно осей кристалла.

Джон Ван Флек показал в тридцатых годах, что взаимодействия атомов можно описать с достаточной точностью моделью, в которой каждый атом ощущает фиктивное кристаллическое поле, симулируещее эффекты межатомных связей. С помощью этой модели Ван Флек и руководимая им группа успешно объяснили магнитные свойства элементов группы железа и редких земель. Явление парамагнитного резонанса было открыто русским физиком Завойским в 1944 году. Однако свое главное развитие оно получило благодаря трудам Блини и его коллег, которые смогли извлечь из своих измерений гораздо более подробную информацию, чем та, которая была доступна из статических измерений магнитной восприимчивости.[10]10
  Ученики Завойского – советские физики Альтшулер, Козырев и др. – внесли достаточно весомый вклад в эту область. – Примеч. ред.


[Закрыть]

В веществе, находящемся в конденсированном состоянии, встречается случай, когда два атома находятся так близко друг от друга, что их волновые функции перекрываются; из-за квантовой неразличимости электронов вопрос, которому из двух атомов принадлежит электрон, теряет смысл. Дирак показал, что для двух электронов, принадлежащих таким двум атомам, возможность обменяться положениями эквивалентна обмену ориентации их спинов; а это, в свою очередь, соответствует существованию между спинами скалярной связи так называемого обменного взаимодействия. Гейзенберг первый показал, что это обменное взаимодействие и является источником огромного феноменологического молекулярного поля, которое французский физик Пьер Вейсс (Pierre Weiss) предложил в начале столетия для объяснения ферромагнетизма.

Прайс предложил мне сделать теоретическую оценку величины J обменного взаимодействия между двумя ионами меди в кристалле сульфата. Существование этого взаимодействия изменяло форму ЭПР спектра этих ионов. Из наблюдаемого изменения можно было извлечь экспериментальную оценку величины J, и Прайс считал, что было бы интересно сравнить обе оценки. В первый раз в жизни, в тридцать три года (я часто говорю о своем возрасте потому, что это стало для меня навязчивой идеей), компетентный и добросовестный руководитель предлагал, может быть, не столь увлекательную, но не лишенную смысла задачу. Однако, всегда недовольный, я не был рад. Я сразу понял, что эта работа потребует нескольких месяцев прескучных вычислений, во время которых, как очень тактично дал мне понять Прайс, он сможет посвятить больше времени остальным аспирантам или своим собственным работам.*

Размышления о блестящей карьере Прайса не облегчали моего душевного состояния. Старше меня всего на два года, он заведовал одной из самых престижных кафедр Великобритании (той самой, к которой Чаруэлл закрыл мне дорогу семь лет спустя); он был широко известен своими довоенными, глубоко абстрактными работами, по теории поля и общей относительности и, во время войны, своей более или менее секретной атомной деятельностью.

Сверхтонкая структура

*Спасло меня от уныния открытие сверхтонкой структуры в кристалле, так называемых туттоновых (Tutton) медных солей. Открытие было сделано в октябре 1948 года Пенроузом (Penrose), товарищем Блини, который провел несколько месяцев в лаборатории известного голландского физика Гортера в Лейдене, благодаря блестящей идее: сильно разбавить в кристалле магнитные ионы меди немагнитными ионами цинка. Сверхтонкая структура ионов меди, которая при нормальной концентрации была скрыта магнитными взаимодействиями между ними, становилась ясно видной в разбавленном кристалле в виде четырех резонансных линий, соответствующих четырем возможным ориентациям ядерного спина меди. Четырем, потому что у ядерного спина меди, I = (3/2), имеются (2I + 1) = 4 возможные ориентации. Это было первым наблюдением сверхтонкой структуры в веществе в конденсированном состоянии.

Электронная структура иона меди в туттоновых солях была хорошо известна по прежним измерениям восприимчивости, дополненным опытами по ЭПР на концентрированных кристаллах, и казалось вполне возможным с помощью всех этих данных вычислить анизотропию сверхтонкой структуры в разбавленном кристалле. Прайс сделал предварительное вычисление на пресловутом «конверте», подсчитал анизотропию и получил «два к одному», что в сравнении с наблюдениями Пенроуза было качественно правильно, но количественно слишком мало. Прайс поручил мне улучшить его оценку, учитывая другие эффекты, о которых предполагалось, что их влияние невелико, как, например, спин-орбитальное взаимодействие (не стану распространяться о нем, чтобы не стать еще более непонятным).

Я принялся за работу с энтузиазмом и через несколько дней принес Прайсу результаты гораздо более полной теории. Прайсу понравилась изящность. Меньше ему понравились мои численные результаты. Я получил анизотропию «один к двум», т. е. меньшую единицы, а значит обратную той, которая наблюдалась на опыте. Изящность теории облегчила проверку, ошибки не было. У Блини, Прайса и у всех остальных – у меня в Кларендоне, у Пенроуза, Гортера и их сотрудников в Лейдене – оказалась в руках задача первой величины. Разгадку тайны задерживала еще внезапная болезнь Пенроуза в Лейдене, которая унесла его в мир иной несколько недель спустя. Открытие сверхтонкой структуры принадлежало Пенроузу, все данные его опытов были его частным сообщением Блини, и в течение долгих недель, пока он боролся со смертью, не было и речи о том, чтобы делать новые опыты в Кларендоне или публиковать мои странные результаты.

После кончины Пенроуза появилась краткая заметка в «Nature», подписанная им, а за ней другая, подписанная Прайсом и мною, подчеркивающая вопиющее расхождение между теорией и экспериментом. Расчет обменной константы J, предложенный мне Прайсом, канул в Лету, а создание удовлетворительной теории сверхтонкой структуры, которой пока не существовало, стало моей проблемой, подхода к решению которой никто не знал. После смерти Пенроуза его опыты были усовершенствованы и проведены на других солях меди, а также на соли кобальта. Повсюду та же таинственная анизотропия! Во всех этих солях все магнитные свойства, кроме сверхтонкой структуры, прекрасно объяснялись теорией кристаллического поля Ван Флека, параметры которой нельзя было изменять, потому что она прекрасно объясняла все остальные свойства. Я был одержим этим противоречием; думал о нем за письменным столом, за едой, нежась на солнце в «Parson's Pleasure».

Именно в этом противоречии и нашлось, наконец, решение. Какое свойство электронной оболочки могло так сильно изменить сверхтонкую структуру, не влияя на остальные магнитные свойства иона? Я пришел к ответу: электроны, находящиеся ближе других к ядру, так называемые S-электроны, были ответственны за эффект. Достаточно было добавить к общепринятой электронной конфигурации «щепотку» так называемой S-конфигурации, в которой один S-электрон извлекался с глубоко лежащей орбиты и переводился на внешнюю орбиту, как это приводило к желаемой анизотропии сверхтонкой структуры, не затрагивая других свойств иона. Практически достаточно было добавить один изотропный член к выражению для подсчитанной сверхтонкой структуры, член, полученный эмпирически, но один и тот же для всех солей меди, чтобы согласовать теорию с экспериментом. С помощью вычислительных средств, находящихся в моем распоряжении, я не мог подсчитать поправку теоретически, но смог показать, что порядок ее величины был вполне приемлемым.