«НАУКА И ЖИЗНЬ»
Ежемесячный научно-популярный журнал
№ 3 март 2000
ЛЕКТОРИЙ
Физика на пороге XXI века
В январе 2000 года в Санкт-Петербурге прошла конференция «Российское естествознание на пороге третьего тысячелетия», организованная администрацией города и Международной Соросовской программой образования в области точных наук (ISSEP). Конференция, созванная специально для учителей общеобразовательных школ — число подобных конференций, проведенных за пять лет в 80 городах России, насчитывает без малого четыре сотни(!) — дала возможность непосредственного общения с величинами научного мира и коллегами из высших учебных заведений с тем, чтобы учителя из первых рук могли узнать о новейших достижениях в физике, химии, математике и биологии, услышать мнение ведущих ученых относительно свершенного в уходящем столетии и о путях возможного прорыва в будущем. И услышанное — пересказать ученикам.
Выступая на открытии конференции в Смольном с приветственным словом от имени Российской академии наук, ее вице-президент Ж. И. Алферов сказал, что, по его мнению, «будущее России определится не Богом и не верой в Бога, не верой в президента и его доброй волей, а научным потенциалом страны, развитием науки и образования». В этой связи помощь, которую американский меценат Дж. Сорос оказывал российской науке и образованию в трудное для них время, трудно переоценить. И дело тут не в сумме денег, потраченной за шесть лет существования программы ISSEP на те или иные гранты, а в том, что эти фанты выделялись не только (а точнее сказать, не столько даже) выдающимся ученым на проведение перспективных исследований, но в первую очередь преподавателям вузов, учителям общеобразовательных школ, лицеев, аспирантам, студентам — словом, тем, от кого зависит, чтобы не иссяк интерес к науке, чтобы «не прервалась связь времен». «И я надеюсь, — сказал в заключение Жорес Иванович Алферов, — что наша талантливая молодежь в XXI веке будет работать в подавляющем большинстве случаев в нашей стране».
Представляем вашему вниманию лекцию академика Ж. И. Алферова, члена редакционного совета журнала «Наука и жизнь», прочитанную в рамках Соросовской конференции в Петербурге. В ней дается обзор достижений физики — главной науки уходящего столетия, а также оцениваются ее перспективы в будущем веке.
Вице-президент РАН Ж. АЛФЕРОВ, директор Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе (г. Санкт-Петербург).
Работающему научному сотруднику чрезвычайно сложно, а скорее всего просто не под силу предсказать то, какой будет целая область науки в следующем столетии.
Это сподручнее сделать писателям-фантастам, и на замечательных романах Жюля Верна многие из нас выросли. Научный же работник обременен грузом реальных и конкретных знаний, которые не позволяют ему делать очень смелые предсказания. Хотя в свое время Альберт Эйнштейн разъяснил, как делаются крупные открытия. Он сказал, что подавляющее большинство людей знает, что это невозможно. Затем находится один человек, который не знает, вот он и делает открытие.
Поэтому большую часть своей лекции я посвящу тому, что произошло в физике за почти истекшее XX столетие, ну а в той области, в которой работаю сам, позволю себе некие экстраполяции.
Двадцатое столетие называют веком войн и социальных революций, что совершенно справедливо, и Россия здесь получила, как говорится, сполна, больше, чем многие другие страны. Но вместе с тем XX столетие называют еще и веком физики, и это тоже правильно. Но я бы назвал его веком квантовой физики, поскольку именно квантовая физика определила лицо уходящего века.
Недавно журнал «Тайм» провел опрос, кого из жителей планеты можно признать олицетворившим XX век, и титул человека столетия с подавляющим преимуществом получил Альберт Эйнштейн — основной создатель (если говорить об индивидуальностях) квантовой физики.
Но говоря о том, что наш век есть столетие квантовой физики, мы должны понимать, что произошло это отнюдь не случайно и что революционные изменения в естествознании формировались во второй половине XIX столетия и были связаны, как и всегда, с практической деятельностью человека. Вообще вся современная наука сравнительно молода: она насчитывает примерно лет триста, ибо основателями современного естествознания, современной физики можно считать Исаака Ньютона, Галелео Галилея и Рене Декарта. Они сформировали классическую механику и классическую физику.
В конце XIX столетия благодаря техническому прогрессу — и прежде всего распространению электрического освещения и развитию светотехники — возник кризис естествознания — потребовалось четко обосновать особенности спектров излучения нагретых тел. Из исследования этих особенностей и родилась, по большому счету, современная квантовая физика.
В 1900 году Макс Планк, твердо стоявший на позиции классической физики и не желавший от нее уходить, предложил для объяснения именно спектров излучения идею кванта.
Между прочим, я горжусь тем, что почти 50 лет своей жизни отдал работе в одном из самых замечательных научных учреждений Петербурга, России и мира — физико-техническом институте имени Абрама Федоровича Иоффе. А вот такое сочетание — физико-технический институт, насколько мне известно, впервые появилось в Германии в 80-е годы прошлого столетия, когда Вернер Сименс, создатель знаменитой одноименной фирмы, основал в Берлине институт, состоявший из двух отделов: физического и технического; физический занимался фундаментальными исследованиями, а технический — совершенствованием ламп накаливания. И вот в этом институте было очень много сделано для возникновения и обоснования квантовой теории.
Конечно, решающее слово было сказано Альбертом Эйнштейном, предложившим в 1905 году квантовое объяснение фотоэффекта. Именно за квантовую теорию фотоэффекта, а не за теорию относительности ему в 1922 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Потому что эта работа А. Эйнштейна сыграла ключевую роль в формировании квантовой теории.
Дальше я должен был бы назвать целый ряд блестящих имен, которым мы обязаны не только формированием квантовой физики, но и современным пониманием физических явлений: Поль Дирак, Вернер Гейзенберг, Морис де Бройль, Нильс Бор, Лев Давидович Ландау и многие, многие другие. Назвав эти имена, я хочу подчеркнуть, что квантовая физика в ее золотое время — 1920-1930-е годы — сформировала не только современную физическую теорию, но и современное научное мировоззрение людей, занимающихся естественными науками.
Именно физические методы исследования, физический подход способствовали взлету и развитию как химии, так и биологии.
А сейчас я хотел бы остановиться на открытиях — сугубо экспериментальных, — основанных на квантовой теории, которые, с моей точки зрения, не только определили научно-технический прогресс во второй половине XX века, по-новому объяснив многие вещи в физике, но и привели к масштабным социальным изменениям и во многом предопределили современное развитие как передовых стран, так и практически всего населения земного шара.
И первым из этих трех открытий в физике я бы назвал открытие деления урана под воздействием нейтронного облучения, сделанное О. Ганом и ф. Штрассманом в 1938 году.
Вообще первые десятилетия XX столетия (подчеркиваю, в экспериментальном отношении) были отмечены прежде всего работами в области ядерной физики, исследованиями радиоактивности, созданием современной теории атомного ядра. Но открытие деления урана предвиделось, я бы даже сказал, ожидалось, причем значительно больше, чем происшедшее в 80-е годы открытие высокотемпературной сверхпроводимости, и было оценено практически сразу. У нас, в Ленинграде, его оценили два выдающихся советских физика, сыгравших огромную роль и в развитии фундаментальной физики, и в нашем атомном проекте: Яков Борисович Зельдович и Юлий Борисович Харитон, которые выполнили блестящую работу по расчету цепных реакций на основе деления урана.