Исаак Яковлевич Померанчук

Исаак Яковлевич Померанчук был выдающимся физиком-теоретиком, огромный диапазон интересов которого охватывал самый широкий круг вопросов, связанных с важнейшими направлениями развития современной физики. Большое место в его научном творчестве занимают фундаментальные исследования по физике низких температур. Работы Померанчука в этой области относятся к теории металлов, физике диэлектриков и теории бозе- и ферми-жидкости. Именно поэтому публикую я свои воспоминания об Исааке Яковлевиче Померанчуке в журнале «Физика низких температур».

Познакомился я с Исааком Яковлевичем ранней осенью 1935 года, когда он приехал в Харьков, чтобы работать у Л. Д. Ландау в Физико-техническом институте (УФТИ). Ландау в то время горел желанием расширить свой теоретический отдел за счет привлечения талантливых молодых людей — отовсюду, лишь бы люди были стоящие. К тому же стремился и Лев Васильевич Шубников, руководитель криогенной лаборатории УФТИ, близкий друг Льва Давидовича. В результате их совместных поисков из Ленинграда к ним в УФТИ приехали четверо студентов-дипломников, одним из которых был И. Я. Померанчук.

Дипломника Померанчука я увидел впервые в библиотеке УФТИ. Это была едва ли не первая в нашей стране библиотека со свободным доступом к книгам. У книжной палки мы и познакомились. Он мне сразу очень понравился — своей внешностью, манерой держаться; даже сильная близорукость придавала его облику характерное своеобразие. Тогда и началась наша дружба, которая длилась до самой смерти Исаака Яковлевича. Я его полюбил и быстро понял, что он особенный, выдающийся человек, для которого главное в жизни — наука, работа.

Ландау сразу оценил Померанчука, или — как он стал его называть — Чука. Да и как было его не оценить, если знаменитый теоретический минимум Ландау он сдал за несколько месяцев (рекорд, так и оставшийся никем не побитым)!

После сдачи молодым сотрудником теорминимума Ландау, во-первых, переходил с ним на «ты» и, во-вторых, давал тему для самостоятельной научной работы. У Чука такой темой было изучение электропроводности металлов и определение их термоэдс при очень низких температурах. Суть этой работы заключалась в учете взаимодействия между электронами, наряду с традиционным учетом взаимодействия электронов с колебаниями решетки, с произвольным законом дисперсии. Позже понятие электрона с произвольным законом дисперсии вроде бы переоткрыли заново. А на самом деле даже в те далекие времена боже упаси было появиться у Дау с расчетами, в которых электрон обладал квадратичной зависимостью энергии от квазиимпульса!

Померанчук прекрасно справился с поставленной задачей, эта работа (впоследствии опубликованная) стала его дипломной работой. Защитив ее в Ленинграде, он окончательно вернулся в Харьков, в УФТИ, к Ландау.

Нас тогда у Ландау было пятеро. Влияние Ландау было огромным. Мы его буквально боготворили, боялись упустить хотя бы одно сказанное им слово. Мы с Чуком ходили даже на лекции Дау по общей физике, которые он читал в университете. Назад, в УФТИ обычно возвращались втроем. По дороге Дау покупал большой кекс, который мы потом съедали в его кабинете. Мы обожали Ландау, были преданны ему безгранично. Чук как-то сказал, что за Ландау пошел бы на каторгу.

С теории металлов Чук был затем «переброшен» на квантовую электродинамику; перед ним и мной была поставлена задача о рассеянии света светом. Для Ландау было не важно, что мы были не сильны в квантовой электродинамике (того времени). Вопрос ставился просто: уравнение Дирака знаете? В чем же дело? Давайте, решайте свою задачу!

История усугубилась тем, что у Ландау половину задачи — и притом лучшую — «увели» Гейзенберг и Эйлер. Они раньше Ландау очень оригинально исследовали рассеяние света светом в области низких частот и даже нашли лагранжиан поля с учетом нелинейных эффектов. Ландау оставалось рассмотреть высокочастотную область. Это тоже была очень хитрая задача. Дело в том, что в то время не было подходящей теории возмущений, подобной нынешней, и расчеты не могли быть градиентно инвариантными. Между тем, Ландау во что бы то ни стало требовал градиентной инвариантности на всех этапах расчета. Это оказалось невозможным; возникали даже конфликты с Дау, задерживалась работа. В конце-концов Дау плюнул на градиентную инвариантность на промежуточных этапах и сказал: «Делайте расчеты, как хотите, — в конце концов она (градиентная инвариантность) обязательно проявится».

И вот мы получили первый результат: часть амплитуды рассеяния, не содержащая 4-импульсов фотонов, обращалась в нуль; 144 члена полностью сократились. Это означало, что мы не потеряли градиентной инвариантности. Ландау был страшно доволен. После этого мы вскоре нашли амплитуду при больших импульсах и малых углах рассеяния. Дау работа понравилась. Вместе с ним мы направили эту статью в журнал «Nature».

После окончания работы мы позволили себе небольшой отдых: ходили гулять в городской парк, заходили в душ и обязательно отправлялись на бесплатные концерты классической музыки, которую Чук очень любил. Чук прекрасно декламировал, я хорошо помню, как он читал о «неверной деве» из пушкинской «Черной шали». Изредка ходили в кино — помню, например, что мы вместе были на «Огнях большого города» Чаплина. А из душа в парке нас грозным стуком выгоняла собравшаяся очередь; оказывается, мы затевали научную дискуссию и, забывая о времени, «задерживали движение».

Я все больше восхищался Чуком, неповторимым своеобразием этого человека. И тем, как он в уме находил натуральные логарифмы, и тем, как он точно определял время по своим часам, в которых была только одна часовая стрелка.

После рассеяния света светом мы с Чуком начали работать над когерентным рассеянием γ-лучей атомными ядрами и сразу поняли, что третье приближение не должно давать вклад в амплитуду рассеяния, так как она не может зависеть от выбора знака заряда вакуумного электрона. Это есть проявление общеизвестной теперь — но еще не известной тогда — теоремы Фарри. Закончив расчеты в четвертом приближении, мы написали статью, одобренную Дау. Впоследствии, на Московской ядерной конференции, Ландау представил нас самих и наши работы самому Вольфгангу Паули, который отнесся к ним одобрительно. Эти работы интересны не только новизной физических результатов, но и интересным методическим результатом: бесконечности могут однозначно исключаться, исходя из требования градиентной инвариантности. Наши расчеты понравились также Виктору Вайскопфу, работавшему одно время в УФТИ.

В 1937 г. Л. Д. Ландау переехал в Москву, к П. Л. Капице в Институт физических проблем, Чук также уехал — в Москву, в Ленинград, снова в Москву. Встречаться нам стало сложнее, но общение продолжалось все время.

Разлучила нас война. Но в конце войны я был уже в Москве и работал в МЭИ. Чук связал меня с Игорем Васильевичем Курчатовым и всячески хлопотал, чтобы я работал у Курчатова; после (довольно канительного) оформления я был зачислен по совместительству в сектор Померанчука. Я был очень доволен и тем, что я снова с Чуком, и тем, что с нами и Дау, и мой брат, известный математик Наум Ильич, и тем, что наша работа нужна Курчатову, а значит, важна для страны.

Курчатов относился к нам превосходно. Мы часто по вечерам работали в его кабинете. А когда он уезжал в город, то по пути довозил нас до Кремля.

Круг интересов Померанчука был огромен. Нет ни одной области теоретической физики, кроме общей теории относительности, в которой бы он не работал. Удивительным было его умение вникать в суть каждой новой физической теории, в которой ему с успехом удавалось получать новые результаты. Поэтому огромно и его литературное наследие. Если взять три тома его научных статей, то в них вы найдете и физику низких температур, и нейтронную физику, и физику элементарных частиц, и физику фундаментальных взаимодействий. Он занимался и физикой металлов, и физикой диэлектриков, и проблемами квантовых жидкостей, и общей теорией рассеяния, и квантовой электродинамикой, и прохождением заряженных частиц через вещество, и космическими лучами, и магнитотормозным излучением, и теорией поля, и физикой странных частиц, и резонансами, и слабым взаимодействием, и периферическими взаимодействиями, и дифракционными процессами, и асимптотической физикой высоких энергий.

Конечно, рассказать в этом моем очерке обо всех работах Исаака Яковлевича в различных областях физики просто невозможно. Я упомяну только две наиболее фундаментальные работы. В первой из них, выполненной совместно с Л. Д. Ландау, говорится о том, что если строго находиться в рамках квантовой электродинамики, то физический заряд электрона будет равен нулю (теорема о нуль-заряде), а во второй работе доказывается равенство полных сечений взаимодействия нуклонов и антинуклонов при больших энергиях (теорема Померанчука).

Книга А.И.Ахиезера и И.Я.Померанчука, написанная в 1947 году и изданная в 2002 году

И. Я. Померанчук всегда очень остро ощущал, что важно на том или ином этапе развития физической науки. Это его качество было просто поразительным. В моем очерке о Померанчуке нет возможности да, пожалуй, и необходимости давать сколь-нибудь подробную картину научного творчества Померанчука, тем более, что это уже очень хорошо сделано В. Б. Берестецким в статье, помещенной в первом томе «Собрания научных трудов Померанчука». Я лишь назову ряд работ, выполненных ученым в области физики низких температур, а затем более подробно остановлюсь на том, что мы делали вместе с ним в московский период жизни Померанчука. Итак, в области физики низких температур он занимался исследованиями по теории металлов, физике диэлектриков, теории бозе- и ферми-жидкости. К теории металлов относятся исследования электропроводности при низких температурах, построение теории эффекта Шубникова — де Гааза в висмуте, исследование теплопроводности висмута, изучение изотопического эффекта в остаточном электрическом сопротивлении металлов и, наконец, исследование взаимодействия электронов проводимости в ферромагнетиках.

В работе по теории электропроводности металлов при низких температурах, которую он выполнил вместе с Л. Д. Ландау, было показано, что сопротивление металлов должно изменяться не по закону T⁵, а по закону T².

При исследовании влияния магнитного поля на электропроводность монокристаллов висмута при низких температурах И. Я. Померанчук в соавторстве с Б. И. Давыдовым изучал осцилляции в магнитосопротивлении висмута с учетом как электронов, так и дырок.

Исследование изотопического эффекта в остаточном электрическом сопротивлении металлов показало, что в кристалле без физических дефектов и химических примесей возникает благодаря наличию изотопов конечное остаточное электрическое сопротивление.

В работе о взаимодействии электронов проводимости в ферромагнетиках, которую мы делали вместе, речь шла о том, что в ферромагнетиках имеет место добавочное взаимное притяжение электронов проводимости, обусловленное обменом спиновыми волнами. В ней впервые указывалось на то, что при исследовании механизма сверхпроводимости необходимо учитывать не только взаимодействие электронов, обусловленное обменом фононами, но и те взаимодействия, которые обусловлены обменом и другими квазичастицами, как то: магнонами, плазмонами и др.

К теории диэлектриков относится ряд работ Померанчука по теплопроводности диэлектриков как при низких, так и при высоких температурах. В них показана необходимость учета столкновений с участием четырех фононов, без чего не возникает теплового сопротивления кристалла.

Выяснению роли парамагнитного энергетического спектра была посвящена работа о теплопроводности парамагнитных диэлектриков. Вместе с И. Я. Померанчуком мы работали и над тепловым равновесием между спинами и решеткой. Исследование привело к определению количества энергии, переходящей от решетки к спиновой системе, и к нахождению времени релаксации между ними.

И. Я. Померанчук вместе с Л. Д. Ландау внесли существенный вклад в теорию бозе-жидкости, исследовав движение посторонних частиц в ³Не. Они доказали, что никакие примеси, если только концентрация их достаточно мала, не могут участвовать в сверхтекучем движении Не.

В работе о влиянии примесей на термодинамические свойства и скорость второго звука в ³Не показано, что малые содержания примесей вызывают большие изменения как термодинамических свойств ³Не, так и скорости второго звука.

Работу о рассеянии нейтронов с энергией в несколько градусов в жидком ³Не мы с Исааком Яковлевичем тоже выполнили вместе. В ней показано, что рассеяние медленных нейтронов с энергией в несколько градусов при температурах ниже температуры точки перехода ничтожно мало.

К теории ферми-жидкости относятся работы об устойчивости ферми-жидкости и по теории жидкого ³Не, работы по теории рассеяния медленных нейтронов в ферми-жидкости и по теории возбуждения в ней нулевого звука (выполненные в соавторстве с А. И. Ахиезером и И. А. Ахиезером).

Однако, вернемся к московскому периоду жизни Померанчука и моим встречам с ним.

И. В. Курчатова тогда очень интересовала проблема рассеяния медленных нейтронов. Мы серьезно занялись рассеянием медленных нейтронов в кристаллах — как упругим, так и неупругим с поглощением и испусканием одного и многих фононов. Были изучены захват медленных нейтронов в кристаллах. Была установлена возможность появления «холодных» нейтронов (независимо от Ферми). Мы показали также, как происходит переход к рассеянию свободными ядрами, нашли функцию распределения нейтронов в кристаллах, дали теорию рефракции нейтронов.

Большое внимание мы уделили проблеме замедления нейтронов: нами была найдена функция распределения нейтронов по энергиям, детально изучен переход от кинетического к диффузионному приближению.

Вместе с Померанчуком мы построили теорию резонансного поглощения нейтронов в однородных средах. Как выяснилось в настоящее время, наши результаты совпадают с полученными позже результатами Вигнера.

Вместе с И. И. Гуревичем Померанчук построил также теорию резонансного поглощения нейтронов в гетерогенных средах. Все эти расчеты оказались необходимыми при создании ядерных реакторов.

В 1947 году мы написали довольно большую книгу (более 500 страниц) «Теория нейтронных мультиплицирующих сред». К сожалению, эта книга не могла быть издана. А причиной тому были соображения секретности, хотя, строго говоря, никаких секретов она не содержала. Нормальная наука, казалось бы, но все-таки придраться можно. Об одной такой курьезной «придирке» я хотел бы рассказать.

На какое-то время Померанчук по семейным обстоятельствам переехал из Москвы в Ленинград. Со всеми книжными делами я в Москве остался один, и вот однажды вызывают меня к генералу по спецработам. Он вынимает из кармана записную книжку и говорит: «В вашей рукописи содержится вот эта формула Δn = ∂n/∂t, откуда она у вас?» Я объясняю, что это стандартное диффузионное уравнение, хорошо известное всем физикам, записанное в форме, когда диффузионный коэффициент выбирается равным единице. Генерал спрашивает: «Но почему у вас те же обозначения, что и у меня в моих материалах?». Я отвечаю: «При всем желании в этом уравнении уже нельзя придумать другие обозначения». Мы распрощались, но я видел, что генерал не был удовлетворен моими разъяснениями. Возможно, он боялся, что публикация нашей книги раскроет какие-то секретные методы получения специнформации.

Однако некоторые общефизического характера и совершенно уже известные части рукописи Игорь Васильевич Курчатов разрешил опубликовать. Это были проблемы, относящиеся к общей теории ядра. Возник вопрос, какое название дать публикации. Назвать книгу «Теория ядра» мы не могли, так как всей теории ядра рукопись не содержала. И мы обратились за помощью к моему брату Науму Ильичу. «Какое название дать книге?» Он шутливо посоветовал не ломать голову, а взять пример со Сталина, который свою книгу назвал «Некоторые вопросы ленинизма», и назвать свою «Некоторые вопросы теории ядра». Так и решили. Рецензентами рукописи были Игорь Евгеньевич Тамм и Владимир Александрович Фок. Они дали прекрасные отзывы, и вот так в 1948 г. вышла наша первая монография «Некоторые вопросы теории ядра». Эта книга сыграла большую роль во время подготовки теоретиков-ядерщиков.

Наши работы в области рассеяния медленных нейтронов фактически явились отправной точкой для более поздних исследований, в ходе которых выяснилась возможность восстановления фононного спектра кристаллов по данным о рассеянии нейтронов.

По представлению Льва Давидовича Ландау и Михаила Александровича Леонтовича, книга «Некоторые вопросы теории ядра» была удостоена премии АН СССР им. Л. И. Мандельштама.

Нас интересовала также область больших энергий нейтронов. В этой области, как было показано Бором, Плачеком и Пайерлсом, наблюдается явление дифракции нейтронов, поглощаемых тяжелыми ядрами. Это явление аналогично дифракции света от поглощающего шарика.

Нам удалось обобщить эту теорию на случай быстрых протонов. Возникающая картина дифракции может быть названа дифракцией заряженных лучей.

Метод, который был развит нами, широко использовался во многих работах и получил название приближения Ахиезера-Померанчука-Блейера. Можно смело сказать, что роль Померанчука в создании теории ядерных реакторов была очень велика.

Дифракционным, или периферическим, взаимодействиям в дальнейшем был посвящен ряд работ И. Я. Померанчука с Е. Л. Фейнбергом, а также работа, выполненная с Л. Д. Ландау, в которой исследовалось излучение фононов при столкновении быстрых пионов с нуклонами.

В тот — курчатовский — период мы решили задачу, в которой впервые, исходя из очень общих предположений об аналитических свойствах амплитуды рассеяния, нашли возможные законы рассеяния медленных нейтронов ядрами.

Незабываемое время... Сейчас, когда все это оживает в моей памяти, становится очень грустно. Вспоминается Посвящение к гетевскому «Фаусту»: «Насущное уходит вдаль, а давность, приблизившись, приобретает явность».

Чук называл меня братом, сына моего — племянником и статьи свои (через много лет) дарил ему с надписью «дорогому племяннику».

Был недолгий период, когда Ландау «отлучил» Чука. Я тогда с семинаров Ландау отправлялся сразу к Чуку, в проезд Серова, рассказывал ему обо всем, что было на семинаре, и только потом возвращался к себе в Лефортово. Оба — и Чук, и Дау — тяжело переживали разрыв. Слава богу, разрыв был недолгим, вскоре все закончилось «мирным урегулированием».

После перехода Чука от Курчатова к Алиханову, я — оставаясь по совместительству на работе у Курчатова — возвратился в Харьков, в УФТИ к К. Д. Синельникову. Об этом просил меня сам Курчатов.

Начались мои систематические поездки в Москву; в Москве мы с Чуком часто встречались и проводили вместе почти столько же времени, сколько и в Харькове. Там, в Москве, мы вместе пережили тяжелые минуты — смерть И. В. Курчатова. Вместе с Чуком я стоял в Колонном зале в почетном карауле у его гроба.

Каждый мой приезд в Москву — и тогда, и позже — начинался с посещения Чука, и он был всегда рад мне. Появлялся Володя Берестецкий, и Чук учинял нам экзамен по «газетному материалу». Часто строгий экзаменатор ставил меня в пример Володе. Затем Чук поил меня чаем, очень крепким и очень горячим, который он заваривал каким-то ему одному известным способом. При этом он каждый раз шутил: «Смотри, стакан я тщательно продезинфицировал».

Начинались научные обсуждения, работа — и обязательная поездка к Ландау, чтобы «пробить» через него результаты, получить его одобрение.

И. Я. Померанчук был истинным рыцарем науки, и имя его навсегда останется в храме науки, о котором в свое время писал Эйнштейн, в храме, из которого можно многих изгнать без вреда для науки, и только некоторые должны в нем остаться. Одним из этих некоторых является И. Я. Померанчук.