Кудрявцев Степанович - Курс истории физики

Теоретическая физика начала выделяться из физики в конце XIX в. М. Планк рассказывал, как настороженно встретили его, теоретика, в Берлине. Чистая теория казалась чем-то экстравагантным для физиков гельмгольцевской и кундтовской школы. Глубокий теоретик Больцман считал разделение физики на теоретическую и экспериментальную временным явлением. Однако усложнение задач физических исследований, возросшая роль теоретических обобщений привели к развитию теоретической физики за рубежом и у нас.

Следует отметить, что советская теоретическая физика явилась (как и вся физика, но теоретическая в особенности) детищем социальной и научной революции, и вождь Октябрьской революции В. И. Ленин, как мы знаем, подверг марксистскому анализу первый этап научной революции. Теория атома, теория относительности, статистическая физика усиленно разрабатывались и за рубежом и в Советской республике. Примечательно, что в Петрограде, находившемся в 1919 г. в полосе гражданской войны, Д. С. Рождественский посвятил свой, упоминавшийся нами доклад 15 декабря 1919 г. теории спектров атомов щелочных металлов, развивая идеи Бора. Доклад Рождественского привлек внимание Бора, и он упоминал о нем в своих работах.

Д. С. Рождественский был организатором и руководителем Атомной комиссии, начавшей свою работу в январе 1920 г. В заседаниях комиссии принимали участие не только физики, но и математики и механики. Так, комиссия слушала доклад известного механика, академика, будущего Героя Социалистического Труда Алексея Николаевича Крылова (1863—1945) «Некоторые замечания о движении электронов в атоме гелия»; механик и математик, работавший в области теории упругости, Николай Иванович Мусхелишвили, будущий президент Грузинской академии наук, делал доклад «Задача о движении электрона, притягиваемого к неподвижному центру (ядру) в постоянном электрическом поле». На заседании Атомной комиссии выступали с докладами математик Я. Д. Тамаркин, гидромеханик и метеоролог А. А. Фридман.

Модель атома Бора привлекала математиков и механиков своим сходством с планетарной системой. Методы Гамильтона — Якоби нашли в ней богатое поле приложения. В известной книге немецкого теоретика Арнольда Зоммерфельда «Строение атома и спектры» изложению этих методов было посвящено специальное дополнение. Книга другого немецкого математика, Макса Борна, «Лекции по атомной механике», вышедшая накануне создания квантовой механики, в значительной части была посвящена изложению метода Гамильтона—Якоби, каноническим преобразованиям и квазипериодическим системам. Все это было очень близко специалистам по классической механике и математической физике. В Петербурге со времен Эйлера это направление успешно развивалось в Академии наук, а затем и в Петербургском университете. Исследования по механике и математической физике оказали существенное влияние на развитие теоретической физики в Петербурге.

Одним из основателей советской теоретической физики был Юрий Александрович Крутков (1890—1952), начавший теоретическую работу в Оптическом институте. В «Трудах Оптического института» появилась его обширная статья по теории адиабатических инвариантов. «Гипотеза квантов, — писал Крутков в этой статье, — обладает той особенностью, что она, несмотря на почти двадцатилетнее существование, вовсе не получила общей формулировки, позволяющей прилагать ее к частным вопросам». Это очень точная характеристика тогдашней квантовой теории.

Гипотеза квантования не вытекала из каких-либо общих соображений, она вносилась в классическую механику как нечто внешнее. «В каждом отдельном случае, — продолжал Крутков, — физическому чутью исследователя предоставлен широкий или, вернее, почти полный произвол. Решение «адиабатической» задачи уменьшает этот произвол настолько, что во многих случах его можно считать исчезающим».

«Таким образом, — заключает Крутков, — наш метод, не давая, конечно «объяснения» гипотезе квантов, на что он и не может претендовать, дает ей твердое обоснование. Всякая попытка «квантовать» неадиабатические инварианты должна быть без всякого обсуждения отброшена».

Таким образом, развитый Ю. А. Крутковым вслед за П. С. Эренфестом, на которого он ссылается в своей статье, метод адиабатических инвариантов играл существенною роль в развитии квантовой теории до создания квантовой механики.

Проблема теории атома интересовала и другого ленинградского теоретика, работавшего в физико-техническом институте, — Якова Ильича Френкеля.

Я. И. Френкель. Яков Ильич Френкель родился в Ростове-на-Дону 10 февраля 1894 г. Обладая выдающимися способностями, он окончил Петербургский университет за три года (1913— 1916) и был оставлен при университете. Уже в 1917 г. он сдал магистерские экзамены, бывшие тогда камнем преткновения для начинающих ученых. В том же, 1917 г. Я. И. Френкель работает в семинаре А. ф. Иоффе (напомним, что Иоффе .не был связан с университетом) и публикует ряд статей на тему «Строение атома в свете радиоактивных излучений». Другой работой Френкеля того же года была статья «Об электрическом двойном слое на поверхности твердых тел». Эти две ранние работы как бы предопределили дальнейший научный путь Я. И. Френкеля. Он с успехом занимался атомной и ядерной физикой, проблемой электропроводности металлов и диэлектриков, молекулярной физикой и позднее атмосферным электричеством. Его большая научная работа в различных областях теоретической физики, доставившая ему мировую известность, сочеталась с многогранной педагогической и популяризаторской деятельностью.

С 1918 по 1921 г. Я. И. Френкель жил и работал в Крыму, где подвергался репрессиям со стороны белогвардейцев, захвативших Крым. Вернувшись в 1921 г. в Петроград, он начал работать теоретиком физико-технического института и преподавателем физико-механического факультета Политехнического института. Плодом его педагогической деятельности были известные учебники: «Курс векторного исчисления с приложениями к механике», «Электродинамика», «Волновая механика», «Статистическая физика».

Отметим одно существенное обстоятельство. В дореволюционной России оригинальные учебники для высшей школы имели ограниченный круг читателей, они обычно издавались литографским путем, как пособие для слушателей. Наиболее фундаментальными пособиями были иностранные книги. Так, до появления «Электродинамики» Френкеля и «Основ теории электричества» Тамма русские физики изучали теорию электричества по немецкому курсу Абрагама. Оригинальные русские учебники не были известны за границей. Я. И. Френкель «прорубил окно» не только в Европу, но и в Америку, где он читал лекции. Его «Электродинамика» вышла сначала на немецком языке, «Волновая механика»—на английском. Готовя русский текст, он обычно писал книги заново, расширяя и дополняя материал. Важной особенностью учебников Френкеля была их органическая связь с его собственными научными исследованиями. Это особенно отмечается в «Электродинамике», которой предшествовал цикл статей Френкеля по динамике точечных электронов. Вполне оправданным явилось включение ее в академическое собрание трудов Френкеля. Но и «Статистическая физика» и «Волновая механика» представляют по сути дела оригинальные научные труды Френкеля. Последняя его монография — «Кинетическая теория жидкостей» (1945) ныне считается основополагающим трудом по теории жидкостей.