Николай Николаевич Семёнов

 

 

(1896–1986)

 

Николай Николаевич Семёнов родился 3 (15) апреля 1896 года в Саратове, в семье Николая Александровича и Елены Дмитриевны Семёновых. Окончив в 1913 году реальную школу в Самаре, он поступил на физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета, где, занимаясь у известного русского физика Абрама Иоффе, проявил себя активным студентом.

Окончив университет в 1917 году, в год свершения русской революции, Николай был оставлен для подготовки к профессорскому званию. До весны 1918 года он работал в Петрограде.

Вот как писал о том времени в одной из своих автобиографий сам учёный:

«Будучи увлечён научной работой, я мало интересовался политикой и в событиях разбирался плохо. Весной 1918 года я поехал на каникулы к родителям в Самару, где меня и застал Чехословацкий переворот. Под влиянием окружившей меня мелкобуржуазной среды и известного доверия, которое питала в то время мелкая буржуазия к меньшевикам и эсерам (как известно, возглавлявшим самарский Комуч), я вступил добровольно в середине июля в так называемую народную армию самарской „учредилки“.

Я был назначен солдатом в артиллерийскую батарею, где в течение всего времени моего пребывания в „армии“ (длившемся около месяца) я выполнял обязанности коновода. Из этого месяца около трёх недель я провёл на фронте…

Воспользовавшись известием о тяжёлом состоянии отца (он вскоре умер), я в середине августа добился получения отпуска в Самару, устроил себе перевод во вновь формирующуюся Уфимскую батарею и, не заезжая в Уфу, проехал (в сентябре) прямо в Томск, дезертировал таким образом из белой армии. Томск в то время был единственным университетским городом Сибири, и я поехал туда, рассчитывая вновь отдаться научной работе. И действительно, профессор Вейнберг (сейчас служит в Ленинграде) тотчас же предоставил мне возможность научно работать в лабораториях Технологического института, а с декабря я стал также вести преподавание в университете при кафедре физики (профессор Поспелов).

За время пребывания в Томске я сделал несколько небольших, но зато совершенно самостоятельных научных работ. Я организовал при Технологическом институте постоянно действующий научный семинар и, наконец, также по собственной инициативе руководил научной работой и научным образованием кружка наиболее талантливой студенческой молодёжи.

В сентябре 1919 года я был мобилизован Колчаком и попал в качестве „нижнего чина“ в Томский артиллерийский дивизион, откуда благодаря хлопотам профессора Вейнберга и моим был переведён (в октябре 1919 года) в радиобаталисты и тотчас откомандирован оттуда в Технологический институт, где и продолжал научную работу.

После прихода в Томск Красной Армии (в декабре) я по ходатайству университета был окончательно отчислен из радиобатальона (уже перешедшего в состав красных войск) распоряжением коменданта Томска. После я продолжал научную и преподавательскую работу до мая 1920 года, когда по приглашению Государственного физико-технического и рентгенологического института я переехал на работу в Петроград».

Семёнов назначается заместителем директора Петроградского физико-технического института и руководителем лаборатории электронных явлений.

В 1921 году Семёнов женился на Марии Исидоровне Борейше-Ливеровской — яркой, талантливой женщине. Она была известным специалистом в области романской филологии, работала в Петроградском университете на кафедре В. М. Жирмунского, переводила Данте. Мария Исидоровна была намного старше Николая Николаевича и имела четверых детей. С самого начала этот непростой брак оказался омрачённым тяжёлой болезнью, обрушившейся на жену. Она скончалась в августе 1923 года, прожив с Николаем Николаевичем менее двух лет. Его тяжелейшую душевную драму смягчила и излечила племянница Марии Исидоровны, Наталия Николаевна Бурцева. Она стала женой Семёнова и матерью двух их детей — Юрия и Людмилы.

В то тяжёлое время в сотрудничестве с Петром Капицей Семёнов предложил способ измерения магнитного момента атома в неоднородном магнитном поле, описав экспериментальный процесс в статье, которая была опубликована в 1922 году. Этот метод был позднее успешно развит Отто Штерном и Вальтером Герлахом.

Затем Семёнов возвращается к проблеме ионизации газов, по-видимому, первой научной проблеме, которая его заинтересовала. Ещё будучи студентом университета, он опубликовал свою первую статью, в которой говорилось о столкновениях между электронами и молекулами. По возвращении из Томска Семёнов занялся более глубокими исследованиями процессов диссоциации и рекомбинации, в т. ч. потенциалом ионизации металлов и паров солей. Результаты этих и других исследований собраны в книге «Химия электрона», которую он написал в 1927 году в соавторстве с двумя своими студентами. Семёнов интересовался также молекулярными аспектами явлений адсорбции и конденсации паров на твёрдой поверхности. Проведённые им исследования вскрыли взаимосвязь между плотностью пара и температурой поверхности конденсации. В 1925 году вместе с известным физиком-теоретиком Яковом Френкелем он разработал всеобъемлющую теорию этих явлений.

Другая сфера интересов Семёнова в то время относилась к изучению электрических полей и явлений, связанных с прохождением электрического тока через газы и твёрдые вещества. Учёный, в частности, исследовал прохождение электрического тока через газы, а также механизм пробоя твёрдых диэлектриков (электрически инертных веществ) под действием электрического тока. На основании этого последнего исследования Семёнов и Владимир Фок, прославившийся своими работами в области квантовой физики, разработали теорию теплового пробоя диэлектриков. Это в свою очередь подтолкнуло Семёнова к проведению работы, которая привела к его первому важному вкладу в науку о горении — созданию теории теплового взрыва и горения газовых смесей. Согласно этой теории, тепло, выделяющееся в процессе химической реакции, при определённых условиях не успевает отводиться из зоны реакции и вызывает повышение температуры реагирующих веществ, ускоряя реакцию и приводя к выделению ещё большего количества тепла. Если нарастание количества тепла идёт достаточно быстро, то реакция может завершиться взрывом.

Вскоре после окончания этой работы в 1928 году Семёнов был назначен профессором Ленинградского физико-технического института, где он помог организовать физико-механическое отделение, а также ввёл обучение физической химии. По его настоянию и с помощью его коллег, заинтересованных в развитии физической химии, лаборатория физики электрона превратилась в 1931 году в Институт химической физики Академии наук СССР, и Семёнов стал его первым директором.

«В 1931 году был создан под моим руководством новый институт, и я смог его целиком укомплектовать своими учениками. Странно подумать, что в 1920 году, получив приказ организовать лабораторию в Физико-техническом институте, я был один, а всего через десять лет, в 1931 году, у меня уже был коллектив из 50 подготовленных мною хороших, активных учёных! Так быстро росли кадры во всех лабораториях Физико-технического института, да и во многих других институтах, организованных в стране на рубеже двадцатых годов.

Не надо думать, что наши 25-летние научные руководители тех лет были какими-то неполноценными людьми в науке. Нет, в те годы рост знаний и опыта у представителей талантливой молодёжи был поразителен. Все они к этому возрасту имели уже по несколько печатных работ, порою обладавших существенно пионерским значением в масштабе всей мировой науки. На эти работы широко ссылались в своих трудах иностранные учёные.

В нашей лаборатории были подготовлены основополагающие работы по теории разветвлённых химических цепных реакций, теории теплового взрыва, тепловой теории пробоя диэлектриков, теории молекулярных пучков, по первому применению масс-спектроскопии в химии и многие другие».

В 1929 году Семёнов был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, а в 1932 году стал академиком.

К этому времени Семёнов вёл глубокие исследования цепных реакций. Они представляют собой серию самоинициируемых стадий в химической реакции, которая, однажды начавшись, продолжается до тех пор, пока не будет пройдена последняя стадия. Несмотря на то что немецкий химик Макс Боденштейн впервые предположил возможность таких реакций ещё в 1913 году, теории, объясняющей стадии цепной реакции и показывающей её скорость, не существовало. Ключом же к цепной реакции служит начальная стадия образования свободного радикала — атома или группы атомов, обладающих свободным (неспаренным) электроном и вследствие этого чрезвычайно химически активных. Однажды образовавшись, он взаимодействует с молекулой таким образом, что в качестве одного из продуктов реакции образуется новый свободный радикал. Новообразованный свободный радикал может затем взаимодействовать с другой молекулой, и реакция продолжается до тех пор, пока что-либо не помешает свободным радикалам образовывать себе подобные, т. е. пока не произойдёт обрыв цепи.

Особенно важной цепной реакцией является реакция разветвлённой цепи, открытая в 1923 году физиками Г. А. Крамерсом и И. А. Кристиансеном. В этой реакции свободные радикалы не только регенерируют активные центры, но и активно множатся, создавая новые цепи и заставляя реакцию идти всё быстрее и быстрее. Фактический ход реакции зависит от ряда внешних ограничителей, например, таких как размеры сосуда, в котором она происходит. Если число свободных радикалов быстро растёт, то реакция может привести к взрыву. В 1926 году два студента Семёнова впервые наблюдали это явление, изучая окисление паров фосфора водяными парами. Эта реакция шла не так, как ей следовало идти в соответствии с теориями химической кинетики того времени. Семёнов увидел причину этого несоответствия в том, что они имели дело с результатом разветвлённой цепной реакции. Но такое объяснение было отвергнуто Максом Боденштейном, в то время признанным авторитетом по химической кинетике. Ещё два года продолжалось интенсивное изучение этого явления Семёновым и Сирилом Н. Хиншелвудом, который проводил свои исследования в Англии независимо от Семёнова, и по прошествии этого срока стало очевидно, что наш учёный был прав.

В 1934 году Семёнов опубликовал монографию «Химическая кинетика и цепные реакции», в которой доказал, что многие химические реакции, включая реакцию полимеризации, осуществляются с помощью механизма цепной или разветвлённой цепной реакции. В последующие десятилетия Семёнов и другие учёные, признавшие его теорию, продолжали работать над прояснением деталей теории цепной реакции, анализируя относительные опытные данные, многие из которых были собраны его студентами и сотрудниками. Позднее, в 1954 году, была опубликована его книга «О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности», в которой учёный обобщил результаты открытий, сделанных им за годы работы над своей теорией.

Служба у Колчака в свете последующих сталинских репрессий, видимо, часто держала Николая Николаевича в напряжении. Он не знал, что в 1937 году в Ленинграде было сфабриковано «университетское» дело о якобы существовавшей «фашистско-террористической организации». В эту организацию вместе с известными физиками (В. А. Фок, Л. Д. Ландау и др.) должен был войти и «заговорщик» Н.Н Семёнов, но, к счастью, ареста не последовало.

В годы войны Семёнов, как и многие советские известные учёные, эвакуировался в Казань. Здесь он работает над задачами, связанными с вопросами горения и взрыва. В 1943 году учёный переезжает в Москву, куда, согласно постановления правительства, был переведён Институт химической физики. Институт Семёнова принял активное участие в зарождающемся советском атомном проекте.

В конце сороковых годов Николай Николаевич подвергся отвратительной травле, когда группа негодяев от науки обвинила его в отсутствии патриотизма, «низкопоклонстве перед иностранщиной», даже в плагиате! Семёнова «спасла» от участи Капицы причастность к работам по урану — воистину сработал «урановый щит».

В 1956 году Семёнову совместно с Хиншелвудом была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследования в области механизма химических реакций». В нобелевской лекции Семёнов сделал обзор своих работ над цепными реакциями: «Теория цепной реакции открывает возможность ближе подойти к решению главной проблемы теоретической химии — связи между реакционной способностью и структурой частиц, вступающих в реакцию… Вряд ли можно в какой бы то ни было степени обогатить химическую технологию или даже добиться решающего успеха в биологии без этих знаний… Необходимо соединить усилия образованных людей всех стран и решить эту наиболее важную проблему для того чтобы раскрыть тайны химических и биологических процессов на благо мирного развития и благоденствия человечества».

После того как в 1944 году Семёнов был назначен профессором МГУ он продолжал публиковать свои работы по различным проблемам вплоть до восьмидесятых годов. Его объёмная работа по окислению паров фосфора не потеряла своей актуальности и сегодня, спустя много лет со дня её создания. Во время Второй мировой войны Институт химической физики переехал в Москву. Многие направления проводимых там исследований непосредственно связаны с первоначальными научными интересами Семёнова, хотя теперь они осуществлялись с помощью масс-спектрометрии и квантовой механики.

Даже в последние годы жизни Семёнов, по словам его коллег, оставался энтузиастом науки, творческой личностью, которую отличала бьющая через край энергия. Он был высок и худощав, любил охотиться и работать в саду, увлекался архитектурой.

Один из внуков А. Ю. Семёнов, доктор биологических наук, вспоминает:

«Деда Коля часто работал и в выходные дни, так что вся семья вместе собиралась только на обед или к вечеру за большим вращающимся столом.

Дед любил компанию и весёлое застолье. Часто на выходные или на праздники собирались многочисленные друзья, родственники и ученики — сотрудники созданного им Института химической физики. Не обладая хорошим слухом, дед, тем не менее, любил петь. Мне запомнилось, как он поёт песню „Эх, Самара-городок…“

Дед часто смеялся — негромко, но очень заразительно. Ещё чаще он щурился и улыбался в усы».

Умер Семёнов 25 сентября 1986 года в возрасте девяноста лет.

 

ЭНРИКО ФЕРМИ

 

 

(1901–1954)

 

«Великий итальянский физик Энрико Ферми, — писал Бруно Понтекорво, — занимает особое место среди современных учёных: в наше время, когда узкая специализация в научных исследованиях стала типичной, трудно указать столь же универсального физика, которым был Ферми. Можно даже сказать, что появление на учёной арене XX века человека, который внёс такой громадный вклад в развитие теоретической физики, и экспериментальной физики, и астрономии, и технической физики, — явление скорее уникальное, чем редкое».

Энрико Ферми родился 29 сентября 1901 года в Риме. Он был младшим из трёх детей железнодорожного служащего Альберто Ферми и урождённой Иды де Гаттис, учительницы. Ещё в детстве Энрико обнаружил большие способности к математике и физике. Его выдающиеся познания в этих науках, приобретённые в основном в результате самообразования, позволили ему получить в 1918 году стипендию и поступить в Высшую нормальную школу при Пизанском университете. Затем, по протекции доцента Физического института Римского университета сенатора Корбино, Энрико получил временную должность преподавателя математики для химиков в Римском университете. В 1923 году он получает командировку в Германию, в Гёттинген, к Максу Борну. Ферми чувствует себя не очень уверенно, и лишь большая моральная поддержка Эренфеста, у которого он был в Лейдене с сентября по декабрь 1924 года, помогла ему поверить в своё призвание физика. По возвращении в Италию Ферми с января 1925 года до осени 1926 года работает во Флорентийском университете. Здесь он получает свою первую учёную степень «свободного доцента» и, что самое главное, создаёт свою знаменитую работу по квантовой статистике. В декабре 1926 года он занял должность профессора вновь учреждённой кафедры теоретической физики в Римском университете. Здесь он организовал коллектив молодых физиков: Разетти, Амальди, Сегре, Понтекорво и других, составивших итальянскую школу современной физики.

Когда в Римском университете в 1927 году была учреждена первая кафедра теоретической физики, Ферми, успевший обрести международный авторитет, был избран её главой.

В 1928 году Ферми вступил в брак с Лаурой Капон, принадлежавшей к известной в Риме еврейской семье. У супругов Ферми родились сын и дочь.

Здесь, в столице Италии, Ферми сплотил вокруг себя несколько выдающихся учёных и основал первую в стране школу современной физики. В международных научных кругах её стали называть группой Ферми. Через два года Ферми был назначен Бенито Муссолини на почётную должность члена вновь созданной Королевской академии Италии.

В двадцатые годы было принято считать, что атом содержит два типа заряженных частиц: отрицательные электроны, которые обращаются вокруг ядра из положительных протонов. Физиков интересовало, может ли ядро содержать частицу, лишённую электрического заряда. Эксперименты по обнаружению электронейтральной частицы достигла кульминации в 1932 году, когда Джеймс Чедвик открыл нейтрон, в котором физики, в особенности Вернер Гейзенберг, почти сразу признали ядерного партнёра протона.

В 1934 году Фредерик Жолио и Ирен Жолио-Кюри открыли искусственную радиоактивность. Бомбардируя ядра бора и алюминия альфа-частицами, они впервые создали новые радиоактивные изотопы известных элементов. Это открытие вызвало широкий резонанс, и в короткое время был получен ряд новых радиоактивных изотопов.

Однако если бомбардировать атомы заряженными частицами, то для преодоления электрического отталкивания заряженные частицы необходимо разгонять на мощных и дорогих ускорителях. Налетающие электроны отталкиваются атомными электронами, а протоны и альфа-частицы — ядром так, как отталкиваются одноимённые электрические заряды. Ферми по достоинству оценил значение нейтрона как мощного средства инициирования ядерных реакций. Поскольку нейтрон не имеет электрического заряда, необходимость в ускорителях отпадает.

Весной 1934 года Ферми начал облучать элементы нейтронами. Это было неожиданно и смело. «Я помню, — писал О. Фриш, — что моя реакция и реакция многих других была скептической: эксперимент Ферми казался бессмысленным, потому что нейтронов было много меньше, чем альфа-частиц».

В первом сообщении, датированном 25 марта 1934 года, Ферми сообщил, что бомбардируя алюминий и фтор, получил изотопы натрия и азота, испускающие электроны (а не позитроны, как у Жолио-Кюри). Метод нейтронной бомбардировки оказался очень эффективным, и Ферми писал, что эта высокая эффективность в осуществлении расщепления «вполне компенсирует слабость существующих нейтронных источников по сравнению с источниками альфа-частиц и протонов». Ему удалось этим методом активизировать 47 из шестидесяти восьми изученных элементов.

Воодушевлённый успехом, он в сотрудничестве с Ф. Разетти и О. д'Агостино предпринял нейтронную бомбардировку тяжёлых элементов: тория и урана. «Опыты показали, что оба элемента, предварительно очищенные от обычных активных примесей, могут сильно активизироваться при бомбардировке нейтронами».

При бомбардировке урана — девяносто второго элемента, самого тяжёлого из встречающихся в природе, они получили сложную смесь изотопов. Химический анализ не обнаружил в ней ни изотопов урана, ни изотопов соседнего элемента (более того, результаты анализа исключали присутствие всех элементов с номерами от 86 до 91). Возникло подозрение, что экспериментаторам впервые удалось получить новый искусственный элемент с атомным номером 93. К неудовольствию Ферми директор лаборатории Орсо Корбино, не дожидаясь контрольных анализов, объявил об успешном синтезе девяносто третьего элемента. В действительности же Ферми не удалось его получить. Но он, сам того не зная, вызвал деление урана, расщепив тяжёлое ядро на два или большее число осколков и других фрагментов. Деление урана было открыто в 1938 году Отто Ганом, Лизе Майтнер и Фрицем Штрассманом.

Резерфорд с большим интересом следил за опытами Ферми. Ещё 23 апреля 1934 году он писал ему: «Ваши результаты очень интересны, и нет никакого сомнения, что в дальнейшем нам удастся получить больше сведений о действительном механизме этих превращений».

22 октября 1934 года Ферми сделал фундаментальное открытие. Поместив между источником нейтронов и активируемым серебряным цилиндром парафиновый клин, Ферми заметил, что клин не уменьшает активность нейтронов, а несколько увеличивает её. Ферми сделал вывод, что этот эффект, по-видимому, обусловлен наличием водорода в парафине, и решил проверить, как будет влиять на активность расщепления большое количество водородсодержащих элементов. Проведя опыт сначала с парафином, потом с водой, Ферми констатировал увеличение активности в сотни раз. Опыты Ферми обнаружили огромную эффективность медленных нейтронов.

Но, помимо замечательных экспериментальных результатов, в этом же году Ферми добился замечательных теоретических достижений. Уже в декабрьском номере 1933 года в итальянском научном журнале были опубликованы его предварительные соображения о бета-распаде. В начале 1934 года была опубликована его классическая статья «К теории бета-лучей». Авторское резюме статьи гласит: «Предлагается количественная теория бета-распада, основанная на существовании нейтрино, при этом испускание электронов и нейтрино рассматривается по аналогии с эмиссией светового кванта возбуждённым атомом в теории излучения. Выведены формулы из времени жизни ядра и для формы непрерывного спектра бета-лучей; полученные формулы сравниваются с экспериментом».

Ферми в этой теории дал жизнь гипотезе нейтрино и протонно-нейтронной модели ядра, приняв также гипотезу изотонического спина, предложенную Гейзенбергом для этой модели. Опираясь на высказанные Ферми идеи, Хидеки Юкава предсказал в 1935 году существование новой элементарной частицы, известной ныне под названием пи-мезона, или пиона.

Комментируя теорию Ферми, Ф. Разетти писал: «Построенная им на этой основе теория оказалась способной выдержать почти без изменения два с половиной десятилетия революционного развития ядерной физики. Можно было бы заметить, что физическая теория редко рождается в столь окончательной форме».

Между тем в Италии всё большую силу набирала фашистская диктатура Муссолини. В 1935 году итальянская агрессия против Эфиопии привела к экономическим санкциям со стороны членов Лиги Наций, а в 1936 году Италия заключила союз с нацистской Германией. Группа Ферми в Римском университете начала распадаться. После принятия итальянским правительством в сентябре 1938 года антисемитских гражданских законов Ферми и его жена, еврейка по национальности, решили эмигрировать в США. Приняв приглашение Колумбийского университета занять должность профессора физики, Ферми информировал итальянские власти о том, что он уезжает в Америку на полгода.

В 1938 году Ферми была присуждена Нобелевская премия по физике. В решении Нобелевского комитета говорилось, что премия присуждена Ферми «за доказательства существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами». «Наряду с выдающимися открытиями Ферми всеобщее признание получили его искусство экспериментатора, поразительная изобретательность и интуиция… позволившая пролить новый свет на структуру ядра и открыть новые горизонты для будущего развития атомных исследований», — заявил, представляя лауреата, Ханс Плейель из Шведской королевской академии наук.

Во время церемонии вручения премии, состоявшейся в декабре 1938 года в Стокгольме, Ферми обменялся рукопожатием с королём Швеции, вместо того чтобы приветствовать того фашистским салютом, за что подвергся нападкам в итальянской печати.

Сразу же после торжеств Ферми отправился за океан. По прибытии в Соединённые Штаты Ферми, как и всем эмигрантам того времени, пришлось пройти тест на проверку умственных способностей. Нобелевского лауреата попросили сложить 15 и 27 и разделить 29 на 2.

Вскоре после того, как семейство Ферми высадилось в Нью-Йорке, в США из Копенгагена прибыл Нильс Бор, чтобы провести несколько месяцев в принстонском Институте фундаментальных исследований. Бор сообщил об открытии Ганом, Майтнер и Штрассманом расщепления урана при бомбардировке его нейтронами. Многие физики начали обсуждать возможность цепной реакции. С целью осуществить цепную реакцию Ферми приступил к планированию экспериментов, которые позволили бы определить, возможна ли такая реакция и управляема ли она.

На переговорах с управлением военно-морского флота в 1939 году Ферми впервые упомянул о возможности создания атомного оружия на основе цепной реакции с мощным выделением энергии. Он получил федеральное финансирование для продолжения своих исследований. В ходе работы Ферми и итальянский физик Эмилио Сегре, бывший его студент, установили возможность использования в качестве «взрывчатки» для атомной бомбы тогда ещё не открытого элемента плутония. Хотя плутоний, элемент с массовым числом 239, ещё не был известен, оба учёных были убеждены в том, что такой элемент должен расщепляться и может быть получен в урановом реакторе при захвате нейтрона ураном-238.

В 1942 году, когда в США был создан Манхэттенский проект для работ по созданию атомной бомбы, ответственность за исследование цепной реакции и получение плутония была возложена на Ферми, имевшего с юридической точки зрения статус «иностранца — подданного враждебной державы». На следующий год исследования были перенесены из Колумбийского в Чикагский университет, в котором Ферми как председатель подсекции теоретических аспектов Уранового комитета руководил созданием первого в мире ядерного реактора, который строился на площадке для игры в сквош под трибунами университетского футбольного стадиона Стэгг-Филд.

Воздвигаемый реактор на техническом жаргоне называли «кучей», так как он был сложен из брусков графита (чистого углерода), которые должны были сдерживать скорость цепной реакции (замедлять нейтроны). Уран и оксид урана размещались между графитовыми брусками. 2 декабря 1942 года кадмиевые регулирующие стержни, поглощающие нейтроны, были медленно выдвинуты, чтобы запустить первую в мире самоподдерживающуюся цепную реакцию. «Было ясно, — писал впоследствии Джон Кокрофт, — что Ферми открыл дверь в атомный век».

Несколько позднее Ферми был назначен руководителем отдела современной физики в новой лаборатории, созданной под руководством Роберта Оппенгеймера для создания атомной бомбы в строго засекреченном местечке Лос-Аламосе (штат Нью-Мексико). Ферми и его семья стали гражданами Соединённых Штатов в июле 1944 года, а в следующем месяце они переехали в Лос-Аламос. Ферми был свидетелем первого взрыва атомной бомбы 16 июля 1945 года близ Аламогордо (штат Нью-Мексико). В августе 1945 года атомные бомбы были сброшены на японские города Хиросима и Нагасаки.

В конце войны Ферми вернулся в Чикагский университет, чтобы занять пост профессора физики и стать сотрудником вновь созданного при Чикагском университете Института ядерных исследований. Ферми был великолепным педагогом и славился как непревзойдённый лектор. Среди его аспирантов можно назвать Марри Гелл-Манна, Янга Чжэньнина, Ли Чжэндао и Оуэна Чемберлена. После завершения в 1945 году в Чикаго строительства циклотрона (ускорителя частиц) Ферми начал эксперименты по изучению взаимодействия между незадолго до того открытыми пи-мезонами и нейтронами. Ферми принадлежит также теоретическое объяснение происхождения космических лучей и источника их высокой энергии.

Человек выдающегося интеллекта и безграничной энергии, Ферми увлекался альпинизмом, зимними видами спорта и теннисом. Он умер от рака желудка у себя дома в Чикаго вскоре после того, как ему исполнилось пятьдесят три года — 28 ноября 1954 года. На следующий год в честь него новый, сотый элемент был назван фермием.

 

ВЕРНЕР ГЕЙЗЕНБЕРГ

 

 

(1901–1976)

 

Вернер Гейзенберг был одним из самых молодых учёных, получивших Нобелевскую премию. Целеустремлённость и сильный дух соперничества воодушевили его на открытие одного из наиболее известных принципов науки — принципа неопределённости.

Вернер Карл Гейзенберг родился 5 декабря 1901 года в немецком городе Вюрцбурге. Отец Вернера, Август, благодаря успешной научной деятельности сумел подняться до уровня представителей высшего класса немецкой буржуазии. В 1910 году он стал профессором византийской филологии Мюнхенского университета. Матерью мальчика была урождённая Анна Веклейн.

С самого рождения Вернера его семья твёрдо решила, что он тоже должен достичь высокого социального положения благодаря образованию. Полагая, что соперничество должно благоприятствовать достижению успеха в науке, отец провоцировал Вернера и его старшего брата Эрвина к постоянной конкуренции. В течение многих лет мальчики часто дрались, и однажды соперничество довело их до такой драки, что они били друг друга деревянными стульями. Повзрослев, каждый из них пошёл собственным путём: Эрвин уехал в Берлин и стал химиком, они почти не общались, не считая редких встреч в кругу семьи.

В сентябре 1911 года Вернера отдали в престижную гимназию. В 1920 году Гейзенберг поступил в Мюнхенский университет. Окончив его, Вернер был назначен ассистентом профессора Макса Борна в Гёттингенском университете. Борн был уверен, что атомный микромир настолько отличается от макромира, описанного классической физикой, что учёным нечего и думать пользоваться при изучении строения атома привычными понятиями о движении и времени, скорости, пространстве и определённом положении частиц. Основа микромира — кванты, которые не следовало пытаться понять или объяснить с наглядных позиций устаревшей классики. Эта радикальная философия нашла горячий отклик в душе его нового ассистента.

Действительно, состояние атомной физики напоминало в это время какое-то нагромождение гипотез. Вот если бы кому-нибудь удалось на опыте доказать, что электрон действительно волна, вернее, и частица и волна… Но таких опытов пока не было. А раз так, то и исходить из одних только предположений, что представляет собой электрон, по мнению педантичного Гейзенберга, было некорректно. А нельзя ли создать теорию, в которой будут только известные экспериментальные данные об атоме, полученные при изучении излучаемого им света? Что можно сказать об этом свете наверняка? Что он имеет такую-то частоту и такую-то интенсивность, не больше…

По теории квантов атом испускает свет, переходя из одного энергетического состояния в другое. А по теории Эйнштейна интенсивность света определённой частоты зависит от количества фотонов. Значит, можно было попытаться связать интенсивность излучения с вероятностью атомных переходов. Квантовые колебания электронов, уверял Гейзенберг, нужно представлять только с помощью чисто математических соотношений. Надо лишь подобрать для этого подходящий математический аппарат. Молодой учёный выбрал матрицы. Выбор оказался удачным, и скоро его теория была готова. Работа Гейзенберга заложила основы науки о движении микроскопических частиц — квантовой механики.

В ней вообще не говорится ни о каком движении электрона. Движения в прежнем смысле этого слова не существует. Матрицы описывают просто изменения состояния системы. Потому спорные вопросы об устойчивости атома, о вращении электронов вокруг ядра, о его излучении отпадают сами собой. Вместо орбиты в механике Гейзенберга электрон характеризуется набором или таблицей отдельных чисел вроде координат на географической карте.

Надо сказать, что матричная механика появилась весьма кстати. Идеи Гейзенберга подхватили другие физики, и скоро, по выражению Бора, она приобрела «вид, который по своей логической завершённости и общности мог конкурировать с классической механикой».

Впрочем, было в работе Гейзенберга и одно удручающее обстоятельство. По его словам, ему никак не удавалось вывести из новой теории простой спектр водорода. И каково было его удивление, когда некоторое время спустя после опубликования его работы… «Паули преподнёс мне сюрприз: законченную квантовую механику атома водорода. Мой ответ от 3 ноября начинался словами: „Едва ли нужно писать, как сильно я радуюсь новой теории атома водорода и насколько велико моё удивление, что Вы так быстро смогли её разработать“».

Почти в то же самое время теорией атома с помощью новой механики занимался и английский физик Дирак. И у Гейзенберга, и у Дирака вычисления носили крайне абстрактный характер. Никто из них не уточнял сущность употребляемых символов. И лишь в конце вычислений вся их математическая схема давала правильный результат.

Математические аппараты, которыми пользовались Гейзенберг и Дирак при разработке теорий атома в новой механике, были для большинства физиков и непривычны, и сложны. Не говоря уже о том, что никто из них, несмотря на все ухищрения, не мог свыкнуться с мыслью, что волна — это частица, а частица — волна. Как представить себе такого оборотня?

Работавший в то время в Цюрихе Эрвин Шрёдингер подошёл к проблемам атомной физики совершенно с другой стороны и с другими целями. Его идея состояла в том, что любую движущуюся материю можно рассматривать в виде волн. Если это верно, то Шрёдингер превращал основы матричной механики Гейзенберга в нечто совершенно неприемлемое.

В мае 1926 года Шрёдингер опубликовал доказательство того, что эти два конкурирующих подхода по существу математически эквивалентны. Гейзенберг и другие приверженцы матричной механики сразу же начали борьбу в защиту своей концепции, причём с обеих сторон она принимала всё более эмоциональную окраску. В защиту этого подхода они поставили на карту своё будущее. Шрёдингер же рисковал своей репутацией, отказываясь от признания кажущихся иррациональными понятий дискретности и квантовых скачков и возвращаясь к физическим закономерностям непрерывного, причинно обусловленного и рационального волнового движения. Ни одна из сторон не желала пойти на уступки, что означало бы признание профессионального превосходства противников. Сама суть и будущее направление развития квантовой механики внезапно стали предметом спора в научном мире.

Этот раздор в дальнейшем усилился в связи с появлением карьерных амбиций со стороны Гейзенберга. Всего за несколько недель до того, как Шрёдингер опубликовал доказательство эквивалентности обоих подходов, Гейзенберг отказался от должности профессора в Лейпцигском университете, отдав предпочтение сотрудничеству с Бором в Копенгагене. Скептически настроенный Веклейн, дед Вернера, поспешил в Копенгаген, чтобы попытаться отговорить внука от принятого им решения; именно в этот момент появилась работа Шрёдингера об эквивалентности обоих подходов. Возобновившееся давление Веклейна и брошенный Шрёдингером вызов фундаментальным основам матричной физики заставили Гейзенберга удвоить усилия и попытаться сделать работу на таком высоком уровне, чтобы она получила широкое признание у специалистов, и в конечном итоге обеспечила бы получение места на какой-либо другой кафедре.

Однако по крайней мере три события, происшедшие в 1926 году, вызвали у него ощущение огромной пропасти между его идеями и точкой зрения Шрёдингера. Первое из них — цикл лекций, прочитанный Шрёдингером в Мюнхене в конце июля и посвящённый его новой физике. На этих лекциях молодой Гейзенберг доказывал переполненной аудитории, что теория Шрёдингера не объясняет некоторых явлений. Однако он не сумел никого убедить и покинул конференцию в подавленном состоянии. Затем на осенней конференции немецких учёных и врачей Гейзенберг стал свидетелем полной и, с его точки зрения, ошибочной поддержки идей Шрёдингера.

Наконец, в Копенгагене в сентябре 1926 года между Бором и Шрёдингером разгорелась дискуссия, в которой ни одна из сторон не добилась успеха. В итоге было признано, что никакую из существующих интерпретаций квантовой механики нельзя считать вполне приемлемой.

Движимый в своей работе разными мотивами — личными, профессиональными и научными, — Гейзенберг в феврале 1927 года неожиданно дал нужную интерпретацию, сформулировав принцип неопределённости и не сомневаясь в его правильности.

В письме к Паули от 23 февраля 1927 года он приводит почти все существенные подробности представленной ровно через месяц статьи «О квантовотеоретическом истолковании кинематических и механических соотношений», посвящённой принципу неопределённости.

Согласно принципу неопределённости, одновременное измерение двух так называемых сопряжённых переменных, таких как положение (координата) и импульс движущейся частицы, неизбежно приводит к ограничению точности. Чем более точно измерено положение частицы, тем с меньшей точностью можно измерить её импульс, и наоборот. В предельном случае абсолютно точное определение одной из переменных ведёт к полному отсутствию точности при измерении другой.

Неопределённость — это не вина экспериментатора: она является фундаментальным следствием уравнений квантовой механики и характерным свойством каждого квантового эксперимента. Кроме того, Гейзенберг заявил, что пока справедлива квантовая механика, принцип неопределённости не может быть нарушен. Впервые со времён научной революции ведущий физик провозгласил, что существуют пределы научного познания.

Совместно с идеями таких светил, как Нильс Бор и Макс Борн, принцип неопределённости Гейзенберга вошёл в логически замкнутую систему «копенгагенской интерпретации», которую Гейзенберг и Борн перед встречей ведущих физиков мира в октябре 1927 года объявили полностью завершённой и неизменяемой. Эта встреча, пятая из знаменитых Сольвеевских конгрессов, произошла всего несколько недель спустя после того, как Гейзенберг стал профессором теоретической физики в Лейпцигском университете. Будучи всего двадцати пяти лет от роду, он стал самым молодым профессором в Германии.

Гейзенберг впервые представил чётко сформулированный вывод о наиболее глубоком следствии из принципа неопределённости, связанном с отношением к классическому понятию причинности.

Принцип причинности требует, чтобы каждому явлению предшествовала единственная причина. Это положение отрицается принципом неопределённости, доказываемым Гейзенбергом. Причинная связь между настоящим и будущим теряется, а законы и предсказания квантовой механики имеют вероятностный, или статистический, характер.

Гейзенбергу и другим «копенгагенцам» потребовалось совсем немного времени, чтобы донести отстаиваемое ими учение до тех, кто не посещал европейских институтов. В Соединённых Штатах Гейзенберг нашёл особенно благоприятную среду для обращения в свою веру новых сторонников. Во время совместного с Дираком кругосветного путешествия в 1929 году Гейзенберг прочёл в Чикагском университете оказавший огромное влияние на слушателей курс лекций по «копенгагенской доктрине». В предисловии к своим лекциям Гейзенберг писал: «Цель этой книги можно считать достигнутой, если она будет содействовать утверждению копенгагенского духа квантовой теории… который указал дорогу общему развитию современной атомной физики».

Когда «носитель» этого «духа» вернулся в Лейпциг, его ранние научные труды были широко признаны в той области профессиональной деятельности, которая обеспечивала ему высокое положение как в обществе, так и в науке. В 1933 году одновременно со Шрёдингером и Дираком его работы получили высшее признание — Нобелевскую премию.

В течение пяти лет в Институте Гейзенберга были созданы важнейшие квантовые теории твёрдокристаллического состояния, молекулярной структуры, рассеяния излучения на ядрах и протон-нейтронной модели ядер. Совместно с другими теоретиками они сделали огромный шаг в сторону релятивистской квантовой теории поля и заложили основы для развития исследований в области физики высоких энергий.

Эти достижения привлекли многих лучших студентов в такое научное учреждение, как Институт Гейзенберга. Воспитанные в традициях «копенгагенской доктрины», они сформировали новое доминирующее поколение физиков, которые распространили эти идеи, разъехавшись по всему миру в тридцатые годы после прихода к власти Гитлера.

Хотя Гейзенберг по праву считается сегодня одним из величайших физиков современности, он в то же время подвергается критике за многие его поступки после прихода к власти Гитлера. Гейзенберг никогда не был членом нацистской партии, однако он занимал высокие академические должности и был символом немецкой культуры на оккупированных территориях. С 1941 по 1945 год Гейзенберг был директором института физики кайзера Вильгельма и профессором Берлинского университета. Не раз отвергая предложения эмигрировать, он возглавил основные исследования по расщеплению урана, в которых был заинтересован Третий рейх.

После окончания войны учёный был арестован и отправлен в Англию. Гейзенберг давал различные объяснения своим действиям, которые ещё больше способствовали падению его репутации за границей. Верный сын своей страны, Гейзенберг, которому удалось проникнуть в тайны природы, не сумел разглядеть и понять глубину трагедии, в которую была ввергнута Германия.

В 1946 году Гейзенберг вернулся в Германию. Он становится директором Физического института и профессором Гёттингенского университета. С 1958 года учёный являлся директором Физического университета и астрофизики, а также профессором Мюнхенского университета.

В последние годы усилия Гейзенберга были направлены на создание единой теории поля. В 1958 году он проквантовал нелинейное спинорное уравнение Иваненко (уравнение Иваненко—Гейзенберга). Немало его работ посвящено философским проблемам физики, в частности теории познания, где он стоял на позиции идеализма.

Гейзенберг умер в своём доме в Мюнхене 1 февраля 1976 года от рака почки и жёлчного пузыря.

 

ПОЛЬ ДИРАК

 

 

(1902–1984)

 

Английский физик Поль Адриен Морис Дирак родился 8 августа 1902 года в Бристоле, в семье уроженца Швеции Чарлза Адриена Ладислава Дирака, учителя французского языка в частной школе, и англичанки Флоренс Ханны (Холтен) Дирак.

Сначала Поль учился в коммерческом училище в Бристоле. Затем с 1918 по 1921 год он изучал электротехнику в Бристольском университете и окончил его со степенью бакалавра наук. После этого Поль прошёл ещё и двухлетний курс прикладной математики в том же университете. «Во время этого математического образования больше всего повлиял на меня Фрезер… он был прекрасным учителем, способным внушить своим студентам чувство действительного восхищения фундаментальными идеями математики… — вспоминал Дирак. — У Фрезера я научился двум вещам. Во-первых, строгой математике. До того я использовал только нестрогую математику, которая удовлетворяла инженеров… Они не заботились о точном определении предела, о том, как долго суммировать ряды, и о других подобных вещах. Фрезер учил, что для обращения с этими предметами иногда необходимы строгие логические идеи». И дальше: «Вторая вещь, которой я научился у Фрезера, была проективная геометрия. Она оказала на меня глубокое влияние благодаря присущей ей математической красоте… Проективная геометрия всегда работает с плоским пространством… она обеспечивает вас методами, такими как метод взаимнооднозначных соответствий, которые, как по волшебству, получают результаты; теоремы евклидовой геометрии, над которыми вы долго мучились, выводятся наипростейшими способами, если использовать рассуждения проективной геометрии».

Дирак продолжал интересоваться проективной геометрией и после того, как в конце 1923 года стал аспирантом Кембриджского университета, специализирующимся в теоретической физике под руководством Ральфа Говарда Фаулера. В частности, он регулярно посещал чаепития в доме профессора Бейкера, происходившие по субботним вечерам. После каждого из таких чаепитий кто-то делал сообщение о геометрической задаче. Сам Дирак тоже «работал с проективной геометрией… и сделал одно из сообщений на таком чаепитии. Это была первая лекция в моей жизни, и, конечно, я её хорошо запомнил. В ней шла речь о новом методе решения проективных задач».

Затем Дирак поступил в аспирантуру по математике колледжа св. Иоанна в Кембридже и в 1926 году защитил докторскую диссертацию. В следующем году Дирак стал членом научного совета того же колледжа.

Ещё в университете Дирак заинтересовался теорией относительности Альберта Эйнштейна. В годы, когда Дирак проходил аспирантуру в Кембридже, Гейзенберг и Шрёдингер разработали свои формулировки квантовой механики, применив квантовую теорию к описанию поведения атомных и субатомных систем и движения таких частиц, как электрон.

Дирак начал изучать уравнения Гейзенберга и Шрёдингера, как только те были опубликованы в 1925 году, высказав при этом несколько полезных замечаний. Одним из недостатков квантовой механики было то, что она была разработана лишь применительно к частицам, обладающим малой скоростью (по сравнению со скоростью света), а это позволяло пренебречь эффектами, рассматриваемыми теорией относительности Эйнштейна. Эффекты теории относительности, такие как увеличение массы частицы с возрастанием скорости, становятся существенными, только когда скорости начинают приближаться к скорости света.

На Сольвеевском конгрессе в октябре 1927 года к Дираку подошёл Бор. Вот как вспоминает об этом сам Дирак: «Бор подошёл ко мне и спросил: „Над чем сейчас работаете?“ Я ответил: „Пытаюсь получить релятивистскую теорию электрона“. Бор тогда сказал: „Но ведь Клейн уже решил эту проблему“. Я был несколько обескуражен. Я стал объяснять ему, что решение задачи Клейна, основанное на уравнении Клейна—Гордона, неудовлетворительно, так как его нельзя согласовать с моей общей физической интерпретацией квантовой механики. Однако я так и не смог объяснить что-либо Бору, так как наш разговор был прерван началом лекции и вопрос повис в воздухе».

Дирак был недоволен. Он стремился получить уравнения для одного электрона, а не для системы частиц с разными зарядами. Он добился своего, но решение его удивило. Двумерных частиц Паули, хорошо описывающих спин в нерелятивистском случае, явно не хватало. Электрон в теории имел лишнюю степень свободы — свободы, как оказалось, перехода в состояние с отрицательной энергией. Это выглядело настолько дико, что впору было отказаться от всего сделанного.

В поисках выхода Дирак предложил странную идею. Он предположил, что все электроны Вселенной занимают уровни с отрицательной энергией, согласно принципу Паули, образуя ненаблюдаемый фон. Наблюдаемы только электроны с положительной энергией. «Электроны, — пишет Дирак, — распределены по всему миру с большой плотностью в каждой точке. Совершенная пустота есть та область, где все состояния с отрицательной энергией заняты». «Незаполненные состояния с отрицательной энергией представятся как нечто с положительной энергией, потому что для того, чтобы они исчезли, необходимо внести туда один электрон с отрицательной энергией. Мы предполагаем, что эти незанятые состояния с отрицательной энергией суть протоны».

Теория Дирака была встречена скептически. Вызвал недоверие гипотетический фон электронов, кроме того, теория Дирака, по его словам, «была очень симметрична по отношению к электронам и протонам».

Но протон отличается от электрона не только знаком заряда, но и массой. Открытие позитрона, частицы действительно симметричной электрону, заставило по-новому оценить теорию Дирака, которая по существу предсказывала существование позитрона и других античастиц.

На Ленинградской конференции 1933 года Дирак следующим образом излагал сущность теории позитрона: «Допустим, что в том мире, который мы знаем, почти все электронные состояния с отрицательной энергией заняты электронами. Эта совокупность электронов, сидящих на отрицательных уровнях энергии, вследствие своей однородности не может восприниматься нашими чувствами и измерительными приборами, и только лишь не занятые электронами уровни, являясь чем-то исключительным, каким-то нарушением однородности, могут быть замечены нами совершенно таким же образом, как мы замечаем занятые состояния электронов с положительными энергиями. Незанятые состояния с отрицательной энергией, т. е. „дырка“ в распределении электронов с отрицательной энергией будет восприниматься нами как частица с положительной энергией; ведь отсутствие отрицательной кинетической энергии равносильно присутствию положительной кинетической энергии, так как минус на минус даёт плюс… Представляется разумным отождествить такую „дырку“ с позитроном, т. е. утверждать, что позитрон есть „дырка“ в распределении электронов с отрицательной энергией».

«Согласно теории Дирака, — писал Ф. Жолио, — положительный электрон при столкновении со свободным или слабо связанным отрицательным электроном может исчезать, образуя два фотона, испускаемых в противоположных направлениях».

Существует и обратный процесс — «материализация» фотонов, когда «фотоны с достаточно большой энергией при столкновении с тяжёлыми ядрами могут создавать положительные электроны… Фотон, взаимодействуя с ядром, может создать два электрона с противоположными зарядами».

Выведенное английским учёным и опубликованное в 1928 году уравнение называется теперь уравнением Дирака. Оно позволило достичь согласия с экспериментальными данными. В частности, спин, бывший ранее гипотезой, подтверждался уравнением Дирака. Это было триумфом его теории. Кроме того, уравнение Дирака позволило предсказать магнитные свойства электрона (магнитный момент).

Дираку же принадлежит теоретическое предсказание возможности рождения электрон-антиэлектронной пары из фотона достаточно большой энергии. Предсказанный Дираком антиэлектрон был открыт в 1932 году Карлом Д. Андерсеном и был назван позитроном. Позднее подтвердилось и предположение Дирака о возможности рождения пары. Впоследствии Дирак выдвинул гипотезу о том, что и другие частицы, такие как протон, также должны иметь свои аналоги из антиматерии, но для описания таких пар частиц и античастиц потребовалась бы более сложная теория. Существование антипротона было подтверждено экспериментально в 1955 году Оуэном Чемберленом. В настоящее время известны и многие другие античастицы.

Уравнение Дирака позволило внести ясность в проблему рассеяний рентгеновского излучения веществом. Рентгеновское излучение сначала ведёт себя как волна, затем взаимодействует с электроном как частица (фотон) и после столкновения вновь подобна волне. Теория Дирака дала подробное количественное описание такого взаимодействия.

Позднее Дирак открыл статистическое распределение энергии в системе электронов, известное теперь под названием статистики Ферми—Дирака. Эта работ имела большое значение для теоретического осмысления электрических свойств металлов и полупроводников.

Дирак предсказал также существование магнитных монополей — изолированных положительных или отрицательных магнитных частиц, подобных положительно или отрицательно заряженным электрическим частицам. Попытки экспериментально обнаружить магнитные монополя до сих пор не увенчались успехом. Все известные магниты имеют два полюса — северный и южный, которые неотделимы друг от друга. Дирак высказал предположение и о том, что природные физические константы, например гравитационная постоянная, могут оказаться не постоянными в точном смысле слов, а медленно изменяться со временем. Ослабление гравитации, если оно вообще существует, происходит настолько медленно, что обнаружить его чрезвычайно трудно, и поэтому оно остаётся гипотетическим.

Дирак и Шрёдингер получили Нобелевскую премию по физике 1933 года «за открытие новых продуктивных форм атомной теории». В своей лекции Дирак указал на вытекающую из симметрии между положительными и отрицательными электрическими зарядами возможность существования «звёзд состоящих главным образом из позитронов и антипротонов. Возможно, одна половина звёзд принадлежит к одному типу, а другая — к другому. Эти два типа звёзд должны были бы обладать одинаковыми спектрами, и различить их методами современной астрономии было бы невозможно».

В 1937 году Дирак женился на Маргит Вигнер, сестре физика Эугена П. Вигнера. У них было две дочери.

Обычно принято считать Дирака молчаливым и не очень общительным человеком. Так оно и было. Он предпочитал работать в одиночку, и непосредственных учеников у него было мало Но наряду с этим в нём уживалась способность к искренней и глубокой дружбе. Двух своих чуть ли не самых близких друзей нашёл Дирак в Советском Союзе. Это были Пётр Капица и Игорь Тамм.

Любопытны воспоминания дочери Тамма Ирины о Дираке: «Два года подряд у нас останавливался приезжавший в Москву П. А. М. Дирак, с которым папа познакомился и подружился в 28-м году у Эренфеста в Лейдене. Помню, как в свой второй приезд вечером входит сияющий Дирак и, подняв палец, торжественно заявляет: „Тамм, у вас грандиозные перемены“. В ответ на всеобщее недоумение он пояснил: „Теперь в туалете горит лампочка“».

Осенью 1934 года Капице не было разрешено вернуться в Англию, в лабораторию, которой он заведовал, и он вынужден был остаться в СССР поначалу без возможности для научной работы. Дирак хотел приехать в Советский Союз для того, чтобы попытаться помочь Капице.

Эта проблема подробно обсуждалась в переписке между ним и женой Капицы — Анной Алексеевной, которая была тогда в Кембридже. Дирак в тот год читал лекции в США. Чтобы вызволить Капицу, он даже собирал подписи под коллективным письмом американских физиков правительству СССР, вместе с Р. Милликеном нанёс визит в советское посольство.

Друзья и знакомые Поля Дирака часто бывали поражены его неожиданной и иногда «странной» реакцией на темы, возникающие в разговоре. Правда, затем становилось очевидным, что его замечания были естественным и логическим ответом, и что только чисто автоматические и бездумные ассоциации всех остальных и заставляли ждать от него чего-нибудь другого. Это же свойство проявлялось в его физике. Сходство настолько явно, что многие из знаменитых историй об учёном могут быть прямо поставлены в соответствие с некоторыми из его статей.

Вот, к примеру, история о пилюлях в бутылке, рассказанная Г. Р. Ульмом. Ульм извинился за шум в своём кармане, объяснив, что бутылка уже не полная и поэтому производит шум. Дирак заметил: «Я думаю, она производит наибольший шум, когда она заполнена наполовину». Он уловил тот факт, что бутылка не производит шума не только когда пуста, что очевидно, но и когда целиком заполнена. Эта мысль похожа на идею, лежащую в основе его «дырочной теории».

В другом эпизоде беседа за чаем зашла о том, что среди детей, родившихся за последнее время у физиков в Кембридже, была удивительно большая доля девочек. Когда кто-то легкомысленно заметил: «Должно быть, что-то в воздухе!» — Дирак добавил после паузы: «Или, может быть, в воде». Он воспринял выражение «в воздухе» не в его условном смысле, но буквально, увидев возможное применение. Эта тенденция отражается во многих его работах. Может быть, впервые она проявилась в том, как он использовал наблюдение Гейзенберга, что квантовые переменные не коммутируют. Самому Гейзенбергу это казалось уродливой чертой формализма. Дирак, наоборот, показал, что это обстоятельство занимает очень важное место в новой теории.

Ещё одна характерная особенность Дирака проявилась в истории, происшедшей в Копенгагене. Друзья заметили, что известный физик Паули слишком быстро набирает вес. Тогда Дирака попросили последить за тем, чтобы тот не ел слишком много. Паули принял участие в этой игре и спросил Дирака, сколько кусков сахара он может положить в кофе. «Я думаю, одного для вас будет достаточно, — сказал Дирак, добавив чуть погодя: — Я думаю, одного достаточно для каждого». После некоторого дальнейшего размышления: «Я думаю, что куски сделаны таким образом, что одного достаточно для каждого».

Такая вера в упорядоченность мира часто отражается в его работах и, прежде всего, в замечании в статье, показывающей, что магнитный монополь не противоречит известным законам квантовой механики: «Было бы удивительно, если бы природа не использовала это».

Когда Дирак рассказывал о своих работах, то слушателям казалось, что он не столько объясняет существующий мир, а, как творец, создаёт свой собственный, красивый, математически строгий. Лишь в конце он возвращается к реальности. Сравнивая свой мир с миром реальным, Дирак порою сталкивался с такими неожиданностями, которые другие сочли бы за сокрушительный удар по теории. Но именно это и не было свойственно Дираку. Решающим критерием истины для него была логическая замкнутость. Так, он никогда не мог смириться с современной ему теорией релятивистских квантовых полей, основанной на методе перенормировок.

После завершения работ по релятивистской квантовой механике Дирак много путешествовал, побывал в университетах Японии, Советского Союза и Соединённых Штатов. С 1932 года и до ухода в отставку в 1968 году он был профессором физики в Кембридже. После того как Дирак оставил Кембридж, он был приглашён во Флоридский университет, профессором которого оставался до конца жизни. В 1973 году Дирак был награждён орденом «За заслуги» Великобритании. Он был избран иностранным членом американской Национальной академии наук (1949) и членом Папской академии наук (1961).

Дирак скончался в Таллахасси 20 октября 1984 года.