Папа Иоффе: история великого ученого, воспитавшего плеяду великих физиков
В этом году исполняется 110 лет опыту Абрама Иоффе по определению заряда электрона. Внеся заметный вклад в науку, будучи пионером в исследовании полупроводников и ученым с мировым именем, академик все же больше всего известен тем, что воспитал целую плеяду блестящих физиков, составивших цвет нашей научной мысли. Неудивительно, что в его честь были названы кратер на Луне и научно-исследовательское судно, малая планета и Airbus A320, улицы и площади в разных странах мира...
К концу ХIХ века физика уже знала о существовании электрона — фундаментальной неделимой единицы заряда. Ее в 1874 году предложил ввести в научный обиход британский физик Джордж Стоуни. Долгое время он оставался гипотезой, так как ни одного эксперимента с участием одиночного электрона физика не знала. Восполнили пробел — одновременно и независимо друг от друга — Абрам Иоффе и американец Роберт Милликен. Для опытов они собрали схожие установки, главным в которых был сосуд с вакуумом, две металлические пластины, которым можно было сообщать заряд, и облако отрицательно заряженных пылинок (у Милликена — капелек масла). Пылинкам либо давали падать с верхней пластины на нижнюю, либо останавливали, регулируя величину заряда пластин. Потом заряд пылинок уменьшали, облучая их рентгеном или ультрафиолетом, те снова начинали падать, их останавливали, играя с зарядом пластин.
В процессе ученые вычисляли заряд пылинок и капель (ведь их размеры, скорость падения и напряженность поля были известны, а значит, и заряд можно было определить). Как оказалось, он изменялся скачками, на определенную величину, либо же на размер, кратный этой величине. Так и был сделан вывод о существовании частицы вещества, несущей на себе неделимый электрозаряд — заряд электрона.
И из разряда гипотетических частица перешла в разряд реально существующих. К сожалению, наш физик опубликовал свою работу чуть позже Милликена, так что приоритет открытия приписали американцу. Но у Иоффе была еще масса поводов вписать свое имя в историю науки...
Абрам Федорович Иоффе родился в 1880 году в небольшом уездном городе Ромны (Полтавская губерния). По одним сведениям, его отец был купцом второй гильдии, по другим — бухгалтером в банке. Мужской гимназии в Ромнах не было, поэтому 8-летнему мальчику пришлось выдержать довольно жесткий конкурс в реальное училище — желающих было гораздо больше, чем мест. Так началась учеба будущего академика, которая не заканчивалась до самой его смерти.
Однажды физик рассказал реалистам о природе света: это волны, которые распространяются по всему мировому эфиру, а, достигнув глаз, вызывают в них ощущение света.
Придя к выводу, что природа уж слишком расточительна (эфир ведь есть и там, где света нет, а зачем он тогда там нужен?), маленький Иоффе решил непременно найти другое объяснение. Этот метод решения научной проблемы (узнать известную трактовку — найти в ней слабые места — изучить литературу, поставить эксперимент — выстроить новую гипотезу) он пронесет потом через всю жизнь.
После училища был Санкт-Петербургский Технологический институт и три года Мюнхенского университета — работа в лаборатории Рентгена. По воспоминаниям физика, Рентген сумел создать там удивительную атмосферу настоящего творчества. Все поставленные задачи ученики выполняли сами, а учитель лишь конструктивно критиковал методику измерений и полученные данные.
Этот сценарий, а также любовь к эксперименту, приборам и умение многое делать самостоятельно, он тоже возьмет на вооружение и будет применять уже к своим ученикам и сотрудникам. В Мюнхене Иоффе занимался изучением физических характеристик радия, пьезоэлектрических свойств кварца и… так захватившей его в детстве природой света. Получив степень доктора наук, он, несмотря на уговоры Рентгена остаться в Германии, вернулся в Россию.
Дальше была работа в Политехническом институте, магистерская (1913) и докторская (1915) диссертации по физике, членство в Российской академии наук (1920). В бурном и революционном 1918-м он создает и возглавляет физико-технический отдел Государственного рентгенологического и радиологического института, а тремя годами позже становится во главе Физико-технического института, который вырос из этого отдела (теперь он носит имя Иоффе) — здесь он проработает большую часть жизни.
Многочисленные работы академика были посвящены изучению электрона, физике твердого тела, полупроводникам. Он открыл и измерил магнитное поле катодных лучей; обнаружил внутренний фотоэффект кристаллов; объяснил величины их реальной прочности («эффект Иоффе») и обнаружил факт их прерывистой деформации в сопровождении акустической эмиссии; открыл механизм электропроводности ионных кристаллов; создал теорию туннельного выпрямления на границе металл — полупроводник, исследовал электропроводность полупроводников…
Полупроводниками, кстати, он занимался с особой любовью. Несмотря на то что уникальные свойства сульфида серебра, не характерные ни для проводников, ни для диэлектриков, были открыты Фарадеем еще в 1833 году, а в 1922 году нижегородский физик Олег Лосев впервые показал, что кристалл цинкита может усиливать и генерировать высокочастотные радиосигналы (собранный им приемник прекрасно ловил радиостанцию), бредить полупроводниками начали много-много позже.
Произошло это после «теплого и лампового» 1947-го, когда Bell Telephone Laboratories явила миру первый прототип радиоприемника на транзисторах. Не многие тогда поверили, что полупроводники смогут стать нормальной альтернативой громоздким лампам и уж тем более произведут революцию в электронике.
Но уже через несколько лет они начали свое триумфальное шествие по планете. И не останавливают его до сих пор. Мобильники, плееры, телевизоры, компьютеры, полупроводниковые лазеры (именно из-за них котики бегают за точкой от лазерной указки), солнечные батареи — список устройств, в которых применяют полупроводники, можно множить очень долго.
Перспективность этой темы прекрасно понимал и физик Иоффе — в 1932 году он создал и возглавил в институте лабораторию физики полупроводников, а спустя еще 10 лет получил за их исследование Сталинскую премию. Кстати, упомянутый выше Олег Лосев часть своих экспериментов тоже проводил в лаборатории Иоффе. Вообще, пожалуй, главной заслугой Абрама Федоровича было создание уникальной кузницы кадров.
Ее фундамент закладывался еще при империи. Получив лабораторию в Политехе, он начал занятия со студентами и аспирантами, которые не прекращались уже всю жизнь.
Петр Капица, Николай Семенов, Лев Ландау, Игорь Тамм (все — будущие нобелевские лауреаты) и многие-многие другие стали выдающимися физиками благодаря тем давним занятиям. Интенсивной учебе не смогли помешать ни Первая мировая, ни революция, ни Гражданская война.
Разруха, неустроенность, холод и голод (50 граммов хлеба в день, травяной суп да кусочек ржавой селедки — вот и вся нехитрая еда) не стали препятствием для экспериментов и жарких научных споров.
Позднее к этому мозговому штурму присоединятся создатель советского атомного щита Игорь Курчатов, физики-атомщики Яков Зельдович и Юлий Харитон, основатель ядерной энергетики Анатолий Александров, академик Борис Константинов… По их воспоминаниям, у Иоффе был уникальный дар: каким бы сложным, долгим и витиеватым ни был доклад, тот мог так резюмировать его суть («перевести на русский язык»), что всем и каждому моментально все становилось понятно.
При этом Иоффе никогда не был «сухарем-заучкой». Он обожал музыку и веселые компании, любил горные прогулки и походы за грибами, привозил отовсюду диковинные саженцы для дачи, азартно играл в теннис и страшно гордился цирковой юностью дочери (позже та стала доктором физмат наук).
Возглавив Физтех, он очень быстро сумел масштабировать этот проект на весь СССР, создавая научные центры по всей стране (в отличие от западной практики, где научная мысль билась преимущественно в столицах). В итоге молодые физики активно и плодотворно работали не только в Москве и Ленинграде, но и на Украине, на Урале, в Сибири... Наука стала массовой, как массовыми были спорт и культура. Во многом благодаря этому наша научная школа и стала очень быстро одной из лучших в мире
— Иоффе был отличным ученым и экспериментатором, но его роль как учителя наших великих физиков переоценить просто невозможно, — говорит историк науки Сергей Александров. — Да одно то, что все физики, работавшие у нас по атомной программе, либо его прямые ученики, либо ученики его учеников — говорит само за себя.
Конечно, научных школ в принципе не бывает много, но такого прецедента в нашей науке точно нет, да и в мировой, пожалуй. Да, он начал свою карьеру с Питерского политеха, а это была изначально ведущая, еще со времен империи, кузница физических кадров. Но главная причина, конечно, в уникальном даре, который был у Иоффе, — быть Учителем с большой буквы. Так пестовать, наставлять, вести по жизни своих учеников дано не каждому.
Его же за глаза так и называли все — «папа Иоффе»... Ну, и прозорливости ему, конечно, было не занимать. Именно поэтому еще в марте 1938 года Молотову легло на стол коллективное письмо сотрудников Физтеха во главе с Иоффе о необходимости развития экспериментальной базы ядерных исследований. Когда же Сталин предложил ему возглавить научную часть ядерного проекта, он лишь скромно ответил: «Я-то уже староват, а вот Игорек Курчатов с этим прекрасно справится!» И как в воду глядел.
... Умер академик в своем рабочем кабинете 14 октября 1960 года — ему было без двух недель 80.
КСТАТИ
С именем Абрама Федоровича часто связывают строчку Высоцкого: «Главный академик Иоффе доказал: коньяк и кофе вам заменит спорта профилактика!» Хотя, возможно, имеется в виду иммунолог, академик АМН Владимир Иоффе, а то и вовсе знакомый медик Высоцкого с той же фамилией.
ОН ПЛОХОГО НЕ ПОСОВЕТУЕТ
Однажды Абрам Иоффе посоветовал знакомому инженеру-металлургу поучаствовать в конкурсе на лучшее либретто фантастического фильма. Текст (наши ученые спасают Землю от страшного астероида) победил, и «Детгиз» предложил ему довести либретто до размера романа. Так появился на свет «Пылающий остров» — первая книга фантаста Александра Казанцева.
ОДНО ЛИЦО
В 1940 году на 60-летие академика физтеховцы подготовили кукольный спектакль. Все «актеры» были изготовлены ленинградским Театром марионеток. Традиция спектаклей прижилась, и над гуттаперчевыми физиками не раз еще потом смеялись всем институтом. До наших дней сохранились две куклы. Одна изображает Абрама Иоффе, другая — английского физика Поля Дирака.
Читайте также: Остановись, старение: ученые предсказывают крионике большое будущее
