Одним из самых молодых физиков, поднявших перчатку, был советский ученый Игорь Тамм. Он начал свой творческий путь в 1919 году как преподаватель Крымского университета. Ему было тогда 23 года. Кто знает, как сложилась бы его судьба, если бы ему не пришлось через два года перейти в Одесский политехнический институт, где в то время преподавал профессор, а впоследствии академик Мандельштам. Эта встреча определила всю дальнейшую деятельность Игоря Евгеньевича. Мандельштам ввел его в сферу самых актуальных задач физики. И вот с 1924 года в научных журналах рядом с работами Гейзенберга, Шредингера, Бора начали регулярно появляться статьи Тамма, относящиеся к самым сложным вопросам теоретической физики.
Первые работы молодого ученого были посвящены пересмотру с точки зрения теории относительности различных сложных разделов физики. Затем он включается в величайшее дело нашего века — в построение нарождающейся в это время квантовой физики.
Тамм попал в число тех, на чью долю выпали счастье и трудности, которые и не снились старшему поколению физиков. Они должны были разрешить то, что не смог бы разрешить ни один из их гениальных предшественников — ни Аристотель, ни Галилей, ни Ньютон, которые писали целые поэмы в формулах и уравнениях о течениях жидкостей, о работе механизмов, о движении планет.
Все вокруг было зримо, осязаемо, материально. Атом же жил по неведомым еще людям законам. И эти законы нужно было установить. И новая физика разоблачила тайны атома. Многое прояснилось и в таких с древности, казалось бы, знакомых явлениях природы, как свет, магнетизм, электричество.
В 1929 году выходит первый том уникального учебника Тамма «Основы теории электричества», выдержавшего десятки изданий и распространившегося по всему миру в качестве одного из авторитетнейших полпредов советской науки. В этом же году он разработал сложный вопрос о связи теории относительности и квантовой механики, устанавливая мост между этими двумя китами, на которых зиждется современная физика.
Уже в следующем году Игорь Евгеньевич закончил квантовую теорию рассеяния света в кристаллах. В этой работе он отважился на беспримерную дерзость, он стал квантовать звук так же, как в свое время Эйнштейн квантовал свет.
Вслед за этим Игорь Евгеньевич прокладывает новый путь в теории, проделав первый расчет, в котором объединена квантовая электродинамика и теория относительности. При этом он узаконил понятия античастицы и «отрицательной энергии», не поддававшиеся в то время (до открытия позитрона, первого представителя антимира) физической интерпретации. Он не остановился на этом и высчитал (одновременно с Дираком и Оппенгеймером) вероятность аннигиляции электрона с позитроном — удивительного и непонятного тогда процесса, во время которого электрон исчезает, порождая квант электромагнитной энергии.
Следующие годы Игорь Евгеньевич отдал главным образом квантовой теории металлов. Здесь он, помимо прочего, открыл «уровни Тамма», попав на которые электрон остается на поверхности металла, не имея возможности ни выйти наружу, ни войти во внутрь.
Эти труды позволили ученому перебросить мостки между самыми отдаленными друг от друга областями физики.
Новая физика раскрывала одну тайну атома за другой, и постепенно вырисовывался силуэт причудливого, но уже во многом понятного микромира. Однако, углубляясь в мир атома, ученые снова приближались к тупику. Они уже твердо знали, что атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов, могли с помощью простых и сложных формул описать жизнь этих электронов, но об атомном ядре они ничего не знали. Здесь их ждал орешек потверже, чем тот, что разгрызла квантовая физика.
Если раньше ученые верили, что атом неделим, то потом они предположили, что неделимо ядро атома. Но затем и это оказалось заблуждением. И вот мы являемся свидетелями споров о том, существуют ли вообще в природе элементарные частицы и каковы они. Вопрос о том, какие силы действуют в ядре, стал злобой дня, но всесильная в те времена теория относительности и квантовая физика ответить на него не могли.
Уже в работах тридцатых годов Тамм выдвинул идею о том, что ядерные частицы удерживаются внутри ядра, несмотря на огромные силы взаимного электрического отталкивания, за счет особых ядерных сил.
Он предположил, что совершенно необычные свойства этих сил, проявляющихся только на очень малых расстояниях, обусловлены тем, что они вызваны дотоле неизвестным процессом — обменом частицами.
Для того чтобы представить себе, как это происходит, говорил Тамм, следует вообразить, что каждый протон и нейтрон непрерывно излучает и поглощает электроны и нейтрино. Если же они находятся очень близко друг от друга, то их электронно- нейтринные облака перекрываются, что и приводит к взаимному притяжению двух протонов, перевешивающему даже взаимное отталкивание их зарядов.
Однако расчеты, проведенные Таммом, показали, что силы, возникающие при обмене электронами и нейтрино, недостаточны для объяснения устойчивых ядер. Это можно было бы считать неудачей, если бы японский физик-теоретик Юкава не показал правильности основной идеи Тамма и не доказал, что ядерные силы могут быть следствием обмена частицами, примерно в двести — триста раз более тяжелыми, чем электроны. Юкава назвал эти частицы мезонами, и они со временем были обнаружены при экспериментах.
В это же время Игорь Евгеньевич совместно с одним из своих учеников на основе анализа известных опытных данных пришел к парадоксальному с точки зрения тех лет заключению о том, что нейтральная тяжелая частица — нейтрон — должна обладать свойствами небольшого магнитика. Он даже рассчитал величину и знак этого магнетизма, впоследствии полностью подтвержденные экспериментаторами. В изучении свойств частиц это было важной деталью.
Примерно к этому времени (1937–1939 годы) относится одна из наиболее важных работ Игоря Евгеньевича, выполненная им совместно с И. М. Франком. Это теория черенковского излучения, возникающего, когда электрон движется в каком- нибудь веществе быстрее, чем в нем распространяется свет. Странное, казалось бы, ничем не вызванное свечение веществ долго оставалось таинственным, пока Тамм не дал ему объяснения. За открытие И. Тамм, И. Франк и П. Черенков были награждены Нобелевской премией.
Шли годы. Одна работа сменяла другую, и многие из них были продиктованы временем.
В период Отечественной войны и после нее Тамм сочетал сложные теоретические исследования с решением важнейших задач, связанных главным образом с потребностями народного хозяйства.
После войны Игорь Евгеньевич возобновил исследования ядерных сил. В первой работе нового цикла он создал метод, который нашел применение в сотнях работ, посвященных ядерным силам и теории элементарных частиц. Этот цикл, успешно развиваемый Игорем Евгеньевичем и его учениками в течение двадцати лет, выдвинул его на одно из первых мест в современной теоретической физике.
По-разному сложились судьбы ученых, начавших свою творческую жизнь в двадцатые годы, в канун рождения новой физики. Гейзенберг мечтает создать новую теорию элементарных частиц, квантуя расстояния, как квантуют время. Де-Бройль лелеет надежду, что все-таки в микромире не так все парадоксально, как кажется, что там все привычнее, обыденнее и больше похоже на порядки, царящие в большом мире.
Тамм же убежден, что «безумность» микромира еще глубже, еще принципиальнее. Он часто приводит критерий, которым пользовался Бор для оценки мощи новой теории: а достаточно ли она дерзка, «безумна», не слишком ли «приземлена», чтобы быть правильной, чтобы оказаться способной вырвать физику из тупика сомнений? Достаточно ли далеко искал ученый, не слишком ли близок район его «раскопок» от уже разрытых другими учеными курганов?
Неизвестно, прячется ли тайна элементарных частиц где-то далеко, за пределами района современных поисков… Или она подстерегает ученых где-то рядом, близ «ущелья», где они роют уже много лет…
Кто будет первым в этом удивительном кроссе? Один ли из корифеев, участвовавших в штурме атома и создавших квантовую физику, или это будет кто-то из молодых, для которых взгляды учителей уже кажутся консервативными? Несомненно, школа советских физиков, возглавляемых академиком И. Таммом, способна подарить миру еще не одно открытие.
