Выдающийся физик. Часть 1

К 140-летию со дня рождения П. Эренфеста

Пауль Эренфест (Ehrenfest) – выдающийся голландский физик. Родился 18 января 1880 года в Вене, Австро-Венгрия. Его родители, Зигмунд Эренфест и Йоханна Еллинек, содержали бакалейный магазин. Это позволяло жить в достатке и дать хорошее образование детям. Хотя семья Эренфестов не была слишком религиозной, Пауль тем не менее посещал курсы иврита и истории евреев. Позже он всегда подчеркивал своё еврейское происхождение.

В семье Сигизмунда Эренфеста было пятеро детей, из которых Пауль был младшим. Когда он родился, старшему брату Артуру было 18 лет. В детстве Пауль был впечатлительным, довольно болезненным мальчиком, очень наблюдательным, с выраженной способностью рассуждать логически. Лет до шести он был очень религиозен, постоянно обращался с просьбами к богу. Семья Эренфестов была музыкальной, Пауль обучался игре на рояле. Он мог часами стоять у окна, наблюдая за прохожими и экипажами. Отец души не чаял в сынишке, ласково называл его Mietzerl (что означает на венском диалекте «котенок»), уделял ему много времени. Мать была к нему более сдержанной.
Если ему разрешали, он помогал родителям в магазине. Артур был для Пауля кумиром. Услышав однажды о греческом мудреце Сократе, он спросил: «Неужели Сократ был ещё умнее Артура?» От Артура Пауль услышал объяснение принципа действия звонка, содержание закона Ома. Всё это с детства запечатлелось в его сознании. Жизнь Пауля в родительском доме была счастливой.

Знакомство с физикой и математикой юноша продолжил в гимназии. Определённое влияние на выбор профессии оказал учитель физики С. Валлентин. Учился Пауль очень хорошо. Однако в целом учёба в гимназии стала для Пауля тяжёлым испытанием, оказавшим влияние на формирование его характера и на всю его последующую жизнь.

По этому поводу Альберт Эйнштейн, близкий друг Эренфеста на протяжении многих лет, писал: «Мне кажется, что тенденция чрезмерно критиковать самого себя связана с впечатлениями детства. Умственное унижение и угнетение со стороны невежественных эгоистичных учителей производит в юной душе опустошения, которые нельзя загладить и которые оказывают роковые влияния в зрелом возрасте. О силе такого впечатления у Эренфеста можно судить по тому, что он отказался доверить какой-нибудь школе своих нежно любимых детей».

К трудностям гимназической жизни добавлялось столкновение с антисемитизмом, распространённым в Вене в те годы, а также семейные несчастья. В 1892 году от рака груди умерла его мать, а в 1896 году скончался отец, страдавший язвой желудка. Всё это влияло на характер и поведение Пауля и приводило к снижению его успеваемости в школе, утешение он находил в изучении наук.

Проучившись 12 лет, он в 1899 г. поступил в Высшую техническую школу, выбрав в качестве основного предмета химию. Одновременно он стал посещать лекции Больцмана в Венском университете, а в 1901 году и сам перешёл в этот университет. Людвиг Больцман оказал на Эренфеста наиболее ощутимое влияние, он был его кумиром. С интересом он посещал и лекции идейного противника Больцмана Эрнста Маха. После отъезда Больцмана из Вены, Эренфест в октябре 1901 г. переезжает в Гёттинген, чтобы продолжить образование – в то время была распространена практика учёбы более чем в одном вузе.

В местном университете он посещал лекции и семинары математиков Давида Гильберта и Феликса Клейна и физиков Макса Абрагама, Иоганнеса Штарка, Вальтера Нернста, Карла Шварцшильда и Эрнста Цермело. Здесь же Эренфест познакомился с Вальтером Ритцем, ставшим ему близким другом.

В Гёттингене кумиром студентов был Феликс Клейн. Для Эренфеста немаловажным достоинством Клейна была его любовь к истории науки. Вскоре Клейн выделил Эренфеста среди других студентов и предложил ему написать статью о статистической механике для «Энциклопедии математических наук». В Гёттингене Эренфест познакомился с преподавательницей математики на петербургских Высших женских курсах Татьяной Афанасьевой, молодой украинкой, которая стажировалась в Гёттингене и позже стала его женой.

В 1903 г. для завершения образования Пауль переезжает в Вену. К этому времени в университет из Лейпцига вернулся Больцман. Эренфест стал постоянным и деятельным участником его семинаров. Чрезмерная «дотошность» Эренфеста иногда вызывала раздражение Больцмана. Однажды, оборвав длинную очередь его вопросов, Больцман сказал ему, не думает ли тот, что он, Больцман, подобен лимону, из которого можно выжать все соки. В другой раз Эренфест на память процитировал довольно длинную выдержку из больцмановской работы. Больцман уже с первой фразы начал улыбаться, а в конце расхохотался: «Если бы я сам хотя бы одну из своих работ знал так же хорошо!» Впоследствии портрет Больцмана всегда висел в кабинете Эренфеста в Лейдене (Голландия).

В Лейден Эренфест приехал в 1903 г. и познакомился там с профессором теоретической физики Лоренцом. А спустя девять лет вернулся в Лейден уже преемником Лоренца.

В 1904 г. Эренфест работает над своей докторской диссертацией. Решив жениться, Пауль столкнулся с неожиданной трудностью: по австрийским законам запрещался брак между христианами и нехристианами. Молодым пришлось записаться в число неверующих, и лишь после этого брак был зарегистрирован. До 1907 г. молодые жили в Вене и Гёттингене, Пауль работал в области теории относительности, теории квантов, статистической механики. Статьи принесли ему известность.

В то же время Эренфест готовил диссертацию «Движение твёрдых тел в жидкостях и механика Герца». Степень доктора философии с отличием он получил 23 июня 1904 года в Вене, где он жил с 1904 по 1905. Затем, в сентябре 1906, Эренфест вернулся обратно в Гёттинген. Он не успел увидеться с Больцманом до смерти последнего 6 сентября1906 года.

Ведя обширную переписку, Эренфест обычно пользовался пишущей машинкой. Когда он печатал, стук стоял во всех комнатах словно пулемётные очереди, хотя двери его большого кабинета были двойные. Он любил устраиваться на диване, откуда была видна вся комната: стол напротив среднего окна, всю стену, на которой висели портреты Максвелла, Больцмана, Ф. Клейна, Эйнштейна, Герглотца. Слева стояли книжные полки, висела большая чёрная доска; у противоположной стены стояли рояль и книжные шкафы.

Эренфест возмущался ненаходчивостью героя сказок об исполнении неким духом трёх желаний. Он пояснял: надо было в качестве третьего желания потребовать исполнения новых пяти.

Татьяна Алексеевна Эренфест-Афанасьева (около 1910 года)
Эренфест придумал остроумный метод выбора тем для диссертационных работ: диссертанты брали учебник физики и обращались к предметному указателю; один зачитывал собранные там термины, а другой добавлял сакраментальное «при низких температурах».

В 1907 г. Эренфесты переехали в Петербург: они хотели сделать русский язык родным для их дочери Татьяны (Эренфест назвал её Таня). Пауль (в России его звали Павел Сигизмундович) оставался австрийским подданным и лишь в 1923 году он принял голландское подданство. В Петербурге при оформлении ему вида на жительство чиновники пришли в отчаяние при переводе записанного в его документах «Konfessionslos». Эренфест поинтересовался, почему их это волнует. Один из них воскликнул: «Да вы сами подумайте: на каком кладбище мы будем Вас хоронить, если Вы здесь умрёте?!» Двадцатисемилетний Эренфест от души рассмеялся и заверил, что смерть не входит в его планы.

Эренфест был одним из первых физиков-теоретиков России; вокруг него стала концентрироваться молодёжь. В квартире Эренфестов раз в две недели, а иногда и еженедельно собирались на семинары петербургские физики. Впрочем, не только физики. Частыми посетителями семинара бывали и математики. Среди них в первую очередь следует назвать Александра Александровича Фридмана (1888-1925) — ученого, хорошо известного в 20-х годах, к которому лишь посмертно пришла мировая слава. Бывал на семинаре у Эренфеста и Сергей Натанович Бернштейн, в те годы только что преодолевший магистерский барьер по «чистой математике».

На эренфестовских семинарах докладывались и разбирались математические работы. Следует упомянуть, что единственные две чисто математические работы П.С. Эренфеста опубликованы именно во время пребывания его в Петербурге.

Эйнштейн и Лоренц у дверей дома Эренфеста (примерно 1920 год)
Эренфестовские семинары явились превосходной школой для посещавшей их петербургской молодежи. Да и не только молодежи. Именно на них сам Эренфест вырос в прекрасного лектора и руководителя. Всякий желавший мог обратиться к нему и получить тему для разработки. Единственным требованием была искренняя, не поверхностная заинтересованность предметом. Пришедшего к нему на квартиру молодого человека Павел Сигизмундович неизменно и сразу же спрашивал: «Ну, какие у вас возникли вопросы?» Под вопросами он понимал главным образом не неясности, встретившиеся в процессе штудирования той или иной книги или статьи, а идеи, связанные с дальнейшим развитием соответствующей проблемы. Обсуждение подобных вопросов начиналось в кабинете и продолжалось за обеденным столом (дом Эренфестов был хлебосольным и открытым). Однажды на традиционный вопрос Эренфеста последовал ответ: «Что же, Павел Сигизмундович, если у нас нет вопросов, то нельзя и прийти к Вам?» На это Павел Сигизмундович удивленно возразил: «Как нет вопросов? Если вы занимаетесь физикой, их у Вас не может не быть!»

Ещё одной сферой деятельности Эренфеста было участие в работе Русского физико-химического общества, членом которого он состоял практически с момента своего приезда, а в 1909 году стал сотрудником редакции журнала, издававшегося обществом.

Основным научным итогом проведённых в Петербурге лет стала серия работ, посвящённых основам статистической механики. Этот цикл завершался фундаментальной статьёй «Принципиальные основы статистического подхода в механике», написанной Эренфестом совместно с супругой по предложению Феликса Клейна, редактора престижной «Энциклопедии математических наук». Эта работа, которую первоначально должен был написать сам Больцман, была положительно воспринята научным сообществом и принесла Эренфесту определённую известность и, что не менее важно, уверенность в себе.

Когда в 1911 в знак протеста против реакционных действий министра Кассо из Московского университета ушла довольно значительная группа профессоров, в том числе и П. Н. Лебедев, Эренфест публично высказал свое сочувствие протестовавшим. Это, разумеется, не улучшило отношение чиновников к человеку, который «не принадлежит ни к какой вере», и не приблизило получения им должности профессора, или приват-доцента. Изолированный от научного общества и без шансов на постоянную преподавательскую работу, он через несколько лет решил вернуться в Западную Европу.

В начале 1912 г. Эренфест отправляется за границу с целью подыскать себе работу. Имя его к тому времени было достаточно хорошо известно. Кульминационным пунктом поездки была Прага, где с начала 1911 г. жил Эйнштейн, занимавший должность штатного профессора Пражского (Немецкого) университета. Эренфест переписывался с Эйнштейном, они оба мечтали о возможности работать совместно.

С женой Татьяной


Но этого не случилось. Эйнштейн, уже принявший к тому времени приглашение из Цюрихского политехникума, предложил новому другу стать своим преемником в Немецком университете Праги, однако для этого надо было формально принять ту или иную религию. Эренфест не мог пойти на это и, к удивлению и сожалению Эйнштейна, отказался от этой возможности. Других шансов получить место в каком-либо университете Австрии или Германии практически не было, а надежды устроиться вместе с Эйнштейном в Цюрихе тоже не оправдались. Поэтому Эренфест с энтузиазмом принял предложение Зоммерфельда пройти хабилитацию под его руководством, что давало бы право в дальнейшем рассчитывать на место приват-доцента в Мюнхенском университете. Однако вскоре всё изменилось.

В конце апреля 1912 года Эренфест получил первое письмо от Хендрика Антона Лоренца, профессора Лейденского университета, с вопросами о планах и перспективах дальнейшей работы в России. Из следующего письма, датированного 13 мая 1912 года, Эренфест узнал, что Лоренц, высоко ценивший его работы за «основательность, ясность и остроумие», рассматривает молодого австрийца в качестве своего возможного преемника на кафедре теоретической физики, которую вскоре собирался оставить; свою роль, видимо, сыграли и рекомендации со стороны Эйнштейна и Зоммерфельда.

Эренфест, надеявшийся в лучшем случае стать приват-доцентом в каком-нибудь университете, был удивлён и обрадован этим предложением. В ответном письме он откровенно описал положение, в котором оказался: «Для последних десяти лет моей жизни характерно ощущение какой-то невольной безродности. Я с давних пор убеждён, что, за исключением случаев необыкновенной одарённости, полный расцвет способностей возможен только тогда, когда люди, с которыми обычно приходится иметь дело, воспринимаются тобой не как чужие. В этом отношении в Вене я чувствовал и чувствую себя чужим более, чем где-либо. Гораздо более «дома» я чувствовал себя в кругу моих гёттингенских друзей, а также — позднее — в немецкой Швейцарии… Вместе с тем несомненно, что Россия могла бы стать моей родиной в самом глубоком значении этого слова, если бы я получил здесь постоянную преподавательскую работу где бы то ни было. Несмотря на моё недостаточное владение языком, я не ощущаю себя чужим в кругу здешних людей (исключая политических чиновников)».

Наконец, в сентябре 1912 года Эренфест получил официальное уведомление о своём назначении, а вслед за этим — поздравления от Лоренца и Эйнштейна.

С Эйнштейном
В Лейден он приехал 17 октября 1912 г. Едва устроившись в гостинице и оставив обеих дочек – семилетнюю Таню и двухлетнюю Галю – на попечение няни, приехавшей с ними из России, супруги отправились с визитом к Лоренцу – в Гарлем. Эренфест писал Иоффе, что Лоренц разговаривал с ним «…ну совсем как отец со своим сыном, который вернулся домой после длительного отсутствия и должен приступить к работе на отцовском поприще».

Эренфест отметил, что Лоренц всё о нём знает. Лоренц извинился за свою осведомленность, заметив, что он должен был быть готовым ко всевозможным вопросам, касающимся кандидатуры нового профессора.

Посещение лекций Лоренца и других профессоров, визиты к министру просвещения и прочим официальным лицам, поездки по городам Голландии, посещение музеев, концертов – всеми этими яркими впечатлениями была заполнена жизнь Эренфеста в октябрьские и ноябрьские дни в Голландии.

Ещё не приступив к своим обязанностям профессора, Эренфест встретился в Утрехте с восходящим светилом Питером Дебаем, а в Амстердаме побывал в гостях у старейшины голландских физиков Ван - дер - Ваальса. До самого последнего момента, до торжественной церемонии вступления на профессорский пост, он не мог поверить, что такое счастье возможно. К тому же, несмотря на успокоительные слова великого Лоренца, он мучительно сомневался, не должен ли он был настоять, чтобы это место было отдано более достойному, как ему казалось, Петеру Дебаю.

Перед докладом будущий профессор Эренфест должен был быть приведен к присяге. Она состоялась в высоком зале одного из университетских корпусов. Эренфест произнёс «Речь приема», в конце которой принёс присягу верности королеве и торжественно обещал уважать законы.

4 декабря 1912 года состоялась официальная церемония вступления в должность профессора Лейденского университета. Эренфест прочёл вступительную лекцию, озаглавленную «Кризис в гипотезе о световом эфире», и призвал студентов видеть в нём «старшего товарища по учёбе, а не человека, который стоит на другой ступени на пути к познанию».

После вступительной лекции Эренфесту, новому профессору, предстояло организовать приём с сигарами и вином. Но Эренфест не выносил спиртных напитков и, не поддавшись на уговоры, ограничился кофе и чаем.

В Лейдене, практически сразу по приезду туда Эренфеста, начинает собираться его семинар по теоретической физике. К 1 ноября 1912 года, т.е. спустя всего 3 недели после его приезда, уже состоялось три заседания семинара. По петербургской традиции, Эренфест собирает своих сотрудников по семинару к 8 часам вечера, по средам.

Эренфест с учениками (1924). Слева направо: Герхард Дике, Сэмюэл Гаудсмит, Ян Тинберген, Пауль Эренфест, Ральф Крониг и Энрико Ферми


Семинар как форма профессионального общения физиков был новинкой для голландцев – и тем не менее они живо и охотно приняли участие в этом мероприятии. Новая традиция повлекла за собой нарушение привычной: по вечерам, не позднее половины одиннадцатого, голландцы всегда возвращались домой – из гостей, театров, концертов. У Эренфестов же на семинаре засиживались и за двенадцать. Менее чем через полгода число участников достигло 30; тут были и физики-теоретики, и экспериментаторы, и математики, и астрономы, и химики. Вопросы, рассматриваемые на заседаниях семинара, поражают своей широтой: обсуждались проблемы квантовой теории, много внимания уделялось физике кристаллов.

Известный физик Георг Уленбек так охарактеризовал метод своего учителя:

«Знаменитую эренфестовскую ясность изложения не следует смешивать со строгостью. Действительно, он редко давал строгое формальное доказательство. Но он всегда умел дать всеобъемлющий обзор предмета изложения, ясно выделив завершённые вопросы и вопросы, остающиеся открытыми. Эренфест любил повторять: сначала разъяснить, а потом доказывать. И он всегда начинал с того, что набрасывал доказательство или делал какое-либо утверждение правдоподобным настолько, что слушатели могли осознать его «на пальцах». Он был всегда находчив и остроумен в изобретении простых моделей, которые помогали уяснению существенных черт аргументации… Эренфест никогда не давал и не придумывал задач; он просто в них не верил. Он считал, что имеют ценность лишь те задачи, которые естественно возникают перед самим студентом. Всё внимание было всегда сосредоточено на физических идеях и логической структуре теории. И я должен сказать, что хотя, быть может, нас не учили тому, как надо считать, мы твёрдо знали, в чём состоят настоящие проблемы физики.»

Излюбленный эренфестовский метод последовательного приближения к истине состоял в задавании вопросов. Этот подход использовался и на семинарах и конференциях, и при индивидуальной работе с учениками, и в собственных научных исследованиях (так, ряд его статей содержит вопрос в самом названии). Из-за такой любви к вопрошанию среди коллег распространилось мнение об Эренфесте как о «Сократе современной физики», а среди студентов закрепилось прозвище «дядюшка Сократ».

Индивидуальная работа с учениками проходила весьма напряжённо, и если поначалу молодой человек чувствовал смертельную усталость после каждого занятия, то, по свидетельству Уленбека, «год спустя вы уже работали на равных правах. И постепенно к студенту начинало закрадываться подозрение, что он знает предмет даже лучше Эренфеста. Этот момент и означал, что студент встал на свои собственные ноги и стал физиком».

Эренфест стремился придать ученикам мужество и уверенность в своих силах, которые считал необходимыми для самостоятельной работы в науке. Примером реализации этого стремления служит история открытия спина электрона. Два молодых в ту пору ученика Эренфеста, Сэмюэл Гаудсмит (1902-1979) и Джордж Уленбек (1900-1974), пришли к выводу о том, что электрон как бы представляет собой некий микроскопический волчок — у него имеется собственный момент количества движения. Эренфест, хотя у него оставались сомнения и он не разделял мнения Вольфганга Паули, считавшего, что спин — попросту новое квантовое число, существенное для статистики электронов и не допускающее наглядной интерпретации в духе классической механики, начал энергично добиваться публикации работы двух своих учеников. Ему (хотя и не без труда) удалось даже заручиться поддержкой Нильса Бора, и работа в 1926 году была опубликована (разумеется, без фамилии Эренфеста) и получила мировое признание.

«Вы оба достаточно молоды, чтобы позволить себе сделать глупость», — характерная фраза профессора. Другой пример — Ферми, который после нескольких месяцев в Лейдене почувствовал уверенность в себе и оставил мысли об уходе из физики.

Окончание следует
Категории: история
статья прочитана 539 раз
добавлена 24 января, 18:51

Комментарии

Авторские права на всю информацию, размещенную на веб-сайте Obzor.lt принадлежат редакции газеты «Обзор» и ЗАО «Flobis». Использование материалов сайта разрешено только с письменного разрешения ЗАО "Flobis". В противном случае любая перепечатка материалов (даже с установленной ссылкой на оригинал) является нарушением и влечет ответственность, предусмотренную законодательством ЛР о защите авторских прав. Газета «Обзор»: новости Литвы.
Рейтинг@Mail.ru