«Катюша», атомная бомба и структура Вселенной

Восьмого марта 2024 года исполнилось 110 лет со дня рождения выдающегося физика, одного из отцов советской атомной бомбы, крупнейшего астрофизика академика Якова Борисовича Зельдовича
«Катюша», атомная бомба и структура Вселенной
Яков Борисович Зельдович — советский физик и физикохимик. Академик АН СССР, доктор физико-математических наук, профессор
rbth.ru

Диапазон его интересов был необъятен: от физики горения и взрыва через ядерное оружие до самых глубин астрофизики и космологии. Андрей Сахаров назвал его «человеком универсальных интересов». По мнению Льва Ландау, ни один физик, исключая Ферми, не обладал таким богатством новых идей. Это о нем говорил Игорь Курчатов: «А все-таки Яшка — гений!» Выдающийся английский физик Стивен Хокинг на встрече с Яковом Борисовичем в Москве заметил: «Теперь я знаю, что вы реальный человек, а не группа ученых, подобная Бурбаки».


МЕХАНОБР.jpg
Всесоюзный Научно-исследовательский и проектный Институт механической обработки полезных ископаемых (МЕХАНОБР) в Ленинграде
eclectica.ru

Абсорбция и катализ

Яков Зельдович окончил школу в 16 лет и поступил на курсы лаборантов в Институте механической обработки полезных ископаемых (Механобра) в Ленинграде. Как писал об этой работе сам Зельдович в автобиографии, «навсегда запомнились богатства Кольского полуострова, запечатлелось уважение к академику А. С. Ферсману. В марте 1931 г. с экскурсией сотрудников Механобра я посетил отдел химической физики Ленинградского физико-технического института. В лаборатории С. 3. Рогинского меня заинтересовала кристаллизация нитроглицерина в двух модификациях. После дискуссии мне предложили в свободное время работать в лаборатории. Вскоре встал вопрос об официальном переходе».

Ко времени зачисления (15 мая 1931 года) отдел превратился в самостоятельный Институт химической физики (ИХФ), директором которого стал Николай Семенов, будущий нобелевский лауреат. Существует байка, что Механобр уступил Зельдовича ЛФТИ за форвакуумный насос, от которого тогда, по мнению дирекции института, было больше проку.

Однако высшее образование будущий классик теоретической физики так и не получил. С 1932 по 1934 год он слушал лекции на заочном отделении физико-математического факультета Ленинградского университета, позже посещал лекции на физико-математическом факультете Политехнического института. Но тем не менее в 1934 году он был принят в аспирантуру ИХФ.

magnifier.png Механобр уступил Зельдовича ЛФТИ за форвакуумный насос, от которого тогда, по мнению дирекции института, было больше проку

Интересно, что Зельдович, как пишет он сам в автобиографии, считал себя в первую очередь учеником Льва Давидовича Ландау. И объясняет, что это связано с той ролью, которую играл Ландау в создании и развитии советской теоретической физики. Кроме того, он отмечал влияние на себя других школ и людей. «Это прежде всего Я. И. Френкель с его огромной интуицией, оптимизмом и широтой. Это В. А. Фок с глубокой и блестящей математической техникой. Это И. Е. Тамм и его ученики и идущая от Л. И. Мандельштама школа теории колебаний».

Первые работы Якова Борисовича, в том числе экспериментальные, относились к процессам адсорбции и катализа. Он исследовал влияние неоднородности поверхности на ход адсорбции. Эти идеи и результаты живут и сегодня, он считается признанным классиком в этой области. А в 1936 году Я. Б. Зельдович защитил кандидатскую диссертацию, получив специальное разрешение ВАК на защиту без вузовского диплома. В 1939 году он становится доктором физико-математических наук. Докторская диссертация стала обобщением его работ по проблеме окисления азота в горячем пламени. Имя Зельдовича становится известным в научном мире.

В первой половине 1930-х годов Николай Николаевич Семенов привлек Якова Борисовича к большой коллективной работе по окислению азота при горении. Отсюда естественным образом он перешел к общей теории горения, детонации и ударных волн. Работы Зельдовича в этой области считаются классическими. Фактически он создал современную теорию горения и взрыва. Коллектив, который он основал (Яков Борисович с особой теплотой выделяет Давида Франк-Каменецкого), вырос в большую и разветвленную школу. Наряду с чисто научной значимостью полученных в этой области результатов они имели огромное значение для обороны. С первых дней Великой Отечественной войны Зельдович целиком переключился на оборонные исследования. Известно, например, какое значение имели работы его и возглавляемого им коллектива по горению порохов в легендарных «катюшах». В 1943 году за цикл работ по теории горения Якову Борисовичу была присуждена Сталинская премия.


ЗЕЛЬДОВИЧ 42.jpg
Яков Зельдович в 1942 году, когда он активно работал над теорией горения и детонации
kp.ru

Общая теория атомной бомбы

Еще до войны, в Ленинграде, Зельдович начал заниматься ядерной физикой. Вместе с Юлием Харитоном он выполнил и опубликовал цикл работ по урану. В 1939 году он впервые осуществил расчет цепной реакции деления урана, который позволил определить критический размер реактора. В дальнейшем исследования Зельдовича имели большое значение для решения проблемы использования атомной энергии.

Яков Борисович отмечал, что открытие деления урана и принципиальной возможности цепной реакции деления предопределило его судьбу, и указывал на ведущую роль его учителя Харитона в понимании общечеловеческого значения задач, которые перед ними стояли в атомном проекте.


ЗЕЛЬДОВИЧ ХАРИТОН.jpg
Яков Зельдович и Юлий Харитон
jewish.ru

«Известно, — писал Зельдович, — удивление ученых США, когда пробы воздуха показали, что в августе 1949 г. их ядерная монополия окончилась. Август 1949-го — испытание советского атомного оружия — был закономерным итогом огромного целеустремленного усилия всего народа, сыграл роль и научный потенциал страны, накопленный еще в предвоенные годы. Удивление в США было бы меньше, если бы они читали наши работы предвоенных лет, опубликованные на русском языке. Речь идет при этом не только о работах по цепному делению урана. Наука о взрыве и теория детонации также являются необходимой частью тех знаний, без которых нельзя решить проблему».

magnifier.png «Удивление в США было бы меньше, если бы они читали наши работы предвоенных лет, опубликованные на русском языке. Речь идет при этом не только о работах по цепному делению урана. Наука о взрыве и теория детонации также являются необходимой частью тех знаний, без которых нельзя решить проблему»

С 1946 по 1948 год Зельдович заведовал теоретическим отделом ИХФ, одновременно являясь профессором Московского инженерно-физического института. С 1948 по 1965 год работал в КБ-11 начальником отдела, отделения, заместителем научного руководителя.

Яков Борисович Зельдович был активным участником разработки и испытания первого атомного заряда. Как руководителю работ по построению общей теории атомной бомбы ему в 1949 году было присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и присуждено звание лауреата Сталинской премии.

Реализация идеи создания атомного заряда потребовала изучения поведения вещества при давлении в несколько миллионов атмосфер, когда металлы уже текут как жидкость. Зельдович и его коллектив были одними из авторов и активными участниками работ по созданию последующих вариантов новых атомных зарядов и первой водородной бомбы. За эти работы он дважды (в 1953 и 1956 годах) был удостоен звания Героя Социалистического Труда, дважды (в 1951 и 1954 годах) ему присуждалась Сталинская премия.


Теория блинов

В 1950-е годах Яков Зельдович начинает работать в области физики элементарных частиц. В 1952 году он формулирует закон сохранения барионного заряда применительно к открытым незадолго до этого странным частицам; в 1953-м — закон сохранения лептонного заряда. Его работы стали неотъемлемым элементом современной теории электрослабого взаимодействия. Именно он выдвинул идею об изотопическом спине лептонов и предложил опыты с целью поиска нарушения четности в атомах.

Совместно с Вениамином Цукерманом он предложил новый способ инициирования атомных зарядов — систему внешнего инициирования. Зельдович предсказал новый тип распада элементарных частиц — пионов, нашедший полное подтверждение в работах экспериментаторов в г. Дубне.

magnifier.png Главной проблемой для него стал вопрос о происхождении крупномасштабной структуры Вселенной, о причинах, приводящих к появлению удивительно разнообразного мира галактик, скоплений и сверхскоплений галактик из первичного, практически однородного вещества

С начала 1960-х Зельдович обращается к космологии. Крупнейшие оптические и радиотелескопы, орбитальные рентгеновские обсерватории работали и работают над открытием и поиском эффектов, предсказанных Яковом Борисовичем. Среди его работ указание возможности рождения черных дыр малой массы, работы по аккреции (падению) вещества на черные дыры и нейтронные звезды. Когда было открыто реликтовое излучение, Зельдович одним из первых понял, каким важным инструментом познания прошлого Вселенной оно является. Он решает задачу о рекомбинации водорода во Вселенной, рассчитывает искажения спектра реликтового излучения, связанные с распадом нестабильных частиц, испарением мини черных дыр, аннигиляцией вещества и антивещества, диссипацией потенциальных и вихревых движений. В начале 1970-х он предсказывает понижение яркостной температуры реликтового излучения в направлениях на скопления галактик с горячим межгалактическим газом. В последние годы жизни Яков Зельдович работал над проблемами рождения и самых ранних стадий эволюции Вселенной. А главной проблемой для него стал вопрос о происхождении крупномасштабной структуры Вселенной, о причинах, приводящих к появлению удивительно разнообразного мира галактик, скоплений и сверхскоплений галактик из первичного, практически однородного вещества. Важнейшее достижение здесь — теория крупномасштабной структуры — была названа им «теорией блинов».

В 1983 году заслуги Якова Борисовича Зельдовича в астрофизике были отмечены Золотой медалью имени Катарины Брус — наградой за «жизнь, отданную астрономии, и выдающийся вклад в развитие этой науки», как сказано в формуле присуждения.


ХАРИТОН КУЧТ ЗЕЛЬД.jpg
Памятник создателям советского атомного проекта Ю. Харитону, И. Курчатову и Я. Зельдовичу у здания НИЯУ МИФИ
Пресс-служба НИЯУ МИФИ

Зельдович для математиков

Роль Якова Зельдовича в развитии физики не ограничивается его работами, созданием новых направлений и научных школ. Он автор более двадцати монографий. Его ученики — это не только десятки физиков, непосредственно с ним общавшихся. Стимулирующее влияние его работ испытывают ученые других специальностей, включая математиков. Некоторые из достижений Якова Борисовича являются, по сути, математическими открытиями. Его коллеги и ученики говорили о влиянии, которое он оказал на преподавание высшей математики, о том, в скольких молодых людях он зажег любовь к точным наукам своей завоевавшей широкую популярность книгой «Высшая математика для начинающих физиков и техников».

Труды Якова Борисовича Зельдовича получили высокую оценку. Он трижды Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии, ему четырежды присуждалась Государственная премия СССР, он награжден многими орденами и медалями. Он был членом Академии наук СССР, членом Лондонского Королевского общества, Национальной академии США, Венгерской академии наук, Академии Леопольдина (ГДР) и ряда других академий, почетный доктор прославленных университетов. В течение двадцати лет Яков Борисович работал в Институте прикладной математики и Институте физических проблем.

В его честь учреждены Золотая медаль Зельдовича (Американский институт по горению) — вручается с 1990 года, Медаль Зельдовича (Комитет по космическим исследованиям и РАН) — вручается с 1990 года, Золотая медаль имени Я. Б. Зельдовича — учреждена РАН в 2014 году, первое вручение состоялось в 2015-м.

Умер Яков Борисович 2 декабря 1987 года. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.

Источники

Зельдович Я. Б. Избранные труды. Частицы, ядра, Вселенная. М.: Наука, 1985.

Росатом. Эволюция отрасли. Персоналии. 

Яков Борисович Зельдович (к семидесятилетию со дня рождения) // Успехи физических наук. 1984. Март. Т. 142. Вып. 3.

Еще по теме:
12.04.2024
Научная группа из Объединенного института высоких температур РАН создала стабильную ультрахолодную плазму, которая может...
10.04.2024
Сегодня, 10 апреля 2024 года, Музей космонавтики и ракетной техники им. В. П. Глушко пополнился новым экспонатом — спуск...
04.04.2024
Сапфировые микролинзы почти в девять раз повысили мощность антенны терагерцевого излучения большой площади. Технология м...
01.04.2024
Обзорная экспедиция на ледоколе «Илья Муромец» изучила следы похода на Крайний Север, датированного началом XVII века. В...
Наверх