Brown, Laurie M.; Rechenberg, Helmut. The Origin of the Concept of Nuclear Forces. xii + 392 pp., illus., bibl., index. Bristol, Eng./Philadelphia: Institute of Physics Publishing, 1996.

 

ISIS, 1998, 89: 4, p.751. 1

ВИЕТ 2000, № 2, с.181. 3

 

 

ISIS, 1998, 89: 4, p.751

In this book Laurie Brown and Helmut Rechenberg present the primordial matter—the experiments, theoretical prejudices, insightful papers rejected by editors, instances of blind-alley reasoning —from which, in a fascinating way, the basic concepts of elementary particle physics emerged.

At the center of Brown and Rechenberg's account is the   story of Hideki Yukawa and the resistance he had to overcome to persuade other physicists to accept his concept of the meson.  The impressive story of Yukawa's persistence can serve as a model of endurance for all original thinkers, and, as recounted by Brown and Rechenberg, it is also a noteworthy example of historiographical innovation, for, to do justice to Yukawa's experience, the historian must adopt a multicultural perspective and employ  both internal and external approaches.  Brown and Rechenberg have done a thorough job of collecting extensive historical material from the communities of physicists both in the West and in Japan.  Indeed, the authors' research among
Japanese physicists deserves our special appreciation, for it was the interaction of the two communities that was a key factor in the history of the reception of the concept of the meson.

As the 1930s were a time of extreme conceptual confusion in twentieth-century physics, no coherent exposition of selected representative evidence can hardly satisfy everyone.  And, in fact, the authors’ attempt to achieve coherence actually produces some overlapping and fragmentation.
In their effort to trace the conceptual development of physical ideas, their own historical narratives itself lacks conceptual clarity.  A simple “census”  of the population of physicists would help; fundamental or pragmatic theorists or experimentalists perceived empirical and theoretical facts in different, sometimes opposite, ways.  If we remember the variety of worldviews represented among these physicists, we can better understand such matters as Bohr's long-term adherence to the idea of nonconservation of energy, and the paralyzing effect of the wait for a true relativistic theory of quanta that was deemed to solve all paradoxes and  “catastrophes”.

It was only with George Gamow's nimble application of quantum-mechanical tunneling (a theory developed by his Russian colleagues Leonid Mandelshtam and Mikhail Leontovich) to alpha decay that the first quantum nuclear theory emerged .  This first success merits more attention than it receives from Brown and Rechenberg, who merely refer to it briefly in their “prologue”. Similarly, the First Nuclear Congress, held in Rome in 1931, is too important an event to be mentioned simply in passing:  it was, after all, the occasion of the first public debate on Pauli's neutrino hypothesis as opposed to Bohr's nonconservation hypothesis, and Bohr's view prevailed (!).

Although Brown and Rechenberg demonstrate  the costliness of mistaken theories and erroneous ideas, they do not show how misconceptions (such as nonconservation and pair-exchange) can sometimes play a helpful role, providing a kind of scaffolding for the construction of successful hypotheses.

While Brown and Rechenberg criticize contemporary physicists for "misread[ing] Heisenberg's paper" (p. 52), some elements in their book suggest misreading is permissible for historians.  Although we may allow an original thinker such as Yukawa to speak of a "divine message forbidding us to think about any other particle" (p. 11) without pressing him to elaborate, we cannot extend such an indulgence to historians.  They must attend to all relevant human messages—and try to interpret them.  Thus Brown and Rechenberg should have understood the significance of the  letter Igor Tamm published in Nature in 1934, which (in Yukava’s words) “heartened” him and “opened” his eyes (p. 105), and they should be able to apprehend why Tamm valued his "unsuccessful" work much more than his work on the theory of Vavilov-Cherenkov radiation, for which he won the Nobel Prize.

Brown and Rechenberg's failure to explain the value of Tamm's note for Yukawa is not the only instance in which the contributions of Russian physicists are overlooked. (One visual error that exemplifies this general oversight appears in the caption on page 16. It should be P-transformed: Gamow is on the right, not the left.)  It is true, however, that Russian historians, myself included, must take responsibility for not making a greater effort to help Westerners to penetrate the Cyrillic barrier. Had we done so, Pauli's comment about "Russian quite interesting work" [sic] (p. 268) would not have remained unsubstantiated;  Brown and Rechenberg would have mentioned the 1947 monograph entitled simply Mezon (Moscow:  GITTL); and they would not have omitted the telling and tragicomic story of "varitrons," the large family of particles “discovered” by A.Alichanow and A. Alichanian , for which they received the Stalin Prize in the late 1940s.

Some underconceptualization, however, has its advantages. Readers of this book, for example, have an exciting opportunity to live through this unique period of discovery and creations virtually, and to try on their own to match its great minds in overcoming its intellectual challenges.

 

G.Gorelik

 

ВИЕТ 2000, № 2, с.181. 

 

В книге представлена та первобытная стихия экспериментов, теоретических предвзятостей и пионерских идей, из которой родилась физика элементарных частиц.

В центре – рассказ о Хидеки Юкаве и о тернистом  пути  мезонной теории ядерных сил. Это хороший урок выносливости для всякого новатора и кроме того пример новаторства, в истории которого важны и внутри-научный и межкультурный аспекты. Авторы книги собрали обширный исторический материал из европейских и японских источников, последние особенно интересны, поскольку взаимодействие двух - тогда весьма различных - научных сообществ было ключевым фактором.

В  физике 20 века начало тридцатых годов было временем  наибольшей, видимо, идейной сумятицы. Поэтому, чем представительнее собранный исторический материал, тем  непонятнее должно казаться происходившее, если при изложении не прикладывать специальные концептуальные усилия. Победную поступь научного знания не легко разглядеть в тогдашних зигзагах научной мысли и эксперимента.

Одним из следствий этого стала и нестройность книги. Некоторые сюжеты разорваны между разными главами, другие перекрываются. Нацелившись на рассказ о концептуальном развитии физических идеи, авторы не позаботились о концептуальности самого своего рассказа. Помочь им (а еще больше -- не искушенным в истории читателям)  могла бы простая “перепись научного населения”: физики различного профиля по разному и даже противоположно воспринимали эмпирические и теоретические факты. Разные доводы имели совершенно разный вес для экспериментаторов и теоретиков, для теоретиков фундаментальной и прагматической ориентаций.. Только если учитывать разные типы мировоззрений тогдашних физиков, можно как-то понять чудеса того времени -- многолетнюю привязанность Бора к идее несохранения энергии, парализующий эффект ожидания подлинной “релятивистской теории квант”, от которой ожидалось решение всех тогдашних парадоксов и катастроф.

Только легкомысленный талант Гамова позволил ему проигнорировать все предостережения и совершить творческий “подбарьерный переход” – его квантомеханическая теория альфа-распада 1928 года стала неожиданным началом теоретической ядерной физики.  На мой взгляд, это событие заслуживает гораздо большего, чем просто упоминания в “прологе” книги. Столь же незаслуженно обойден вниманием Первый ядерный конгресс в Риме осенью 1931 года, как раз накануне “года чудес” в физике элементарных частиц. Именно на Римском конгрессе впервые публично состязались нейтринная гипотеза Паули и Боровская идея несохранения энергии, и, подумать только, общественное мнение “ядерщиков” было на стороне Бора.

Недообъяснение исторического хода событий имеет свое преимущество - читатель получает волнующую возможность виртуально прожить эпоху творения и посоревноваться с великими умами в том, как справиться с трудными загадками, которые ставила тогда природа. Но, боюсь, таких читателей найдется не много, поскольку  без объемных архео-физических раскопок не понять по-настоящему сами эти загадки, тривиальные для нынешнего глаза.

Авторы в одном месте упрекнули физиков того времени в том, что они “неправильно прочитали статью Гейзенберга” (p.52). Вряд ли историки имеют право на подобные упреки, скорее им надлежит отвечать на вопрос, почему какую-то статью неправильно прочитали. А вот физики 30-х годов могли бы упрекнуть авторов-историков в том, что те не смогли прочитать по-настоящему их статьи.

Как первооткрыватель, Юкава имел полное право описывать научную атмосферу своего времени, будто пропитанную “божественным запретом даже думать о какой-то другой частице” (p.111), но от историков мы вправе ожидать объяснения этой атмосферы в каких-то более земных выражениях. Для этого им надо интерпретировать разноголосицу свидетельств и документов и постараться реконструировать историческую реальность.

От историков, в частности, следует ожидать хотя бы попытки объяснения, почему письмо И.Е.Тамма с отрицательным результатом (о гипотезе парных обменных сил в ядре), опубликованное в “Nature” в 1934 году, оказалось столь важным для Юкавы, -- по его словам,  “укрепило его дух” и “открыло ему глаза” (p. 105). И почему сам Тамм ценил эту свою “безуспешную” работу больше, чем работу по черенковскому излучению, принесшую ему Нобелевскую премию.

Это только один - хотя и наиболее важный пример, что история российской ядерной физики -- все еще целина.

Часть ответственности ложится при этом   на российских историков физики (включая и пишущего эти строки), не предпринявших достаточных усилий чтобы помочь западным коллегам преодолеть барьер кириллицы. Иначе мы бы узнали, что в своем стремительном взлете к мировой славе первого ядерного теоретика, Гамов в 1928 году имел в распоряжении отличную взлетную  полосу  (или даже и летательный аппарат)  -  работу Л.И.Мандельштама и М.А.Леонтовича с общим квантово-механическим решением задачи потенциального барьера  (Zs. f. Phys. 1928, 47, 131-136).  Слова Паули о "весьма интересной русской работе " (p. 268) не остались бы в книге Брауна и Рехенберга без пояснения, и была бы рассказана трагикомическая история "варитронов", отмеченных Сталинской премией. Наконец, непременно была бы хоть упомянута единственная в мировой литературе книга с простым названием “Мезон” (Москва, 1947).

 

Чтобы отчасти восполнить пробел и заодно избежать упрека в собственном плохом знании отечественной истории, позволю себе пояснить, почему в связи с гипотезой о парных ядерных силах 1934 года рядом с именем И.Е.Тамма я не указал имя Д.Д.Иваненко. Тем самым, надеюсь, прояснится деликатный, как иногда выражаются, приоритетный вопрос.

Для авторов рецензируемой книги, как и для самого Юкавы, тандем имен не вызывал сомнений. Можно было бы удивиться тому, что два письма советских физиков на одну тему были помещены на одной странице “Nature”, сравнивать  их содержание, но приоритетный вопрос, казалось бы, решается одной фразой Тамма на той самой странице: “Эта идея совершенно независимо пришла на ум моему другу Д. Иваненко, и я имел удобную возможность обсудить с ним этот вопрос”[1].  После этого можно уже не думать над фразой Иваненко на той же странице “Точные вычисления первоначально были проделаны проф. И. Таммом”[2].

О диковинном возникновении этого соавторства рассказал Е.Л.Фейнберг -- близкий ученика Тамма и со ссылкой на него самого:

“Отношение Тамма к «проблеме» приоритета раскрывается и в одном эпизоде, о котором стоит рассказать. В начале 30-х годов ему пришла в голову идея, которую он и осуществил, сделав прекрасную работу, оказавшую большое влияние на последующее развитие теории вопроса. Он выполнил исследование — сложнейшие и обширные вычисления — во время одной конференции, работая, как почти всегда,  по ночам. Когда все было сделано, то оказалось, что конечная формула не оправдала первоначальной надежды на количественное описание явления. Тем не менее, как сказано, работа оказалась важной, и Тамм приготовил краткое сообщение в журнал. В этот момент один молодой теоретик, который каждое утро заходил к нему в гостиницу узнать,  как продвинулась работа за ночь, обратился к нему с вопросом — не будет ли возражений, если он тоже пошлет письмо в журнал: «Мы ведь много раз обсуждали вопрос вместе». Тамм удивился, но не смог ответить отказом. Так и вышло, что одновременно были опубликованы заметка Игоря Евгеньевича, содержащая, кроме четкой физической постановки вопроса, окончательную формулу и отрицательный вывод из нее, и рядом — письмо в редакцию этого молодого теоретика,  содержащее только общие соображения, «идею», но давшее ему тем не менее впоследствии сомнительное основание требовать, чтобы его имя, как соавтора всей теории, всегда упоминалось рядом с именем Тамма. 

Эту историю четверть века спустя Тамм рассказал мне, посмеиваясь, совершенно беззлобно.”[3]

Человек скептического склада, не знакомый с личностями участвующих исторических фигур, мог бы воспринять этот рассказ как сведение каких-то давних счетов, тем более что советская жизнь далеко развела “соавторов”. К концу 40-х годов Тамм, выдавленный из МГУ, заведовал теоротделом ФИАНа, а Иваненко, профессор на бывшей таммовской кафедре, возглавил теоротдел секретной Лаборатории МГУ № 15 во главе с совершенно секретным деятелем Знойко [4]. Противостояние “университетской” и “академической” физики (сами эпитеты родились в МГУ) чуть было не закончилось в 1949 году “лысенкованием” физики[5].

Но что же было в далеком 1934 году?

Свою идею Тамм впервые изложил на конференции по теоретической физике, происходившей в конце мая 1934 года в Харькове. Туда, к Ландау, съехались теоретики страны и Запада, в том числе Нильс Бор (то был его первый приезд в СССР).

На страницах УФН об этой конференции довольно подробно рассказал ленинградский теоретик Матвей Петрович Бронштейн. Рассказал он и о выступлении Тамма:

“Тамм рассказал о том, как на основании теории бета-распада, которую предложил Ферми, можно вычислить взаимодействие между протоном и нейтроном. Это взаимодействие является взаимодействием «обменного» типа (протон и нейтрон меняются ролями при обмене электроном и нейтрино или же позитроном и нейтрино). При вычислении Тамм исходит из предположения, что протон и нейтрон стабильны. В результате вычисления он получает взаимодействие чересчур слабое для того, чтобы объяснить связь между протоном и нейтроном в ядре. Доклад Тамма вызвал оживленную дискуссию. Примененные им методы вычисления подверглись критике со стороны Ландау; мнения по этому вопросу разделились.” [6]

Во статье Бронштейн, однако, имени  Иваненко  не упомянул вовсе. Надо иметь в виду при этом, что  Бронштейн  сохранял близкие отношения со своими университетскими друзьями  Ландау и Иваненко, когда у тех студенческая дружба сменилась полным разрывом.[7] Достаточно сказать, что Бронштейн вместе с Иваненко издали перевод “Основ квантовой механики” Дирака в 1932 году и переиздали в 1937.

Как знают заставшие Иваненко и в чем нетрудно убедиться по его публикациям, он не отличался сдержанностью, когда ему было что сказать, и особенно когда речь шла о приоритете. Поэтому можно быть уверенным, что в конце мая у идеи Тамма был один автор.  А письма Тамма и Иваненко в “Nature” датированы 30 июня 1934.

Далеко не все странности советской истории науки объяснимы зловредностью советской власти. Действовал и “человеческий фактор”. Сильное социальное поле поляризовало научное сообщество, и особенно далеко разводило тех, у кого человеческие заряды были противоположны по знаку.

Имеет ли этот эпизод отношение к истории науки, или только к истории научной жизни, каждый может решать по своему усмотрению. А внимательное рассмотрение российского участия в концептуальном развитии ядерной физики еще только предстоит сделать.

 

Г.Е.Горелик