В декабре 1902 г. для продолжения образования А. Ф. Иоффе едет за границу в Мюнхенский университет. Этот выбор оказался чрезвычайно удачным для формирования Абрама Федоровича как физика.
Достаточно сказать, что в те же годы, когда Иоффе проходил стажировку в Мюнхене, там работали Эрнст Вагнер, Рудольф Ладенбург, Эрнст Прингсгейм, Арнольд Зоммерфельд, Петер Дебай, Макс фон Лауэ и другие. Открытия многих из них вошли в золотой фонд мировой науки.
Руководителем Физического института при Мюнхенском университете был известный физик, редчайшей способности экспериментатор Вильгельм Конрад Рентген. Он сумел создать в своем институте общую благоприятную атмосферу науки и подлинного творчества. Это немало способствовало быстрому расцвету редких качеств ума и таланта, которыми обладал молодой российский инженер. Влияние, авторитет и советы Рентгена очень много дали Абраму Федоровичу как во время работы в его лаборатории, так и позднее, во время ежегодных приездов к учителю в течение нескольких лет.
В свое время В. К. Рентген, как и П. Н. Лебедев, а позднее Л. И. Мандельштам, Н. Д. Папалекси и многие другие, прошел физическую школу Кундта в Страсбургском университете, которой были свойственны строгая постановка опытов, тщательная обработка полученных результатов, поразительная способность к точным измерениям, уважение к эксперименту. Все эти качества, унаследованные от учителя, привели к тому, что первая Нобелевская премия за открытие Х-лучей была присуждена Рентгену.
Как человек Рентген был удивительно честен, правдолюбив, совершенно свободен от чинопочитаний, ровен в обращении с подчиненными, бескорыстен в науке.
Как ученый он был консерватором в своей работе и физическом мировоззрении, осторожен в выводах, с глубоким уважением относился к достижениям науки прошлого, стремился защитить науку от непроверенных новшеств, отвергавших твердые устои старого.
Экспериментальная физика в Мюнхенской лаборатории была строго классической. Перед учениками ставились в основном измерительные задачи. Цель их часто сводилась к тому, чтобы получить достоверные факты там, где литературные данные не были единодушны и вызывали сомнения. При этом никаких собственных теоретических выводов и соображений при обработке полученных результатов не допускалось.
Рентген щедро передавал ученикам свой опыт точного эксперимента, учил выделять в чистом виде изучаемое явление, освободив его от побочных влияний, приучал к строгому анализу и в то же время предоставлял большую, можно сказать, полную самостоятельность в действиях.
А. Ф. Иоффе, начинающий исследователь, все поставленные перед ним задачи проводил сам, а учитель ограничивался тем, что очень тщательно, с удивительной изобретательностью критиковал методику измерений и полученные при этом количественные данные. Однако именно «в этой критике и заключалось воспитательное влияние, которое Рентген оказал на Иоффе. Всякий, кто знаком с экспериментальными исследованиями самого Абрама Федоровича, а также с той виртуозной критикой, которой он подвергал в дальнейшем работы своих учеников и сотрудников, не может не заметить в них того глубокого влияния, которое он в свое время испытал на самом себе со стороны Рентгена».
Надо заметить, что из мюнхенской школы Иоффе вынес не только экспериментальное мастерство, но и любовь к эксперименту, к приборам и умение многое делать самому. Влияние учителя на ученика было настолько глубоким, что он унаследовал от него и многие личные качества, такие, как честное отношение к науке, манеру держаться с подчиненными, скрупулезную аккуратность в одежде и другие. А вот в выборе научного метода Абрам Федорович пошел своим путем. «Трудно представить себе более яркий контраст между чисто феноменологической установкой Рентгена и установкой его нового молодого сотрудника А. Ф. Иоффе, для которого факты предоставляли интерес лишь в связи с теорией, позволявшей понять их, т. е. свести в единую стройную систему, хотя бы и не соответствующую старым схемам и принципам. Этот контраст привел к возникновению в дальнейшем ряда конфликтов между маститым немецким ученым и его начинающим русским учеником — конфликтов, в которых последний одерживал верх».
Главная научная идея Рентгена относилась к вопросам строения вещества, и в частности кристаллов. Его интересовало взаимодействие электрических и оптических процессов с механическим воздействием на вещество; воздействие потоков заряженных частиц (электронов) на магнитные и оптические свойства пространства.
В этом плане представляет интерес научная работа Рентгена, которая наглядно доказала наличие магнитного действия диэлектрика, вращающегося между заряженными обкладками конденсатора. Он убедительно показал, что движение «фиктивных» зарядов, вызываемое быстрым вращением диска, эквивалентно току и создает свое магнитное поле. Проведенное исследование Рентгена явилось дополнением к опытам Роуланда. Позднее наш соотечественник А. А. Эйхенвальд своими работами еще раз подтвердил наличие магнитного поля около движущихся зарядов. Описание опыта Эйхенвальда (вращение конденсатора вместе с диэлектриком) вошло во все вузовские учебники страны.
Последние годы XIX столетия в физике характерны тем, что теория Максвелла объединила разрозненные электрические, магнитные, оптические и тепловые явления в одно — электромагнитное. Один электромагнитный эфир стал на место тех разнообразных сред, которые до того времени были нужны в различных отделах физики. Опыты Герца дали прекрасные экспериментальные доказательства существования электромагнитных волн. В одной из своих работ Герц, по мнению многих ученых, доказал окончательно, что катодные лучи не имеют корпускулярного характера и не состоят из потока частиц, несущих электрический заряд. Эти опыты дали толчок многочисленным исследованиям. В частности, ученик Герца Ф. Ленард изучал поведение катодных лучей, вышедших в воздух через алюминиевую фольгу, вставленную в отверстие, которое было вырезано на наружной стенке катодной трубки. Расстояние, на котором изучалось действие катодных лучей Ленардом, не превышало нескольких долей сантиметра.
Рентген повторил опыты последнего и заметил действие вышедшего катодного пучка на расстоянии в несколько метров от отверстия. В течение 7 недель Рентген внимательно изучал полученные результаты, пока не убедился, что он открыл новый род лучей. Открытие Х-лучей, как их всегда называл автор, послужило прекрасным доказательством удивительного экспериментального мастерства Рентгена, его необыкновенного умения остро подмечать то, что просмотрели другие.
Около двух лет Рентген занимался изучением свойств открытых им лучей. Новое явление было исследовано настолько всесторонне, что в течение почти 15 лет сотни дальнейших работ ничего существенного не могли добавить в результаты исследований ученого, вплоть до обнаружения характеристических лучей Баркла и до открытия Лауэ дифракции рентгеновских лучей. Читая статьи Рентгена, поражаешься ясной логике эксперимента и необычайной простоте его постановки. Электроскоп, кусочки металлов, стеклянные трубки — вот вся аппаратура опытов Рентгена.
Долгое время природа новых лучей не была ясна. И только в 1912 г. немецкие физики Лауэ, Фридрих и Книппинг убедительно доказали их волновой характер, что позволило определить длину волны рентгеновских лучей.
Открытие рентгеновских лучей представляет собой одно из самых выдающихся событий в истории современной физики. Оно способствовало быстрому развитию многих ее разделов. Стало возможным изучение космических лучей, внутренней структуры вещества, открытие и использование атомной энергии и многое другое.
Для выполнения мечты А. Ф. Иоффе научиться физике и физическому эксперименту вряд ли можно желать лучшего места, чем физическая школа Рентгена.
При первой же встрече с Рентгеном Абрам Федорович рассказал о намерении выяснить природу запаха, сообщив ему имеющиеся собственные соображения по данному вопросу. При этом обнаружилось, что проблема обоняния интересовала и Рентгена своей связью с окислением. «Первая же моя беседа с Рентгеном... выявила его гипотезы об обонянии...» — вспоминал позднее ученый.
Для начала молодому инженеру было предложено выполнить студенческий практикум, состоящий из 100 работ. С заданием Абрам Федорович справился в очень короткий срок — всего за месяц. Когда Рентген ознакомился с полученными результатами, он отметил, что его ученик, помимо большого трудолюбия, обладает еще наиболее ценными качествами будущего ученого — уважением к эксперименту и прекрасной способностью к точным измерениям.
В 1903 г. начинающему физику была поручена более ответственная и интересная работа, при выполнении которой А. Ф. Иоффе показал себя с самой наилучшей стороны. Только что появилось сообщение Пьера Кюри о том, что препарат радия выделяет тепло. Иоффе необходимо было проверить данное сообщение. Глубоко продумав поставленную задачу, он разработал совершенно оригинальную методику эксперимента, которая позволяла не только установить сам факт выделения тепла, но и провести его точный количественный учет. Суть опыта заключалась в следующем. Имелись два небольших сосуда Дьюара, заполненные маслом. В один из них помещалась трубка с радием, в другой — такая же трубка с платиновой проволокой, по которой шел ток. Исследуя разность температур между сосудами, Иоффе добивался компенсации тепла, выделяемого радием, и джоулевым теплом, выделяемым при прохождении тока по платиновой проволоке.
При выполнении данного исследования А. Ф. Иоффе впервые нарушил заповедь Рентгена «не измышлять гипотез», переступил строгие измерительные рамки, установленные в мюнхенской лаборатории. Для объяснения причин выделения радием тепла он выдвинул целую серию собственных соображений, которые не замедлил сообщить учителю. Одно из этих сообщений особенно заинтересовало Рентгена, и он предложил вместе с ним провести соответствующее исследование. Магнитные свойства радия не были известны. Среди громадного многообразия веществ есть три элемента в миллион раз более магнитных, чем все остальные. Могло бы оказаться, что неисследованный радий более магнитен и нагревается, находясь в непостоянном земном магнитном поле. Это предположение не оправдалось, но исследование дало другие интересные факты и затянулось на более долгий срок. В частности, А. Ф. Иоффе в одном из опытов заметил, что под действием β-лучей резко концентрируется и усиливается свечение флюоресцирующего экрана при наличии сильного магнитного поля. Рентген сам предложил Абраму Федоровичу объяснить наблюдаемое явление. Через два дня теоретическое обоснование было готово и доложено Рентгену. Иоффе предположил, что β -лучи спирально закручиваются вокруг линий магнитной индукции. Учитель согласился с объяснением ученика.
Так молодой Иоффе, будучи всего-навсего практикантом, смело ломал установившиеся каноны, ища собственный путь в науке.
После исследования радия Рентген предложил Абраму Федоровичу работать в одной из комнат его кабинета, а затем взял в ассистенты. У очень требовательного Рентгена такое случалось не часто, поэтому с полным основанием можно расценить действие немецкого ученого как акт признания недюжинных способностей русского инженера.
Следуя своей главной научной идее, Рентген в качестве диссертационной работы предложил Иоффе изучить пьезоэлектрические свойства кварца, воспользовавшись для этого упругим последействием, во время которого деформация продолжает расти при постоянно действующей силе. Необходимо было выяснить причины возникновения поляризации кристаллов каменной соли при изменении их формы. В этой задаче слились два вопроса: об электрических и механических свойствах диэлектриков.
Подробно ознакомившись с научной литературой по интересующей его проблеме, Абрам Федорович согласился с мнением Максвелла, что в монокристалле упругого последействия не должно быть. Все последующие эксперименты были подчинены проверке этой идеи. Упругое последействие из средства превратилось в цель исследования. Многочисленными опытами Иоффе доказал, что остаточные деформации в кварце вызваны различными побочными явлениями, в частности пьезоэлектрическим эффектом. Постепенно устраняя поляризационные заряды с поверхности испытуемого образца, Абрам Федорович пришел к результату, когда упругое последействие в кристалле каменной соли было настолько мало, что его нельзя было обнаружить даже тончайшим интерференционным методом, разработанным самим исследователем.
Острое чувство новизны, изумительная интуиция, умение, казалось бы, в незначительном увидеть новое проявление природы, глубокий анализ встречающихся побочных факторов помогли А. Ф. Иоффе, наряду с изучением упругого последействия, открыть внутренний фотоэффект в рентгенизированных кристаллах каменной соли. Рентген, вначале очень скептически относившийся к этим опытам молодого физика, впоследствии выразил желание принять участие в исследованиях ученика. Это была блестящая победа научного метода Абрама Федоровича Иоффе! В мае 1905 г. А. Ф, Иоффе защитил диссертацию и получил степень доктора философии при Мюнхенском университете.
В своей первой серьезной научной работе А. Ф. Иоффе показал себя вполне зрелым исследователем и вступил на равных правах в число ученых, работающих в области физики твердого тела.
Вопрос о природе света, возникший еще в далекие школьные годы, не переставал волновать Абрама Федоровича. Поэтому, как только появилась статья Эйнштейна в 1905 г. о световых квантах, молодой физик сразу же приступил к ее экспериментальному обоснованию, Он тщательно проанализировал опубликованную тогда работу Э. Ладенбурга о внешнем фотоэффекте и убедительно показал, что результаты Ладенбурга подтверждают фотонную теорию Эйнштейна: «Вскоре (в начале 1907 г.) я опубликовал заметку, в которой показал, что измеренная Ладенбургом энергия фотоэлектронов связана с частотой света на самом деле линейно, а не квадратично, как утверждал автор... Там же я указал путь окончательного решения вопроса о фотонах — изучение фотоэффекта щелочных металлов натрия, калия и их сплавов». На всю жизнь Абрам Федорович остался верным сторонником квантовой теории, подтверждая ее своими научными работами.
В 1906 г. А. Ф. Иоффе покинул Мюнхен. Это был уже зрелый ученый с окончательно сформированными научными интересами, прекрасно владеющий методикой физического эксперимента. «Четырехлетнее пребывание в Мюнхене в школе Рентгена определило многое в моей дальнейшей жизни и сконцентрировало мои интересы на физике», — вспоминал впоследствии Иоффе.
Добавить комментарий