Беседы о науке

О полупроводниках, p-n-переходах, создаваемых на их основе диодах, транзисторах и т.д. все знали давно и серьезно. Позиции кремния и германия в полупроводниковой  электронике, казалось, уже ничто не могло поколебать. Однако при всех плюсах эти эффективные, технологичные и относительно недорогие материалы имели ряд существенных «но». В частности, квантовая механика не позволяла им участвовать в генерации фотонов. То есть – излучать свет. Такой милости природа удостоила лишь полупроводники синтетические. Особых составов. В частности, синтезированных из элементов III и V групп периодической системы Менделеева. Те же галлий и мышьяк. Или – индий и мышьяк. Или – галлий и фосфор и т.д. Не только их, но их – в особенности.

Так наука напала на след светоизлучающих полупроводников. Это была середина прошлого века. В мире началась гонка за теоретическое и практическое воплощение оптоэлектронных материалов на основе соединений A3B5. Все понимали, что речь идет о получении источников света в десятки, сотни, тысячи  раз эффективней, компактней, производительней и т.д., нежели обычные лампочки накаливания и иже с ними осветительный мезозой.

«Мы их надрали!», – не без гордости вспомнит много лет спустя мировую гонку на получение эффективных светоизлучающих структур Жорес Алферов. Его команде удалось первой синтезировать так называемые гетероструктуры на основе твердых растворов галлий-алюминий-мышьяк. Этакие многослойные полупроводниковые «бутерброды» с микронными и даже долей микронов толщиной эпитаксиальных слоев нужных составов. При прохождении через них электрического тока, «слойка» начинала излучать. Сначала – в ИК-диапазоне. Сложные махинации с составами пленок позволили этот диапазон расширить на красную область спектра. Постепенно в ход пошли не только галлий, алюминий и мышьяк, но и их «родственники» по таблице Менделеева – индий, фосфор, азот и проч. Цель – перекрыть полный солнечный спектр.

Применение же особых материаловедческих хитростей позволяло получать из таких гетероструктур не только свет обычный, но и когерентный, то есть – лазерное излучение. Так в мире началась оптоэлектронная революция. Мало того, не закончившаяся сегодня, напротив –  набирающая к старту XXI века всё более мощные обороты.

«XXI век будет веком гетероструктур», – не уставал повторять их «крестный отец» Жорес  Иванович Алферов. Сегодня это уже не предвидение. Сегодня – это  факт. Простая реальность. Почти обыденность. Которая, увы, всё в меньшей степени обязана той стране, что  выпестовала революционную оптоэлектронику. Сейчас она делается, где угодно, только не у нас. Тот же Жорес Алферов в последние годы отчаянно боролся за возвращение отечественной электроники на мировой научный Олимп. Увы, тщетно. «Наш потенциал здесь сегодня – от силы 20-25 процентов того, что бы в свое время в РСФСР», – горестно признавал в последние годы жизни великий российский ученый…

Если въезжать сегодня в Калугу с Юга, то по левую руку взгляд натолкнется на мертвый архитектурный колосс, приветствующий гостей города десятками пустых оконных проемов, торчащими из бетонных стыков полуобсыпавшихся стен березами и кустами, а также размашистой, метров пять длиной, гудронной надписью под самой крышей: «Продается».

Так драматически закончил свой путь на Калужской земле первый и, скорее всего, последний «нобелевский» сюжет, напоминать о котором в городе не принято. А именно – о появлении в Калуге полвека назад прорывного научного центра, вышедшего впоследствии на «столбовую нобелевскую» дорогу, пробитую сначала Жоресом Алферов, а затем устремившимися вслед за ним целой плеядой  американских и японских специалистов по физике твердого тела. Это и был НИИ материалов электронной техники, где мне довелось начинать свой инженерный путь. Как, впрочем, его и заканчивать.

Именно здесь, в Калуге планировалось в конце 80-х создать столицу советских гетероструктур. А также всего того, из чего их получали. Тех, самых гетероструктур, что завоевали с легкой руки Жореса Алферова весь мир сегодня. Но – завоевали его уже без нас. Без России. Тот же Калужский мега-центр оптоэлектронных материалов умер, не пережив драматических российских реформ. Оставил на память лишь пустые стены гигантских корпусов, здание НИИ, приспособленное сегодня под салон диванов и шиномонтаж, да уникальный барельеф на институтском фасаде с мозаикой на тему уравнений Планка и Эйнштейна. Подозреваю – единственный в мире монумент квантовой механике. Правда, встречающий теперь не цвет российской и мировой науки, а мелких обывателей, обуреваемых желанием выбрать диван помягче…

Всякий раз,  проходя мимо, этого «кванто-механического» салона диванов я задумываюсь о невосполнимых утратах. Сегодня – об ушедшем от нас великом российском ученом, взявшем в 2000 году Нобеля за то, что позднее мы, как его, по сути, многочисленные ученики, старались в НИИ материалов электронной техники максимально успешно тиражировать и, что было выкинуто впоследствии начисто, как ненужный хлам. Вместе с институтом. До этого – о том, что таких же Нобелей в 2014 году получили японцы. Опять же за похожие структуры (на этот раз – нитрида галлия, дающих синий цвет спектра), по следам которых ходил и наш НИИ. Пока был жив. Да он ли один?..

«Мы нанесли тяжелейший экономический нокаут своей стране! – сокрушался отдавший, по сути, всю свою жизнь советской науке Жорес Иванович Алферов. – То же самое, если бы сегодня США кто-нибудь поделил на 15 независимых государств, они были бы в экономической депрессии на порядок худшей, чем депрессия 1929 года. А это мы сделали со своей страной!..» Жорес Алферов был человек прямой и искренний. Наблюдать развал науки для ученого такого масштаба – пытка. Сопротивляться развалу – донкихотство. Но и не сопротивляться – низость. Алферов сражался. Пошел в политику. В администраторы. Его за это критиковали. Мог бы, конечно, и не ходить, но он пошел. Чтобы спасти науку. Найти выход. Увидеть свет в конце растянувшегося слишком надолго экономического туннеля. А что-что, но свет Жорес Иванович Алферов умел обнаруживать и создавать там, где о нем уже и переставали думать…

Астрофизик Матвей Бронштейн

Считается, что XX век подарил науке двух великих титанов: Бора и Эйнштейна. Первый «рассекретил» квантовый мир, второй – звездный. Один в поисках истины яростно вгрызался вглубь материи, отыскивая мельчайшие ее осколки, другой отчаянно взмывал до самых безбрежных ее границ, тесня познанием всегалактические масштабы. Оба совершили революции в мозгах, рассказав, каждый, по чудовищно фантастической и вместе с тем правдивой истории: Бор и сотоварищи поведали квантовую механику, Эйнштейн – сочиненную практически в одиночку общую теорию относительности, то бишь – сагу о гравитации.

Первая повесть – о сущностях во Вселенной самых, что ни на есть мельчайших. Вторая – о необъятнейших материях, какие только есть. Обе истории покорили мир и триумфально подтвердились на практике. Каждая улеглась в фундаменте мироздания. Утвердилась в точках научного отсчета. Обозначилась маяком в безбрежном мире идей. Стала неувядающими мемориалом своим великим ваятелям. Обе теории прослыли чем угодно, только не тем, чем они должны были бы по идее стать: родственными по существу, единоутробными по мировоззрению, неразрывными по силе притяжения неопровержимых идей.

Так в истории научных озарений обнаружился своеобразный вакуум. А именно: между отчаянно нестыкующимися  квантами Бора и гравитацией Эйнштейна. Первые отлично ладили с себе подобными в наимикроскопических масштабах, где царствовали принцип неопределенности, вероятностные характеристики каждой из элементарных частиц и все вокруг было зернисто и прерывно (квантовалось) вплоть до силовых полей, но ни в какую не уживались в масштабах вселенских, где бал правили гравитация и искривленное им по эйнштейновским лекалам пространство-время. Как это всё хозяйство разбить на кванты (и пустоту пространства, и вездесущность времени) и воссоединить, наконец, две великие теории – квантовую и гравитационную – никто толком понять не мог.

Требовался, видимо, третий великий ум, еще один титан XX века, сопоставимый по интеллектуальной мощи с двумя первыми – Бором и Эйнштейном. Задача перед ним стояла не из простых: в принципе изменить концепцию толкования таких привычных, казалось бы, и обыденных с виду понятий, как «пространство», «время», «гравитация». Попытаться заглянуть, что у каждого внутри. Из чего они сложены. Достучаться до самых малых строительных их кирпичиков – составных частей. Короче – создать, ни больше, ни меньше, «теорию мира, как целого».

Именно с таким подзаголовком в начале 30-х годов выходит одна из блестящих статей молодого и очень талантливого ленинградского физика Матвея Бронштейна. Пожалуй, эпитет в этом месте должен быть использован куда более сильный – гениального физика, варившегося в середине 20-х годов в соку Ленинградского университета, в компании грядущих звезд мировой физики – Гамова, Иваненко, Ландау (будущего Нобелевского лауреата). Современники утверждали, что в блестящей четверке самым перспективным всё-таки считался Матвей.

Из интеллигентной еврейской семьи, страшный книгочей, жадный до знаний, с потрясающей памятью на всевозможные математические формулы и разнообразные иностранные языки, эрудит, феномен, самоучка – из домашней библиотеки, без школ и гимназий шагнул сразу в университет. Да еще – с запасом уже опубликованных в Европейских журналах статей по квантовой физике. Со студенческой скамьи  – в ЛФТИ к великому «папе Иоффе». Квантовая физика, физика полупроводников, ядерная, пространственно-временные искривления Эйнштейна, «инвентаризация» одна за другой открываемых элементарных частиц, плюс – еще одна физика, только уже не для взрослых. А именно – написание научно-популярных книг для детей. Причем, на столь же высоком профессиональном уровне, как и для их родителей.

В 29 лет – выход Матвея на штурм главной научной вершины – квантовой гравитации. Ноябрь 1935 года – защита им в ЛФТИ первой в мире докторской диссертации на соответствующую тему. В числе оппонентов – будущий Нобелевский лауреат Игорь Тамм. Резюме: очень убедительно. Дерзкая попытка никому пока неизвестного ленинградского гения встать между Бором и Эйнштейном и соединить их теории в одну оказалась не столь уж самонадеянной и безнадежной.

Гравитация вполне может быть уложена в прокрустово ложе квантовой теории поля, если, конечно, не паниковать раньше времени о почти невозможности проверить истинность нарождающегося объединительного учения на практике. Просто – в силу фантастической малости тех квантовых сущностей, что могут «вылупиться» из предпринимаемых попыток разбить пространство и с ним же время за одно на минимально возможные кусочки – кванты того самого пространства-времени. Или – кванты гравитации. Что, как продемонстрировали последующие научные изыскания, в принципе одно и то же.

Молодой ленинградский физик поставил эту саму физику перед выбором: либо, как он писал в одной из своих работ, «отказаться от обычных представлений о пространстве и времени и заменить их какими-то гораздо более глубокими и лишенными наглядности понятиями», либо продолжать одновременно восседать на расставленных далеко друг от друга двух стульях (квантовой теории поля и ОТО – общей теорией относительности), рискуя каждую минуту провалиться неизвестно куда. Проблема требовала решения, и в 1935 году Матвей Бронштейн ринулся на его поиски.

Оговоримся сразу – они не закончены и по сей день. Хотя продвижение – колоссальное. Только упоминание двух столбовых дорог в этом направлении – теории суперструн и петлевой квантовой гравитации – может проиллюстрировать гигантские интеллектуальные усилия, предпринятые человечеством в этом направлении. Но все они уже были сделаны без участия основоположника объединительного учения – гениального советского физика Матвея Бронштейна.

В 31 год от роду его убили. В Ленинградской тюрьме НКВД. Согласно расстрельному списку от 3 февраля 1938 года, утвержденному Сталиным, Ворошиловым, Молотовым и Кагановичем. Не помогли ни обращения тестя ученого – Корнея Чуковского, ни мольбы друга семьи – Самуила Маршака, ни отчаянные письма наверх верного товарища по научным изысканиям Льва Ландау. Машина репрессий в одном человеке уничтожила, по сути, Вселенную. Её певца и одновременно композитора. Архитектора и зодчего. Инока и святителя. Уничтожила целый мир. И даже больше – любимого человека, страшная боль об утрате которого у жены ученого – Лидии Чуковской – осталась навсегда:

«Куда они бросили тело твоё? В люк?

Где расстреливали? В подвале?

Слышал ли ты звук

Выстрела? Нет, едва ли.

Выстрел в затылок милосерд:

Вдребезги память.

Вспомнил ли ты тот рассвет?