Пьер-Жиль де Жен. 1932–2007

В 50-е годы прошлого века во Франции наметилось некоторое отставание в физической науке от передового международного уровня (главным образом американского), что было в основном последствием двух мировых войн. Поэтому лекции по физике, читаемые в это время в различных французских университетах, не всегда соответствовали самым последним достижениям естествознания. Например, по мнению де Жена, курсы физики, преподаваемые в Сорбонне в 1950-е годы, отражали эту науку такой, какой она была в XIX в. (во времена формулировки уравнений Максвелла), а статистическая физика и квантовая механика вообще не освещались [76, с. 59]. Нормальная школа, собравшая многих лучших французских физиков, закономерно была счастливым исключением – эта наука там преподавалась на достойном уровне.

В Нормальной школе де Жен слушал курс физики Альфреда Кастлера, ведущего специалиста в области оптики и спектроскопии, нобелевского лауреата 1966 г. Посещал он и лекции Ива Рокара, директора лаборатории физики Нормальной школы, участника французского Сопротивления, исследователя, интересующегося в равной степени астрофизикой, механикой и физикой атмосферы[15 - Ив Рокар был отцом Мишеля Рокара, – одного из премьер-министров Франции.].

Однако Пьеру-Жилю не очень нравились лекции по квантовой механике. Их в Нормальной школе читал уже немолодой знаменитый ученый Луи де Бройль по конспектам и очень тихим голосом, так что ему практически не удавалось удерживать внимание студентов.

Де Жен слушал и некоторые лекционные курсы по физике, преподаваемые вне стен Нормальной школы. Так, например, он ходил на лекции научного наставника своей юности, Эдмона Боэра, который читал в Институте Кюри (Institut Curie)[16 - Один из лидирующих парижских научных институтов в области биофизики, молекулярной биологии и онкологии; основан Марией Склодовской-Кюри и Клодьюсом Рёго в 1909 г.] небольшой вводный курс по статистической и квантовой физике.

В Нормальной школе Пьер-Жиль научился самостоятельно работать с книгами. Например, он восполнил недостаток знания по квантовой механике, глубоко изучив ее по уже имевшимся тогда нескольким хорошим книгам. Так, монографию знаменитого английского физика Поля Дирака он прочел в своей комнате за одну ночь наедине с бутылкой коньяка и пачкой сигарет [76, с. 62]. Примеру де Жена последовали и некоторые из его товарищей.

Будучи студентом (в 1953 г.), Пьер-Жиль начал читать и первые научные статьи. Среди них были работы по жидкому гелию американца Ричарда Фейнмана, нобелевского лауреата 1965 г., которые существенно повлияли на формирующийся научный стиль де Жена. Эти статьи заставили его отказаться от повсеместного применения математического формализма при решении физических задач, а искать в исследуемой проблеме прежде всего физический смысл.

В эти же годы проявились и политические взгляды де Жена. Он был ярым антикоммунистом, и, в частности, это была одна из причин, по которой он мало общался со студентами гуманитарных специальностей школы – многие из них слишком увлекались марксизмом.

В Нормальной школе Пьер-Жиль приобщился не только к физике, но и к другим естественным наукам, например, к биологии и геологии. В июле 1952 г. де Жен вместе со своими однокашниками-натуралистами – Максимом Гинбо, Пьером Фаваром, Жаком Синьоре и Жаном-Полем Блохом (первые трое из них впоследствии преуспели в науке) – предпринял физически очень трудную экспедицию в Исландию для изучения флоры и полезных ископаемых острова. Результатом этого путешествия стал снятый ими любительский фильм.

В 1953 г. Пьер Эгрен, сотрудник лаборатории физики Нормальной школы, отобрал Пьера-Жиля (из большого числа студентов) для участия в летней школе по теоретической физике в местечке Лез-Уш во французских Альпах. Среди других троих избранных был и однокашник де Жена, друг и в какой-то степени соперник, Филипп Нозьер, впоследствии известный физик-теоретик.

Эта школа для начинающих исследователей и студентов была организована молодой исследовательницей Сесиль Моретт-де Витт, которая была замужем за американцем Брайсом де Виттом, работала в США и понимала отставание французской физической науки от американской. Целью школы и было способствовать уменьшению этого разрыва.

По просьбе Сесиль известный архитектор Альбер Лапрад предоставил для участников школы несколько шале с чудесным видом на массив Монблана. Она также смогла организовать финансирование мероприятия, продолжавшегося целых два месяца, и пригласила в школу в качестве лекторов многих известных физиков. Среди них были один из изобретателей транзистора Уильям Шокли, известный специалист в области квантовой теории твердого тела Рудольф Пайерлс, а также один из пионеров квантовой физики Вольфганг Паули. Школа позволила молодежи не только многое почерпнуть из лекций известных физиков, но и пообщаться с ними в неформальной обстановке.

Мероприятие произвело на Пьера-Жиля и его друга глубокое впечатление. Де Жен вспоминал: «С этой летней школы я вернулся преображенным: именно там родилось мое призвание к физике» [76, с. 71].

В конце работы школы по предложению Пайерлса студенты должны были написать небольшой доклад на одну из заданных тем. На эту работу отводилось всего 24 часа. Де Жен подготовил доклад на тему «Адиабатичность в термодинамике и квантовой механике», очень понравившийся Пайерлсу.

В течение всего третьего года обучения в Нормальной школе студентам полагалось пройти стажировку в одной из научных лабораторий. До поездки в Лез-Уш Пьер-Жиль решил стажироваться в лаборатории Э. Боэра в Институте Кюри, но после школы в Лез-Уше он счел тематику, которой занимался в то время Боэр (определение состава газов спектроскопическими методами), несколько устаревшей. Тактично отказавшись от стажировки в Институте Кюри, он вместе с Ф. Нозьером провел год в группе по исследованию полупроводников, возглавляемой уже упоминавшимся П. Эгреном, в Нормальной школе. Именно здесь де Жен впервые начал заниматься наукой.

Пьеру-Жилю повезло с научным наставником. П. Эгрен впоследствии стал одним из главных представителей французской школы полупроводников, а также выдающимся администратором, занимая в 1978–1981 гг. пост министра науки Франции.

В начале 1950-х годов молодой, энергичный и полный идей доцент, а затем профессор Эгрен создал в Нормальной школе по поручению директора лаборатории физики И. Рокара группу по исследованию полупроводников. Эгрен только что вернулся во Францию из Соединенных Штатов, где в послевоенные годы занимался исследованиями в области электроники в Питтсбургском Университете Карнеги-Меллон и в 1948 г. получил там степень доктора философии (PhD).

Сначала Эгрен (будучи сам теоретиком) предполагал использовать Пьера-Жиля в качестве экспериментатора. Однако первые шаги юного де Жена на этом поприще были неудачными. Например, он без успеха пытался изготовить тонкие пленки германия с помощью предложенного Эгреном электрохимического метода. Не получалось у Пьера-Жиля и синтезировать необходимые ему для исследования кристаллы окиси магния, используя методику Вернейля[17 - Вернейль Огюст (1856–1913) – французский химик, открывший в 1902 г. метод выращивания монокристаллов из пудры в пламени. Эта методика затем успешно применялась для получения искусственных драгоценных камней, а также рубиновых стержней первых лазеров.]. Не преуспел на ниве эксперимента и его друг Ф. Нозьер.

Затем, увидев в молодом де Жене способности к теоретической деятельности, Эгрен поручил ему разобраться в только что опубликованной теории возникновения динамической ядерной поляризации в парамагнетиках, приводящей к резкому усилению спектров ядерного магнитного резонанса (ЯМР), так называемом эффекте Оверхаузера[18 - 0верхаузер Альберт (1925–2011) – американский физик-теоретик, описавший этот эффект в 1953 г.], и сделать доклад на эту тему на лабораторном семинаре.

Пьер-Жиль успешно справился с заданием. На семинаре присутствовало много ученых и студентов из парижского региона, включая известного физика русского происхождения, специалиста в области физики твердого тела и, в частности, ЯМР Анатоля Абрагама, задававшего докладчику немало «каверзных» вопросов. Де Жен уверенно держался перед большой аудиторией и грамотно отвечал на все вопросы. После семинара Абрагам сказал Эгрену про Пьера-Жиля: «Этот увалень далеко пойдет» [76, с. 75].

Сам де Жен впоследствии признавал, что стажировка в группе Эгрена немало дала ему и его однокурсникам, а про Эгрена говорил: «Мы очень многим ему обязаны» [76, с. 76]. Эгрен был по-настоящему увлеченным наукой человеком, очень скромным и простым в общении. Он относился к своим студентам как к коллегам и щедро делился с ними многочисленными идеями, далеко не всегда утруждая себя публиковать их. Например, как вспоминал Ф. Нозьер [76, с. 75], Эгрен первым изобрел полупроводниковый лазер, но не запатентовал его. Он давал возможность своим студентам участвовать в конференциях (что было редкостью в то время). Так, благодаря своему шефу Пьер-Жиль поехал на первый в своей жизни международный конгресс по полупроводникам в Амстердаме. Эгрен не был только абстрактным теоретиком, но и активно сотрудничал с промышленными фирмами, чему научился у него и де Жен.

Именно работа в группе Эгрена позволила Пьеру-Жилю сделать окончательный выбор для своей дальнейшей деятельности между физикой элементарных частиц (которой увлекались тогда многие молодые теоретики) и физикой твердого тела в пользу последней.

В отличие от Ф. Нозьера, практически все время проводившего в лаборатории, молодой де Жен дозировал свою рабочую нагрузку. Дело в том, что как раз в это время он встретил свою будущую жену Анн-Мари Руэ, или просто Анни.

Однажды товарищи по Нормальной школе пригласили Пьера-Жиля на вечеринку. Он согласился и добавил: «Я приду вместе с Анни» [76, с. 76–77]. Его друзья сразу поняли, что это серьезно, так как до этого у де Жена было немало подруг, но он никому их не показывал.

Знакомство Пьера-Жиля и Анни произошло случайно. Однажды он с двумя своими товарищами по Нормальной школе, уже упомянутыми выше биологами Фаваром и Гинбо, катался на лодке на озере в Булонском лесу. Неожиданно с берега Пьера Фавара окликнула девушка. Она узнала Пьера, так как тот дружил с ее братом. Это и была Анни, которая прогуливалась у озера с двумя подругами. Молодые люди подгребли к берегу и посадили девушек в свою лодку, продолжив дальнейшую прогулку уже вместе.

Между Пьером-Жилем и Анни сразу возникла симпатия, и они стали встречаться. Анни происходила из мелкобуржуазной католической семьи, ее отец был судьей. Она жила вместе с родителями в парижском пригороде Нейи.

Вначале родители Анни были настроены против встреч дочери, которой в ту пору было лишь семнадцать лет, с Пьером-Жилем. Подлило масло в огонь и то, что Фавар предупредил старшего брата Анни: «Не оставляй твою сестру с большим Женом (так друзья называли Пьера-Жиля из-за высокого роста —1 м 93 см [76, с. 194]. – Л.С.), он – несерьезный» [76, с. 77]. Против их контактов была и мама де Жена, которая считала, что ее сын достоин гораздо лучшей партии, чем дочь «какого-то» судьи. Поэтому вначале влюбленные встречались тайно. Однако Пьеру-Жилю удалось со временем расположить к себе родителей Анни. Постепенно улучшилось и взаимопонимание между Анни и Ивонной.

Во время пасхальных каникул Пьер-Жиль и Анни были официально помолвлены. На приеме, устроенном по этому случаю теткой де Жена (Ивонна в то время еще плохо относилась к идее женитьбы своего сына), присутствовали многие однокашники де Жена. Он неожиданно стал первым женихом среди своих товарищей!

Церемония бракосочетания Пьера-Жиля и Анни прошла в узком кругу семьи и нескольких близких друзей 2 июня 1954 г. в церкви Нейи. Анни с неохотой, но согласилась венчаться в церкви, чтобы угодить своей будущей теще. После венчания был обед дома у родителей Анни. Медовый месяц молодые провели на юге Франции, в Провансе.

Вернувшись в Париж, они поселились в комнате бонны над квартирой родителей Анни в Нейи.

Анни была беременна и из-за угрозы преждевременных родов оставалась дома на постельном режиме. Пьер-Жиль почти все время проводил с ней, работая над дипломной работой по результатам научной стажировки у Эгрена. Успешно защитив диплом, он решил поехать на каникулы в Югославию вместе с уже упомянутыми Ж. Синьоре и Р. Омне (впоследствии известным физиком-теоретиком, президентом Парижского университета XI). Анни, привыкшая с детства к доверительным и уважительным отношениям между своими родителями, не обиделась на него. И в дальнейшем она всегда предоставляла своему мужу полную свободу.

Друзья отправились в путешествие на Ситроене 2CV[19 - Популярный в то время во Франции автомобиль с мощностью двигателя 2 л.с. (2CV означает сокращение от фр. «2 chevaux» – 2 лошади).], который Ж. Синьоре одолжил у своей тетки. Выезжая из Цюриха, они сбились с пути и вместо Австрии проехали через север Италии и Словении, а затем через Хорватию, Боснию и Герцеговину.

Тогдашняя Югославия, управляемая Тито, мало посещалась туристами, и асфальтированные дороги встречались там не часто. Когда их автомобиль ехал по одной из покрытых мелкими камнями дорог, кусок булыжника пробил бензобак. Дыру не удавалось заделать. И тогда де Жен проявил смекалку. Он взял бидон с машинным маслом, вылил оттуда содержимое, а затем наполнил эту емкость бензином и прикрепил ее к заднему амортизатору, соединив со шлангом подачи топлива. Так им удалось доехать до автомастерской, в которой их авто привели в порядок.

В один из дней, когда друзья катались на лодке по реке, Пьер-Жиль поймал щуку. Она плавала на поверхности воды и не могла передвигаться потому что, свернувшись в кольцо, ухватила зубами свой хвост. Биолог Синьоре объяснил, что подобное поведение может наблюдаться в период спаривания. Увиденное необычное явление напомнило друзьям о древней мифической змее уроборос, пожирающей свой хвост, которая, в частности, упоминалась во многих алхимических трактатах. Они вспомнили, что образ уробороса вдохновил Кекуле[20 - Кекуле Фридрих (1829–1896) – немецкий химик-органик.]на создание структурной формулы бензола.

Вернувшись с каникул, Пьер-Жиль со свежими силами погрузился в занятия. Наступил последний год его обучения в Нормальной школе – время подготовки к выпускным экзаменам.

В декабре 1954 г. в семействе де Женов появился первенец – Кристьян. Молодые супруги срочно переехали в новую, более просторную квартиру на улице Май (rue du Mail) около площади Побед (place des Victoires). Анни взяла на себя почти все хлопоты по хозяйству и уходу за ребенком и даже оборудовала для мужа уютный кабинет, где он мог спокойно заниматься.

Готовясь к экзаменам, де Жен проштудировал многие «базовые» книги по физике. Среди них был знаменитый многотомный курс теоретической физики Ландау и Лифшица, ставший настольной книгой Пьера-Жиля. В течение всей своей жизни он возвращался к разным разделам этого курса для того, чтобы «прояснить мысли», и всегда рекомендовал своим ученикам делать то же самое.

Вообще стиль работы Л.Д. Ландау, его манера упрощать сложные физические проблемы являлись образцом для де Жена. Другим его кумиром был уже упомянутый Р. Фейнман. Впоследствии Пьер-Жиль часто сожалел о том, что ему не удалось лично встретиться с этими двумя великими физиками. Сам де Жен ощущал в своем характере больше сходства с Фейнманом – фантазером и оригиналом.

На выпускных экзаменах в 1955 г. Пьер-Жиль занял третье место среди всех сдающих, набрав 402 очка из пятисот возможных. Ф. Нозьер опередил товарища на одно очко, заняв второе место (четвертое место досталось студенту с 350 очками). Оба они отстали, однако, от своего очень талантливого товарища Жана-Пьера Барра, набравшего 450 очков и впоследствии также ставшего крупным физиком.

Впрочем, это распределение очков на выпускных экзаменах носило скорее формальный характер и не играло слишком большой роли для будущей карьеры выпускников Нормальной школы. Практически всем им предоставлялись большие возможности для дальнейшего продолжения карьеры. Ф. Нозьер вспоминал: «Будущее было широко открыто для нас. Нам предлагали работу повсюду…» [76, с. 83].

Глава III

Центр ядерных исследований в Сакле. Работы по магнетизму и перколяции

П. Эгрен рекомендовал де Жену и Нозьеру делать диссертацию в США. Последовав этому совету, Нозьер с энтузиазмом отправился в лабораторию Давида Пайнса в Принстонском университете для работы над теорией электронного газа при низких температурах. Де Жен получил приглашение от известного американского специалиста в области физики полупроводников (будущего нобелевского лауреата (1998 г.)) Вальтера Кона для занятия в его группе зонной теорией, однако отказался, решив пока остаться во Франции. Некоторые из знакомых Пьера-Жиля думали, что причиной его отказа послужило то, что он был уже женат и имел ребенка, что, естественно, затрудняло переселение за океан. Но последующие события (постдокторская стажировка де Жена в Калифорнии, см. главу IV) показали, что это было не так. В действительности Пьер-Жиль посчитал научную тематику Кона недостаточно пер спективной.

Де Жен ответственно подошел к выбору места для начала своей научной карьеры. Он посетил немало французских лабораторий, находящихся на переднем крае исследований в области физики твердого тела. Самым важным критерием выбора для него была интересная и перспективная тема для будущих научных изысканий. В то же время он стремился найти такую работу, которая бы позволила нормально содержать семью.

В конце своих поисков Пьер-Жиль колебался в выборе между тремя темами для диссертации: электронная структура металлов (у Жака Фриделя), ЯМР (у Анатоля Абрагама), изучение структуры магнетиков методом рассеяния нейтронов (у Андре Эрпена). В то время Фридель работал в парижской школе горных инженеров (Еcole de mines), Абрагам и Эрпен – в Центре ядерных исследований (Centre d’еtudes nuclеaires – CEN) при Комиссариате атомной энергетики (Commisariat ? l’еnergie atomique – CEA).

Научно-исследовательский центр CEN был открыт в 1952 г. в парижском пригороде Сакле, в районе Шеврезской долины. Эта сельская местность с прекрасными пейзажами была выбрана правительством генерала де Голля для создания в ней французского технополиса (его иногда называют «Французской силиконовой долиной»), который конструировался так, чтобы по возможности сохранить сельский ландшафт, вписав в него научные институты и комфортабельные дома для их сотрудников. По соседству с CEN расположились: Южный парижский университет XI (Universitе Paris-Sud XI), Высшая школа электричества (Еcole Supеrieure d’Еlectricitе – Supеlec), Политехническая школа (Еcole polytechnique), Высшая школа оптики (Еcole supеrieure d’optique), Университетский институт технологии (Institut universitaire de technologie – ШТ), исследовательский центр компании «Alcatel» и другие научные и учебные заведения.

Перед Центром Сакле была поставлена задача изучения различных возможностей применения атомной энергии, как мирных, так и военных. В 1950-е годы он бурно развивался. Там имелась прекрасная аппаратура, в частности, второй запущенный во Франции и существенно усовершенствованный ядерный реактор EL2. Он был в 100 раз мощнее первого французского реактора Zoе, запущенного в 1948 г. [80, с. 34], работал на плутонии и давал мощные пучки нейтронов, использовавшиеся в структурных исследованиях вещества.

В Центре Сакле работали недавно вернувшиеся из США (и приобщившиеся там к «новой физике») молодые талантливые исследователи, такие, как уже упомянутые Абрагам и Эрпен, а также Жюль Горовиц, Альбер Мессиа, Клод Блох и др.

Как писал де Жен о Центре Сакле, ему казалось, что «будущее науки закладывается именно там», и надеялся, что научное сотрудничество с его перечисленными выше незаурядными сотрудниками могло бы быть действительно плодотворным. Он вспоминал: «Я позвонил Жаку Ивону (директор отдела теоретической физики Центра Сакле, ставший в 1970 г. верховным комиссаром СЕА. – А.С.) и сказал ему, что хотел бы посмотреть Центр Сакле, но колеблюсь. Он ответил: “Я посылаю за Вами машину с шофером”. Я был ошеломлен» [76, с. 84].

На Пьера-Жиля произвело большое впечатление посещение лабораторий Центра, реактора и ускорителя. В результате он решил работать над диссертацией именно в Сакле. «Я принял решение под воздействием поверхностного впечатления, но это оказалось хорошим выбором» [76, с. 84].

В октябре 1955 г. де Жена зачислили в Центр Сакле в качестве аспиранта. Руководителями его диссертации стали Ж. Ивон и А. Эрпен, в группе которого и начал трудиться молодой исследователь.