Пьер-Жиль де Жен. 1932–2007

– удельное сопротивление при T > T

.

В это же время Пьер-Жиль впервые в жизни стал «микрошефом». А. Эрпен доверил молодому теоретику научное руководство студентом – Жаком Вилленом[26 - Виллен Жак (род. в 1934 г.) впоследствии станет известным физиком-теоретиком, академиком.].

Де Жен поручил Виллену расчеты рассеяния нейтронов вблизи критической точки на более сложных, чем те, что изучались в его диссертации, антиферромагнитных системах (некоторых магнитных сплавах). Виллен с энтузиазмом взялся за эту работу и быстро пришел к мысли, что магнитные моменты в таких веществах могут образовывать спиральные структуры[27 - Спиральные структуры в антиферромагнетиках были предсказаны независимо и одновременно (в 1959 г.) Ж. Вилленом и двумя другими физиками-теоретиками – японцем Акио Ёшимори и американцем Томасом Капланом.]. Сам де Жен не додумался до этого, но мысль его подопечного показалась ему интересной. Он целиком отдал пальмы первенства своему студенту, отказавшись быть соавтором его публикации на эту тему [91].

Практически сразу же теория Виллена была с успехом применена для объяснения структуры сплавов марганца и золота, изучаемых экспериментаторами группы Эрпена.

Так, в первый раз в своей карьере Пьер-Жиль прошел мимо весомого открытия.

Уже в молодые годы де Жен старался разнообразить темы своих исследований, чтобы не топтаться на одном месте. Такой стиль работы будет свойственен ему на протяжение всей жизни. Так, в 1958 г. он увлекся теоретическим описанием тогда еще практически не изученного явления – перколяции. В физике – это распространение одной фазы в другой (например, прохождение газа или жидкости через пористую твердую среду). В то время Пьер-Жиль еще не знал об оригинальных работах Джона Хаммерсли и Саймона Бродбента и фактически независимо от них заново открыл и объяснил это явление, не используя, однако, сам термин «перколяция».

Проблема, сходная с перколяцией, описывалась известным американским инженером де Больсоном Вудом еще в 1894 г. Он поставил следующую задачу: «Равное число белых и черных шаров одинакового размера брошено в прямоугольный ящик. Какова вероятность того, что образуется непрерывная цепочка из белых шаров от одного конца ящика до другого? Для определенности предположим, что на длине ящика помещается 30 шаров, на ширине – 10, а на высоте – 5 (или 10) их слоев» [93]. Фактически здесь рассматривалась модель электрического пробоя среды.

Однако первая теория перколяции была создана в 1957 г. только что упомянутыми английскими математиками Д. Хаммерсли и С. Бродбентом [см., например: 94, 95]. Им же принадлежит и сам термин «перколяция», что в переводе с латыни значит «просачивание».

В то время Бродбент был сотрудником Британской ассоциации использования угля (British Coal Utilization Association). Он занимался разработкой противогазов и респираторов для шахтеров, моделируя процессы прохождения газа или жидкости через пористые угольные фильтры. В частности, его интересовало решение проблемы закупорки фильтров противогазов воздухом, содержащим угольную пыль.

Расчеты Бродбента показались Хаммерсли интересными и подтолкнули его к дальнейшему развитию теории перколяции. В их работах рассматривалась среда (фильтp) с многочисленными, случайным образом расположенными и соединенными друг с другом каналами (порами) [94, 95]. Часть из них (относительная доля p) была «открыта» (т. е. эти поры были достаточно широкими для прохождения по ним газа или жидкости), а часть (относительная доля 1 – p) – «закрыта» (эти поры были слишком узкими и задерживали газ или жидкость). Хаммерсли и Бродбент рассчитали функцию ?(p) – вероятность того, что газ (жидкость) пройдут через всю среду и образуют в ней газовый (жидкий) кластер макроскопических размеров (наступит так называемый «пробой» среды). Они показали, что при p < p

в среде возможно появление только отдельных микроскопических кластеров, а при p > p

возникает макроскопический кластер, пронизывающий всю среду. Здесь p

— порог перколяции, – некоторая критическая доля открытых пор. Для p > p

происходит фазовый переход второго рода (плавная зависимость 0^) (рис. 3) [96].

Рис. 3

Идея работы, сходная по методологии с задачей о перколяции, пришла к де Жену после одной из бесед с Ж. Фриделем, где тот задавался таким вопросом. Допустим, имеется сплав двух металлов – магнитного (атомы которого имеют тенденцию к ферромагнитному упорядочению своих магнитных моментов) и немагнитного. Если доля атомов магнитного металла в сплаве увеличивается, то при какой их концентрации сплав станет ферромагнитным, т. е. у него появится температура Кюри?

В своей статье, опубликованной в 1959 г., Пьер-Жиль проанализировал две задачи [10]. Первую – о плавном переходе кристалла из состояния диэлектрика в проводник электрического тока, а вторую – об аналогичном переходе кристалла из немагнитной фазы в магнитную.

Подход к решению этих двух проблем был идентичен. Де Жен рассматривал кристаллическую решетку, в узлах которой случайным образом располагались атомы двух сортов – A (атомы проводника или магнетика) или B (атомы диэлектрика или немагнитные атомы) с относительными долями p и 1 – p, соответственно. Он рассчитал вероятность ?(p) того, что атомы сорта А образуют в решетке макроскопический (неограниченных размеров) кластер (при этом материал станет либо проводником, либо магнетиком), т. е., как Хаммерсли и Бродбент, решил задачу о перколяции.

Молодой теоретик был доволен своей работой: «Впервые мне казалось, что я открыл что-то значительное и важное» [76, с. 96].

Пьер-Жиль послал свою статью Филипу Андерсону[28 - Андерсон Филип (род. 1923 г.) – известный американский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии за 1977 г. (вместе с Н. Моттом и Д. ван Флеком).]. В ответ тот прислал де Жену оттиски своих работ по сходной проблеме – системам со случайными блужданиями, в одной из которых Пьер-Жиль и обнаружил ссылку на статьи Хаммерсли и Бродбента. Прочитав их, де Жен был разочарован: «Я понял, что был не первым во всей этой истории…» [76, с. 96].

Тем не менее Пьер-Жиль решил опубликовать свою статью. Ценность этой ранней работы молодого теоретика заключалась в том, что в ней преобладал физический подход к рассмотрению явления перколяции – де Жен учитывал конкретные электрические и магнитные свойства среды. Работы же Хаммерсли и Бродбента были более формализованными и математизированными. Ж. Фридель следующим образом оценивал первые опыты де Жена в исследовании перколяции: «Это были первые работы по перколяции, которые выражали не только субъективное мнение» [76, с. 97].

Впоследствии статья де Жена о перколяции была на время забыта, но в конце 1970-х годов вновь привлекла внимание научного сообщества и была по достоинству оценена. В это время перколяция стала широко применяться в физике, а также в гуманитарных науках для объяснения многих разнородных явлений (образование гелей, прохождение газа или жидкости сквозь пористую среду, распространение лесных пожаров и т. д.).

В дальнейшем (примерно через 20 лет после выхода своей первой статьи по перколяции) де Жен снова вернулся к этому вопросу. Он использовал универсальный характер перколяции для описания ряда физических процессов (например, приливов и отливов, вулканизации каучука), а также для моделирования широкого круга других явлений (например, распространения информации и эпидемий, см. главу X).

Работа в Центре Сакле дала молодому де Жену возможность участвовать в многочисленных национальных и международных научных конференциях. Самым первым из этих мероприятий для Пьера-Жиля был национальный симпозиум по магнетизму, посвященный П.-Э. Вейсу[29 - Вейс Пьер-Эрнест (1865–1940) – французский физик, автор макроскопической теории среднего поля для магнетиков. Закон Кюри – Вейса описывает температурное поведение магнитной восприимчивости ферромагнетиков при Т > Т

, т. е. в парамагнитной фазе.]. Он проходил в Страсбурге в июле 1957 г. и собрал не только французских, но и иностранных ученых. Туда де Жен отправился на машине вместе с Ж. Фриделем. Дорога прошла незаметно в дискуссиях о сверхпроводимости – как раз в это время Пьер-Жиль начал интересоваться этой очень модной тогда темой.

Доклад де Жена был посвящен магнетизму редкоземельных металлов. Он с легкостью выступал и отвечал на вопросы на английском языке (что в то время было нетипично для французских исследователей). Тем не менее его сообщение не произвело большого эффекта на публику. Например, известный голландский физик Корнелис Гортер посчитал, что доклад Пьера-Жиля не представляет никакого интереса и даже спросил его коллег из Центра Сакле: «Почему вы привезли этого типа на конференцию с участием иностранцев?» [76, с. 100].

На своей первой международной конференции по использованию медленных нейтронов для исследования твердого тела, проходившей в Стокгольме в октябре 1957 г., де Жен смог показать насколько глубоко он разобрался в физике магнетиков. Он обнаружил ошибку в расчетах двух маститых английских теоретиков – Роджера Эллиотта и Уолтера Маршалла. Поначалу английские физики не придали большого значения критике их работы молодым французским исследователем, однако позднее признали правоту Пьера-Жиля.

Об атмосфере стокгольмской конференции де Жен вспоминал так: «Это было небольшое совещание, которое собрало не более пятидесяти участников. Оно проходило как раз в ту неделю, когда русские запустили спутник[30 - Первый искусственный спутник Земли был запущен на орбиту в СССР 4 октября 1957 г.], и среди американцев чувствовалась определенная паника по поводу того, что русские вышли в космические лидеры» [76, с. 101].

На Международном конгрессе по магнетизму, проходившем в Гренобле в июле 1958 г., Л. Неель предложил де Жену занять должность доцента в возглавляемом им местном Центре ядерных исследований Гренобля (Centre d’еtudes nuclеaires de Grenoble). Для молодого ученого предложение маститого Нееля было лестным, поэтому он ответил на него предварительным согласием.

Однако через некоторое время Пьер-Жиль написал Неелю письмо, в котором в вежливой форме отказался от работы в Гренобле. Дело в том, что его коллеги и в особенности А. Абрагам не рекомендовали де Жену переезжать в Гренобль, справедливо считая, что там не будет такого богатого научного сообщества, как в столице. Абрагам привел немало примеров талантливых молодых исследователей, которые канули в забытье в провинции.

Для отказа у Пьера-Жиля была и еще одна причина – это характер взаимоотношений Нееля со своими подчиненными. Вот что вспоминал об этом де Жен: «…исследователи из Гренобля стояли перед ним почти на коленях и то и дело цитировали его: это было на грани культа личности» [76, с. 103].

Из-за отказа де Жена Неель на долгие годы сохранил на него обиду и даже пытался ставить молодому исследователю «палки в колеса». Так, будучи президентом национальной Комиссии университетов, Неель однажды задержал назначение Пьера-Жиля на более высокий пост, а в 1961 г. блокировал кредиты, выделяемые де Жену на создание лаборатории.

Физики помирились только по прошествии доброго десятка лет. Так, 7 декабря 1978 г. де Жен писал Неелю: «Уважаемый господин Неель, Вы одновременно оказываете мне большую честь и доставляете огромное удовольствие, посылая мне этот “итог” (серию статей. – А.С.)… Мысленно возвращаясь к прошедшим двадцати годам, я немного сожалею о том, что не мог или не умел находить возможность консультироваться с Вами» [76, с. 103–104].

В октябре 1960 г. де Жен принял участие в международном симпозиуме по неупругому рассеянию нейтронов в твердых телах и жидкостях, проходившем в Вене. Мероприятие было организовано Международным агентством по атомной энергии. Доклад Пьера-Жиля о рассеянии нейтронов в жидкостях подвергся критике со стороны американского физика Марка Нелкина, занимающегося этой же проблемой. Дело в том, что Пьер-Жиль не учел в своих расчетах квантовые эффекты, считая их пренебрежимо малыми (за исключением гелия и водорода).

Уже в этой ранней работе проявилось характерное впоследствии для его научного стиля стремление к упрощению и отсечению лишних деталей при рассмотрении сложных физических явлений. В дальнейшем (с 1970-х годов), когда де Жен занялся проблемами масштабной инвариантности (см. главу IX), фраза «Почему делать больше, когда можно сделать меньше» станет его научным девизом [76, с. 101].

Экспериментальные результаты, появившиеся позднее, подтвердили правоту де Жена. Предсказанное им в этой работе характерное уменьшение пика в спектре рассеяния нейтронов при длине волны нейтронов в пучке, порядка межмолекулярного расстояния в жидкости [8], получило в научной литературе название «сужение де Жена» («de Gennes narrowing»).

Послевоенная Вена произвела на Пьера-Жиля довольно мрачное впечатление: «Русские только не так давно покинули Австрию. На улицах еще можно было видеть следы их присутствия, а также были еще заметны и следы войны» [76, с. 100].

Занятия наукой оставляли Пьеру-Жилю не слишком много времени для семьи. Он обычно возвращался с работы поздно вечером в их с Анни квартиру на улице Май. Несмотря на заполненные домашними заботами дни, Анни встречала мужа с неизменной улыбкой.

Вслед за первенцем Кристьяном у них с Анни родились две дочери: Доминик (в мае 1956 г.) и Мари-Кристин (в январе 1958 г.). Детьми занималась исключительно Анни. Вот как она (смеясь) вспоминала о том времени: «Пьер-Жиль никогда не дал ребенку соску, никогда не сменил пеленку. Это его не интересовало: впрочем, у него было немало других занятий. Все было просто: в повседневной жизни он никогда палец о палец не ударил» [76, с. 98]. Анни была хорошей хозяйкой и мамой и воспринимала такое положение вещей как должное. Более того, она полностью освободила де Жена от домашних дел, сама решая абсолютно все бытовые вопросы – от организации починки автомобиля до покупки одежды мужу. Она говорила (имея в виду занятия Пьером-Жилем наукой): «Нельзя было выйти на тот уровень, которого он достиг, делая вещи наполовину» [76, с. 98].

Анни обожала готовить, и это неплохо у нее получалось. Иногда по вечерам она с удовольствием принимала и угощала своими кулинарными изысками друзей, чаще всего товарищей Пьера-Жиля по Нормальной школе. Ф. Нозьер так вспоминал об этих встречах однокашников: «Мы продолжали поддерживать близкие отношения и с удовольствием проводили веселые вечера у Пьера-Жиля. У него была необычная квартира, запутанная и кривая, с такой интересной планировкой, что с какого бы места в ней не запускали маленькую детскую машинку, она всегда возвращалась обратно» [76, с. 99].

Это были приятные вечера, наполненные воспоминаниями и живыми дискуссиями о науке и политике. Например, во время одной из таких встреч, друзья живо обсуждали дуэль маркиза де Куэваса с Сержем Лифарём[31 - Дуэль на шпагах между богатым меценатом, спонсором труппы русского балета в Монте-Карло, маркизом Жоржем де Куэвасом и хореографом (в прошлом танцовщиком) Сержем Лифарём состоялась 30 марта 1958 г. и была прервана после ранения Лифаря в руку. Причиной поединка стал оживленный спор де Куэваса и Лифаря по поводу постановки балета «Черное и белое» в парижской опере Гарнье, во время которого де Куэвас ударил Лифаря по щеке. 54-летний хореограф вызвал 73-летнего маркиза на дуэль до первой крови, предоставив ему право выбора оружия. После поединка расчувствовавшийся маркиз заключил раненого младшего товарища в объятия. Интересно, что одним из секундантов де Куэваса был в будущем известный политик Жан-Мари Ле Пен. Дуэль была снята на кинопленку.], бывшую тогда в центре общественного внимания. На этом поединке дядя Пьера-Жиля, Люсьен, присутствовал в качестве врача и прервал дуэль после появления первой крови.

Де Жен так вспоминал о своем дяде: «Мы не принадлежали к одной и той же социальной среде и нечасто с ним виделись, так как он был очень занят, да и не особенно любил мою мать, находя ее слишком болтливой» [76, с. 99].

В описываемый период счастье и гармония царили в семействе де Женов. Впрочем, идиллия иногда немного омрачалась мамой Пьера-Жиля, Ивонной, которая беспрестанно вмешивалась в их хозяйственные дела и воспитание детей, чем нервировала Анни. Пьер-Жиль всегда старался сгладить углы в отношениях между этими двумя женщинами.

Каждое воскресенье молодые де Жены обедали в Нейи у родителей Анни в неизменно характерной для этого дома приятной и спокойной обстановке. Однако одержимый работой Пьер-Жиль не мог позволить себе проводить слишком много времени в гостях. Поев, он обычно оставлял жену с родителями и сразу же спешил домой, где занимался в своем кабинете до самого вечера.

Глава IV

Постдокторская стажировка в Калифорнии. Служба в армии

В 1958 г. Пьер-Жиль участвовал в школе по физике твердого тела, проходившей в Париже под эгидой НАТО. На этом мероприятии, в перерыве между лекциями, Жак Фридель обратился к известному американскому специалисту в области магнетизма Чарльзу Киттелю со словами: «Почему бы Вам не взять на постдокторскую стажировку де Жена? В его арфе много струн: магнетизм, редкие земли, перколяция. Он также узнал кое-что о магнитном резонансе от Анатоля Абрагама» [76, с. 104]. Фриделю легко удалось убедить Киттеля, и тот, по возвращении в Калифорнию, предложил Пьеру-Жилю приехать.

Это приглашение сильно обрадовало молодого исследователя. Университет Беркли, где работал Киттель, уже в то время был одним из ведущих мировых исследовательских центров. Де Жена также привлекала возможность пожить некоторое время в Калифорнии, которую он представлял по великолепным пейзажным фотографиям, виденным им в подростковом возрасте в журнале «National Geographic».

Пьер-Жиль не хотел брать с собой детей в дальнюю поездку. Ему было нелегко сообщить о своем решении жене, но он, тем не менее, сделал это без обиняков: «Я уезжаю в Беркли. Ты либо едешь со мной, либо остаешься с детьми» [76, с. 104]. После нескольких дней раздумья Анни решила отправиться в Америку вместе с мужем. Сына она оставила у Ивонны де Жен, а дочерей – у своих родителей. Впоследствии она так говорила об ультиматуме, предъявленном ей мужем: «Подобная манера типична для него: перед лицом дилеммы или затруднительного решения он режет по живому» [76, с. 104].