Игорь СИЛКИН, директор Музея-лаборатории Е. К. Завойского Казанского (Приволжского) федерального университета (г. Казань, Республика Татарстан)

В 1994 г. на Международном амперовском конгрессе, посвященном 50-летию открытия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), в Казанском государственном университете, где проходил форум, организовали выставку физических приборов XIX - начала XX в. Среди них был уникальный экспонат - действующая установка для наблюдения эффекта поглощения радиочастотного поля в веществе, описанная в докторской диссертации выдающегося физика-экспериментатора Евгения Завойского. С ее помощью в 1944 г. он сделал пионерское открытие, положившее начало новой быстроразвивающейся области современной физики - магнитной радиоспектроскопии. Представленные материалы вызвали неподдельный интерес российских и зарубежных участников, предложивших создать в этих стенах Музей-лабораторию. И спустя 3 года руководство вуза выделило для этого аудиторию N 253 (ныне N 246), где и был открыт ЭПР.

Для Казанского университета имя Завойского* в физике так же значимо, как имя Николая Лобачевского - создателя неевклидовой геометрии ематике (1826 г.) и теории строения органических соединений (1861 г.), Александра Бутлерова в химии, языковеда-словиста Ивана Бодуэна де Куртенэ в филологии. Академик (с 1964 г.), лауреат Сталинской (1949 г.) и Ленинской (1957 г.) премий, Герой Социалистического Труда (1969 г.), Завойский родился в 1907 г. в г. Могилеве-Подольском Винницкой

* См.: В. Попов. Первооткрыватель парамагнитного резонанса. Наука в России, 2008, N 6 (прим. ред.).

области (Украина). С Казанью - городом на Волге - у него связаны почти сорок лет жизни. Сюда он переехал с семьей в августе 1908 г., затем учился в трехклассном начальном училище (1915 - 1917 гг.) и в новой Зареченской школе N10. Среднее образование продолжил в г. Слободском на реке Вятке, куда семья переехала после смерти отца Константина Ивановича. В 1925 г. Завойский вернулся в Казань и в 1926 г., окончив девятилетку, поступил в один из старейших в России, основанный в 1804 г. императором Александром I, Казанский университет. Студент, аспирант, кандидат, доктор физико-математических наук, первооткрыватель явления электронного парамагнитного резонанса - таким был завершающий этап казанского периода его научной деятельности, каждый шаг которого отражен в многочисленных экспонатах, архивных документах и материалах мемориальной лаборатории. Подчеркнем: среди нескольких музеев, работающих в Казанском университете - истории, химической школы, астрономии, этнографического, археологического, геологического, зоологического, ботанического, - Музей-лаборатория Е. К. Завойского самый молодой.

Его формирование началось задолго до упомянутого Международного амперовского конгресса. В 1975 г. по инициативе Завойского из Москвы в Казань перевезли его самодельные установки и измерительные приборы конца 1950-х годов. Оборудование, использованное им для поиска сигналов ядерного магнитного резонанса весной 1941 г., и установка по электронному парамагнитному резонансу 1943 - 1944 гг., на которой экспериментатор впервые наблюдал это явление, были утрачены. Профессор Семен Альтшулер (член-корреспондент АН СССР с 1976 г.), в ту пору заведующий кафедрой магнитной радиоспектроскопии, предложил мне, студенту физико-математического факультета, заняться их реконструкцией. Понимая, что данная задача невыполнима без подробного изучения дневниковых записей и воспоминаний сотрудников Евгения Константиновича, его личных документов и архива университета, детального знания аппаратуры того времени, он посоветовал мне вначале изучить научную деятельность Завойского в стенах Казанского университета и историю ЭПР.

С того момента и началась кропотливая, длившаяся 15 лет работа по поиску электро- и радиоизмерительных приборов 1930 - 1940-х годов, сбору материалов о жизни ученого в библиотеках, архивах и музеях, научно-исследовательских институтах и образовательных вузах, в частности в фондах Казанского университета, Академии наук Республики Татарстан и ее Национальном архиве, Институте физических проблем им. П. Л. Капицы (Москва), Академии наук СССР.

Удалось разыскать редкие вещи: использованный Завойским в 1943 - 1945 гг. усилитель низкой частоты, входящий в состав американского профилометра Аббота - прибора, предназначенного для оценки шероховатости поверхностей, осциллограф "Триумф", участвовавший в экспериментах 1946 - 1947 гг. Были обнаружены и другие приборы, применявшиеся, как свидетельствовали исторические материалы, преподавателем Казанского университета Завойским во время чтения лекций по физике. Поиск подлинной аппаратуры, на которой он работал, шел не только в университете, но и в авиационном, медицинском, педагогическом, сельскохозяйственном, ветеринарном институтах Казани, городской школе N131, на авиационном заводе N16, а также у частных коллекционеров.

Параллельно формировалась библиотека из личных книг физика, а также литературы, упоминавшейся в архивных записях. Собраны воспоминания коллег и современников, в частности, профессоров Казанского государственного университета Бориса Козырева (член-корреспондент АН СССР с 1968 г.) и Семена Альтшулера - вместе с ними Завойский исследовал физические и химические воздействия ультракоротких волн (УКВ) на вещество. Особое место в собрании заняли воспоминания родственников - дочери ученого Наталии и брата Вячеслава.

По результатам поисковых работ были подготовлены выставки и публикации, в том числе доклады, неоднократно представлявшиеся на конференциях и ежегодных чтениях памяти Завойского.

Открытие музея состоялось 28 сентября 1997 г. - в день 90-летия со дня рождения академика. Примечательно: интерьер помещения достоверно повторяет обстановку 1930 - 1940-х годов, восстановленную по записям тех лет. Реконструировано не только лабораторное оборудование, но и старый дубовый паркетный пол, окна, двери, стены, потолок, светильники. Сама же экспозиция дает представление о том, как ученый шел к главному событию своей жизни. Была также составлена хронологическая таблица с детальным (по дням) отражением его научной деятельности с 1926 по 1947 г.

Напомним некоторые важные вехи на пути к открытию. Научными экспериментами Завойский занимался с детства. "Я собрал свой первый электрический звонок и электрическую машину трения, когда мне было семь лет, еще не научившись читать, - вспоминал он. - А потом началось страстное увлечение радиолюбительством ".

В школьном кружке г. Слободского он постигал основы радиотехники. Там же собрал первый детекторный приемник, посещал строившуюся радиостанцию для приема и передачи телеграмм в Вятку. Вернувшись в Казань, продолжил заниматься любимым делом: собрал довольно мощный ламповый приемник и установил для него на крыше дома антенну.

В последних классах школы накопил изрядные знания по физике и радиотехнике, поэтому твердо решил

поступать на физико-математическое отделение Казанского университета. Будучи студентом второго курса, получил патент на изобретение "Устройство для управления механизмами на расстоянии", состоящее из параллельных дисков, снабженных электрическими контактами. Суть новшества заключалась в следующем: по радиосигналу включался часовой механизм или электродвигатель, он поворачивал диски один относительно другого на определенный угол, зависящий от длительности сигнала. В это время контакты приходили в соприкосновение, и команда через систему рычагов и электромагнитов передавалась на исполнительный механизм.

Занимался Завойский и другими работами: сделал секретный телеграф и автоматический ключ к нему, аппарат для передачи и приема цветных неподвижных изображений по радио и проводам, проводил опыты с селеном и ртутью для создания усилителя радиосигналов. Экспозиция с его школьными и студенческими приборами сейчас находится в разработке.

Первый серьезный научный труд молодого ученого "К вопросу о газоэлектрических аналогиях" был опубликован в мае 1929 г. в журнале "Вестник студенческого физико-математического кружка им. НИ. Лобачевского" при Казанском университете. Цель работы состояла в том, чтобы обнаружить газодвижущую силу для контакта жидких тел, точнее, таких пар, как вода-керосин и вода-растительное масло. Это были попытки самостоятельного исследования явления, обнаруженного в начале 1920-х годов известным советским физиком Иосифом Косоноговым (академик АН УССР с 1922 г.). Но Завойский пошел дальше: он рассмотрел эффект не только для твердых, но и для жидких тел. Его труд высоко оценил заведующий кафедрой физики профессор Всеволод Ульянин (1863 - 1931).

По окончании в 1930 г. Казанского университета Евгений поступил в аспирантуру и был направлен в Ленинград, в Центральную радиолабораторию, где изучал суперрегенеративный радиоприемник в лаборатории ультракоротких волн у профессоров Георгия Остроумова и Николая Циклинского. Параллельно (совместно с сотрудником лаборатории Петром Винни-ком) трудился над синфазным генератором УКВ. Эти работы легли в основу аспирантской диссертации "Исследование суперрегенеративного эффекта и его теория", защищенной в 1933 г. К сожалению, подлинник пока не найден, но по черновикам и рецензии профессора Александра Шипчинского диссертация была восстановлена.

После защиты Евгения Константиновича назначили исполняющим обязанности заведующего кафедрой физики Казанского университета. В организованной им УКВ-лаборатории он исследовал явление поглощения электромагнитного поля веществом, использовав так называемый метод "сеточного тока". Речь шла об изменении тока сетки и анода при нагрузке колебательного контура генератора, в который помещалось исследуемое вещество. В Астрономической обсерватории им. В. П. Энгельгардта (Республика Татарстан), в помещении меридианного круга, был найден один из самодельных ультракоротковолновых генераторов, с помощью которого ученый и проводил в 1936 г. эти опыты. Теперь находка стала одним из наших музейных раритетов.

Экспериментальную деятельность Завойский органично сочетал с преподавательской. Под его руководством в университете заново создали физический практикум, открыли новые лаборатории. Некоторые экспонаты, закупленные в то время - квадрантный электрометр Долезалека для измерения электрического потенциала, астатические гальванометры Нобили, газоразрядная трубка Фарадея, выпущенные немецкими, французскими и английскими фирмами, - теперь хранятся в музее.

Получив в 1938 г. степень кандидата физико-математических наук, Завойский стал трудиться над докторской диссертацией "Экспериментальное и теоретическое исследование некоторых явлений в электрических и магнитных полях высокой частоты", где хотел обобщить практически все предыдущие работы по этой тематике. Однако защитить ее ему не удалось по невыясненной до сих пор причине.

В 1941 г. он расширил диапазон используемых частот, все более углубляясь в проблему поглощения электромагнитных радиоволн веществом. Отметим, это явление физики начали интенсивно изучать в начале 1930-х годов. Основные труды принадлежали зарубежным коллегам Корнелиусу Гортеру (Нидерланды), Исидору Раби (США) и другим. Причем особый интерес Завойский проявлял к работам Гортера, использовавшего в поисках ядерного парамагнитного резонанса колориметрический (тепловой) метод. Но голландцу так и не удалось получить нужных результатов. Евгений Константинович, стремясь обнаружить ядерный магнитный резонанс (ЯМР), решил применить разработанный им более чувствительный метод "сеточного тока".

В материалах Государственного архива Республики Татарстан были обнаружены отчеты о работе кафедры физики за 1941 г. с отметками о начале экспериментов в этой области. Сохранилась и тетрадь ученого с их записями, датируемыми весной-летом 1941 г. Можно однозначно сказать: уже тогда он предпринимал попытки обнаружить ЯМР. Однако начавшаяся в 1941 г. Великая Отечественная война заставила Завойского свернуть тему и переключиться на оборонные задачи. Так он попал в лабораторию Владимира Аркадьева (член-корреспондент АН СССР с 1927 г.), где изобрел новый излучатель ультрагерцовых волн.

Только в конце 1943 г. Завойский вновь вернулся к поиску ЯМР. Удалось установить: в том же году Казанский университет выдвинул его в Сталинскую докторантуру, но Москва не утвердила это предложение. Любопытное совпадение: именно в день отказа он возобновил работу по определению магнитных моментов атомных ядер, применяя более чувствительную аппаратуру и метод модуляции. В начале 1944 г. в слабых магнитных полях (~10 Э) при длине волны радиочастотного поля 30 м (10 МГц) он обнаружил сигналы резонанса, хотя частоты и поля не совпадали с показателями ЯМР. При обсуждении проблемы с тогдашним заведующим кафедрой физики Казанского университета Яковом Френкелем (член-корреспондент АН СССР с 1929 г.) в ходе дискуссии они пришли к согласию: в данном случае они наблюдали явление электронного парамагнитного резонанса. Удалось установить точную дату наблюдения эффекта - 21 января 1944 г.

Весной 1944 г. ученый написал докторскую диссертацию "Парамагнитная абсорбция в перпендикулярных и параллельных полях для солей, растворов и металлов" и в конце июня направил ее в Москву. "Доцент Казанского Гос. Университета Евгений Константинович Завойский по своей научной квалификации давно уже перерос степень кандидата физико-математических наук, а по своему педагогическому опыту - скром-

ное звание доцента, - писал Френкель. - Он является талантливым физиком, с очень большой эрудицией в различных областях экспериментальной и технической физики (особенно в радиофизике и теории колебаний), способным разрешать, подчас при наличии очень ограниченных средств, чрезвычайно сложные экспериментальные проблемы.

О незаурядном экспериментальном искусстве Завойского красноречиво свидетельствует его докторская диссертация, в которой описывается разработанный им метод измерения магнитных потерь путем реакции на генератор высокочастотных колебаний - метод, в сотни раз более чувствительный, чем те, которые применялись ранее, и который позволил автору получить новые чрезвычайно интересные экспериментальные результаты, касающиеся магнитных свойств атомов, ионов и электронов в парамагнитных телах".

В конце декабря 1944 г. исследователя пригласили на сессию Всесоюзного научного совета по радиофизике и радиотехнике при Отделении физико-математических наук АН СССР, проходившую в конференц-зале московского Физического института АН СССР (ФИАН). Однако, по имеющимся документам, участники форума не поняли и не приняли его сообщение о парамагнитной релаксации, аргументируя тем, что "этого не может быть". Тогда директор Института физических проблем АН СССР, лауреат Нобелевской премии 1978 г., академик Петр Капица предложил Евгению Константиновичу провести опыты у него, что тот и сделал перед защитой, состоявшейся 30 января 1945 г. в ФИАНе. Именно эти удачные московские эксперименты, позволившие получить четко идентифицированные линии ЭПР, первыми попали в 1945 г. в печать, поэтому создалось мнение, что Завойский открыл ЭПР в Москве.

Вернувшись в Казань, он продолжил свои исследования. В последней работе этого периода "К теории парамагнитной релаксации в перпендикулярных полях", опубликованной в 1947 г., где анализировались данные для солей Mn²⁺ и Cr³⁺ в кристаллическом состоянии и растворах, полученные на разных частотах, он вместе с Козыревым и Альтшулером пришел к важному заключению: ширина линии парамагнитного резонанса в первую очередь определяется магнитными диполь-дипольными взаимодействиями и может трансформироваться под влиянием обменных сил и расщепления спиновых уровней парамагнитных ионов в электрическом поле окружающих частиц.

В августе 1947 г. Завойского по решению ЦК КПСС направили на постоянную работу в Москву, а затем - в сверхсекретный ядерный центр Арзамас-16* Горьковской области для участия в создании атомного оружия. Но инициированное им направление продолжили его коллеги в Казани. Здесь, в частности, впервые наблюдали парамагнитный резонанс в свободных радикалах, а позднее открыли влияние ядерного спина (количества движения) парамагнитного атома на линии ЭПР.

Осенью 1956 г. Ученый совет Института физических проблем выдвинул работы Завойского 1944 - 1945 гг. на Ленинскую премию. Представление, подписанное Капицей, завершалось словами: "Открытие парамагнитного резонанса является одной из наиболее круп-

* См.: В. Лукьянов. Саровский "ядерный эрмитаж". - Наука в России, 2009, N3 (прим. ред.).

ных работ, оказавших существенное влияние на развитие физики послевоенного времени".

22 апреля 1957 г., на следующий день после того, как в печати появилось правительственное сообщение о присуждении премии, Петр Леонидович направил За войскому телеграмму: "Дорогой Евгений Константинович, сердечно поздравляю с Ленинской премией, отмечающей Ваше крупное открытие, которое должно было получить официальное признание уже много лет назад. Желаю успехов в работе. Искренне Ваш Капица". Позже Капица писал, что "открытие Завойского с лихвой тянет на Нобелевскую премию". Четверть века спустя, 23 июня 1970 г., открытие внесли в государственный реестр с приоритетом от 12 июля 1944 г. Эту дату и считают официальным "днем рождения" ЭПР. Сейчас эффект широко применяют в физике, химии, медицине и биологии как один из самых распространенных методов исследования вещества.

К сожалению, оригинальная установка, на которой впервые наблюдались сигналы ЭПР, не сохранилась, поэтому сотрудники музея восстанавливали ее по лабораторным тетрадям и диссертации Завойского. Теперь это один из главных действующих экспонатов, поражающих специалистов своей простотой. Установка состоит из сварочного трансформатора, в цепь которого включены катушка соленоида и амперметр Гартмана-Брауна, автодинного генератора (автоколебательного устройства), усилителя низкой частоты от профилометра Аббота и осциллографа. Исследуемое вещество помещают в катушку индуктивности генератора, затем вводят во внешнее магнитное поле, создаваемое соленоидом. Его электроны "откликаются" поглощением энергии только свойственной им частоты. Полученный сигнал подается на усилитель и далее на осциллограф.

Нельзя не упомянуть еще об одной особенности личности Завойского, проявившейся уже в зрелые годы, когда он стал академиком, - о страсти к рисованию. По признанию самого Евгения Константиновича, он всегда любил наблюдать за игрой света и тени от предметов, за их причудливым и безмолвным движением, ему нравилось изображать тени, отбрасываемые настольной лампой. Тринадцать его акварельных и пастельных работ и рисунков, составляющих значимую часть коллекции, характеризуют ученого как тонкого, глубоко чувствующего многообразие мира человека.

Наш музей профильный, он привлекает внимание посетителей, интересующихся главным образом историей физики. Его хорошо знают отечественные и зарубежные специалисты. Здесь бывали ученые с мировыми именами: автор полуфеноменологической теории сверхпроводимости, лауреат Нобелевской премии 2003 г., академик Виталий Гинзбург (Россия), автор открытия сверхпроводимости в керамических материалах, лауреат Нобелевской премии 1987 г., иностранный член РАН с 1994 г. Карл Алекс Мюллер (Швейцария), один из столпов в области изучения биологических систем с помощью радиоспектроскопических методов, президент-основатель Европейского общества ЭПР Клаус Мёбиус (Германия). Постоянные гости лаборатории - студенты, аспиранты Казанского университета. Для них Евгений Константинович - лучший пример вдохновенного и изобретательного ученого, в тяжелейших условиях военного времени открывшего фундаментальное явление, имеющее эпохальное значение для физики и всех естественных наук.

И последнее. С 1991 г. в столице Татарстана проходит вручение Международной премии имени Е. К. Завойского за научные достижения в области магнитного резонанса, учрежденной Казанским университетом, Казанским физико-техническим институтом, Академией наук Татарстана и издательством "Шпрингер-Ферлаг" (г. Вена - г. Нью-Йорк). По традиции ее обладатели посещают наш Музей-лабораторию. Одна из записей, оставленных в Книге почетных гостей лауреатом премии Е. К. Завойского Клаусом Мёбиусом (1994 г.), директором Института исследования полимеров им. Макса Планка (г. Майнц, Германия) Хансом Вольфгангом Шписсом (2010 г.), а также представителями американских университетов Алабамы и Аризоны, заканчивается словами: "Экспонаты напоминают нам о том, что научное знание и вдохновение движут технологиями!".

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 11 - 06 - 00251-а.

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: