От одной из областей математики – к атомной бомбе

30 октября 1906 года родился выдающийся советский и российский математик Андрей Николаевич Тихонов, рассчитавший взрывы атомной бомбы и создавший факультет вычислительной математики и кибернетики МГУ.

Политолог, публицист Александр Механик – об академике Академии наук СССР, дважды Герое Социалистического Труда Андрее Тихонове.

Появился на свет будущий математик в тихом провинциальном городке Гжатске (ныне Гагарин). В 1922 году, сдав экстерном экзамены по программе общеобразовательной школы, шестнадцатилетний Андрей поступил на физико-математический факультет Московского университета. На втором курсе он начал заниматься научной работой, посещал топологический семинар профессора Павла Сергеевича Александрова. В 1925‒1926 годах в немецком научном журнале Mathematische Annalen были опубликованы три его статьи. В них излагались результаты, которые профессор Александров оценил как серьезные открытия. Теперь они считаются классическими.

В 1927 году Андрей Тихонов окончил математическое отделение физмата МГУ, а в 1930-м — аспирантуру Научно-исследовательского института математики при МГУ, и его оставили в университете преподавателем. В 1933 году, после прошедшей в МГУ реорганизации, в ходе которой физико-математический факультет был разделен на механико-математический и физический, Тихонов был направлен на вновь организованную кафедру математики физического факультета.

Геофизика как предмет математики

С 1929 года Тихонов начал работать в Геофизическом институте (ныне Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта) РАН, где вскоре стал заведующим отделом математической геофизики.

С этого момента основными направлениями его работ стали математическая физика и теоретическая геофизика. В первой половине 1930-х он блестяще решает ряд сложных прикладных задач в области определения исторического климата Земли, влияния радиоактивного распада на температуру земной коры, создания модели термопары, возникновения термических циклов в истории Земли. Развитием и обобщением результатов, полученных в этих исследованиях, стала его диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук «О функциональных уравнениях типа Вольтерра и их приложениях к уравнениям математической физики».

В 1937 году Отто Юльевич Шмидт создает Институт теоретической геофизики и приглашает Тихонова на работу.

В предвоенные годы Андрей Николаевич выполнил также ряд исследований по динамике сорбции газов (эти работы были необходимы для создания новых систем противогазов). В 1939-м молодой ученый был избран членом-корреспондентом AH CCCP. С 1941 по 1943 год семья Тихоновых находилась в эвакуации в Казани, где Андрей Николаевич занимался работами в области разведочной геофизики, разрабатывал методы сейсмо- и электроразведки для поисков нефти в районах Волги и Урала. Эти математические работы были продолжены и в послевоенные годы. Активно развивались электромагнитные методы изучения земной коры и мантии. Рассмотрение этих проблем привело Тихонова к созданию концепции обратных и некорректных задач, к разработке методов регуляризации — тем самым определилось крупное научное направление, впоследствии получившее мировое признание.

Как рассказал в интервью нашему журналу директор Высшей школы современной математики МФТИ, доктор физико-математических наук Андрей Соболевский, окончивший физфак МГУ по кафедре математики, которой с 1936 по 1971 год руководил Тихонов, «научная судьба Андрея Николаевича очень типична для его поколения: непростое начало, когда юноша вырывается из трудных бытовых обстоятельств в науку, блестящий старт в одной из самых фундаментальных областей математики (общей топологии) и затем цепь крупных и содержательных прикладных работ. Траектория Тихонова очень хорошо иллюстрирует слова его товарища по поколению (и коллеги по Институту прикладной математики) физика Якова Зельдовича о том, что фундаментальная наука — лучшая школа для решения прикладных задач».

Работа на атомный проект

В 1948 году Андрея Николаевича вызвали в Кремль. В связи с работами по созданию ядерного оружия ему поручалась организация вычислительного отдела для проведения расчетов процесса взрыва атомной бомбы. Вскоре такой отдел был создан. В состав ведущих сотрудников вошли Александр Самарский, Николай Яненко, Владимир Гольдин, позже — Борис Рождественский. Вначале группой Тихонова были проведены расчеты усредненной модели атомного взрыва. Задания для этих расчетов готовили физики под руководством академика Льва Ландау. Одновременно Тихонов предложил провести прямой расчет атомного взрыва. И в 1949 году такой расчет под его руководством был выполнен. Далее перед математиками встала задача гораздо более сложная — расчет термоядерного взрыва. Отдел Тихонова тесно взаимодействовал с группой, руководимой Игорем Таммом, в которую входили Андрей Сахаров, Виталий Гинзбург и Юрий Романов.

За успешное испытание в 1949 году на Семипалатинском ядерном полигоне (Казахстан) первой советской атомной бомбы РДС-1 Андрей Тихонов был награжден орденом Трудового Красного Знамени.

А 12 августа 1953 году прошло успешное испытание первого в мире компактного изделия с термоядерным зарядом. Параметры взрыва точно соответствовали результатам расчетов. За работу по этому проекту Тихонову была присуждена Сталинская премия 1-й степени и присвоено звание Героя Социалистического Труда.

В 1953 году математические коллективы, работающие над проблемами атомной оборонной промышленности, были объединены в Институт прикладной математики АН СССР. Директором института был назначен Мстислав Келдыш, Тихонов стал его заместителем.

Период 1950‒1960-х годов — это время появления ЭВМ и начало бурного развития численных методов. Андрей Тихонов и его ученики разработали и исследовали многие важные задачи в области теоретических проблем вычислительной математики. Появился важный класс разностных схем. Идеи и принципы, заложенные в этих работах, позволили решить сложнейшие прикладные проблемы. В середине 1960-х Тихонов получил основные результаты в области решения некорректных задач и метода регуляризации. Новым методом было решено большое число фундаментальных задач геофизики, томографии, астрофизики, экономики, оптимального управления. В 1966 году за цикл работ по некорректным задачам Тихонов получил Ленинскую премию. В этом же году он был избран действительным членом Академии наук СССР. В 1978 году, после кончины Келдыша, Андрей Николаевич возглавил Институт прикладной математики АН СССР.

Создание ВМК

Значителен вклад Андрея Николаевича Тихонова в дело подготовки высококвалифицированных научных кадров. Его работа на кафедре математики физфака МГУ заложила основы преподавания математики в лучших университетах и институтах страны. В конце 1960-х Тихонов, долгие годы возглавлявший также кафедру вычислительной математики на механико-математическом факультете МГУ, выступил с инициативой создания в университете факультета вычислительной математики и кибернетики — ВМК. Инициатива Тихонова была поддержана Келдышем, и в 1970 году факультет был открыт. Андрей Николаевич стал его первым деканом.

Андрей Николаевич Тихонов скончался 7 октября 1993 года. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.

Ранее опубликовано на: https://stimul.online/articles/science-and-technology/ot-topologii-k-atomnoy-bombe/