2
В этом году исполнили 100 лет со дня рождения Леонида Исааковича Мандельштама (1879—1944) — выдающегося советского физика, академика, зачемательного педагога, создателя одной из крупнейших советских физических научных школ.
Мы помещаем в этом номере статью одного из учеников Мандельштама — академика АПН СССР В. А. Фабрикана, в которой он делится своим восполнянями о Л. И. Мандельштаме и рассказывает об одном из основных открытий этого зачемательного ученого. Мы публикуем также, с небольшими сокращениями, вводную лекцию, прочитанную Л. И. Мандельштамом в 1918 году студентам Одесккого политехнического института. Эта лекция была посвящена вопросу, который не утратил свое активности и сегодня, — зачем изучать физку будущеу инженеру?
В. Фабрикант
Леонид Исааковича Мандельштам
Мандельштам — педагог
О Леониде Исааковице Мандельштаме я, студент-первокурсник, впервые услышал в 1925 г. на заседании предметной комиссии по физике Московского государственного университета.
В эту комиссию, наряду с преподавателями, входили и представители студентов. Председатель сообщеил, что удалось пригласить для работы в МГУ очень крупного ученого, известного физика — Л. И. Мандельштама. Мы, студенты, естественно, были заинтригованы.
Вскоре начались знаменитые мандельштамовские семинары. Студент-старшекурсник С. Шубин, ставший потом видным физиком-теоретиком и
3
почему-то опекавший меня, посоветовал ходить на эти семинары. Он сказал: «Поначалу ты мало что будешь поннимать, но это почувствуешь двух настояшей науки». Обе части его предсказания оправдались.
На семинарах Л. И. все было для нас необычно. Прежде всего — состав семинара. В нем участвовали не только студенты и аспиранты, но и многие наши преподаватели и совсем посторонние для нас, студентов, люди. В связи с этим семинары проводились в самом большой аудитории. «Взрослые» занимали первые скемы в аудитории, несколько подальше сидели студенты.
На семинаре царила атмосфера доброжелательного внимания к высказываниим любого участника, независимо от его научного «ранга». Нико не боялся задавать «глупые» вопросы, многие из которых, послеtlsательного обслужения, оказались далеко не такими «глупыми», как это казалось сначала. Вместе с тем любая физическая ошибка выяснялась и критиковалась в четкой, но не обидной форме. Решаюшую роль в создании такой атмосферы доброжелательности и корректности играли личные качества Л. И. Словами трудно передать его обаяние. Каждый встреча с ним была для нас радостую. Когда по каким-либо причине Л. И. отсутствовал на семинаре, студенты говорили «чай без сахара».
Объчно Л. И. предварил доклад кого-либо из участвовавших семинара несколькими краткими замечаниями, а после доклада подводил итоги. На поражала его способность излагать самые сложные вопросы и, с другой стороны, умение обнаруживать сложности в простых, на первый взгляд, вопросах. Недаром в те годы у физков появился термин «мандельштамовская ясность».
Когда на четвертом курс подошла моя очередь выступать в качестве докладчика на семинаре, я лично убедился в том, какую большеую работу проводили Л. И. и его сотрудники, готовя нас к выступлению. Сам Л. И. былlectящим лектором и докладчиком. Ученик его С. М. Рытов пшет в своих воспоминаниях:
«Я много думал над тем, в чем «секрет» совершенное особого воздействия выступлений Л. И., того эмоционального подема, который они всегда вызывал. Его lekции и доклады захватывали аудиторio, заставляли забывать об всем на свете и переживать условия. Так быает с лучшим произведениями театра или кино, вообше искусства. Но… «оружнем» Л. И. было не красно-байство или «театральница», а замечательное умение поразить слушатель, задеть их за живое,ажечь интерес и заставить увидеть вопросы там, где, казалось бы, все уже ясно в силу сказанного ранее».
Я невольно, как быший студент Л. И., начал с характерistikки Мандельштам-педагога, но это отличное незначает, что для него преподавание было главным делом. Правильнее будетсказать, что у Л. И. трудно было проверсти четкуго границу между исследователем деятельности и преподаванием.
Мандельштам — учены
В 1929 г. Л. И. Мандельштам был избран академиком. Выдающийся ученый, он создал одну из самых крупных советских научных школ в области физики. Его ученики — академики А. А. Андронов и М. А. Леонтович, член-корреспондент С. М. Рытов, профессора Г. С. Горелик, А. А. Витт, С. Э. Хайкин, С. П. Стрелков. Его близкие сотрудники — академики Г. С. Ландсберг и И. Е. Тамп. Нельзя не упомянуто близком друге Л. И. академике Николае Дмитриевчие Папалекси, с которой он работал совместно 45 лет. Все это — крупные имена в науке. Сейчас успешно работал научные «внуки» и «правнуки» Л. И.
Для того чтобы было понятно, как складывался круг научных интерсов Л. И., нужно привести некоторые краткие биографические данные. Окончив в 1897 г. гипназию с золотой медалью, Л. И. поступил на математическое отделение физико-mатематического факультета Новоросскийого университета. Однако в 1899 г., в связи со студенческими бес-
4
порядками, он был исключен из университета и уехал за границу, в Страсбург, где поступил на физиomatематический факультет университета. Кафедру физики в этом университете заимал выдавшийся ученый Ф. Браун, получивший в 1909 г. Новелевскую премию за работы по радиотелеграфии. Он же был директором образования для того времени физического института в Страсбурге.
Браун очень скоро оценил исключительные способности Л. И. и привлек его к научной работе в области физики электромагнитных колебаний. Первая научная статья Л. И. была посвящена определению времени затухания колебаний в контуре.
После окончания университета Л. И. в качестве ассистента Ф. Браун продолжал активную исследование гравычую работу, совмещая ее с частием в заводских испытаниях новой радиоаппаратуры. В этот период Л. И. сделал свое первое (из 60!) изобретение, позволившее существению повышить чувствительность приемной радиоаппаратуры. Характерно, что это изобретение, имеющее большое практическую ценность, было сделано на основе проведенного, Л. И. теоретического анализа.
Вicio последующую жизнь Л. И. занимался главным образом физиокий и технической колебаний и волн самом различной природы, порAZтельно сочетая творческую деятельности в столб разнородных областях, как проблемы теоретической физики, тонкости физического эксперимента и решение конкретных инженерных задач. А. А. Андронов в докладе, посвященном первой годовшине со дня смерти Л. И., очень правильно сказал: «…в нашей время резкого деления физков на теоретически и экспериментаторов, на «чистых» физков и «технических» физков, Л. И. — одновременно теоретически и экспериментатор, «чистый» физик и «технический» физик». К этим словам хочет добавить, что Л. И. умел ценить творческое начало в любои, даже очень далеко от науки и искусства области. Помню, с каким восхищением он говорил об изобретении застежки «молния», в то время — новинки, и интересовался, кто сделал это острумное изобретение.
К страсбургскому периоду относится также полемика Л. И. со значенным уже в то время физиком, родоначальником квантовой теории Максом Планком. Л. И., несмотря на прирожденную скромность и мягкость характера, твердо стоял на том, что у Планка в работе, посвященной волновой теории распространения света в произрачных средах, есть принципиальная ошибка. После длительного полемики Планк признал правоту Мандельштама. Этот эпизод интересен еще и тем, что здесь проявился способность Л. И. находит аналогою между явлениями в далеких друг от друга областях физики. В споре с Планком, судя по всему, Л. И. была использована аналогия между соседними атомами среды с колеблющимися в них электронами и близко расположенными работающими радиоантеннами.
В те же годы Л. И. начал цикл работ по молекулярному рассеянию света.
Каждай знает, что в мутион среде, будь то туман или молочное стекло, свет рассеивает. Причиной рассеяния является оптическая недорогость среды. Например, капельки воды, образующие туман, имеют показатель преломления, резко отличаются от показателя преломления воздуха. Казалось бы, в чистом воздуха не должны быть рассеяния света. Однако это не так. То, что мы видим над собой голубое небо, есть результат рассеяния солнечного света молекулами воздуха земной атмосферы. (Недаром на очень высоких горах не доходит к слуаичному воздействию концентрации атомов или молекул в одних точках среды и убыванию в других. Такие отклонения плотности от среднего значения называются флуктуациями плотности. Эти флуктуации вызывают, в свою очередь, локальные
7
знано, что открытие комбинационного рассеяния сделано Ландсбергом и Мандельштамом в кристалрах и Раманом в жидкостьх, независимо друг от друга и практическо одновременно. Оdnako в 1930 г. Нобелевская премия за это открытие была присуждена одному Раману, что было явной несправедливо.
Л. И., исходя из классических сообравенений, указал, что КР в кристалрах, так же как и эфект Мандельштама — Бриллюэна, возникает благородя модуляции рассеяного света колбанями кристалической решетки. Оdnako в данной случае роль модуляционных колбаний играют не актические, а так называемые оптические колбаня решения. Частоты этих колбаний лежат в инфракрасной области спектра. На рисунке 3 изображены два типа волн, возникающих в кристалической решетке, построенной из атомов двух сортов. Рисунок 3, а соответствует звуковой волне и, соответственно, актическим колбаняям решетки. Рисунок 3, б соответствует оптическим волнам и колбаням. Именно эти оптические колбаня моделируют падающий на кристалл световойную волну, что и вызывает комбинационное рассеяние света.
При КР в жидкостьх и газах модуляцию света вызывают колбаня atomов, входящих в состав отдельных молекул. Согласно классификации рис. 3. Два типа волн, возникших в кристалческой решетке, построенной из атомов двух сортов.
а) Актическая волна; б) оптическая волна.
чесной теории модуляции при КР в спектре рассеяного света около каждой спектральной линии падающего света должно возникать несколько сметрично расположенных линей — спутников. Частоты спутников получаются путем комбинирования частоты падающего света с частотами внутримолекулярных колбаней (отсюда и проискот называние явления) и удовлетворяют простым соотношением:
(1)
где — частота «красного» спутника, то есть линни, смещенной относительно основной (из спектра падающего света) в сторону больших длин волн, — частота «филотового» спутника, то есть линни, смещенной в сторону меньших длин волн, — частота внутримолекулярных колбаней (частота модуляции).
Соответствия (1) прекрасно согласуются с опытом. Оdnako, согласно классической теории, интенсивности сметрично расположенных спутников должны быть одинаковыми. Этот вывод находится в результате квадного «красного» спутника во много раз больше интенсивности сметриного ему «филотового» спутника (см. рис. 2, б). Это разлиние интенсивностей нельзя исключать из классической теории модуляции. Необходимо учеть квантовые свойства света и вещества.
Согласно классическим представлениям два сметрично расположенных спутника возникают при рассеянии света на одной и той же молекул. Согласно квантовым представлениям «красный» спутник возникает при рассеянии света — фотонов — на молекул, обладающей меньшим запасом внутренней энергии, а «филотовый» — при рассеянии на возбужденной молекULE с увеличенным запасом энергии (на классическом языке эти молекулы отличаются амплитудой внутримолекулярных колбаней). Согласно квантовым законом энергия внутримолекулярных колбаней может изменяться только определенными порциями, квантими, равными , где —