9
ДОСТИЖЕНИЯ
СОВЕТСКИХ ФИЗИКОВ
Советская физика очень молода. Но успеси, достигнутые за столь короткие сроки, убедительно свидетельствуют о ее огромной научной зрелости, способности решать сложные проблемы современного естественного.
В настоящее время в нашей стране имеется более сотни специальных физических институтов Академии наук СССР, республиканских академий, а также неокторных ведомств. Средних — всемирно известные физические институты И. Н. Лебедева, Физiko-технический институт имени А. Ф. Иоффе, Институт физических проблем имени С. И. Вавилова, Институт atomной энергии имени И. В. Курчатова, Объединенный институт ядерных исследований в Дубне. Советская наука имеет выдающиеся достижения во многих областях современной физики. К ним принадлежат, например, ядерная физика, физика плазмы и управляемых термоядерных реакций, физика полупроводников, физика низких температур, квантовая электроника, физика высоких давления. Наши учены успешно работают и в многочисленных програмных областях современной науки. Химическая и биологическая физика, физика Земли, атмосферы, космического пространства, физика Мирового океана истрофикака представлены в нашей стране многоими учеными с мировыми именами.
Советские физики выполнили так многоFundamentальных научных исследований, что всякая попытка даже кратко расскаазать о каждой из этих работ неизбежно привела бы к сухому перечню огромного количества отдельных фамилии и малопонятных для широкого круга читателей фактов. Поэтому мы расскажем здесь лишь о некоторых крупнейших достижениях наших физικών.
Краткая хроника выдающихся открытий современных физικών включает, в основном, «именные» открытия. Ко-нечное, не каждое крупное открытие непреемно приобретает впоследствии именно сделавших его ученых. Поэтому приведенный здесь список не охватывает даже самых крупных открытий, сделанных нашими учеными в области физики. Но мы надеемся, что и краткий перечень «именных» открытий позволяет нашим читателем почувствовать, как велик вклад современных ученых в сокровищницу мировой науки.
Общая теория относительнойности, созданная Эйштейном, содержит уравнения, характеризующие состояние Вселенной. Эйштейн нашел статиюарное (не зависимости от времени) решение, описывающее замкнутую неразвивающуюся Вселенную. Вскоре профессор Алексаандр Алексаандрович Fridman получил два новых решения основного уравнения общей теории относительнойности. Оба они описывают Вселенную, которая не перерывно расширяется. В дальнейшем «модель расширения Вселенной Фридмана» получила экспериментальное подтверждение и теперь является общепризнанной.
Известно, что прочность твердого тела, определяемая на опите, во много раз меньше ее значения, вычисленного теоретически. Причина этой разницы первым раскрыл академик Абрам Федорович Иоффе. Оказалось, что в пределовременном разрушении материалов повинны различные дефекты кристаллической структуры, которые не учитывались теоретическими, например микросоппические требования на поверхности кристаллов. Погрузив кристалл каменной solи в воду и расторив поверхностный слой, Иоффе достигит увеличения прочности в сотни раз. Упрощение кристаллов при расторении поверхностного слоя получило название «эффекта Иоффе».
10
Академик Владимир Александрович Фок с момента возникновения квантовой механики работал над ее развитием. Он обобщил основное уравнение этой теории на случай наличия магнитного поля и получил релятивистское уравнение квантовой механики, известное физиком как «уравнение Фока — Клейна». В дальнейшем академик В. А. Фок неависимо от англійского физика Хартри создал метод расчета спектров атомов, содержащих большое количество электронов, и даже спектров сложных молекул. Этот метод вошел в историю физики под именем «метода Хартри — Фока». До создания этого метода расчет сложных атомов был совершенно недоступной задачей для квантовой механики.
Академик Леонид Исаакович Мандельштам теоретически показал, что микрокоппические неоднородности плотности вещества, возникающие в результате теплового движения молекул, изменяют спектр рассеяного света, добавляя в него новые спектральные линии, которые очень трудно наблюдают. (Эти линии впервые были обнаружены членом-корреспондентом АН СССР Евгением Федоровичем Гроссом.) Явление, в результате которого они возникают, было назван «эффектом Мандельштама — Бриллюзона», так как несколько позднее аналогичное предсказание было сделано французским физиком Бриллюзоном.
Исследуя рассеяние света в кристаллажes кварца, академики Леонид
Исаакович Мандельштам и Григорий Самуилович Ландсберг обнаружили в спектре рассеяного света дополнительные спектральные линии, не принадлежшие падающему на кристалл свету. Эти спектральные линии возникали в результате взаимодействия падающого света с отдельными молекулами, образующими кристаллическую решетку. Несколько позднее аналогичное явление было обнаружено индийским физиком Раманом при изучении рассеяния света в жидком бензоле. Оно получило название «эффекта Мандельштама — Ландсберг — Рамана» или «комбинционного рассеяния света». Комбинционное рассеяние стало мощным средством изучения строения молекул.
Академик Петр Леонидович Капиц при помощи сконструированной им оригинальной установки для создания сверхсильных магнитных полей установки, что в таких полях изменение электрического сопротивления металлов растет не пропорционально квадрату магнитной индукции, как ожидалось на основе существовших тогда теории, а является линейной функцией магнитной индукции. Это необходимо явление, которое не удается объяснить около 30 лет, называют «законом Капицы».
С именем академика П. Л. Капицы связывано еще одно открытое им явление. Изучая свойства жидкого геля, он обнаружил, что при температуре ниже 2,19 К геляй течет сквозь узкую шель практические без всякой взз-
11
кости. В дальнейшем это явление было назван сверхтекучесью. Теория этого явления создал академик Лев Давидович Ландду. В 1978 году за фундаментальные исследования в области физики низких температур П. Л. Капица был удостоен Нобелевской премии.
Профессор Лев Васильевич Шубников, работая в лаборатории голландского физика де Гааза, обнаружил, что электрическое сопротивление высута, помещенного в магнитное поле при температуре жидкого геля, по мере увеличения магнитной индукции поля то возвращает, то убивает (как говорят, сопротивление высута осцилирует). Этот «эффект Шубникова — де Гааза» широко использовется для исследования энергетического спектра электровов в металле.
Профессор Московского университета Анатолий Алексадрович Blasov первый вывел уравнение, описывающее поведение разреженного инизованного газа (плазмы), в котором не проискudit стольновейный загруженных частиц. Оно вошло в научу под именем «уравнения Blasова».
Академик Лев Давидович Ландду теоретически показал, что свободные электроны в металле под действием внешнего магнитного поля могут двигаться только по строго определенным (как говорят физики — квантовым) траекториям. Это означает, что в магнитном поле возникают особые энергетические уровни, получшие наименование «уровней Ландду».
Из этой же теории следовало, что действие магнитного поля на свободные электроны в металле приводит к возникновению дополнительного магнитного момента, направленного в сторону, противоположную внешнему магнитному полю. Такой момент называется диамагнитным, а описанное явление «диамагнитизмом Ландду». Заметим, что эта же теория объясила и эффектив Шубникова — де Гааза.
Лев Давидович Ландду показал также, что даже при отсутствии стольновейный частицы плазмы распространяется в ней электромагнитные волны испытывали затухание. Это является этой теории, члены-корреспонденты АН
12
СССР Алексей Алексеевич Абриковов и Лев Петрович Горьков создали теорию сверхпроводящих сплавов. Эта теория известна во всем мире как «теория ГЛАГ» (Гинзбург — Ланду — Абриковов — Горьков).
Микросоппечская теория сверхпроводимости, детально обязывающая механизм этого загадочного явления, была создана американскими физики Бардином, Купером и Шрифером и независимо от них академик Николаем Николаевцем Боголюбовым. Она так и называется «теории сверхпроводимости Бардина — Купера — Шрифера — Боголюбова».
Академик Исаак Константинович Кион совместно с М. М. Носковым открыл fotoэлектромагнитный эфект, показав в экспериментах, что при освещении полупроводника, находящемся в магнитном поле, в нем возникает электродвижущая сила. Кванты света приводят к появлению носителей тока — свободных электронов и дырок, которые диффундируют вдоль направления падения света, а магнитное поле разводит их в противоположных направлениях. Это явление давно уже называют «эффектом Кионна — Носкова».
Академик Игорь Евгеньевич Тамп дал строгий выбор формулы, которая описывает света на свободных электронах. Она сыграла важную роль в разработке квантовой электродинамики. В историю физики она вошла под названием «формулы Тамма — Клейна — Нишины».
И. Е. Тамп развил метод расчета взаимодействия частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света (релятивистских частиц), который вошел в теоретическую физку как метод «Тамма — Данкова».
Академик Игорь Евгеньевич Тамп теоретически predсказал существование на поверхности полупроводниковых кристаллов свободных энергетических состояний («ловушек»). Они вошли в научку под названием «поверхностных уровней Тамма».
Академик Сергей Иванович Вавилов и Павел Алексеевич Черенков открыли эффект «сверхсветового электрона». Оказалось, что в жидких и твердых средах электроны могут двигаться со скоростью большей, чем скорость света в этих средах (но, конечно, не большей скорости света в пустоте!). Электроны могут обгорать испускаемый ими свет. Этот эффект, получивший название «эффекта Вавилова — Черенкова», нашел ряд ценных практических примений, в частности для регистрации быстрых загруженных частиц (так называемые черенковские счетчики частиц). Теория, обязывающая эффект Вавилова — Черенкова, была создана академиками Игорем Евгеньевичем Тампом и Ильей Михайловичем Франком. За открытие и обязывание этого явления П. А. Черенкову, И. Е. Тампу и И. М. Франку в 1958 году была присуждена Нобелевская премия.
13
С. И. Вавилов.
Академик Владимир Иосифович Векслер открыл носящий его имя принципи автофазировки частиц, ускоряемых в циклическихускорителях. На нем основана работа всех современных циклическихускорителей — синхротронов, фазотронов и синхрофазотронов. Несколько позже, независимо от Векслера, этот же принципи открыл амерikanский физик МакМиллан. За это открытие оба они были удостоены международной научной премии.
Сложные молекулы организации веществ имеют спектры, состоящие из широких сплошных спектральных полос. Профессор Эдуард Владимирович Шпольский показал, что, расторяя организаческие вещества в специально подбранных расторителях и охлаждая полученные расторы до очень низких температур, можно получить спектры поглощения, состоящие из очень тонких спектральных линей, однозначно связанных со строением и свойством молекул. Так была создана новая область молекулярной оптики. Это явление в научной литературе повсеместно называют «эффектом Шпольского».
Полупроводники, так же как и другие вещества, могут поглощать свет, длины волн которого заключиты в определенных пределах. Для света с бóльшим длинами волн они проразны. Таким образом, существует граница для длины волн, при которой полупроводник перестает поглощать свет. Академик Леонид Вениаминович Кельыш теоретически predсказал, что под действием внешнего электрического поля эта граница должна смешаться в сторону бóльших длины волн. Аналогическое предсказание сделал немецкий физик Франц. Вскоре профессор Виктор Сергеевич Вавилов получил экспериментальное подтверждение этого явления, известного теперь как «эффект Кельыша — Франца».
Академик Сергей Николаевич Вернов и амерikanский физик Ван Аллен при помощи научной аппаратуры, установленной на первых искусственных спутников, неависимо открыли существование радиационных полос Земли. Оказалось, что Земля окружена несколькими слоями с повышенной плотностью загрязнений частиц. Эти зоны называют «радиционными полами Вернова — Ван Аллена».
Академики Алексаандр Михайлович Прохоров и Николай Геннадиевич Басов разработали основы новой области физики — квантовой электроники и создали первый квантовый молекулярный генератор на молекулах аминака. За эти выдающиеся работы в 1964 году им, совместно с амерikanским физиком Таунсом, была присуждена Нобелевская премия.
Учены всего мира, исследующие физические процессы в горячей плазме, широко используют установки, названные необъичным русским словом «ТОКАМАК». Так сокращенно называют «тороидальные камеры в магнитном поле» — советские термодерные установки, разработанные и построенные в Институте атомной энергии именя И. В. Курчатова под руководством академика Льва Андреевича Арцимовича.
Хронника подготовлена В. А. Лециковцевым