«Электроны, фононы, магноны»

13

«Электроны, фононы, магноны»

(неопубликованное предисловие ко второму изданию книги)

М.КАГАНОВ

ПЕРЕЧИТЫВАЯ $КНИГУ^{1}$, НАПИСАННУЮ МНОЮ приблизительно 30 лет назад, я испытывал несколько странное чувство. С одной стороны, книгу, несомненно, написал я. Узнаю свои мысли, свое отношение к тому или другому явлению, открытию. Так безошибочно узнаешь себя, глядя на старую фотографию, хотя в зеркале видишь совсем другое лицо. С другой стороны,благодаря прошедшим годам возникает некая отчужденность, позволяющая оценивать прочитанное объективно или почти объективно. Это разрешает мне сказать: «Электроны, фононы, магноны» – хорошая книга, она мне понравилась при перечитывании. Если бы это было не так, не дал бы согласия на ее переиздание. Конечно, в квантовой теории твердого тела, популярному изложению которой посвящена книга, за прошедшие годы произошло много событий. Но мне кажется, происходившее правильно назвать развитием. Основы квантовой теории твердых тел не были пересмотрены. Без знания того, о чем говорится в книге, нельзя понять, в частности, и тех изменений, которые произошли за годы, прошедшие между первым и вторым изданиями. Квантовые свойства разных твердых тел все более активно используются в технике. Писалась бы книга теперь, с большой вероятностью встречались бы в ней упоминания наноструктур, высокотемпературных сверхпроводников и многих интереснейших открытий, сделанных сравнительно недавно. Признаюсь, я задумывался, не стоит ли сделать вставки или подстрочные примечания с подобными упоминаниями, и пришел к выводу, что делать этого не надо. Сколько-нибудь серьезно рассказать о том, чего не знали в 70-е годы прошлого века, в рамках этой книги невозможно, а знаний, которые можно почерпнуть, прочитав «Электроны, фононы, магноны», будет достаточно для того, чтобы воспользоваться информацией, заполняющей публикации в научно-популярных журналах, в Интернете и в других доступных источниках.

1 М.И.Каганов. «Электроны, фононы, магноны». Издание 2-е. (М.: Издательство ЛКИ, 2008.) Первое издание книги вышло в Главной редакции физико-математической литературы издательства «Наука» в 1979 году. По неизвестным автору причинам специально написанное для второго издания предисловие в книгу не вошло.

01_24.p65

Вот на что стоит обратить внимание. В книге нередко упоминается время, прошедшее после какого-либо научного события, или говорится в «настоящее время», «теперь» и т.п. Надо помнить, что от момента написания книги до того, как она попала к вам, прошло много лет. Надо в уме произвести сложение, либо мысленно перенестись лет на 30 назад. Такие «выкладки», читая, делал и я.

• • • За прошедшие годы изменилась не только физика твердого тела. Углубилось и изменилось представление о Мире, о его структурных единицах – элементарных частицах, претерпели изменение даже представления о структуре Вселенной, о ее рождении и судьбе. Вот один пример из далекой от физики твердого тела области – из физики элементарных частиц: в книге ни разу не упоминаются кварки. В те годы, когда книга писалась, кварки были модной темой; много спорили, реальны ли кварки или это только удобный способ описания многих частиц и, главное, обнаруженных нестандартных свойств симметрии. Давно завершились споры. Кварки всеми признаны. Кварки – элементарные частицы, из которых состоят нуклоны и некоторые из мезонов. При этом возникло понимание того, что кварки не существуют как свободные частицы в вакууме, вне барионов. Несомненно, это событие огромного значения. Оно, возможно, изменит наше мировоззрение. Если дальнейшее дробление частиц невозможно и именно кварки – истинно элементарные частицы, то человечество, наконец, обнаружило то, из чего состоит все. И все же, повторю, кварки в книге не встречаются, хотя нуклоны (и протоны, и нейтроны) в книге упоминаются многократно. Но что нужно знать об этих частицах физике твердого тела? Их массу, заряд и магнитный момент. Пожалуй, все. Их внутренняя структура, существенная не только при изучении взаимодействий между частицами, но и для понимания структуры мироздания, непосредственно в физике твердого тела роли не играет (возможно, пока). Одна из черт окружающего нас Мира и, как следствие, науки о Мире – своеобразная иерархичность. О ней упомянуто в книге. Строительной механике от

14

КВАНТ 2009/№1

физики твердого тела необходимо получить справочные сведения о прочностных и упругих характеристиках строительных материалов в разных условиях. Электротехнике – электрические характеристики используемых проводников и изоляторов. При исследовании конденсированных тел физики (теоретики и экспериментаторы) пользуются результатами атомной физики и не могут без них обойтись. Недостаточно знать, что тело построено из атомов или молекул. Для понимания природы свойств макроскопических тел и явлений, происходящих в них, необходимо знать устройство тех «кирпичиков», из которых они построены. Но о частицах – строительном материале молекул и атомов, об электронах, протонах и нейтронах – достаточно знать то, что можно почерпнуть из любого справочника. Более того, я думаю, что даже для объяснения феномена жизни этого знания вполне достаточно. Понятно, это не означает, что уже сейчас мы можем ответить на все вопросы, которые ставит молекулярная биология. Предстоят многие годы интенсивных исследований. И, главное, нужно ждать появления новых идей. За последние десятилетия у молекулярной биологии, которая впитала в себя многое из физики твердого тела, есть блестящие достижения. Физических знаний о структуре молекул, из которых построены все живые организмы, пока совершенно достаточно. Думаю, хотя и не все имеют такое мнение, что какого-то специального углубления в физику элементарных частиц для развития молекулярной биологии не потребуется никогда. По-прежнему молекулярным биологам, как и физикам, занятым твердыми телами, достаточно будет знать об электронах, протонах и нейтронах то, что прекрасно известно сегодня.

• • • Читая книгу, не мог не вспоминать. Во введении к первому изданию книги я не без удовольствия вспомнил, как зародилась мысль написать «Электроны, фононы, магноны». А теперь я с неменьшим удовольствием вспоминаю, как книга писалась. Большая часть была написана в Пущино, где я проводил отпуск, который совпал с перерывом в чтении лекций в МГУ. В Пущино – уютном городе на берегу Оки – была удобная гостиница. Но главное, в Пущино жил друг моей юности Иосиф Захарович Гольденберг, или Графчик, как называют его все друзья. Обаятельный человек, поэт и прекрасный педагог, он работал в библиотеке Института белка АН СССР и имел возможность помочь в бронировании номера в гостинице. В те годы это было ох, как непросто! Друзья пользовались помощью Графчика. Удобство проживания сопровождалось изоляцией от московской суеты, роскошью человеческого общения и прогулками по берегу Оки, по березовой роще… В Пущино я написал многое из того, что вошло в книгу, и придумал нестандартное расположение материала, за которое меня попрекали, но, и перечитывая, я не разочаровался в своем замысле. Может быть, он возник из разговоров с Иосифом Захаровичем о романе

01_24.p65

Хулио Кортасара «Игра в классики», но, откровенно говоря, я этого уже не помню. И еще одно воспоминание. Очень важное. В том же 1979 году, когда вышла книга «Электроны, фононы, магноны», в журнале «Успехи физических наук» был опубликован обзор «Электронная теория металлов и геометрия» – последняя совместная публикация с моим учителем академиком Ильей Михайловичем Лифшицем. Он ушел из жизни в 1982 году безвременно рано – ему было 65 лет. Многие годы я работал под руководством Ильи Михайловича. Невозможно переоценить, что дало мне его руководство. Думая о написанных мною и в соавторстве с И.М.Лифшицем научно-популярных статьях и книгах, я чувствую, сколь важна была роль Ильи Михаловича в формировании моего физического мировоззрения. Перечитывая некоторые абзацы, я слышал голос своего учителя. А воспроизведенный здесь рисунок (4) из книги, важный для понимания места физики твердого тела среди наук, я впервые увидел нарисованным на доске

Каждая из механик имеет свою область применения, которую удобно изобразить в виде диаграммы. На этой диаграмме по вертикали откладывается отношение скорости частицы v к скорости света в вакууме с. По горизонтали откладывается отношение постоянной Планка h к удвоенному действию частицы S. Действие – некоторая физическая величина, имеющая размерность постоянной Планка. Оценить действие можно, перемножив характерный путь, проходимый частицей при заданном движении, и характерный импульс частицы. Пунктирные линии на рисунке – условные границы между механиками

Ильей Михайловичем при чтении им научно-популярной лекции в Харьковском лектории. Потом рисунок появился в нашей статье, которая так и называлась «Физика твердого тела на карте науки». Опубликована она была в сборнике «Будущее науки». Серию сборников под таким названием выпускало общество «Знание». Вспоминать можно до бесконечности. И, казалось бы, есть вполне законный повод – переиздание книги, вышедшей из печати много лет назад. Но, предаваясь воспоминаниям, не следует все же забывать, что написанное в ней не устарело. И сегодня книга «Электроны, фононы, магноны» может быть весьма полезной для понимания природы процессов и явлений, происходящих в твердых телах.