Thành tựu của các nhà vật lý Liên Xô

27

Thành tựu của các nhà vật lý Liên Xô

Biên niên sử ngắn gọn về các nhà vật lý xuất sắc của Liên Xô chủ yếu bao gồm những khám phá “tên tuổi”. Tất nhiên, không phải mọi khám phá lớn đều nhất thiết phải có tên của các nhà khoa học đã thực hiện nó. Do đó, danh sách đưa ra ở đây không bao gồm ngay cả những khám phá lớn nhất được thực hiện bởi các nhà khoa học của chúng ta trong lĩnh vực vật lý. Một bản tường thuật chi tiết về những thành tựu của các nhà vật lý Liên Xô, được xuất bản nhân kỷ niệm 50 năm Cách mạng Tháng Mười, khó có thể rút gọn thành hai tập lớn. Nhưng chúng tôi hy vọng rằng ngay cả một danh sách ngắn các khám phá “tên tuổi” cũng sẽ giúp độc giả cảm nhận được sự đóng góp của các nhà khoa học Liên Xô cho kho tàng khoa học thế giới to lớn như thế nào. Biên niên sử được chuẩn bị bởi V. A. Leshkovtsev.

Người ta biết rằng độ bền của một vật rắn xác định bằng thực nghiệm nhỏ hơn nhiều lần so với giá trị tính toán trên lý thuyết. Viện sĩ hàn lâm Abram Fedorovich Yuffe là người đầu tiên tiết lộ lý do dẫn đến sự khác biệt này. Hóa ra, các khiếm khuyết khác nhau trong cấu trúc tinh thể, chẳng hạn như các vết nứt siêu nhỏ trên bề mặt tinh thể, là nguyên nhân khiến vật liệu bị phá hủy sớm. Bằng cách ngâm một tinh thể muối đá vào nước và hòa tan lớp bề mặt, Yuffe đạt được sức mạnh tăng lên hàng trăm lần. Sự tăng cường độ cứng của tinh thể trong quá trình hòa tan lớp bề mặt được gọi là “hiệu ứng Juffe”.

Vào năm 1919-1920, nhà học giả Leonid Isaakovich Mandelstam về mặt lý thuyết đã chỉ ra rằng sự không đồng nhất của kính hiển vi về mật độ vật chất, do sự dao động nhiệt của các phân tử, làm thay đổi quang phổ của ánh sáng tán xạ, thêm vào đó các vạch quang phổ mới, rất khó quan sát. (Những đường này lần đầu tiên được phát hiện bởi thành viên tương ứng của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô Evgeny Fedorovich Gross.) Hiện tượng mà chúng phát sinh được gọi là “hiệu ứng Mandel”.

chủng - Brillouin", vì một dự đoán tương tự muộn hơn được đưa ra bởi nhà vật lý người Pháp Brillouin.

Năm 1922, Giáo sư Aleksandrovich Friedman đã thu được hai phương trình cơ bản lời giải mới cho lý thuyết tổng quát về độ dài tương đối của Vũ trụ. Cả hai đều mô tả không phải là Vũ trụ đứng yên như của Einstein mà là một Vũ trụ không ngừng phát triển. Sau đó, “Mô hình vũ trụ giãn nở của Friedmann” đã nhận được sự xác nhận thực nghiệm và hiện nay được chấp nhận rộng rãi.

Viện sĩ Vladimir Aleksandrovich Fock đã nghiên cứu sự phát triển của nó kể từ khi cơ học lượng tử ra đời. Ngay từ năm 1926, ông đã khái quát hóa phương trình cơ bản của lý thuyết này cho trường hợp có từ trường và thu được phương trình tương đối tính của cơ học lượng tử, được các nhà vật lý gọi là “phương trình Fock-Klein”. Sau đó, Viện sĩ V. A. Fok, đồng thời với nhà vật lý người Anh Hartree, đã tạo ra phương pháp tính quang phổ của các nguyên tử chứa một số lượng lớn electron và thậm chí cả quang phổ của các phân tử phức tạp. Phương pháp này đã đi vào lịch sử vật lý dưới cái tên phương pháp Fock-Hartree. Trước khi tạo ra phương pháp này, việc tính toán các nguyên tử phức tạp là một nhiệm vụ mà cơ học lượng tử không thể tiếp cận được.

Năm 1926, viện sĩ Leonid Isaakovich Mandelstam và Grigory

28

Samuilovich Landsberg, khi nghiên cứu sự tán xạ ánh sáng trong tinh thể thạch anh, đã phát hiện thêm các vạch quang phổ trong quang phổ của ánh sáng tán xạ không thuộc về ánh sáng tới trên tinh thể. Những vạch quang phổ này phát sinh từ sự tương tác của ánh sáng tới với các phân tử riêng lẻ tạo thành mạng tinh thể. Một thời gian sau, một hiện tượng tương tự được nhà vật lý Ấn Độ Raman phát hiện khi nghiên cứu sự tán xạ ánh sáng trong benzen lỏng. Nó được gọi là “hiệu ứng Mandelshtam-Landsberg-Raman” hay “sự tán xạ ánh sáng raman”. Tán xạ Raman đã trở thành một công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu cấu trúc của phân tử.

Vào năm 1928-1929, Viện sĩ Pyotr Leonidovich Kapitsa, sử dụng thiết bị ban đầu do ông thiết kế để tạo ra từ trường siêu mạnh, đã chứng minh rằng trong những trường như vậy, sự thay đổi điện trở của kim loại không tăng tỷ lệ với bình phương của cảm ứng từ, như mong đợi dựa trên các lý thuyết hiện có, mà là một hàm tuyến tính của cảm ứng từ. Hiện tượng bất ngờ này không thể giải thích được trong khoảng 30 năm và được gọi là “định luật Kapitsa”.

Vào đầu những năm 30, Giáo sư Lev Vasilyevich Shubnikov, làm việc trong phòng thí nghiệm của nhà vật lý người Hà Lan De Haas, đã phát hiện ra rằng điện trở của độ cao đặt trong từ trường, khi cảm ứng từ của trường tăng lên, sẽ quay trở lại hoặc tắt đi (như người ta nói, điện trở của độ cao dao động). “Hiệu ứng Shubnikov-De-Haas” này được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu phổ năng lượng của các electron trong kim loại.

Năm 1930, nhà học giả Lev Davidovich Landu về mặt lý thuyết đã chỉ ra rằng các electron tự do trong kim loại dưới tác dụng của từ trường bên ngoài chỉ có thể di chuyển theo những quỹ đạo nhất định (như các nhà vật lý nói - lượng tử). Điều này có nghĩa là các mức năng lượng đặc biệt phát sinh trong từ trường, được gọi là “cấp Landou”.

Từ lý thuyết tương tự, người ta suy ra rằng tác động của từ trường lên các electron tự do trong kim loại dẫn đến xuất hiện một mômen từ bổ sung hướng theo hướng ngược lại với từ trường bên ngoài. Khoảnh khắc như vậy được gọi là nghịch từ, và hiện tượng được mô tả là “độ nghịch từ Landou”. Lưu ý rằng lý thuyết tương tự cũng bao hàm hiệu ứng Shubnikov-De-Haas.

Năm 1962, L. D. Land được trao giải Nobel vì những thành tựu xuất sắc trong lĩnh vực vật lý lý thuyết.

Thành viên tương ứng của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô Ykov Ilyich Frenkel là người đầu tiên vào năm 1931 giới thiệu một giả hạt, ngày nay gọi là “Frenkel expeton”, được các nhà vật lý sử dụng. Ông thu hút sự chú ý đến thực tế là trong mạng tinh thể có thể có ảnh hưởng đặc biệt đến trạng thái của các electron. Xuất hiện trong bất kỳ tế bào nào của tinh thể, sự xuất hiện này di chuyển khắp tinh thể, giống như một hạt có hình dạng tự do. Sự tồn tại của exton lần đầu tiên được chứng minh trong các thí nghiệm của Thành viên tương ứng của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô Evgeniy Fedorovich Gross. Expeton đóng một vai trò lớn trong vật lý chất rắn và hóa học hiện đại.

Năm 1933, học giả Igor Evgenievich Tamp về mặt lý thuyết đã dự đoán sự tồn tại của các trạng thái năng lượng tự do (“tình yêu”) trên bề mặt tinh thể. Họ bước vào một ngành khoa học tên là “Cấp độ bề mặt Tampa”.

29

Năm 1934, Viện sĩ hàn lâm Isaac Konstantinovich Kikoni đã phát hiện ra hiệu ứng quang điện từ, cho thấy trong các thí nghiệm rằng khi chiếu sáng một chất bán dẫn trong từ trường thì một suất điện động sẽ xuất hiện trong nó. Lượng tử ánh sáng tạo ra dòng điện - các electron và lỗ trống tự do, chúng khuếch tán dọc theo hướng tới của ánh sáng và từ trường ngăn cách chúng theo các hướng ngược nhau. Hiện tượng này từ lâu đã được gọi là “hiệu ứng Kikon”.

Viện sĩ Pavel Alekseevich Cherenkov, cùng với thầy của ông, Viện sĩ Sergei Ivanovich Vavilov, đã phát hiện ra hiệu ứng “electron siêu sáng” vào năm 1934. Hóa ra là trong môi trường lỏng và rắn, các electron có thể chuyển động với tốc độ lớn hơn tốc độ ánh sáng trong các môi trường này (nhưng tất nhiên là không lớn hơn tốc độ ánh sáng trong môi trường trống rỗng!). Các electron có thể đốt cháy ánh sáng phát ra từ immi. Hiệu ứng này, được gọi là “hiệu ứng Cherenkov”, đã tìm thấy một số ứng dụng thực tế có giá trị, đặc biệt là để phát hiện các hạt tích điện nhanh (gọi là hạt Cherenkov). Lý thuyết giải thích hiệu ứng Cherenkov được tạo ra bởi các học giả Igor Evgenievich Tam và Ilya Mikhailovich Frank. Vì phát hiện và giải thích hiện tượng này, P. A. Cherenkov, I. E. Tam và I. M. Frank đã được trao giải Nobel năm 1958.

Năm 1936, Thành viên tương ứng của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô Ykov Ilyich Frenkel đã phát triển lý thuyết mao dẫn điện của hạt nhân nguyên tử, trong đó hạt nhân được coi là những giọt chất lỏng tích điện. Theo chân Frenkel, những ý tưởng tương tự cũng được phát triển bởi nhà vật lý người Đan Mạch Niels Bohr. Chúng đã đi vào lịch sử vật lý với cái tên “mô hình giọt nước của hạt nhân Bohr-Frenkel”.

Một hiện tượng khác được ông phát hiện vào năm 1938 gắn liền với tên tuổi của Viện sĩ Pyotr Leonidovich Kapitsya. Trong khi nghiên cứu các đặc tính của gel lỏng, ông phát hiện ra rằng ở nhiệt độ dưới 2,19 K, gel chảy qua miệng hẹp hầu như không bị cản trở. Hiện tượng này sau này được gọi là hiện tượng siêu chảy. Lý thuyết về hiện tượng này được tạo ra bởi “phương trình Vlasov”.

Giáo sư Anatoly Aleksaidrovich Blasov của Đại học Moscow vào năm 1938 là người đầu tiên đưa ra phương trình mô tả hành vi của plasma tinh khiết trong đó không có thế hệ hạt tích điện mới nào xảy ra. Nó đi vào khoa học dưới cái tên “phương trình Vlasov”.

Năm 1944, viện sĩ hàn lâm Evgeniy Konstantinovich Zavoisky đã phát hiện ra sự cộng hưởng tham số điện tử, đánh dấu sự khởi đầu của một lĩnh vực mới của vật lý chất rắn. Bản chất của hiện tượng này là các chất nằm trong từ trường không đổi sẽ hấp thụ có chọn lọc năng lượng của từ trường tần số cao vuông góc với nó.

Năm 1944, viện sĩ hàn lâm Vladimir Iosifovich Veksler đã phát hiện ra nguyên lý quá trình khử pha của các hạt được gia tốc trong máy gia tốc tuần hoàn mang tên ông. Công việc của tất cả các máy gia tốc tuần hoàn hiện đại đều dựa trên nó. Một thời gian sau, độc lập với Wexer, nguyên lý tương tự đã được nhà vật lý người Mỹ McMinlan phát hiện ra. Với khám phá này, họ đã được trao giải thưởng khoa học quốc tế.

Năm 1947, viện sĩ Lev Davidovich Landu đã chỉ ra rằng ngay cả khi không có các hạt plasma mới lan truyền trong đó, sóng điện từ vẫn bị suy giảm. Hiện tượng này đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng cường huyết tương. Các nhà vật lý trên khắp thế giới gọi nó là “Sự giảm chấn của đất”.

30

Một số kim loại và hợp kim khi được làm nguội đến nhiệt độ rất thấp sẽ mất hoàn toàn khả năng chống lại dòng điện chạy qua chúng. Điều này được gọi là tính siêu dẫn. Năm 1950, các học giả Vitaly Lazarevich Ginzburg và Lev Davidovich Landdu đã xây dựng một lý thuyết về tính siêu dẫn, có tính đến hiệu suất lượng tử trong các chất siêu dẫn. Người sử dụng lý thuyết này, các thành viên tương ứng của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô, Aleksey Alekseevich Abrikovov và Lev Petrovich Gorkov, đã tạo ra một lý thuyết về hợp kim siêu dẫn, có tầm quan trọng rất lớn. Lý thuyết này được cả thế giới biết đến với cái tên “Lý thuyết GLAG” (Ginsburg - Landdu - Abrikov - Gorkov).

Lý thuyết siêu dẫn Microsoppech giải thích cơ chế của hiện tượng bí ẩn này được đưa ra vào năm 1957 bởi viện sĩ Nikolai Nikolaevich Bogolyubov và các nhà vật lý người Mỹ Bardeen, Cooper và Schriefer. Nó được gọi là “Lý thuyết siêu dẫn Bogolyubov-Bardeen-Cooper-Schriefer”.

Vào đầu những năm 50, các viện sĩ Aleksandr Mikhailovich Prosorov và Nikolai Gennadievich Basov đã phát triển nền tảng của một lĩnh vực vật lý mới—đỉnh điện lượng tử—và tạo ra máy phát phân tử lượng tử đầu tiên sử dụng các phân tử amoniac. Với những công trình xuất sắc này, năm 1964 họ cùng với nhà vật lý người Mỹ Townes đã được trao giải Nobel.

Các phân tử phức tạp của tổ chức các chất có quang phổ bao gồm các dải phổ rộng liên tục. Năm 1952, Giáo sư Eduard Vladimirovich Shpolsky đã chỉ ra rằng bằng cách hòa tan các chất tổ chức trong các dung môi được chọn lọc đặc biệt và làm lạnh dung dịch thu được đến nhiệt độ rất thấp, có thể thu được quang phổ hấp thụ bao gồm các vạch quang phổ rất thấp có liên quan duy nhất đến cấu trúc và tính chất của các phân tử. Do đó, một lĩnh vực nghiên cứu phân tử mới đã được tạo ra.

quang học phân cực. Điều này thường được các tài liệu khoa học gọi là “hiệu ứng Shpolsky”.

Chất bán dẫn, giống như các chất khác, có thể hấp thụ ánh sáng có bước sóng nằm trong giới hạn nhất định. Chúng trong suốt đối với ánh sáng có bước sóng dài. Vì vậy, có một giới hạn về bước sóng mà chất bán dẫn sẽ hấp thụ ánh sáng. Năm 1958, viện sĩ Leonid Veniaminovich Kelysh đã dự đoán về mặt lý thuyết rằng dưới tác dụng của điện trường bên ngoài, ranh giới này sẽ dịch chuyển về phía bước sóng dài hơn. Một dự đoán tương tự cũng được nhà vật lý người Đức Franz đưa ra. Năm 1960, Giáo sư Viktor Sergeevich Vavilov đã nhận được sự xác nhận thực nghiệm về hiện tượng này, ngày nay được gọi là “hiệu ứng Kelysh-Franz”.

Năm 1966, máy gia tốc hạt tích điện mạnh nhất thời bấy giờ, synchrophasotron, đi vào hoạt động ở Liên Xô, gia tốc các proton lên năng lượng 70 tỷ electron volt. Nó được xây dựng ở thành phố Serpukhov. Với sự trợ giúp của máy gia tốc này, người ta đã chứng minh rằng xác suất va chạm của các hạt tích điện ở năng lượng lớn hơn 20 tỷ electron volt không giảm và không đổi khi năng lượng tăng lên, như lý thuyết dự đoán, mà tiếp tục phân rã. Hiện tượng tất yếu này được gọi là “hiệu ứng Serpukhov”.

Các nhà khoa học trên khắp thế giới nghiên cứu các quá trình vật lý trong plasma nóng đều sử dụng rộng rãi các sắp đặt được gọi là từ tiếng Nga rộng lớn “TOKAMAK”. Đây là tên viết tắt của “buồng hình xuyến trong từ trường” - cơ sở lắp đặt nhiệt hạch của Liên Xô tại Viện Năng lượng Nguyên tử. V. Kurchatov dưới sự lãnh đạo của các học giả Lev Andreevich Artsimovich và Boris Borisovich Kadomtsev.