Leonid Isaakovich Mandelstam

2

Năm nay đánh dấu kỷ niệm 100 năm ngày sinh của Leonid Isaakovich Mandelstam (1879-1944), một nhà vật lý, học giả, giáo viên tận tâm của Liên Xô, người tạo ra một trong những trường khoa học vật lý lớn nhất của Liên Xô.
Trong số này, chúng tôi xuất bản một bài báo của một trong những sinh viên của Mandelstam, Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Sư phạm Liên Xô V. A. Fabrikan, trong đó ông chia sẻ kiến ​​thức của mình về L. I. Mandelstam và nói về một trong những khám phá chính của nhà khoa học có tầm nhìn xa trông rộng này. Chúng tôi cũng xuất bản, với những chữ viết tắt ngắn gọn, bài giảng giới thiệu do L. I. Mandelstam đưa ra vào năm 1918 cho các sinh viên của Viện Bách khoa Odessa. Bài giảng này được dành cho một câu hỏi vẫn chưa mất đi tính ứng dụng cho đến ngày nay: tại sao một kỹ sư tương lai nên nghiên cứu vật lý?

V. Nhà chế tạo

Leonid Isaakovich Mandelstam

Mandelstam-giáo viên
Tôi, một sinh viên năm thứ nhất, lần đầu tiên nghe đến Leonid Isaakovich Mandelstam vào năm 1925 tại một cuộc họp của ủy ban chuyên đề về vật lý tại Đại học quốc gia Moscow.
Ủy ban này cùng với các giáo viên còn có đại diện sinh viên. Chủ tịch báo cáo rằng ông đã có thể mời một nhà khoa học rất nổi tiếng, một nhà vật lý nổi tiếng - L. I. Mandelstam, đến làm việc tại Đại học quốc gia Moscow. Chúng tôi, sinh viên, đương nhiên bị hấp dẫn.

Chẳng bao lâu sau, các cuộc hội thảo Mandelstam nổi tiếng đã bắt đầu. Sinh viên năm cuối S. Shubin, người sau này trở thành nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng và

3

Vì lý do nào đó, một người chăm sóc tôi đã khuyên tôi nên tham dự những buổi hội thảo này. Ông nói: “Lúc đầu bạn sẽ hiểu rất ít, nhưng bạn sẽ cảm nhận được đó là hai ngành khoa học thực sự”. Cả hai phần dự đoán của ông đều trở thành sự thật.

Tại các cuộc hội thảo của L.I., mọi thứ đều bất thường đối với chúng tôi. Trước hết là thành phần của hội thảo. Nó không chỉ có sự tham gia của các sinh viên đại học và sau đại học mà còn có nhiều giáo viên và những người hoàn toàn xa lạ với sinh viên chúng tôi. Về vấn đề này, các cuộc hội thảo đã được tổ chức tại khán phòng lớn nhất. Những “người lớn” chiếm hàng ghế đầu tiên trên khán đài; các sinh viên ngồi xa hơn một chút.

Tại buổi hội thảo, có một bầu không khí quan tâm thân thiện đến những phát biểu của bất kỳ người tham gia nào, bất kể “cấp bậc” khoa học của người đó. Niko không ngại đặt những câu hỏi “ngu ngốc”, nhiều câu hỏi trong số đó, sau một thời gian theo dõi, hóa ra không hề “ngu ngốc” như lúc đầu. Đồng thời, mọi lỗi vật lý đều được làm rõ và phê phán một cách rõ ràng nhưng không gây phản cảm. Vai trò quyết định trong việc tạo ra bầu không khí thiện chí và đúng mực như vậy là do phẩm chất cá nhân của L.I. Thật khó để truyền tải sự quyến rũ của anh ấy bằng lời nói. Mỗi lần gặp anh ấy là một niềm vui đối với chúng tôi. Khi vì lý do nào đó L.I. vắng mặt trong buổi hội thảo, sinh viên nói “trà không đường”.

Thông thường L.I. mở đầu báo cáo của một trong những người tham gia hội thảo bằng một số nhận xét ngắn gọn, và sau báo cáo, ông tóm tắt các kết quả. Tôi rất ngạc nhiên trước khả năng trình bày những vấn đề phức tạp nhất của anh ấy, mặt khác, khả năng phát hiện sự phức tạp trong những câu hỏi tưởng chừng đơn giản. Không phải vô cớ mà trong những năm đó, thuật ngữ “sự rõ ràng của Mandelshtam” đã xuất hiện trong giới vật lý học.

Vào năm thứ tư, khi đến lượt tôi phát biểu với tư cách là diễn giả tại hội thảo, cá nhân tôi đã bị thuyết phục về công việc vĩ đại mà L.I. và nhân viên của anh ấy đã chuẩn bị cho buổi thuyết trình của chúng tôi. L.I. bản thân ông là một giảng viên và diễn giả. Học trò của ông S. M. Rytov viết trong hồi ký của mình:

“Tôi đã suy nghĩ rất nhiều về “bí mật” về tác động vô cùng đặc biệt trong các bài phát biểu của L.I., tác động cảm xúc mà chúng luôn gợi lên. Những bài giảng và báo cáo của ông đã làm say đắm khán giả, khiến họ quên đi mọi thứ trên đời và trải nghiệm các điều kiện. Đây là điều thường xảy ra với những tác phẩm hay nhất của sân khấu hay điện ảnh, hay nghệ thuật nói chung. Nhưng… “vũ khí” của L.I. không phải là chủ nghĩa mồi nhử đỏ hay “chủ nghĩa sân khấu” mà là khả năng vượt trội khiến người nghe phải kinh ngạc, chạm vào họ. rung động trái tim, khơi dậy sự quan tâm và buộc họ phải xem xét các câu hỏi mà dường như mọi thứ đã rõ ràng nhờ những gì đã nói trước đó.”

Tôi vô tình, với tư cách là một cựu học sinh của L.I., đã bắt đầu với những đặc điểm của người thầy Mandelstam, nhưng điều này không có nghĩa là giảng dạy là công việc chính đối với ông. Sẽ đúng hơn nếu nói rằng L.I. gặp khó khăn trong việc thiết lập ranh giới rõ ràng giữa hoạt động nghiên cứu và giảng dạy.

Mandelstam - nhà khoa học

Năm 1929, L. I. Mandelstam được bầu làm học giả. Là một nhà khoa học xuất sắc, ông đã thành lập một trong những trường khoa học lớn nhất của Liên Xô trong lĩnh vực vật lý. Học trò của ông là các học giả A. A. Andronov và M. A. Leontovich, thành viên tương ứng S. M. Rytov, các giáo sư G. S. Gorelik, A. A. Witt, S. E. Khaikin, S. P. Strelkov. Cộng tác viên thân thiết của ông là các học giả G. S. Landsberg và I. E. Tamp. Không thể không nhắc đến người bạn thân của L.I., viện sĩ Nikolai Dmitrievchie Papaleksi, người mà ông đã làm việc cùng nhau suốt 45 năm. Tất cả đều là những tên tuổi lớn trong khoa học. Giờ đây, các “cháu” và “chắt” khoa học của L.I. đã làm việc thành công.

Để hiểu được vòng tròn quan tâm khoa học của L.I. phát triển như thế nào, cần cung cấp một số thông tin tiểu sử ngắn gọn. Tốt nghiệp trường hypnasium năm 1897 với huy chương vàng, L.I. vào khoa toán của Khoa Vật lý và Toán học của Đại học Novorossian. Tuy nhiên, vào năm 1899, do các cuộc bạo loạn của sinh viên,

4

theo lệnh, anh ta bị đuổi khỏi trường đại học và đi ra nước ngoài đến Strasbourg, nơi anh ta vào khoa vật lý học của trường đại học. Khoa Vật lý của trường đại học này do nhà khoa học xuất sắc F. Brown đảm nhiệm, người đã nhận được Giải thưởng Tiểu thuyết năm 1909 cho công trình nghiên cứu về điện báo vô tuyến. Ông cũng là giám đốc giáo dục tại Viện Vật lý ở Strasbourg vào thời điểm đó.

Brown đã sớm đánh giá cao khả năng đặc biệt của L.I. và thu hút ông đến với công việc khoa học trong lĩnh vực vật lý dao động điện từ. Bài báo khoa học đầu tiên của L.I. được dành để xác định thời gian phân rã của các dao động trong mạch điện.

Sau khi tốt nghiệp đại học, L.I., với tư cách là trợ lý cho F. Brown, tiếp tục tích cực nghiên cứu về công việc sỏi, kết hợp nó với việc tham gia thử nghiệm thiết bị vô tuyến mới tại nhà máy. Trong thời gian này, L.I. đã thực hiện phát minh đầu tiên (trong số 60 phát minh!), cho phép sinh vật này tăng độ nhạy của thiết bị thu sóng vô tuyến. Điều đặc biệt là phát minh này có giá trị thực tiễn lớn được thực hiện trên cơ sở phân tích lý thuyết do L.I.

Ở kiếp sau, L.I. chủ yếu tham gia vào các rung động vật lý và kỹ thuật và sóng có tính chất đa dạng nhất, kết hợp một cách nổi bật các hoạt động sáng tạo trong một chuyên mục gồm các lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như các vấn đề về vật lý lý thuyết, sự tinh tế của thí nghiệm vật lý và lời giải kỹ thuật cụ thể bài toán. A. A. Andronov, trong một báo cáo kỷ niệm một năm ngày mất của L. I., đã nói rất chính xác: “… trong thời đại chúng ta có sự phân chia rõ ràng các nhà vật lý thành nhà lý thuyết và nhà thực nghiệm, thành nhà vật lý “thuần túy” và nhà vật lý “kỹ thuật”, L. I. đồng thời vừa là nhà lý thuyết vừa là nhà thực nghiệm, nhà vật lý “thuần túy” và nhà vật lý “kỹ thuật”. Với những lời này, anh ấy muốn nói thêm rằng L.I. biết đánh giá cao sự sáng tạo trong bất kỳ lĩnh vực nào, thậm chí rất xa khoa học và nghệ thuật. Tôi nhớ anh ấy đã nói với sự ngưỡng mộ vô cùng về việc phát minh ra dây kéo, một điều mới lạ vào thời điểm đó, và tự hỏi ai đã tạo ra phát minh tài tình này.

Thời kỳ Strasbourg cũng bắt nguồn từ cuộc bút chiến của L.I. với nhà vật lý vốn đã có vai trò quan trọng vào thời điểm đó, người sáng lập lý thuyết lượng tử, Max Planck. L.I., mặc dù có tính cách khiêm tốn và hiền lành bẩm sinh, vẫn kiên quyết khẳng định rằng Planck đã mắc một sai lầm cơ bản trong công trình nghiên cứu về lý thuyết sóng về sự truyền ánh sáng trong môi trường trong suốt. Sau một thời gian dài tranh luận, Planck thừa nhận rằng Mandelstam đã đúng. Tình tiết này còn thú vị vì nó thể hiện khả năng của L.I. trong việc tìm ra sự tương đồng giữa các hiện tượng trong các lĩnh vực vật lý ở xa nhau. Rõ ràng, trong cuộc tranh chấp với Planck, L.I. đã sử dụng sự tương tự giữa các nguyên tử lân cận của môi trường có các electron dao động trong chúng và các ăng-ten vô tuyến đang hoạt động nằm gần nhau.

Cũng trong những năm đó, L.I. bắt đầu một loạt công trình về tán xạ ánh sáng phân tử.

Mọi người đều biết rằng trong một môi trường đa dạng, dù là sương mù hay ly sữa, ánh sáng đều tán xạ. Nguyên nhân của sự tán xạ là giá thành rẻ về mặt quang học của môi trường. Ví dụ, những giọt nước tạo thành sương mù có chiết suất rất khác với chiết suất của không khí. Có vẻ như không nên có sự tán xạ ánh sáng trong không khí sạch. Tuy nhiên, điều này không đúng. Việc chúng ta nhìn thấy bầu trời xanh phía trên là kết quả của sự tán xạ ánh sáng mặt trời bởi các phân tử không khí trong bầu khí quyển trái đất. (Không phải vô cớ mà trên những ngọn núi rất cao không có tác động ngẫu nhiên của nồng độ nguyên tử hoặc phân tử tại một số điểm của môi trường và giảm ở những điểm khác. Những sai lệch như vậy về mật độ so với giá trị trung bình được gọi là dao động mật độ. Những biến động này gây ra, đến lượt nó, cục bộ

7

Được biết, Landsberg và Mandelstam đã phát hiện ra tán xạ Raman trong tinh thể và Raman trong chất lỏng, độc lập với nhau và gần như đồng thời. Tuy nhiên, vào năm 1930, giải Nobel cho phát hiện này chỉ được trao cho Raman, điều này rõ ràng là không công bằng.

L.I., dựa trên những cân nhắc cổ điển, đã chỉ ra rằng tán xạ Raman trong tinh thể, cũng như hiệu ứng Mandelstam-Brillouin, phát sinh do sự điều biến ánh sáng tán xạ bởi các bình của mạng tinh thể. Tuy nhiên, trong trường hợp này, vai trò của dao động điều chế không phải do hoạt động mà do cái gọi là dao động quang học lời giải. Tần số của những rung động này nằm trong vùng hồng ngoại của quang phổ. Hình 3 cho thấy hai loại sóng phát sinh trong mạng tinh thể được tạo thành từ hai loại nguyên tử. Hình 3, a tương ứng với sóng âm và tương ứng với các dao động tích cực của cách tử. Hình 3, b tương ứng với sóng quang và bình cầu. Chính những bóng đèn quang học này mô phỏng sự truyền sóng ánh sáng tới tinh thể, gây ra sự tán xạ ánh sáng Raman.

Trong bức xạ Raman trong chất lỏng và chất khí, sự biến điệu ánh sáng được gây ra bởi sự dao động của các nguyên tử tạo nên các phân tử riêng lẻ. Theo phân loại ở hình 3. Hai loại sóng phát sinh trong mạng tinh thể, được tạo thành từ hai loại nguyên tử.
a) Sóng thực tế; b) sóng quang.

Theo lý thuyết trung thực về sự biến điệu trong quá trình tán xạ Raman, một số vạch nằm đối xứng—các vệ tinh—sẽ xuất hiện trong quang phổ của ánh sáng tán xạ gần mỗi vạch quang phổ của ánh sáng tới. Tần số vệ tinh thu được bằng cách kết hợp tần số của ánh sáng tới với tần số dao động nội phân tử (do đó có tên là hiện tượng) và thỏa mãn mối quan hệ đơn giản:

$$v_k = v_0 - v_M,$$
$$v_\phi = v_0 + v_M,$$

(1)

trong đó $v_k$ là tần số của vệ tinh “đỏ”, tức là linney, bị dịch chuyển tương đối so với vệ tinh chính (từ quang phổ của ánh sáng tới) về phía bước sóng dài hơn, $v_\phi$ là tần số của vệ tinh “philot”, tức là linney, dịch chuyển về phía bước sóng ngắn hơn, $v_M$ là tần số dao động nội phân tử (tần số điều chế).

Các thư từ (1) rất phù hợp với kinh nghiệm. Tuy nhiên, theo lý thuyết cổ điển, cường độ của các vệ tinh nằm đối xứng phải giống nhau. Kết luận này được đưa ra nhờ kết quả của vệ tinh “đỏ” bậc hai, lớn hơn nhiều lần cường độ của vệ tinh “philot” liền kề (xem Hình 2, b). Sự khác biệt cường độ này không thể loại trừ khỏi lý thuyết điều chế cổ điển. Cần phải tính đến các tính chất lượng tử của ánh sáng và vật chất.

Theo các khái niệm cổ điển, hai vệ tinh nằm đối xứng nhau xuất hiện khi ánh sáng bị tán xạ bởi cùng một phân tử. Theo các khái niệm lượng tử, một vệ tinh “đỏ” phát sinh khi ánh sáng—các photon—tán xạ trên các phân tử có mức dự trữ năng lượng bên trong nhỏ hơn, và vệ tinh “phylot” phát sinh khi ánh sáng bị tán xạ trên một phân tử ULE bị kích thích có mức dự trữ năng lượng tăng lên (theo ngôn ngữ cổ điển, các phân tử này khác nhau về biên độ dao động nội phân tử). Theo định luật lượng tử, năng lượng của các dao động nội phân tử chỉ có thể thay đổi trong một số phần, lượng tử nhất định, bằng $hv_M$, trong đó $h$ -