© "Семь искусств"
  январь 2020 года

862 просмотров всего, 1 просмотров сегодня

В отношении Л.И. Мандельштама, Г.С. Ландсберга и Е.К. Завойского была проявлена явная несправедливость со стороны Нобелевского комитета, поскольку открытия этих учёных были сделаны раньше, чем были получены практически аналогичные результаты зарубежными физиками, однако премированы были последние. Конечно, нам могут возразить, указав на то, что в период 1946—53 гг. из-за холодной войны из СССР не было прислано ни одного представления на Нобелевскую премию. 

Константин Мухин, [Дебют]Виктор Тихонов 

ЕЩЕ РАЗ ОБ ИСТОРИИ С РОССИЙСКИМИ РАБОТАМИ ПО ФИЗИКЕ НОБЕЛЕВСКОГО УРОВНЯ

Почему Россия не досчиталась пяти премий*

  1. Введение

Семь российских физиков, заслуживших Нобелевские премии, но не получившие их. — Руководитель премированной работы лауреатом не стал! — Чтобы получить премию — надо жить долго. — Явная несправедливость Нобелевского комитета в отношении двух работ. — А значение еще одного открытия Нобелевский комитет по-видимому просто не понял.

В нашей предыдущей статье [1] мы написали о работах 10 российских лауреатов Нобелевской премии по физике, высказав в заключение сожаление по поводу явной несправедливости судьбы и Нобелевского комитета, выразившейся в недополучении Россией еще нескольких премий. В [1] мы называли 6 физиков, открытия которых были очень высоко оценены во всем мире, но по разным причинам не получили нобелевского признания. Речь шла о П.Н. Лебедеве, А.А. Фридмане, Л.И. Мандельштаме, Г.С. Ландсберге, Е.К. Завойском и В.И. Векслере. К этому списку следует также добавить С.И. Вавилова, который тоже не попал в число лауреатов, хотя сделанное им и его аспирантом открытие было отмечено Нобелевской премией (рис. 1).

Причины ненаграждения в разных случаях были различны, но ни в одном из них не имели отношения к качеству сделанных открытий, а носили, что называется, «технический характер». С.И. Вавилов не был награжден, так как скончался до присуждения премии его работе и согласно ее статусу не мог попасть в число лауреатов. Работы П.Н. Лебедева и А.А. Фридмана были признаны научной общественностью всего мира как бесспорно Нобелевские, но их авторы так мало пожили на этом свете, что их не успели даже выдвинуть на премии. А как справедливо заметил как-то В.Л. Гинзбург: для получения премии надо жить долго.

Об этих трёх случаях можно, казалось бы, сказать: тут никто не виноват — это судьба. Правда, лично нам кажется, что стоило бы слегка подправить статус премии и присуждать звание лауреата посмертно (хотя бы без денежного вознаграждения).

В отношении Л.И. Мандельштама, Г.С. Ландсберга и Е.К. Завойского была, как мы увидим ниже, проявлена явная несправедливость со стороны Нобелевского комитета, поскольку открытия этих учёных были сделаны раньше, чем были получены практически аналогичные результаты зарубежными физиками, однако премированы были последние. Конечно, нам могут возразить, указав на то, что в период 1946—53 гг. из-за холодной войны из СССР не было прислано ни одного представления на Нобелевскую премию [2]. Однако работы всех перечисленных трёх физиков были опубликованы вполне своевременно, причём в журналах, доступных для зарубежных физиков и членов Нобелевского комитета. А что касается Завойского, то позднее (после присуждения премии за аналогичное открытие зарубежным физикам) в отношении его было сделано три представления (в 1959, 1964 и 1976 гг.), причём в первом из них, направленном И.В. Курчатовым, была явно подчёркнута несправедливость решения Нобелевского комитета [3].

Особо следует сказать о судьбе крупнейшего открытия, сделанного В.И. Векслером (и годом позднее американским физиком Э. Мак-Милланом). Речь идёт о принципе автофазировки, использование которого позволило построить серию ускорителей нескольких новых поколений, энергия ускоренных частиц в которых сегодня доведена до 2×7 ТэВ, что в 200 000 раз выше той, которая была достигнута до открытия Векслера. По слухам, открытие Векслера и Мак‑Миллана неоднократно выдвигалось на премию, но почему-то её не получило. Вроде бы Векслеру помешало излишнее засекречивание факта наличия в СССР (уже в год открытия) ускорителя, работающего по новому принципу. Лично нам кажется, что в то время Нобелевский комитет просто не понял значения этого открытия. Подтверждением подобной точки зрения является то, что позднее (когда Комитет «прозрел») за сооружение ускорителей новых поколений и работы, выполненные на них, было присуждено несколько премий.

Верны ли наши догадки или нет, факт остается фактом — России явно не додали 5 Нобелевских премий по физике, а в списке российских лауреатов не хватает семи крупнейших физиков мирового уровня. И это страшно обидно, потому что несправедливо. Ниже мы попытаемся в популярной форме рассказать о жизни и творчестве упомянутых выше семи российских физиков, а также воздать им должное, подчеркнув мировое значение сделанных ими открытий.

 Пётр Николаевич Лебедев — великий физик-экспериментатор и организатор первой российской научной школы [I]

2.1. Основные вехи биографии

В 16-летнем возрасте он написал: хочу быть исследователем и открывателем. — Доктор философии в Страсбурге и доктор физ.-мат. наук и профессор в Москве. — Первые важные открытия и два знаменитых опыта. — Служебные неприятности и ранняя кончина.

Пётр Николаевич Лебедев родился 08.03.1866 в Москве в просвещенной купеческой семье и, по мнению отца, со временем должен был продолжить его коммерческую деятельность. Однако уже с юного возраста П.Н. начал стремиться к научным исследованиям и на вопрос о призвании ответил, что хочет «быть исследователем и открывателем». Именно этим стремлением объясняется многоступенчатое образование П.Н., этапы которого, начиная со второго, он определял самостоятельно [4].

Пройдя последовательно обучение в Лефортовской немецкой школе (где по воле отца проучился до 6-го класса), реальном и Техническом (будущий МВТУ им. Баумана) училищах, П.Н. Лебедев в 1887 г. поступил в Страсбургский университет, который окончил в 1891 г., получив учёную степень доктора философии. После возвращения из Страсбурга в Москву П.Н. несколько лет работал на физфаке Московского университета в должности ассистента профессора А.Г. Столетова, выполнив за эти годы несколько весьма важных исследований по электромагнитным (метод получения миллиметровых волн) и другим видам волновых явлений (акустических и гидравлических). В 1899 г. за эти исследования П.Н. Лебедеву была присуждена учёная степень д.ф.-м.н., а на физфаке Московского университета он занял должность профессора.

Идея экспериментального доказательства существования давления света, т.е. его пондеромоторного («толкающего») воздействия на твёрдые и даже газообразные тела, начала занимать Лебедева еще в Страсбурге (1891 г.), когда им была выполнена теоретическая работа на эту тему. А к практической части этих исследований он приступил сразу после поступления на работу в Московский университет и в 1899 г. получил первый важнейший результат, доказав существование давления света на твёрдые тела, а в 1909 г. — на газы.

Последние годы жизни П.Н. Лебедева были омрачены серьёзными служебными неприятностями, связанными с происходившими в это время студенческими волнениями. В ответ на репрессивные меры, предпринятые царским правительством против студентов, П.Н. Лебедев вместе с другими именитыми учёными, среди которых были К.А. Тимирязев, Н.Д. Зелинский, А.А. Эйхенвальд и Н.А. Умов, ушёл из университета, потеряв лабораторию, квартиру и денежное содержание. И хотя друзья помогли П.Н. с организацией новой лаборатории, а в перспективе виделся специально строящийся для него Физический институт, эти волнения сильно подорвали его здоровье и 14.03.1912 П.Н. Лебедев скончался, прожив всего 46 лет.

2.2. Эксперименты Лебедева по доказательству существования давления света на твёрдые тела

Гипотеза Кеплера о роли давления света в формировании хвоста кометы в окрестности Солнца. — Что такое радиометрический эффект и чем он плох и хорош? — Удручающе безнадежный расчёт Максвелла и крылышки надежды на успех Лебедева. — Сенсационный доклад Лебедева и любопытные комментарии Пашена и Томсона. — Повторение опыта Лебедева через четверть века Герлахом.

По-видимому, впервые о существовании давления света задумался около 400 лет тому назад (в 1619 г.) И. Кеплер, предположив, что именно им можно объяснить появление и поведение хвоста кометы в окрестности Солнца (частицы хвоста летят в сторону от него как при подлете кометы к Солнцу, так и при удалении от него). Позднее (в XVIII и XIX веках) эту гипотезу неоднократно пытались доказать экспериментально, в том числе, такие известные физики, как О. Френель, У. Крукс и Ф. Пашен, но все попытки оказались безуспешными из-за обнаруженного Круксом сильного фонового радиометрического эффекта.

Природа радиометрического эффекта для близкого к опыту Лебедева случая освещения небольшой пластинки заключается в появлении избыточного импульса отдачи у нагретой светом стороны пластинки по сравнению с холодной при отражении от них молекул окружающего воздуха. Естественно, что этот эффект смещает пластину в ту же сторону, как и световое давление, причём значительно сильнее.

В 1873 г. Максвелл показал, что солнечный свет давит на поверхность площадью 1 м2 с силой 0,4 мг, т.е. на 0,25 см2 пластинку в опыте Лебедева с силой 10-5 мг! Поэтому задача, стоявшая перед Лебедевым, выглядела как совершенно невыполнимая. Разве можно выделить столь слабый полезный эффект на фоне более сильного и к тому же направленного в ту же сторону?

Однако Лебедев догадался, как это можно сделать, использовав тонкое различие обоих эффектов между собой. Действительно, если облучать светом две одинаковые по всем параметрам пластинки, одна из которых тёмная, а другая зеркально-серебристая, то очевидно, что радиометрический эффект будет проявляться сильнее для тёмной (так как она больше нагревается), а эффект от давления света — для зеркальной (потому, что фотон, отражаясь от неё, передает ей вдвое бо́льший импульс, чем при поглощении тёмной).

Для реализации этой идеи Лебедев изготовил очень чувствительные крутильные весы, состоящие из длинной тонкой стеклянной нити со специальным подвесом в качестве коромысла на её конце. Края подвеса были оснащены лёгкими 5 мм зачернёнными и зеркально-серебристыми крылышками. Весы с подвесом размещались в вакуумизированном (для уменьшения радиометрического эффекта) стеклянном (для пропускания света) сосуде. Зечернённые и серебристые крылышки поочерёдно освещались через систему линз, диафрагм и зеркал сфокусированным лучом света от дуговой лампы. Измерения показали, что при освещении серебристых крылышек подвес поворачивается (уходит от луча) на бо́льший угол, чем при освещении зачернённых. Из этого следовало, что поворот подвеса был вызван именно давлением света, а не радиометрическим эффектом. Для количественной оценки переданной светом энергии Лебедев использовал калориметрический метод. Оказалось, что результаты эксперимента с 20% точностью совпадают с теоретическим расчетом Максвелла.

Летом 1899 г. П.Н. Лебедев доложил о проделанной работе и сделанном открытии Всемирному съезду физиков в Париже [5]. Его доклад привлёк всеобщее внимание участников съезда и вызвал любопытные комментарии известнейших физиков У. Томсона (лорд Кельвин) и Ф. Пашена. Оказалось, что автор «формулы Томсона» до доклада Лебедева вообще не верил в существование давления света, а автор «закона Пашена», хотя и верил и даже пытался лично доказать его существование, но ему это не удалось.

В заключение данного подраздела заметим, что повторить опыт Лебедева и уточнить полученный им количественный результат сумел только через четверть века после смерти Лебедева В. Герлах (известный знаменитым «опытом Штерна-Герлаха»).

2.3. Эксперименты П.Н. Лебедева по определению давления света на газы

Сокровенная мечта Лебедева — проверить гипотезу Кеплера. — Масштаб эффекта 10-20 г.! — 20 уникальных по чувствительности приборов. — Борьба с конвекцией и победа над ней. — Доклад об успехе опыта и реакция Вина, Лоренца и Шварцшильда. — Оптическая левитация, или хвост кометы в лаборатории. — Школа Лебедева.

Измерив давление света на твёрдые тела, Лебедев приступил к решению ещё более трудной задачи — доказательству существования давления света на газ. Ему по-прежнему не давала покоя мысль о проверке упомянутой выше гипотезы Кеплера относительно происхождения и поведения хвоста кометы в окрестности Солнца. А для этого надо было подтвердить, что пондеромоторное действие света, доказанное им для малых (~5 мм), но все же макроскопических объектов, существует и для микрочастиц, из которых предположительно состоит хвост кометы. В возможность решения этой задачи не верил ни один физик мира, среди которых были такие корифеи науки, как Аррениус и Зоммерфельд. Никто, кроме… самого Лебедева! И он её решил, хотя для этого ему потребовалось ещё 8 лет упорнейшего труда, в течение которых им было сконструировано и изготовлено около 20 приборов высочайшей чувствительности.

Попытаемся оценить трудность задачи. Согласно Максвеллу, давление света на 1 см2 поверхности равно 0,4·10-7 г. Размер частичек хвоста кометы (простых или более сложных молекул) порядка (10-7‑10-5)см, площадь — (10-14‑10-10)см2, т.е. давление света на одну из них около (10-21‑10-17)г! Лебедев в своем предыдущем опыте измерил эффект порядка 10-8 г. и отлично понимал, что набрать ещё 9, а, может быть, даже 13 порядков точности для измерения давления света на одну молекулу невозможно. Да, на одну невозможно, а если на много?

Очень грубо идея Лебедева заключается в следующем. Даже в хорошо откачанном (например, до 10-4 мм ртутного столба) сосуде остается великое множество (около 1015 на литр) хаотически движущихся молекул воздуха (газа), каждая из которых, попав в освещённую зону, получит дополнительную составляющую импульса в направлении луча света. И поскольку молекул много, то суммарную составляющую, может быть, удастся измерить. Может быть! Вот, чтобы превратить это «может быть» в успех и потребовалось 8 лет.

Прибор Лебедева в его окончательном варианте состоял из главной камеры с двумя окнами (в передней и задней стенках) для пропускания луча света, которая с помощью двух щелей в боковой стенке (вблизи от окон) сообщалась с измерительной камерой, оснащенной крутильными весами, реагирующими на поток газа. При освещении главной камеры молекулы находящегося в ней газа приобретают составляющую импульса в направлении луча света, в результате чего газ в обеих камерах начинает циркулировать, что приводит к повороту коромысла крутильных весов. Измерение угла поворота производится с помощью светового зайчика, отбрасываемого зеркальцем, укрепленном на коромысле.

В нашем описании всё выглядит довольно просто. На самом деле это не так. Во-первых, в прибор входила ещё одна камера, с помощью которой устанавливался стационарный режим, нарушенный резким повышением давления из-за нагревания в момент включения света. Во-вторых, в этом эксперименте потребовались гораздо более чувствительные весы специальной конструкции (с поршнем). В-третьих, огромные трудности возникли с подбором газа, который должен был обладать двумя несовместимыми свойствами: высокой чувствительностью к спектру света используемой лампы и большой теплопроводностью (чтобы не возникало градиента температуры, вызывающего ложный эффект из-за конвекционных токов). Эту трудность удалось преодолеть, составив смесь из двух газов, одним из которых был водород. Наконец, в начале 1909 г. опыт был успешно завершён, а в конце того же года Лебедев доложил о полученном им результате Московскому съезду естествоиспытателей [6].

Новое блестящее достижение П.Н. Лебедева было очень высоко оценено не только в России, но и за рубежом, в том числе такими выдающимися физиками как В. Вин, Г. Лоренц и К. Шварцшильд, а Английский королевский клуб избрал П.Н. Лебедева своим почётным членом. Любопытно отметить, что новый опыт Лебедева был настолько труден, что, насколько нам известно, никто даже не пытался его повторить. И только примерно через полвека, когда появились лазеры, удалось воочию наблюдать проявление светового давления на объекты размерами 10-3‑10-2 см (так сказать «между» крылышками и молекулами). Это так называемая оптическая левитация, когда частички вещества упомянутых размеров витают в воздухе под действием давления света, источником которого является маленькое световое пятно, полученное в результате фокусировки лазерного луча [7]. Особенно сильным световое давление лазерного луча на отдельные атомы становится при совпадении частоты лазерного излучения с частотой атомного перехода (резонансное световое давление). Это явление используется для разделения газов и изотопов [8].

В заключение рассказа о великом физике мы хотим подчеркнуть что, кроме уникальных экспериментов, виртуозно выполненных на пределе технических возможностей того времени, П.Н. Лебедев прославился созданием первой в России научной школы, в недрах которой он воспитал около трёх десятков физиков, ставших крупными учёными. Среди них были В.К. Аркадьев, В.Д. Зернов, Н.А. Капцов, Т.П. Кравец, П.П. Лазарев, в школе которого в свою очередь выросли С.И. Вавилов (см. раздел 7), А.С. Предводителев, В.В. Шулейкин и др.

Заслуги П.Н. Лебедева были высоко отмечены в России. Его имя увековечено в названии Физического института Академии наук (ФИАН им. П.Н. Лебедева) и Премии им. П.Н. Лебедева, вручаемой Президиумом АН за лучшие работы по физике. Собрание трудов П.Н. Лебедева издавалось дважды в 1949 и 1963 гг. Однако в связи с известным статусом Нобелевской премии двойное открытие Лебедева мирового уровня отмечено ею не было.

  1. Александр Александрович Фридман и его теория расширяющейся Вселенной [2]

3.1. Краткая биография [9], [10]

Отличный гимназист и студент-учёный. — Аспирант-преподаватель и геофизик-воздухоплаватель. — Пересадка с дирижабля на военный самолёт. — Георгиевский кавалер. — Дважды профессор и адъюнкт Морской академии. — Два десятка статей за 1,5 года. — Последний рекордный полёт. — Нелепая смерть и посмертные почести.

А.А. Фридман родился 29 июня 1888 г. в Петербурге в артистической семье. С 1897 г. по 1913 г. очень успешно учился сначала в гимназии, затем на математическом отделении Петербургского университета и в заключение — в аспирантуре. Первую математическую работу опубликовал ещё в гимназические годы, а в студенческие, наряду с математическими ещё и статьи по гидродинамике и аэродинамике. Кроме того, для заработка (в юности А.А. жил в неполной семье и испытывал материальные трудности) публиковал рецензии на статьи и книги.

В годы обучения в аспирантуре молодой А.А. опубликовал (в том числе в зарубежных журналах) несколько статей по математической физике, механике и теоретической метеорологии. Одновременно занимался преподавательской деятельностью в технических институтах, а также в Павловском отделении Главной геофизической обсерватории (ГГО), в которой совмещал преподавание с практической деятельностью (участвовал в запуске шаров-зондов и сам летал на дирижабле с приборами).

После начала первой мировой войны Фридман поступает в добровольный авиационный отряд, в котором занимался аэрологическими наблюдениями, авиаразведкой и даже прицельным бомбометанием, за что был награжден Георгиевским крестом. Не оставлял он в годы войны и занятия наукой, опубликовав в период 1914-17 гг. несколько статей по аэродинамике и гидродинамике, а для военных нужд — таблицы прицельного бомбометания, полученные на основе разработанной им теории. Этой теории, а также аэронавигации и устройству аэронавигационных приборов Фридман обучал студентов Киевской школы авиаторов, где он, кроме того, организовал школу предсказания погоды. А за лекции, прочитанные в Киевском университете получил звание приват-доцента.

Весной 1918 г. Фридман переезжает в Пермь, где участвует в работе математического общества и становится профессором нового Пермского университета. Через два года Фридман вернулся в Петербург и с этого момента наступил наиболее активный период его творчества. В 1920 г. он начал читать курс прикладной механики в университете и несколько курсов в Институте инженеров путей сообщения. Одновременно он являлся профессором Петроградского Политехнического института и адъюнктом Морской академии А.Н. Крылова. За эти 1920-е годы им было опубликовано две объемистые книги (в 1922 и 1924 гг.) и знаменитая статья «О кривизне пространства» [11] (1922 г.).

Особую научную активность А.А. Фридман проявлял в последние годы своей жизни: часто бывал за рубежом, где успешно выступал с докладами, опубликовал множество статей (12 только за один 1924 год и 6 за неполный 1925-й), редактировал один из отделов «Большой советской энциклопедии» (для первого тома которой написал еще 3 статьи), совмещая все это с беспокойной (связанной с многочисленными разъездами) должностью директора ГГО, на которую он был назначен в начале 1925 года. А апофеозом его воздухоплавательной карьеры стал подъем на аэростате в июле 1925 г. вместе со знаменитым стратонавтом П.Ф. Федосеенко на рекордную для того времени высоту 7400 м.

И вот такой сверхталантливый, сверхактивный оптимист и жизнелюб (который за три недели до своей смерти получил новое почетное задание — готовить празднование 200-летия Российской академии наук) 16.09.1925 г. скончался от тривиального, но зачастую неизлечимого в те годы, брюшного тифа. На 38-м году жизни!

А.А. Фридмана хоронила вся научная общественность Ленинграда во главе с Президентом Академии наук А.П. Карпинским. В октябре 1925 г. ему была посмертно присуждена престижная премия Главнауки, в 1931 г. — Ленинская премия, а Президиум академии наук СССР учредил медаль им. А.А. Фридмана.

3.2. Главная работа А.А. Фридмана

Стационарное решение уравнения тяготения Эйнштейна и нестационарное, полученное Фридманом. — Причина различия решений в разной интерпретации космологического λ‑члена, введенного Эйнштейном в свое уравнение. — «Время от сотворения мира» и «период мира» по Фридману. — Грубая критика Фридмана Эйнштейном и последующее признание ее несправедливости.

До 1922 г., когда А.А. Фридман опубликовал свою знаменитую статью [11] в космологии считалось справедливым стационарное решение «подправленного» уравнения тяготения, полученное Эйнштейном в 1919 г. Согласно этому решению радиус Вселенной R не изменяется со временем. Рассмотрев первичное (1917 г.) уравнение тяготения в предположениях однородности и изотропности Вселенной (которые ни у кого не вызывали сомнений) Фридман, кроме стационарного решения Эйнштейна (и аналогичного, принадлежащего де Ситтера) нашел совершенно новые решения, соответствующие нестационарной Вселенной, радиус которой R меняется с течением времени.

Причина этого расхождения двух решений заключалась в том, что Эйнштейн априорно считал Вселенную стационарной и в 1919 г. так «подправил» свое первоначальное уравнение тяготения 1917-го года (ввел определенное значение так называемого космологического члена λ), чтобы оно давало именно стационарное решение (подробнее см. [12]). Фридман же предположил, что λ‑член является свободным параметром, значение которого не вытекает из уравнения, и проанализировал всю совокупность решений, получаемых, при λ=0, λ>0 и λ<0. В результате оказалось, что при λ, заключенном в некоторых пределах, радиус Вселенной R должен непрерывно расти, причем «время t, прошедшее от сотворения мира», когда плотность вещества ρ была бесконечной, а R=0, зависит от конкретного значения λ. При другом интервале возможных значений λ для R получается периодическое решение, при котором R изменяется от нуля до некоторого значения R0, а затем обратно до нуля. Период функции R(t) («период мира» по Фридману) определяется конкретным значением λ. В предположении, что λ=0, а масса Вселенной М = 1021 Солнц Фридман получил «иллюстративное», как он выразился, значение периода t0 = 10 млрд. лет. (Подробнее о происхождении Вселенной см. [13]).

Вскоре после публикации Фридманом своей статьи [11] последовала довольно грубая реакция Эйнштейна [14], который назвал результаты, полученные Фридманом, «подозрительными» и ошибочными. И, если, мол, исправить допущенные ошибки, то эти результаты всего лишь подтвердят его, Эйнштейна, решение о постоянстве радиуса мира во времени. Однако позднее Эйнштейн признал, что ошибся он сам и назвал решения, полученные Фридманом, как «проливающие новый свет» [15].

3.3. Экспериментальное подтверждение правильности теории Фридмана

Двойная правота Фридмана в споре с Эйнштейном. — Обнаружение красного смещения в спектрах излучения далеких галактик. — Закон Хаббла. — Разбегание галактик из точки R=0 в момент «сотворения мира». — Примерная оценка возраста мира: 10-15 млрд. лет.

Через 4 года после кончины А.А. Фридмана выяснилось, что в споре с Эйнштейном он оказался прав дважды. Не только в том, что существует нестационарное решение, но, как оказалось, именно оно и реализуется в природе. В 1929 г. в электромагнитных спектрах излучения далеких галактик американский астроном Э. Хаббл обнаружил красное смещение, т.е. увеличенные значения длин волн по сравнению со стандартными спектрами. Как известно, изменение (увеличение, уменьшение) длины волны какого-либо источника излучения (света, звука) наблюдается при его движении и называется эффектом Доплера. Удаление источника от наблюдателя регистрируется как увеличение длины волны, приближение — как уменьшение. А по величине изменения длины волны можно судить о скорости движения источника излучения. Таким образом, явление, обнаруженное Хабблом, свидетельствовало об удалении галактик от наблюдателя со скоростью, значение которой можно оценить по величине зарегистрированного красного смещения.

В результате измерения красного смещения для 18 далеких галактик, находящихся на расстояниях r от наблюдателя оказалось, что скорость V удаления галактики зависит от расстояния до нее по закону

V = Hr,                                                   (1)

где H — коэффициент, который позднее был назван постоянной Хаббла. Значение r надежно определялось тремя независимыми методами, например, из сравнения абсолютной светимости и видимого блеска какой-либо переменной звезды данной галактики (светимость переменных звезд известным образом зависит от периода изменения их блеска, а видимый блеск обратно пропорционален квадрату расстояния до звезды).

Из (1) следует, что r/V = const, т.е., что значение этой константы можно интерпретировать как время t0, затраченное каждой из 18 галактик на прохождение своего пути r со своей скоростью V. И поскольку это время одинаково для всех галактик, то из этого следует, что t0 лет тому назад (в момент «сотворения мира») все они находились в одной и той же точке R=0, а затем начали разлетаться («разбегаться» как говорят космологи и астрономы). Из численного значения постоянной Хаббла следует, что t0 = (2‑4)1010 лет, а с учетом уменьшения скорости разбегания из-за взаимного гравитационного притяжения галактик (10‑15) млрд. лет, что практически совпадает с «иллюстративным» значением Фридмана для «периода мира». Поистине жаль, что из-за нелепого статуса Нобелевской премии остаются неотмеченными наидостойнейшие открытия.

  1. Л.И. Мандельштам и Г.С. Ландсберг и их роль в открытии комбинационного рассеяния света

Комбинационное рассеяние света было открыто в 1928 г. Г.С. Ландсбергом и Л.И. Мандельштамом в СССР и в том же году, но несколько позже Ч.В. Раманом и К.С. Кришнаном в Индии. К тому же теория явления, предложенная российскими физиками, оказалась более правильной [16, 17]. Между тем Нобелевскую премию за открытие этого явления получил (в 1930 г.) только Ч.В. Раман, что является проявлением явной несправедливости со стороны Нобелевского комитета.

4.1. Краткая биография и основные труды Л.И. Мандельштама

Студент, а затем профессор Страссбургского университета. — Тайна голубого цвета неба и объяснение его Мандельштамом в 1907 г. — Особенности рассеяния света растворами. — Возвращение в Россию (1914 г.). — Эффект Бриллюэна-Мандельштама и комбинационное рассеяние. — Два важных результата в области квантовой механики. — Открытие параметрического резонанса. — Идея локации Луны.

Леонид Исаакович Мандельштам родился 04.05.1879 г. в г. Могилеве. В 1902 г. он окончил Страссбургский университет и до 1914 г. работал там же (в должности профессора в последние годы). Вернувшись в Россию Л.И. последовательно возглавлял кафедры физики в Одесском политехническом институте и теоретической физики в Московском университете (совмещая последнюю должность с работой в ФИАНе).

Первый важный результат при исследовании рассеяния света Мандельштам получил в 1907 г., показав, что для рассеяния света в сплошной макроскопически однородной среде, например, в толще атмосферы, необходима ее локальная оптическая неоднородность (различие показателей преломления [18]). Тем самым были опровергнуты две долго существовавшие гипотезы о том, что голубой цвет неба объясняется рассеянием света на пыли, содержащейся в атмосфере (Дж. Тиндаль, 1868 г.) или на молекулах воздуха (Рэлей, 1871 г.). Через год вывод Мандельштама об истинной причине рассеяния света атмосферой подтвердил польский физик М. Смолиховский, указавший, что локальная оптическая неоднородность атмосферы может возникать из-за хаотического движения молекул воздуха, приводящего к местному сгущению или разрежению молекул, т.е. локальному изменению плотности и, следовательно, показателя преломления.

Идея важности оптической неоднородности среды при рассмотрении процесса рассеяния света прослеживается и в последующих работах Мандельштама. В 1913 г. Мандельштам показал, что рассеяние света растворами обусловлено флуктуациями концентрации, а двух несмешивающихся жидкостей — флуктуациями поверхности их раздела [19]. Эта работа настолько заинтересовала Эйнштейна, что он даже написал об этом Мандельштаму.

А в 1918 г. Мандельштам в свою очередь заинтересовался работой Эйнштейна по рассеянию света, а также теорией Дебая о теплоемкости твердого тела и нашел между ними тесную связь, изучение которой привело его к выводу о том, что природой рассеяния света конденсированными средами (например, твердыми) является дифракция на упругих тепловых стоячих волнах [20]. Близкую точку зрения высказал в 1922 г. французский физик Л. Бриллюэн, рассмотревший рассеяние света на бегущих упругих волнах в жидкости. Экспериментально эффект Бриллюэна-Мандельштама впервые обнаружили в 1930 г. Л.И. Мандельштам и Г.С. Ландсберг. А в 1928 г., когда они только начали его искать, сделали свое самое главное открытие — обнаружили гораздо более ярко выраженное явление — комбинационное рассеяние света, о котором мы расскажем отдельно в разделе 4.3.

Однако Л.И. Мандельштам занимался не только исследованиями разных видов рассеяния света. Его научные интересы вообще были весьма разнообразны и широки. Совместно со своими учениками он получил два важных результата из области квантовой механики: построил теорию прохождения частиц через потенциальный барьер (в 1928 г. с М.А. Леонтовичем) и обобщил соотношение неопределенностей в форме ΔЕΔt ≈ ħ (в 1934 г. с И.Е. Таммом). А в конце 1930‑х — начале 1940‑х годов Мандельштамом (в содружестве с Н.Д. Папалекси) был выполнен большой цикл работ по теории нелинейных колебаний для широкого спектра колебательных процессов (радиочастотных, акустических, гидродинамических, механических, аэродинамических). Наиболее известными достижениями в этой области являются открытие параметрического резонанса n-го рода и разработка радиоинтерференционных методов исследования распространения радиоволн и измерения расстояний до далеких объектов (в частности в 1942 г. была выдвинута идея локации Луны). Интерес к этой тематике Л.И. сохранил до последнего года своей жизни, когда он читал лекции по некоторым вопросам теории колебаний, общим для всех разделов физики [21].

Л.И. Мандельштам скончался 27.06.1944 г. В честь Л.И. Мандельштама АН СССР учредила премию его имени, а его труды опубликованы в полном пятитомном академическом собрании сочинений. Подобно П.Н. Лебедеву Л.И. Мандельштам создал большую научную школу, среди воспитанников которой были такие известные физики как А.А. Андронов, А.А. Вит, Г.С. Горелик, Г.С. Ландсберг, М.А. Леонтович, В.В. Мигулин, П.А. Рязин, С.М. Рытов, С.П. Стрелков, И.Е. Тамм, С.Э. Хайкин, С.П. Шубин и др. Многие из них создали свои школы. Труды Л.И. Мандельштама по физике были отмечены в 1931 г. Ленинской, а в 1942 г. — Государственной премиями.

4.2. Краткая биография и основные труды Г.С. Ландсберга [22]

Научная работа по физике в мирное время, по химии — в военное, по биофизике — в после военное. — С 1923 г. — доцент, а затем профессор МГУ, а с 1951-го — Физтеха. — Одновременно с 1934 г. — завлаб по оптике в ФИАНе. — Открытие комбинационного рассеяния и эффекта Бриллюэна-Мандельштама. — Конструирование спектроскопов для промышленности и создание широко известных учебников для студентов.

Григорий Самуилович Ландсберг родился 22.01.1890 г. в г. Вологде. В 1913 г. он окончил Московский университет и до 1915 г. работал там же ассистентом физпрактикума. В этом году он опубликовал свою первую научную работу, но в связи с призывом на военную службу ему пришлось на время переквалифицироваться и заняться спецтематикой (поиск защиты от отравляющих газов). В 1918-20 гг. Г.С. Ландсберг работал в Омском сельскохозяйственном институте, а в 1920-23 гг. — научным сотрудником Московского института физики и биофизики. С 1923 по 1951 г. Ландсберг — доцент, а затем профессор МГУ, а в 1951 г. перешел на работу в Физико-технический институт. Одновременно (с 1934 г.) он возглавлял Оптическую лабораторию ФИАНа СССР.

Основные работы Ландсберга были посвящены молекулярной физике (исследование молекулярных связей) и физической оптике (предварительные исследования рассеяния света на кристаллах кварца [23], [24]), развитие которых привело его и Л.И. Мандельштама к открытию комбинационного рассеяния света [25].

Одновременно (в 1927 г.) Г.С. Ландсберг (вместе с Л.И. Мандельштамом) начал заниматься спектральным исследованием молекулярного рассеяния света и обнаружил в нем тонкую структуру. А в 1930 г. он вместе с Л.И. Мандельштамом обнаружил эффект Бриллюэна-Мандельштама на опыте.

Велико и практическое значение работ Ландсберга. По его идеям было сконструировано несколько спектроскопических приборов, которые широко использовались на металлургических и автомобильных заводах СССР для быстрого анализа специальных сортов стали. Широко известны книга Ландсберга «Оптика» и трехтомный учебник по физике.

Г.С. Ландсберг скончался 02.02.1957 г. Его памяти было посвящено совместное заседание научной общественности нескольких учреждений Москвы, в которых он работал. С воспоминаниями о жизни и научном творчестве Г.С. Ландсберга выступили его соратник И.Е. Тамм и ученик — С.Л. Мандельштам (сын Л.И. Мандельштама). Правительство СССР наградило Г.С. Ландсберга в 1941 г. за работы по спектральному анализу Государственной премией.

4.3. Физическая сущность комбинационного рассеяния света и его практическое значение

Почему оно так называется? — Природа комбинационного рассеяния — преобразование энергетической структуры молекул. — Огромный масштаб изменения частот при очень малой интенсивности рассеянного света. — Вынужденное комбинационное рассеяние с большой интенсивностью.

С открытием комбинационного рассеяния света изучение процесса его рассеяния перешло на качественно другой уровень. До этого открытия изучались упругое рассеяние, происходящее без изменения частоты излучения, которое можно было описывать с помощью явления классической дифракции. И даже открытый раньше (теоретически, но не экспериментально) неупругий эффект Бриллюэна-Мандельштама по-существу радикально (не только количественно, но и качественно) отличается от комбинационного рассеяния. Действительно, в эффекте Бриллюэна-Мандельштама небольшое (~10‑3%) изменение частоты рассеянного света возникает из-за обмена энергией между падающим излучением и упругими волнами (стоящими и бегущими) в конденсированном (твердом и жидком) веществе. И этот эффект совершенно не затрагивает структуру молекул.

Природа комбинационного рассеяния открытого в 1928 г. (на 2 года раньше экспериментального подтверждения существования эффекта Бриллюэна-Мандельштама) совсем иная. В этом случае рассеяние света сопровождается преобразованием энергетического состояния молекул — переходом их на другие колебательные и вращательные уровни. В процессе комбинационного рассеяния поглощенный фотон с энергией hν преобразуется в рассеянный с энергией

hν’ = h(ν ± Δν),                                                   (2)

где h — постоянная Планка, ν и ν’ — соответственно частоты падающего и рассеянного света, а Δν — разность частот характеризующих энергетические уровни молекул. Масштаб изменения энергии колебательных уровней молекул hΔν порядка 0,01-0,1 эВ, средняя энергия падающего фотона в оптическом диапазоне ~ 0,25-0,5 эВ. Поэтому

                               (3)

т.е. 2-40% (!) (вместо 10-3% в случае эффекта Бриллюэна-Мандельштама). Естественно, что, когда в 1928 г. Ландсберг и Мандельштам попытались обнаружить этот эффект, то вместо него зарегистрировали гораздо более сильное комбинационное рассеяние.

Кстати, о названии. В формуле (2) стоят оба знака (±). Это связано с тем, что падающий фотон света может не только терять часть своей энергии, переводя молекулу в более возбужденное состояние, но и приобретать энергию от сильно возбужденной молекулы. В результате частота рассеянного фотона ν’ образуется в виде комбинации частоты падающего света ν и разности частот Δν, характеризующих уровни рассеивающих молекул (ν’ = ν ± Δν).

Типичный колебательный спектр комбинационного рассеяния света состоит из системы линий-спутников, расположенных симметрично относительно линии с частотой ν падающего света (ν ± Δν1, ν ± Δν2…). Кроме колебательных, в образовании комбинационного рассеяния участвуют также и вращательные уровни молекул, переходы между которыми характеризуются значительно меньшими энергиями порядка 10‑5‑10‑3 эВ, и вклад от них будет составлять

                                                          (4)

т.е. от 2·10‑3 до 0,4%, что в нижнем пределе сравнимо с эффектом Мандельштама-Бриллюэна, но в верхнем тоже намного больше. В спектре комбинационного рассеяния эффект от переходов между вращательными уровнями проявляется в виде расщепления колебательной полосы на близко расположенные вращательные линии.

Спектроскопия комбинационного рассеяния света является одним из наиболее эффективных методов изучения состава и строения вещества. Измеряя длины волн (частоты), соответствующие линиям-спутникам, можно определить структуру колебательных и вращательных уровней, которая однозначно характеризует данное вещество.

Практически для наблюдения комбинационного рассеяния света исследуемый образец освещают сфокусированным пучком света (раньше от ртутной лампы, теперь от лазера) и с помощью фотографического или фотометрического метода с применением светосильного спектрометра регистрируют рассеянное излучение. При этом применение в качестве источника света лазеров позволило не только резко сократить (вплоть до одного импульса) экспозицию эксперимента, но и получать эффект на электронных уровнях, масштаб энергии перехода между которыми равен нескольким эВ. Кроме того, применение мощных лазеров позволило обнаружить явление вынужденного комбинационного рассеяния, отличающегося от обычного гораздо бо́льшей относительной интенсивностью рассеянного света по сравнению с падающим (в обычном рассеянии она около 10‑8‑10‑6, а в вынужденном сравнима с ним). Это удивительное явление обязано своим происхождением нелинейному резонансному эффекту, при котором сам рассеянный свет усиливает («вынуждает») дальнейшее рассеяние.

Значение открытия комбинационного рассеяния признано во всем мире. И все знают что сделано оно было четырьмя физиками, а не одним, как решил Нобелевский комитет.

  1. Е.К. Завойский и его роль в открытии и изучении магнитного резонанса [3]

 

Что такое магнитный резонанс и чем ЭПР отличается от ЯМР. — Вторая несправедливость Нобелевского комитета.

Магнитным резонансом в широком толковании этого термина называется эффект избирательного поглощения веществом электромагнитного излучения определенной (резонансной) частоты, сопровождающийся изменением ориентации магнитных моментов частиц (электронов и атомных ядер), входящих в состав атомов вещества. Магнитный резонанс обусловленный переориентацией магнитных моментов электронов в парамагнетиках называется электронным парамагнитным резонансом (ЭПР). Он был открыт в 1944 г. российским физиком Е.К. Завойским. Магнитный резонанс, обусловленный переориентацией магнитных моментов атомных ядер называется ядерным магнитным резонансом (ЯМР). Он был открыт в 1946 г. американскими физиками Ф. Блохом и Э. Парселлом, которые в 1952 г. были награждены за данное открытие Нобелевской премией по физике. Это — второй случай несправедливости, проявленной на этот раз в отношении ещё одного российского физика Е.К. Завойского, который на два года раньше Блоха и Парселла открыл первое проявление магнитного резонанса — ЭПР.

5.1. Краткая биография и основные труды Е.К. Завойского

Казанский период: изобретение метода сеточного тока и открытие ЭПР. — Арзамас-16: исследование быстрых процессов. — «Курчатовский» период (1952‑1957 гг.): электроно-оптическая хронография и ядерная физика. — Там же (1958-1971 гг.): открытие магнитно-звукового резонанса и турбулентного нагрева плазмы. — Проект «Ангара-1». — Неприятности и уход из Курчатовского института. — Главный редактор «УФН».

Евгений Константинович Завойский родился 28.09.1907 г. в Могилеве-Подольском в семье военного врача. В 1908 г. семья Завойских (отец, и мать годовалого Жени, и его старшие сестра и брат) переехала в Казань, где Е.К. в 1926 г. окончил среднюю школу, в 1930 г. — физико-математический факультет Казанского Государственного университета (КГУ), а в 1933 аспирантуру. После защиты кандидатской диссертации Е.К. работал на кафедре экспериментальной физики КГУ в должности доцента, а с 1945 г. — профессора и заведующего кафедрой. Одновременно в 1946-47 гг. он заведовал сектором физики в Казанском филиале АН СССР.

Основное направление научных работ Завойского в этот казанский период его деятельности — изучение взаимодействия электромагнитного излучения радиочастотного диапазона с веществом. В 1940-41 гг. им была предпринята не вполне удавшаяся попытка наблюдения ядерного магнитного резонанса на протоне. Начавшаяся война помешала ему завершить эти исследования. А когда, в 1943-44 гг. у него появилась возможность их продолжить он переключился на более высокий частотный диапазон и приступил к изучению парамагнитной релаксации в магнитных полях, оставив продолжение работ по ЯМР на будущее. Благодаря использованию разработанного им еще в 1930‑е годы весьма чувствительного метода измерения величины поглощения электромагнитного излучения веществом [26, 27] в 1944 г. Е.К. Завойский сделал свое главное открытие — доказал существование электронного парамагнитного резонанса [28-30] (подробнее см. раздел 5.2).

В 1947 г. Завойский переехал в Москву и поступил на работу в Курчатовский институт. Первые годы работы в нем (1947-1951) он провел в командировке в Арзамасе‑16, где занимался исследованием выстрых процессов, а в начале 1952 г. вернулся в Москву. В 1952-57 гг. Е.К. разработал методику электронооптической хронографии для исследования сверхбыстрых (до 10‑14 с) процессов, а также решил несколько важных ядерно-физических задач, проявив при этом необыкновенно высокое искусство физика-экспериментатора (подробнее об этом см. [31]).

В 1958 г. Е.К. Завойский переключился на проблему управляемого термоядерного синтеза, открыв в том же году явление магнитно-звукового резонанса в плазме, а в 1961 г. ее быстрый турбулентный нагрев при больших плотностях текущего через нее тока. В 1968 г. Завойский высказал идею реализации управляемого термояда методом всестороннего облучения миниатюрных (d+t)-таблеток электронными пучками и сконструировал первую установку «Ангара‑1». В 1974 г. сотрудники Е.К. успешно испытали ее (сам Е.К. в 1971 г. в связи с некоторыми неприятностями покинул институт).

Евгений Константинович Завойский очень рано ушел из жизни. Он скончался 09.10.1976 г. на семидесятом году жизни в самом расцвете творческих сил, о чем говорит назначение его в том же году на почетный пост главного редактора общефизического журнала «Успехи физических наук», а также его последняя статья, посвященная актуальной проблеме поисков высокотемпературной сверхпроводимости.

Научная общественность и правительство высоко оценили заслуги Е.К. Завойского. В 1953 г. он был избран чл.‑корр. АН СССР, а в 1964 г. — академиком. Ему было присвоено звание лауреата Государственной (1949 г.) и Ленинской (1953 г.) премий и Героя социалистического труда (1969 г.). Имя академика Завойского присвоено Казанскому физико-техническому институту и одной из улиц Казани. В Казанском государственном университете проводятся Завойские чтения, а для студентов учреждены именные стипендии. Мировая научная общественность в 1977 г. (посмертно) отметила открытие ЭПР премией «Международного общества магнитного резонанса», подчеркнув тем самым, что открытый Е.К. Завойским ЭПР является одной из разновидностей магнитного резонанса и поскольку он был открыт на 2 года раньше другой его разновидности (ЯМР), то приоритет Завойского в первом наблюдении явления магнитного резонанса неоспорим, т.е. решение Нобелевского комитета несправедливо.

5.2. Физическая сущность ЭПР и отличие опытов Е.К. Завойского от безуспешных экспериментов его предшественников

Причина неудач предшественников Завойского. — Отказ Завойского от прямого калориметрического метода в пользу косвенного, но более чувствительного метода сеточного тока. — Схема установки и принцип ее работы. — Контрольный опыт.

Как это очевидно из приведенного в разд. 5.1. определения ЭПР, для его наблюдения необходимо постоянное магнитное поле Н, в котором ориентируются магнитные моменты исследуемого парамагнетика, высокочастотный генератор электромагнитного излучения, частота которого ω соответствует частоте переориентации магнитного момента и детектор, регистрирующий эффект резонансного поглощения излучения веществом парамагнетика. Основной причиной неудач предшественников Завойского была низкая чувствительность применяемого ими калориметрического метода детектирования, т.е. измерения нагревания образца при поглощении им резонансного излучения. В отличие от них Завойский применил для детектирования эффекта ЭПР упомянутый выше [26, 27] высокочувствительный метод сеточного тока, позволяющий судить о небольшом изменении нагрузки генератора из-за поглощения части его электромагнитного излучения парамагнетиком по заметному изменению сеточного тока.

Установка Е.К. Завойского состояла из 6‑виткового соленоида диаметром 12 см, создающего поле Н, в объеме которого размещалась высокочастотная катушка генератора (10 МГц) с парамагнитным образцом внутри. Процесс измерения поглощения заключался в медленном изменении (с помощью реостата) тока, текущего через соленоид, т.е. величины магнитного поля Н при постоянной частоте генератора ωген и регистрации его сеточного тока. При некотором «резонансном» значении Нрез, когда частота прецессирующих в нем магнитных моментов совпадала с частотой генератора ωген, в значении сеточного тока наблюдался заметный скачок, который можно было наблюдать на осциллографе. В дальнейшем вместо реостата Завойский стал применять модуляцию напряженности магнитного поля на звуковой частоте, благодаря чему установка как бы сама находила резонансное значение Нрез. Для подтверждения полученного результата был поставлен контрольный опыт с генератором, настроенным на другую частоту. Естественно, что при другой частоте генератора ωген значение Нрез получалось тоже другим, но отношение ωгенрез всегда оставалось постоянным и это постоянство доказывало надежность эксперимента. Кроме высокой чувствительности, метод Завойского обладал и другими достоинствами по сравнению с методикой, применявшейся его предшественниками. Он не требовал низких температур (охлаждения жидким воздухом) и позволял работать при частотах выше 108 Гц.

5.3. Научное и практическое значение открытия и применения ЭПР

Многообразие парамагнетиков и возможность их распознания благодаря индивидуальности ЭПР‑характеристик. — Научное и практическое значение ЭПР как метода магнитной радиоспектроскопии для изучения структуры вещества.

Как это следует из самого названия ЭПР, с его помощью изучается парамагнетизм, обусловленный электронами. Таким образом, носителем свойств ЭПР может быть любая система, содержащая электроны, т.е. сами электроны, атомы, молекулы и более сложные соединения в состав которых входят парамагнитные центры, например, кристаллы и даже неупорядоченные системы (растворы, стекла, кристаллы с дефектами, порошки и др.). И хотя таких электронных парамагнитных систем чрезвычайно много, каждая из них индивидуальна по своим ЭПР-свойствам из-за различия в числе содержащихся в них электронов и разнообразия их взаимодействия между собой, с атомами или молекулой, а также с веществом в целом (с решеткой). Благодаря этим взаимодействиям в ЭПР-спектрах, кроме основной частоты, возникает тонкая и сверхтонкая структура, характеристики которых различны для разных веществ. Отсюда научное и практическое значение ЭПР.

В науке это определение магнитных моментов атомов, изучение близкорасположенных магнитных уровней энергии в различных веществах (недоступное оптической спектроскопии), определение деталей структуры кристаллов и исследование кристаллических осей, изучение энергетических состояний парамагнитных атомов, зависимости ядерных сил и др. На практике это прецизионное измерение магнитных полей, изучение структуры органических соединений, исследование кинетики химических реакций, изучение структуры атомов и молекул твердых и жидких веществ, исследование свойств полупроводников, изучение свойств живых тканей и пр. Поистине открытие ЭПР — это великое достижение отечественной физики, недооценка которого со стороны Нобелевского комитета не делает ему чести.

  1. Принцип автофазировки В.И. Векслера [4]

Два мировых открытия 1944 г. и две несправедливости.

1944 год был счастливым для российской физики. Завойский в Казани открыл ЭПР, а Векслер в Москве — принцип автофазировки, позволивший повысить энергию ускорения заряженных частиц на несколько порядков (в 105 раз) по сравнению с, казалось бы, максимально возможной. Оба эти открытия — мирового уровня, но в обоих случаях этого не заметил Нобелевский комитет.

6.1. Краткая биография и первые научные труды В.И. Векслера [32]

Детдомовское детство. — Работа с 18‑лет и заочное обучение. — Диплом инженера-электрика экстерном. — Разработка методов измерения интенсивности ионизирующего излучения. — Работа по физике космических лучей в ФИАНе. — Открытие принципа автофазировки и сооружения ускорителей нового типа. — Открытие новой частицы. — От инженера-электрика до Академика-секретаря Отделения ядерной физики Академии наук.

Владимир Иосифович Векслер родился 04.03.1907 г. в г. Житомире. Детство и юность его были трудными. С семилетнего возраста он остался без отца, а с 14 до 18 лет воспитывался в одном из Московских детских домов. В 1925 г. В.И. начал работать электромонтером на фабрике; в 1927 г. поступил в Институт народного хозяйства им. Плеханова, после реорганизации которого в 1930 г. перешел на работу во Всесоюзный электротехнический институт. Одновременно В.И. продолжал заочное обучение в Московском энергетическом институте, который окончил экстерном в 1931 г., получив диплом инженера-электротехника.

Первые научные труды В.И. Векслера были посвящены разработке новых методов измерения интенсивности рентгеновских лучей и другого ионизирующего излучения. Позднее они были подытожены в монографии [33].

В 1936 г. В.И. Векслер перешел на работу в ФИАН, где до 1941 г. под руководством Д.В. Скобельцына занимался физикой космических лучей в высокогорных Эльбрусских экспедициях. В период 1941-43 гг. В.И. занимался оборонной тематикой, а начиная с 1944 г. продолжил изучение космических лучей, возглавив высокогорную Памирскую экспедицию. В 1944-47 гг. им по этой тематике было опубликовано более 20 статей.

Занимаясь физикой космических лучей и, в частности, ядерными процессами, происходящими под действием высокоэнергетических частиц, Векслер отчетливо видел трудности этих исследований, связанные с чрезвычайно низкой интенсивностью частиц высокой энергии, сложностью их выделения и идентификации и неопределенностью энергии. Поэтому уже с того же 1944 г. Векслер вплотную приступил к решению труднейшей задачи исскуственного получения заряженных частиц высокой энергии. Первоначально эта задача казалась вообще нерешаемой из-за эффекта фазовой неустойчивости ускоряемых частиц. Но В.И. нашел совершенно неожиданное решение (в которое многие физики сначала не поверили), открыв принцип автофазировки, позволивший создать серию ускорителей нового типа (см. разд. 6.3). Первый ускоритель-микротрон был построен под руководством В.И. Векслера в том же 1944 г., в 1947 г. был запущен синхротрон на энергию 30 МэВ, а в 1949 г. — на энергию 250 МэВ. В 1953 г. в Москве заработала модель синхрофазотрона на энергию 180 МэВ, а в Дубне — фазотрон на энергию 680 МэВ; наконец, в 1957 г. в той же Дубне был запущен самый большой в мире в то время синхрофазотрон на энергию 10 ГэВ.

После запуска синхрофазотрона В.И., продолжая заниматься физикой ускорителей (он предложил несколько новых методов ускорения) сосредоточился на исследованиях по физике высоких энергий. Энергия протонов, а также полученных с их помощью нейтронов и π‑мезонов в пучках синхрофазотрона была тогда самой высокой в мире. Поэтому практически любые исследования взаимодействий, происходящих под действием этих частиц, давали новую информацию. Из наиболее известных работ в этот период отметим открытие Векслером с сотрудниками в 1960 г. новой элементарной частицы — анти‑Σ‑гиперона (Σ̃+), исследование рр‑рассеяния в области малых углов, работы по физике странных частиц и резонансов, в том числе получение новых данных по физике К‑мезонов.

В.И. Векслер очень много сделал в научно-издательской области и организации международного сотрудничества ученых. Он был главным редактором журнала «Ядерная физика», членом редколлегии журнала «Успехи физических наук», членом, а затем председателем Международной комиссии по физике высоких энергий.

В.И. Векслер рано ушел из жизни. Он скончался от тяжелой болезни 22.09.1966 г. не дожив до 60 лет. Заслуги В.И. Векслера были высоко оценены научной общественностью страны и мира. В 1946 г. он был избран чл.‑корр. АН СССР, в 1958 — академиком, а в 1963 г. — Академиком-секретарем Отделения ядерной физики Академии наук. Правительство СССР отметило Векслера тремя орденами Ленина, орденом Трудового красного знамени, Ленинской и Государственной премиями. В г. Дубна, где жил Векслер, его именем названа одна из улиц. А мировая научная общественность отметила заслуги В.И. Векслера Международной премией «Атом для мира». Однако Нобелевский комитет оценить заслуги В.И. Векслера не успел.

6.2. Физическая сущность принципа автофазировки

Почему циклотрон не может ускорять протоны до энергии выше 35 МэВ? — Принцип автофазировки для 25% ускоряемых частиц. — Неверие в него физиков и поддержка Вавилова и Мандельштама.

Как известно, первый циклотрон Лоуренс построил в 1931 г. и после усовершенствования он позволял ускорять протоны до энергии 35 МэВ. Но не более! Дело в том, что работа циклотрона определяется формулами:

                                              (5)

,                                                   

Pc = eBr         (6)

где ωч — частота обращения частицы с зарядом е, массой m и импульсом Р; В — индукция постоянного магнитного поля, r — радиус орбиты, с — скорость света. Из формул (5) и (6) видно, что частота ωч обращения частицы не зависит от ее энергии, а радиус r орбиты пропорционален импульсу Р, т.е. траектория частицы представляет собой раскручивающуюся спираль, витки которой частица проходит с возрастающей скоростью, но за одинаковое время. Энергия для ускорения частиц и компенсации потерь из-за их столкновений с остаточным газом и стенками камеры ускорителя пополняется за счет высокочастотного электрического поля, частота которого ωэл равна или кратна  (ωэл = nωч).

Все сказанное выше справедливо в предположении постоянства массы частицы m. Однако в соответствии со специальной теорией относительности с ростом скорости частицы v ее масса тоже растет пропорционально лоренц-фактору

,                                                          (7)

где β = v/c, так, что, начиная с некоторой энергии (для протонов с 30-35 МэВ) формула (5) становится неправильной и ее надо заменить на:

.                                                   (8)

А из этой формулы следует, что ωэл ≠ nωч.

На первый взгляд кажется, что проблему этого дисбаланса частот можно просто решить подкорректировав соответствующим образом В или(и) ωэл, сделав их переменными. Однако, так просто задача не решается, потому что в процессе ускорения частиц возникает явление фазовой неустойчивости, из-за которой первоначально компактный сгусток частиц после многократного прохождения через ускоряющий промежуток все больше и больше расходится по величине энергии и периоду обращения.

И вот с этой, казалось бы, безнадежной ситуацией совершенно блестяще расправился В.И. Векслер, открывший принцип автофазировки (см. [34, 35], а также более поздние публикации [36, 37] о новых методах ускорения). Решение было настолько неожиданным и простым (не даром говорят: «все гениальное — просто»), что, как мы уже упоминали выше, многие физики не поверили Векслеру, и ему пришлось обратиться за поддержкой к крупнейшим авторитетам физической науки — С.И. Вавилову и уже больному в то время Л.И. Мандельштаму, которые одобрили полученные В.И. результаты. Сущность открытия Векслера при очень популярном изложении заключается в следующем.

Оказалось, что высказанные выше опасения действительно имеют место, но не для всех частиц, а примерно для 75%. При этом для 25% наблюдается описанная выше фазовая неустойчивость, а 50% вообще не ускоряются! Однако, для оставшихся 25% работает принцип автофазировки. Легко (это теперь легко!) видеть, что это те частицы, которые приходят в ускорительный промежуток в момент, когда ускоряющее электрическое поле убывает по величине, оставаясь положительным. В этом случае оно ускоряет все попавшие в него частицы, но изберательно: излишне быстрые притормаживает, а слишком медленные — подгоняет. В результате в процессе ускорения постепенно образуется сгусток частиц движущихся по равновесной орбите (в одной и той же фазе), которые (при скорректированных В или(и) ωэл) могут быть ускорены до очень высоких энергий.

6.3. Ускорители нового типа

Микротрон на энергию электронов 30 МэВ (1944 г.). — Электронные синхротроны на энергию 30 и 250 МэВ (1947 и 1949 гг.) и их особенности (кольцевой магнит и импульсный режим (10‑2 с) с нарастающей индукцией В). — Фазотрон (синхроциклотрон) для ускорения протонов (импульсный режим ~10‑2 c) с уменьшающейся частотой ωэл ускоряющего поля и сплошной магнит). — Синхрофазотрон — протонный синхротрон (импульсный (1-10 с) режим с одновременным изменением ωэл и В) и кольцевой магнит. — Коллайдер на энергию 2×7 ТэВ — в 200 000 раз больше максимальной энергии циклотрона.

Первым ускорителем нового типа, построенным Векслером уже в 1944 г. стал микротрон, позволивший ускорять электроны до 30 МэВ. А для электронов это очень высокая энергия совершенно недоступная для ускорения их на циклотроне, потому что из-за малой массы электроны становятся релятивистскими уже при энергии ≈0,5 МэВ. Особенностью микротрона было постоянство как В, так и ωэл, т.е. возрастающая кратность отношения ωэл/ ωч. С ростом энергии (импульса) электронов растет как радиус орбиты r, так и период обращения Т. Поэтому траектория ускоряющихся электронов представляет собой последовательность возрастающих по радиусу окружностей с общей касательной в точке ускорения. Достоинством простейшего микротрона является высокая монохроматичность электронного пучка и непрерывный характер работы. Микротроны более сложной конструкции позволяют ускорять электроны до энергии порядка 1 ГэВ.

В 1947 г. и 1949 г. под руководством В.И. Векслера были построены и запущены ускорители электронов другого типа — так называемые электронные синхротроны, которые ускоряли электроны соответственно до 30 и 250 МэВ. В отличие от микротрона электронный синхротрон относился к числу ускорителей, работающих в импульсном режиме. Для устранения дисбаланса между ωч и ωэл в них используется изменяющееся в течение ускорительного импульса (~10‑2 c) магнитное поле В, которое поддерживает частоту обращения частиц ωч постоянной и равной частоте электрического поля ωэл. И поскольку период обращения Т по окружности радиусом R равен

,                                                   (9)

где v — скорость электронов, то из постоянства Т = 2π/ωч и v (скорость релятивистских электронов v ≈ c) следует постоянство R. Это означает, что электронному синхротрону нужен не сплошной (как у микротрона) магнит, а кольцевой радиуса R, где значение R определяется предельной энергией ускорения ε0 (R ~ ε02). Например, для ε0 = 12,2 ГэВ он равен 125 м.

Ускорители нового типа для ускорения протонов (и других тяжелых ионов) тоже имеют две разновидности: фазотроны и синхрофазотроны. В фазотроне (синхроциклотроне) отставание частоты обращения частицы ω из-за релятивистского возрастания ее массы компенсируется соответствующим уменьшением частоты ускоряющего электрического поля ωэл. Фазотрон также как и электронный синхротрон работает в импульсном режиме с примерно такой же длительностью одного цикла ускорения (~10‑2 с), но в отличие от синхротрона в нем используется не кольцевой, а сплошной (как у циклотрона и микротрона) магнит, в поле которого частицы движутся по спирали от центра к периферии (как и в циклотроне). Из-за больших размеров сплошного магнита (у дубненского фазотрона на энергию 680 МэВ он равен 6 м) конструктивно фазотрон довольно громоздок. Поэтому для ускорения протонов (и ионов) до энергии выше 1 ГэВ обычно используются синхрофазотроны.

В синхрофазотроне (протонном синхротроне) дисбаланс между ωч и ωэл устраняется одновременным изменением во времени В и ωэл. Он тоже работает в импульсном режиме, но в отличие от обоих предыдущих случаев длительность одного цикла ускорения достигает нескольких секунд. При этом характер изменения В(t) и ωэл(t) рассчитан так, чтобы радиус орбиты ускоряемых частиц оставался неизменным, т.е. можно использовать кольцевой магнит. Это значительно упрощает конструкцию синхрофазотрона по сравнению с фазотроном и позволяет сооружать синхрофазотроны на гораздо более высокую энергию. Дубненский синхрофазотрон на энергию 10 ГэВ и Сепуховской — на 76 ГэВ в свое время были самыми мощными в мире. В настоящее время в ЦЕРНе (Женева) заканчивается сооружение протонного синхротрона со встречными протонными пучками на энергию 2×7 ТэВ, что в 200 000 раз больше энергии, которая была достигнута до открытия Векслера. Нам больше нечего добавить к этому, кроме очевидного повторного сожаления об ошибке Нобелевского комитета.

  1. Сергей Иванович Вавилов

Посмертная обида. — Автор открытия «Излучение Вавилова-Черенкова», крупнейший физик, организатор науки и просто хороший человек.

В нашем списке крупнейших российских физиков, обойденных Нобелевским комитетом С.И. Вавилов занимает особое место. Его обидели посмертно, т.е. на наш взгляд особенно жестоко. Работа, которой он руководил, получила Нобелевскую премию, а сам Сергей Иванович лауреатом не стал, потому что умер до её присуждения. Об этой работе («Излучение Вавилова—Черенкова»), её непреходящем значении и руководящей роли С.И. Вавилова было написано в [1]. В настоящем разделе мы хотим более подробно рассказать о самом Сергее Ивановиче, как о крупнейшем физике, организаторе науки и просто хорошем человеке. В нашем рассказе мы будем опираться на книгу [38], а также статьи Н.А. Осипова [39], В.Л. Гинзбурга [40], О.Н. Крохина, Е.Л. Фейнберга и А.М. Бонч-Бруевича, опубликованные в 171‑м томе УФН за 2001 г.

7.1. Краткая биография и творческий путь С.И. Вавилова

Сын купца-интеллигента, ученик П.Н. Лебедева и соратник П.П. Лазарева. — Первые работы (1913-14 г.) и формирование основного направления будущих исследований природы света и его взаимодействия с веществом. — Военная служба и послевоенная работа по изучению фотолюменисценции. — Закон Вавилова. — Люменисцентный анализ и экономичные лампы. — Основатель нелинейной оптики и глава отечественной школы физической оптики. — 40‑летний академик и руководитель двух институтов.

Сергей Иванович Вавилов родился 24.03.1891 г. в Москве в интеллигентной купеческой семье депутата Московской городской думы И.И. Вавилова. Детство Сергея Ивановича протекало на Пресне среди рабочих Трехгорки. В 1908 г. после обучения в частной школе и коммерческом училище он поступил на физико-математический факультет Московского университета, где вскоре начал свою исследовательскую работу в лаборатории П.Н. Лебедева. После ухода Лебедева в 1911 г. из университета (подробнее см. раздел 2.1) молодой Вавилов тоже перенес свои исследования в его новую лабораторию, в которой продолжал работать и после смерти П.Н. Лебедева под руководством П.П. Лазарева. Именно в это время (1913-14 гг.) вышли из печати первые работы С.И. Вавилова и определилось основное направление его будущих исследований, посвященных изучению природы света и его взаимодействия с веществом.

По окончании в 1914 г. университета Вавилову было предложено продолжить обучение «для подготовки к профессорскому званию». Однако в связи с уходом из университета лучших профессоров он отклонил это предложение и вскоре был призван на военную службу и через месяц оказался в инженерных частях действующей армии. Несмотря на трудности военной службы (С.И. даже однажды попал в плен, но сумел сбежать через пару дней) Вавилов и в эти годы выполнил научную работу по радиотехнике, однако к систематическому продолжению своей научной деятельности С.И. смог приступить только после завершения (в феврале 1918 г.) военной службы.

Послевоенные исследования по физической оптике С.И. Вавилов продолжил в Институте физики и биофизики, возглавляемом П.П. Лазаревым. Он сосредоточился на изучении фотолюменисценции сложных органических молекул и в частности установил зависимость выхода флуоресценции и степень ее поляризации от длины волны возбуждающего света (закон Вавилова). В те же 1920‑е годы С.И. Вавилов провел важные исследования процессов, определяющих длительность люменисцентного свечения и механизма его тушения. Для научных целей им был разработан люменисцентный анализ, а для практического использования начаты работы по созданию принципиально новых экономичных источников освещения — люменисцентных ламп.

Кроме «люменисцентного» направления исследований Вавилов в те же 1920‑е годы начал заниматься нелинейной оптикой, став основателем этого нового раздела физической оптики. В 1923 г. он вместе с В.Л. Левшиным открыл первый нелинейный оптический эффект зависимости поглощения света в среде от его интенсивности [41].

Перечисленные выше достижения С.И. Вавилова в области изучения люменисценции и нелинейной оптики, сопровождавшиеся воспитанием большой группы учеников, сделали его главой-основателем отечественной школы физической оптики. В 1931 г. С.И. Вавилов был избран чл.‑корр. Академии наук СССР и уже в следующем 1932 г. — Академиком. В том же 1932 г. он был назначен научным руководителем Государственного оптического института (ГОИ) и возглавил Физический институт Академии наук (ФИАН СССР).

Как мы упоминали выше, 1930-е годы были посвящены открытию и изучению нового явления, названного позднее «Излучением Вавилова-Черенкова», о котором мы подробно писали в [1]. Здесь по этому поводу заметим только, что немаловажное значение для этого открытия имел визуальный метод регистрации одиночных фотонов, разработанный Вавиловым в 1920-е годы.

Огромных усилий от С.И. Вавилова потребовала работа по возрождению ФИАНа. Историю этого знаменитого института, организованного еще в 1724 г. (!), очень живо рассказал позднее сам С.И. [42]. Вначале ФИАН существовал в виде так называемого физического кабинета кунсткамеры, в котором в свое время работали Эйлер, Бернулли, Ломоносов, Ленц, Петров, Якоби, а в советское время, когда он был преобразован в физико-математический институт, его директорами последовательно становились Стеклов, Иоффе и Крылов. Но к 1932 г. физический отдел этого института пришел в совершеннейший упадок. В его составе насчитывалось всего 4 человека.

Возглавив этот микроколлектив, С.И. уже через год превратил его в крупный научный центр, в котором велись работы по самым разнообразным разделам физики, включая ядернофизические исследования. В развитие этих работ в 1938 г. Президиум АН СССР организовал комиссию по атомному ядру во главе с С.И. Вавиловым, а в 1940 г. по его инициативе на физфаке МГУ была организована кафедра ядерной физики.

Не менее велики были успехи Вавилова по линии руководства работами ГОИ. Здесь были развернуты работы по широкому кругу проблем, относящихся к оптике. При этом наряду с рассмотрением фундаментальных задач физической оптики, в ГОИ производились расчеты оптических приборов и даже варка оптического стекла. Эти работы способствовали созданию отечественной оптической промышленности.

7.2. С.И. Вавилов — Президент Академии наук СССР

Три условия, выполнение которых необходимо для избрания Президента Академии наук СССР: выбор академиков, согласие Сталина и согласие самого кандидата. — Первоначальные кандидатуры Сталина — Вышинский или Лысенко. — Как А.П. Бардин переубедил Сталина. — Трудное согласие Вавилова. — Многогранная деятельность С.И. Вавилова на посту Президента Академии в полуразрушенной стране и его роль в создании «щита родины».

Новый этап научной и организаторской деятельности С.И. Вавилова наступил в 1945 г., когда он был избран Президентом Академии наук СССР. Но прежде чем рассказать об этом периоде деятельности С.И. мы хотим обратить внимание читателя на саму процедуру выборов, которая была полна драматизма по нескольким причинам. Во-первых, кандидатура будущего президента должна быть приемлемой для академиков (по научным заслугам, организаторским способностям, чисто человеческим достоинствам, академическому «стажу», наконец). Во-вторых, выбор академиков должен был понравиться Сталину, у которого были довольно своеобразные соображения о том, кто может стать президентом академии (среди его кандидатов были, например, Вышинский и Лысенко!). В-третьих, надо было убедить и самого кандидата на эту должность.

Академиков фигура С.И. Вавилова вполне устраивала по всем параметрам, включая чисто человеческие качества. Им хорошо были известны его истинная интеллигентность и образованность (С.И. знал несколько иностранных языков, включая латынь), отличная память и удивительная работоспособность, а главное повышенная душевная чуткость по отношению к несправедливо обиженным. Все помнили как в 1937 г. С.И. выступил в защиту И.Е. Тамма, Г.С. Ландсберга, Ю.А. Круткова, С.М. Рытова, И.В. Обреимова, П.И. Лукирского и др.

Сталина поехал переубеждать вице-президент Академии А.П. Бардин (Президент Академии В.Л. Комаров был тяжело болен). По-видимому главным аргументом А.П. Бардина было то, что на посту Президента должен стоять физик, т.е. представитель науки, наиболее близкой к технике, способный организовать научно-технический прогресс страны в трудные послевоенные годы. При всех недостатках Сталина за страну он болел и, конечно, понимал, что его кандидатам такая задача не под силу. Конкретная кандидатура С.И. Вавилова его тоже устраивала поскольку С.И. не только успешно руководил двумя крупнейшими институтами, имеющими важные практические результаты, но и в годы войны был уполномоченным Государственного комитета обороны и, что было особенно важно для Сталина — имел непосредственное отношение к атомной проблеме: организовал ядернофизические исследования в ФИАНе и кафедру в МГУ, а также возглавлял комиссию по атомному ядру.

Труднее всего было уговорить самого Сергея Ивановича. Вавилов понимал, что будучи выбранным на пост Президента Академии с согласия Сталина, ему неизбежно придется, кривя душой, восхвалять деяния партии, правительства и самого «корифея науки». И все это делать, помня о трагической судьбе старшего брата — Н.И. Вавилова, погибшего в 1943 г. в Саратовской тюрьме. И все-таки он согласился чтобы его «выбрали» потому что понимал, что в случае отказа будет плохо не только ему (Сталин не терпел отказов), но и всей стране, поскольку на посту Президента Академии может оказаться совсем не подходящий на эту должность человек. И 17.07.1945 г. С.И. Вавилов стал Президентом Академии наук СССР.

На посту Президента Вавилов пробыл всего пять с половиной лет (вплоть до своей кончины в 1951 г.). Но как много он успел сделать за эти чрезвычайно сложные для страны немногие годы. Страна была полуразрушена войной и находилась в международной изоляции. Бывшие союзники в войне с фашизмом стали противниками в холодной войне, которая в любой момент могла перерасти в самую, что ни на есть, горячую — ядерную. И это определяло ситуацию и в науке, и в технике, и в промышленности. Все научные и материальные ресурсы были мобилизованы на скорейшее решение атомной проблемы, т.е. целой серии труднейших чисто научных, научно-технических и промышленных задач.

Основная часть научных и научно-технических задач этой проблемы (разделение изотопов урана, получение и изучение свойств плутония, запуск первого ядерного реактора) были решены на территории будущего Курчатовского института под руководством И.В. Курчатова. Промышленные задачи (получение 235U и 239Pu в килограммовых количествах и сооружение атомной бомбы) решались соответственно на Урале и в Сарове (Арзамас‑16) и тоже при общем курировании всей проблемы в целом со стороны того же И.В. Курчатова, который обладал огромными полномочиями.

Однако роль С.И. Вавилова как Президента Академии наук в решении важнейших научно-технических проблем ядерной энергетики тоже была очень важна. Только она имела несколько другой профиль. С.И. Вавилов возглавлял специальный Ученый совет при президиуме Академии наук задачей которого было распространение методов ядерной физики в разлиных областях науки и техники, создание институтов нового типа и новых физических направлений в старых институтах для подготовки кадров. В качестве примеров приведем руководящую роль С.И. Вавилова в создании в 1946 г. Московского физико-технического института и организацию в ФИАНе группы ученых во главе с И.Е. Таммом для разработки физических принципов конструкции водородной бомбы. Позднее эта группа переехала в Арзамас‑16 для практической работы. В 1949 г. другая группа сотрудников во главе с В.И. Векслером образовала научный костяк нового большого института в г. Дубна. Эта научно-организаторская деятельность С.И. Вавилова в ФИАНе хорошо описана в статье Векслера [43].

Еще одним важнейшим направлением науки и техники, которое тоже курировал С.И. Вавилов, было ракетно-космическое (Вавилов возглавлял так называемую комиссию по космосу при Президиуме Академии наук). И, конечно, на нем, как на Президенте, лежала организация огромного научного потенциала по всем профилям науки во всех районах страны, состоящей в то время из многих республик со своими Академиями наук, вузами и НИИ.

7.3. С.И. Вавилов как воспитатель новых кадров, основатель школы физиков, популяризатор науки и просто хороший человек

Редактор двух научных журналов и Большой советской энциклопедии, председатель общества «Знание», основатель серийных изданий, автор нескольких книг и множества статей. — Душевная отзывчивость к чужим бедам. — Скупая посмертная награда от руководства страны.

Отдельно следует поговорить о преподавательской и литературно-издательской деятельности С.И. Вавилова и создании им большой школы. В ранние годы он преподавал в Московском высшем зоотехническом институте и Московском высшем техническом училище, а с 1919 по 1936 гг. — в Московском университете, где с 1928 г. возглавлял кафедру общей физики и читал обновленный курс общей физики и расширенный курс физической оптики. Но главной заслугой С.И. Вавилова в области воспитания новых кадров стало создание школы физической оптики, в состав которой вошли многие маститые ученые, сами потом основавшие свои школы. Перечислим некоторых из них: И.М. Франк, П.А. Черенков, С.В. Вернов, А.М. Бонч-Бруевич, А.А. Власов, Л.В. Грошев, В.С. Фурсов, М.Д. Галанин, В.Л. Левшин, П.П. Феофилов, Е.М. Брумберг, В.А. Фабрикант др.

Научно-издательской деятельностью С.И. тоже начал заниматься в юные годы. В основном они были связаны с журналом «Успехи физических наук» (сначала рефераты, рецензии, переводы, редактирование, а затем публикация собственных статей). В 1939‑51 гг. Вавилов был ответственным редактором журнала «Доклады Академии наук СССР» и второго издания «Большой советской энциклопедии».

С.И. Вавилов был одним из инициаторов создания Общества «Знание» и стал его первым председателем. По его инициативе было создано издательство «Иностранная литература», а также основаны серийные издания «Научное наследие» и «Классики науки», авторами которых, кстати говоря, смогли стать репрессированные ученые. Известны и другие примеры душевной чуткости С.И. Когда Векслер никак не мог перейти из Электротехнического института в ФИАН, Вавилов предложил ему докторантуру. Молодому А.Д. Сахарову, приехавшему в Москву с женой и маленькой дочкой, помог получить комнату, направив его в привилегированную группу И.Е. Тамма, а раньше в период репрессий 1937 г. помог и самому Тамму, а также попозже Капице (с организацией ему лаборатории на даче после увольнения из его собственного института). Сам Вавилов перевел на русский язык две книги И. Ньютона и написал о нем свою собственную книгу, выдержавшую 4 издания [44], опубликовал научно-популярные книги о теории относительности [45] и микроструктуре света [46], а также множество статей о крупнейших физиках мира.

Сергей Иванович Вавилов рано ушел из жизни. Он скончался 25.01.1951 г. от инфаркта миокарда, не дожив до 60 лет и был похоронен на Новодевичьем кладбище. Президиум Академии наук учредил золотую медаль его имени. Его имя носит Государственный оптический институт и Институт истории естествознания и техники РАН, а также одна из улиц Москвы. С.И. Вавилов был избран почетным членом ряда зарубежных Академий.

Правительство отметило заслуги Вавилова довольно скупо. Правда, он получил 4 Государственные премии (2 из них посмертно), но ведь кандидатов на них выдвигает научная общественность. А «от себя» правительство Вавилова не отметило ни орденами Ленина, ни званием героя, хотя и его предшественник на посту Президента Академии наук В.Л. Комаров и пришедший на этот пост после Вавилова А.Н. Несмеянов были награждены 3‑мя орденами Ленина и звездами Героя. Видимо, несмотря на внешнюю лояльность, внутреннее сопротивление Вавилова вмешательству властей в дела науки все-таки было заметно. Например, он всячески затягивал организацию разгрома новой физики (теории относительности и квантовой механики), подобного учинённому в отношении генетики, хотя, конечно, решающий удар нанес И.В. Курчатов, который объяснил властям, что без новой физики нельзя сделать атомную бомбу.

Заключение

В заключение нам хотелось бы верить, что мы в какой-то степени сумели передать читателям наше восхищение описанными выше работами крупнейших российских физиков и сожаление по поводу того, что они не были достойно отмечены. Как мы уже заметили в конце [1], одному из авторов настоящей статьи особенно обидно за Векслера, Завойского и Мандельштама, с которыми он был довольно близко знаком.

Литература

  1. Мухин К.Н., Тихонов В.Н. К истории присуждения Нобелевских премий Российским физикам. // Исследования по истории физики и механики, 2007. М.: Наука, 2008. С. ?
  2. Блох Абрам. Отвергнутые именем Нобеля // Газета «Известия» №71 (24430) от 18.04.1995 г.;

Блох Абрам. Запоздавшая оттепель. // Газета «Поиск» №32—33 от 18.08.2006 г. С. 12—13 и №34—35 от 01.09.2006. С. 22.

  1. Завойская Н.Е. История одного открытия. М.: ИДТ, 2007. 208 с.
  2. Левшин В.Л. Жизнь и научная деятельность Петра Николаевича Лебедева // УФН. 1967. Т.91, вып. 2. С. 331—339.
  3. Лебедев П.Н. // ЖРФХО (ч. физ.) 1900. Т.32, вып. 1. С. 211 — 241.
  4. Лебедев П.Н. // ЖРФХО (ч. физ.) 1910. Т.42, вып. 1. С. 149.(135 — 376)
  5. Эшкин А. Давление лазерного излучения. // УФН. 1973. Т.110, вып. 1. С. 101—114.
  6. Казанцев А.П. Резонансное световое давление. // УФН. 1978. Т.124, вып. 1. С. 113—145.
  7. Полубаринова-Кочина П.А. Александр Александрович Фридман. // УФН. Т.80, вып. 3. С. 345—352.
  8. Френкель В.Я. Александр Александрович Фридман (биографический очерк) // УФН. 1988. Т.155, вып. 3. С. 481—516.
  9. Fridman A.A. Über die Krümmung des Raumes. // Zs. Phys. 1922. Bd. 10, H. S. 377—387; рус. пер.: Фридман А.А. О кривизне пространства // УФН. 1963. Т. 80, вып. 3. С. 439—446.
  10. Зельдович Я.Б. Теория расширяющейся Вселенной, созданная А.А. Фридманом // УФН. 1963. Т.80, вып. 3. С. 357—390.
  11. Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. М.: Энергоиздат, 1981. 208 с.
  12. Einstein A. Bemerkung zu dez Arbeit von A. Friedman «Über die Krümmung des Raumes». //Zs. Phys. 1922. Bd. 1 S. 326; УФН. 1963. Т.80, вып. 3. С. 453.
  13. Einstein A. Notiz zu dez Arbeit von A. Friedman «Über die Krümmung des Raumes». //Zs. Phys. 1923. Bd. 21. S. 228; УФН. 1963. Т.80, вып. 3. С. 453.
  14. Лансберг Г.С., Мандельштам Л.И. Новое явление при рассеянии света. // ЖРФХО (ч. физ.) 1928. Т.60. С. 335—338.
  15. Фабелинский И.Л. Открытие комбинационного рассеяния света. // УФН. 1978. Т.126, вып. 1. С. 124—152.
  16. Mandelstam L.I. // Ann. d. Phys. 1907. Bd. 23. S. 626; рус. пер.: Мандельштам Л.И. // Полное собрание трудов. М.: Изд-во АН СССР. 1948. Т.1. С. 109.
  17. Mandelstam L.I. // Ann. d. Phys. 1913. Bd. 41. 5. S. 609.
  18. Мандельштам Л.И. // ЖРФХО (ч. физ.) 1926. Т. 58, вып. 2. С. 381.(85 — 407)
  19. Мандельштам Л.И. Лекции по колебаниям. / Полное собрание трудов. Изд‑во АН СССР. 1955. Т. 4. С. 11—503.
  20. Мандельштам С.Л. Краткий очерк жизни и деятельности академика Г.С. Ландсберга. // УФН. 1957. Т.63, вып. 2. С. 289—
  21. Landsberg G.S. // Zs. Phys. 1927. Bd. 43. S. 773.
  22. Landsberg G.S. // Zs. Phys. 1927. Bd. 45. S. 442.
  23. Landsberg G.S., Mandelstam L.I. Eine neue Erscheinungen bei der Lichtzerstrenung in Kristallen. // Naturwissenschaften. 1928. Bd. 16, H. 5. S. 557.
  24. Завойский Е.К. //Ученые записки Казанского университета. 1935. Т.95. Кн.5. С. 9.
  25. Завойский Е.К. Метод измерения потенциалов возбуждения атомов и молекул. // ЖЭТФ. 1936. Т 6, №1. С. 37—
  26. Завойский Е.К. Парамагнитная абсорбция в перпендикулярных и параллельных полях для солей, растворов и металлов. Докт. дисс. // М.: Изд‑во ФИАН, 1944.
  27. Альтшуллер С., Завойский Е., Козырев Б. Новый метод исследования парамагнитной абсорбции. // ЖЭТФ. 1944. Т.14, №10— С. 407—409.
  28. Zavoisky E.K. The paramagnetic absorbtion of a solution in parallel fields. // J.Phys. 1944. Vol. 8, № 6. P. 377-380;

Zavoisky E.K. Paramagnetic relaxation of liquid solution for perpendicular fields. // J.Phys. USSR. 1945. Vol. 9, №3. Р. 211—216.

  1. Чародей эксперимента. Сборник воспоминаний об академике Е.К. Завойском. (Отв. ред. академик С.Т. Беляев). М.: Наука. 1944. 256 с.
  2. Рабинович М.С. Памяти В.И. Векслера. // УФН. 1967. Т.91, вып. 1. С. 161‑—65.
  3. Векслер В.И. Экспериментальные методы атомной физики М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1940.
  4. Векслер В.И. Новый метод ускорения релятивистских частиц. // ДАН СССР. 1944. Т.43, №8. С. 346—348.
  5. Векслер В.И. Автофазировка в возрастающем магнитном поле. // ДАН СССР. 1944. Т. 44, №9. С. 393—394.
  6. Векслер В.И. Ускоритель атомных частиц. М.: Изд-во АН СССР, 1956.
  7. Векслер В.И. и др. Труды Международной конференции по ускорителям. Кембридж, 1967.
  8. Сергей Иванович Вавилов. Очерки и воспоминания. 3-е изд. М.: Наука. 1991.
  9. Осипов Ю.А. Вступительное слово // УФН. 2001. Т.171. С. 1074—1077.
  10. Гинзбург В.Л. О Сергее Ивановиче Вавилове // Там же. С. 1077—1080.
  11. Wawilow S.I., Lewschin W.L.// Zs. Phys. 1926. Bd. 35. S. 920.
  12. Вавилов С.И. Физический кабинет. Физическая лаборатория. Физический институт. Академия наук СССР за 220 лет// УФН. 1946. Т.28, вып. 1. С.1.; М.: Изд-во АН СССР, 1945.
  13. Векслер В.И. С.И. Вавилов в ФИАН’е. // УФН. 1973. Т.111, вып.1. С. 187—190.
  14. Вавилов С.И. Исаак Ньютон (1643—1727). 4-е изд. М.: Наука. 1989; 1‑е изд. М.—Л.: Изд-во АН СССР, 1943.
  15. Вавилов С.И. Экспериментальные основания теории относительности. М.-Л.: Гос. изд. 1928. (Сер. «Новейшие течения научной мысли», №3—4)
  16. Вавилов С.И. Микроструктура света (Исследования и очерки). М.: Изд. АН СССР, 1950. (Сер. «Итоги и проблемы современной науки»)

Примечания

[I] О жизни и трудах П.Н. Лебедева см. Также: Е.И. Погребысская. О Петре Николаевиче Лебедеве // Научная переписка П.Н. Лебедева. М.: Наука, 1990. С. 7 – 24; В.П. Визгин. Н.А. Умов и П.Н. Лебедев: социокультурный тип русского учёного-физика на рубеже XIX – XX веков. Ч. 2. Пётр Николаевич Лебедев // ИИФМ. 2000. М.: Наука, 2001. С. 35 – 50. [Прим. ред.]

[II] Жизни и трудам А.А. Фридмана посвящена монография: Э.А. Троп, В.Я. Френкель, А.Д. Чернин. Александр Александрович Фридман. Жизнь и деятельность. М.: Наука, 1988. 304 с. (2-е издание: КомКнига, 2006). [Прим. ред.]

[III] О жизни и трудах Е.К. Завойского см. также: Силкин И.И. Евгений Константинович Завойский. Документальная хроника научной и педагогической деятельности в Казанском университете. Казань: Изд-во КГУ, 2005. 240 с.  [Прим. ред.]

[IV] В настоящем выпуске ИИФМ публикуется статья Л.Л. Зиновьевой «К вопросу об авторстве открытия автофазировки», в которой описывается вклад Е.Л. Фейберга в это открытие и предлагается с не только с именемвязывать ег В.И. Векслера, но и Фейнберга (см. стр.     ). [Прим. ред.]

*  Статья впервые опубликована в сборнике «Исследования по истории физики и механики. 2007».

Share

Константин Мухин, Виктор Тихонов: Еще раз об истории с российскими работами по физике Нобелевского уровня: 3 комментария

  1. Бормашенко

    Спасибо авторам за отличную работу. Все перечисленные работы заслуживали Нобелевской Премии, но не получили. Почему не получили? Здесь я думаю авторы ошибаются, никакого антироссийского или антисоветского заговора в нобелевском комитете нет. Вручение Нобелевской Премии — в большой степени лотерея, со всеми причудами, свойственными лотереям. Я приведу несколько фамилий западных ученых, не получивших Нобелевской Премии: Джон фон Нейман, Ричард Уилер, Якир Аронов, Юваль Нееман, Стивен Хокинг, Роджер Пенроуз, Бенуа Мандельброт (последние двое, будучи математиками, сделали для физики необычайно много). Так ведь недолго заподозрить нобелевский комитет в антизападнических настроениях…

  2. Гинзбург Илья

    Я знаю еще несколько работ Нобелевского класса в СССР, не получивших премии уже после 1950г. — потому, что они не были во-время поддержаны физической общественностью страны, по причинам недостаточного понимания авторами значения полученных результатов и по политическим причинам. О некоторых из них собираюсь написать.

    1. Михаил Тубли

      Это, прежде всего, работы Н.А.Горюновой. Сейчас всеми признано, что первые в мире полупроводниковые соединения AIIIBV были получены в лаборатории Н. А. Горюновой. Это были открытия мирового уровня. Вот, что писал журнал «Физика и техника полупроводников» (том 40, вып. 11, 2006 г.) в статье, посвященной 90 летию со дня рождения Н. А. Горюновой, — «Под её руководством был развит ряд новых методов кристаллизации полупроводников AIIIBV, впервые в мире были получены их твердые растворы и продемонстрированы новые возможности управления фундаментальными свойствами в семействе новых многокомпонентных азмазоподобных полупроводников. В этих пионерских работах Н. А. Горюновой и её учеников фактически сформировались научные основы материаловедения, которые привели к созданию новых материалов, обеспечивающих развитие полупроводниковой технологии нового поколения.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

AlphaOmega Captcha Mathematica  –  Do the Math