100 великих научных достижений России
Шрифт:
Открытое в 1934 г. аспирантом Вавилова П.А. Черенковым слабое голубое свечение растворов урановых солей под воздействием гамма-излучения получило мировое признание. Изучив это новое оптическое явление, Вавилов пришел к выводу, что оно представляет собою особый, нелюминесцентный, вид свечения, обусловленный движением в веществе быстрых электронов со скоростью, превышающей скорость света в данной среде. Теоретическое объяснение явления было дано И.Е. Таммом и И.М. Франком в 1937 г. Научное открытие получило название «эффект Вавилова – Черенкова». В 1946 г. за эту работу Вавилову, Черенкову, Тамму и Франку вручили Сталинскую премию СССР I степени. В 1958 г. за открытие и объяснение этого явления Черенков,
«Черенковское» свечение ныне широко используется в физике высоких энергий для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей, для контроля работы ядерных реакторов и т. п.
Обобщив результаты своих многолетних работ в различных областях физической оптики, Вавилов в книге «Микроструктура света» дал решение наиболее общих и принципиальных вопросов оптики, а также заложил основы нового направления в оптике, названного им микрооптикой. В монографии с единой микрооптической точки зрения автор рассмотрел квантовые свойства света, природу элементарных излучателей, взаимодействия излучающих и поглощающих молекул на расстояниях, сравнимых с длиной световой волны и пр.
«Основная идея “Микроструктуры света” заключается в том, что привычные представления оптики, характеризующей источники света и световые потоки их энергией, спектром и состоянием поляризации, оказываются недостаточными при переходе к исчезающе малым мощностям световых потоков, при рассмотрении элементарных излучающих систем и развития процесса излучения во времени. Своеобразные явления, наблюдаемые при этом, образуют специфическую область оптики элементарных процессов – “микрооптику”» (П.П. Феофилов).
За эту монографию и за книгу «Глаз и Солнце» в 1952 г. Вавилов был удостоен (посмертно) Сталинской премии I степени.
Микрооптика, в ее конкретном приложении, нашла широчайшее применение в оптической связи и оптической звуко– и видеозаписи, волоконно-оптических сетях, в кабельном телевидении, в медицинских оптических инструментах для микрохирургии, терапии, диагностики, 3D-технологиях и т. д. Ее перспективы безграничны.
В этой же монографии Вавилов дал определение нелинейной оптики – как раздела оптики, охватывающего исследования распространения мощных световых пучков в твердых телах, жидкостях и газах и их взаимодействия с веществом. Еще в 1920-х гг. Вавилов в своих экспериментах впервые столкнулся с нелинейными оптическими эффектами. Он описал это явление и предсказал его применение в технике. В 1961 г., через 10 лет после смерти ученого, принципы нелинейной оптики пригодились в лазерах. Сегодня нелинейная оптика используется при обработке информации, а также в оптических нейтронно-сетевых компьютерах, предназначенных для решения нерегулярных задач, распознавания образов, моделирования интеллекта. Без нее не обойдутся компьютеры новых поколений.
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ И СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ
Математики, физики; профессора университетов; академики АН СССР (РАН), члены иностранных академий, научных обществ и университетов; лауреаты отечественных и международных премий, в том числе Сталинских, Государственных, Ленинских, Нобелевских; обладатели золотых медалей; кавалеры высших наград нашей и зарубежных стран; заведующие кафедрами, директора институтов; авторы фундаментальных трудов по физике, механике и математике, Петр Леонидович Капица (1894–1984), Лев Давидович Ландау (1908–1968), Николай Николаевич Боголюбов (1909–1992), Виталий Лазаревич Гинзбург (1916–2009), Алексей Алексеевич Абрикосов (род. 1928), Лев Петрович Горьков (род. 1929) являются создателями теории сверхпроводимости и теории
О важности исследований в области сверхпроводимости и сверхтекучести говорит тот факт, что 100 лет разработок в этом направлении принесли ученым шести стран семь Нобелевских премий. Нидерландский физик Х. Камерлинг-Оннес стал лауреатом в 1913 г.; американские – Дж. Бардин, Л.Н. Купер и Дж. Р. Шриффер в 1972 г., английский – Б.Д. Джозефсон в 1973 г., немецкий – Г. Беднорц и швейцарский – К.А. Мюллер в 1987 г. Три Нобелевские премии получили наши ученые: Л.Д. Ландау в 1962 г. – «за пионерские теории конденсированной материи, в особенности жидкого гелия»; П.Л. Капица в 1978 г. – «за фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур»; А.А. Абрикосов и В.Л. Гинзбург в 2003 г. – «за пионерский вклад в теорию сверхпроводников и сверхтекучих жидкостей».
В.Л. Гинсбург
По обычным для Нобелевского комитета интригам Н.Н. Боголюбов и Л.П. Горьков не были удостоены премии. От этого, правда, ценность трудов советских физиков не умалилась ни на йоту, тем паче что именно они придали т. н. микроскопической теории сверхпроводимости-сверхтекучести на современном этапе ее развития совершенный вид. Вопрос еще не закрыт, работы ведутся во всем мире и от ученых ожидают массу новых открытий. В частности, физики заняты созданием теории высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), конечной целью которой станет получение сверхпроводников с нулевым сопротивлением току при комнатной температуре.
Что же такое сверхпроводимость и сверхтекучесть? Откроем энциклопедии и учебники для вузов.
Сверхпроводимость – физическое явление, наблюдаемое у сверхпроводников при охлаждении их ниже критической температуры, когда электрическое сопротивление постоянному току становится равным нулю и происходит выталкивание магнитного поля из объема образца.
Это явление было открыто в 1911 г. Х. Каммерлинг-Оннесом при экспериментах на ртути, а позднее учеными разных стран на белом олове, свинце, теллуре, титане, ниобии и др. Их стали называть СП I рода.
В 1950 г. А.А. Абрикосов ввел понятие СП II рода (сплав ниобий-титан, интерметаллид ниобий-олово). В них ток протекает не по тонкому поверхностному слою, как в СП I рода, а во всем объеме. Этот класс сверхпроводников нашел в дальнейшем широкое техническое применение.
В 1938 г. П.Л Капицей было открыто явление сверхтекучести гелия Не II, когда при понижении температуры до абсолютного нуля вещество переходит в состояние квантовой жидкости и способно протекать через узкие щели и капилляры без трения (жидкий гелий поднимается по стенке вверх).
Далее теория сверхпроводимости и сверхтекучести формировались совместно, дополняя друг друга.
Развив гидродинамику квантовой жидкости, Л.Д. Ландау в 1941 г. дал объяснение сверхтекучести Не II. В.Л. Гинзбургом и Л.Д. Ландау была создана обобщенная феноменологическая (макроскопическая) теория сверхпроводимости (пси-теория СП), основанная на представлении сверхпроводящего конденсата с помощью волновой функции.
В середине 1950-х гг. независимо друг от друга микроскопическую теорию сверхпроводимости создали Дж. Бардин, Л. Купер, Дж. Шиффер и Н.Н. Боголюбов. По оценкам ученых, подход русского ученого был не только более точным, но и гораздо более «красивым и убедительным» (Л.Д. Ландау). Боголюбов, в частности, установил фундаментальный факт, что сверхпроводимость можно рассматривать как сверхтекучесть электронного газа. Тем не менее теория получила название БКШ – по начальным буквам фамилий американских авторов.