История физики ХХ века

Приступив к чтению курса неорганической химии в Петербургском университете, Менделеев, не найдя ни одного пособия, которое мог бы рекомендовать студентам, начал писать свой классический труд «Основы химии». В предисловии ко второму выпуску первой части учебника, вышедшему в 1869 г., Менделеев привёл таблицу элементов под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», а в марте 1869 г. на заседании Русского химического общества Н. А. Меншуткин доложил от имени Менделеева его периодическую систему элементов. Периодический закон явился фундаментом, на котором Менделеев создал свой учебник. При жизни Менделеева «Основы химии» издавались в России 8 раз, ещё пять изданий вышли в переводах на английский, немецкий и французский языки.

В течение последующих двух лет Менделеев внёс в первоначальный вариант периодической системы ряд исправлений и уточнений, и в 1871 г. опубликовал две классические статьи - «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств некоторых элементов» (на русском языке) и «Периодическая законность химических элементов» (на немецком языке в «Анналах» Ю. Либиха). На основе своей системы Менделеев исправил атомные веса некоторых известных элементов, а также сделал предположение о существовании неизвестных элементов и отважился предсказать свойства некоторых из них. На первых порах сама система, внесённые исправления и прогнозы Менделеева были встречены научным сообществом весьма сдержанно. Однако после того, как предсказанные Менделеевым «экаалюминий» (галлий), «экабор» (скандий) и «экасилиций» (германий) были открыты соответственно в 1875, 1879 и 1886 гг., периодический закон стал получать признание.

Сделанные в конце XIX - начале XX вв. открытия инертных газов и радиоактивных элементов не поколебали периодического закона, но лишь укрепили его. Открытие изотопов объяснило некоторые нарушения последовательности расположения элементов в порядке возрастания их атомных весов (т.н. «аномалии»). Создание теории строения атома окончательно подтвердило правильность расположения Менделеевым элементов и позволило разрешить все сомнения о месте лантаноидов в периодической системе.

Учение о периодичности Менделеев развивал до конца жизни. Среди других научных работ Менделеева можно отметить цикл работ по изучению растворов и разработку гидратной теории растворов (1865-1887 гг.). В 1872 г. он начал изучение упругости газов, результатом которого стало предложенное в 1874 г. обобщённое уравнение состояния идеального газа (уравнение Клайперона - Менделеева). В 1880-1885 гг. Менделеев занимался проблемами переработки нефти, предложил принцип её дробной перегонки. В 1888 г. он высказал идею подземной газификации углей, а в 1891-1892 гг. разработал технологию изготовления нового типа бездымного пороха.

В 1890 г. Менделеев был вынужден покинуть Петербургский университет вследствие противоречий с министром Народного просвещения. В 1892 г. был назначен хранителем Депо образцовых мер и весов (которое в 1893 г. по его инициативе было преобразовано в Главную палату мер и весов). При участии и под руководством Менделеева в палате были возобновлены прототипы фунта и аршина, произведено сравнение русских эталонов мер с английскими и метрическими (1893-1898 гг.). Менделеев считал необходимым введение в России метрической системы мер, которая по его настоянию в 1899 г. была допущена факультативно.

Менделеев был одним из основателей Русского химического общества (1868 г.) и неоднократно избирался его президентом. В 1876 г. Менделеев стал членом-корреспондентом Петербургской АН, но кандидатура Менделеева в академики была в 1880 г. отвергнута. Забаллотирование Менделеева Петербургской АН вызвало резкий протест общественности в России.

Д. И. Менделеев был членом более 90 академий наук, научных обществ, университетов разных стран. Имя Менделеева носит химический элемент № 101 (менделевий), подводный горный хребет и кратер на обратной стороне Луны, ряд учебных заведений и научных институтов. В 1962 г. АН СССР учредила премию и Золотую медаль им. Менделеева за лучшие работы по химии и химической технологии, в 1964 г. имя Менделеева было занесено на доску почёта Бриджпортского университета в США.

В 1906 г. Д.И.Менделеев номинировался на Нобелевскую премию по химии и лишь в последнем туре уступил лишь один голос французскому химику Анри Муассану ((1852-1907), первооткрыватель фтора (1866), развивший электрометаллургию и электротермию), который и стал нобелевским лауреатом. Почему Нобелевский комитет не разделил премию на двоих? Неизвестно. Возможно, так и поступили, если бы знали, что Менделеев и Муассан скончаются в следующем 1907 году.

Далее следует включить в список возможных нобелевских лауреатов Бориса Борисовича Голицына.

Боримс Боримсович Голимцын (1862 -- 1916) -- князь, представитель рода Голицыных, внук Н. Б. Голицына, русский физик, академик Петербургской Академии наук (1908).

Один из основоположников сейсмологии, геофизик, изобретатель первого электромагнитного сейсмографа (1906). В 1911 году избран президентом Международной сейсмологической ассоциации.

По образованию Б. Б. Голицын -- морской офицер, окончил Морской кадетский корпус, затем учился в Николаевской морской академии. В 1887 году оставил военную службу и продолжил образование в университете Страсбурга.

В 1892 году начал преподавать в Московском университете, поместил в московском «Математическом сборнике» свой труд «Исследования по математической физике. Часть I. Общие свойства диэлектриков, с точки зрения механической теории теплоты. Часть II. О лучистой энергии», который в начале 1893 года был представлен в факультет как магистерская диссертация. В части II содержалась теория равновесного излучения, в частности, закон смещения Вина. Эта диссертация встретила со стороны рецензентов А.Г.Столетова и А. П. Соколова весьма суровую оценку. Данная неправильная оценка была разделена Кирхгофом и некоторыми другими физиками. Не вступая в полемику, Б. Б. Голицын оставил Московский университет и стал читать лекции в Юрьевском университете, где стал профессором. Тем самым, отечественная физика потеряла крупного ученого, возможно, будущего нобелевского лауреата, но выиграла геофизика и сейсмология, в эти разделы науки Б.Б.Голицыным был внесен фундаментальный вклад. Следует отметить, что в 1893 году Б.Б.Голицын был избран в Петербургскую Академию наук, тогда как А.Г.Столетов, выдвинутый Московским университетом, был вычеркнут из списков Президентом Академии Великим князем Константином Константиновичем и до следующих выборов не дожил. После Верненского землетрясения (1887) была учреждена постоянная сейсмическая комиссия, в делах которой вскоре Б. Б. Голицын, по общему признанию, занял одно из первых мест. В 1897 году занял кафедру опытной физики в Женском медицинском институте в Санкт-Петербурге. Работал директором «Экспедиции заготовления государственных бумаг», оснастив её по последнему слову полиграфическеой техники и наладив там выпуск, помимо ценных бумаг, великолепно изданных для своего времени художественных альбомов (И. Репин, В. Васнецов, И. Билибин и др.). В 1913 году назначен директором Николаевской Главной физической обсерватории (ГФО), ныне Главная геофизическая обсерватория имени А. И. Воейкова (ГГО). Также работал начальником Главного военно-метеорологического управления. Когда началась мировая война 1914--18 гг., по предложению Б. Б. Голицына было создано Военно-метеорологическое управление, во главе которого он и был поставлен. Главной задачей управления было обслужить армейские части прогнозами погоды, что приобрело особое значение, когда немцы начали газовую войну. В эти годы войны Б. Б. Голицын отдал все свои силы служению родине и в непрерывном труде настолько подорвал своё здоровье, что лёгкая простуда свела его в могилу. Он скончался 17 мая 1916 года. Но до последних дней Б. Б. Голицын продолжал интересоваться и руководить делами управления, вызывая к себе на дом сотрудников.

Как известно, Вильгельм Вин независимо разработал теорию теплового излучения, но аналогичные результаты получил позже Б.Б.Голицына. В 1911 году В. Вину была присуждена Нобелевская премия - за открытие законов теплового излучения. Б.Б.Голицын остался вне поля зрения нобелевского комитета.

Хронологически далее следует Евгений Константинович Завойский. Евгений Константинович Завомйский (1907 -- 1976) -- советский физик-экспериментатор. Родился 15 (28 сентября) 1907 года в городе Могилёв-Подольский (ныне Винницкая область, Украина) в семье военного врача Константина Ивановича Завойского, служившего младшим врачом 73-го пехотного Крымского полка в Могилёве-Подольском. Был третьим ребёнком в семье. В 1908 году семья переехала в Казань, где Константин Иванович продолжил службу врачом на пороховом заводе.

В 1926 году окончил школу-девятилетку № 10 города Казани и поступил в Казанский государственный университет на физико-математический факультет. По окончании университета, в 1931 году, поступил в аспирантуру, где под руководством профессора Всеволода Александровича Ульянина (1863--1931) и Г. А. Остроумова (лаборатория ультракоротких волн (УКВ), Ленинград) приступил к исследованию физических и химических действий УКВ на вещество. Результаты исследования легли в основу кандидатской диссертации «Исследование суперрегенеративного эффекта и его теория», которая была успешно защищена в 1933 году в Казанском государственном университете.

В 1933--1947 заведовал кафедрой экспериментальной физики Казанского государственного университета.

30 января 1945 года в Физическом институте имени П. Н. Лебедева защитил докторскую диссертацию, посвященную электронному парамагнитному резонансу. В 1947--1951 годах принимал участие в работах по созданию атомной бомбы в КБ-11 (Арзамас-16), в 1951--76 гг. работал у И. В. Курчатова в Лаборатории № 2 (в Московской Лаборатории измерительных приборов АН СССР (ЛИПАН)).

Известен как первооткрыватель нового фундаментального явления -- электронного парамагнитного резонанса. Исследуя в начале 1940-х годов парамагнитную релаксацию в конденсированных средах с использованием метода резонансного поглощения веществом радиоволн с частотой 100 МГц и метода модуляции постоянного магнитного поля, он смог наблюдать пики поглощения СВЧ-поля в безводном хлориде хрома, в сульфатах марганца и меди, в других парамагнитных солях. В этих работах, в частности, была показана линейная зависимость напряжённости постоянного магнитного поля от частоты осциллирующего СВЧ-поля, а также обратная зависимость парамагнитной восприимчивости (величины эффекта) от температуры.

Открытие Е. К. Завойского «Явление электронного парамагнитного резонанса» было внесено в Государственный реестр научных открытий СССР 23 июня 1970 года как научное открытие № 85 с приоритетом от 12 июля 1944 года. Эта дата и считается официальной датой открытия метода электронного парамагнитного резонанса, как одного из важнейших событий в физике XX столетия. Открытие метода дало толчок образованию и развитию научных центров во многих странах мира, где проводятся интенсивные исследования различных объектов.

Считается, что Евгений Константинович Завойский наблюдал сигналы ЯМР в июне 1941 года, но протонный резонанс наблюдался спорадически, и результаты были плохо воспроизводимы. Начавшаяся вскоре война помешала продолжить исследования в этом направлении.

Вслед за ЭПР были открыты другие методы магнитного резонанса: ядерный магнитный резонанс, ферромагнитный резонанс, антиферромагнитный резонанс, ядерный квадрупольный резонанс, магнитный акустический резонанс, многие виды двойных резонансов.

Дело, начатое Е. К. Завойским, продолжили его соратники, члены-корреспонденты АН СССР С. А. Альтшулер (Казанский государственный университет) и Б. М. Козырев (Казанский физико-технический институт). Открытие метода ЭПР привело к выдающимся успехам в физике магнитных явлений, физике твердого тела, физике жидкостей, неорганической химии, минералогии, биологии, медицине и других науках. На основе явления резонансного поглощения СВЧ излучения создан, например, квантовый парамагнитный усилитель, использующийся для осуществления дальней космической связи.

В 1958-63 годах Е. К. Завойский был 8 раз номинирован на Нобелевскую премию по физике, а в 1958-60 годах -- на Нобелевскую премию по химии.

«Я подробно изучал эту проблему и должен сказать, что заведомо мы потеряли лишь одну Нобелевскую премию, которую должен был получить Евгений Завойский за открытие электронного парамагнитного резонанса»- отмечает академик РАН В. Л. Гинзбург (газета «Известия» за 29.04.2009)

Умер Е.К.Завойский 9 октября 1976 года. Похоронен в Москве на Кунцевском кладбище.

Нобелевская премия по физике 1997 года присуждена группе исследователей - Стивену Чу, Уильяму Филипсу (США) и Клоду Коэн-Таннуджи (Франция) за работу по лазерному охлаждению атомов. Им удалось достичь температуры на несколько миллионных долей градуса выше абсолютного нуля.

Эти работы уже нашли применение во многих областях физики. На основе охлажденных атомов создаются сверхточные эталоны времени. В управляемых атомных пучках можно наблюдать интерференцию частиц, получаемую до сих пор только на электромагнитных волнах, и с ее помощью измерять, например, очень малые изменения силы тяжести. И, что еще важнее, лазерное охлаждение позволло получить и исследовать так называемый бозе-эйнштейновский конденсат - принципиально новое состояние вещества.

Проделанная исследователями работа, безусловно, демонстрирует виртуозное владение техникой эксперимента и заслуживает самой высокой оценки. Однако, по мнению многих ученых, в нашей стране аналогичные результаты были получены гораздо раньше. В Институте спектроскопии РАН (г. Троицк) по этой тематике уже более десяти лет работала группа под руководством доктора физико-математических наук В. Летохова. Монография В. Летохова и В. Миногина "Давление лазерного излучения на атомы", в которой изложены основные принципы метода лазерного охлаждения и дана принципиальная схема экспериментальной установки для его осуществления, была опубликована в 1986 году.

СМИ (Оксана Хлебникова, газета «Областная», 03.10.2007) утверждали даже, что король Швеции Густав II в качестве извинения за ошибку Нобелевского комитета подарил Летохову коттедж в своей стране. (Коттедж (дом) король Густав II действительно подарил в знак уважения к выдающемуся ученому.)

Летохов Владилен Степанович (1939-2009) советский и российский физик-теоретик, классик лазерной физики и основатель лазерного охлаждения. Доктор физико-математических наук, профессор. Автор более 850 статей и 15 монографий, наиболее цитируемый советский ученый во всех областях науки за период 1973-88 годов.

Родился в городе Тайшет Иркутской области. После окончания в 1963 году Московского физико-технического института (МФТИ) Летохов поступил в аспирантуру Физического института Академии наук СССР (ФИАН) к академику Николаю Басову. Начало научной деятельности Летохова совпало с бурным развитием исследований в области квантовой электроники и лазерной физики. В этот период им был выполнен целый ряд пионерских исследований, в том числе в области генерации и усилениия мощных лазерных импульсов, лазеров с нерезонансной обратной связью, развития принципов лазеров с высокостабильной частотой излучения.

В 1970 году Владилен Летохов был приглашен Сергеем Мандельштамом в только что организованный Институт спектроскопии Академии наук СССР (ИСАН) на должность заместителя директора по научной работе, где он возглавил исследования по новому научному направлению - лазерной спектроскопии. В ИСАН Летохов создал коллектив молодых исследователей, в совместной работе с которыми выдвинул и реализовал целый ряд новых идей, которые во многом опережали соответствующие работы за рубежом. Сюда относятся, в частности, многофотонная изотопически-селективная диссоциация молекул ИК лазерным излучением, на основе которой позже, совместно с рядом других организаций, была создана первая в мире промышленная установка лазерного разделения изотопов; лазерное фотоионизационное детектирование одиночных атомов и его применения для ультрачувствительного анализа; лазерное охлаждение атомов, включая первые в мире эксперименты, которые привели к созданию физики ультрахолодных атомов; оптика атомных пучков (их коллимация, отражение, фокусировка и т.д.), расширившая типы оптик (фотонная, электронная, нейтронная и т.д.) и разрабатываемая сейчас как метод оптической нанотехнологии; лазерная оптико-масс-спектроскопия органических молекул; методы пико- и фемтосекундной нелинейной лазерной спектроскопии для исследования и управления ультрабыстрыми процессами в конденсированной среде. В последние годы Владилен Летохов увлеченно занимался исследованиями в области нанооптики и лазерных эффектов в межзвездной среде.

Полученные В.С.Летоховым и руководимым им коллективом научные результаты получили широкое признание как в России, так и на международном уровне. В.С.Летохов был лауреатом Ленинской и Государственной премий РФ. Среди учеников 60 кандидатов и 12 докторов наук. Он был удостоен премии РАН им. Д.С.Рождественского и премии Европейского физического общества, был избран почетным доктором ряда европейских университетов, а также зарубежных научных обществ и академий.

О возможности получения Нобелевской премии Мандельштамом и Г.С.Ландсбергом за открытие ими независимо от Ч.Рамана написано много, Прежде всего академиком В.Л.Гинзбургом (см. В.Л.Гинзбург Вестник РАН 68 (1), С.51, 1998 и там же ссылки на другие работы).

Григомрий Самуимлович Ламндсберг (1890 -- 1957) -- советский физик.

Родился 10 (22 января) 1890 года в Вологде в семье старшего таксатора Самуила Абрамовича Ландсберга и Берты Моисеевны Бойм. Начал учёбу в Вологодской гимназии, но окончил гимназию уже в Нижнем Новгороде, в 1908 году с золотой медалью.

Поступил на физико-математический факультет Московского университета и окончил его в 1913 году с дипломом первой степени. Ландсберг остался при университете, чтобы подготовиться к званию профессора, преподавал в 1913-15, 1923-45 и 1947-51 годах (профессор с 1923 года). Доцент Омского сельскохозяйственного института (1918-20), профессор 2-го Государственного университета в Москве. В 1945-47 годах был профессором общей физики инженерно-физического факультета Московского механического института. В 1951-57 годах профессор МФТИ. С 1934 года работал в ФИАН имени П. Н. Лебедева. Академик АН СССР (1946); член-корреспондент с 1932 года.

Умер 2 февраля 1957 года. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище.

Сталинская премия второй степени (1941)--за разработку метода спектрального анализа для определения состава сплавов и спецсталей, два ордена Ленина, медали.

Фундаментальные труды по оптике и спектроскопии. В 1926 году впервые выделил и исследовал молекулярное рассеяние света в кристаллах. В 1928 году совместно с Леонидом Мандельштамом открыл явление комбинационного рассеяния света (одновременно с Ч. В. Раманом и К. С. Кришнаном), экспериментально подтвердил существование тонкой структуры в линии рэлеевского рассеяния, как следствие рассеяния света на тепловых акустических волнах. В 1931году обнаружил явление селективного рассеяния света. Положил начало отечественной спектроскопии органических молекул и изучению внутри- и межмолекулярных взаимодействий в газах, жидкостях и твёрдых телах. Разработал методы спектрального анализа металлов и сплавов (Государственная премия СССР, 1941), а также сложных органических смесей, в том числе моторного топлива. Автор известного курса оптики, редактор популярного «Элементарного учебника физики» (т. 1-3, 13 изд., 2003). Редактированный им коллективный труд -- «Элементарный учебник физики» в 3-х томах -- многие годы считается одним из лучших учебников физики для школьников и многократно переиздавался. Основатель и председатель Комиссии по спектроскопии, которая впоследствии была преобразована в Институт спектроскопии АН СССР (ИСАН, Троицк). Создал школу атомного и молекулярного спектрального анализа.

В 1955 году подписал «Письмо трёхсот».

Леонимд Исаамкович Мандельштамм (22 апреля [4 мая] 1879 -- 27 ноября 1944, Москва) -- советский физик, академик Академии наук СССР (1922); член-корреспондент (1928).

В 1928 году совместно с Г. С. Ландсбергом открыл комбинационное рассеяние света на кристаллах. Мандельштамом совместно с Н. Д. Папалекси выполнены основополагающие исследования по нелинейным колебаниям, разработан метод параметрического возбуждения электрических колебаний, предложен радиоинтерференционный метод. Труды по рассеянию света.

Премия имени В. И. Ленина (1931), премия им. Д. И. Менделеева (1936), Сталинская премия (1942). В честь него назван кратер на обратной стороне Луны.

Леонид Мандельштам родился в семье врача, коллежского асессора, известного в Одессе акушера Исаака Григорьевича Мандельштама и пианистки Мины Львовны Кан. Учился в Новороссийском университете в Одессе (исключён в 1899 году за участие в студенческих волнениях) и Страсбургском университете, где его дядя А. Г. Гурвич работал ассистентом у известного антрополога Густава Швальбе.

Получил степень доктора натуральной философии (физики) Страсбургского университета (1902). В 1907 году Мандельштам стал приват-доцентом кафедры физики Страсбургского университета. Темой пробной лекции им была избрана «Электромагнитная теория Максвелла».

С 1925 года работал в Москве. Был профессором Московского государственного университета. Практически заново создал физико-математический факультет, который многое потерял в связи с уходом в 1911 году П. Н. Лебедева (Дело Кассо). Благодаря его успехам в университете в 1933 году также был создан Физический факультет. С 1934 года работал также в Физическом институте АН СССР.

В 1944 году в связи с событиями на кафедре теоретической физики физического факультета МГУ подписал письмо 14 академиков. Когда В. С. Кафтанов в ответ на обращение учёных провёл совещание, прибыл на это собрание как представитель «академистов», хотя очевидцы отмечали, что на тот момент он был уже глубоко болен.

Умер Мандельштам 27 ноября 1944 года. Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.

Награжден орденом Ленина и орденом Трудового Красного Знамени

В 1907 году женился на Лидии Соломоновне Исакович. Сын -- Сергей Леонидович Мандельштам (1910--1990), физик. Племянник -- советский физик Михаил Александрович Исакович (1911--1982), внучатый племянник -- российский математик Владимир Игоревич Арнольд.

В 1918 году Мандельштам предсказал расщепление линии рэлеевского рассеяния, вследствие рассеяния света на тепловых акустических волнах. Начиная с 1926 года, Мандельштам и Г. С. Ландсберг развернули в МГУ экспериментальное изучение молекулярного рассеяния света в кристаллах. В результате этих исследований 21 февраля 1928 года Ландсберг и Мандельштам обнаружили эффект комбинационного рассеяния света. О своём открытии они сообщили на коллоквиуме от 27 апреля 1928 года и опубликовали соответствующие научные результаты в советском и двух немецких журналах.

В том же 1928 году индийские учёные Ч. В. Раман и К. С. Кришнан искали некую комптоновскую компоненту рассеянного солнечного света в жидкостях и парах. Неожиданно для себя они обнаружили явление комбинационного рассеяния света. По словам самого Рамана, «Линии спектра нового излучения в первый раз удалось наблюдать 28 февраля 1928 года». Таким образом, комбинационное рассеяние света индийские физики впервые наблюдали на неделю позже, чем Ландсберг и Мандельштам в МГУ. Тем не менее, Нобелевская премия по физике 1930 года была присуждена лишь Раману, а комбинационное рассеяние света в иностранной литературе с тех пор носит название «эффект Рамана».

Первоначально данное решение Нобелевского комитета объяснялось политическими мотивами. После опубликования материалов Нобелевского комитета за первые 37 лет работы появилось другое мнение. Главной причиной скорей всего было невнимание советских физиков к своим соотечественникам. Какую-то роль сыграли и необъективность иностранных физиков, а также Нобелевского комитета, не говоря уже о специфическом поведении Рамана.

(И.Л.Фабелинский рассказывает о бестактном поведении Ч.Рамана, приехавшего в Москву в конце 50-х годов и выступавшего на семинаре Л.Д.Ландау, чтобы обсудить свою «новую теорию твердого тела».

«Докладчик говорил по-английски. Через 15-20 минут, а может быть и раньше, Л.Д.Ландау стало ясно, что излагается неправильная теория, и он короткой репликой по существу предмета буквально пригвоздил докладчика. Не будучи в состоянии дать сколько-нибудь разумный ответ по сути замечания, Ч.Раман буквально взбесился. Он начал размахивать руками, топать ногами и поначалу издавал громкие нечленораздельные звуки. Затем с выпученными глазами он уставился на Льва Давидовича и заорал: «А!!! «…» Если у тебя большой чуб ( forelock), так ты можешь говорить, что хочешь…» Далее на Льва Давидовича обрушился поток площадной брани, не взирая на присутствие на семинаре женщин. Лев Давидович спокойно встал и, не говоря ни слова, покинул зал, где разыгралось все это неприличие.

Заметим, что принципиально реагировать на «патологию» Рамана в те времена было не так-то просто - Ч.Раман с 1947 года был иностранным членом АН СССР и лауреатом Ленинской премии «За укрепление мира между народами» - 1957 г.»).

Конкретно, Рамана на Нобелевскую премию номинировали 10 человек, в том числе, Бор, де Бройль, Перрен, Резерфорд и Вильсон. Тогда как, Мандельштама и Ландсберга предложили только О.Д.Хвольсон и Н.Д. Папалекси, причем последний предложил одного Мандельштама. При этом три других советских физика номинировали на Нобелевскую премию не Мандельштама и Ландсберга, а других лиц, хотя допускается номинация нескольких кандидатов одним номинирующим. Кроме того, определенную роль сыграл и тот факт, что Мандельштам и Ландсберг представили свои статьи к публикации позже Рамана.

Наконец, свой доклад об открытии комбинационного рассеяния Раман распечатал в количестве 2000 экземпляров и разослал всем ведущим физикам для закрепления своего приоритета, а также обратился к ряду нобелевских лауреатов с просьбой номинировать его на Нобелевскую премию.

Окончательное мнение академика В. Л. Гинзбурга, высказанное им в 2000 году, «Нобелевскую премию за это открытие надо было давать троим».

Нобелевская премия 1957 года была присуждена Ли Т. и Янгу Ч. теоретически обосновавшим несохранение четности в слабых взаимодействиях. Экспериментальное доказательство этого было получено Ву Ц. Однако, Нобелевскую премию она не получила, равно как и И.С.Шапиро. По мнению чешского физика-теоретика Франтишека Яноуха советская наука в этом случае потеряла одну Нобелевскую премию по вине Л.Д.Ландау.

Иосиф Соломонович Шапиро (13 ноября 1918, Киев -- 11 марта 1999) -- физик-теоретик. С 1979 года член-корреспондент АН СССР.

Учился в МГУ (кафедра физической оптики). Окончил в 1941 году; успел к этому времени окончить второй курс Щукинского училища (по актерскому мастерству). 1941--1945 гг. -- офицер-артиллерист в боевых частях Советской Армии на фронтах второй мировой войны. 1945--1958 гг. -- заведующий лабораторией НИИ ядерной физики МГУ. С 1958 года начальник лаборатории Института теоретической и экспериментальной физики. С 1981 года: Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН (заведующий сектором). Одновременно с основной научной работой преподавал в различных вузах Москвы; с 1960 года профессор МИФИ.

Основные научные работы по физике ядра и элементарных частиц. Автор большого числа научных публикаций. Построил теорию внутренней конверсии с образованием пар, дисперсную теорию прямых ядерных реакций и квазиядерных систем, содержащих антинуклоны. В 1969 году предсказал существование бариония. Предсказал несохранение четности во взаимодействиях мюон -- нуклон и мюон -- ядро, и усиление эффектов несохранения четности в ядерных силах. Получил интегральное преобразование перехода с гиперболоида на световой конус («Преобразование Шапиро»). Развил теорию триплетного куперовского спаривания с сильной спин-орбитальной связью, рассмотрев свойства различных сверхтекучих фаз. Провёл исследования по истории физики (уравнения Максвелла, «Начала» Ньютона и др.).

В начале 1956 года И.С.Шапиро была написана работа, в которой тау-тета парадокс объяснялся несохранением четности в слабых взаимодействиях. Большинство теоретиков, с которыми он обсуждал эту тему, сомневались в самой возможности несохранения четности при сохранении углового момента. Тогда как Л.Д.Ландау ответил вполне определенно, что сохранение четности (зеркальная симметрия) никак не следует из сохранения углового момента (вращательная симметрия). Однако, сама идея несохранения четности была тогда Л.Д.Ландау несимпатична: «В принципе это не невозможно, но такой скособоченный мир был бы мне настолько противен, что и думать об этом не хочется».

Но, как вспоминает И.С.Шапиро, в то время он не понимал: «каким образом в евклидовом пространстве возникает асимметрия правого и левого, что и удерживало его от публикации. Ландау здесь абсолютно не причем. Конечно, если бы статья ему понравилась, то она, вероятно, была бы послана в печать с дополнительными комментариями». Что, возможно, позволило претендовать И.С.Шапиро на Нобелевскую премию.

Существует также целый ряд мифов о не присужденных советским и российским ученым Нобелевских премий. Например, С.Н.Хрущев в своих мемуарах пишет, что после запуска первого спутника к отцу (Н.С.Хрущеву) обратился Нобелевский комитет с просьбой сообщить фамилию Генерального конструктора для присуждения ему Нобелевской премии. Не желая вносить трения в работу Совета Генеральных конструкторов, Н.С.Хрущев ответил, что создателем спутника является весь Советский народ и ему следует присудить Нобелевскую премию. Премию отдали кому то. (Наверное С.Н.Хрущев должен бы знать, что эти «кому то» были П.А.Черенков, И.Е.Тамм, И.М.Франк, а также Б.Л.Пастернак, которого заставили отказаться от премии.)

Глава 4. От ядерной физики до квантовых вычислений

Ядерно-физические методы в физике твердого тела. Две важнейших и наиболее интенсивно развивавшихся области физики - физика ядра и физика твердого тела достаточно тесно пересекаются не только в области теории (приложение метода температурных функций Грина и других методов квантовой теории поля в физике конденсированного состояния, но и в области эксперимента: нейтронография и нейтронная оптика, отклонение и фокусировка пучков частиц кристаллами, каналирование, структурное излучение Черенкова-Вавилова, активационный анализ и гамма-активационный анализ. Основоположником использования ядерно-физических методов в физике твердого тела являлся выдающийся физик Нобелевский лауреат Энрико Ферми.

Энрико Ферми (29.09.1901 - 30.11.1054) выдающийся итало-американский физик. Родился в Риме. Он был младшим из трех детей железнодорожного служащего Альберте Ферми и урожденной Иды де Гаттис, учительницы. Еще в детстве Ферми обнаружил большие способности к математике и физике. Его выдающиеся познания в этих науках, приобретенные в основном в результате самообразования, позволили ему получить в 1918 году стипендию и поступить в Высшую нормальную школу при Пизанском университете. Уже через четыре года, в 1922 году, Ферми получил докторскую степень по физике с отличием за работу по экспериментальному исследованию рентгеновских лучей.

По возвращении в Рим Ферми получил от итальянского правительства стипендию, позволившую ему продолжать изучение современной физики в Германии, у Макса Борна, возглавлявшего в то время отделение теоретической физики Геттингенского университета, и в Голландии, у Пауля Эренфеста в Лейденском университете. Эренфест поддержал юного Ферми.

В 1924 году Ферми приступил к чтению лекций по математической физике и механике во Флорентийском университете. В первые годы его исследования затрагивали проблемы общей теории относительности Альберта Эйнштейна, статистической механики, квантовой теории и теории электронов в твердом теле. В 1926 году им была разработана новая разновидность статистической механики, подсказанная принципами запрета Вольфганга Паули. Она позволяла успешно описывать поведение электронов, а позднее была применена к протонам и нейтронам. Статистика Ферми позволила лучше понять электропроводность металлов и привела к построению более эффективной модели атома.

Когда в Римском университете в 1927 году была учреждена первая кафедра теоретической физики, Ферми, успевший обрести международный авторитет, был избран ее главой. В Риме Ферми сплотил вокруг себя несколько выдающихся ученых и основал первую в Италии школу современной физики. В международных научных кругах ее стали называть группой Ферми. Через два года Ферми был назначен Бенито Муссолини на почетную должность члена вновь созданной Королевской академии Италии.

В начале 30-х годов Ферми перенес свое внимание с внешних электронов атома на атомное ядро. В 1933 году он предложил теорию бета-распада, позволившую объяснить, каким образом ядро спонтанно испускает электроны и роль нейтрино-частиц, лишенных электрического заряда и не поддававшихся тогда экспериментальному обнаружению. Существование таких частиц было постулировано Паули, а название придумано Ф. (Нейтрино было экспериментально обнаружено в 1956 году). Теория бета-распада Ферми включала новый тип сил, получивших название слабого взаимодействия. Такие силы действуют между нейтронами и протонами в ядре и обусловливают бета-распад, По интенсивности слабое взаимодействие значительно уступает сильному, удерживающему вместе нуклоны - частицы, из которых состоит ядро. Статья Ферми о бета-распаде была отвергнута из-за своей новизны английским журналом «Нейче», но опубликована в итальянском и в немецком журналах. Опираясь на высказанные Ферми идеи, Хидеки Юкава предсказал в 1935 году существование новой элементарной частицы, известной ныне под названием пи-мезона, или пиона.

В 20-х годах было принято считать, что атом содержит два типа заряженных частиц: отрицательные электроны, которые обращаются вокруг ядра из положительных протонов. Физиков интересовало, может ли ядро содержать частицу, лишенную электрического заряда. Эксперименты по обнаружению электронейтральной частицы достигла кульминации в 1932 году, когда Джеймс Чедвик открыл нейтрон, в котором физики, в особенности Вернер Гейзенберг и Д.Д.Иваненко, почти сразу признали ядерного партнера протона. Ферми по достоинству оценил значение нейтрона как мощного средства инициирования ядерных реакций. Экспериментаторы пытались бомбардировать атомы заряженными частицами, но для преодоления электрического отталкивания заряженные частицы необходимо разгонять на мощных и дорогих ускорителях. Налетающие электроны отталкиваются атомными электронами, а протоны и альфа-частицы - ядром так, как отталкиваются одноименные электрические заряды. Поскольку нейтрон не имеет электрического заряда, необходимость в ускорителях отпадает.

Впоследствии Э.Ферми обнаружил явление замедления нейтронов и построил его теорию (Нобелевская премия по физике 1938 г.), а также открыл в 1936 году селективное поглощение нейтронов. Эти экспериментальные работы Э.Ферми с сотрудниками (Э.Амальди, Б.Понтекорво, Ф.Разетти, Э.Сегре) положили начало нейтронной физики. Одновременно Э.Ферми была высказана также идея о возникновении в результате облучения урана нейтронами новых заурановых элементов.

Значительный прогресс был достигнут в 1934 году, когда Фредерик Жолио и Ирен Жолио-Кюри открыли искусственную радиоактивность. Бомбардируя ядра бора и алюминия альфа-частицами, они впервые создали новые радиоактивные изотопы известных элементов. Продолжая начатую этими исследованиями работу, Ферми и его сотрудники в Риме принялись бомбардировать нейтронами каждый элемент периодической таблицы в надежде получить новые радиоактивные изотопы с помощью присоединения нейтронов к ядрам. Первого успеха удалось достичь при бомбардировке фтора. Методически бомбардируя все более тяжелые элементы, Ферми и его группа получили сотни новых радиоактивных изотопов. При бомбардировке урана - 92-го элемента, самого тяжелого из встречающихся в природе, они получили сложную смесь изотопов. Химический анализ не обнаружил в ней ни изотопов урана, ни изотопов соседнего элемента (более того, результаты анализа исключали присутствие всех элементов с номерами от 86 до 91). Возникло подозрение, что экспериментаторам впервые удалось получить новый искусственный элемент с атомным номером 93. К неудовольствию Ферми, директор лаборатории Орсо Корбино, не дожидаясь контрольных анализов, объявил об успешном синтезе 93-го элемента. В действительности же Ферми не удалось его получить. Но он, сам того не зная, вызвал деление урана, расщепив тяжелое ядро на два или большее число осколков и других фрагментов. Деление урана было открыто в декабре 1938 года Отто Ганом и Фритцем Штрассманом, однако они также не поняли существа явления. Правильную его интерпретацию, как деления, дала в январе 1939 года Лизе Мейтнер, бывшая сотрудница Отто Гана.

В 1935 году, через несколько месяцев после начала экспериментов, Ферми и его сотрудники обнаружили, что если нейтроны замедлить, пропуская через воду и парафин, то они более эффективно инициируют ядерные реакции. Замедление нейтронов обусловлено их столкновениями с ядрами водорода (протонами), в больших количествах содержащихся в этих средах. При столкновениях нейтронов и протонов значительная часть энергии нейтронов передается протону, так как массы этих частиц почти равны. Тем временем в Италии все большую силу набирала фашистская диктатура Муссолини. В 1935 году итальянская агрессия против Эфиопии привела к экономическим санкциям со стороны членов Лиги Наций, а в 1936 году Италия заключила союз с нацистской Германией. Группа Ферми в Римском университете начала распадаться. После принятия итальянским правительством в сентябре 1938 года антисемитских гражданских законов Ферми решил эмигрировать в США. По некоторым сведениям (Прим. Н.Д.) вопрос о месте эмиграции Ферми обсуждал с Бруно Понтекорво. И Ферми жребий (брошенная монета) указал на США, Понтекорво на СССР. Приняв приглашение Колумбийского университета занять должность профессора физики, Ферми информировал итальянские власти о том, что он уезжает в Америку на полгода.

В 1938 году Ферми была присуждена Нобелевская премия по физике. В решении Нобелевского комитета говорилось, что премия присуждена ему «за доказательства существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами». «Наряду с выдающимися открытиями Ферми всеобщее признание получили его искусство экспериментатора, поразительная изобретательность и интуиция... позволившая пролить новый свет на структуру ядра и открыть новые горизонты для будущего развития атомных исследований», - заявил, представляя лауреата, Ханс Плейель из Шведской королевской академии наук.

Во время церемонии вручения премии, состоявшейся в декабре 1938 года в Стокгольме, Ферми обменялся рукопожатием с королем Швеции, вместо того чтобы приветствовать того фашистским салютом, за что подвергся нападкам в итальянской печати. Сразу же после торжеств Ферми отправился за океан. По прибытии в Соединенные Штаты, Ферми, как и всем эмигрантам того времени, пришлось пройти тест на проверку умственных способностей. Нобелевского лауреата попросили сложить 15 и 27 и разделить 29 на 2.

Вскоре после того, как семейство Ферми высадилось в Нью-Йорке, в США из Копенгагена прибыл Нильс Бор, чтобы провести несколько месяцев в принстонском Институте фундаментальных исследований. Бор сообщил об открытии Ганом, Майтнер и Штрассманом расщепления урана при бомбардировке его нейтронами. Многие физики начали обсуждать возможность цепной реакции. Если всякий раз, когда нейтрон расщепляет атом урана, испускались новые нейтроны, то они могли бы, сталкиваясь с другими атомами урана, порождать новые нейтроны и тем самым вызвать незатухающую цепную реакцию. Так как при каждом делении урана высвобождается большое количество энергии, цепная реакция могла бы сопровождаться колоссальным ее выделением. Если бы удалось «взнуздать» цепную реакцию, то уран стал бы взрывчатым веществом неслыханной силы, с целью осуществить цепную реакцию Ферми приступил к планированию экспериментов, которые позволили бы определить, возможна ли такая реакция и управляема ли она.

Первыми оценили опасность получения атомной бомбы нацистской Германией европейские ученые эмигранты, однако их обращения к правительственным чиновникам понимания не встречали. Так 16 марта 1938 года Директор научно-технического управления ВМС США адмирал С.С.Хупер получил письмо профессора Дж. Пеграма с просьбой встретиться с Нобелевским лауреатом Энрико Ферми по вопросам создания ядерного оружия. Хотя Хупер согласился встретиться с Ферми, однако убедить его в важности ядерных исследований не удалось, встреча оказалась безрезультатной. Тогда Ферми и Сциллард для давления на правительство США решили использовать авторитет физика №1 Альберта Эйнштейна. 2 августа 1939 года Лео Сциллард приехал к Эйнштейну и попросил его подписать письмо на имя президента Ф.Д.Рузвельта. Аргументы Сцилларда о серьезности положения произвели на Эйнштейна надлежащее впечатление, и он подписал письмо. Однако передать его президенту удалось лишь 11 октября 1939 года.

На переговорах с Управлением военно-морского флота в 1939 году Ферми впервые упомянул о возможности создания атомного оружия на основе цепной реакции с мощным выделением энергии. Он получил небольшое федеральное финансирование для продолжения своих исследований. В ходе работы Ферми и, бывший его студент, Эмилио Сегре установили возможность использования в качестве взрывчатки для атомной бомбы тогда еще не открытого элемента плутония. Хотя плутоний, элемент с порядковым номером 94, еще не был известен, оба ученых были убеждены в том, что изотоп плутония с массовым числом 239 (239Pu) должен расщепляться и может быть получен в урановом реакторе при захвате нейтрона ураном-238.

В 1942 году, когда в США был создан Манхэттенский проект для работ по созданию атомной бомбы, ответственность за исследование цепной реакции и получение плутония была возложена на Ферми, имевшего с юридической точки зрения статус «иностранца - подданного враждебной державы». На следующий год исследования были перенесены из Колумбийского в Чикагский университет, в котором Ферми как председатель подсекции теоретических аспектов Уранового комитета руководил созданием первого в мире ядерного реактора, который строился на площадке для игры в сквош под трибунами университетского стадиона Стэгг-Филд.

Воздвигаемый реактор на техническом жаргоне называли «кучей», так как он был сложен из брусков графита (чистого углерода), которые должны были сдерживать скорость цепной реакции (замедлять нейтроны). Уран и оксид урана размещались между графитовыми брусками. 2 декабря 1942 года кадмиевые регулирующие стержни, поглощающие нейтроны, были медленно выдвинуты, чтобы запустить первую в мире самоподдерживающуюся цепную реакцию. «Было ясно, - писал впоследствии Джон Кокрофт, - что Ферми открыл дверь в атомный век». Несколько позднее Ферми был назначен руководителем отдела современной физики в новой лаборатории, созданной под руководством Роберта Оппенгеймера для создания атомной бомбы в строго засекреченном местечке Лос-Аламосе (штат Нью-Мексико). Ферми и его семья стали гражданами Соединенных Штатов в июле 1944 г., а в следующем месяце они переехали в Лос-Аламос. Ферми был свидетелем первого взрыва атомной бомбы 16 июля 1945 года близ Аламогордо (штат Нью-Мексико). В августе 1945 года атомные бомбы были сброшены на японские города Хиросима и Нагасаки.

В конце войны Ферми вернулся в Чикагский университет, чтобы занять пост профессора физики и стать сотрудником вновь созданного при Чикагском университете Института ядерных исследований. Ферми был великолепным педагогом и славился как непревзойденный лектор. Среди его аспирантов можно назвать Марри Гелл-Манна, Янг Чжэньнина, Ли Цзун-дао и Оуэна Чемберлена. После завершения в 1945 году в Чикаго строительства циклотрона (ускорителя частиц) Ферми начал эксперименты по изучению взаимодействия между пи-мезонами и нейтронами. Ферми принадлежит также теория множественного рождения частиц, происхождения космических лучей и источники их высокой энергии.

В 1928 году Ферми вступил в брак с Лаурой Капон, принадлежавшей к известной в Риме еврейской семье. У супругов Ферми родились сын и дочь. Человек выдающегося интеллекта и безграничной энергии, Ферми увлекался альпинизмом, зимними видами спорта и теннисом. Он умер от рака желудка у себя дома в Чикаго вскоре после того, как ему исполнилось пятьдесят три года. На следующий год в честь него новый, 100-й элемент был назван фермием. Его имя присвоено также крупнейшей ускорительной лаборатории США.

Ферми был избран членом Национальной академии наук США (1945), почетным членом Эдинбургского королевского общества (1949) и иностранным членом Лондонского королевского общества (1950). Президентом США Ферми был назначен членом Генерального консультативного комитета Комиссии по атомной энергии (1946-1950). Он был вице-президентом (1952) и президентом (1953) Американского физического общества. Помимо Нобелевской премии, Ферми был удостоен золотой медали Маттеуччи Национальной академии наук Италии (1926), медали Хьюза Лондонского королевского общества (1943), гражданской медали «За заслуги» правительства Соединенных Штатов Америки (1946), медали Франклина Франклиновского института (1947), золотой медали Барнарда за выдающиеся научные заслуги Колумбийского университета (1950) и первой премии Ферми, присужденной Комиссией по атомной энергии Соединенных Штатов Америки (1954). Он был почетным доктором многих высших учебных заведений, в том числе Вашингтонского и Йельского университетов, Рокфордского колледжа, Гарвардского и Рочестерского университетов.

К основным ядерно-физическим методам обнаружения и определения содержания элементов в различных природных и техногенных материалах и объектах окружающей среды относится активационный анализ. Метод базируется на фундаментальных понятиях и данных о структуре атомных ядер, сечениях ядерных реакций, схемах и вероятностях распада радионуклидов, энергиях излучения, а также на современных способах разделения и предварительного концентрирования микроэлементов. Широкое распространение активационный анализ получил благодаря таким преимуществам перед другими методами, как низкие пределы обнаружения элементов (10-12-10-13 г), экспрессность и воспроизводимость анализа, возможность неразрушающего одновременного определения в пробе 20 и более элементов. Применение специальных химических методик и аппаратурных приемов позволяет определять фоновое содержание металлов в приземном слое атмосферы, следовые количества примесей в биологических объектах, особо чистых веществах и устанавливать химическую форму элементов в исследуемых пробах. Большое значение имеет возможность проведения анализа в диапазоне массы образцов от нескольких микрограммов (важно для труднодоступных образцов, например, метеоритов или лунного грунта) до нескольких сотен граммов. Следует отметить, что относительная погрешность определения содержания элементов в пробах активационным методом не выходит за пределы 10%, а воспроизводимость составляет 5-15% и может быть доведена до 0,1-0,5% при серийных анализах. В настоящее время имеется целый ряд разновидностей активационного анализа. Однако общим для всех этих методов является активация вещества нейтронами, гамма-квантами или заряженными частицами и последующая регистрация спектрального состава излучения возбужденных ядер или образовавшихся радиоактивных изотопов. Наиболее распространены первые два метода. Активационный анализ на заряженных частицах, в связи с их малым пробегом в веществе, используется главным образом для анализа тонких слоев и при изучении поверхностных эффектов.

Для осуществления активационного анализа исследуемый образец (проба) подвергается облучению потоком бомбардирующих частиц, например нейтронов в ядерном реакторе. При этом образуются как стабильные, так и радиоактивные нуклиды (радионуклиды), характеризующиеся различными временами жизни и энергиями распада. Радиоактивность облученного образца прямо пропорциональна количеству образовавшихся радионуклидов. Поэтому количество радионуклида удобно выражать его активностью A, т. е. числом распадов в единицу времени, т.к. эту величину можно измерить с помощью различных детекторов.

В результате распада количество радиоактивных ядер в образце непрерывно уменьшается и, следовательно, изменяется и активность. Скорость распада описывается дифференциальным уравнением, решение которого имеет экспоненциальный вид, так что нетрудно получить уравнение для вычисления активности радионуклида:

. (1)

Зная активность радионуклида A, содержащегося в образце на данный момент времени, можно рассчитать количество радиоактивных ядер и их массу

, (2)

где m -- масса радиоактивных ядер (г), M -- массовое число радиоизотопа.

Скорость накопления радионуклида во время облучения исследуемой пробы можно описать дифференциальным уравнением:

, (3)

где уФNx -- скорость образования радиоактивных ядер в пробе, лN -- скорость их распада, Ф -- плотность потока бомбардирующих частиц (см-2 с-1), у -- сечение реакции (см2), Nx -- количество стабильного изотопа анализируемого элемента в облучаемой пробе.

Интегрируя уравнение (3), получим выражение для вычисления активности радионуклида, накопившегося в пробе за время облучения,

, (4)

где N -- количество накопившихся радиоактивных ядер; tобл -- время облучения.

Если время облучения намного больше периода полураспада tобл>>(8-10)Т1/2, то экспоненциальное слагаемое в (4) пренебрежимо мал по сравнению с единицей, и тогда

. (5)

Активность называется активностью насыщения или равновесной активностью.

Обычно после облучения какое-то время затрачивается на транспортировку пробы к установке детектирования, или проба специально выдерживается для распада мешающих анализу, более короткоживущих продуктов ядерных реакций. В результате распада активность определяемых радионуклидов тоже уменьшается в соответствии с выражением (1):

, (6)

где Aвыд -- активность определяемого нуклида после выдержки; tвыд -- время между концом облучения и началом измерения активности.

Вывод уравнения (4) сделан без учета уменьшения количества («выгорания») исследуемых стабильных ядер Nx в пробе при облучении, поскольку «выгорание» незначительно и заметно только для изотопов с большим сечением взаимодействия и при длительном облучении. Было также предположено, что плотность потока активирующих частиц во время облучения не меняется.