Библиотечка "Квант". Выпуск 53. Рассказы о физике и физиках - Кикоин И.К.

Автор: Кикоин И.К.

Теги: физика библиотечка квант

Год: 1986

Похожие

Библиотечка "Квант". Выпуск 40. Физика вокруг нас

Библиотечка "Квант". Выпуск 60. Задачи московских физических олимпиад

Библиотечка "Квант". Выпуск 57. Трение и мы

Библиотечка "Квант". Выпуск 75. Квантовая физика для больших и маленьких

Текст

БИБЛИОТЕЧКА-КВАНТ-
ВЫПУСК 53
И. К. КИКОИН
РАССКАЗЫ
О ФИЗИКЕ
И ФИЗИКАХ
БИБЛИОТЕЧКА -КВАНТ-
выпуск 53
И. К. КИКОИН
РАССКАЗЫ
О ФИЗИКЕ
И ФИЗИКАХ
МОСКВА «НАУКА»
ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ,
1986
Scan AAW
ББК 22.3 г
К53
УДК 53 (023)
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
Академик Ю. А. Осипьян (председатель), академик А. Н. Кол-
могоров (заместитель председателя), профессор Л. Г. Асламазов (уче-
ный секретарь), член-корреспондент АН СССР А. А. Абрикосов,
академик Б. К. Вайнштейн, заслуженный учитель РСФСР Б. В. Возд-
виженский, профессор С. П. Капица, академик С. П. Новиков, академик
АПН СССР В. Г. Разумовский, академик Р. 3. Сагдеев, профессор
Я. А. Смородинский, академик С. Л. Соболев, член-корреспондент
АН СССР Д. К. Фаддеев
Ответственный редактор выпуска Л. Г. Асламазов
Кикоин И. К.
К53 Рассказы о физике и физиках. — М.: Наука. Г л.
ред. физ.-мат. лит., 1986. — 160 с. — (Библиотечка
«Квант». Вып. 53.)
35 к. 130000 экз.
В книге собраны все статьи академика И. К. Кикоина, опубли-
кованные в журнале «Квант». В них автор — очевидец многих важ-
ных событий — рассказывает о становлении физики в Советском
Союзе, о выдающихся ученых, с которыми он работал и встречался,
об интересных физических явлениях.
Для школьников, студентов, преподавателей, инженеров, научных
работников.
К
1704010000-150
053(02)-86
КБ-18-10-86
ББК 22.3 г
© Издательство «Наука».
Главная редакция
физико-математической
литературы, 1986
СОДЕРЖАНИЕ
ИСААК КОНСТАНТИНОВИЧ КИКОИН (А. И. Александров,
В. А. Легасов) 5
ФИЛОСОФСКИЕ ИДЕИ В. И. ЛЕНИНА И РАЗВИТИЕ
СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ (к 75-летию книги В. И. Ленина
«Материализм и эмпириокритицизм») 9
КАК СОЗДАВАЛАСЬ СОВЕТСКАЯ ФИЗИКА (к 60-летию
Великого Октября) 21
АБРАМ ФЕДОРОВИЧ ИОФФЕ (к 100-летию со дня рож-
дения) 63
ОН ПРОЖИЛ СЧАСТЛИВУЮ ЖИЗНЬ (к 80-летию со дня
рождения И. В. Курчатова) 85
АНАТОЛИЙ ПЕТРОВИЧ АЛЕКСАНДРОВ (к 80-летию со
дня рождения) 91
МОИ ВСТРЕЧИ С ДЕБАЕМ (к 100-летию со дня рожде-
ния Петера Дебая) 94
ФИЗИКА И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС 97
ФИЗИКА В СОЮЗЕ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (к 60-летию образования СССР) НО
НАУКА-ДЕЛО МОЛОДЫХ 115
ФЭМ-ЭФФЕКТ 119
ЧТО ТАКОЕ ВОЛНА? 126
КАК ВВОДЯТСЯ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ 136
ФИЗИКИ - ФРОНТУ (к 40-летию Великой Победы) 148
1*
Исаак Константинович Кикоин
(1908-1984)
ИСААК КОНСТАНТИНОВИЧ
КИКОИН
И. К. Кикоин принадлежит к плеяде физиков,
сыгравшей особую роль в развитии советской науки. В двух го-
родах нашей страны, в Москве и Ленинграде, в первой полови-
не 20-х годов рождалась новая физика. Сюда из разных горо-
дов страны, только что начавшей оправляться от гражданской
войны, собирались талантливые молодые люди. В Ленинграде
ядром такой «конденсации» стал Физико-технический институт,
которым руководил А. Ф. Иоффе. Обстановка необычайно за-
ботливого отношения к молодежи и высокая научная требова-
тельность привели к созданию в ФТИ советской школы
физиков.
И. К. Кикоин пришел в Физико-технический институт, как
и многие его сверстники, из провинции. Он родился 28 марта
1908 г. в маленьком городе Жигара в семье школьного учителя
математики. Свое образование И. К. Кикоин начал в г. Пско-
ве, где он учился в школе и землеустроительном техникуме.
В 1925 г. он уезжает в Ленинград, где до 1930 г. учится в Поли-
техническом институте, преподаватели которого были тесно
связаны с Физико-техническим институтом. Они тщательно от-
бирали способных людей и привлекали их к научной деятель-
ности в Физтехе. Студенты активно участвовали в семинарах
Института и помогали в лабораториях. Среди этих студентов
оказался и И. К. Кикоин. Кроме «ученых» семинаров Физико-
технического института, существовали и специальные студенче-
ские семинары, где Д. А. Рожанский и Я. И. Френкель поруча-
ли студентам разобраться в самых современных физических
теориях. Такая тщательно продуманная ими схема давала бо-
гатый урожай. Не удивительно, что студенты приходили к кон-
цу обучения уже с развитыми научными интересами и с уме-
нием увидеть в величественном здании физики отдельные
области, в которых есть смысл испытать свои силы.
И. К. Кикоин пришел в Физико-технический институт со
своей задачей, идея которой возникла на семинаре Я. И. Френ-
келя. В то время большие дискуссии велись в связи с из-
мерением электропроводности в магнитном поле в жидких ме-
таллах. В серии работ 1931 — 1935 гг. И. К. Кикоин полностью
разобрался в крайне запутанной ситуации, нашел причины не-
удач прежних экспериментаторов и привел экспериментальные
данные в согласие с предсказаниями теории.
Первые крупные успехи определили на много лет стиль ра-
боты И. К. Кикоина. Изучение влияния магнитного поля, а за-
тем и других внешних факторов на электромагнитные свойства
5
твердых тел стало областью, где имя И. К. Кикоина стоит
в ряду самых признанных авторитетов.
Второй серией работ, выполненных в 1933— 1934 гг. (со-
вместно с М. М. Носковым), были работы по исследованию
влияния магнитного поля на фотоэлектрические эффекты в по-
лупроводниках. Открытие нового эффекта — фотомагнитно-
го — сделало эти работы классическими *).
В 1936* г. И. К. Кикоин переехал в Свердловск, где со-
здавался новый физический центр — Уральский физико-техни-
ческий институт. На Урале он продолжил исследования элек-
тропроводности металлов в магнитных полях и выполнил
блестящие по экспериментальному мастерству работы по
сверхпроводимости.
В начале войны ярко проявляется еще одна характерная
черта И. К. Кикоина — его умение использовать достижения
физики в развитии новых направлений в технике. Первой прак-
тической работой, успех которой отмечен Государственной
премией СССР, было создание нового типа амперметра для
измерения очень сильных токов.
Работа в промышленности и опыт плодотворной организа-
ционной работы на Урале привели к тому, что с самого начала
развития атомной техники в нашей стране И. К. Кикоин стал
во главе одного из ведущих направлений в этой области.
И. К. Кикоин был одним из организаторов Института атомной
энергии, где с 1943 г. возглавлял большой коллектив, успешно
решивший целую серию труднейших научных и технических за-
дач. В этот период деятельности проявляется талант И. К. Ки-
коина как инженера и организатора промышленности. Смело
взяв на себя огромную ответственность, он выступает как на-
учный руководитель, хорошо понимающий нужды промышлен-
ности в период научно-технической революции. За итоги этих
работ И. К. Кикоин был удостоен дважды звания Героя Со-
циалистического Труда, лауреата Ленинской премии и Госу-
дарственных премий СССР.
В середине 50-х годов интересы И. К. Кикоина снова допол-
няются и чисто физическими исследованиями. После долгого
перерыва он вновь обращается к фотомагнитному эффекту. Ис-
следование эффекта в монокристаллах кремния и германия по-
ложило начало изучению связи между симметрией кристалла
и фотомагнитным эффектом. Заменяя воздействие магнитного
поля деформацией, он обнаруживает новый эффект, названный
*) Об этих эффектах можно прочесть в статье И. К. Кикои-
на, С. Д. Лазарева «ФЭМ-эффект», опубликованной в настоящем
сборнике.
6
фотопьезоэлектрическим: возникновение разности потенциалов
в освещенном полупроводнике, подвергнутом деформации.
Умение использовать технические возможности позволило
И. К. Кикоину провести измерение электрических свойств ртут-
ного пара при высоких температурах и давлениях. Эта работа
стала классической и стимулировала развитие нового напра-
вления, связанного с исследованием плазмы.
Цикл работ, проделанных в последние годы, посвящен из-
менению электромагнитных свойств полупроводников под воз-
действием ионизующих частиц. Эти работы привели к откры-
тию новых эффектов, названных радиационным электромаг-
нитным и пьезоэлектрическим эффектами. Схема опыта повто-
ряет схему опытов, в которых были открыты фотомагнитный
и фотопьезоэлектрический эффекты, только вместо света
в новых опытах применяются ионизующие частицы: альфа-ча-
стицы и протоны. Физическая природа этих эффектов оказа-
лась новой и требует еще дальнейшего изучения.
Мы не упомянули еще многих работ, но и из этого кратко-
го перечня видна четкая направленность всех усилий И. К. Ки-
коина. Выросший на благодатной почве классической физики,
И. К. Кикоин сохранил во всех своих работах физическую яс-
ность в постановке задачи и простоту опыта, так характерную
для классической физики, принеся ее в физику современную.
Физические исследования И. К. Кикоина и его интенсивная
научная деятельность не исчерпывают всего его вклада в раз-
витие советской науки. С самого начала своей работы он стре-
мился сохранить преемственность поколений, остаться верным
заветам своих учителей. И. К. Кикоин много сил отдал работе
со студентами, читал лекции в Политехническом институте
в Ленинграде, в Политехническом институте в Свердловске,
в Московском инженерно-физическом институте и в Москов-
ском университете. Любимый его курс — «Общая физика».
В него он вкладывал всю свою физическую интуицию, весь
свой опыт, рассказывая студентам об общей цели физики и ее
главных направлениях развития. Большие задачи И. К. Кикоин
поставил перед собой в последние годы, включившись в работу
по реформе школьного обучения физике и развитию системы
выявления молодых талантов. Здесь, как и в других областях
своей деятельности, И. К. Кикоин охватил очень широкий круг
задач. Он много лет возглавлял комитет по школьным олим-
пиадам. Вместе с академиком А. Н. Колмогоровым И. К. Ки-
коин организовал первую в стране физико-математическую
школу, в которую отбираются способные юноши и девушки из
немосковских школ. Много времени он уделял созданию
новых школьных программ. Он издал учебник по физике для
7
восьмого класса. И. К. Кикоин не только писал программы
к учебникам, но и проводил большую работу по их популяри-
зации. Как и в промышленности, он и здесь стремился довести
идеи «до конечного продукта». Он читал лекции учителям, вел
уроки в школе и, возвращаясь к написанному, вновь и вновь
переделывал учебники, добиваясь ясности и лаконичности из-
ложения. Наряду с этим И. К. Кикоин в эти же годы органи-
зует издание первого физико-математического журнала для
школьников. Сегодня журнал «Квант», главным редактором
которого он являлся в течение 15 лет, завоевал самую широ-
кую популярность, и не только среди школьников. Работа по
школьным реформам очень трудоемка, но опыт, который про-
водил И. К. Кикоин, уже дал столько нового в разных сторо-
нах школьного обучения, что его можно ставить в один ряд
с исследованием и открытием новых физических эффектов.
Умер И. К. Кикоин 28 декабря 1984 г. Незадолго до
смерти он выступил перед школьниками во время вруче-
ния Школе естественных наук при Институте атомной энергии
им. И. В. Курчатова премии Ленинского комсомола. Его вы-
ступление — своеобразное завещание молодежи.
«Я хочу рассказать вам, о чем я думал, принимая эту награ-
ду, — обратился к собравшимся И. К. Кикоин.— Я думал
о том, что вот я — академик, руководитель большого коллек-
тива, у меня много наград, но без всяких сомнений все это — по-
ложение, степени, звания — обменял бы я на вашу молодость,
на ваши 15, пусть 17, лет.
А поменяться мне надо потому, что за долгую жизнь я не
успел насладиться любимой своей физикой, не хватило мне
времени, ясно вижу теперь — не хватило. А ведь не было ни
одного дня в жизни, ни выходного, ни праздника, ни отпуска,
когда бы я ею не занимался. Часто и сны вижу о физике. И все
равно времени не хватило. Вы сами узнаете, как это бывает,
когда проживете жизнь.
Поэтому сейчас не упускайте времени. Все равно его не хва-
тит, но хоть будет не так обидно. Знаете, ученый — это не на-
звание должности и не место работы. Вот он вошел в лабора-
торию — и стал думать о науке, и стал ученым. Это не так.
Ученый — это постоянное и часто мучительное, иногда пре-
красное состояние. Вот примерно об этом я думал, когда мне
передавали эту награду».
Пусть это напутствие И. К. Кикоина навсегда останется
с вами, как и светлая память о выдающемся ученом.
А. П. Александров
В. А. Легасов
ФИЛОСОФСКИЕ ИДЕИ В. И. ЛЕНИНА
И РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ
(к 75-летию книги В. И. Ленина
«Материализм и эмшфиокритицизм»)
В своей книге «Материализм и эмпириокрити-
цизм» В. И. Ленин дал исчерпывающий анализ философских про-
блем современной ему физики. Величайшее значение этого труда
Ленина заключается в том, что в нем был разработан метод
анализа философских проблем науки, которым и сейчас поль-
зуются прогрессивные ученые.
Владимир Ильич Ленин был не только великим политиче-
ским и государственным деятелем, но и великим ученым.
Особая роль физики в развитии как техники, так и филосо-
фии явилась причиной пристального внимания Ленина к вопро-
сам новой физики (может быть, на интерес Ленина к физике
в какой-то мере повлияло и то, что его отец Илья Николаевич
Ульянов был учителем физики).
Ленинский метод научной работы особенно близок сердцам
физиков. В своей теоретической работе Ленин всегда опирался
на опыт, на практику как на критерий истины. Ленин следую-
щими словами Энгельса поясняет идею «критерия практики»:
«В тот момент, когда, сообразно воспринимаемым нами свой-
ствам какой-либо вещи, мы употребляем ее для себя, — мы
в этот самый момент подвергаем безошибочному испытанию
истинность или ложность наших чувственных восприятий.
(Курсив мой. — И. К.) Успех наших действий дает дока-
зательство соответствия (Ubereinstimmung) наших восприятий
с предметной (gegenstandlich) природой воспринимаемых ве-
щей» *).
Но история науки знает немало примеров, свидетельствую-
щих о том, что явно неправильные с современной точки зрения
представления ученых приводили, тем не менее, к «успеху на-
ших действий».
Для примера возьмем старую теорию магнетизма, по кото-
рой намагниченный кусок стали рассматривался как маг-
нитный диполь, состоящий из двух магнитных полюсов, или
«магнитных зарядов» (по аналогии с электрическим диполем).
Пользуясь этим представлением, физики создали магнитоста-
тику, на которой базируется вся практика и техника использо-
вания магнитов. Эта практика блестяще подтвердила теорию
*) Л е н и н В. И. Поли. собр. соч., т. 18, с. 109—110.
9
«магнитных зарядов». Между тем теперь хорошо известно,
что никаких магнитных зарядов в действительности не суще-
ствует. И когда сейчас говорят о магнитных полюсах, то обя-
зательно оговаривают, что это фиктивное понятие.
Выходит, что критерий практики не может служить надеж-
ной основой для выяснения истинности наших представлений
о том или ином предмете? Это, разумеется, не праздный
вопрос.
Один из крупнейших физиков-теоретиков современности
Ричард Фейнман, пытаясь выяснить, что же такое философское
толкование физического закона, иллюстрирует значение этого
вопроса следующим примером.
«Пусть те, кто настаивает на том, что единственно важным
является лишь согласие теории и эксперимента, представят се-
бе разговор между астрономом из племени майя и его студен-
том. Майя умели с поразительной точностью предсказывать,
например, время затмений, положение на небе Луны, Венеры
и других планет. Все это делалось при помощи арифметики...
У них не было ни малейшего представления о вращении не-
бесных тел.
Представьте себе, что к нашему астроному приходит моло-
дой человек и говорит: «Вот, что мне пришло в голову. Может
быть, все это вертится, может, это шары из камня... и их дви-
жение можно рассчитывать совсем иначе». Далее, узнав, что
молодой человек еще не дошел до расчетов движения планет,
астроном майя ответит ему, что мы можем и так достаточно
точно вычислять затмения, так что не стоит возиться с твоими
идеями.
Как видим, — заканчивает Фейнман, — нелегкая задача — ре-
шить, стоит или не стоит задумываться над тем, что кроется за
нашими теориями».
Это и в самом деле нелегкая задача. Ведь если принять
безоговорочно утверждение, что критерием истины является
практика, то такое утверждение, как видно из приведенных
примеров, может привести к застою в науке.
Эту нелегкую задачу с блеском решил В. И. Ленин.
Утверждая, что «точка зрения жизни, практики должна
быть первой и основной точкой зрения теории познания», Ле-
нин добавляет:
«Конечно, при этом не надо забывать, что критерий прак-
тики никогда не может по самой сути дела подтвердить или
опровергнуть полностью какого бы то ни было челове-
ческого представления. Этот критерий тоже настолько «не-
определенен», чтобы не позволять знаниям человека превра-
титься в «абсолют», и в то же время настолько определенен,
10
чтобы вести беспощадную борьбу со всеми разновидностями
идеализма и агностицизма*)»** ***)).
«...Отсюда, — продолжает Ленин, — вытекает признание един-
ственным путем к этой истине пути науки, стоящей на материа-
листической точке зрения» ♦♦♦). (Курсив мой. — И. К.)
Подавляющее большинство физиков сознательно или сти-
хийно руководствуется именно таким ленинским пониманием
критерия практики.
Опыт служил Ленину надежной опорой, когда он формули-
ровал основы своих философских воззрений. Иллюстрацией
к этому может служить следующий пример.
Ленин считал необходимым проверить историей науки (т. е.
проверить экспериментально, как сказал бы физик) одно из ос-
новных положений диалектики — так называемое «единство
противоположностей». Фрагмент «К вопросу о диалекти-
ке» Ленин так и начинает: «Раздвоение единого и познание
противоречивых частей его... есть суть (одна из «сущностей»,
одна из основных, если не основная, особенностей или черт)
диалектики. <...> Правильность этой стороны содержания диа-
лектики должна быть проверена историей науки»****).
Это высказывание Ленина не было простой деклара-
цией. Такую проверку он сам осуществил в своей классической
работе «Материализм и эмпириокритицизм», написанной
в 1908 году, в работе, которая оказала и продолжает оказывать
огромное влияние на развитие науки.
Написанный в годы крутого перелома основных физических
представлений, этот труд дал исчерпывающий философский
анализ данных физики того времени.
Известно, что Ленин назвал «гигантскими, головокружи-
тельными» успехи физики за последние три десятилетия XIX
столетия и первые годы XX столетия. В еще большей мере та-
кую оценку можно дать успехам физики за годы, прошедшие
после выхода в свет книги Ленина «Материализм и эмпирио-
критицизм».
Начало нашего века ознаменовалось величайшей револю-
цией в физике. В 1905 году была опубликована знаменитая ра-
бота Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел», пред-
ставляющая собой основу специальной теории относительно-
сти. Мы не можем здесь подробно изложить эту теорию.
*) Агностицизмом называется философское учение, отрицающее
возможность познания объективного мира, ограничивающее роль на-
уки лишь познанием явлений. (Примеч. мое. — И. К.)
**) Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 18, с. 145-146.
***) Там же, с. 146.
****) Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 29, с. 316.
11
Сущность ее заключается в «простой» идее о том, что в движу-
щихся друг относительно друга системах отсчета время течет
по-разному. Теория относительности внесла коренные измене-
ния в представления о времени и пространстве — об этих ос-
новных философских и физических понятиях. Сейчас, когда ос-
новы теории относительности уже излагают в школьном курсе
физики, когда широко развивается ядерная техника, основан-
ная на прямых следствиях теории относительности, кажется
удивительным, что вначале эта теория была принята физиками
«в штыки». Даже один из величайших физиков начала нынеш-
него столетия, создатель электронной теории X. А. Лоренц не
сразу оценил значение этой теории. И это тот Лоренц, который
выковал для теории относительности самое могучее оружие —
так называемые «преобразования Лоренца».
Замечательно, что Ленин, спустя всего два с лишним года
после опубликования работы Эйнштейна, следующими слова-
ми оценил ее огромное революционное и философское значе-
ние: «...как ни необычно ограничение механических законов
движения одной только областью явлений природы и подчине-
ние их более глубоким законам электромагнитных явлений
и т. д., — все это только лишнее подтверждение диалектическо-
го материализма»*).
В течение многих лет теория относительности порожда-
ла обширную литературу, в которой отразилась ожесточенная
борьба на филологическом и физическом фронтах. Эта литера-
тура имеет сейчас главным образом исторический интерес,
и мы не будем на ней останавливаться. Но следует напомнить,
что В. И. Ленин и в дальнейшем продолжал считать автора
теории относительности «великим преобразователем естество-
знания».
В своем знаменитом труде «Материализм и эмпириокрити-
цизм» В. И. Ленин не ограничился общим философским анали-
зом бурного развития физики в период, когда он писал эту
книгу. В некоторых случаях он выступал как специалист-физик
высокой квалификации.
В качестве примера этому приведем разъяснение В. И. Ле-
нина одному из его идеологических противников чисто физиче-
ского вопроса о массе тела.
Известно, что вопрос о том, что такое масса тела, в преж-
нее время казался довольно сложным, и ответы на него разных
физиков были противоречивыми. К сожалению, и в наше вре-
мя нередко некоторые авторы придерживаются устарелых
определений этой важнейшей физической величины. Это связа-
*) Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 18, с. 276.
12
но с тем, что сам Ньютон, который, несомненно, понимал, что
такое масса тела, в своей книге «Математические начала нату-
ральной философии» дал не очень удачное определение этой
величины. Точное определение понятия массы дал впервые из-
вестный механик Сен-Венан. Так же определил эту величину
Л. Больцман в своих лекциях о принципах механики. Это
определение основано на опытах по взаимодействию тел.
Опыты показали, что отношение ускорений двух взаимодей-
ствующих тел есть величина постоянная и не зависит от усло-
вий взаимодействия и других условий. Обратное отношение
ускорений назвали отношением масс этих тел. Чтобы найти
массу отдельного тела, выбирают какое-нибудь тело, массу ко-
торого условно принимают за единицу — эталон массы. Отсю-
да следует определение массы: масса тела — это величина, вы-
ражающая его инертность, она определяет отношение модуля
ускорения эталона массы к модулю ускорения тела при их
взаимодействии.
Упомянутый выше идеологический противник В. И. Ленина,
не поняв смысла приведенного определения, решил его исполь-
зовать для «опровержения» материалистического мировоззре-
ния, указав, что понятие материи... сводится к обратному отно-
шению ускорений взаимодействующих тел!
В. И. Ленин объяснил незадачливому философу его ошибку
следующими словами: «Понятно, что если какое-нибудь тело
взять за единицу, то движение (механическое) всех прочих тел
можно выразить простым отношением ускорения. Но ведь «те-
ла» (т. е. материя) от этого вовсе еще не исчезают, не пере-
стают существовать независимо от нашего сознания»*). При-
веденный пример показывает, насколько ясно, профессиональ-
но В. И. Ленин разбирался в сложных по тем временам
понятиях физики.
Революцию, сравнимую с той, которую произвела тео-
рия относительности, совершила в физике и квантовая механи-
ка. Уже упоминавшийся ранее Ричард Фейнман свидетель-
ствует, например, что «...было время, когда газеты писали, что
теорию относительности понимают только двенадцать чело-
век». Не соглашаясь с таким мнением и считая, что многие
ученые, прочитав статью Эйнштейна, так или иначе поняли тео-
рию относительности, Фейнман продолжает: «Но мне кажется,
я смело могу сказать, что квантовой механики никто не
понимает». Это честное заявление крупнейшего физика-тео-
ретика, столь много сделавшего для развития квантовой
электродинамики, весьма многозначительно.
*) Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 18, с. 305.
13
Далее Фейнман поясняет, что значит «понимать» квантовую
механику. Это значит — найти ответ на вопрос: «Как же так
может быть?».
Современная физика — это квантовая физика. Успехи кван-
товой механики можно назвать исключительными. Она позво-
лила раскрыть тайну строения атома. Пользуясь квантовой ме-
ханикой, можно с любой точностью рассчитать атом, т. е.
вычислить детальную электронную структуру атома. Эти
вычисления находятся в потрясающем по точности согласии
с экспериментом.
Вся современная квантовая электроника с ее разнообразны-
ми техническими применениями (лазерами, мазерами и т. п.) —
это продукт квантовой механики. Квантовая механика еще не
стала объектом изучения в школе, но ее приложения уже изу-
чаются в технических вузах.
И при всем том крупнейший авторитет в этой области фи-
зики утверждает, что ее никто не понимает!
Попытаемся разобраться, в чем причины непонимания
квантовой механики.
Дело в том, что уже при самом ее зарождении квантовая
механика содержала противоречия. Обратимся, например,
к простейшему проявлению квантовой природы света — к фо-
тоэлектрическому эффекту.
В теории фотоэффекта, развитой Эйнштейном, свет частоты
v рассматривается как поток «частиц» — фотонов, энергия ко-
торых Е = hv (h — постоянная Планка). Когда фотоны дости-
гают поверхности металла, некоторая часть их поглощается
электронами. Электрон, поглотивший фотон, приобретает
энергию hv. Обладая такой энергией, электрон может покинуть
металл, вылететь наружу. При этом он теряет часть приобре-
тенной энергии, затратив ее на «работу выхода» А. Поэтому
максимальная кинетическая энергия, с которой электрон выле-
тит из металла, равна
1/2mv2 = hv - А.
Эта знаменитая формула Эйнштейна для фотоэффекта под-
тверждается многочисленными экспериментами и лежит в ос-
нове бесчисленных применений этого явления.
Так вот, если вдуматься в смысл формулы Эйнштейна (она
была получена им тоже в 1905 году), то сразу становится ясной
ее противоречивость.
Входящая в эту формулу величина Е = hv — это энергия
«световой частицы» (фотона), а величина v — частота света, со-
стоящего из частиц. Но частота — это величина, характеризую-
щая волну. Понятие частоты света появилось после того, как
14
в XIX столетии было установлено, что свет представляет собой
процесс распространения колебаний. Такой процесс и назы-
вается волновым. Но волна, по самому смыслу этого понятия,
занимает большую область пространства (если говорить стро-
го — все пространство). Частица же — это нечто такое, что ло-
кализовано в пространстве, занимает малый объем. Поэтому
основное выражение Е = /iv, связывающее энергию фотона, т. е.
частицы, с частотой световой волны, представляется с точки
зрения «здравого смысла» абсурдным.
Фотоэлектрические явления неопровержимо доказали, что
свет представляет собой поток частиц.
С другой стороны, существуют столь же неопровержимые
экспериментальные доказательства того, что свет представляет
собой волновой процесс. Действительно, самое характерное
свойство волн заключается в следующем: если наложить две
волны друг на друга так, чтобы гребень одной совпал со впа-
диной другой (рис. 1,я), то волнение вовсе прекратится (рис.
1,6). И наоброт, когда гребни одной волны совпадают с греб-
нями другой, волнение усиливается. Это хорошо известное
явление называется интерференцией волн. Можно утверждать,
б
Рис. 1
15
что если в каком-либо опыте наблюдается явление интерфе-
ренции, то мы имеем дело с волной.
Волновая теория света утвердилась в науке после того, как
было показано, что некоторые точки экрана, освещаемого
одновременно двумя одинаковыми источниками света, оказы-
ваются темными (рис. 2), тогда как при действии каждого из
источников в отдельности экран
Рис. 2
освещен равномерно.
Практика, следовательно, при-
вела к необходимости принять па-
радоксальный факт, что как Вол-
новая, так и квантовая теория
света верны, а формула Е = hv
устанавливает связь между этими
противоречащими друг другу тео-
риями.
Этот вызов «здравому смыслу»
достиг своей кульминации в
1924 году, когда двойственное по-
нятие «волна — частица» путем
теоретических рассуждений было распространено на элек-
троны и атомы. Другими словами, атом и электрон, которые
с момента их открытия обладали всеми свойствами частиц,
должны были вести себя и как волны. И очень скоро экспери-
менты подтвердили эти теоретические выводы.
Основы квантовой механики были заложены в 1925 —
1927 годах. Существенный вклад в ее развитие внес немецкий
физик Вернер Гейзенберг. Он сформулировал так называемое
соотношение неопределенностей, вокруг которого разгорелась
обширная философская дискуссия. Многих известных физиков
это соотношение привело в лагерь философских идеалистов.
На первый взгляд соотношение неопределенностей имеет
совершенно безобидный вид:
Ах • Ар < h/2n.
Здесь Ах — неопределенность (неточность) значения коор-
динаты частицы, Ар — неопределенность значения импульса ча-
стицы и h — постоянная Планка. В переводе на разговорный
язык эта формула означает, что нельзя в одно и то же время
точно узнать место и скорость движения частицы. Другими
словами, если мы попытаемся определить точное значение ско-
рости частицы, находящейся в данный момент в строго фикси-
рованной точке ее траектории, то сделать это нам не удастся.
И наоборот, если мы заставим частицу двигаться со строго
определенной скоростью, то мы не сможем точно указать,
16
в какой точке траектории находится частица в данный момент
времени. Отсюда легко сделать «простейшее» заключение явно
идеалистического характера о том, что знания человека прин-
ципиально ограничены, раз нам не дано ответить на такой про-
стой вопрос. Более того, отсюда же можно сделать заключе-
ние, столь же идеалистическое по своему смыслу, что события
в мире непредсказуемы, т. е. нарушается принцип причинност*и.
Действительно, мы привыкли к тому, что классическая ме-
ханика позволяет нам предвидеть будущее движение тела, если
известны его начальное пополнение и скорость, а также дей-
ствующие на него силы. На этом строится вся классическая ме-
ханика. Так, успехи космонавтики основаны на том, что, зная
место старта ракеты (начальные координаты), сообщив ракете
известную начальную скорость, мы можем по законам класси-
ческой механики заранее предсказать, где будет находиться ра-
кета в любой момент времени.
Иное дело с частицей, подчиняющейся квантовой механике.
Раз мы, в соответствии с соотношением неопределенностей, не
можем точно указать ее координаты и скорость в данный мо-
мент времени, то, очевидно, мы не можем предсказать, какими
они станут в будущем. А происходит это потому, что час-
тицы (электроны, атомы, нейтроны и т. д) обладают волно-
выми свойствами.
В самом деле, рассмотрим следующий грубо схематизиро-
ванный опыт, который, тем не менее, очень недалек от дей-
ствительно осуществляемых опытов. Представим себе (рис. 3),
что через два отверстия в экране
пролетают электроны, испускае-
мые каким-то источником, напри-
мер, раскаленной проволочкой. По-
зади экрана мы можем пере-
двигать параллельно ему счетчик
электронов. Счетчик регистрирует
каждый попавший в него электрон.
Значит, число электронов можно
непосредственно сосчитать.
Естественно полагать, что каж-
дый электрон, попадающий в счет-
чик, прошел через одно из двух
отверстий. Поэтому, если мы со-
считаем число электронов, попав-
ших в счетчик через первое отверстие при закрытом втором,
затем проделаем то же самое с электронами, попавшими в счет-
чик через второе отверстие при закрытом первом, мы вправе
ожидать, что число электронов, попавших в счетчик через оба
17
отверстия, будет равно сумме показаний счетчика. Мы увере-
ны, что так было бы, если бы мы стреляли из пулемета че-
рез броневой щит с двумя отверстиями, за которым в каком-
нибудь месте помещен ящик с песком, где застревают проле-
тевшие пули. Можно не сомневаться в том, что число пуль,
попадающих в ящик с песком при открытых обоих отверстиях
в щите, равно сумме пуль, попадающих в тот же ящик через
каждое из отверстий в отдельности (конечно, за один и тот же
промежуток времени, скажем за час).
Но когда мы «стреляем» электронами, этого не получается!
Больше того, может оказаться, что установленный в надлежа-
щем месте счетчик, зарегистрировавший одинаковое число
электронов при их прохождении через каждое отверстие в
отдельности (когда одно из отверстий закрыто), не реги-
стрирует ни одного электрона, когда открыты оба отверстия
(рис. 3).
Естественно возникает вопрос: как это может быть?
Нетрудно усмотреть здесь то же явление, которое наблю-
дается при освещении экрана двумя одинаковыми источниками
света, т. е. явление интерференции.
Попытаемся теперь ответить на вопрос, почему непонятна
квантовая механика. Это поможет нам найти корни идеалисти-
ческих выводов, к которым пришли некоторые философы и фи-
зики, анализируя создавшееся в физике положение.
Основная трудность понимания рассмотренных выше физи-
ческих явлений заключается в том, что мы пытались при их
анализе пользоваться теми же понятиями, к которым мы при-
выкли в повседневной жизни. Многовековой опыт человечества
привел к тому, что человек считает для себя понятным то, что
он может представить себе в виде геометрического или механи-
ческого образа. Этот опыт, практика изучения окружающего
мира привели к созданию ряда понятий, при помощи которых
реальный мир отражается в мозгу человека. Но до XX века че-
ловечество занималось лишь макроскопическими телами, дви-
жущимися со сравнительно небольшими скоростями. Макро-
скопическими называются тела, которые можно видеть, опре-
делить их форму и размеры (создать геометрический образ)
и изучить их движение (создать механический образ). К этому
опыту были приспособлены и соответствующие понятия.
Механика Ньютона, разработанная применительно к движе-
нию макроскопических тел, установила, что механическое со-
стояние тела однозначно определяется его координатами и им-
пульсом (или скоростью, если массу тела считать неизменной).
Но вот мы перешли к миру объектов, подчиняющихся
квантовым законам, чуждым механике Ньютона. Человеческий
18
опыт не успел еще выработать образы объектов и понятия, со-
ответствующие этому миру.
Если опыт показывает, что эти объекты обладают и свой-
ствами частиц, и свойствами волн, то в действительности они
не волны и не частицы, а должны быть чем-то иным, «единым
в противоположностях». И действительно, если внимательно
рассмотреть экспериментальные доказательства того, что элек-
трон есть обычная механическая частица, то мы убедимся, что
это весьма косвенные доказательства. Скорее всего только глу-
бокое убеждение физиков в атомистическом строении вещества
привело их к выводу: опыты с электронами (и атомами то-
же) свидетельствуют о том, что они являются частицами
в обычном механическом смысле.
Даже Эйнштейн не мог отречься от «механической» точки
зрения на движение электрона. Он часто качал головой и гово-
рил: «Но ведь не гадает же бог „орел-решка”, чтобы решить,
куда должен двигаться электрон».
В наше время достоверность реального существования ато-
мов, электронов, протонов может соперничать с достовер-
ностью системы Коперника в астрономии. Но это не значит,
что мы можем представлять себе эти объекты как уменьшен-
ную модель астрономических тел. Мы до сих пор никак не мо-
жем их себе представить; они ни на что не похожи. И в этом
природа не виновата!
Было бы, конечно, выражением высшей степени философ-
ского идеализма считать, что природа должна так приспосо-
биться к человеческому разуму, чтобы он мог образно предста-
влять себе все ее объекты. Именно потому, что мы не можем
представить квантовые объекты в виде геометрических и меха-
нических образов, мы считаем их непонятными.
Но если это так, то какие у нас основания предполагать,
что состояние квантовых объектов должно определяться теми
же величинами, т. е. координатами и импульсом, которыми
определяется состояние небесных тел? Словом, вопрос «каковы
координаты и импульс в данный момент времени?» примени-
тельно к квантовым объектам — незаконный вопрос. Ведь не
всякий вопрос правомерен. Например, нельзя ответить на во-
прос «какого цвета пулковский меридиан?» Но из этого не
следует, что возможности познания ограничены!
В такой же мере, по-видимому, неправомерен вопрос «ка-
ковы координаты и импульс электрона?»
К создавшейся ситуации в квантовой механике как нельзя
лучше применимы слова Ленина: «Движение тел превращается
в природе в движение того, что не есть тело с постоянной мас-
сой, в движение того, что есть неведомый заряд неведомого
19
электричества в неведомом эфире, — эта диалектика мате-
риальных превращений, проделываемых в лаборатории и на за-
воде, служит в глазах идеалиста... подтверждением не материа-
листической диалектики, а доводом против материализма...»*).
Из того, о чем было сказано выше, ясно, что «непонят-
ность» квантовой механики не дает никаких оснований для
идеалистических выводов об ограниченности возможности по-
знания природы.
Также лишен основания идеалистический вывод о наруше-
нии принципа причинности, т. е. о непредсказуемости событий.
По квантовой механике, состояние системы вполне опреде-
ляется специальной величиной, так называемой волновой функ-
цией. Для нее имеется уравнение, решив которое, физик вполне
может предвидеть, какой у него получится результат опыта.
И не было случая, чтобы уравнения квантовой механики под-
водили экспериментаторов!
Здесь вполне уместно следующее высказывание Ленина
о современной ему новой физике: «... все это много мудренее
старой механики, но все это есть движение материи в про-
странстве и во времени **).
В наши дни все больше и больше физиков всего мира стано-
вятся на позиции диалектического материализма. В свое время
Ленин показал, что современные ему физики не сумели «прямо
и сразу подняться от метафизического материализма к диалек-
тическому материализму». Но он предвидел, что «этот шаг де-
лает и сделает современная физика».
Это предвидение Ленина сбылось!
*) Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 18, с 297-298.
**) Там же, с. 298.
КАК СОЗДАВАЛАСЬ СОВЕТСКАЯ
ФИЗИКА
(к 60-летию Великого Октября)
С первых же лет своего существования молодое
советское государство уделяло огромное внимание развитию
отечественной науки.
По инициативе и при активной поддержке Владимира
Ильича Ленина в стране было создано немало новых научных
центров. Одним из них был Ленинградский физико-тех-
нический институт, основанный в 1918 году Абрамом Федо-
ровичем Иоффе. В этом институте я и начал заниматься
физикой.
До революции наука в России развивалась в основном
в университетах и была оторвана не только от практической
жизни, но даже и от настоящей современной науки. Абрам Фе-
дорович Иоффе рассказывал, что, когда он начал заниматься
физикой, в университетах России господствовала такая точка
зрения на работу ученого-физика: дело научного работника —
повторять опыты, которые ставились за границей, а новые
идеи и самостоятельные работы считались немыслимыми, по-
тому что, мол, у нас нет достаточно подготовленных ученых.
Еще в 1918 году, сквозь дым пожара гражданской войны,
А. Ф. Иоффе сумел увидеть будущие контуры социалистиче-
ской страны и понять, что будущая техника и промышленность
должны базироваться на хорошо развитой физической науке.
А для этого нужны были физики, знакомые с техникой, ко-
торые могли бы в будущем связать физическую науку с по-
требностями техники. Для подготовки таких специалистов
Иоффе создал в Ленинградском политехническом институте
физико-механический факультет. На этот факультет я и по-
ступил в 1925 году.
Учиться на факультете было трудно, потому что физико-
математические дисциплины преподавались на уровне универ-
ситетской программы, а вместе с тем студенты должны были
изучать инженерные дисциплины. Поступив в институт, я сразу
погрузился в атмосферу настоящей науки.
Мы, студенты, знали, что наш декан — знаменитый ученый,
именем которого назван открытый им эффект. Эффект Иоффе
заключается в том, что при смачивании поверхности кристалла
каменной соли (NaCl) водой его прочность возрастает в не-
сколько сот раз. Результаты необычайно простого по исполне-
нию опыта, поставленного Иоффе, имели чрезвычайно важное
значение. И вот почему.
21
В 1915 году замечательный немецкий физик Макс Борн со-
здал строгую теорию кристаллов. Эта теория объясняла опти-
ческие, электрические и другие свойства различных кристаллов.
Многочисленные экспериментальные данные, имевшиеся в то
время, подтверждали справедливость теории. И только
в одном теория резко расходилась с экспериментом — в оценке
прочности кристаллов. Было, например, известно, что кри-
сталл каменной соли при его растяжении разрушается, когда
возникающие в нем в результате деформации напряжения со-
ставляют приблизительно 4,5 • 106 Н/м2. (Напряжением и
называют отношения силы упругости |Fynp | к площади 5 по-
перечного сечения образца, перпендикулярного направлению
деформации: о = |Fynp |/$. Значение о, при котором образец
разрушается, называют пределом прочности.) А теоретический
расчет давал совершенно иную оценку — порядка 109 Н/м2.
И объяснить это расхождение в рамках теории Борна никому
не удавалось.
А. Ф. Иоффе предположил, что рассматриваемая в теории
модель разрушения кристалла отличается от того, что проис-
ходит в реальном кристалле при его деформации. Теоретиче-
ские расчеты предела прочности делались в предположении,
что кристалл разрушается мгновенно по всему сечению образ-
ца. Иоффе же предположил, что разрушение кристалла проис-
ходит постепенно. Начинается оно в каком-то самом «слабом»
месте, а потом распространяется вдоль по сечению образца.
Постепенность разрушения связана с тем, что на поверхности
кристалла имеются микроскопические трещины. С такой тре-
щинки и начинается разрушение при напряжениях, конечно,
меньших, чем теоретические значения пределов прочности.
Трещинка постепенно разрастается и приводит к разрыву всего
кристалла.
Идея опыта, который А. Ф. Иоффе поставил для проверки
своего предположения, была необычайно проста. Тонкий моно-
кристаллический образец каменной соли погружался частично
в теплую воду. Вода постепенно растворяла соль, мокрая часть
образца становилась тоньше, но поверхность ее делалась глад-
кой, трещины исчезали. В таком виде образец подвергался рас-
тяжению. Опыты показали, что сухая часть образца разруша-
лась при напряжениях 4,5 • 106 Н/м2, а погруженная в воду
часть образца выдерживала напряжения до 1,6 • 109 Н/м2. Так
блестяще подтвердилась гипотеза А. Ф. Иоффе.
Многие физики считали, что предложенная Иоффе модель
разрушения кристалла не соответствует действительности. Но
многократно повторенные убедительные опыты подтвердили
ее правильность. И обнаруженному Иоффе явлению повыше-
22
ния прочности кристаллов при сглаживании их поверхности
было присвоено название «эффект Иоффе».
Мы, студенты, очень внимательно следили за научными ус-
пехами наших профессоров, болели за них. Мы очень горди-
лись тем, что у нас на факультете работает Александр Алек-
сандрович Фридман — один из крупнейших механиков в мире.
Мы знали, понаслышке, что он внес очень существенный
вклад в общую теорию относительности, поправив самого
Эйнштейна.
Эйнштейн в первой четверти XX столетия сформулировал
вслед за специальной теорией относительности общую теорию
относительности. Эта теория позволяла создать математиче-
скую модель Вселенной — составить систему уравнений, реше-
ние которой описывало состояние Вселенной. Сам Эйнштейн
нашел стационарное решение, и модель Вселенной, построен-
ная Эйнштейном, была статичной, неизменной во времени.
Фридман догадался, что наряду со статическим решением
Эйнштейна существует динамическое решение. Это означает,
что состояние Вселенной постоянно изменяется во времени,
Вселенная расширяется.
Известно, что поначалу Эйнштейн встретил эту работу
Фридмана в штыки, но потом понял, что идея, которую выска-
зал Фридман, справедлива*). Оказалось, что расширение Все-
ленной следует из общей теории относительности. Когда это
было учтено, теория относительности стала практически закон-
ченной теорией. Таким образом, Фридман наряду с Эйнштей-
ном является одним из авторов общей теории относительно-
сти. Мы этим очень гордились.
У нас в институте Фридман читал курс механики. А
в нашей студенческой библиотеке был отпечатанный курс лек-
ций, прочитанных Фридманом в Военно-морской академии.
Назывался он «Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости».
Мы тогда еще не понимали, что это означает. И только потом
мы узнали, что в нем впервые была решена задача о движении
жидкости или газа с очень большими скоростями, когда
жидкость или газ принципиально нельзя считать идеальными
и надо учитывать их сжимаемость. Теперь эта работа Фридма-
*) 18 сентября 1922 года Эйнштейн опубликовал свое «Замечание
к работе А. Фридмана „О кривизне пространства”», в котором он пи-
сал: «Результаты относительно нестационарного мира, содержащиеся
в упомянутой работе, представляются мне подозрительными». Но уже
31 мая 1923 года Эйнштейн писал: «В предыдущей заметке я подверг
критике работу Фридмана... Однако моя критика, как я убедился... ос-
новывалась на ошибке в вычислениях. Я считаю результаты Фридмана
правильными...».
23
на стала общепринятой теорией, на которой основана вся ги-
дромеханика сверхзвуковых скоростей. Этот раздел гидромеха-
ники называется газовой динамикой. Так что родоначальником
газовой динамики был наш профессор А. А. Фридман. К сожа-
лению, он погиб очень рано — в 1925 году, когда ему было все-
го 37 лет.
Напротив нашего института, через улицу, которая называ-
лась «Дорога в Сосновку», находился Ленинградский физико-
технический институт (тогда он назывался Физико-технический
рентгеновский институт). Директором его был академик
А. Ф. Иоффе. Зрелых физиков в этом институте было очень
мало. Был сам академик Иоффе; он привлек к работе профес-
сора Дмитрия Аполлинариевича Рожанского, крупного радио-
физика; привлек Ивана Васильевича Обреимова, недавно окон-
чившего университет (ныне академика); пригласил работать
недавно окончившего университет Николая Николаевича Се-
менова (ныне академика, Нобелевского лауреата); к работе
был привлечен профессор Яков Ильич Френкель, крупный
ученый, один из основателей советской теоретической физики;
был привлечен Александр Алексеевич Чернышев — крупный
электрик, который занимался вопросами электротехники. Ос-
новную массу сотрудников составляли молодые люди, начав-
шие работу, будучи студентами физико-механического факуль-
тета. На этом основании недруги коренного, я бы сказал,
революционного преобразования в физике и в развитии на-
учных работ, которое началось в Физико-техническом институ-
те, называли этот институт детским садом. Тем не менее
ЛФТИ уже стал одним из основных центров физической науки
в СССР.
Отбирались студенты на работу в институт таким образом.
Преподаватели факультета — сотрудники института, в том чис-
ле и студенты старших курсов, руководившие лаборатор-
ными работами студентов, имели указания А. Ф. Иоффе
присматриваться к студентам, которые проявляют интерес
и способности к экспериментальной физике, и приглашать их
на работу в Физико-технический институт. В 1927 году, будучи
студентом второго курса, я был приглашен на работу в Физи-
ко-технический институт. Там молодежь сразу приобщалась
к современной науке. С нами не очень нянчились и не счита-
лись с тем, что у себя на факультете мы еще чего-то «не прохо-
дили». На научных семинарах, которые проходили регулярно
по пятницам, с 5 до 7 вечера, разбирались научные работы,
только что сделанные сотрудниками института или опублико-
ванные в зарубежных журналах. Мы, принимавшие участие
в работе семинара, должны были слушать и понимать, о чем
24
идет речь, а если не понимали, то спрашивать. В первое вре-
мя мы даже не решались спрашивать, потому что не понимали
ничего. Но довольно быстро понимание наступило, по-види-
мому, потому, что мы привыкли к стилю изложения и сами
много читали.
У нас на факультете были, конечно, учебные студенческие
семинары. Одним из них руководил профессор Рожанский,
а другим — профессор Френкель. На этих семинарах разбира-
лись самые современные вопросы физики, и мы довольно бы-
стро усваивали, какие проблемы волнуют физиков. В частно-
сти, в 1927 году на семинаре профессора Рожанского разбира-
лась только что вышедшая работа Дэвиссона и Джермера,
в которой впервые было экспериментально показано, что при
отражении электронов от кристаллов наблюдается дифрак-
ционная картина, как при рассеянии самого обычного света на
дифракционной решетке. Мы знали, что дифракция света
объясняется тем, что свет — это волна. Но электрон считали
нормальной частицей, подчиняющейся законам механики.
И сначала представлялось просто невозможным понять, поче-
му отражение электронов происходит так, как будто на поверх-
ность кристалла падает не пучок частиц, а пучок света. Этот
вопрос мы и разбирали на семинаре Рожанского, на котором
подробно изучался опыт Дэвиссона и Джермера (докладыва-
ли студенты) и обсуждалась его интерпретация. Этот опыт был
первым убедительным доказательством справедливости пред-
положения, сделанного в 1924 году французским физиком Луи де
Бройлем, о том, что движущиеся электроны проявляют свой-
ства не только частиц (корпускул), но и волн, подобно тому,
как электромагнитное излучение, например свет, обладает
свойствами как волн, так и частиц. И еще де Бройль предполо-
жил, что соотношения между корпускулярными характеристи-
ками и волновыми должны быть одними и теми же для элек-
тронов и излучения. Опыт Дэвиссона и Джермера показал, что
действительно электроны при отражении от поверхности кри-
сталла ведут себя как волны и что длина волны X, соответ-
ствующая движущемуся электрону, равна h/mv, где h — по-
стоянная Планка, т - масса электрона, v - его скорость.
В наши дни это стало уже тривиальностью.
На семинаре Френкеля тоже разбирался вопрос, который
волновал физиков того времени. Вопрос касался не отдельных
атомов и не отдельных электронов, а строения вещества. Мы
уже знали, что атомы притягиваются, пока расстояние между
ними примерно равно размеру атома. А при дальнейшем сбли-
жении атомов между ними начинают действовать силы оттал-
кивания. Но было непонятно, почему атомы располагаются
25
в твердом теле, образуя правильную кристаллическую ре-
шетку.
Тогда теорией твердого тела занимались довольно мало.
Начало созданию современной теории твердого тела положил
Эйнштейн. В 1907 году он разработал квантовую теорию те-
плоемкости твердого тела. Эйнштейн рассматривал твердое
тело как совокупность атомов, совершающих колебания около
положения равновесия с одной и той же частотой. При нагре-
вании тела меняется амплитуда этих колебаний, следовательно,
меняется и энергия колеблющихся атомов. Изменение энергии
тела при его нагревании на один градус и есть теплоемкость
тела. Формула Эйнштейна для теплоемкости твердого тела
правильно описывала характер изменения теплоемкости с тем-
пературой, но при низких температурах рассчитанные по этой
формуле значения теплоемкости не совпадали с эксперимен-
тальными результатами.
Теорию Эйнштейна усовершенствовал Дебай в 1912 году.
Он предположил, что атомы в твердом теле колеблются не не-
зависимо, они связаны между собой и образуют единую коле-
бательную систему. Расчеты, основанные на этом предположе-
нии, дали прекрасное совпадение теоретических значений
теплоемкости с экспериментальными данными. Они, в частно-
сти, согласовывались с давно известным фактом — так назы-
ваемым законом Дюлонга и Пти, по которому теплоемкость
одного моля любого твердого вещества одна и та же и равна
25 Дж/(моль • К).
Но в разработанной теории теплоемкости было одно «тем-
ное место» — это теплоемкость металлов. Металл, как извест-
но, состоит из ионизованных атомов, образующих кристал-
лическую решетку, и свободных электронов. Эти свободные
электроны ведут себя как обычный идеальный газ (его назы-
вают электронным газом). Казалось бы, теплоемкость 1 моля
металла должна складываться из теплоемкости решетки
(25 Дж/(моль • К)) и теплоемкости электронного газа. А по-
следнюю подсчитать совсем нетрудно — как теплоемкость
одноатомного идеального газа: энергия Е одного моля газа
равна 3/2ЯТ (R — газовая постоянная), а теплоемкость
С = ЬЕ/ЬТ= 3/2R&T/bT = 3/2R ъ 12,5 ДжДмоль- К).
Итак, теплоемкость моля металла должна бы равняться
приблизительно 37,5 Дж/(моль • К). А измерения показывали,
что она равна 25 ДжДмоль • К). Это было настолько непонят-
но, что физики называли этот парадокс «катастрофой тепло-
емкости».
26
Объяснить этот факт стало возможно только с появлением
квантовой механики. Квантовомеханическую теорию электрон-
ного газа в металле разработали Зоммерфельд в Германии, а
у нас в Советском Союзе профессор Яков Ильич Френкель.
Согласно этой теории свойства электронного газа существенно
отличаются от свойств одноатомного газа. В частности, при
обычных (не очень высоких) температурах энергия свободных
электронов в металле практически не зависит от его темпера-
туры, тогда как кинетическая энергия атомов газа прямо про-
порциональна температуре. Иными словами, при нагревании
металла его внутренняя энергия изменяется только за счет из-
менения энергии колебания атомов (точнее — ионов) кристал-
лической решетки; энергия же электронного газа остается неиз-
менной. Следовательно, теплоемкость металлов — это те-
плоемкость атомов его решетки и равна она 25 Дж/(моль ♦ К).
Так была устранена «катастрофа теплоемкости».
На семинаре Я. И. Френкеля он сам рассказывал нам эле-
менты теории Зоммерфельда и о своих исследованиях в этом
направлении.
Была еще одна проблема в физике металлов, которая вол-
новала ученых. Есть такое явление, которое называется эффек-
том Холла. Заключается оно в
следующем. Представим себе пря-
моугольную металлическую плас-
тину, вдоль которой течет элект-
рический ток 1 (рис. 1). Очевидно,
что между точками А и А' пласти-
ны напряжение равно нулю. Но
если эта пластина помещена в
магнитное поле, индукция В ко-
торого перпендикулярна к плоскости пластины, то между точ-
ками А и А' возникает некоторое напряжение U, которое
называют э. д. с. Холла. Э. д. с. Холла можно измерить с по-
мощью гальванометра, подсоединенного проводниками к точ-
кам А и А'.
Возникновение в проводнике с током под действием магнит-
ного поля разности потенциалов в направлении, поперечном по
отношению к направлению тока, и называется эффектом Хол-
ла. (Это явление было теоретически предсказано в 60-х годах
прошлого столетия Максвеллом.) Как объясняется возникнове-
ние э. д. с. Холла?
Известно, что ток представляет собой движение электронов,
а на электрон, движущийся в магнитном поле со скоростью г,
перпендикулярной к индукции поля В, действует сила Лоренца
Ел, равная по абсолютной величине е | v 11В |. Направление силы
27
Лоренца определяется правилом левой руки (если левую руку
расположить так, чтобы вектор В «входил» в ладонь, четыре
сложенных пальца были вытянуты вдоль направления, проти-
вотел ожного направлению скорости v электрона, то отогнутый
большой палец укажет направление силы Лоренца). Пусть
пластина расположена в магнитном поле так, как показано на
рис. 1. По пластине вдоль оси Y течет ток (скорость электро-
нов направлена в противоположную сторону!). Тогда под дей-
ствием силы Лоренца электроны будут отклоняться к грани а'
пластины, и на этой грани скопится избыточное количество
электронов. Накопившиеся электроны создают внутри пла-
стины электростатическое поле, напряженность которого про-
порциональна их числу. В этом поле на электроны действует
сила | F31 = е | Е |, направленная противоположно силе Лоренца,
т. е. тормозящая их. Очевидно, что когда эта сила станет рав-
ной силе Лоренца, действующей на «протекающий» по пласти-
не электрон, поперечное перемещение электронов прекратится.
Из условия равенства этих сил можно найти напряженность
| Е | установившегося электростатического поля внутри пла-
стины :
е\Е \ = е\В\\v \,
откуда
\E\ = \B\\v\.
При этом между точками А и А' пластины установить раз-
ность потенциалов
U = \Е\b = \В\\v\Ь,
где b — ширина пластины. Скорость электронов легко опреде-
лить, зная ток I, концентрацию п электронов в образце (число
их в единице объема) и площадь S сечения пластины, перпенди-
кулярного направлению тока. Действительно,
I = пе | v | S,
откуда
| v | = I/neS = I/nebd
(d — толщина пластины).
Таким образом, напряжение U, возникающее между точка-
ми Л и Л' пластины, равно
U = \B\I/ned.
Эту разность потенциалов впервые обнаружил и измерил аме-
риканский физик Холл.
Итак, электронная теория металлов довольно просто объяс-
няет эффект Холла. Однако в этом вопросе существовала одна
28
трудность. Из приведенного выше объяснения следует, что
знак э. д. с. Холла определяется только направлением тока,
протекающего через пластину, и направлением магнитного по-
ля и должен быть одним и тем же для всех металлов. Между
тем опыты показали, что у ряда металлов э. д. с. Холла имеет
обратный знак, как будто в них носители тока не электроны,
а положительные заряды. Этому никто не мог найти объяс-
нения.
И только в 30-х годах ученик Зоммерфельда Рудольф Пай-
ерлс дал объяснение этому явлению. Он сумел это сделать на
основе квантовомеханических представлений о поведении элек-
тронов в металлах. Как почти всем квантовым явлениям, дать
наглядное объяснение возникновения обратной э. д. с. Холла
нельзя.
Когда работа Пайерлса появилась в печати, Френкель пору-
чил мне рассказать ее на нашем «пятничном» семинаре в ин-
ституте. Плохо понимая эту работу, я все же выполнил поруче-
ние Френкеля. И только после «дополнений» к моему докладу,
сделанных Яковом Ильичом, я сам и, думаю, слушатели, поня-
ли, о чем писал Пайерлс.
В теории металлов был еще один вопрос, связанный с эф-
фектом Холла. Дело в том, что в то время эффект Холла на-
блюдали только в твердых металлах, и никому не удалось на-
блюдать его в жидких металлах. А из теории следовало, что
эффект в жидких металлах может быть меньше, чем в твердых,
но все же он должен быть.
Когда я начал работать в Ленинградском физико-техниче-
ском институте, под влиянием лекций и семинаров Я. И. Френ-
келя, который рассказывал нам о современных идеях в физике
металлов, я решил заняться вопросами именно этой области
физики и, прежде всего, эффектом Холла. Я решил проверить,
возникает ли эффект Холла в жидких металлах. Этим вопро-
сом ранее, в начале века, занимались такие корифеи науки, как
Нернст, Друде. Просмотрев имевшуюся по этому вопросу ли-
тературу, я пришел к выводу, что выбор жидких металлов
в проводившихся ранее опытах был сделан неудачно. В первых
экспериментах в качестве образца выбирали ртуть, потому что
при комнатной температуре она всегда в жидком состоянии.
Эффекта Холла в ней не обнаружили. Как потом оказалось,
и в твердой ртути этот эффект очень мал, и его трудно изме-
рять. Проводились опыты и с висмутом. Висмут казался очень
подходящим образцом, поскольку в твердом висмуте э. д. с.
Холла на несколько порядков больше, чем в других металлах:
в «обычных» металлах она измеряется в микровольтах, а в вис-
муте — в милливольтах. Однако в жидком висмуте эффекта не
29
обнаружили. Теперь известно, что аномально большой эффект
Холла в твердом висмуте связан с особенностями его кристал-
лической структуры. В жидком состоянии эта структура пропа-
дает. А экспериментаторы, собиравшиеся измерить большой
эффект, увидев, что он в 1000 раз меньше ожидаемого, пришли
к выводу — эффекта просто нет.
Я решил взять в качестве образца металл, который являет-
ся наиболее простым. Это — щелочной металл. Щелочные ме-
таллы удобны тем, что практически все теоретические
предсказания относительно их свойств хорошо оправдываются
в опытах. Я выбрал для эксперимента сплав натрия с калием,
который при известной концентрации компонент становится
жидким уже при комнатной температуре.
Мне представлялось, что отрицательные результаты в пре-
дыдущих опытах связаны не только с неудачным выбором
образцов, но и с недостаточно точной постановкой эксперимен-
та. Дело в том, что когда через жидкий металл, находящийся
в магнитном поле, пропускают ток, то со стороны магнитного
поля на металл начинают действовать силы, которые приводят
к смещению отдельных слоев жидкого металла друг относи-
тельно друга. (В твердом металле этого перемещения слоев,
естественно, нет.) В результате возникают вихревые токи, ко-
торые «смазывают» эффект Холла в жидком металле. Так что
необходимо если не свести на нет, то максимально уменьшить
влияние этих «паразитных» токов. Для этого мы взяли образец
в виде тонкого слоя жидкого металла. Тщательно проведенные
измерения позволили обнаружить наличие эффекта Холла.
Года через полтора вышла работа Зоммерфельда, в которой
рассказывалось об опытах, подтверждающих современную тео-
рию металлов. Ссылался Зоммерфельд и на наш опыт. По
правде говоря, я был необыкновенно горд собой — такой авто-
ритет, как Зоммерфельд, оценил мою работу.
Была еще одна проблема в физике металлов, которая тогда
очень волновала физиков-теоретиков — вопрос о ферромагне-
тизме. Было хорошо известно, что из всех металлов, которые
имеются в природе, только три металла являются ферромаг-
нитными — это железо, никель и кобальт. (Сейчас их известно
значительно больше.) Они отличаются тем, что их намагничен-
ность, появляющаяся в очень слабом магнитном поле, доволь-
но большая, в несколько сотен тысяч раз больше, чем у обычных
металлов. Например, чтобы в обычном металле получить такую
же намагниченность, какая появляется у железного образца
в поле ~ 0,01 Тл, необходимо иметь внешнее магнитное поле
~ 1000 Тл. Для объяснения этого непонятного явления фран-
30
цузский физик Вейсс создал теорию, согласно которой в ферро-
магнитных металлах — в железе, никеле и кобальте — суще-
ствуют области, где магнитные поля отдельных атомов
ориентированы строго параллельно друг другу. Так что сум-
марное магнитное поле такой области — ее называют доменом
(от французского слова «domain» — область) — достаточно
большое. Размеры этих областей очень маленькие — порядка
долей микрометра, но в каждой из них умещается много сотен
тысяч ориентированных «элементарных магнитиков». Сами до-
мены распределены по металлу совершенно хаотически, поэто-
му в обычном состоянии (в отсутствие внешнего магнитного
поля) намагниченность ферромагнитного образца равна нулю.
Когда такой образец помещается в магнитное поле, то про-
исходит ориентация магнитных полей отдельных доменов
вдоль внешнего поля, и образец в целом сильно намагничи-
вается. А ориентировать целые домены легче, чем огромное
количество отдельных «элементарных магнитиков».
Вот так, грубо говоря, выглядела теория ферромагнетизма,
предложенная Вейссом. Для того чтобы объяснить наличие до-
менов — наличие областей с ориентированными «элементарны-
ми магнитиками» — Вейсс предположил существование внутри
металла особого магнитного поля, которое ориентирует маг-
нитные поля внутри доменов. Это поле — Вейсс назвал его мо-
лекулярным магнитным полем, — по подсчетам Вейсса, должно
быть порядка 1000 Тл. Однако происхождение этого поля было
совершенно непонятно.
Чтобы обнаружить это огромное гипотетическое поле, про-
фессор Яков Григорьевич Дорфман, в лаборатории которого
я тогда работал в Ленинградском физико-техническом институ-
те, проделал такой опыт. Он установил в магнитном поле тон-
кую железную фольгу так, что плоскость листочка фольги
была параллельна индукции поля. Фольга очень сильно намаг-
ничивалась. Сквозь фольгу перпендикулярно ее поверхности,
и следовательно, перпендикулярно внешнему магнитному по-
лю пропускался пучок быстрых электронов, испускаемых ра-
диоактивным источником, «вырезаемый» установленной перед
фольгой щелью (рис. 2). За фоль-
гой была установлена фотоплас-
тинка. Пролетевшие через фольгу
электроны попадали на пластин-
ку, вызывая ее почернение. Если,
проходя фольгу, электроны попа-
дают в громадное молекулярное
поле, то оно должно привести к
смещению положения почернения
31
на пластинке. Однако это смещение в эксперименте не наблю-
далось. Отсюда следовало, что если существуют такие силы,
которые ориентируют «элементарные магнитики» в отдельных
доменах, то они не магнитные, потому что на движущийся
электрон они практически не действуют.
И только в 1928 году Я. И. Френкель в Ленинградском фи-
зико-техническом институте и почти одновременно с ним не-
мецкий физик Гейзенберг создали квантовомеханическую тео-
рию ферромагнетизма. Они показали, что на самом деле
никакого молекулярного поля нет. Силы, которые ориенти-
руют «элементарные магнитики» внутри доменов, — электриче-
ские силы специфического характера. Их называют теперь об-
менными силами. Небольшая статья об этом была опублико-
вана Френкелем в 1928 году в июньском номере немецкого
физического журнала «Zeitschrift fur Physik», а в июльском но-
мере этого же журнала появилась подробная статья Гейзенбер-
га. Так что независимо друг от друга они создали теорию фер-
ромагнетизма. (Впоследствии Яков Ильич Френкель говорил
мне, что он занялся ферромагнетизмом потому, что мы, экспе-
риментаторы, постоянно его «намагничивали».)
После создания теории ферромагнетизма появилось много
работ, посвященных вопросам магнетизма в металлах. В част-
ности, было показано, что, как и следует из теории, обменные
силы могут возникать только в кристаллах. Жидких ферромаг-
нетиков быть не может. Было также показано, что вдоль раз-
ных направлений внутри кристалла обменные силы различны.
То есть было показано, что имеется резко выраженная анизо-
тропия магнитных свойств ферромагнитных кристаллов. Это
и сейчас имеет очень большое значение при создании новых
магнитных материалов, на которых базируется вся электротех-
ника. И трансформаторы, и генераторы, и электродвигатели —
все сделаны из ферромагнитных материалов, и их характери-
стики существенно зависят от свойств самого ферромагнитного
материала. Несколько позже теорию ферромагнетизма развили
наш выдающийся теоретик Лев Давыдович Ландау и его уче-
ник Евгений Михайлович Лифшиц. Теперь современная теория
ферромагнетизма целиком базируется на работах Френкеля,
Гейзенберга, Ландау и Лифшица.
Как я уже говорил, у нас на физико-механическом факульте-
те были учебные семинары. Один из таких семинаров был ор-
ганизован для студентов 4 — 5 курсов. Назывался этот семинар
расчетным, и вел его наш профессор академик Владимир Алек-
сандрович Фок. Проходил семинар не совсем обычно. Фок при-
думывал какую-нибудь хитрую задачу, решения которой он
сам не знал. И тут же у доски он вместе с нами (вернее, мы
32
вместе с ним) начинал решать ее. Так что мы могли наблю-
дать, так сказать, «творческую кухню» такого замечательного
теоретика, каким был В. А. Фок.
И вот мы видели, как он подходил к решению задачи: про-
бовал один способ — не получалось; он стирал с доски, пробо-
вал другой способ — тоже не получалось. В конце концов, рано
или поздно, решение отыскивалось. Иногда на этом же заня-
тии, иногда на следующем. Мы видели не просто готовое ре-
шение, а как постепенно находились пути к этому решению.
Это было очень поучительно для нас. Однажды на семинаре
Владимира Александровича был такой случай. Решали мы ка-
кую-то сложную несимметричную задачу по электростатике.
На первом семинаре мы решения не нашли, а на следующем,
в конце концов, получили длиннющее дифференциальное урав-
нение. Оно занимало всю доску. За математическими выклад-
ками мы следили очень внимательно, так что с математикой
все было в порядке, а вот усмотреть физический смысл, скры-
тый за этой длинной формулой, мы не могли. Кто-то из сту-
дентов спросил Владимира Александровича: «А какой физиче-
ский смысл имеет это уравнение?». Он на нас посмотрел
с укором и сказал: «А физический смысл этого уравнения за-
ключается в том, что оно имеет решение».
В. А. Фок занимался различными проблемами теоретиче-
ской физики. Но наряду с этим он не гнушался решений при-
кладных задач, чисто практических. В частности, его привлекли
геофизики для решения ряда задач о распределении электриче-
ского поля внутри Земли. Это решение было очень важным
для геологической разведки. Фок решил эту задачу вместе с
В. К. Фредериксом. Вообще для всего стиля работы Ленинград-
ского физико-технического института было характерно, что на-
ряду с разработкой теоретических и экспериментальных про-
блем физики большое внимание уделялось решению чисто
прикладных задач, связанных с нуждами техники, промышлен-
ности и сельского хозяйства.
В 1930 году, когда я только что окончил институт и полу-
чил звание инженера-физика, по рекомендации А. Ф. Иоффе
меня направили в командировку в Германию, чтобы ознако-
миться с физическими лабораториями Запада. Я пробыл в Гер-
мании около трех месяцев и смог познакомиться с работами
физических лабораторий Лейпцига, Мюнхена, Гамбурга.
И нужно сказать, что я был очень удовлетворен, когда убедил-
ся, что уровень наших физиков, в частности, мой собственный
уровень, был ничуть не ниже уровня физиков, с которыми
я встречался в лабораториях за рубежом. Правда, они имели
2 И. К. Кикоин
33
некоторое преимущество по сравнению с нами: их лаборато-
рии были очень хорошо оснащены приборами. У нас в Совет-
ском Союзе не было тогда еще отечественного приборострое-
ния, нам часто приходилось самим делать приборы, либо
покупать их за рубежом, а это было трудно в те времена, ког-
да большие средства затрачивались на развитие народного хо-
зяйства. Но в смысле уровня знаний, уровня понимания, даже
техники эксперимента мы находились, как я убедился, не ниже,
чем самые крупные университетские лаборатории Германии.
Находясь в командировке, я около месяца работал в лабо-
ратории в Мюнхене, в бывшей лаборатории Рентгена. Там ра-
ботали и университетские докторанты (так назывались у них
заканчивающие университет студенты, которые готовят ди-
пломные работы). Однажды я заметил, что докторанты, гото-
вясь к выпускным экзаменам, читают книгу Я. И. Френкеля
«Курс электродинамики», изданную на немецком языке.
Я спросил: «А кому вы сдаете экзамены?», они ответили:
«Зоммерфельду». Тому самому Зоммерфельду, крупнейшему
теоретику мирового класса, про которого у нас, когда мы бы-
ли студентами, ходила поговорка: «Нет Бора кроме Бора,
и Зоммерфельд его пророк». Я знал, что имеется пятитомный
курс физики самого Зоммерфельда, и спросил, почему докто-
ранты учат электродинамику не по Зоммерфельду, а по Френ-
келю. А потому, ответили они, что Зоммерфельд сказал, что
он будет принимать экзамены только по курсу Френкеля, по-
скольку лучшего курса в мире сейчас нет. Когда я сказал, что
лично знаком с Френкелем, то почувствовал, что мой автори-
тет в их глазах резко возрос. А я испытал чувство истинной
гордости за наших советских физиков, заслуживших широкое
признание в среде крупнейших теоретиков мира.
В конце 30-х годов академик Абрам Федорович Иоффе по-
ставил перед своими сотрудниками новую задачу: исследовать
особый по своим электрическим свойствам класс веществ — по-
лупроводники. Как известно, полупроводники — это вещества,
проводимость которых слишком мала, чтобы считать их ме-
таллами, и слишком велика, чтобы относить их к диэлектри-
кам.
В то время полупроводники не имели широкого примене-
ния. И тем не менее Иоффе, интуитивно понимая, что в буду-
щем они приобретут большое практическое значение, с самого
начала уделял много внимания работам по исследованию их
свойств. А исследования эти были нелегкими. И вот почему.
У разных образцов одного и того же по химическому составу
34
полупроводника физические характеристики оказывались со-
вершенно различными. Например, у разных образцов закиси
меди (Си2О) проводимость оказывалась различной, так же как
и зависимость проводимости от температуры. Полученные раз-
ными способами образцы вели себя одни как диэлектрики, дру-
гие — как проводники. Ясно, что выявить какие-то общие зако-
номерности, исследуя столь «капризные» вещества, очень
трудно. И связано это с тем, что, как оказалось, свойства полу-
проводников необычайно сильно зависят от ничтожных коли-
честв примесей, имеющихся в образцах. Например, если
в образце закиси меди атомов кислорода на стотысячную
долю процента больше, чем в «чистой» закиси меди (т. е. при
точном химическом соотношении меди и кислорода), то он ве-
дет себя как проводник, хотя чистая закись меди — диэлектрик.
Эта особенность полупроводников в каком-то смысле пред-
определила направление исследований. Прежде всего необходи-
мо было установить, как зависят свойства полупроводников от
количества содержащихся в них примесей. А для этого надо
было иметь образцы с точно известным химическим составом
и количеством примесей.
В эти работы очень активно включился Борис Васильевич
Курчатов (брат И. В. Курчатова). Он нашел способ получения
образцов закиси меди с заданным избыточным количеством
кислорода. Создав несколько таких образцов, он исследовал,
как меняется проводимость закиси меди в зависимости от при-
меси кислорода. Оказалось, что проводимость резко растет
с увеличением количества примеси. Эта классическая работа
положила начало созданию полупроводников с заданными
свойствами введением определенного количества той или иной
примеси. Сейчас они находят огромное практическое приме-
нение.
После того как Абрам Федорович Иоффе переключил наше
внимание на полупроводники, я решил заняться исследованием
так называемого внутреннего фотоэффекта. Явление это за-
ключается в том, что под действием света в полупроводнике
появляются дополнительные свободные электроны и проводи-
мость образца увеличивается. Мне хотелось выяснить, обла-
дают ли эти дополнительные электроны той же подвижностью,
что и темновые электроны (т. е. свободные электроны, которые
имеются в неосвещенном образце). А получить такую характе-
ристику, как подвижность электронов, можно было, измеряя
эффект Холла и проводимость образца. Поэтому было решено
исследовать этот эффект в полупроводниках. (Напомню, что
эффект Холла заключается в том, что если поместить образец,
2*
35
по которому течет ток, в магнитное поле, то между точками
образца, лежащими на прямой, перпендикулярной направле-
нию поля и направлению тока, возникает разность потенциа-
лов — э. д. с. Холла.)
Начав исследования, мы столкнулись со странным явле-
нием, которое мешало проводить измерения. Принципиальная
схема эксперимента была приблизительно такой, как на рис. 3.
И мы с изумлением обнаружили, что при освещении образца
в магнитном поле даже при отсутствии текущего через образец
тока прибор регистрировал наличие разности потенциалов ме-
жду точками А и А\ на которых мы собирались измерять
э. д. с. Холла. Чтобы измерить «чистую» э. д. с. Холла, надо
было как-то устранить этот побочный эффект. И мы его устра-
нили. Оказалось, что если пластинку закиси меди, с которой
мы проводили измерения, освещать не белым, а красным све-
том (а сама закись меди — это прозрачный кристалл красного
цвета), то побочный эффект исчезает, и можно измерить «чи-
стую» э. д. с. Холла, определить тот «вклад», который дают
в нее фотоэлектроны, и вычислить их подвижность. Она оказа-
лась такой же, как и у темновых электронов. (Сейчас я не стал
бы проводить подобных исследований, потому что теперь хо-
рошо известно, что рождающиеся под действием света фото-
электроны тотчас же сталкиваются с атомами и в дальнейшем
по своим свойствам ничем не отличаются от темновых элек-
тронов.)
После этого надо было выяснить, с чем связан возникавший
побочный эффект. Мы взяли в качестве образца пластинку из
закиси меди длиной около двух сантиметров, присоединили
к ней с помощью электродов измерительный прибор, помести-
36
ли пластинку в магнитное поле, параллельное плоскости пла-
стинки, и осветили ее светом от сильной лампы. Схема опыта
была такая, как на рис. 4. Оказалось, что при небольшом маг-
нитном поле — порядка 1 Тл — напряжение на электродах до-
стигало 20 В!
Явление было совершенно непонятным. И когда на одном
из семинаров у нас в Физико-техническом институте я до-
кладывал об этой работе, слушатели отнеслись к моему рас-
сказу очень недоверчиво. Я тут же перед аудиторией продемон-
стрировал наш простой опыт. И хотя сомнения в существова-
нии самого эффекта пропали, загадочность его не уменьши-
лась. Качественная и количественная теории этого эффекта (мы
назвали его тогда фотомагнитным) были разработаны позже.
Не буду сейчас подробно останавливаться на этом эффекте,
скажу только, что, исследуя его в полупроводниках, можно вы-
яснить целый ряд их свойств, которые важны в технике.
Описанными выше работами, конечно, не исчерпывается
круг исследований полупроводников, проводившихся в Ленин-
градском физико-техническом институте. Под руководством
А. Ф. Иоффе и при его непосредственном участии осуществля-
лась обширная программа работ по выяснению природы элек-
трических и фотоэлектрических явлений в полупроводниках.
Одновременно разрабатывались вопросы практического приме-
нения этих явлений.
Одним из основных направлений научной работы в Физико-
техническом институте было также изучение электрических
свойств диэлектриков. В числе сотрудников, занимавшихся
этим вопросом, был Игорь Васильевич Курчатов. Лаборато-
рия, которую он тогда возглавлял, занялась исследованием
свойств так называемой сегнетовой соли (химическая формула
NaKC4H4O6 • 4Н2О). Кристаллы сегнетовой соли очень кра-
сивы. Они достигают огромных размеров. Я с удовольствием
наблюдал, как Игорь Васильевич выращивал их из растворов
в больших стеклянных сосудах.
Сегнетова соль — типичный представитель диэлектриков
с аномальной диэлектрической проницаемостью. (Напомним,
что диэлектрическая проницаемость — это число, указывающее,
во сколько раз электрическое поле внутри диэлектрика меньше
того внешнего поля, в котором находится диэлектрик.) Так
вот, у обычных диэлектриков проницаемость порядка несколь-
ких единиц (у стекла — Зч- 5, у слюды — 7 -=- 8); диэлектрическая
проницаемость воды, равная 80, считалась аномально боль-
шой. А у сегнетовой соли значение этой величины может до-
стигать несколько десятков тысяч единиц! И еще одна анома-
37
лия — необычное «поведение» этой проницаемости при измене-
нии внешнего электрического поля: в сильных полях значение
ее невелико, а в слабых полях она достигает огромных значе-
ний. Естественно, что исследование свойств сегнетовой соли
представляло большой интерес. Используя ее как заполнитель,
можно было создать конденсаторы небольших размеров
с очень большой емкостью. Правда, аномальные свойства сег-
нетовой соли проявляются в довольно узкой области темпера-
тур (примерно от -30 до + 30 °C).
Подробными исследованиями И. В. Курчатов показал, что
поведение сегнетоэлектриков (диэлектрики с такими же ано-
мальными свойствами, как у сегнетовой соли) во многом
аналогично поведению ферромагнетиков. Например, зависи-
мость электрической индукции (так называют электриче-
ское поле внутри вещества) в сегнетоэлектриках от величины
внешнего электрического поля аналогична зависимости маг-
нитной индукции в ферромагнетиках от внешнего магнитного
поля. В кристаллических сегнетоэлектриках, так же как и в фер-
ромагнетиках, наблюдается резкая анизотропия свойств: их
электрические характеристики существенно зависят от ориента-
ции внешнего поля относительно различных осей кристалла.
Нагревая сегнетоэлектрики, наблюдают, что при переходе че-
рез «критическую» температуру (для сегнетовой соли, как мы
уже говорили, это ~30°С) их электрические свойства скачком
меняются — исчезает аномалия диэлектрической проницаемо-
сти, и в дальнейшем они ведут себя как обычные диэлектрики.
Это явление совершенно аналогично поведению ферромагнети-
ков при переходе через точку Кюри — когда они переходят из
ферромагнитного состояния в парамагнитное. Исследуя пере-
ход сегнетоэлектриков через точку Кюри (так по аналогии на-
зывают критическую температуру для сегнетоэлектриков), Кур-
чатов показал, что, так же как и в случае ферромагнетиков,
этот переход сопровождается выделением тепла. Этот эффект
теперь называется электрокалорическим эффектом (анало-
гичный эффект для ферромагнетиков называется магнетокало-
рическим). Сходство между сегнетоэлектричеством и ферро-
магнетизмом так велико, что зарубежные ученые называют
явление сегнетоэлектричества ферроэлектричеством.
Результаты своих исследований И. В. Курчатов собрал
в отдельную книгу, которая повсюду была признана как фун-
даментальное исследование явления сегнетоэлектричества.
Несколько позже в Физическом институте имени П. Н. Ле-
бедева АН СССР в лаборатории Бенциона Моисеевича Вула
(ученика А. Ф. Иоффе) были обнаружены сегнетоэлектрические
свойства у целого ряда химических соединений, в частности,
38
у метатитаната бария (BaTiO3). Этот сегнетоэлектрик имеет
важное практическое значение. Дело в том, что у него точка
Кюри значительно выше, чем у сегнетовой соли — около 80 °C.
Поэтому область его практического применения гораздо
шире.
Одной из проблем, которой особенно интересовался
А. Ф. Иоффе и которой много занимались в лабораториях Фи-
зико-технического института, было изучение электрического
пробоя диэлектриков. Важно было сделать диэлектрики более
надежными, т. е. повысить напряженность электрического по-
ля, при которой происходит пробой. Занимался этим в своей
лаборатории и Николай Николаевич Семенов.
В то время существовало несколько теорий пробоя. Одна из
них исходила из того, что под действием электрического тока
диэлектрик нагревается. Это означает, что носители тока
сталкиваются с атомами диэлектрика и отдают им свою энер-
гию. При нагреве же диэлектрика в нем очень быстро увеличи-
вается количество носителей тока. Растет ток, а это приводит
к еще большему разогреву и лавинообразному увеличению ко-
личества носителей. Проводимость диэлектрика нарастает,
и наконец, происходит пробой.
Н. Н. Семенов заинтересовался отдельным актом образова-
ния новых носителей тока. Его интересовал вопрос, каков ме-
ханизм столкновения молекул или атомов и как, в частности,
при столкновении молекул происходят химические реакции ме-
жду ними. Семенов с сотрудниками начал изучать реакцию
взаимодействия газообразного фосфора с кислородом, при ко-
торой образуется хорошо известное твердое соединение — пя-
тиокись фосфора (Р2О5). Так как образование пятиокиси фосфо-
ра связано с выделением энергии, газ начинает светиться. Это
свечение и регистрировалось в лаборатории. Неожиданно ока-
залось, что при достаточно низком давлении кислорода (не-
сколько стотысячных долей атмосферы) свечение вообще не
возникало — пары фосфора не вступали в реакцию с кислоро-
дом ! Выяснилось также, что реакция снова начинается, если, не
добавляя кислород, ввести в сосуд инертный газ аргон, ко-
торый не способен ни к каким химическим реакциям, но зато
повышает давление в сосуде. Это было удивительно и противо-
речило существовавшим представлениям о механизме химиче-
ских реакций, из которых следовало, что фосфор должен всту-
пать в реакцию с кислородом при любых парциальных
давлениях газов.
Так было открыто существование критического давления
для реакции соединения фосфора с кислородом.
39
Эта работа была опубликована в немецком физическом
журнале, а вскоре появилась критическая заметка крупнейшего
тогда специалиста по кинетике химических реакций немецкого
химика Боденштейна. Он писал, что опыты Н. Н. Семенова
неубедительны. Давление кислорода измерялось в них маноме-
тром, а чтобы пары фосфора не повредили его, между маноме-
тром и сосудом, в котором происходила реакция, помещали
ловушку, охлаждаемую жидким воздухом. Пары фосфора кон-
денсировались в ловушке, благодаря чему возникал поток па-
ров фосфора, направленный к ловушке. Кислород же по пути
в сосуд также проходил мимо ловушки, но в направлении, про-
тивоположном направлению потока паров фосфора. Боден-
штейн считал, что при небольших давлениях кислорода он про-
сто «сдувался» парами фосфора и вовсе не попадал в сосуд, так
что реакция не возникала, потому что в сосуде не оказывалось
кислорода.
Ознакомившись с этой заметкой, Семенов решил повторить
свои опыты. При этом он убедился, что критика Боденштейна
частично верна — давление кислорода действительно измеря-
лось не совсем точно. Но и после исключения возможных оши-
бок оказалось, что реакция взаимодействия фосфора с кислоро-
дом в газообразном состоянии все-таки начинается только при
некотором минимальном давлении. При этом было обнаруже-
но еще одно совершенно непонятное явление. Само критиче-
ское давление зависело от размеров сосуда, в котором проис-
ходила реакция. Если сосуд шарообразный, то критическое
давление растет пропорционально диаметру сосуда. Чем боль-
ше сосуд, тем больше давление, при котором начинается реак-
ция. Как писал позже Н. Н. Семенов, обнаружив это явление,
он совсем перестал что-либо понимать.
Семенов рассказал о своей работе на семинаре в Физико-
техническом институте. Все уже знали критику Боденштейна
и снова стали придираться к опытам. Как ни убеждал Семенов
присутствовавших в том, что никаких ошибок в его опытах
больше нет, к этому отнеслись с недоверием, тем более что
объяснить столь странные результаты Николай Николаевич
в то время не мог.
Будучи твердо уверенным в своей правоте, Н. Н. Семенов
опубликовал несколько статей о полученных результатах. По-
сле этого пришло письмо от Боденштейна, в котором он пол-
ностью согласился с этими результатами, признал большое
значение обнаруженных явлений и предложил Семенову даль-
нейшие работы печатать в журнале, который он сам редакти-
ровал. Вскоре после этого Н. Н. Семенов создал качественную
теорию обнаруженных им явлений.
40
Это было крупнейшее открытие, которое получило всемир-
ное признание. Оно послужило началом нового направления
в науке — изучения разветвленных цепных химических реакций,
которое успешно развивалось не только у нас, но и за рубе-
жом. За эти работы Н. Н. Семенову, вместе с английским хи-
миком Хиншельвудом, который занимался теми же вопросами,
в 1956 году была присуждена Нобелевская премия.
Н. Н. Семенов — основатель целой школы по кинетике хи-
мических реакций. К ней принадлежит много ученых. Крупней-
шими ее представителями являются академики Юлий Борисо-
вич Харитон и Виктор Николаевич Кондратьев. Ю. Б. Харитон
проделал много работ, связанных с химическими реакциями
взрывного характера. Крупнейшим теоретиком в этой области
является еще один ученик Семенова — академик Яков Борисо-
вич Зельдович. Он разработал и теорию цепных реакций, и тео-
рию горения. Эти теории имеют большое значение для техни-
ки, в частности, для взрывной техники.
В 1928 году на одном из очередных семинаров Абрам Федо-
рович Иоффе сказал: «Я должен вам прочитать небольшую за-
метку, оттиск которой мне прислал профессор Раман из Ин-
дии». Это был оттиск заметки, которую опубликовали
в известном английском журнале «Nature» («Природа»). В нем
есть раздел под названием «Письма к редактору», где ученые
обычно кратко сообщают о своих новых работах. Журнал этот
еженедельный, и поэтому можно быстро опубликовать необхо-
димую информацию.
В заметке Рамана шла речь о том, что при рассеянии света
в жидкости спектр рассеянного света отличается от спектра па-
дающего света. Если жидкость освещается светом определен-
ной длины волны, например, желтым, то в рассеянном свете
содержится та же самая длина волны (тот же цвет), но, кроме
того, появляются еще другие цвета, новые спектральные ли-
нии. В этом и заключается явление, о котором писал Раман,—
появление дополнительных линий в спектре рассеянного жид-
костью света.
Когда Иоффе прочитал эту заметку, сидевший рядом со
мной профессор Рожанский, который обычно на семинарах
внимательно слушал, но редко выступал, вдруг проявил необы-
чайную взволнованность. Он встал и сказал: «Я ничего не по-
нимаю. Я хорошо знаю, что работы, о которых рассказывается
здесь, были проделаны Мандельштамом в Москве примерно
два года тому назад. Мне точно известно, что это явление
было открыто Мандельштамом на кристаллах, и в течение
двух лет он тщательно его исследовал». Так мы — молодые
41
физики — узнали, что в Москве существует крупная научная
школа физиков, возглавляемая Леонидом Исааковичем Ман-
дельштамом.
Из заметки Рамана следовало, что он только что сделал
свое открытие. А Леонид Исаакович Мандельштам, как мы уз-
нали, не только обнаружил это явление, но вместе с Григорием
Самуиловичем Ландсбергом провел подробное исследование,
нашел основные закономерности, дал полную теорию этому
явлению и уже направил в печать обстоятельную статью. Но
она была получена редакцией журнала, в который ее послал
Мандельштам, на две недели позже, чем заметка Рамана
в «Nature». Эта заметка была продиктована по радио, посколь-
ку Раман очень торопился. К сожалению, эффект появления
дополнительных спектральных линий в рассеянном свете те-
перь нередко называют эффектом Рамана. Правда, объек-
тивные зарубежные ученые, вскоре после того как это явление
было открыто, в соответствующих обзорах и книгах называли
его эффектом Мандельштама — Ландсберга — Рамана.
К концу 20-х годов Ленинградский физико-технический ин-
ститут стал всемирно известным. А. Ф. Иоффе понимал, что
в такой большой стране, как Советский Союз, нельзя концен-
трировать всю науку практически в двух городах — Ленинграде
и Москве. Он неоднократно и настойчиво обсуждал этот во-
прос как со своими сотрудниками, так и в руководящих ин-
станциях. И в конце концов выкристаллизовалась точка зрения,
что необходимо создать еще несколько физико-технических ин-
ститутов в крупных промышленных центрах СССР.
Крупнейшей республикой наряду с Россией была Украина,
ее столицей тогда был Харьков. Абрам Федорович решил, что
именно в Харькове надо организовать физико-технический ин-
ститут. По его инициативе выделили из среды сотрудников Ле-
нинградского физико-технического института группу молодых
квалифицированных физиков и направили ее в Харьков. Ди-
ректором Харьковского института был назначен Иван Василье-
вич Обреимов, а его заместителем — ученик Семенова Алек-
сандр Ильич Лейпунский (оба они потом стали академиками).
В эту группу входил также ученик А. Ф. Иоффе К. Д. Синель-
ников, ученик Я. И. Френкеля теоретик Я. Горовец и другие.
Приглашали туда и меня. Я был даже склонен поехать, потому
что туда отправились многие друзья и товарищи, но завозра-
жало начальство. Н. Н. Семенов, который замещал тогда быв-
шего за границей А. Ф. Иоффе, запротестовал, говоря, что ин-
ститут и так сильно обескровлен и нельзя забирать еще совсем
молодых людей. В результате я остался в Ленинграде.
42
Все это происходило в то время, когда XV съезд партии
утвердил директивы первого пятилетнего плана развития на-
родного хозяйства страны. Начался бурный рост промышлен-
ности, потребность в специалистах резко увеличилась. Мо-
лодые люди, еще не окончившие институт, уже зачислялись на
постоянную работу в соответствующие учреждения.
Именно в это время и был организован Украинский физи-
ко-технический институт (УФТИ) в Харькове*). Первой его ла-
бораторией стала криогенная лаборатория, в которой имелась
техника, позволяющая получать жидкий гелий и проводить ис-
следования при температуре около 4 К. Ее создание было свя-
зано с тем, что незадолго до организации УФТИ И. В. Обреи-
мов около года работал в Голландии в знаменитой Лейден-
ской лаборатории — первой криогенной лаборатории мира.
Там же работал еще один сотрудник нового института —
Л. В. Шубников. Они сделали в Лейдене несколько превос-
ходных исследований и заказали криогенное оборудование, что
й позволило быстро создать лабораторию в Харькове. Украин-
ский физико-технический институт был первой ласточкой, вы-
порхнувшей из стен Ленинградского физико-технического ин-
ститута. Достижения сотрудников УФТИ известны сейчас во
всем мире.
А. Ф. Иоффе считал, что создание УФТИ не решает
проблему рассредоточения науки. Вскоре по его инициативе та-
кие же институты были созданы в Томске и Днепропетровске.
В Томск поехала группа ленинградских физиков во главе с Пе-
тром Саввичем Тартаковским, а в Днепропетровск — во главе
с Георгием Вячеславовичем Курдюмовым, ныне академиком.
К сожалению, в Томске инициатива ленинградских физиков
не встретила большой поддержки со стороны местных физи-
ков, и этот институт практически распался. Зато институт, ор-
ганизованный в Днепропетровске, быстро окреп и прославился
своими работами. В первую очередь это объясняется тем, что
он находился в центре украинской металлургии, а сам дирек-
тор института Г. В. Курдюмов был крупнейшим специалистом
именно в этой области. Работы, которые он проделал еще
в Ленинградском физико-техническом институте, относились
к рентгенографическому исследованию одного из важнейших
процессов металлургии — мартенситных превращений в сталях.
Курдюмов впервые показал, в чем заключается природа мар-
тенситных превращений, которые происходят при закалке ста-
ли. Эта классическая работа снискала ему всемирную извест-
ность. Она имеет важнейшее техническое значение.
*) Ныне Харьковский физико-технический институт (ХФТИ).
43
В 1932 году из состава Ленинградского физико-технического
института был выделен Уральский физико-технический инсти-
тут (УралФТИ), обосновавшийся позднее в Свердловске —
крупнейшем промышленном центре Урала. Туда был включен
и я. Хотя мы и назывались Уральским физико-техническим ин-
ститутом, но до постройки здания в Свердловске работали
в Ленинграде и переехали в Свердловск только в 1936 году.
Ныне этот институт называется Институтом физики металлов;
он стал одним из крупнейших физических институтов нашей
страны. Сейчас им руководит известный физик-теоретик акаде-
мик Сергей Васильевич Вонсовский, который в момент созда-
ния института был молодым сотрудником, только что окон-
чившим университет.
В период первой пятилетки физика в нашей стране очень
бурно развивалась, и количество научных сотрудников быстро
росло. Я помню, что при мне за 1927—1930 годы Ленинград-
ский физико-технический институт вырос раза в три. В конце
концов из него выделились несколько самостоятельных инсти-
тутов : Институт химической физики под руководством
Н. Н. Семенова, который впоследствии переехал в Москву;
Институт связи во главе с профессором Д. А. Рожанским; Вы-
соковольтный институт под руководством А. А. Чернышева.
Был создан Агрофизический институт, который возглавил
сам А. Ф. Иоффе. Он считал, что физику надо применять не
только в промышленности, но и в сельском хозяйстве.
Таким образом, начиная с 1928 года, руководствуясь реше-
ниями партии и правительства и собственной инициативой,
А. Ф. Иоффе сумел насадить физические институты в ряде про-
мышленных центров Советского Союза, что немало способ-
ствовало развитию науки и промышленности в нашей стране.
Ленинградский физико-технический институт стал свое-
образным рассадником физики по всему Советскому Союзу.
В 1934 году в Советский Союз вернулся из Англии, из дли-
тельной научной командировки, известный физик Петр Леони-
дович Капица. Во время работы в Англии он прославился тем,
что исследовал ряд свойств веществ в сильных магнитных по-
лях. Обычные магнитные поля, которые создавали в лаборато-
риях в то время, были порядка 1—2 Тл. Для получения более
сильных полей нужно было применять электромагниты боль-
ших размеров, которые стоили очень дорого. Можно, конечно,
создать сильные магнитные поля внутри соленоида без железа.
Но для этого необходимо питать соленоид очень сильным то-
ком, что связано с большим выделением тепла и перегревом
обмотки соленоида.
44
Капица рассуждал так. Не обязательно иметь постоянное
большое поле в течение длительного времени. Явления, проис-
ходящие в веществе, помещенном в магнитное поле, носят
атомный характер. А подобные явления разыгрываются очень
быстро — за миллионные и даже миллиардные доли секунды.
Поэтому достаточно создать сильное магнитное поле, суще-
ствующее в течение короткого промежутка времени, и за это
время провести в нем необходимые исследования. Эту идею
Капица осуществил следующим образом. Магнитное поле со-
здавалось в соленоиде, через который пропускался большой
ток от генератора переменного тока в течение одного полупе-
риода (0,01 секунды).
Якорь генератора переменного тока раскручивали с по-
мощью электродвигателя. При этом клеммы генератора были
разомкнуты. Когда якорь раскручивался до расчетного (но-
минального) числа оборотов, двигатель отключали, и якорь
продолжал вращаться по инерции. Напряжение на разомк-
нутых клеммах обмотки (э. д. с.) при этом менялось по сину-
соидальному закону. В тот момент, когда оно «проходило» че-
рез нуль, с помощью специального рубильника клеммы
генератора замыкали на обмотку соленоида. А через половину
периода, т. е. через 0,01 секунды, когда напряжение снова пада-
ло до нуля, цепь размыкалась. Размыкание цепи необходимо
проводить в момент, когда ток проходит через нуль, чтобы из-
бежать возникновения электрической дуги. В течение полупе-
риода по обмотке протекал ток большой силы (и следователь-
но, существовало большое магнитное поле), а катушка не
успевала сильно нагреться. Но возникала еще одна трудность.
Когда через соленоид протекает ток, на каждый его виток дей-
ствуют радиальные силы, стремящиеся его разорвать. При до-
статочно большом токе эти силы могут превзойти предел про-
чности материала обмотки, и она разрушится. (Петр Леонидо-
вич рассказывал, что когда он в Англии в лаборатории
впервые проводил этот эксперимент, катушка разорвалась, ее
обломки разлетелись в разные стороны. И в тот же день со-
трудники лаборатории поспешили застраховать свою жизнь.)
Так что возможность получения сильных магнитных полей та-
ким способом ограничивается прочностью материала, из кото-
рого сделана обмотка. Капица сделал обмотку из специальной
высокопрочной бронзы. Катушка была небольшая — диаметр
ее был около 25 мм, длина — около 100 мм. Через эту катушку
пропускали в течение сотой доли секунды ток, который позво-
лял получать магнитное поле около 30 Тл.
В таких полях Капица исследовал ряд физических явлений.
В частности, он очень подробно изучил влияние магнитного
45
поля на сопротивление проводников. При малых полях измене-
ние сопротивления проводников в магнитном поле растет при-
мерно пропорционально квадрату магнитной индукции. Пред-
полагалось, что и в сильных полях будет такая же зависи-
мость. Но оказалось, что в сильных полях квадратичная
зависимость изменения сопротивления от величины магнитной
индукции нарушается. Была обнаружена совершенно иная зако-
номерность — линейная зависимость изменения сопротивления
проводника от величины индукции магнитного поля.
Большой интерес представляло исследование свойств раз-
личных веществ в условиях, когда сильные магнитные поля со-
четаются с низкими температурами. И Капица занялся рассмо-
трением вопроса о способах получения низких температур,
близких к абсолютному нулю. Известно, что самой низкотем-
пературной жидкостью является жидкий гелий. При нормаль-
ном давлении температура кипения жидкого гелия равна 4,2 К.
Впервые жидкий гелий был получен голландским ученым
Камерлинг-Оннесом в 1908 году. Установка, которую он по-
строил в своей лаборатории в Лейдене, позволяла получать не-
большое количество жидкого гелия. Подобные установки были
очень дороги. П. Л. Капица разработал более производитель-
ную и экономичную установку, на которой он мог получать
достаточно большое количество жидкого гелия.
К тому времени физики заинтересовались свойствами само-
го жидкого гелия. Дело в том, что жидкий гелий — единствен-
ное вещество, которое, как говорят, претерпевает фазовое пре-
вращение, находясь в жидком состоянии: при температуре
2,19 К его физические свойства резко меняются. Выше этой
температуры гелий ведет себя как обыкновенная жидкость,
а при 2,19 К у него появляется ряд совершенно необычных
свойств: теплопроводность его резко возрастает, а вязкость ре-
зко падает. Принято называть гелий при температуре выше
2,19 К гелием I, а при Т<2,19 К — гелием II.
Впервые гелий II обнаружил Камерлинг-Оннес. Потом его
изучением занялся в Лейденской лаборатории Кеезом. Он об-
наружил, что теплопроводность гелия II во много раз больше,
чем у самых теплопроводных металлов. Поэтому Кеезом на-
звал гелий II сверхтеплопроводным веществом.
П. Л. Капица занялся исследованием свойств гелия II в
1937 году. Анализируя имевшиеся к тому времени эксперимен-
тальные данные, он пришел к выводу, что чрезвычайно высо-
кую теплопроводность гелия II нельзя объяснить обычными
процессами выравнивания температуры внутри вещества. Он
предположил, что интенсивная передача тепла в гелии II может
быть связана с конвекцией. Подсчеты показали, что конвек-
46
ционные потоки должны осуществляться в гелии II с необычай-
ной легкостью, без трения. Можно было предполагать, что ге-
лий II является сверхтекучей жидкостью, т. е. жидкостью,
которая не имеет вязкости.
Чтобы проверить это предположение, Петр Леонидович
в 1938 году поставил такой эксперимент. Он пропускал гелий II
через зазор между двумя плоскими полированными стеклянны-
ми пластинками, прижатыми друг к другу. Пластинки были от-
полированы так тщательно,что зазор между ними был не бо-
лее полумикрометра. И через такой зазор под действием
собственной тяжести гелий II протекал со скоростью, которая
возможна только при почти полном отсутствии вязкости!
Так было открыто явление сверхтекучести в гелии II.
Оставалась нерешенной еще одна загадка, связанная с изме-
рением вязкости гелия И. Дело в том, что вязкость можно
определить двумя способами. Один из них — измерение скоро-
сти истечения жидкости из капиллярного сосуда (или через уз-
кую щель, как это было в экспериментах П. Л. Капицы). При
данной разности давлений на концах капилляра количество
протекающей через него жидкости за данное время тем боль-
ше, чем меньше ее вязкость. Второй способ определения вязко-
сти — исследование затухания крутильных колебаний твердого
тела в жидкости. В жидкость на нити опускают тонкий диск
так, чтобы плоскость его была горизонтальной, и наблюдают
его собственные крутильные колебания вокруг оси, проходя-
щей через нить. Естественно, что чем больше вязкость жидко-
сти, тем быстрее затухают колебания. Для всех жидкостей зна-
чения вязкости, измеренные этими двумя способами, были
одинаковыми. А для гелия II эти значения были различными.
Первый способ давал исчезающе малое значение вязкости, де-
монстрируя сверхтекучесть гелия II, а второй приводил
к малым, но вполне измеримым значениям.
Ответ на все эти вопросы дала гидродинамическая теория
сверхтекучести, созданная в 1941 году академиком Львом Да-
выдовичем Ландау. Он показал, что обычный классический
подход для объяснения свойств вещества при столь низких
температурах неверен. Ландау удалось разработать квантовую
теорию сверхтекучести гелия И. Она блестяще объяснила ре-
зультаты опытов Капицы и предсказала ряд новых явлений,
которые вскоре были обнаружены экспериментаторами.
Сверхтекучесть жидкого гелия пока не нашла широкого
применения. Но созданная Ландау теория сверхтекучести ока-
зала большое влияние на развитие теоретической физики. Она
явилась ключом к созданию теории другого замечательного
47
явления, происходящего при низких температурах — сверхпро-
водимости. И хотя это произошло значительно позже, мне ка-
жется, будет уместно рассказать об этом именно сейчас, нару-
шая хронологический порядок, которого я старался более или
менее придерживаться.
Напомню, что явление сверхпроводимости было открыто
Камерлинг-Оннесом в 1911 году. Он обнаружил, что при тем-
пературе 4,25 К электрическое сопротивление ртути полностью
исчезает, и назвал это явление сверхпроводимостью. После
этого было обнаружено, что многие металлы и сплавы при
низких температурах теряют электрическое сопротивление, ста-
новятся сверхпроводящими. Разумеется, существование про-
водников без сопротивления сулило заманчивые практические
перспективы, и изучением сверхпроводимости физики занялись
очень активно. Однако создать общую теорию явления не
удавалось.
После создания квантовой механики была построена микро-
скопическая теория твердого тела, т. е. теория, которая рассма-
тривала свойства твердых тел с точки зрения поведения элек-
тронов и атомов. Она полностью качественно объясняла все
свойства металлов, диэлектриков, полупроводников в раз-
личных условиях. А сверхпроводимость оставалась загадочным
явлением. И только в 1957 году, т. е. через 46 лет после откры-
тия этого явления, оно получило свое объяснение в микроско-
пической теории, созданной советским ученым академиком Ни-
колаем Николаевичем Боголюбовым и, независимо от него,
американскими физиками Бардином, Купером и Шриффером
(БКШ, как называют эту группу).
К тому времени экспериментально были изучены многие
свойства сверхпроводников. Было установлено, что под дей-
ствием магнитного поля сверхпроводимость металлов разру-
шается — они становятся обычными проводниками. Значение
магнитной индукции поля, при котором исчезает сверхпрово-
димость, называется критическим полем (критической индук-
цией). У разных металлов эта величина различна. Критическое
поле зависит от температуры сверхпроводника. Чем выше тем-
пература, тем меньше критическое поле. При критической тем-
пературе критическое поле равно нулю.
Далее было также показано, что магнитное поле внутрь
сверхпроводника не проникает, а если оно в металле уже было,
то при его переходе в сверхпроводящее состояние (при пониже-
нии температуры) оно выталкивается наружу. Таковы самые
фундаментальные свойства сверхпроводников.
Когда они были обнаружены, стало ясно, что возможности
использования сверхпроводников для получения больших неза-
48
тухающих токов и создания сильных магнитных полей ограни-
чены. Действительно, ток, текущий по проводнику, сам создает
магнитное поле. Чем больше ток, тем больше это поле. Но как
только индукция этого поля достигнет критического значения,
сверхпроводник перейдет в нормальное состояние. Опыты по-
казали, что значения критических полей невелики — порядка
Ю-2 - Ю’1 Тл.
Микроскопическая теория сверхпроводимости была создана
в 1957 году. Но это не означает, что до тех пор не существова-
ло никакой теории сверхпроводников. Многочисленные экспе-
риментальные данные позволяли ученым устанавливать связь
между различными величинами, характеризующими свойства
и поведение сверхпроводников.
Так, в 1937 году Л. Д. Ландау, анализируя имевшиеся к то-
му времени экспериментальные данные, теоретически предска-
зал новое явление, относящееся к процессу перехода металла
из сверхпроводящего состояния в нормальное в магнитном по-
ле. Согласно его теории этот переход происходит постепенно.
Начиная с некоторого значения индукции магнитного поля,
еще не достигшего критического, поле частично проникает
в сверхпроводник. При этом в нем образуются чередующие
слои — сверхпроводящие и несверхпроводящие. При достиже-
нии критического значения индукции внешнего поля сверхпро-
водящее состояние полностью разрушается.
Опыты, которые в скором времени были проведены в Харь-
ковском физико-техническом институте Львом Васильевичем
Шубниковым и в Московском институте физических проблем
членом-корреспондентом АН СССР Александром Иосифови-
чем Шальниковым, блестяще подтвердили предсказания теории
Ландау. Мне довелось наблюдать эти эксперименты и в Мо-
скве, и в Харькове. Они наглядно продемонстрировали струк-
туру «сложного» промежуточного состояния, так сказать, топо-
графию чередующихся сверхпроводящих и нормальных слоев
внутри сверхпроводящего шара. Такое состояние сверхпровод-
ника за рубежом обычно называют «фазой Шубникова».
В 1950—1952 годах группа советских физиков — академики
Виталий Лазаревич Гинзбург и Лев Давыдович Ландау, члены-
корреспонденты АН СССР Алексей Алексеевич Абрикосов
и Лев Петрович Горьков — разработала теорию, из которой
следовало, что должны существовать сверхпроводники с не-
обычными свойствами. Теперь ее называют теорией ГЛАГ
(Гинзбург, Ландау, Абрикосов, Горьков). Такие сверхпровод-
ники назвали сверхпроводниками второго рода, в отличие от
обычных сверхпроводников. Для них значения критического
поля должны быть значительно большими.
49
Очень скоро были проведены эксперименты, которые пол-
ностью оправдали эти предсказания. Как оказалось, к сверх-
проводникам второго рода принадлежат металлический нио-
бий и целый ряд сплавов. Значения критических полей для
таких сверхпроводников, действительно, оказались очень боль-
шими. Так, например, у сплава ниобия с оловом оно достигает
20 — 30 Тл. Большое значение критического поля позволяет ис-
пользовать сверхпроводники второго рода для создания
сильных магнитных полей. При этом, несмотря на большие за-
траты, связанные с получением жидкого гелия, использование
сверхпроводников оказывается значительно выгоднее, чем ис-
пользование обычных электромагнитов. Уже существуют гене-
раторы и электродвигатели со сверхпроводящими обмотками
мощностью около 10000 киловатт. В настоящее время рассма-
триваются проблемы передачи электроэнергии на большие рас-
стояния по «сверхпроводящим» линиям передач.
Таким образом, теория советских физиков сыграла огром-
ную роль в создании новой техники.
До конца 20-х годов нашего столетия основные усилия фи-
зиков мира, в том числе и советских, были направлены на ре-
шение проблемы строения атома, его электронной оболочки
и физики металлов.
Что касается проблемы строения атомного ядра, то ею за-
нимались немногие физики. В основном это были физики
школы Резерфорда в Англии и Марии Кюри во Франции.
В Советском Союзе ядерной физикой занимались ленинград-
ские ученые Л. В. Мысовский в Государственном радиевом ин-
ституте, Д. В. Скобельцын в Ленинградском политехническом
и Ленинградском физико-техническом институтах.
В то время нас обучали, а потом мы сами обучали тому,
что ядро состоит из протонов и электронов, что число прото-
нов равно атомной массе элемента, а число электронов в ядре
равно разности атомной массы и порядкового номера элемента.
В начале 30-х годов в ядерной физике произошел информа-
ционный взрыв — в течение двух-трех лет на нас буквально
обрушился поток новых фундаментальных открытий. В 1931
году в лаборатории Резерфорда Кокрофт и Уолтон впервые
осуществили расщепление ядер лития путем бомбардировки их
протонами с энергией в несколько сот кэВ. При этом из лития
вылетали а-частицы с энергией около 8 МэВ. Сообщение об
этих опытах оживленно обсуждалось нами в лабораториях,
в коридорах и даже за обедом. Это был первый случай, когда
энергия образовавшихся частиц значительно превышала энер-
гию бомбардирующих частиц. Позже эти опыты были повторе-
50
ны во многих лабораториях мира и, в частности, у нас харь-
ковскими физиками под руководством К. Д. Синельникова.
В 1932 году английский физик Чэдвик (ученик Резерфорда)
открыл нейтрон — частицу, масса которой близка к массе про-
тона, но не имеющую электрического заряда. Это было на-
стоящей сенсацией. Тем более, что незадолго до этого анало-
гичные опыты были проведены немецкими и французскими
физиками, которые, так же как и Чэдвик, наблюдали прони-
кающее излучение, испускаемое легкими элементами (напри-
мер, бериллием) при бомбардировке их а-частицами. Это излу-
чение легко проникало сквозь толстый слой свинца и при
попадании на парафин выбивало из него протоны. Эти физики
считали, что проникающее через свинец излучение предста-
вляет собой у-лучи, но не стали измерять их энергию. Чэдвик
же провел такие измерения и убедился, что такой энергией у-
лучи не могут обладать. Он убедительно показал, что сквозь
свинец проникают незаряженные частицы, которыми оказались
нейтроны. Для нас это было дополнительной иллюстрацией
того, как важны количественные опыты в физике.
В том же 1932 году появилось сообщение об открытии
в космических лучах новой элементарной частицы — позитрона,
которая представляла собой положительно заряженный элек-
трон.
Все эти сообщения публиковались краткими заметками, без
подробностей, в научно-популярных журналах, и мы с нетерпе-
нием ждали появления подробных статей уже в серьезных на-
учных физических журналах.
Для быстрого внедрения советских ученых в русло совре-
менных идей физики атомного ядра А. Ф. Иоффе решил орга-
низовать Всесоюзную конференцию по физике атомного ядра
с участием крупнейших зарубежных ученых. Эта конференция
состоялась в конце сентября 1933 года. Она проходила в акто-
вом зале Академии наук в Ленинграде. По составу участников
и по широте программы конференция имела международный
характер. В ней приняли участие английский физик Паули,
французские физики Перрен, супруги Жолио-Кюри и другие
всемирно известные ученые.
Уже после первых опытов по расщеплению ядра лития
А. Ф. Иоффе понял, что физика атомного ядра вступает в но-
вую эру, и приступил к организации исследований в этой обла-
сти в нашем Физико-техническом институте. Поначалу был ор-
ганизован постоянно действующий семинар по ядерной физике
(отдельно от общефизического традиционного семинара, о ко-
тором я уже рассказывал).
51
На этом семинаре (насколько я помню, он собирался по
средам) детально обсуждались все новые работы по ядерной
физике. Хотя я не собирался стать «ядерщиком», потому что
был увлечен своими исследованиями полупроводников и ме-
таллов, но аккуратно посещал эти семинары, чтобы быть
в курсе новых событий в физике. Когда на семинаре обсужда-
лось очередное сенсационное сообщение, зал бывал перепол-
нен. Довольно скоро в институте организовались две группы
«ядерщиков». Одна под руководством И. В. Курчатова, другая
под руководством А. И. Алиханова. Обе эти группы занялись
созданием новой для них экспериментальной техники. Надо
было обзавестись источниками а-частиц, Р-частиц (электронов),
у-лучей и нейтронов. Такими источниками были продукты ра-
диоактивного распада радия, запасы которого были сосредото-
чены в Ленинградском радиевом институте. Источником ней-
тронов служили ампулы, содержащие газообразный радон
(продукт распада радия), излучающий а-частицы, и порошок
бериллия (бериллий, облучаемый а-частицами, испускает ней-
троны). Одновременно готовились приборы для регистрации
частиц — счетчики, камеры Вильсона, ионизационные камеры
и многие другие виды техники, без которых нельзя было на-
чинать экспериментов по ядерной физике. Все это было сравни-
тельно быстро разработано, изготовлено собственными рука-
ми, и экспериментальная работа закипела.
Вскоре после открытия позитрона в космических лучах мно-
гие физики стали искать возможности получения позитронов
в лабораторных условиях. Эти попытки не только увенчались
успехом, но и привели к открытию искусственной радиоактив-
ности. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что во вре-
мя облучения а-частицами легких элементов, например алюми-
ния или магния, они испускают позитроны. Исследуя это
явление, они неожиданно обнаружили, что после прекращения
облучения алюминиевой фольги, т. е. после того, как убирался
источник а-частиц, испускание позитронов продолжалось с ос-
лабевающей по экспоненциальному закону интенсивностью.
Так супруги Кюри сделали двойное открытие. Они впервые об-
наружили искусственную радиоактивность и открыли новый
вид радиоактивного распада — позитронный распад.
Сообщение об этих опытах было для нас не меньшей сенса-
цией, чем открытие нейтрона. Искусственная радиоактивность
при облучении а-частицами наблюдается только у легких эле-
ментов. У тяжелых элементов ее не обнаружили. Это объясня-
лось тем, что вероятность проникновения заряженных частиц
(например, а-частиц) внутрь тяжелых ядер ничтожно мала.
S9
Именно по этим причинам итальянский физик Ферми попытал-
ся вызвать искусственную радиоактивность путем облучения
тяжелых элементов нейтронами. Эта попытка увенчалась бле-
стящим успехом. В журнале «Nature» появилась статья Ферми
под названием «Радиоактивность, наведенная бомбардировкой
нейтронами», в которой он сообщал об искусственной радиоак-
тивности при облучении нейтронами ряда элементов.
К этому времени в ЛФТИ заканчивался «инкубационный
период» — период подготовки экспериментальной техники для
исследований по ядерной физике в лабораториях И. В. Курча-
това и А. И. Алиханова. Довольно скоро определились и инте-
ресы этих групп: Курчатов посвятил себя нейтронной физике,
которой он не изменил до конца своей жизни; группа Алиха-
нова занялась исследованием проблем р-распада.
Насколько наши физики были подготовлены к активным
исследованиям в области ядерной физики, видно из того, что
уже через несколько недель (!) после опубликования статьи
Ферми И. В. Курчатов с сотрудниками представил для опубли-
кования работу под названием «Эффект Ферми в фосфоре».
В этой работе авторы сообщали о полученном ими новом ре-
зультате: оказалось, что фосфор, облученный нейтронами,
«дает радиоактивность с еще одним периодом полураспада в
3 минуты», кроме обнаруженного Ферми периода в 3 часа.
В 1934 году И. В. Курчатов со своими сотрудниками на-
чинает большой цикл работ в связи с открытием явления за-
медления нейтронов при их прохождении через водородсодер-
жащие вещества, в частности через воду. В это время во
многих лабораториях института и даже в коридорах появились
большие сосуды различной формы, наполненные водой, в ко-
торые помещались исследуемые вещества. Вода служила за-
медлителем нейтронов. При помощи медленных нейтронов
Курчатов впервые получил искусственно-радиоактивный руте-
ний и новые радиоактивные изотопы палладия и рения.
Исследования искусственной радиоактивности при облуче-
нии элементов замедленными нейтронами показали, что ве-
роятность осуществления ядерных реакций необычайно сильно
зависит от энергии бомбардирующих нейтронов. Это привело
Курчатова к необходимости исследовать влияние энергии ней-
тронов на ход ядерных реакций. Для этого надо было точно
знать, какими энергиями обладают бомбардирующие ней-
троны,—знать их энергетический спектр. Теперь известно,
насколько сложна эта область физики (нейтронная спектро-
скопия). Но в 1935— 1936 годах физики только начинали про-
никать в нее, и советские ученые были в числе первопроходцев.
53
К 1935 году относится открытие группой Курчатова так на-
зываемой ядерной изомерии. До этого было известно, что
в природе встречаются вещества, ядра которых, имея одина-
ковые заряды, отличаются массами. Это — изотопы. Встре-
чаются также вещества, ядра которых, обладая одинаковыми
массами, имеют разные заряды. Они называются изобарами.
И. В. Курчатов со своими сотрудниками, исследуя искус-
ственную радиоактивность брома, облученного нейтронами,
обнаружил, что после облучения образуются ядра брома, ко-
торые, имея одинаковые массы и заряды, различаются лишь
периодом полураспада. Такие вещества назвали изомерами.
Открытие группой Курчатова изомерии брома было на-
столько неожиданным, что физики отнеслись к нему сначала
с некоторым недоверием, но вскоре оно нашло всеобщее при-
знание, а исследование изомерии стало одним из эффективных
средств изучения строения ядра.
Параллельно с развитием исследований в области физики
нейтронов успешно развивалась и другая ветвь физики атомно-
го ядра — исследование механизма радиоактивного Р-распада.
Объяснение закономерностей, обнаруженных при изучении Р-
распада естественных радиоактивных элементов, натолкнулось
на трудности. Известно, что электроны, испускаемые при Р-
распаде, имеют различные кинетические энергии, значения ко-
торых лежат в пределах от нуля до некоторого максимального
значения, характерного для каждого ядра. Между тем очевид-
но, что при радиоактивном превращении ядра оно переходит
из определенного начального состояния в конечное состояние,
тоже совершенно определенное. При этом должна выделяться
вполне определенная энергия, которая и передается вылетевше-
му из ядра электрону. Почему же вылетающие электроны
имеют различные энергии? Например, ядра в результате
Р-распада превращаются в ядра ^Ро. Максимальная энергия
вылетевших электронов для этой реакции — 1,05 • 106 эВ. Ины-
ми словами, энергия каждого ядра 2|зВ1 уменьшается на
1,05 • 106 эВ. Средняя же энергия, приходящаяся на каждый вы-
летающий электрон, оказывается равной 0,39 • 106 эВ. Следова-
тельно, у некоторых из вылетевших электронов энергия мень-
ше, чем энергия, «потерянная» ядром. Куда же девается
остальная часть энергии?
Этот вопрос в начале 30-х годов был одним из наиболее
животрепещущих. Нильс Бор решился даже предположить, что
в элементарных ядерных процессах может нарушаться закон
сохранения энергии.
«Выход» из создавшегося положения предложил швейцар-
ский физик Паули. Он предположил, что при распаде ядра вме-
54
сте с электроном вылетает еще одна частица ничтожно малой
массы, не имеющая заряда, которая и «уносит» с собой «недо-
стающую» энергию. Этой частице дали название нейтрино (по-
русски «нейтришка»). Однако все попытки обнаружить нейтри-
но на опыте успеха не имели. Нейтрино оставалась «частицей
секретной, фигуры не имеющей», как мы ее в шутку называли,
перефразируя соответствующее место из повести Ю. Н. Тыня-
нова «Поручик Киже».
Первый опыт, результаты которого явились косвенным
подтверждением существования нейтрино, принадлежит
А. И. Лейпунскому, который провел его в лаборатории Резер-
форда, где он некоторое время работал. Идея опыта заключа-
лась в наблюдении «отдачи» атома, когда из его распадающе-
гося ядра вылетают электрон или позитрон. Очевидно, что
когда 0-распад ядра сопровождается вылетом двух частиц (ней-
трино плюс электрон или позитрон), энергия отдачи должна
быть больше, чем при вылете только одного электрона или
позитрона.
Позднее А. И. Алиханов предложил весьма остроумную
идею опыта с отдачей атома при таком распаде ядра, когда из
атома ничего не вылетает, кроме нейтрино, если оно суще-
ствует (электрон, вылетевший из ядра, «застревает» в элек-
тронной оболочке атома). Поэтому сам факт наличия отдачи
уже свидетельствовал бы о существовании нейтрино. Заду-
манный опыт был начат до начала Великой Отечественной
войны, которая помешала полному его завершению. Идея опы-
та А. И. Алиханова была в точности осуществлена в 1942 году
американским физиком Алленом и дала положительный ре-
зультат.
Развитие экспериментальных исследований по ядерной
физике как за рубежом, так и в СССР, стимулировало и
наших физиков-теоретиков. Почти все ведущие советские тео-
ретики стали активно заниматься вопросами теории атомного
ядра. Всеобщее признание получили работы И. Е. Тамма,
Я. И. Френкеля, Л. Д. Ландау. Их доклады на нашем ядерном
семинаре вызывали жаркие дискуссии.
В сентябре 1936 года в Москве была созвана вторая Все-
союзная конференция по ядерной физике. В ее работе участво-
вало свыше ста советских физиков. В ней приняли участие и не-
которые крупные зарубежные физики: швейцарский физик
Паули, французский физик Оже, английский физик Пайерлс
и другие.
Особо следует отметить доклад об эффекте Черенкова, про-
читанный на конференции И. М. Франком. Этот эффект был
55
открыт П. А. Черенковым, работавшим под руководством
С. И. Вавилова. Заключается он в том, что электроны, движу-
щиеся в жидкости со скоростью, большей скорости света
в этой жидкости (но, конечно, меньшей скорости света в пусто-
те), вызывают свечение жидкости. Теперь эффект Черенкова
широко используется физиками во всем мире в счетчиках заря-
женных частиц. За открытие эффекта и его теоретическое
объяснение П. А. Черенков, И. Е. Тамм и И. М. Франк были
удостоены Нобелевской премии.
А. Ф. Иоффе, закрывая конференцию, отметил важность со-
здания новой мощной техники исследований, прежде всего —
ускорителей заряженных частиц.
Постепенно советская ядерная физика оснащалась мощной
экспериментальной техникой. В 1937 году при совместном уси-
лии физиков группы Курчатова и Радиевого института был пу-
щен первый советский циклотрон. На нем были получены а-ча-
стицы с энергией около 1,2 МэВ. Через год был запущен
большой электростатический генератор в Харькове. Соответ-
ственно расширился и фронт экспериментальных исследований.
И к 1939 году, когда наступила «эра деления ядра», советские
физики пришли во всеоружии.
В 1939 году было сделано очень важное открытие, которое
сыграло решающую роль в развитии не только ядерной физи-
ки, но и ядерной техники. Было обнаружено, что нейтроны,
бомбардирующие урановую мишень, вызывают совершенно
необычные ядерные превращения. Обычно при бомбардировке
нейтронами ядер элементов их заряд изменяется на одну-две
единицы. При попадании же нейтрона в ядро урана (Z = 92)
наблюдалось появление ядер с зарядами, много меньшими за-
ряда ядра урана. Это означает, что ядро урана делится почти
пополам, образуя так называемые осколки. Суммарный заряд
ядер-осколков равен заряду ядра урана. Этот новый вид ядер-
ного превращения получил название реакции деления урана.
Деление ядер урана было открыто в Германии и тотчас же
подтверждено опытами американских, английских и советских
ученых. Вскоре выяснились два очень важных обстоятельства.
Во-первых, при делении ядра урана осколки вылетают с огром-
ной кинетической энергией. Она равна примерно 200 МэВ, в то
время как энергия нейтрона, вызвавшего деление, составляет
всего несколько электронвольт. Выигрыш в энергии колос-
сальный, и одновременное деление всех ядер в куске урана мас-
сой даже в несколько сотен граммов неизбежно привело бы
к чудовищному взрыву. Но попадая в небольшой кусок урана,
большая часть нейтронов пронизывает его насквозь, не про-
изводя никакого деления.
56
Весьма важным было также и второе обстоятельство. Ока-
залось, что при делении ядра урана не только образуются тя-
желые осколки, но и возникают новые свободные нейтроны,
которые сами могут вызвать процесс деления. Их не так уж
много — два-три на каждое разделившееся ядро. Но если бы
они попадали в новые ядра урана и делили их, а не вылетали
бесполезно за пределы куска урана, то процесс деления при-
обрел бы лавинообразный характер: нейтрон делит ядро,
и возникают два нейтрона; они делят два ядра, и возникают
четыре нейтрона; эти нейтроны делят четыре ядра, возникают
восемь нейтронов и т. д.
Установив факт возникновения новых нейтронов при деле-
нии ядер урана, физики подсчитали, что даже небольшое число
первичных нейтронов, попадающих в кусок урана достаточно
большого объема, может вызвать грандиозный взрыв. В Со-
ветском Союзе такие расчеты первыми опубликовали Я. Б.
Зельдович и Ю. Б. Харитон. Они же показали, что при опреде-
ленных условиях можно надеяться и на медленное высвобожде-
ние энергии в процессе деления, которая может быть в этом
случае использована в мирных целях. В связи с этим в лабора-
тории Курчатова была намечена обширная программа иссле-
дований процессов деления ядер урана.
Вскоре (это было перед самым началом войны) ученики
Курчатова Г. Н. Флеров и К. А. Петржак обнаружили новое
очень важное явление. Оказалось, что ядра урана делятся само-
произвольно, сами по себе, без всякого обстрела их нейтрона-
ми. Такое деление — событие очень редкое, но и оно приводит
к появлению свободных нейтронов.
Война помешала Курчатову осуществить намеченные
планы. Многие физики ушли на фронт, многие научные учре-
ждения были эвакуированы в глубь страны. Ленинград оказал-
ся в длительной блокаде. Сам Игорь Васильевич вместе с ны-
нешним Президентом Академии наук СССР Анатолием
Петровичем Александровым занялись очень важной для фрон-
та проблемой защиты кораблей от магнитных мин. Надо было
размагничивать корабли, так чтобы их появление «не замеча-
ли» немецкие магнитные мины, находящиеся на дне или пла-
вающие в море. И наши ученые спасли немало моряков и су-
дов Черноморского и Северного флотов от гибели.
В 1941 году в научной литературе исчезли работы по деле-
нию урана, которые до этого публиковались почти в каждом
номере физических журналов многих стран. Нетрудно было до-
гадаться, что в Америке, в Германии и в других странах эти
работы засекретили, учитывая, что они, по крайней мере
57
принципиально, позволяют создать чрезвычайно мощное
взрывчатое вещество. В связи с этим в конце 1942 года наше
правительство приняло решение возобновить эти работы.
Общее руководство всей этой проблемой (она называлась
урановой проблемой) было возложено на И. В. Курчатова.
Для участия в разработке этой проблемы Игорь Васильевич
пригласил А. И. Алиханова, своего ученика Г. Н. Флерова
и меня. Наш коллектив именовался лабораторией № 2 Акаде-
мии наук СССР, а между собой мы называли нашу лаборато-
рию просто «двойкой». Нам подыскали небольшое временное
помещение в центре Москвы. Потом мы перебрались в недо-
строенные здания, нам сначала не предназначавшиеся, но став-
шие со временем нашим «домом» — Институтом атомной
энергии, который носит теперь имя И. В. Курчатова.
К тому времени о делении урана было известно следующее.
Уран состоит практически из двух изотопов; их атомные
массы равны 238 и 235. Доля легкого урана 235U в природном
уране очень мала, она равна 1/140, и именно этот уран делится
медленными нейтронами. Но ядро урана-238 поглощает мед-
ленные нейтроны и превращается сначала в 93-й элемент (неп-
туний-238), затем в 94-й элемент, который потом получил на-
звание плутоний. Ядра плутония-239 делятся нейтронами так
же хорошо, как и ядра урана-235.
Перед нами было два пути к атомному оружию — один со-
стоял в том, чтобы отделить уран-235 от урана-238 или хотя
бы резко повысить его концентрацию, т. е. обогатить уран лег-
ким изотопом 235, второй — в том, чтобы производить плуто-
ний. И каждый из них таил в себе множество трудностей.
Мы все понимали, что работать надо с предельным напря-
жением, так как шла война и были серьезные опасения, что
фашистская Германия работает над созданием атомного ору-
жия. И мы фактически круглые сутки не выходили из лабора-
торий.
Для производства плутония необходимы были атомные ре-
акторы. Для создания атомных реакторов понадобилось прове-
сти невероятно большое количество сложных физических ис-
следований и инженерных разработок.
Не легче был и второй путь — обогащение изотопов. Из-
вестные тогда лабораторные методы обогащения позволяли
получить микрограммы чистых изотопов. Нам же нужны были
килограммы урана-235. Пришлось искать более производи-
тельные способы разделения изотопов урана, которые можно
было бы осуществить в промышленном масштабе. А когда та-
кие способы были найдены, необходимо было создавать новую
промышленность — заводы, производящие небывалую продук-
58
цию. Обычно новая промышленность рождается в течение
десятилетий, нам же на все это было отпущено всего два-
три года. И тем не менее эта задача была решена.
6 августа 1945 года американцы сбросили атомную бомбу
на японский город Хиросиму; 9 августа вторая американская
атомная бомба была сброшена на город Нагасаки. Они погу-
били сотни тысяч человеческих жизней. Япония к этому вре-
мени была уже практически побеждена, и чудовищная атомная
бомбардировка ее городов не вызывалась никакой военной не-
обходимостью. Руководители США преследовали иные цели.
Им казалось, что монопольное владение таким разруши-
тельным оружием поможет им навязать свою волю всему ми-
ру и, прежде всего, Советскому Союзу.
Атомная бомба разрабатывалась в Америке в строжайшей
тайне, в ее создании принимали участие многие выдающиеся
европейские физики, бежавшие в США от фашистского наше-
ствия. Решение этой проблемы стоило огромных трудов
и средств. Американцы были убеждены, что о создании подоб-
ного оружия в Советском Союзе, в стране, только что пере-
жившей опустошительную войну, нечего и думать. Американ-
ские эксперты Д. Хогертон и Э. Рэймонд в статье под
названием «Когда Россия будет иметь атомную бомбу?», опу-
бликованной в 1948 году, предсказывали, что нам не удастся
добиться этого ранее 1954 года. Другие американские специа-
листы называли еще более поздние сроки. Но уже в 1949 году
Советский Союз успешно испытал свое атомное оружие, на-
всегда похоронив тщеславные надежды американских империа-
листов.
С начала 50-х годов в нашем институте началась интенсив-
ная разработка проблем, связанных с мирным использованием
атомной энергии. Первым итогом этих работ был пуск в 1954
году в подмосковном городе Обнинске первой в мире атомной
электростанции. Она имеет небольшую мощность, всего 5000
кВт. Но сегодня у нас в стране работают атомные электростан-
ции различных типов и среди них — гигант атомной энергетики
Ленинградская атомная электростанция им. В. И. Ленина мощ-
ностью в 4000000 кВт.
Более 10 лет успешно трудится построенный под научным
руководством физиков нашего института первый в мире
атомный ледокол «Ленин», немало способствовавший разви-
тию навигации в полярных широтах. Недавно построенный
атомный ледокол «Арктика» уже совершил плавание к Север-
ному полюсу. Готовится вступить в строй еще более мощный
атомный ледокол «Сибирь».
59
В начале 50-х годов у физиков возникла идея использовать
энергию, выделяющуюся в так называемых термоядерных ре-
акциях. Еще до войны появилась теория немецкого физика
Бете и других физиков, согласно которой огромная энергия,
излучаемая Солнцем, обеспечивается термоядерной реакцией,
протекающей следующим образом. При чудовищно высоких
солнечных температурах легкие ядра, обладающие громадной
кинетической энергией, способны преодолевать кулоновские
силы отталкивания и могут сливаться в более тяжелые ядра.
Этот процесс сопровождается выделением огромной энергии,
значительно превышающей энергию сливающихся ядер.
В земных условиях термоядерная реакция впервые была ис-
пользована для получения взрыва громадной мощности — бы-
ла создана термоядерная бомба. После этого встал вопрос
о возможности использования термоядерной энергии в мирных
целях. Природные запасы урана, используемого в атомных ре-
акторах, ограничены. Запасы же такого элемента, как дейтерий
(тяжелый водород 3Н), который может быть использован для
термоядерных реакций, огромны — дейтерий входит в состав
тяжелой воды, которая составляет 1/6000 долю всей воды,
имеющейся на земном шаре. А при слиянии двух ядер дейте-
рия выделяется около 13 МэВ энергии, что намного превышает
первоначальную энергию сливающихся ядер. Так что эта кла-
довая энергии практически неисчерпаема.
Но для того чтобы использовать эту энергию в мирных це-
лях, необходимо, прежде всего, научиться управлять термо-
ядерной реакцией. Задача эта чрезвычайно сложная, но принци-
пиально она может быть решена. И начиная с 1952 года
в Институте атомной энергии начались исследования в этом
направлении.
Прежде всего необходимо было научиться нагреть водород
до высокой температуры, при которой ядра способны вступать
в термоядерную реакцию. Самое простое — нагреть газ элек-
трическим током. Для этого создают в газе разряд, и при
больших значениях силы тока газ нагревается за счет джоулева
тепла. При этом газ полностью ионизируется, превращаясь
в плазму. При очень высоких температурах водородная плазма
представляет собой «смесь» электронов и ядер, которые могут
вступать в термоядерную реакцию. Однако высокотемператур-
ная плазма очень неустойчива — при огромных токах, проте-
кающих через разряд, одноименно заряженные слои плазмы
расталкиваются, попадая на стенки газоразрядной трубки
и быстро охлаждаясь.
Проблема «удержания» плазмы — одна из самых сложных
проблем, которую необходимо решить на пути осуществления
60
управляемой термоядерной реакции. И советские физики внес-
ли неоценимый вклад в решение этой проблемы. Под руковод-
ством академиков Л. А. Арцимовича и М. А. Леонтовича
в Институте атомной энергии была сконструирована установ-
ка, в которой специальным образом подобранное и ориентиро-
ванное магнитное поле позволяет удерживать высокотемпера-
турную плазму. Это — так называемый ТОКАМАК — «торои-
дальная камера в магнитном поле». Сейчас во всем мире
опыты по удержанию плазмы осуществляют в основном на
установках подобного типа. И называют их во всем мире
ТОКАМАК.
В настоящее время исследования по проблеме управляемой
термоядерной реакции находятся на таком уровне, что уже ин-
женеры и конструкторы приступают к рассмотрению чисто ин-
женерных, технических вопросов, связанных с осуществлением
прототипа будущей термоядерной станции. Можно надеяться,
что к концу века или немного раньше такой прототип будет
построен, испытан, и тогда можно будет решить вопрос о про-
мышленном использовании термоядерной энергии.
Конечно, я не могу дать исчерпывающую картину развития
советской физики. Я рассказывал, в основном, лишь о тех ра-
ботах, с которыми мне, так или иначе, пришлось сталкиваться.
Поэтому я не рассказал о многих выдающихся достижениях
советских физиков — таких как рождение квантовой электрони-
ки в работах лауреатов Нобелевской премии академиков
Н. Г. Басова и А. М. Прохорова, открытие электронного пара-
магнитного резонанса академиком Е. К. Завойским, открытие
принципа автофазировки в ускорителях заряженных частиц
академиком В. И. Векслером и многое другое. Однако я на-
деюсь, что мой рассказ помог читателям представить себе, ка-
кой огромный вклад внесли советские физики в развитие науки
и техники за годы Советской власти.
Абрам Федорович Иоффе
(1880-1960)
АБРАМ ФЕДОРОВИЧ ИОФФЕ
(к 100-летию со дня рождения)
Принимаясь за эту статью, я не имел в виду
дать научную биографию выдающегося советского физика
Абрама Федоровича Иоффе, 100-летие со дня рождения кото-
рого исполняется 30 октября 1980 года. Биография Иоффе хо-
рошо известна и изложена в ряде книг и статей о нем. Я хотел
только поделиться с читателями своими личными воспо-
минаниями об основоположнике советской школы физиков,
учеником которого я имел счастье быть.
В 1922 году, когда я учился в выпускном классе средней
школы, в одной из центральных газет появилась статья под на-
званием «Физико-механический факультет», подписанная акаде-
миком Абрамом Федоровичем Иоффе. Мне в то время было
всего 14 лет, жил я в Пскове, плохо понимал, что такое акаде-
мик, а имя и фамилию автора слышал впервые.
Статью я внимательно прочитал. В ней рассказывалось
о недавно созданном факультете в Петроградском политехни-
ческом институте. Из статьи было ясно, что этот факультет го-
товит специалистов, которые в одинаковой степени знают фи-
зико-математические науки и инженерные дисциплины. По
окончании этого факультета студент получал звание инженера-
физика. Меня в то время в равной степени интересовали как
физика, так и техника, и я решил во что бы то ни стало посту-
пить на физико-механический факультет.
Из статьи было ясно, что ее автор был создателем и руко-
водителем этого факультета. Мне, конечно, захотелось о нем
как можно больше узнать, и я стал искать книги А. Ф. Иоффе.
К счастью, мне повезло — я нашел в одном из книжных мага-
зинов только что вышедшую из печати книгу, которая называ-
лась «Лекции по молекулярной физике». Эту книгу я не только
прочитал, а стал внимательно изучать. Занятие было чрезвы-
чайно увлекательное, но не очень-то легкое. Дело в том, что
в отличие от других курсов физики, которые обычно начина-
лись с описания методов измерения физических величин, этот
курс начинался с изложения строения вещества. В увлекатель-
ной форме рассказывалось в книге об опытах Резерфорда, до-
казавших планетарное строение атомов, о движении электро-
нов вокруг ядра атома и многое другое. Все это для нас,
школьников, было новым. Дальше, после кратких сведений
о законах механики, которые тоже излагались по-иному, автор
непосредственно приступал к изложению молекулярной теории
материи.
63
Так я познакомился заочно с академиком Абрамом Федо-
ровичем Иоффе. (Из энциклопедии я, конечно, узнал, что ака-
демик — это высшее ученое звание в России.)
Осуществить свое желание поступить на физико-механиче-
ский факультет я сумел лишь в 1925 году, когда мне исполни-
лось 17 лет, т. е. столько, сколько необходимо было иметь,
чтобы стать студентом вуза: моложе 17 лет в институты не
принимали.
Когда я стал студентом физико-механического факультета,
мне стало ясно, что имя его декана Абрама Федоровича Иоф-
фе было окружено легендами: например, утверждали, что ака-
демик сам проверяет данные о каждом поступающем на этот
факультет, решает вопрос о приеме, читает лекции студентам,
приглашает лучших ученых страны для чтения лекций на фа-
культете и, несмотря на все это, еще руководит научным Физи-
ко-техническим рентгеновским институтом (институт был рас-
положен через дорогу от Политехнического института).
К великому моему сожалению, когда у нас начался курс
лекций по общей физике, Абрам Федорович был в командиров-
ке за рубежом. Первые месяцы моего пребывания в институте,
которые мне казались бесконечно долгими, я ни разу не смог
увидеть Иоффе, хотя много о нем слышал.
Старшекурсники рассказывали нам о его научных работах,
например, таких, как увеличение прочности материалов при
ликвидации имеющихся на них микроскопических поверх-
ностных трещин. Рассказывали о работах академика по созда-
нию изоляторов, выдерживающих огромные электрические
напряжения.
Такая важная экспериментальная работа, как доказатель-
ство существования элементарного заряда — электрона, наряду
с Милликеном была проделана А. Ф. Иоффе. Мы были этим
очень горды, и нам импонировало, что в книге Милликена
«Электрон» мы находили ссылки на работу Иоффе.
Также от старшекурсников мы узнали, что довольно боль-
шое число студентов физико-механического факультета уже ра-
ботает в Физико-техническом рентгеновском институте. Ясно,
что каждый из нас мечтал стать сотрудником этого, тогда уже
прославленного института.
Ходили слухи, что академик Иоффе дал указание всем пре-
подавателям-физикам, большинство из которых были сотруд-
никами Физико-технического института, специально присма-
триваться к студентам и наиболее способных рекомендовать
для работы в институте.
Время шло, а я все еще не смог увидеть Абрама Федо-
ровича.
64
И. В. Курчатов и И. К. Кикоин
И. К. Кикоин и А. П. Александров
Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе
А. Ф. Иоффе
А. А. Фридман
Д. А. Рожанский
Я. И. Френкель
А. Ф. Иоффе (слева) со своими учениками А. И. Алихановым и
И. В. Курчатовым в одной из лабораторий Физико-технического
института
Б. М. Вул
Н. Н. Семенов
Л. И. Мандельштам
Г. С. Ландсберг
П. Л. Капица (слева) и И. В. Обреимов на семинаре в Институте
физических проблем
Г. В. Курдюмов
Л. Д. Ландау
Л. В. Шубников
А. И. Шальников
Чествование лауреатов Нобелевской премии И. Е. Тамма, И. М. Фран-
ка, П. А. Черенкова (Стокгольм, 18 декабря 1958 г.)
П. Жолио-Кюри, И. В. Курчатов, Д. В. Скобельцын, Л. А. Арцимович
и А. И. Алиханов
Комитет Сольвеевского конгресса (слева направо): Н. Бор, А. Эйн-
штейн, Т. де Дондер, О. Ричардсон, П. Ланжевен, П. Дебай, А. Ф. Иоффе,
Б. Кабрера, 1931 год
ми
А. Ф. Иоффе за рабочим столом
И. В. Курчатов и А. Ф. Иоффе
А. Ф. Иоффе на отдыхе
И. В. Курчатов и С. П. Королев
И. В. Курчатов за рабочим столом
И. Е. Тамм и И. В. Курчатов
С. П. Королев, И. В. Курчатов, М. В. Келдыш
(Москва, 1959 г.)
Машинный зал Красноярской ГЭС
Центральный зал четвертого энергоблока Ленинградской атомной
электростанции им. В. И. Ленина
Первый советский атомный реактор, построенный в 1946 г.
(Москва, Институт атомной энергии им., И. В. Курчатова)
Атомный реактор Института физики высоких энергий Академии наук
Казахской ССР
Большой зеркальный телескоп Ленинградского оптико-механического
объединения, установленный в Бюраканской астрофизической обсер-
ватории Академии наук Армянской ССР
Лазер на красителях «Радуга-6», разработанный в Институте физики
Академии наук Белорусской ССР
Впервые я увидел его в дни празднования 200-летия Акаде-
мии наук, поздней осенью 1925 года, когда он у калитки двора
Физико-технического института провожал группу ученых, при-
ехавших на празднование юбилея. Это был стройный, высокий
человек, с седеющими усами и довольно большой лысиной.
Среди гостей резко выделялся человек в чалме, очевидно, ин-
дус (позже я узнал, что это был известный индийский физик
Раман).
В 1926 году, будучи студентом второго курса, я был реко-
мендован для работы в Физико-технический рентгеновский ин-
ститут и попал в лабораторию магнитных явлений, которой
руководил Яков Григорьевич Дорфман. С этого времени я ви-
дел Абрама Федоровича Иоффе еженедельно по пятницам, так
как каждую пятницу, с 5 до 7 часов вечера, в течение многих
лет в институте происходило так называемое реферативное со-
брание. Это было научное собрание под неизменным председа-
тельством Абрама Федоровича, на котором сотрудниками ин-
ститута либо докладывались собственные научные работы, ли-
бо реферировались наиболее интересные статьи, появившиеся
в мировой научной печати. Эти реферативные собрания были
мощным средством коллективного воспитания молодых на-
учных сотрудников, как, впрочем, и всех научных работников
института. Здесь уместно вспомнить слова академика Николая
Николаевича Семенова, который как-то сказал, что основное
свое образование в физике он получил не в университете, а на
реферативных собраниях Физико-технического института. Дей-
ствительно, какие бы сложные и трудные вопросы ни разбира-
лись на этих собраниях, они всегда проходили активно, остро,
а в конце собрания Абрам Федорович умел так разъяснять лю-
бой сложный вопрос, что все оказывалось простым и ясным.
Но поначалу нам, молодым сотрудникам, многое оставалось
непонятным.
На реферативных собраниях обсуждался весьма широкий
круг физических проблем, потому что научная тематика инсти-
тута была весьма разнообразной — она охватывала почти все
проблемы современной физики. Так, например, в институте за-
нимались вопросами атомных столкновений, акустикой, физи-
кой магнитных явлений, оптикой, теплотехникой, радиофизи-
кой и радиотехникой, физикой рентгеновских лучей и другими
вопросами, включая физику диэлектриков, которая в те време-
на была основной специальностью Абрама Федоровича Иоф-
фе. Нас всегда удивляла способность Абрама Федоровича до
тонкости разбираться в каждой из столь разнородных областей
физики. Мы восхищались его талантом рассказывать о самых
сложных вещах с необычайной простотой и ясностью.
4 И. К. Кикоин
65
Вспоминаю один из первых докладов Абрама Федоровича
Иоффе для студентов о прочности кристаллов, которая тогда
была одной из актуальных проблем физики кристаллов. Слож-
ность проблемы заключалась в том, что довольно строгая фи-
зическая теория позволяла рассчитать прочность кристаллов,
но опыт показывал, что реальная прочность кристаллов значи-
тельно меньше расчетных значений. А. Ф. Иоффе нашел причи-
ну расхождения между измеренным на опыте значением про-
чности кристалла и предсказанным теорией,. Причина эта
заключалась в том, что на поверхности исследуемого кристал-
ла всегда имеются дефекты в виде микроскопических трещин.
При деформации кристалла, например, при его растяжении, на
этих трещинах возникают громадные механические напряже-
ния, значительно превышающие внешние напряжения, прило-
женные к кристаллу как целому. В силу этого именно в тех ме-
стах, где имеются микроскопические трещины, и происходит
разрыв кристалла при его деформации при внешних напряже-
ниях гораздо меньших, чем расчетные значения предельно до-
пустимых напряжений.
Абрам Федорович Иоффе догадался, что, если поместить
кристалл в растворяющую его жидкость, то поверхностный
слой с его дефектами будет удален; следовательно, поверх-
ность кристалла станет довольно совершенной, практически
без дефектов, и прочность такого кристалла в жидкости дол-
жна приближаться к теоретической.
Проще всего было проверить это предположение на кри-
сталлах поваренной соли, хорошо растворимой в воде. Кри-
сталл каменной соли, погруженный в воду, должен быть значи-
тельно прочнее кристалла, находящегося в воздухе. Опыты
А. Ф. Иоффе блестяще подтвердили эту идею, а само явление
упрочнения кристалла в растворителе получило название
«эффект Иоффе».
В упомянутом выше докладе Абрам Федорович демонстри-
ровал идею об уменьшении прочности тела под влиянием не-
больших трещин на его поверхности следующим простейшим
опытом. Он брал за концы полоску бумаги и пытался ее растя-
нуть — бумага не разрывалась. Затем он делал маленький над-
рез поперек полоски, и тогда бумага от ничтожного усилия
разрывалась.
Вслед за этим опытом он демонстрировал еще один.
В большом стеклянном сосуде с водой находились стеклянные
палочки, которые «мокли» в течение нескольких суток. Такие
же сухие стеклянные палочки лежали на демонстрационном
столе. Иоффе брал палочку из лежащих на столе и изгибал ее.
Как и следовало ожидать, палочка тотчас ломалась. После
66
этого он вынимал палочку из сосуда с водой и так же пытался
ее изогнуть; при этом ему удавалось согнуть ее в кольцо. Это
объяснялось тем, что вода, хотя и в незначительной степени,
но растворяет стекло; после длительного пребывания в воде
поверхность стеклянных палочек становилась свободной от
трещин, и посему они легко сгибались. Так простыми опытами
в сравнительно кратком докладе Абрам Федорович донес до
своих слушателей сложную проблему теории прочности кри-
сталлов.
В том, что Абрам Федорович обладал необыкновенным та-
лантом находить способы изложения сложных вопросов физи-
ки простым и ясным языком, не жертвуя при этом строгостью
изложения, я мог лишний раз убедиться, прослушав ряд лек-
ций из общего курса физики, прочитанных им первому курсу
нашего факультета, когда я уже был студентом второго курса.
Иоффе не обладал ораторским талантом, но его изложение
предмета отличалось необычайной ясностью, сопровождалось
блестящими демонстрациями, и трудно было не увлечься физи-
кой в его изложении.
Позже я узнал, что в большинстве передовых стран мира
общий курс физики читают крупнейшие ученые. Это понятно,
потому что именно в общем курсе физики студентам дается
представление обо всей физике в целом, а это способны сде-
лать только выдающиеся ученые, обладающие широким на-
учным кругозором. Таким выдающимся физиком и был Абрам
Федорович Иоффе. Наряду с большой научной работой, кото-
рую он постоянно вел, Абрам Федорович проявлял повседнев-
ную заботу о молодых научных сотрудниках и, естественно,
студентах своего факультета.
Я вспоминаю первую экскурсию первокурсников по Физи-
ко-техническому институту. Руководил экскурсией сам акаде-
мик Иоффе. Он водил нас по лабораториям, и мы воочию убе-
дились, насколько интенсивно работали научные сотрудники
института. Понятно, что большинство из нас впервые видели
настоящую научную лабораторию, впервые видели современ-
ное научное оборудование: вакуумные насосы, создающие раз-
режение до 10“6 мм рт. ст. (это были диффузионные насосы,
сделанные здесь же в институтской мастерской, которую нам
тоже показали); электрометры, с помощью которых измеря-
лись токи порядка 10-6 А, текущие через диэлектрики; ртутные
лампы для получения ультрафиолетового света; рентгеновские
установки... Затаив дыхание, слушали мы объяснения действий
всех этих чудес, которые давал нам Абрам Федорович.
Правда, нас несколько смутила некая «неаккуратность» са-
мих физических установок. Нам казалось, что они собраны
4*
67
недостаточно красиво и изящно, но мы не решались делать
критические замечания по этому поводу.
Наконец, Абрам Федорович привел нас в лаборатории, где
на столах были установки, смонтированные с большей тща-
тельностью, где царил полный порядок. В этих лабораториях
мы не встретили ни одной живой души, что немало нас удиви-
ло. Абрам Федорович прочел на наших лицах удивление и по-
спешил разъяснить увиденное немного извиняющимся тоном:
«Вы не удивляйтесь чистоте и порядку в этих лабораториях.
Дело в том, что здесь сейчас никто не. работает — сотрудники
находятся в отпуске». После этих слов мы поняли, что при ин-
тенсивной научной работе люди больше обращают внимание
на существо дела, а не на внешнюю красоту и изящество. Заме-
чу тут же, что в то время непосредственной экспериментальной
работой, т. е. монтажом установки, сборкой схем, занимались
все физики вне зависимости от их ранга, начиная с самого ака-
демика Иоффе и кончая только, что поступившим в лаборато-
рию студентом. Любой физик-экспериментатор в то время
должен был быть мастером на все руки: и механиком, и сте-
клодувом, и электриком, и плотником.
Само собой разумеется, что после этой экскурсии всем нам
казалось почти недосягаемым счастьем попасть в число со-
трудников института.
...На всю жизнь запомнился мне 1928 год. В этом году со-
стоялся очередной, шестой по счету, Всесоюзный съезд физи-
ков. Организатором съезда был академик Иоффе.
Обычно участниками съездов были уже зрелые физики, ко-
торые должны были вносить денежные взносы, сравнительно
значительные, во всяком случае с нашей студенческой точки
зрения. Поэтому естественно, что студенты на съезд не попада-
ли, но... Но этот съезд был особенный!
Во-первых, на организацию съезда правительство выделило
довольно значительную сумму. Во-вторых, на съезд были при-
глашены крупнейшие физики мира, и многие из них на пригла-
шение откликнулись. На съезд прибыло 20 иностранных деле-
гатов из Германии, Франции, Англии, США, Голландии,
Польши, Чехословакии; среди приехавших были такие всемир-
но известные физики, как Дебай, Бриллюэн, Дирак, Люис,
Поль, Борн... Так что этот съезд был практически междуна-
родным. В-третьих, программа проведения съезда была необы-
чайной: съезд откроется в Москве, но основная часть его ра-
боты будет происходить на специально зафрахтованном
пароходе, который отправится в плавание вниз по Волге от го-
рода Нижний Новгород (сейчас г. Горький). Понятно, что сре-
ди студентов только и было, что разговоров об этом чудо-
68
съезде. О том, чтобы побывать на нем, мы не смели даже
и мечтать.
И что же?...
Вскоре мы с восторгом узнали, что по настоянию Абрама
Федоровича Иоффе оргкомитет принял решение пригласить на
съезд некоторое количество лучших студентов физико-механи-
ческого факультета Ленинградского политехнического институ-
та и физико-математических факультетов Ленинградского
и Московского университетов. В числе приглашенных оказался
и автор этих строк.
Съезд был открыт академиком А. Ф. Иоффе в актовом зале
Московского государственного университета. За время работы
съезда должно было быть прослушано около 160 докладов, из
которых большая часть носила экспериментальный характер.
Первое общее собрание было посвящено волновой механике.
Вступительное слово и доклад о произведенных и возможных
экспериментах, доказывающих волновую природу материи,
сделал А. Ф. Иоффе.
Мне особенно запомнилось заседание, на котором обсуж-
далась работа Дейтона Миллера, повторившего знаменитый
опыт Майкельсона и получившего будто бы прямо противопо-
ложный результат, что противоречило специальной теории от-
носительности. Нужно сказать, что в те времена еще шли
споры о справедливости специальной теории относительности
Эйнштейна. Я, да и не только я, а все те, кому сейчас за шесть-
десят, прекрасно помним ожесточенные диспуты на эту тему.
И среди зарубежных, и среди советских физиков были против-
ники этой теории. Естественно, они ухватились за работу Мил-
лера как за еще одно «доказательство» несостоятельности тео-
рии относительности. И я хорошо помню выступление Абрама
Федоровича Иоффе на заседании, где он, сделав подробный
анализ экспериментальной установки Миллера, подверг ее
уничтожающей критике и доказал несостоятельность выводов,
сделанных автором. В дальнейшем Абраму Федоровичу неод-
нократно приходилось отстаивать справедливость теории отно-
сительности Эйнштейна от нападок ее противников.
Но вернемся к съезду физиков. На второй или третий день
весь состав съезда, а это было примерно 150 человек, спе-
циальным поездом был доставлен в Нижний Новгород. Не-
сколько заседаний было проведено в Нижегородском универси-
тете. Затем участники съезда были размещены на пароходе,
и началось плавание вниз по Волге. Работа съезда не прекра-
щалась ни на один день. Заседания проходили и на пароходе,
и на остановках. В Казани и Саратове заседания состоялись
в стенах университетов. И все время мы ощущали, что наш
69
любимый Абрам Федорович Иоффе — душа съезда. Мы виде-
ли, каким авторитетом пользовался он не только у своих со-
ветских коллег, но и у иностранных физиков.
Во время плавания остановки делались не только по де-
ловым соображениям, но и просто для отдыха в очень живо-
писных местах Волги. Здесь, на отдыхе, мы наблюдали Абрама
Федоровича уже в совершенно другой обстановке. Нам было
непривычно видеть его, организующего игры на свежем возду-
хе; например, состязание в беге, в котором он сам принимал
участие. Не лишним будет отметить, что Абрам Федорович не-
плохо бегал и довольно часто побеждал более молодых
соперников.
После окончания официальной части съезда состоялась по-
ездка его участников на Кавказ. В первый же день пути в наш
студенческий вагон пришли в гости Иоффе, Поль, Дебай и дру-
гие не менее прославленные ученые. Как сейчас помню, Абрам
Федорович предложил нам игру, заключавшуюся в следую-
щем. Участники игры, расположившись по кругу, начинают по
очереди называть имена известных ученых. Первый участник
называет одну фамилию, второй называет уже названную фа-
милию и добавляет еще одну и так далее. Из игры выбывает
первым тот, кто забудет хоть одну названную фамилию. Та-
ким образом, число игроков непрерывно уменьшается, пока не
остается один победитель, обладающий наилучшей памятью.
Среди известных фамилий, конечно, были названы и фамилии
участвовавших в игре физиков; самое смешное, что они-то
и выбыли из игры одними из первых, так как забывали назвать
собственные фамилии.
...1928 год был ознаменован еще рдним важным собы-
тием — исполнилось 10 лет ЛФТИ (Ленинградскому физико-
техническому институту). По этому поводу было организовано
торжественное заседание, в котором приняли участие почти все
физики Советского Союза. Мы с удовлетворением отмечали,
что поздравительные речи и адреса фактически относились
лично к Абраму Федоровичу Иоффе. Все, конечно, понимали,
что работа Физико-технического института определяется его
директором. Среди многочисленных выступлений было и при-
ветствие представителя из Харькова, который в теплых словах
благодарил Абрама Федоровича за его усилия по созданию
в столице Украины (в то время Харьков был столицей УССР)
нового физико-технического института. Ядро этого института
составляла группа сотрудников ЛФТИ во главе с Иваном Ва-
сильевичем Обреимовым и Александром Ильичом Лейпун-
ским. Это было началом осуществления идеи Абрама Федоро-
вича Иоффе о необходимости создания научных физиче-
70
ских центров в крупных промышленных районах Советского
Союза.
Абрам Федорович неоднократно разъяснял нам необходи-
мость децентрализации науки в СССР. «Нельзя, — говорил
он, — чтобы наука сосредоточилась в Москве и Ленинграде. Со-
ветская физика обязана оказывать свое влияние на развитие
промышленности страны». Вслед за Украинским физико-техни-
ческим институтом (УФТИ) были организованы физические ин-
ституты в Днепропетровске, Томске и Свердловске. Во все эти
институты были направлены группы высококвалифициро-
ванных физиков из числа сотрудников ЛФТИ — учеников
Иоффе.
В адресе, который преподнесли Абраму Федоровичу сотруд-
ники ЛФТИ, было отмечено, что адрес этот подписывает не
только огромное количество его прямых учеников, но и учени-
ки учеников его первых учеников, которые сумели к этому
времени стать неплохими физиками. Это было сказано не для
красного словца, а отражало фактическое положение дела. За-
бегая вперед, могу сказать, что еще при жизни Абрама Федо-
ровича Иоффе в числе его учеников насчитывалось не менее 15
академиков и около 30 членов-корреспондентов Академии наук
СССР. Не знаю, найдется ли еще кто-нибудь из ученых мира,
способный похвастаться лучшими результатами в своей стране.
Абрам Федорович действительно был не только выдающий-
ся ученый, но и превосходный воспитатель молодежи. Это
объясняется, в первую очередь, тем, что он владел секретом
отбирать талантливых молодых сотрудников, которые сравни-
тельно быстро становились крупными учеными. Помимо это-
го, Абрам Федорович сумел создать в институте такую рабо-
чую атмосферу, в которой каждый сотрудник ощущал себя
сопричастным к огромному, важному делу, сознавал нужность
своей работы, чувствовал за нее ответственность. Люди рабо-
тали увлеченно, не жалея сил. В институте можно было в лю-
бое время дня и ночи найти сотрудников за работой. И это бы-
ло нормальным стилем работы института.
Наше увлечение экспериментальной работой было столь ве-
лико, что Абрам Федорович нередко журил нас за то, что мы
слишком много времени проводим за экспериментом и слиш-
ком мало времени уделяем чтению научной литературы. Он
даже поручил своему большому другу начальнику отдела тео-
ретической физики института Якову Ильичу Френкелю органи-
зовать специально для экспериментаторов семинар по вопро-
сам современной теоретической физики.
Но вернемся к празднованию 10-летия института. Абрам
Федорович очень любил и высоко ценил хорошую, остроум-
71
ную шутку. Вот почему по окончании торжественного заседа-
ния мы устроили то, что теперь называется капустником. Точ-
нее, это была пьеса, написанная нами специально к юбилею
и называвшаяся «10 лет, которые потрясли физику». Репетиро-
вали эту пьесу мы втайне, так что о ней знали лишь ее участ-
ники. Пьеса состояла из 10 актов, последовательно отражаю-
щих каждый год из жизни института со дня его создания. Нам,
участникам, очень хотелось знать, как она будет воспринята
зрителями, и поэтому мы внимательно следили за реакцией за-
ла и прежде всего — за реакцией Абрама Федоровича Иоффе,
который сидел в первом ряду. Пьеса имела большой успех:
зрители, в том числе и Абрам Федорович, почти непрерывно
смеялись и награждали актеров бурными аплодисментами.
В пьесе действительно было много смешных и остроумных
моментов. Так, например, два ведомства, которые финансиро-
вали наш институт, были изображены в виде царей, восседав-
ших на тронах с надписями «Царь-Наркомпрос» и «Царь-Сов-
нарком». Для пущей важности они были одеты в докторские
мантии самого Абрама Федоровича. Актеры, изображавшие
дирекцию института, всячески старались угодить владыкам,
показывая различные фокусы, вроде превращения воды
в кровь, железа в змею и т. д. За свое усердие они удостоились,
вознаграждения — получили мешок с монетами. Кончалась
пьеса куплетами, которые исполняли актеры, сидящие в ракете,
направляющейся в космос на заседание ученого совета.
Каждый куплет кончался припевом
«Все выше, и выше, и выше
Летим на ракете в эфир.
Заполним мы физикой скоро
Весь звездный заоблачный мир».
Окрыленные успехом этой пьесы, мы ввели в традицию
устройство такого рода вечеров два раза в году: на майские
и октябрьские праздники. И неизменно они пользовались успе-
хом у коллектива института. В пьесах часто принимал участие
и сам Абрам Федорович Иоффе.
Вспомним один из таких вечеров, на котором обыгрыва-
лось одно довольно значительное событие в жизни советских
научных работников. Я имею в виду вышедшее в 1933 году по-
становление о введении ученых степеней и званий. Нам, мо-
лодым научным сотрудникам, оно казалось противоречащим
духу строительства социализма, поскольку постановление
предусматривало материальные преимущества за научную сте-
пень или звание, а не за непосредственно выполняемую работу.
На сцене представлялось заседание ученого совета институ-
та под председательством академика Иоффе, которого играл...
72
Абрам Федорович Иоффе. Появление его на сцене было с во-
сторгом воспринято зрителями. Ученый совет заслушивал за-
щиты двух диссертаций. Первая диссертация была экспери-
ментальной и, конечно, сопровождалась демонстрацией остро-
умных шуточных опытов. Достаточно сказать, что объек-
том исследования являлась а-брынза, электродами служили
столовые вилки. Образец с воткнутыми в него электродами по-
мещался между полюсами настоящего электромагнита; на по-
люсы были надеты детские ботиночки (в те времена полюсные
наконечники электромагнитов называли полюсными башмака-
ми). Результаты исследования диссертант проиллюстрировал
графиком, на котором была изображена замысловатая кривая,
проходящая через две экспериментальные точки. Комментируя
этот график, диссертант заявил, что он построил его на осно-
вании известной физической теоремы о том, что через две
данные экспериментальные точки можно провести кривую
и притом только одну. В заключение он заявил, что исследо-
ванная им а-брынза обладает дырочной проводимостью; в до-
казательство справедливости этого вывода на экране появи-
лось изображение брынзы, на котором, естественно, были
видны дырки. Ясно, что защита диссертации проходила под
смех и аплодисменты зрителей.
Вторая защита была чисто теоретической. Эта инсцениров-
ка была пародией на одного теоретика нашего института, лю-
бившего похвалиться своими успехами. После того как предсе-
дательствующий предоставил слово второму диссертанту, тот
развернул плакат, на котором было написано «Список ученых,
которые цитируют меня», и дальше шло перечисление имен:
Архимед, Лукреций, Галилей, Эйнштейн, Бор... Затем диссер-
тант продемонстрировал второй плакат — «Список лиц, ко-
торые могут засвидетельствовать, что я первый сказал А».
В списке значились фамилии вахтера, коменданта здания ин-
ститута, пожарника, уборщицы и других служащих института.
После «защиты» и краткого совещания членов ученого сове-
та председательствующий Абрам Федорович серьезным тоном
объявил, что совет присуждает обоим диссертантам ученые
степени, пригласил их подойти к столу, опуститься на одно ко-
лено и надел на каждого докторские мантии. Все это сопрово-
ждалось бурными аплодисментами зала.
...С начала 30-х годов А. Ф. Иоффе заинтересовался физи-
кой полупроводников. Я думаю, что богатая интуиция подска-
зала Абраму Федоровичу, что полупроводники, которые были
очень мало исследованы в то время, могут иметь важное тех-
ническое применение. Скудность экспериментальных данных
о полупроводниках объяснялась тем, что у одного и того же по
73
химическому составу полупроводника электрические свойства,
например электропроводность, в широких пределах менялись
от образца к образцу, и поэтому физики-экспериментаторы, от-
чаявшись получить однозначные данные, махнули рукой на
полупроводники.
Абрам Федорович настолько заинтересовался этим классом
веществ, что переключил на их исследование значительную
часть сотрудников института. Разумеется, это делалось не в ад-
министративном порядке. Абрам Федорович всегда умел вну-
шать сотрудникам интерес, а следовательно, и энтузиазм к ис-
следованию новых областей физики.
Уже первые полученные данные показали, что наблюдав-
шийся на опыте большой разброс данных об электрических
свойствах полупроводников одного и того же химического со-
става объясняется ничтожными, с химической точки зрения,
примесями. Поэтому Абрам Федорович и сосредоточил особое
внимание на исследовании влияния малых количеств примесей
на электрические свойства полупроводников. Заметим, что под
термином «малые примеси» понимаются стотысячные и даже
миллионные доли процента по отношению к основному веще-
ству, которые обычным химическим анализом не обнаружи-
ваются.
Под руководством Абрама Федоровича Иоффе были разра-
ботаны тончайшие физические способы регулирования количе-
ства примесей в некоторых типах полупроводников. Это
позволило исследовать зависимость электропроводности полу-
проводника от количества введенных примесей. Я думаю, что
в значительной степени именно под влиянием работ А. Ф.
Иоффе и его школы началось быстрое развитие исследова-
ний в области физики полупроводников во многих странах
мира.
Среди вопросов этой области физики Абрама Федоровича
заинтересовала проблема выпрямления переменного тока. Бы-
ло обнаружено, что контакт металла с полупроводником обла-
дает выпрямляющими свойствами. При прохождении тока че-
рез такой контакт электрическое сопротивление существенно
зависит от направления тока. Если при одном направлении то-
ка сопротивление мало, то при обратном направлении тока
оно резко возрастает. Таким образом, полупроводник с нане-
сенным на его поверхность слоем металла представляет собой
выпрямитель, столь нужный для многих технических целей.
Довольно скоро после проведенных в ЛФТИ исследований на
«модных» в 30-х годах полупроводниках из закиси меди (Си2О)
и селена (Se) в промышленности стали использоваться медно-
закисные и селеновые выпрямители.
74
Абрам Федорович пытался найти физическое объяснение
эффекту на границе металл — полупроводник. Совместно
с Яковом Ильичом Френкелем он опубликовал теорию этого
явления. Хотя количественные предсказания теории не совпада-
ли с экспериментальными данными, ее физические основы
в значительной степени сохранились и сейчас.
Абрам Федорович продолжал и даже расширял исследова-
ния в области полупроводников. В частности, его заинтересо-
вали фотоэлектрические явления в полупроводниках. Это,
в первую очередь, изменение электропроводности полупровод-
ников под действием падающего на них света. Во-вторых, воз-
никновение электродвижущей силы при освещении контакта
металл — полупроводник или контакта двух полупроводников.
Возникновение э. д. с. под действием света — это прямое пре-
вращение световой энергии в электрическую. Понятно, какое
большое значение могло бы это иметь для практики, если в ка-
честве источника света использовать даровую энергию Солнца.
Абрам Федорович довольно часто описывал нам радужные
перспективы использования полупроводников в качестве гене-
раторов электроэнергии, работающих на энергии излучения
Солнца. Нам это казалось чистой фантастикой. Коэффициент
полезного действия полупроводниковых фотоэлементов того
времени не превышал 1—2%. Абрам Федорович нас убеждал,
что в дальнейшем удастся повысить к. п. д. полупроводни-
ковых фотоэлементов до 10—15%, а это, напоминал он, вдвое
выше, чем к. п. д. паровоза.
Только теперь мы можем оценить необыкновенную прозор-
♦ливость Абрама Федоровича. Начиная с 60-х годов полупро-
водниковые фотоэлементы — их называют фотодиодами — ши-
роко применяются на практике. Их к. п. д. достигает 10—15%.
Наиболее широко используются солнечные фотодиоды на кос-
мических кораблях в качестве источников электропитания.
Больше того, сейчас уже разрабатываются проекты силовых
электростанций на солнечных фотодиодах. Таким образом, ка-
завшаяся нам фантастической идея Иоффе на наших глазах
превратилась в реальность.
Абрам Федорович вообще часто высказывал научные идеи,
которые большинству физиков в то время казались фантасти-
ческими, а впоследствии получали свое реальное воплощение.
Я помню, как в начале 30-х годов на одном из ученых советов
Абрам Федорович намечал перспективы развития научных ис-
следований в институте. При этом он высказал убеждение, что
в институте следует развить работы в области ядерной физики.
В обоснование этого предложения он утверждал, что в буду-
щем представится возможность практически использовать
75
энергию, выделяющуюся при ядерных превращениях. Тогда
подобные прогнозы были восприняты как совершенно не-
реальные, потому что у многих еще было свежо в памяти вы-
сказывание основоположника ядерной физики Резерфорда
о том, что атомное ядро есть не источник энергии, а могила
для энергии.
В конце 1938 года, когда было открыто явление деления
урана, всем стало ясно, что прав был А. Ф. Иоффе, а не Резер-
форд. К счастью, еще при жизни Абрама Федоровича ядерная
энергия была использована не только как орудие уничтожения,
но и для мирных целей. Первая в мире атомная электростан-
ция была пущена в Советском Союзе в 1954 году, за год до
75-летия А. Ф. Иоффе. Замечу, что Абрам Федорович никогда
не хвастался своими осуществившимися предсказаниями, ко-
торые звучали почти как пророчества.
Тут уместно сказать, что в решении и проблемы создания
ядерного оружия, и проблемы использования ядерной энергии
в мирных целях руководящая роль принадлежала ученикам
Абрама Федоровича Иоффе. Это на первый взгляд кажется
странным, потому что до начала 30-х годов, т. е. в первые
12—15 лет существования ЛФТИ, почти никто в институте (за
исключением Д. В. Скобельцына) ядерной физикой не занимал-
ся. Но в самом начале 30-х годов, в период наиболее бурного
развития физики ядра (открытие нейтрона, позитрона и т. д.),
Абрам Федорович понял, что его институт, его сотрудники не
могут остаться в стороне от решения животрепещущих проб-
лем этой области. Я помню, как он со свойственными ему на-
стойчивостью и тактом убеждал ряд ведущих физиков институ-
та круто изменить свою научную тематику и перейти на
исследование мало знакомой области науки. Агитация имела
успех, и довольно скоро две лаборатории института, которыми
руководили Игорь Васильевич Курчатов и Абрам Исаакович
Алиханов, целиком перешли на новую тематику. По инициати-
ве Абрама Федоровича в институте был организован спе-
циальный семинар, на котором обсуждались новые работы по
физике атомного ядра, публикуемые во всех физических журна-
лах мира, и намечались планы исследований в институте. Этот
семинар помог нашим «ядерщикам», как мы их тогда называ-
ли, быстро войти в курс новой для института области физики
с ее понятиями, терминологией, методами экспериментальных
исследований. И нужно сказать, что довольно скоро новые ла-
боратории стали выпускать свою научную продукцию.
Уже к середине 30-х годов наши физики-ядерщики находи-
лись на уровне лабораторий Запада. Это подтвердила Всесоюз-
ная конференция по ядерной физике, которая проходила
76
в Ленинграде и практически была международной, поскольку
в ней приняли участие многие иностранные ученые. На этой
конференции с докладами выступали такие крупные, я бы ска-
зал ведущие, ученые в области ядерной физики, как Жолио-
Кюри, Дирак, Перрен. Доклады наших советских физиков —
сотрудников ЛФТИ — показали, что достигнутый ими уровень
был весьма высок.
...В 1933 году ЛФТИ отмечал свое пятнадцатилетие. Мы
подготовили к этому юбилею, кроме официальной программы,
шуточное представление. Оно начиналось комическим торже-
ственным заседанием ученого совета института. С докладом на
заседании выступал Абрам Федорович Иоффе. Он начал свое
выступление словами: «Товарищи, я хочу вам рассказать
о 15-дневной деятельности нашего института». Когда его из
публики поправили «15-летней», Абрам Федорович повторил,
что он делает доклад именно о 15-дневной деятельности, пото-
му что за последние 15 дней сотрудники института провели та-
кую работу по подготовке к празднованию юбилея, которая,
с его точки зрения, сравнима по масштабу с их 15-летней науч-
ной деятельностью. Естественно, доклад неоднократно преры-
вался смехом зала и аплодисментами. После доклада ряду со-
трудников были вручены премии, каждая из которых сопрово-
ждалась остроумными комментариями. Затем ученый секре-
тарь совета огласил ряд приветствий юбиляру. Среди них
была, например, телеграмма от Бойля — Мариотта: «Связи
юбилеем вашего института сообщаем открытом нами законе
pV = const тчк надеемся вы его успехом примените вашей науч-
ной работе тчк Бойль — Мариотт тчк кладбище Пер Ляшез тчк
1676 год». Было и поздравление от Остапа Бендера из Рио-де-
Жанейро: «Освещаем город фотоэлементами тчк шлите мил-
лион ваших фотоэлементов».
Заканчивалась наша увеселительная программа пьесой под
названием «Дела ядерные» в исполнении кукольного театра
под руководством замечательного артиста Евгения Деммени.
Героями пьесы были, конечно, сотрудники института, в том
числе и Абрам Федорович Иоффе. Куклы были сделаны ку-
кольником, которого мы заранее специально приглашали на
заседание ученого совета нашего института, где он и сделал на-
броски будущих персонажей. Разумеется, кроме организаторов,
никто не знал о существовании пьесы.
Когда зал был полон и зрители сидели на своих местах
в ожидании начала представления, неожиданно погас свет. Это
было объяснено случайной неисправностью в сети. В действи-
тельности свет мы погасили специально для того, чтобы в тем-
ноте установить на сцене ширму для кукольников. Делалось
77
все это очень быстро, и вскоре вспыхнул луч прожектора, ко-
торый ярко осветил чуть шаржированное кукольное изображе-
ние Абрама Федоровича Иоффе. Читатели могут себе предста-
вить бурю оваций, которой была встречена эта столь
неожиданная сцена. Такая встреча была предусмотрена режис-
сурой, и поэтому на кафедре был поставлен довольно большой
колокольчик, который кукла взяла в руки и начала успокаивать
публику в зале, что, естественно, вызвало еще большую
овацию.
Пьеса имела успех и надолго запомнилась всем присут-
ствующим в зале, особенно, наверное, женам главных дей-
ствующих лиц, которым сразу же после окончания спектакля
были розданы герои-куклы.
В 1936 году я уехал из Ленинграда в Свердловск, и повсе-
дневная связь с Абрамом Федоровичем была на некоторое вре-
мя прервана.
В октябре 1940 года советские физики отмечали 60-летие
Абрама Федоровича Иоффе. Автор этих строк явился на юби-
лей в качестве представителя уральских физиков. В преподне-
сенном нами адресе было сказано: «Вы, Абрам Федорович,
являете собой второй после Ньютона пример использования
продуктов питания для научных исследований». Имелись в ви-
ду легендарное яблоко Ньютона и поваренная соль, кристаллы
которой часто использовал Абрам Федорович в своих исследо-
ваниях по физике кристаллов.
...С начала войны ЛФТИ под руководством Иоффе практи-
чески целиком переключился на работы, связанные с обороной
нашей страны. К счастью, к этому времени в лабораториях ин-
ститута уже были решены многие важные вопросы оборонного
значения, такие, например, как защита кораблей от магнитных
мин (руководил этой работой Анатолий Петрович Александ-
ров, ныне президент Академии наук СССР), проблема радио-
локации (Юрий Борисович Кобзарев) и другие.
На время войны значительная часть ЛФТИ во главе
с Абрамом Федоровичем была эвакуирована в Казань. Часть
сотрудников находилась непосредственно на флотах, занимаясь
установкой систем магнитной защиты военных кораблей, часть
осталась в Ленинграде (во главе с Павлом Павловичем Кобе-
ко), где совместно с ленинградскими морскими организациями
провела большую работу, связанную с доставкой грузов в оса-
жденный Ленинград по льду Ладожского озера.
В 1942 году мы встретились с Абрамом Федоровичем
в Свердловске во время состоявшейся там сессии Академии на-
ук СССР. Абрам Федорович был полон сил и энергии и очень
гордился вкладом своих учеников в военную мощь нашей ар-
78
мии. Не могу не отметить, что в начале 1943 года часть со-
трудников ЛФТИ, так же как и бывшие его сотрудники, по ре-
комендации Абрама Федоровича Иоффе переключились на
решение так называемой урановой проблемы.
Во время войны Абрам Федорович был вице-президентом
Академии наук СССР и, находясь на этом посту, сумел напра-
вить работу значительной части физиков на решение актуаль-
нейших для обороны страны проблем. Более детально я позна-
комился с деятельностью Абрама Федоровича Иоффе
в Академии наук после моего избрания членом-корреспонден-
том, когда я был обязан посещать общие собрания Академии
и все заседания Отделения физико-математических наук.
Вспоминаю одно из заседаний Отделения вскоре после окон-
чания войны, посвященное чисто организационному вопросу —
выдвижению и обсуждению кандидатуры президента Академии
наук СССР. Дело в том, что до 1945 года президентом был
академик Владимир Леонтьевич Комаров, но состояние его
здоровья и возраст не позволяли ему эффективно руководить
деятельностью этого важного учреждения. Советское прави-
тельство пригласило весь состав Президиума АН СССР на со-
вещание, на котором обсуждался вопрос об избрании нового
президента. На этом совещании была предложена кандидатура
Сергея Ивановича Вавилова.
Сразу же были собраны отделения Академии наук СССР.
На заседании Отделения физико-математических наук его ака-
демик-секретарь Абрам Федорович Иоффе доложил рекомен-
дацию правительства и попросил членов Отделения высказать-
ся по этому вопросу. После нескольких выступлений слово
попросил один из старейших членов Отделения академик Алек-
сей Николаевич Крылов. Он сказал, что перед заседанием От-
деления, зная повестку дня, специально просмотрел устав Ака-
демии наук, чтобы выяснить, какие требования предъявляются
к президенту Академии наук. Оказалось, что в действовавшем
тогда уставе слова «президент Академии наук» упоминаются
всего лишь один раз, а именно: «Президент Академии наук из-
бирается общим собранием действительных членов Академии
наук». Поэтому ему лично трудно обсуждать вопрос о канди-
датуре президента, поскольку неизвестно, какие требования
надо к нему предъявить. В качестве примера образцового уста-
ва Крылов сослался на судебный устав Петра I, процитировав
следующие пункты:
«1. Кражей называется хищение чужой собственности, про-
изведенное тайно.
2. Грабежом называется хищение чужой собственности,
произведенное явно.
79
3. Разбоем называется хищение чужой собственности, про-
изведенное с насилием».
Закончив эту цитату, академик Крылов сказал: «Как види-
те, в судебном уставе все сформулировано совершенно четко
и ясно, а что такое президент Академии наук — совершенно не
ясно». Последняя фраза, конечно, вызвала смех собравшихся.
Абрам Федорович Иоффе не растерялся и ответил Крылову
примерно так: «Я понимаю, что в действующем уставе Акаде-
мии наук имеется пробел, но, по-видимому, составитель устава
предполагал, что президент не будет заниматься ни кражей, ни
грабежом, ни разбоем». Эти слова были встречены аплодис-
ментами. Отделение вынесло решение рекомендовать общему
собранию Академии наук кандидатуру академика С. И. Вави-
лова на пост президента. Вскоре он был избран президентом
Академии наук СССР.
...Нельзя сказать, что жизненный путь Абрама Федоровича
был усыпан розами. Я был свидетелем нескольких важных со-
бытий, которые, безусловно, сильно огорчили Абрама Федоро-
вича Иоффе. Одним из таких событий была неудача с реше-
нием проблемы тонкослойной изоляции, на которую Абрам
Федорович потратил много сил и времени. Это была чисто на-
учная неудача. Он ее мужественно перенес и признал в печати
ошибочность своих предпосылок.
В 1936 году в Москве состоялось общее собрание Академии
наук, посвященное обсуждению научной деятельности ЛФТИ,
возглавляемого Абрамом Федоровичем Иоффе. На этом со-
брании Абрам Федорович сделал соответствующий доклад.
Физики, участвовавшие в обсуждении доклада, подвергли рез-
кой критике деятельность института и самого Абрама Федо-
ровича Иоффе.
Я думаю, что Абрам Федорович был очень огорчен не-
объективностью выступавших, среди которых были и его уче-
ники. Все выступления звучали очень тенденциозно. Тем участ-
никам собрания, которые могли выступить с объективной
положительной оценкой деятельности института, слова не да-
вали (в числе таковых оказался и автор этих строк).
Время показало, насколько несправедливой была эта крити-
ка. В частности, Абрама Федоровича критиковали за то, что он
развил в институте исследования по ядерной физике, которые,
по утверждению выступавших, не сулили даже в далеком буду-
щем практических применений. По тем же соображениям кри-
тиковали его и за развитие работ в области физики полупро-
водников. Теперь всем ясно, насколько ошибались критики
Абрама Федоровича, насколько смехотворна была их аргумен-
тация. Нынешнее поколение должно воздать должное научной
80
прозорливости Абрама Федоровича Иоффе, которая позволила
ему своевременно сформулировать и поставить такие ак-
туальные проблемы, как физика атомного ядра и физика полу-
проводников — основы современной научно-технической рево-
люции.
Нелегким был для Абрама Федоровича уход в 1950 году
с поста директора ЛФТИ, который он основал и которым ру-
ководил более 30 лет. Тем более, что этот уход был обставлен
довольно бестактно. Незадолго до этого события мы отмечали
семидесятилетие Абрама Федоровича. Торжественное заседа-
ние происходило в актовом зале Академии наук СССР в Ле-
нинграде и организовано было нарочито скромно. Из сотен
приветствий и адресов, направленных юбиляру со всех концов
страны и из-за рубежа, было зачитано только три: от Прези-
диума Академии наук СССР, от сотрудников института и от
райкома партии. Само заседание ограничилось научным докла-
дом Абрама Федоровича Иоффе «О проблемах полупровод-
ников».
Вечером Абрам Федорович пригласил к себе домой наибо-
лее близких своих учеников. За ужином Абрам Федорович го-
ворил нам, что он, несмотря ни на что и даже на свой возраст,
не оглядывается на прошлое и с оптимизмом смотрит в буду-
щее. Он показывал нам почетные дипломы, присужденные ему
различными организациями, в том числе и зарубежными на-
учными учреждениями и университетами. Среди них был ди-
плом Почетного члена Английского физического общества
(1944 г.), Парижского университета (Сорбонна, 1946 г.), Буха-
рестского университета (1947 г.), университета Граце (Австрия,
1949 г.) и т. д.
Особенно мне понравился диплом Почетного члена Китай-
ского общества физиков (1949 г.), оформленный в виде свитка
из белой шелковой широкой ленты, на которой иероглифами
был написан текст диплома (конечно, с приложенным к нему
русским переводом).
Сказанное Абрамом Федоровичем о том, что он с надеждой
и оптимизмом смотрит в будущее, было не «красным слов-
цом». Действительно, вскоре после ухода с поста директора
ЛФТИ он со свойственной ему энергией принялся за организа-
цию Института полупроводников Академии наук СССР.
В этом ему оказал большое содействие Президиум Академии
наук и ее президент Сергей Иванович Вавилов. Таким образом,
научная работа Абрама Федоровича Иоффе ни на один день не
прерывалась.
В 1955 году, в преддверии 75-летия Абрама Федоровича
Иоффе, группа академиков-физиков, его учеников, направила
81
письмо в правительство с просьбой присвоить А. Ф. Иоффе
звание Героя Социалистического Труда. В обоснование своей
просьбы мы перечислили крупнейшие научные заслуги Абрама
Федоровича и особо отметили его исключительную роль в де-
ле подготовки научных кадров высшей квалификации, обеспе-
чивших быстрое и своевременное решение урановой проблемы.
В частности, мы указали, что среди учеников Абрама Федоро-
вича уже насчитывается 15 академиков и около 30 членов-кор-
респондентов Академии наук СССР.
Для проведения юбилея Академия, создала оргкомитет, и
я был удостоен чести стать его председателем. Естественно,
меня как председателя очень волновал вопрос о реакции прави-
тельства на упомянутое письмо с просьбой о награждении
Абрама Федоровича Иоффе. До последней минуты мы не зна-
ли, как решится этот вопрос, и лишь в вагоне поезда, везшего
нас в Ленинград на празднование юбилея, мы услышали по ра-
дио указ Президиума Верховного Совета СССР о присвоении
академику А. Ф. Иоффе звания Героя Социалистического Тру-
да. Радость моя была безмерна.
На сей раз торжественное заседание, происходившее в том
же актовом зале Академии наук СССР в Ленинграде, прошло
с большим подъемом. Число прибывших на чествование Абра-
ма Федоровича было столь велико, что мы, при всем желании,
не могли всем предоставить слово для приветствия.
Последние годы мы с Абрамом Федоровичем встречались
сравнительно редко, но несколько раз все же он побывал у нас
дома в Москве. Абрам Федорович очень много и интересно
рассказывал не только о своих новых научных планах и идеях,
но и о различных событиях из своей жизни. Например, он рас-
сказал такую забавную историю. Однажды, в бытность свою
в Голландии, Абрам Федорович был в гостях у крупного физи-
ка Пауля Эренфеста; там же были Нильс Бор и Паули. Абрам
Федорович, Эренфест и Бор сидели на диване, а Паули, по
своей привычке, расхаживал по комнате из угла в угол и что-то
рассказывал. Вдруг Бор произнес: «Перестань разгуливать!
Это меня раздражает». Паули спросил: «А что, собственно, те-
бя раздражает?» Бор, отличавшийся манерой точно формули-
ровать свои мысли, задумался. И тут Эренфест ответил: «Раз-
дражает момент, когда ты возвращаешься обратно».
Вспоминаю и другую рассказанную Абрамом Федоровичем
историю, случившуюся с ним в молодости, когда он работал
в Мюнхене. Однажды Абрам Федорович решил провести во-
скресный день в Альпах. Накануне вечером он сел в поезд. Его
соседками по купе оказались две дамы. Попутчики разговори-
лись. Узнав, что Абрам Федорович — физик, дамы спросили
82
его, какая завтра будет погода. Абрам Федорович начал им
объяснять, что он не метеоролог и поэтому предсказать погоду
не может. Дамы, однако, оказались настойчивыми и требовали
ответа, утверждая, что физики должны все знать. Дело проис-
ходило в июне, было жарко, и Абрам Федорович, шутя, отве-
тил: «Завтра будет снег». Дамы весело рассмеялись и перешли
к другой теме. Велико же было удивление Абрама Федоровича,
когда, проснувшись наутро в гостинице, он увидел за окном...
густо падающий снег.
...Последний раз я видел Абрама Федоровича Иоффе летом
1960 года, когда я был вместе со своей старшей дочерью в Ле-
нинграде. Мы с ней получили приглашение провести во-
скресный день у него на даче в Комарове. Абрам Федорович
прислал за нами машину. На даче Абрам Федорович и его же-
на Анна Васильевна водили нас по своему хозяйству, с гор-
достью показывали возделанные ими грядки с клубникой
и овощами. Памятуя, что Абрам Федорович — директор осно-
ванного им Агрофизического института, я спросил Абрама Фе-
доровича, возделывал ли он грядки по всем правилам агрофи-
зической науки. На это он, смеясь, ответил, что в основном
следовал дедовским методам обработки почвы. Потом он по-
вел нас на вышку, построенную специально для того, чтобы
можно было любоваться видом на море. Абрам Федорович го-
ворил, что он очень любит отдыхать на этой вышке.
Вернулись мы в гостиницу только поздно вечером. Было
совершенно светло — в Ленинграде был разгар белых ночей.
Беседуя на даче с Абрамом Федоровичем, я, конечно, не
рассказал ему, что мы, как и все физики страны, готовились
отметить этой осенью его 80-летие. Не рассказал я ему и
о том, что мною отправлена статья в журнал «Успехи физиче-
ских наук», посвященная его юбилею. 14 октября утром мне на
работу позвонили из редакции газеты «Известия» с просьбой
срочно написать статью об Абраме Федоровиче Иоффе, кото-
рая должна была быть опубликована в день его рождения 30
октября. А через два часа после этого звонка мне сообщили из
Ленинграда, что Абрам Федорович внезапно скончался у себя
в лаборатории.

Игорь Васильевич Курчатов
(1903-1960)
ОН ПРОЖИЛ СЧАСТЛИВУЮ жизнь
(к 80-летию со дня рождения
И. В. Курчатова)
В истории физики известны имена выдающихся
ученых, которые своими трудами более или менее значительно
опередили свой век. Так, например, Ломоносов почти на столе-
тие раньше «срока» сформулировал идею молекулярно-кинети-
ческой теории. То же можно сказать и о Циолковском, ко-
торый примерно на полстолетия опередил эру ракетной
техники. Заслуженное признание и слава этих ученых пришли
для них слишком поздно. Современные этим ученым наука
и техника не были подготовлены для восприятия их идей.
И это обстоятельство в некотором смысле было бедой для та-
ких, безусловно великих, ученых: они не были признаны совре-
менниками. Истинно счастлив ученый, который идет «в ногу» со
временем. Академик Игорь Васильевич Курчатов был именно
счастливым ученым. Он неизменно интуитивно чувствовал раз-
витие современной ему физики. Он всегда занимался наиболее
животрепещущими вопросами физики. Так, в середине 20-х го-
дов электрические свойства диэлектриков были одной из ак-
туальных проблем физики. Именно к этому времени относятся
работы Курчатова в области электрической прочности диэлек-
трических кристаллов, которые затем привели его к замеча-
тельным исследованиям сегнетоэлектричества. Здесь Курчато-
ву, можно сказать, вдвойне повезло. Его исследования явления
сегнетоэлектричества совпали по времени с появлением кванто-
вой теории ферромагнетизма, электрическим аналогом которого
и является сегнетоэлектричество (его часто называют ферро-
электричеством). Таким образом, работы Курчатова сразу ока-
зались в русле развития двух актуальных проблем современной
ему физики твердого тела: физики диэлектриков и физики
магнетизма.
С 30-х годов, как известно, началось бурное развитие ядер-
ной физики, которое сопровождалось каскадом крупнейших от-
крытий. Это — открытие нейтрона, позитрона, искусственной
радиоактивности и т. д. Курчатов решительно переключает
свою лабораторию на работы в этой многообещающей обла-
сти физики.
В это время в Ленинградском физико-техническом институ-
те (ЛФТИ), где работал Курчатов, практически не было «куль-
туры» физики атомного ядра, кроме небольшой лаборатории
Д. В. Скобельцына, который в основном занимался космиче-
скими лучами.
85
Курчатову с его группой приходилось все начинать практи-
чески на пустом месте. В это время Игорь Васильевич целыми
днями просиживал в библиотеке и изучал литературу. «Литера-
турный» период длился сравнительно недолго. Очень скоро
в лаборатории Курчатова начались экспериментальные работы
по ядерной физике. Довольно быстро определилось основное
направление его интересов: искусственная радиоактивность при
облучении нейтронами. Тогда можно было видеть типичную
картину: Игорь Васильевич мчится из одного конца коридора
в другой с облученным образцом в руке для исследования оче-
редного короткоживущего ядра.
В те времена в стране не было еще ни одного действующего
циклотрона, и только в Радиевом институте заканчивалось
строительство первого циклотрона с вертикально располо-
женными метровыми полюсами магнита. Этот циклотрон
долго не могли наладить. Практически все руководство рабо-
тами по налаживанию циклотрона взял на себя Игорь Василье-
вич, и довольно быстро циклотрон был запущен.
Работы в лаборатории Курчатова велись с максимальной
интенсивностью. Для химической идентификации искус-
ственных ядер он привлек своего брата Бориса Васильевича
Курчатова, и очень скоро были налажены радиохимические ис-
следования с индикаторными (т. е. ничтожно малыми) количе-
ствами вещества. Словом, в течение полутора лет работы по
ядерной физике в лаборатории Курчатова достигли, как при-
нято говорить, мирового уровня.
Вскоре после начала работ вышла монография И. В. Кур-
чатова под названием «Расщепление атомного ядра» (1935 г.).
Работы по ядерной физике непрерывно велись до самой вой-
ны. Правда, начиная с 1937 года я уже не мог за ними еле-'
дать, потому что уехал в Свердловск и практически не
встречался с Игорем Васильевичем. И только в конце 1942 го-
да Курчатов неожиданно появился в Свердловске, зашел ко
мне в лабораторию и поинтересовался, чем я занимаюсь.
Внешне его посещение тогда ни на чем не сказалось, но позже
стало ясно, что он имел поручение прозондировать возмож-
ность привлечь меня к новой тематике. Действительно, в нача-
ле 1943 года я был вызван в Москву, где встретился с И. В.
Курчатовым и А. И. Алихановым у С. В. Кафтанова. Мне со-
общили, что имеется поручение правительства заняться вопро-
сами практического использования деления урана. Едва ли
нужно упоминать, что после открытия деления урана это был
самый животрепещущий вопрос, который интересовал всех фи-
зиков. На ядерной конференции 1940 года в Москве проблема
деления урана обсуждалась весьма оживленно при активном
86
участии Курчатова. По его инициативе была составлена запи-
ска правительству, в которой указывалось на важность этой
проблемы и на необходимость организации широких исследо-
ваний в этой области.
В начале 1943 года организация работ по практическому ис-
пользованию явления деления урана была оформлена прави-
тельственным актом. Началась совместная деятельность с
И. В. Курчатовым уже на новом поприще, в новой роли. По-
нятно, что более актуальной физической проблемы в то время
нельзя было себе представить. Конечно, проблема защиты ко-
раблей от магнитных мин, которой занимался тогда Игорь Ва-
сильевич, тоже была очень актуальна. Известно, что эти
работы А. П. Александрова и И. В. Курчатова позволили
спасти жизнь многим тысячам моряков. Но проблема урана не
терпела никаких отлагательств. Так началась напряженнейшая
эпопея решения практической задачи создания атомного ору-
жия. Первое время непосредственно работами занималось счи-
танное число людей. Вскоре Игорь Васильевич привлек
крупных теоретиков (Я. Б. Зельдовича, И. Я. Померанчука
и др.). Довольно быстро было произведено разделение «сфер
влияния». Проблемы, не связанные непосредственно с ядерной
физикой, были поручены мне: как выразился Курчатов, «ты
у нас специалист по пузырькам» (он в шутку называл все ра-
боты, не связанные с ядром, пузырьковой физикой). Вопросами
ядерной физики занимался он сам и А. И. Алиханов.
Начался бурный организационный период, когда нужно бы-
ло собирать людей, доставать помещения, оборудование. Вре-
менно нам было предоставлено помещение в Пыжевском пере-
улке и в Институте неорганической химии на Калужской улице.
И снова Игоря Васильевича можно было видеть бегущим
с облученными мишенями из одного конца коридора в другой.
Казалось, мы снова в ЛФТИ. Наряду с этой работой Курчатов
выполнял огромную организаторскую работу. Засиживались
мы на Пыжевском до поздней ночи.
Однажды было сказано, что нужно готовить доклады
о программе работ с указанием конечных сроков практическо-
го решения проблемы. Мы засели за составление такого докла-
да — каждый по своей части. И в один из вечеров предстали
перед правительством. Докладывали тоже каждый по своей ча-
сти. В каждом докладе содержался пункт, указывающий сроки
получения практических результатов. Как известно, эти сроки
были выдержаны.
В это время Игорь Васильевич организовал работы не толь-
ко по созданию института. Теоретики и экспериментаторы
взаимно обучались основам будущей ядерной техники. Коллек-
87
тивно обсуждались основные проблемы, связанные с практиче-
ской задачей, которая была поставлена. Все, особенно Курча-
тов, чувствовали огромную ответственность, возложенную на
коллектив. Большое беспокойство вызывал вопрос, не обгонит
ли нас фашистская Германия. Не было никакой уверенности,
что Германия не занимается усиленно проблемой урана. Было
ясно, что если в 1941 году все публикации, относящиеся к деле-
нию урана, вдруг прекратились, то все, в том числе и немцы,
должны были понимать, что начались работы по использова-
нию этого явления для важных целей, Нужно было принять во
внимание и то, что в печати появился ряд статей с оценкой то-
го действия, которое может вызвать цепная ядерная реакция,
если она осуществится.
В лаборатории поначалу эксперименты осуществлялись
в очень малом масштабе — не было места. Но теоретические
и расчетно-оценочные работы велись с чрезвычайной интенсив-
ностью. После наших докладов о перспективах решения про-
блемы процесс организации лаборатории резко ускорился. До-
вольно быстро было выделено новое помещение и приведено
в порядок старое. К концу 1944 года мы уже имели достаточно
приличные помещения для работы.
Научная и организационная деятельность Игоря Васильеви-
ча была предельно напряженной. Тогда он руководил работа-
ми по измерению основных ядерных констант урана. Необхо-
димо было получить с большой точностью данные
о количестве нейтронов, освобождающихся в одном акте деле-
ния ядра урана, определить энергетические спектры нейтронов
и т. п.
Курчатов «озадачивает» (одно из любимых его выражений)
теоретиков: необходимо развить теорию цепных ядерных реак-
ций. Как известно, наши теоретики с большим успехом справи-
лись с этой задачей. Курчатов непосредственно занялся строи-
тельством первого атомного реактора. Он целиком был
захвачен этим делом и сам руководил проектными, конструк-
торскими и научными разработками. Он сумел привлечь к про-
блеме большое количество научных институтов и ученых
самых разных специальностей. Его интересовал не только сам
реактор. Он понимал, что предстоят большие химические ис-
следования по выделению плутония *). Я помню, однажды, ког-
да мы были в Кремле, Игорь Васильевич демонстрировал пер-
вую стеклянную ампулочку с несколькими микрограммами
*) Плутоний - трансурановый элемент, занимающий 94-ю клетку
Периодической системы Менделеева. Пригоден для создания атомного
оружия и мирного использования атомной энергии.
88
плутония, который был получен в нашем первом реакторе, на-
ходящемся в «здании» монтажных мастерских.
Вскоре Курчатов выехал на площадку, где началось соору-
жение промышленного реактора, и в Москве бывал наездом,
как и другие руководители.
Наконец, наступил день, когда все было готово для испыта-
ния атомного оружия. Непосредственное руководство первым
взрывом осуществлял Курчатов. И несмотря на то, что на ме-
сте испытания присутствовали ответственные члены правитель-
ства, руководство всеми работами было поручено Курчатову.
И все работы были подчинены лично ему. Доверие прави-
тельства Игорю Васильевичу было неограниченным.
Игорь Васильевич быстро понял, что актуальнейшая про-
блема послевоенного времени — мирное использование атома
в энергетике. И поэтому не удивительно, что первая атомная
электростанция была создана под его непосредственным руко-
водством. Курчатов понимал также, что для дальнейшего раз-
вития атомной науки требуется обеспечить ее тылы, создать
современные установки для изучения физики элементарных ча-
стиц. И по его инициативе, также весьма своевременно, нача-
лась организация Объединенного института ядерных исследо-
ваний (ОИЯИ) под Москвой в Дубне. Можно сказать, что Дуб-
на — это детище Курчатова, хотя физика элементарных частиц
была далека от личных научных интересов ученого.
Едва ли нужно доказывать, насколько своевременно были
начаты работы по управляемым термоядерным реакциям. Тог-
да еще не было известно, что в других странах тоже ведутся
такие работы. Это было начало 1952 года. Курчатов внима-
тельно следил за ходом работ, хотя первое время непосред-
ственного участия в них не принимал. Не менее своевременно
он оценил полученные при исследованиях результаты и понял,
что первоначальные надежды на быстрое решение проблемы
оказались слишком оптимистичными. Он понял, что необходи-
ма серьезная систематическая работа в этой области, и опять
же своевременно оценил целесообразность рассекречивания
этих работ. Как известно, в 1956 году он в своем докладе в Ан-
глии изложил наши результаты по управляемому термоядерно-
му синтезу.
Помню, с какой тщательностью Курчатов готовил свой до-
клад : оттачивал каждую фразу, обсуждал, исправлял, пере-
делывал. Доклад в Англии произвел сенсацию. Только после
этого стало известно, что аналогичные работы велись и
в США, и в Англии. С тех пор начался период широкого ме-
ждународного сотрудничества в достижении управляемого тер-
моядерного синтеза.
89
Анатолий Петрович Александров
АНАТОЛИЙ ПЕТРОВИЧ
АЛЕКСАНДРОВ
(к 80-летию со дня рождения)
13 февраля 1983 г. исполнилось 80 лет выдающе-
муся советскому физику, президенту Академии наук СССР
академику Анатолию Петровичу Александрову. Мне выпало
большое счастье работать совместно с академиком А. П. Алек-
сандровым много лет. Сначала это было в Ленинградском фи-
зико-техническом институте, которым тогда руководил замеча-
тельный советский физик, академик А. Ф. Иоффе, затем — в
Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова, где мы про-
должаем работать вот уже свыше 30 лет. Поэтому у меня есть
полное право дать объективную характеристику научной дея-
тельности этого выдающегося ученого.
Анатолий Петрович Александров известен своими научны-
ми работами в области ядерной физики и ядерной техники.
Весь мир знает его как руководителя ядерно-энергетической про-
граммы СССР. Замечательно, что он начал заниматься ядер-
ной физикой будучи крупным специалистом совсем в другой
области — в физике диэлектриков и полимеров. Во время вой-
ны А. П. Александров еще был далек от ядерной физики, за-
нимаясь проблемой защиты кораблей от вражеских магнитных
мин. Лишь в самом конце войны и в первые послевоенные
годы он в течение короткого времени переквалифицировался
в физика-ядерщика, занялся ядерной техникой и стал одним из
крупнейших ученых в этой новой для него области. Вскоре
А. П. Александров стал заместителем И. В. Курчатова и с тех пор
практически взял на себя тяжелый труд научного руководства
проблемой промышленного ядерного реакторостроения. И. В.
Курчатов был поглощен реализацией идеи сооружения первой
в мире атомной электростанции. Это была трудная проблема,
нелегко было убедить специалистов в возможности решения
этой сложной задачи. В те, теперь уже далекие, годы мало кто
верил в целесообразность и техническую возможность строи-
тельства промышленных атомных электростанций, способных
конкурировать с обычными тепловыми станциями. Анатолий
Петрович со своими сотрудниками провел огромную научную
и инженерную работу, чтобы обосновать такую возможность.
В результате была разработана и принята научно обоснован-
ная программа развития атомной энергетики в нашей стране.
Достигнутый в этом деле блестящий успех побудил
А. П. Александрова заняться проблемой применения ядерной
энергетики и в судостроении, решить научно-технические про-
91
блемы судовых ядерных установок. Триумфом этой деятельно-
сти явилось создание первого в мире атомного ледокола «Ле-
нин». Без преувеличения можно сказать, что ледокол «Ле-
нин» — это детище Александрова. Он был научным руководи-
телем при проектировании судна, непосредственно руководил
конструированием ядерного реактора — сердца корабля, уча-
ствовал в швартовых испытаниях. Следующие поколения
атомных ледоколов — «Леонид Брежнев» и «Сибирь» — также
сооружались под его научным руководством.
Заслуги А. П. Александрова в области атомной науки и тех-
ники нашли свое наиболее яркое выражение в том, что при его
непосредственном участии вырабатывалась ядерно-энергетиче-
ская политика нашей страны. Для решения столь важной госу-
дарственной задачи Александрову пришлось организовать
целый комплекс научно-технических исследований.
Примером реализации ядерно-энергетической программы
нашего государства может служить знаменитая Ленинградская
АЭС. По мощности она была первой в мире (около миллиона
киловатт в блоке); за рубежом только теперь начали соору-
жать блоки такой мощности. Научное руководство проектиро-
ванием этой станции также осуществлял А. П. Александров.
Проектированию и сооружению ЛАЭС предшествовали на-
учные исследования крупного масштаба. В частности, при-
шлось провести трудные, но чрезвычайно важные исследования
в области теплофизики. Дело в том, что тепловые нагрузки
в тепловыделяющих элементах реактора столь большой мощ-
ности очень велики, и поэтому поведение этих элементов труд-
но предвидеть. Нужно было разработать специальные тепло-
физические стенды, позволяющие в крупном масштабе моде-
лировать те опасные явления, которые могут возникать в
эксплуатационных условиях.
Под руководством Анатолия Петровича, по его идеям, при
его непосредственном участии создание таких стендов было
осуществлено в Институте атомной энергии им. И. В. Курчато-
ва, которым А. П. Александров руководит без малого 25 лет.
Проведение этих теплофизических исследований в институте
обеспечило возможность эксплуатации мощных атомных элек-
тростанций. Такая тесная связь научных исследований и техни-
ческих решений позволила нашей стране выйти на передовые
позиции в области ядерной энергетики.
Обладая широким научным кругозором, Анатолий Петро-
вич ясно понимает значение перспективных работ, которые от-
носятся к дальнейшему развитию ядерной энергетики, в част-
ности к проблеме XXI века — термоядерной энергетике. Ра-
боты по управляемому термоядерному синтезу были начаты
92
по инициативе И. В. Курчатова, который уделял им особое
внимание. В настоящее время известно, что для технического
использования термоядерной энергии необходимы большие
магнитные поля. Однако их создание связано с огромным рас-
ходом энергии, который может оказаться больше, чем энергия,
выделяемая при термоядерной реакции. И только один способ
позволит избежать этой трудности — создание магнитного по-
ля с помощью сверхпроводящих материалов. Поэтому в Ин-
ституте атомной энергии им. И. В. Курчатова при активном
участии Анатолия Петровича широко развернуты работы по
технической сверхпроводимости. Первая в мире термоядерная
установка типа «Токамак» — «Т-7», в которой магнитное поле
создано с помощью сверхпроводящих обмоток, разработана
и создана у нас, в Советском Союзе.
Академик А. П. Александров — член Центрального Комите-
та КПСС, депутат Верховного Совета СССР. Его исключи-
тельные заслуги высоко оценены Родиной : он трижды Герой
Социалистического Труда, награжден многими орденами
и медалями.
Свое восьмидесятилетие Анатолий Петрович встречает пол-
ным сил и энергии, и я уверен, что широкие круги советского
народа от души желают ему долгих лет плодотворной деятель-
ности, благополучия и личного счастья.
МОИ ВСТРЕЧИ С ДЕБАЕМ
(к 100-летию со дня рождения
Петера Дебая)
Выдающийся физик и химик Петер Йозеф Виль-
гельм Дебай (1884—1966) широкому кругу физиков известен
как автор теории теплоемкости твердых тел.
В начале нашего века разработка такой теории представля-
лась трудной проблемой. Дело в том, что в прошлом столетии
была найдена любопытная закономерность, касающаяся те-
плоемкости. Многочисленные измерения показали, что про-
изведение удельной теплоемкости на молярную массу вещества
постоянно для всех твердых тел, практически не зависит от
температуры и равно приблизительно 25,2 Дж/(моль-К).
Это — закон. Дюлонга и Пти.
В начале этого века было экспериментально установлено,
что при низких температурах теплоемкость твердых тел с по-
нижением температуры уменьшается. И если построить кри-
вую зависимости теплоемкости от температуры, то она стре-
мится к нулю при абсолютном нуле температур. Сколь-нибудь
удовлетворительного объяснения этому не было.
Многие ученые пытались выразить найденную температур-
ную зависимость теплоемкости математической формулой. Но
кроме более или менее приближенных эмпирических формул
никому не удавалось ничего получить. Первую настоящую тео-
рию теплоемкости твердых тел дал Эйнштейн. В ней использо-
валась идея Планка о том, что энергия атомов меняется ди-
скретно, кратно /iv, где v — частота колебаний атомов. Эйнш-
тейн поначалу предположил, что для всех атомов частоты
одинаковы (что на самом деле не так), и сумел построить тео-
рию теплоемкости в сравнительно грубом приближении.
Воспользовавшись той же основной идеей Планка, Дебай
в 1912 году создал теорию, в которой было учтено, что раз-
личные атомы колеблются с разными частотами. Эта теория
позволила теоретически получить закон Дюлонга и Пти при
сравнительно высоких температурах и вывести довольно точ-
ную зависимость темплоемкости от температуры при низких
температурах. В соответствии с данными измерений из теории
следовало, что теплоемкость пропорциональна третьей степени
абсолютной температуры. Теперь эту зависимость называют
законом теплоемкости Дебая.
В дальнейшем выяснилось, какие температуры следует счи-
тать высокими, а какие — низкими. Оказалось, что для каждого
вещества в твердом состоянии существует характеристическая
94
температура — температура Дебая, выше которой применима
классическая теория теплоемкости, а ниже — требуется введе-
ние квантовой теории.
Из теории Дебая, в частности, следовало, что при низких
температурах теплопроводность твердых диэлектриков
с уменьшением температуры должна увеличиваться. И это дей-
ствительно так. Например, для алмаза температура Дебая по-
рядка 2000 СС, комнатные температуры для него низкие и те-
плопроводность очень велика — она сравнима с теплопровод-
ностью хороших проводников (меди).
Имя Дебая связано не только с теорией теплоемкости и те-
плопроводности твердых тел; оно знакомо ученым, занимаю-
щимся и магнетизмом, и электролитической диссоциацией
и др. За крупные научные достижения Дебай в 1936 году был
удостоен Нобелевской премии по химии.
Мне удалось познакомиться с Дебаем в 1928 году на Все-
союзном съезде физиков, на котором присутствовало много
именитых зарубежных ученых. Я тогда был студентом, и для
нас Дебай был классиком, так как его имя часто встречалось
во многих курсах физики. Личная встреча и знакомство с ним
было для меня и других молодых физиков событием.
Тогда Дебаю было 44 года. Когда объявили его доклад, на
трибуну вышел человек атлетического телосложения, и мы
приготовились услышать громовой голос. Каково же было
всеобщее удивление, когда он начал говорить очень высоким
голосом, почти что дискантом.
Мы хорошо знали Дебая как теоретика и мало знали о его
экспериментальных работах. На съезде рассказывали, что ког-
да в кулуарах обсуждался какой-нибудь вопрос и к Дебаю
обращались теоретики, Дебай говорил, что он эксперимента-
тор и что теория — не его специальность. А если обращались
экспериментаторы, Дебай говорил, что он теоретик. На самом
деле он был, конечно, и тем и другим.
Дебай был веселый и остроумный человек. Мы были уди-
влены, когда он в шутку затеял бороться с другим известным
немецким физиком Робертом Полем, человеком тоже атлети-
ческого телосложения, и победил его.
После окончания съезда большинство иностранных делега-
тов отправились домой через Батуми. Дебай же поехал вместе
с нами в Ленинград, сказав, что ему интереснее ехать со сту-
дентами, чем с учеными. Ехали мы в обычном вагоне. В доро-
ге Дебай развлекал нас многочисленными рассказами из жизни
физиков и из своей тоже. Кстати сказать, по дороге он обучал
нас немецкому языку (Дебай родился в Нидерландах, но рабо-
тал в Германии), а мы его — русскому. Он был, видимо,
95
лучшим учителем, чем мы, поскольку мы понимали его, а он
нас — практически нет.
Второй раз я встретился с Дебаем в 1930 году, когда после
окончания института был командирован в Германию и посетил
Лейпциг, где Дебай тогда заведовал кафедрой физики в уни-
верситете. Помня о нашем знакомстве, он встретил меня весь-
ма любезно, показал лабораторию, пригласил на лекцию и на
семинары. Я убедился в том, что многие экспериментальные
работы Дебая были обставлены с большим искусством
и остроумием.
ФИЗИКА
И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС
Физика служит основой почти всей современной
техники. Большинство технических наук были в свое время раз-
делами физики. По пальцам можно пересчитать те отрасли
техники, которые существовали до зарождения физики как на-
уки. Это, в первую очередь, — строительная техника, которую
человечество использовало уже в глубокой древности (вспом-
ним, например, египетские пирамиды); это — металлургия
(бронзовый и железный века), судостроение*), полиграфиче-
ская техника (первая печатная машина изобретена в XV веке).
Вот основные отрасли техники, которые зародились без замет-
ного влияния физики**). Положение существенно изменилось
с появлением таких титанов науки, как Галилей, Ньютон, Ло-
моносов и другие. Настоящая техническая революция про-
изошла в XIX столетии, когда физики заложили основы совре-
менной электротехники и теплотехники. Недаром XIX век
назвали веком электричества и пара.
Слово «электричество» произошло от греческого слова
«электрон» — янтарь. Древние греки заметили, что янтарь, если
его потереть, например, шерстью, притягивает к себе легкие
изоляторы. В конце XVI века это явление подробно изучил ан-
глийский ученый Гильберт (он и ввел термин «электричество»).
Но существенного технического значения электрические явле-
ния в то время не имели. Начало электрическому веку положи-
ли исследования итальянского физика Вольта. Шутки ради сле-
дует сказать, что поводом к исследованиям Вольта послужила
лягушка. Дело в том, что итальянский врач Гальвани заметил,
что если к ножкам препарированной лягушки приложить цир-
куль, сделанный из двух разных металлов, то мышцы ее сокра-
щаются. Вольта решил выяснить причину этого явления. В ре-
зультате он обнаружил, что если два разных металла
поместить в раствор кислоты, щелочи или соли, то между ме-
таллами (электродами) возникает постоянное электрическое на-
пряжение. На основании этого Вольта сконструировал первый
гальванический элемент, который называли вольтовым стол-
бом, — прообраз современных электрических батарей. Это был
первый источник постоянного электрического тока.
Физики получили возможность проводить опыты и изучать
свойства электрического тока. В начале XIX века датский фи-
зик Эрстед обнаружил, что протекающий по проводнику элек-
♦) См. книгу Тура Хейердала «Путешествие на ,,Кон-Тики“».
♦♦) Мы не рассматриваем, конечно, ремесел.
5 И. К. Кикоин
97
трический ток вызывает отклонение магнитной стрелки. Он по-
казал, что если проводник расположить параллельно магнит-
ной стрелке, то при включении тока она повернется на 90°. Так
было открыто явление взаимодействия электрического тока
с магнитной стрелкой. Тогда же французский физик Ампер по-
казал, что электрический ток действует с некоторой силой не
только на магнитную стрелку, но и на другие проводники с то-
ком, помещенные на некотором расстоянии от него.
Так впервые была установлена связь между электрическими
и магнитными явлениями.
Силы взаимодействия между электрическими токами — это
те самые силы, которые приводят в движение миллионы элек-
тродвигателей, используемых человеком в самых разных обла-
стях техники и в бытовых приборах.
Один из первых электрических двигателей был создан пе-
тербургским академиком Б. С. Якоби.
Явление электромагнетизма послужило основой для созда-
ния электромагнитного телеграфа, ставшего впоследствии ос-
новным видом связи между городами и странами. Первый
электромагнитный телеграф был создан членом-корреспонден-
том Российской Академии наук П. Л. Шиллингом.
В 1831 году английский физик Фарадей сделал открытие,
приведшее к революции в основных областях физики и техни-
ки. Речь идет об открытии электромагнитной индукции. Это
явление заключается в том, что вокруг изменяющегося со вре-
менем магнитного поля возникает замкнутое электрическое по-
ле и соответствующая ему электродвижущая сила. Эта элек-
тродвижущая сила, как и само электрическое поле, прямо
пропорциональна быстроте изменения магнитного поля. До
Фарадея физики говорили об электрических и магнитных жид-
костях. Понятие о поле, как электрическом, так и магнитном,
впервые было введено Фарадеем. Открытие электромагнитной
индукции дало возможность создать генератор электрического
тока. По существу, любая современная электрическая стан-
ция — это воплощение в грандиозных масштабах лабора-
торных опытов Фарадея.
Открытие электромагнитной индукции было воспринято
всем научным миром как крупная научная сенсация и принесло
Фарадею всемирную известность. Существует легенда, связан-
ная с этим. Тогдашний премьер-министр Англии узнал об от-
крытии Фарадея из газет. Чтобы ознакомиться более подробно
с сущностью открытия, принесшего его автору всемирную сла-
ву, премьер-министр посетил лабораторию Фарадея. Фарадей
продемонстрировал ему на самодельных примитивных прибо-
рах свои знаменитые опыты (сейчас они демонстрируются на
98
уроках физики в любой средней школе). Посмотрев опыт, пре-
мьер-министр воскликнул, обращаясь к Фарадею: «И эти дет-
ские игрушки принесли Вам такую славу?!». Легенда утвер-
ждает, что на это восклицание последовал следующий ответ
Фарадея: «Сэр, я думаю, что из этих игрушек Вы будете извле-
кать налоги!».
Это только легенда, но в действительности уже три десяти-
летия спустя вошли в строй первые промышленные электро-
станции, владельцы которых, вероятно, уплачивали налоги.
Электрические генераторы и до сих пор служат основными ис-
точниками электроснабжения, без которого трудно себе пред-
ставить жизнь современного общества. В 70-х годах прошлого
столетия великий английский физик Максвелл, которого мож-
но назвать Ньютоном в электричестве, тщательно изучив
многочисленные опыты, проведенные Ампером, Фарадеем
и другими физиками, сумел обобщить полученные результаты
и написать соответствующие им математические уравнения
(уравнения Максвелла)*). Из этих уравнений следовали все за-
кономерности в области электромагнетизма, полученные его
предшественниками. Больше того, Максвелл догадался, что на-
ряду с явлением электромагнитной индукции, открытой Фара-
деем, должно существовать новое явление, обратное явлению,
открытому Фарадеем. Если Фарадей открыл, что изменение
магнитного поля вызывает появление электрического поля, то
явление, теоретически предсказанное Максвеллом, заключается
в том, что изменение электрического поля вызывает появление
вокруг него магнитного поля, и напряженность этого магнит-
ного поля так же прямо пропорциональна быстроте изменения
электрического поля. Это означает, что изменяющееся магнит-
ное поле не может существовать без возникающего вокруг него
электрического поля, так же как изменяющееся электрическое
поле не может существовать без изменяющегося магнитного
поля, возникающего вокруг него. Так появилось представление
об электромагнитном поле.
Из уравнений Максвелла следовало, что при сравни-
тельно небольших магнитных полях, даже не очень быстро ме-
няющихся, возникают значительные электрические поля, ко-
торые легко наблюдать по вызываемому ими току в замкну-
том проводнике. Обнаружить же магнитное поле, возникающее
при изменении электрического поля, очень трудно, так как маг-
нитные силы малы по сравнению с электрическими силами.
Для этого требуется, чтобы технически максимально достижи-
мое электрическое поле изменялось с огромной быстротой.
♦) Сам Максвелл «Ньютоном электричества» называл Ампера.
5* 99
Так, для обнаружения магнитного поля самыми чувстви-
тельными современными приборами требуется, чтобы электри-
ческое поле с напряженностью 106 В/см уменьшалось до нуля
в течение примерно миллиардной доли секунды. Такой экспе-
римент в лаборатории неосуществим.
Главнейший вывод, который Максвелл сделал из своих
уравнений, заключается в том, что электромагнитное поле, пе-
риодически меняющееся со временем, должно распространять-
ся в пространстве волнообразно — так, например, как распро-
страняются звуковые волны от колеблющейся струны или
другого источника звука. Но скорость распространения элек-
тромагнитных волн должна, согласно Максвеллу, равняться
скорости распространения света, т. е. 300000000 м/с, что при-
мерно в миллион раз больше, чем скорость звука в воздухе.
Вот это обстоятельство и привело Максвелла к гениальной до-
гадке, что свет представляет собой электромагнитные волны
(электромагнитная теория света).
Поначалу большинство физиков считало, что уравнения
Максвелла носят чисто математический характер и его идея об
электромагнитной природе света не имеет под собой доста-
точных оснований. Вскоре после появления труда Максвелла
знаменитый немецкий физик Гельмгольц поручил молодому
сотруднику Герцу экспериментально проверить казавшиеся па-
радоксальными выводы Максвелла.
В 1888 году Герц опубликовал результаты своих опытов,
блестяще подтвердившие выводы Максвелла. Он создал экспе-
риментальную установку, состоящую из конденсатора, к об-
кладкам которого присоединялся высоковольтный генератор.
Напряжение генератора периодически менялось с высокой часто-
той, т. е. время изменения высокого напряжения было очень
мало. Ему удалось наблюдать распространение в пространстве
электромагнитных волн длиною около ста метров. Это вполне
соответствовало теории Максвелла. Для сравнения напомним,
что длина волны видимого глазом света составляет примерно
10"6 м. Таким образом, была доказана возможность передачи
электромагнитных колебаний на большие расстояния. По су-
ществу, установка Герца была прообразом первой радиостан-
ции. Парадоксально, что сам Герц не понимал практического
значения своего открытия, принесшего ему научную славу.
Утверждают, что на вопрос журналистов о практическом при-
менении его опытов Герц ответил, что они имеют чисто науч-
ное значение и никакого практического интереса не предста-
вляют. Но Герц оказался плохим пророком. В 1895 году 7 мая
профессор физики Петербургского университета А. С. Попов
впервые продемонстрировал изобретенные им передатчик и ра-
100
диоприемник и тем доказал возможность беспроволочной свя-
зи (так в те времена называли радиосвязь). Вскоре им же была
осуществлена связь по радио между Кронштадтской гаванью
и военными кораблями.
Важность работы А. С. Попова по достоинству была оцене-
на мировой общественностью — в 1900 году на Международ-
ном электротехническом конгрессе в Париже ему была вручена
Золотая медаль и Почетный диплом. Так основополагающая
теория Максвелла и фундаментальные работы Герца и Попова
положили начало веку радиотехники. Несколько позже те же
принципы легли в основу работ итальянца Маркони. Сейчас
трудно себе представить жизнь человечества без радиосвязи.
Конечно, современные радиостанции и радиоприемники не по-
хожи на передатчик и приемник А. С. Попова. Но физические
принципы, лежащие в основе современного радиовещания,
остались прежними. В начале нашего века работы по созданию
средств радиосвязи осуществлялись в основном в лаборато-
риях физиков. Но в скором времени эти работы переросли
в самостоятельную науку — радиотехнику, и дальнейшее разви-
тие радиовещания, радиосвязи и т. д. привело к созданию во
всем мире широко разветвленной радиотехнической промыш-
ленности.
1895 год ознаменовался еще одним крупным открытием
в физике. Немецкий физик Рентген открыл новое невидимое
глазом излучение, которое, тем не менее, засвечивало закры-
тую черной бумагой фотографическую пластинку. Сам он не
знал природы этого излучения и назвал его «Х-лучами».
Открытие Рентгена произвело сенсацию в широких слоях
общества, особенно когда появились фотографии внутренних
органов живых людей.
В 1913 году было доказано, что это излучение, которое об-
щепринято называть рентгеновскими лучами, представляет со-
бой электромагнитные волны с длиной порядка 10“10 м. Об-
щеизвестно огромное практическое значение рентгеновских
лучей в технике и особенно в медицине.
Вскоре после работ Рентгена было сделано открытие, кото-
рому суждено было произвести техническую революцию уже
в нашем XX веке.
В 1896 году французский физик Анри Беккерель, узнав об
открытии Рентгена, предположил, что источником рентгенов-
ских лучей служат флуоресцирующие вещества*). У Беккереля
*) Флуоресценция — свечение некоторых веществ, возникающее
после облучения их светом. Флуоресценция имеет конечную длитель-
ность.
101
была целая коллекция таких веществ, среди которых наиболее
интенсивно флуоресцировала урановая соль. Он провел ряд
экспериментов. В опытах Беккереля флуоресцирующая урано-
вая соль действительно засвечивала фотопластинку, закрытую
черной бумагой. Но однажды он случайно оставил не освещен-
ную предварительно урановую соль около фотопластинки.
Оказалось, что и в этих условиях, в отсутствие флуоресценции,
урановая соль засвечивала защищенную черной бумагой фото-
пластинку. Беккерель решил, что урановая соль испускает лучи,
подобные рентгеновским. Так было открыто явление, получив-
шее название радиоактивности (от латинского слова «ра-
диус» - луч).
Этим явлением заинтересовались французские физики
супруги Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри. Они заня-
лись детальным изучением урана и отходов от его фабричного
производства и впервые обнаружили, что эти отходы дают из-
лучение, которое по интенсивности намного превосходит излу-
чение самого урана. В результате огромной работы Мария
и Пьер Кюри впервые в мире выделили из этих отходов два
новых доселе неизвестных элемента — полоний и радий.
Интенсивность излучения радия (в действительности это
был хлорид радия) оказалась в миллион раз выше, чем интен-
сивность излучения урана. Выяснилось, что каждый грамм ра-
дия в течение часа излучает около 580 Дж энергии. Непрерыв-
ное излучение химическими элементами энергии было совер-
шенно непонятно и на первый взгляд, казалось, противоречило
закону сохранения энергии.
Способность радия испускать, хотя и очень медленно, зна-
чительные количества энергии больше всего заинтересовала
физиков. Что заставляет радиоактивные вещества испускать
лучи? Какова природа этих лучей? Откуда радиоактивные ве-
щества берут энергию, которую они отдают в форме своих
таинственных лучей? Такие вопросы волновали физиков. Это
была загадка радия. Многие физики ломали голову над ее
решением.
Мария и Пьер Кюри продолжили экспериментальные иссле-
дования природы излучения радия. Они поместили радий
в магнитное поле (между полюсами электромагнита) и замети-
ли удивительное явление — излучение радия заметно ослабело.
Супруги Кюри догадались, что ослабление излучения радия
в магнитном поле связано с отклонением в этом поле каких-то
заряженных частиц. Эти частицы назвали 0-частицами. Теперь
известно, что 0-частицы — это электроны.
Резерфорд обнаружил, что кроме 0-частиц радий испускает
еще и положительно заряженные частицы. Они получили на-
102
звание а-частиц. И наконец, часть излучения радия, на которую
магнитное поле вовсе не влияет, получила название у-лучей.
Дальнейшие опыты, описание которых мы здесь опускаем
(хотя они весьма поучительны), показали, что положительный
заряд а-частиц ровно вдвое больше заряда электрона, а их мас-
са совпадает с массой атома гелия. В целом атом электрически
нейтрален. Поэтому легко догадаться, что а-частица — это
атом гелия, из которого удалены два электрона. Что касается
у-лучей, то, как выяснилось, это электромагнитные волны, дли-
на которых значительно меньше, чем у известных уже рентге-
новских лучей.
Резерфорд решил использовать а-частицы в качестве раз-
ведчиков атомной структуры. Он вместе с сотрудниками сумел
проследить за изменением траектории а-частиц при их прохо-
ждении через тонкий слой исследуемого вещества. Надо было
брать именно тонкий слой вещества, потому что а-частицы, не-
смотря на свою большую скорость, составляющую около мил-
лиона метров в секунду, застревают в веществе, если его тол-
щина больше нескольких микрометров. При этом Резерфорд
получил совершенно неожиданный результат. Оказалось, что
вместо равномерного расширения пучка а-частиц при прохож-
дении через вещество некоторая часть а-частиц отклонялась от
первоначальной траектории на очень большие углы. Наблю-
дались даже случаи, когда а-частица отклонялась почти на 180°.
Этого не могло бы, конечно, произойти, если бы положи-
тельные и отрицательные заряды, из которых состоит нейт-
ральный атом, располагались равномерно внутри атома.
Для объяснения наблюденных отклонений а-частиц на боль-
шие углы было необходимо предположить, что а-частица
очень близко подходит к отклоняющему ее положительному
заряду. При этом по закону Кулона на а-частицу действуют
достаточно большие силы отталкивания, вызывающие ее от-
клонение. Оценки показывали, что эти расстояния примерно
в 10 тысяч раз меньше размера самого атома. Поэтому Резер-
форд предложил такую картину строения атома. Он предста-
вил себе атом в виде микроскопической копии Солнечной си-
стемы, где «Солнцем» служил положительный заряд, вокруг
которого, как планеты, вращались электроны. Если в Солнеч-
ной системе планеты движутся под действием гравитационных
ньютоновских сил, то в атоме электроны движутся вокруг по-
ложительного заряда под действием электрических, кулонов-
ских сил.
«Солнце» было названо ядром атома, которое имеет поло-
жительный заряд, равный сумме зарядов вращающихся вокруг
него электронов (чтобы атом оставался электрически
103
нейтральным). Это так называемая планетарная модель атома
Резерфорда. Размер ядра при этом не превышает 10-тысячной
доли размера самого атома (так же как размер Солнца много
меньше размеров всей Солнечной системы). Так на свет по-
явился новый термин, характеризующий атом, — атомное ядро.
Открытие ядра положило начало новой отрасли физики, кото-
рая теперь называется ядерной физикой.
Исследования рассеяния а-частиц на различных элементах
таблицы Менделеева привели к важному открытию: положи-
тельный заряд ядра численно равен произведению порядкового
номера данного элемента в таблице Менделеева на заряд элек-
трона. Это пролило новый свет на великий закон Менделеева,
придав ему глубокий физический смысл. Оказалось, что номер
химического элемента в его знаменитой таблице равен числу
электронов, вращающихся вокруг ядра. Было выяснено также,
что в состав ядра входят положительно заряженные частицы —
протоны, заряд которых равен заряду электрона, а масса при-
мерно в 1800 раз больше массы электрона.
Вначале изучением атомного ядра занимались лишь в очень
небольшом числе лабораторий мира. Это лаборатория Резер-
форда в Кембридже, лаборатория мадам Кюри в Париже и ла-
боратория Д. В. Скобельцына в Ленинграде. Однако к концу
20-х — началу 30-х годов основные свойства самих атомов бы-
ли хорошо исследованы, и многие физики мира обратили свой
взор на атомное ядро.
В 1932 году было сделано одно из крупнейших открытий
в ядерной физике XX века: был открыт нейтрон — электриче-
ски нейтральная частица, масса которой приблизительно равна
массе протона. Стало ясно, что ядро состоит из протонов
и нейтронов.
Действительно, к тому времени было известно, что атомы,
имеющие один и тот же номер в таблице Менделеева, могут
обладать разными массами. Такие атомы называют изотопами
данного элемента. Ядра атомов изотопов содержат, таким
образом, одинаковое число протонов, но разное число нейтро-
нов.
В 1934 году супруги Ирен и Фредерик Жолио-Кюри сделали
не менее важное открытие искусственной радиоактивности.
Оно заключалось в том, что легкие элементы (например, бе-
риллий) при облучении а-частицами сами становились ра-
диоактивными, испуская при этом нейтроны.
При облучении тяжелых элементов таких явлений не на-
блюдалось. Знаменитый итальянский физик Ферми догадался,
что у тяжелых элементов слишком велик заряд ядра, и «-части-
ца, имеющая заряд того же знака, не может к нему достаточно
104
близко подойти. На нейтрон, не имеющий заряда, положи-
тельный заряд не будет действовать кулоновскими силами.
Ферми выполнил целый ряд опытов по облучению различных
элементов нейтронами и обнаружил, что практически все эле-
менты после облучения становятся искусственно-радиоак-
тивными. После облучения большинство элементов испускало
а- и р-частицы, у-лучи, нейтроны. При испускании а- и р-ча-
стиц образовывались новые химические элементы.
Вскоре Ферми опубликовал большую работу, в которой
привел результаты своих исследований почти всех элементов
таблицы Менделеева, которые после облучения нейтронами
становились радиоактивными. При этом он дал практически
полную характеристику искусственной радиоактивности каж-
дого элемента. Тем самым открылась новая эра искусствен-
ного превращения элементов при соответствующем облу-
чении.
Когда Ферми дошел до последнего (тогда) элемента си-
стемы Менделеева — урана, то после облучения нейтронами
анализ полученных продуктов был настолько запутан, что Фер-
ми не мог дать надлежащего описания прошедшей ядерной
реакции.
Естественно, что после открытия нейтронной искусственной
радиоактивности вопросами ядерных реакций занялись многие
лаборатории мира, в частности Гана и Штрасмана в Берлине.
Аналогичные работы проводились в Ленинградском физико-
техническом институте в лаборатории И. В. Курчатова.
Парадоксальность ситуации с ураном состояла в том, что
после облучения урановой мишени нейтронами в ней были об-
наружены ядра таких элементов, как например барий, масса
которых примерно вдвое меньше, чем масса урана. Распутать
сложный процесс, который наблюдался Ганом и Штрасманом,
помогла их бывшая руководительница Лизе Мейтнер, жившая
тогда в Швеции. Подробную теорию этого процесса дал Нильс
Бор, развивший идею, высказанную в короткой заметке извест-
ного советского физика Я. И. Френкеля.
Не вдаваясь в рассмотрение сложных процессов, происходя-
щих при облучении урана нейтронами, укажем главную осо-
бенность этой ядерной реакции: оказалось, что ядро урана рас-
щепляется (делится) на два отдельных осколка. Они так
и называются осколками. Это научный термин. Массы и за-
ряды осколков определяют, какие именно изотопы элементов
системы Менделеева они собой представляют. Вскоре выясни-
лось, что расщепляться могут не все изотопы урана, а только
изотоп 235U, которого очень мало в природном уране, всего
0,7%.
105
Энергия осколков, образующихся при делении ядра атома
235U, оказалась во много раз больше, чем энергия нейтронов,
которыми бомбардировали ядро урана. Такие случаи, когда
энергия частиц, испускаемых ядрами, больше энергии облучаю-
щих частиц, уже бывали. Но до опытов с ураном было ясно,
что только ничтожная часть бомбардирующих частиц (порядка
миллионной доли) попадает в ядро и приводит к ядерной реак-
ции. Остальные пролетают вдали от ядра и никакого действия
не производят. Поэтому ясно, что если даже энергия испу-
скаемых частиц искусственно-радиоактивного вещества в сотни
раз больше энергии бомбардирующих частиц, суммарная энер-
гия, затрачиваемая на всю эту операцию, в 10000 раз больше
выделяемой энергии. Это и дало основание Резерфорду — осно-
воположнику ядерной физики — утверждать, что атомное ядро
не может служить источником энергии.
В случае с ураном все оказалось не так. Опыты показали,
что при расщеплении ядра урана попавшим на него нейтроном
кроме осколков, образующихся при этом, испускаются еще
и нейтроны. При каждом акте взаимодействия ядра и попавше-
го в него одного нейтрона испускается в среднем больше двух
нейтронов. А это значит, что нейтрон, попавший в ядро урана,
рождает больше двух новых нейтронов, которые сами по себе
ничем не отличаются от попавшего в ядро первичного нейтро-
на. Они могут, попав в другое ядро урана, снова его расще-
пить, при этом испустится еще два новых нейтрона, которые
учетверяют количество расщепленных ядер, и т. д.
Другими словами, происходит самопроизвольное лавино-
образное размножение нейтронов (цепная реакция). Надо толь-
ко обеспечить условия, при которых образовавшиеся при рас-
щеплении ядра урана нейтроны не вылетали бы из облучаемо-
го куска урана, не успев расщепить новых его ядер.
Для этого нужно иметь достаточно большой объем, а сле-
довательно, и большую массу урана. Такая масса называется
критической массой. В этом случае потери нейтронов становят-
ся незначительными, и огромная кинетическая энергия оскол-
ков урана передается атомам урана. Уран нагреется до очень
высоких температур. Предсказание Резерфорда не подтверди-
лось. Было доказано, что ядра урана могут стать источником
энергии.
Если бы удалось выделить практически в чистом виде 23 5U,
то, обеспечив его критическую массу, можно было бы полу-
чить огромное количество энергии. Как показали расчеты, про-
цесс расщепления практически чистого 235U под действием ней-
тронов происходит очень быстро и носит характер взрыва
(такие расчеты провели Я. Б. Зельдович, Ю. Б. Харитон в СССР
106
и ряд зарубежных физиков). Больше того, для этой цели даже
не требуется специального источника нейтронов, потому что
в атмосфере Земли всегда имеется небольшое количество ней-
тронов космического происхождения, которое достаточно для
возбуждения взрывной реакции, если уран достиг критической
массы. Стало ясно, что таким образом можно создать грозное
оружие — атомную бомбу.
Многие физики во всем мире занялись детальным исследо-
ванием процесса деления ядер урана. Почти в каждом номере
физических журналов во всем мире публиковались научные
статьи или заметки, выясняющие детали, касающиеся расщеп-
ления ядер урана. Но получение чистого 235U в нужных коли-
чествах, порядка десятков килограммов, казалось тогда фанта-
стическим.
Однако вскоре стало ясно, что и естественная смесь изото-
пов урана может подвергаться цепной ядерной реакции. Для
этого надо только как-то снизить энергию нейтронов, выле-
тающих при делении ядра 235U. К счастью, оказалось, что ско-
рость нейтронов можно регулировать в сторону ее уменьшения
очень простым путем. Для этого достаточно пропустить ней-
троны через вещество, состоящее из атомов, масса которых
мало отличается от массы самих нейтронов. Тогда при столк-
новении нейтронов с такими атомами они довольно быстро
передают часть своей энергии этим атомам, тем самым умень-
шая свою скорость до уровня скорости теплового движения
атомов.
Для замедления нейтронов пригодны вещества, масса ато-
мов которых не слишком велика. Надо только, чтобы эти ве-
щества не поглощали нейтронов, лишив их возможности за-
медлиться и расщепить соответствующие ядра урана. Свой-
ством мало поглощать нейтроны обладает тяжелая вода,
в состав которой вместо двух атомов обычного водорода вхо-
дят два атома тяжелого водорода (изотопа водорода — дейте-
рия — с вдвое большей массой). Поместив блоки с есте-
ственным ураном в тяжелую воду, можно замедлить нейтроны
и осуществить регулируемую самоподдерживающуюся цепную
реакцию деления естественного урана. Это послужило основой
создания ядерных реакторов на тепловых нейтронах.
В ядерном реакторе уран размещается в виде отдельных
блоков (обычно цилиндрических), между которыми расположен
замедлитель — графит или тяжелая вода. Постепенно увеличи-
вая количество таких блоков, можно подойти к критической
массе. При этом удается управлять числом нейтронов, выде-
ляющихся при расщеплении ядер урана в блоках, и цепная ре-
акция не переходит во взрывную. В атомной бомбе быстро
107
соединяют две отдельные части урана, масса каждой из кото-
рых несколько меньше критической. Ясно, что общая масса со-
единенных частей быстро становится выше критической. В ре-
зультате происходит взрыв. Ядерный реактор может служить
долгодействующим источником энергии.
При работе ядерных реакторов происходит еще одно важ-
ное явление: часть избыточных нейтронов, взаимодействуя
с ядрами 235U, приводит к образованию изотопа нового эле-
мента таблицы Менделеева с атомным номером 94 и массой
ядра 239. Такого элемента в природе нет, и получают его толь-
ко искусственно при облучении урана нейтронами. Этот эле-
мент получил название плутония. Плутоний, так же как и 235U,
при облучении нейтронами расщепляется (делится) с образова-
нием избыточного количества нейтронов. Его критическая мас-
са в несколько раз меньше, чем у урана, и в этом его суще-
ственное преимущество по сравнению с 235U. Плутоний
химически отличен от урана, что позволяет выделить его из
массы урана и получить в чистом виде химическим путем.
Таким образом, появились новые источники энергии — уран
и получающийся из него плутоний. Чтобы представить себе
масштабы энергии, которая выделяется при расщеплении ядер
урана, достаточно сказать, что энергия, выделяющаяся при
полном расщеплении одного килограмма 235U, равна энергии,
выделяющейся при сжигании 3000 тонн угля.
К сожалению, первое техническое использование ядерной
энергии пошло не на благо человека, а для чисто военных це-
лей. В 1945 году американцы сбросили на города Хиросиму
и Нагасаки две атомные бомбы. В этом не было необходимо-
сти, поскольку война с Японией уже была на исходе. Взрыв
первой атомной бомбы над Хиросимой был эквивалентен
20000 тонн обычного взрывчатого вещества (тринитрото-
луола).
Современные бомбы могут быть значительно мощней. Их
мощность принципиально не ограничена. Поэтому использова-
ние такого оружия будет иметь катастрофические для всего че-
ловечества результаты.
Наша страна была всегда против применения ядерной энер-
гии для военных целей, хотя в 1949 году у нас такое ядерное
оружие уже существовало. Советский Союз прилагает макси-
мальные усилия, чтобы избежать мировой ядерной ката-
строфы, и делает все возможное для использования ядерной
энергии только в мирных целях.
СССР первым в мире использовал атомную энергию для
блага человека, построив электростанцию, где в качестве горю-
чего использовались не обычные источники энергии, нефть или
108
уголь, а уран. Руководил этими работами академик И. В. Кур-
чатов. Первая атомная электростанция была построена в Об-
нинске в 1954 году. В течение последних десятилетий атомные
станции строились во многих странах мира. Строятся они и
в СССР. Одна из самых больших в мире — это Ленинградская
АЭС им. В. И. Ленина мощностью 4 • 106 кВт; сравнимую
мощность имеет Воронежская АЭС и ряд других.
В заключение я должен предостеречь читателей от мысли
о том, что крупнейшие открытия в физике, приведшие к техни-
ческой революции в середине нашего столетия, следовали одно
за другим, совершая триумфальное шествие. В действительно-
сти все происходило не так. На пути к каждому открытию
встречались огромные трудности. Для их преодоления потре-
бовалась работа многих выдающихся ученых-физиков.
Всякой технической революции предшествует революция
в самой физике. В прошлом столетии такой революцией было
создание так называемой классической электродинамики Макс-
велла. Ясное понимание законов электромагнетизма открыло
путь для широкого применения электричества в технике.
В нашем столетии во главе революции в физике стояли та-
кие гиганты науки, как Альберт Эйнштейн и Нильс Бор. Тео-
рия относительности Эйнштейна привела к коренному измене-
нию представлений о самых основных понятиях естествозна-
ния, таких как пространство и время. Нильс Бор заложил
основы квантовой механики. Он показал, что движение частиц
атомных размеров и меньших не описывается законами Нью-
тона. Для таких частиц существует свой свод законов, получив-
ший название квантовой механики.
Теория относительности и квантовая механика поначалу
представлялись весьма абстрактными, и мало кто понимал их
значение. И только с течением времени эти теории получили
всеобщее признание и были подтверждены многочисленными
экспериментами. Все это привело в конце концов к ясному по-
ниманию законов атомной и ядерной физики и к технической
революции, из-за которой наш век стал называться ядерным
веком.
Мы остановились здесь лишь на ряде областей физики^
которые привели к революционному преобразованию совре-
менной техники, прежде всего — энергетики. Однако суще-
ствует много других примеров, свидетельствующих о том,
что развитие физической науки в нашем столетии служит
основой научно-технического прогресса.
ФИЗИКА В СОЮЗЕ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК
(к 60-летию образования СССР)
До Великой Октябрьской социалистической ре-
волюции в России были отдельные выдающиеся физики
и астрономы, такие как А. Г. Столетов, П. Н. Яблочков, А. С.
Попов, П. Н. Лебедев, Н. Е. Жуковский, А. А. Белопольский,
А. Ф. Иоффе. Но это были физики-одиночки, и работали они,
в основном, в обеих столицах — Москве и Петербурге.
В первые же годы Советской власти по инициативе и указа-
ниям В. И. Ленина в нашей стране стала бурно развиваться на-
ука, в том числе и физика. Был создан ряд научных институ-
тов: Государственный оптический институт (ГОИ) под руко-
водством Д. С. Рождественского и Физико-технический инсти-
тут (ЛФТИ) под руководством А. Ф. Иоффе — в Ленинграде,
Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) под
руководством Н. Е. Жуковского — в Москве и некоторые дру-
гие. Но эти институты по-прежнему были сосредоточены
в столицах.
Вскоре после образования Союза Советских Социалистиче-
ских Республик во исполнение указаний В. И. Ленина Комму-
нистическая партия и Советское правительство стали прини-
мать меры по развитию науки в союзных республиках.
Уже на моей памяти во второй половине 20-х годов из
научного состава ЛФТИ директор института академик А. Ф.
Иоффе выделил группу молодых талантливых физиков для ор-
ганизации Украинского физико-технического института в Харь-
кове (тогдашней столице УССР). Это был один из первых круп-
ных физических институтов на Украине. Институт этот вскоре
стал знаменит тем, что в нем была единственная в то время в
стране лаборатория низких температур с установкой для полу-
чения жидкого гелия. (По-видимому, это была вторая в мире,
после Лейденской лаборатории в Голландии, криогенная лабо-
ратория.) Ныне ХФТИ — известный во всем мире физический
институт. Вслед за ним был организован Физико-технический
институт в Днепропетровске.
Вскоре из того же ЛФТИ была выделена группа физиков,
составившая ядро Уральского физико-технического института
в Свердловске (ныне — Институт физики металлов). Почти
одновременно таким же путем был создан Физико-технический
институт в Томске.
В наши дни физические науки, как впрочем, и другие, полу-
чили широкое развитие во всех союзных республиках. Важным
ПО
шагом на пути этого развития было создание республиканских
Академий наук. Трудно в небольшой статье рассказать о на-
учных достижениях в области физики во всех пятнадцати рес-
публиках. Поэтому я познакомлю читателя с успехами и до-
стижениями лишь тех физических центров страны, в которых
мне самому приходилось работать или с которыми я имею не-
посредственные научные контакты.
В 1938 году мне довелось работать в криогенной лаборато-
рии Украинского физико-технического института, которая была
известна своими экспериментальными исследованиями в обла-
сти сверхпроводимости. В других лабораториях института ши-
роким фронтом были развернуты работы по физике атомного
ядра. Особое внимание уделялось исследованиям взаимодей-
ствия тогда еще недавно открытых нейтронов с веществом. Ре-
зультаты этих исследований в дальнейшем имели большое зна-
чение при создании промышленных ядерных реакторов для
атомных электростанций. В настоящее время в ХФТИ ведутся
важные исследования как в области физики низких температур
и создания новых конструкционных материалов, так и в обла-
сти управляемого термоядерного синтеза.
В столице Латвийской ССР Риге создан превосходный фи-
зический институт, в котором имеется исследовательский
ядерный реактор, используемый как мощный источник нейтро-
нов.
Любой ядерный реактор служит не только источником
энергии, но и сравнительно мощным источником нейтронов.
Исследовательские реакторы используются для изучения широ-
кого круга физико-химических процессов. Сооружение таких
реакторов требует значительных средств, а эксплуатировать их
может только высококвалифицированный персонал.
Известно, что многие вещества при облучении их нейтрона-
ми заметно изменяют свои физические и химические свойства.
На реакторе Института физики в Риге ученые исследуют изме-
нения строения ряда диэлектрических кристаллов, приводящие
к изменению их оптических свойств. Эти исследования имеют
не только научное значение, но и практическое применение при
решении ряда технических задач. Так, в последнее время на ре-
акторе изучалось влияние нейтронного облучения на вещества,
которые предполагают использовать в строительстве промыш-
ленных атомных реакторов.
Под действием нейтронного облучения молекулы неко-
торых химических соединений диссоциируют (распадаются)
с большей или меньшей скоростью. Поиск соединений, доста-
точно устойчивых к нейтронному облучению, — важная задача.
Изучение ряда химических соединений в этом направлении
111
проводится на исследовательском реакторе Института ядерной
физики в столице Узбекской ССР Ташкенте. Опыты, прове-
денные узбекскими учеными совместно с учеными Института
атомной энергии им. И. В. Курчатова на Ташкентском ис-
следовательском реакторе, позволили выбрать пригодные
для применения в технике химические соединения, молеку-
лы которых достаточно устойчивы к нейтронному облу-
чению.
Самое важное свойство нейтронов заключается в том, что
они способны проникать в ядро атома и изменять его состав;
при этом образуется либо ядро другого химического элемента,
либо ядро радиоактивного изотопа облучаемого элемента.
Классическим примером подобного ядерного превращения слу-
жит лежащий в основе всей ядерной техники процесс образова-
ния новых химических элементов при облучении нейтронами
урана. Радиоактивные изотопы находят широкое применение
в медицине, технике, сельском хозяйстве. На Ташкентском ре-
акторе физики Узбекистана получают радиоактивные изотопы
ряда элементов.
Важная научная и практическая работа ведется на исследо-
вательском реакторе Института ядерной физики в столице Ка-
захской ССР Алма-Ате.
Нейтроны могут нести и еще одну важную «службу». Они
бывают незаменимы для анализа химического состава веще-
ства, при определении содержания в веществе того или иного
элемента, особенно когда количество этого элемента в веще-
стве настолько мало, что методами химического анализа обна-
ружить его присутствие невозможно. Примером может слу-
жить анализ горных пород на содержание в них редких,
а потому и дорогих, элементов. Здесь приходят на помощь ней-
троны. Как мы уже говорили, проникновение нейтронов
в ядра атомов элемента приводит к образованию либо нового,
обычно радиоактивного, элемента, либо радиоактивного изо-
топа исходного элемента. Радиоактивные элементы испу-
скают в основном у-кванты или быстрые электроны (Р-ча-
стицы). Современные приборы позволяют регистрировать
каждый отдельный у-квант и каждый электрон и измерять их
энергию. Энергия испускаемого кванта или электрона — величи-
на, характерная для ядра данного элемента. Поэтому, облу-
чив анализируемый образец горной породы нейтронами и со-
считав за определенное время число у-квантов или Р-частиц
с энергией, соответствующей ядру какого-либо элемента, мож-
но определить количество данного элемента в образце, даже
если оно очень мало. Этот метод анализа химического состава
вещества называется активационным анализом.
112
Такой анализ можно провести на любом исследовательском
реакторе, но в Институте ядерной физики в Алма-Ате этот ме-
тод развит особенно хорошо. Результаты, полученные учеными
института, имеют очень важное значение при поисках месторо-
ждений редких металлов.
В этом же институте имеется циклотрон — установка не ме-
нее дорогостоящая, чем исследовательский реактор.
Циклотрон, как известно, применяется для ускорения заря-
женных частиц, в частности — а-частиц. Облучая а-частицами
какой-либо легкий металл, например бериллий, можно полу-
чать пучки нейтронов. Правда, количество нейтронов в этом
случае заметно меньше, чем получаемое от ядерного реактора,
но зато, используя циклотрон, можно с большой точностью
регулировать энергию ускоряемых а-частиц и соответственно
энергию «выбиваемых» ими нейтронов. Для ряда исследований
это преимущество неоценимо.
Советское государство уделяет большое внимание оснаще-
нию научных учреждений союзных республик мощными совре-
менными исследовательскими средствами. Так, в столице Ар-
мянской ССР Ереване сооружен один из самых мощных в мире
циклический ускоритель электронов. Это — грандиозное соору-
жение, в котором кинетическая энергия электронов достигает
6 • 109 электронвольт (такую энергию получил бы электрон
в электрическом поле при напряжении 6 • 109 В). В Армянской
же ССР, в Бюракане, находится известная во всем мире
астрофизическая обсерватория, оснащенная самым современ-
ным научным оборудованием.
За последние десятилетия большое развитие физические на-
уки получили в Белорусской ССР. В состав Академии наук
БССР входит ряд крупных физических институтов, ведущих
важные работы в области оптики. В Институте физики АН
БССР проводятся широкие исследования по физике и технике
лазеров. Важное научное и техническое значение имеют иссле-
дования белорусских физиков в области спектроскопии. Неда-
леко от столицы республики Минска сооружен исследователь-
ский ядерный реактор. Одно из важных направлений работ на
этом реакторе — исследование возможности при помощи облу-
чения нейтронами улучшать физические и химические свойства
ряда материалов, применяемых в промышленности.
Мне довелось побывать в столице Грузинской ССР Тбили-
си и ознакомиться с работой некоторых из имеющихся там на-
учных физических учреждений. На физическом факультете Тби-
лисского государственного университета и в других научных
учреждениях города проводятся широкие исследования по
физике и технике полупроводников, по радиоэлектронике.
113
В Институте физики, где имеются исследовательский реактор
и крупная криогенная установка, изучаются весьма интересные
явления, связанные с воздействием нейтронов на физические
свойства веществ при низких температурах. Эти исследования
позволили в значительной степени прояснить физическую при-
роду изменения свойств материалов, подвергающихся облуче-
нию нейтронами. В том же институте изучаются уникальные
свойства так называемого сверхтекучего Не-II. Дело в том, что
жидкий гелий, будучи охлажден до температуры 2,17 К, скач-
ком переходит в новое состояние, в котором его вязкость ста-
новится равной нулю (жидкость течет без трения). Вследствие
отсутствия вязкости движение жидкого гелия имеет весьма ин-
тересные особенности. Они-то и стали предметом изучения
грузинских физиков.
Я не имею возможности сколь-нибудь подробно остано-
виться на состоянии физических наук в самой большой из со-
юзных республик — РСФСР. Достаточно сказать, что крупные
научные физические центры расположены по всей огромной
территории республики от Калининграда до Владивостока. Со
многими из них мне приходилось и приходится сотрудничать.
Даже простое перечисление названий важнейших физических
учреждений РСФСР заняло бы слишком много места. В столи-
це РСФСР находится и главный штаб советской науки — Ака-
демия наук СССР, которую возглавляет выдающийся совет-
ский физик академик А. П. Александров.
Необходимо отметить большие заслуги советских физиков
в решении важнейших задач, стоявших перед страной. Так, во
время Великой Отечественной войны они внесли огромный
вклад в усовершенствование существовавшей боевой техники
и создание новых ее видов.
Автору этих строк вместе с другими физиками, учеными
и инженерами многих специальностей посчастливилось стоять
у колыбели атомной техники, создававшейся в нашей стране.
На моих глазах физические идеи, лежащие в основе этой техни-
ки, получили промышленное воплощение. Сейчас Советский
Союз — одна из ведущих держав в этой области. В ряде отрас-
лей атомной техники наша страна опережает наиболее промы-
шленно развитые капиталистические страны. Хорошо известно,
что первая атомная электростанция была сооружена в Совет-
ском Союзе. Советские атомные ледоколы не имеют себе
равных в мире.
Шестидесятилетие образования СССР советская физика
встречает новыми успехами как в области фундаментальных
исследований, так и в их приложении в различных отраслях
народного хозяйства.
114
НАУКА-ДЕЛО МОЛОДЫХ
Многие считают, что научные работы, откры-
тия, формулировки законов природы — это результат работы
маститых ученых, т. е. людей почтенного возраста, накопив-
ших знания и большой опыт в своей специальности. В действи-
тельности, как показывает история науки, дело обстоит не так:
крупнейшие открытия делались молодыми людьми.
Хотя мне легче всего говорить о физиках, не могу не ска-
зать о выдающейся работе Владимира Ильича Ленина «Разви-
тие капитализма в России». Опубликована эта работа была
в марте 1899 года, следовательно, написал Ленин ее в возрасте
28 лет. При подготовке этой работы он использовал в общей
сложности около 600 книг и статей. Это — капитальный труд,
в котором Ленин впервые, вопреки общепринятой тогда точке
зрения, доказал, что послереформенная Россия развивалась по
капиталистическому пути, в полном соответствии с учением
Маркса. Работа оказала огромное влияние на революционное
движение в России. Весь дальнейший ход событий блестяще
подтвердил развитые в работе научные идеи ее автора. Замечу
здесь же, что до этого Ленин успел написать свыше 30 произве-
дений, в которых он разрабатывал программу и тактику
партии.
Большинству людей хорошо знаком портрет Галилея —
старца с большой бородой. Галилей (1564—1642) действитель-
но жил долго, но первое свое крупное открытие в физике он
сделал в 1583 году, когда ему было около 20 лет. Наблюдая за
колебаниями люстры в соборе и сравнивая период колебаний
с биением собственного пульса, он установил, что период коле-
баний люстры не зависит от амплитуды (закон изохронности
маятника). Это открытие послужило основанием для создания
часов. В возрасте 25 лет Галилей стал профессором. Вскоре он
экспериментально установил свои знаменитые законы падения
тел под действием силы тяжести.
Классическая механика, которая в течение двух с лишним
веков служила основой физики, была создана Ньютоном, ко-
торый родился в год смерти Галилея. Ньютон (1642—1727),
так же как и Галилей, одно из крупнейших своих открытий —
открытие закона всемирного тяготения — сделал в возрасте
около 20 лет (по случайным обстоятельствам опубликовано
оно было существенно позже).
Всем девятиклассникам известно имя знаменитого русского
физика Эмилия Христиановича Ленца (1804—1865). Так назы-
ваемое правило Ленца, касающееся направления индукционно-
го электрического поля, было сформулировано им в 1833 году
115
в работе «Об определении направления гальванических токов,
возбуждаемых электродинамической индукцией». В это время
Ленцу было 29 лет. В тридцатилетием возрасте он был избран
академиком.
Теоретической основой всей современной электротехники,
радиотехники и оптики служат знаменитые четыре уравнения
Максвелла. На этом основании Джеймса Клерка Максвелла
(1831 — 1879) справедливо называют Ньютоном в электриче-
стве. Свою первую работу Максвелл опубликовал, когда ему
едва исполнилось 15 лет. В 25 лет он. стал профессором Абер-
динского университета, а в 29 лет — профессором Королевско-
го колледжа в Лондоне. Вскоре он опубликовал одну из важ-
нейших своих работ под названием «Динамическая теория
электромагнитного поля».
Дмитрий Иванович Менделеев (1834—1907), которого порт-
ретисты изображали обычно седовласым старцем с бородой,
свою первую научную работу опубликовал в возрасте 21 года,
еще будучи студентом Петербургского главного педагогическо-
го института. В 29 лет он был избран профессором. Свой зна-
менитый Периодический закон, принесший ему всемирную сла-
ву, Менделеев открыл, когда ему было 35 лет.
Павел Николаевич Яблочков (1847 — 1894) в 1876 году, т. е.
в возрасте 29 лет, запатентовал дуговую лампу — первый элек-
трический источник света — которая под названием «русского
света» обошла почти все столицы мира.
Основание всей современной ядерной физики и техники бы-
ло положено открытием радиоактивности, в изучении которой
главную роль сыграла Мария Склодовская-Кюри (1867—1943).
Тогда ей было около 30 лет. В 36 лет Мария Склодовская-
Кюри получила, совместно с Пьером Кюри и Анри Беккерелем,
одну из первых Нобелевских премий.
Петр Николаевич Лебедев (1866—1912) в возрасте 29 лет,
занимаясь исследованиями в области кристаллооптики, пока-
зал полную аналогию между светом и электромагнитными вол-
нами в миллиметровом диапазоне (в то время не было еще
твердо установлено тождество между «искусственными» элек-
тромагнитными волнами и «натуральными» световыми волна-
ми). Дальнейшее развитие этой работы привело его к знамени-
тому экспериментальному доказательству существования да-
вления света.
Основоположник советской школы физиков Абрам Федоро-
вич Иоффе (1880—1960) первоначально получил техническое
образование, закончив Петербургский технологический инсти-
тут в 1902 году. Заинтересовавшись физикой, он в том же году
уезжает в Мюнхенский университет, в лабораторию знаменито-
116
го Рентгена, где в возрасте 25 лет с блеском защищает доктор-
скую диссертацию. Вернувшись в Россию в 1906 году, Иоффе
проводит ряд блестящих экспериментальных работ, снискав-
ших ему всемирную известность. Так, он доказал, что ка-
тодные лучи представляют собой электрический ток и что элек-
трический заряд меняется дискретно (последнее Иоффе сделал
одновременно с Милликеном).
В 1905 году в немецком физическом журнале «Annalen der
Physik» появились три статьи одного и того же автора, каждая
из которых могла бы обеспечить ему бессмертие. Автором
этих работ был Альберт Эйнштейн (1879 — 1955), которому в то
время было всего 26 лет. Одна из этих работ под назва-
нием «К электродинамике движущихся тел» послужила нача-
лом революции в физике. В ней были изложены основы спе-
циальной теории относительности. Другая работа была посвя-
щена изложению теории фотоэлектрического эффекта, за
которую впоследствии Эйнштейн получил Нобелевскую пре-
мию. Третья работа называлась «О движении взвешенных
в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кине-
тической теорией теплоты». Она способствовала превращению
молекулярной гипотезы в молекулярную теорию. Еще 10 лет
спустя Эйнштейн разработал общую теорию относительности,
после чего его слава утвердилась на века.
В 1913 году была совершена вторая революция в физике.
Она ознаменовалась выходом в свет работы датского физика
Нильса Бора (1885 — 1962), которая положила начало квантовой
теории строения атома. Автору этой работы было всего 28 лет.
Замечательный ученый, физик и механик, Александр Алек-
сандрович Фридман (1888 — 1925) прожил всего 37 лет. Но за
свою короткую жизнь он успел сделать ряд выдающихся от-
крытий, оказавших существенное влияние на дальнейшее раз-
витие науки. Ему принадлежит честь доказательства (на осно-
вании общей теории относительности) расширения Вселенной,
которое в дальнейшем было подтверждено экспериментом. Он
создал новую область механики, называемую сейчас газодина-
микой. Он же положил начало современной динамической тео-
рии метеорологии.
Ряд выдающихся физиков нашей страны, начавших свою
научную деятельность после Великой Октябрьской революции,
таких как Игорь Васильевич Курчатов, Лев Давыдович Ландау
и многие другие, приобрели мировую известность благодаря
своим научным работам, проведенным в молодые годы.
Из всего сказанного ясно, что человек, решивший посвятить
себя научной работе, должен начинать ее как можно раньше —
еще в студенческие, а лучше даже в школьные годы. Советское
117
государство предоставляет для этого молодежи богатейшие
возможности: она может участвовать в научных кружках и на-
учных обществах; для нее издается ряд научно-популярных
журналов, таких, например, как «Квант». Но надо ясно пони-
мать, что крупный научный результат — это плод напряженно-
го труда и исключительной целеустремленности научного ра-
ботника.
Автор этих строк, признавая большую роль молодых на-
учных работников в развитии науки, ни в коей мере не соби-
рается умалять роль научных работников старшего поколения,
которые в свое время вошли в науку, будучи молодыми. Имен-
но у них сосредоточены богатейший научный опыт и об-
ширные знания, которые они передают своим ученикам — мо-
лодым научным работникам. Крупный ученый подбирает себе
достойных учеников и сам учится у них. Плох тот молодой на-
учный работник, который не может ничему научить своего учи-
теля, не может доставить ему радость гордиться его успехами.
ФЭМ-ЭФФЕКТ *)
Фотоэлектромагнитный (ФЭМ) эффект был от-
крыт одним из нас в 1934 году. Заключается этот эффект в сле-
дующем. Если освещать полупроводник, помещенный в маг-
нитное поле, то в нем возникает электродвижущая сила. На
рис. 1 приведена схема эксперимента, в котором обнаруживает-
ся фотоэлектромагнитный эффект. Полупроводник в виде пря-
моугольной пластинки помещен в магнитное поле, направлен-
ное вдоль оси X. Вдоль оси Y на поверхность пластинки
падает пучок света. Тогда между гранями а и а' вдоль оси
Z возникает разность потенциа-
лов, которую мы в дальнейшем
будем называть фотоэлектро-
магнитной э. д. с. Если на эти
грани нанести электроды и
замкнуть их проводником, то
включенный в цепь измеритель-
ный прибор зарегистрирует на-
личие тока в цепи.
В первых экспериментах, в
которых был обнаружен ФЭМ-
эффект, использовались плас-
тинки из закиси меди (Си2О). В
Рис. 1
то время закись меди была самым «модным» веществом, на ко-
тором подробно изучались основные закономерности, касающи-
еся полупроводников. Можно сказать, что в ЗО-х годах началась
эра полупроводников, которым суждено было совершить рево-
люцию в радиоэлектронной технике. Описанные выше опыты
проводились на образцах закиси меди при температуре жидко-
го азота (77 К). В небольшом магнитном поле (около 1 Тл)
при освещении образца довольно слабым светом от лампочки
карманного фонарика разность потенциалов между точками
А и А' (расстояние между ними было около 2 см) достигала
15-20 В!
Опыты показали, что знак э. д. с. ФЭМ-эффекта, а следо-
вательно, и направление электрического поля в образце ме-
няются при изменении направления внешнего магнитного по-
ля. А при заданном направлении поля знак э.д.с. меняется,
если изменить направление падающего на образец света, т. е.
осветить противоположную поверхность образца. При освеще-
нии образца в отсутствие магнитного поля э. д. с. не возникает.
Попытаемся объяснить происхождение ФЭМ-эффекта.
♦) Статья написана в соавторстве с С. Д. Лазаревым.
119
Итак, фотоэлектромагнитная э.д.с. возникает только при
действии на освещаемый образец магнитного поля. Между тем
известно, что магнитное поле действует только на движущиеся
электрические заряды. Поэтому надо понять, каким образом
создается движение зарядов в полупроводнике в отсутствие ис-
точника э.д.с.
Свет, падающий на поверхность пластинки полупроводни-
ка, поглощается в нем (если полупроводник не прозрачен для
этого света). Во многих случаях свет поглощается электронами
атомов полупроводника. При достаточной энергии (Av) кван-
тов света (фотонов) поглотивший их электрон отрывается от
атома, становится свободным и может перемещаться внутри
освещаемого тела. В металлах и без всякого действия света
имеется огромное количество свободных электронов. В полу-
проводниках число свободных электронов обычно мало, а под
действием поглощаемого света оно увеличивается. Раз полу-
проводник непрозрачен, падающий на его поверхность свет по-
глощается в тонком слое у поверхности, т. е. проникает внутрь
образца на небольшую глубину (порядка длины волны света).
Следовательно, в тонком приповерхностном слое полупровод-
ника увеличивается число свободных электронов. В остальной
части полупроводника, куда свет не проникает, число электро-
нов остается неизменным. Значит, в тонком слое вблизи осве-
щаемой поверхности концентрация электронов оказывается
больше, чем в толще образца. Из молекулярной физики извест-
но, что когда в одной части тела концентрация частиц больше,
чем в других его частях, наблюдается явление диффузии — пе-
ремещение частиц из области с большей в область с меньшей
концентрацией. То же происходит и с электронами, рожденны-
ми в полупроводнике светом: электроны диффундируют от ос-
вещаемой поверхности в глубь образца. Но перемещение элек-
тронов — это электрический ток. При освещении полупровод-
ника поглощаемым светом возникает движение электронов от
освещенной к неосвещенной поверхности образца. Иными сло-
вами, возникает ток, который мы назовем диффузионным элек-
тронным током. (Этот ток направлен от неосвещенной грани
к освещенной.) Он возникает под действием света без внешнего
источника тока. Точнее, свет и служит источником тока. На
электроны, создающие диффузионный ток, и действует магнит-
ное поле.
Как известно, сила Лоренца 7*л, действующая в магнитном
поле на движущийся заряд, направлена перпендикулярно ско-
рости v заряда и магнитной индукции В поля. Следовательно,
если направление индукции магнитного поля и направление па-
дающего света такие, как на рис. 1, то под действием силы Ло-
120
ренца электроны отклоняются к грани d и скапливаются на
ней. Следовательно, эта грань будет иметь отрицательный за-
ряд. Таким образом, между гранями а и а' возникает разность
потенциалов, и если наложить на эти грани электроды, соеди-
ненные проводником, то по проводнику потечет электрический
ток.
Казалось бы, на этом можно считать объяснение возникно-
вения ФЭМ-эффекта законченным. Однако существенным
является тот факт, что электрический ток замыкания суще-
ствует в цепи в течение длительного времени, пока на образец
падает свет. А приведенные выше рассуждения недостаточны
для объяснения этого эффекта. Действительно, для поддержа-
ния разности потенциалов между гранями and пластинки не-
обходим постоянный приток электронов на грань d9 а следова-
тельно, постоянный диффузионный ток электронов. Но диффу-
зия электронов не может долго продолжаться, она должна
прекратиться. В самом деле, часть электронов, диффундируя
в глубь образца, достигает неосвещенной поверхности пластин-
ки и оседает на ней. Со временем на этой поверхности должен
накопиться отрицательный заряд, который будет тормозить
диффундирующие электроны. Когда на неосвещенной поверх-
ности образца накопится достаточное количество электронов,
диффузионный ток прекратится, и следовательно, прекратится
ток во внешней цепи. Как показывают расчеты, время суще-
ствования диффузионного тока, зависящее от внешних условий
(от интенсивности падающего света, значения индукции маг-
нитного поля) и от свойств образца (его размеров, материала
и пр.), обычно весьма мало — порядка 10”5 —lO^6 с.
Итак, для объяснения постоянного тока в цепи (постоянной
разности потенциалов между гранями а и d) необходимо пред-
положить, что скапливающийся на неосвещенной поверхности
пластинки отрицательный заряд «нейтрализуется» точно таким
же положительным зарядом. Представим себе, что при освеще-
нии поверхности образца рождаются не только электроны, но
одновременно с ними такое же количество положительно заря-
женных частиц, заряд каждой из которых по абсолютному зна-
чению равен заряду электрона. Они тоже будут диффундиро-
вать в глубь образца. Тогда совместная диффузия электронов
и этих положительных зарядов может продолжаться сколь
угодно долго, поскольку, доходя до противоположной поверх-
ности образца, они не заряжают ее. Правда, при этом сум-
марный диффузионный ток равен нулю, хотя перемещение раз-
ноименных зарядов происходит.
Именно такая картина и реализуется в действительности
при освещении полупроводника. Но что это за положительные
121
заряды, которые рождаются светом? Это — так называемые
дырки. Представление о дырках порождено квантовой механи-
кой. ФЭМ-эффект — одно из первых физических явлений, для
объяснения которых понятие дырки оказалось совершенно не-
обходимым. В современной теории электропроводности элек-
тронно-дырочное представление стало общепринятым.
Итак, при освещении поверхности полупроводниковой пла-
стинки происходит одновременное рождение свободных элек-
тронов и дырок (или, как говорят, рождение электронно-ды-
рочной пары), которые диффундируют в одном направлении.
В магнитном поле сила Лоренца отклоняет движущиеся элек-
троны и дырки в противоположные стороны, так что на грани
а' оседают электроны, а на грани а — дырки. Очевидно, что
при изменении направления падающего света или направления
магнитной индукции знак э.д.с. ФЭМ-эффекта меняется на про-
тивоположный. Знак э.д.с. ФЭМ-эффекта можно определить по
правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы
вектор магнитной индукции входил в ладонь, а четыре вытя-
нутых пальца были направлены вдоль падающего на образец
светового пучка, то отогнутый на 90° большой палец укажет
направление электрического поля в образце.
Такова в общих чертах качественная теория ФЭМ-эффекта.
Конечно, эта теория была разработана после детального экспе-
риментального исследования эффекта. Сам эффект был обнару-
жен неожиданно значительно раньше создания теории, и снача-
ла он казался удивительным. Расчеты, выполненные на основе
развитой теоретической модели, дают следующую приближен-
ную формулу для силы фотоэлектромагнитного тока I в замк-
нутой цепи, когда электроды образца замкнуты накоротко
(т. е. когда сопротивление внешней цепи пренебрежимо мало
по сравнению с сопротивлением самого полупроводника):
I = KeN | В |,
где е — заряд электрона, N — количество квантов света, погло-
щаемых 1 м2 поверхности образца в 1 с (очевидно, что N про-
порционально освещенности образца), | В | — значение индук-
ции магнитности поля, а К — коэффициент пропорционально-
сти, значение которого зависит только от материала образца.
Прямая пропорциональность тока интенсивности падающего
света и индукции магнитного поля была выявлена уже
в первых экспериментах.
При обычных условиях опыта в небольшом магнитном по-
ле ~ 1 Тл при освещенности, создаваемой естественным
дневным светом (что соответствует N ~ 1021 квант/(м2 • с)), через
образец монокристаллического германия (шириной 0,01 м
122
в направлении магнитного поля) течет фотомагнитный ток
- 10’3 А.
Зная внешние параметры (N, | В |), можно, измеряя фото-
магнитный ток, находить характеристики полупроводниковых
материалов, которые определяют значение коэффициента К.
ФЭМ-эффект в современных лабораториях стал простым
и надежным инструментом для определения таких параметров,
характеризующих качество полупроводниковых материалов,
как время жизни носителей (электрона и дырки) т, скорость по-
верхностной рекомбинации 5, диффузионная длина L, подвиж-
ность носителей тока, и некоторых других. Поясним кратко
смысл этих величин.
Как мы уже знаем, под действием кванта света валентный
электрон может «оторваться» от атома и стать электроном
проводимости. Однако этот избыточный носитель тока не мо-
жет существовать в образце бесконечно долго. Довольно скоро
после своего рождения он по тем или иным причинам снова
становится связанным, например, присоединившись к ионизи-
рованному атому (этот процесс называется рекомбинацией).
Среднее время т существования носителя тока в свободном со-
стоянии называют временем жизни. В разных полупроводниках
это время различно — от 1О-10 с до сотых долей секунды. Элек-
троны (или дырки) рекомбинируют не только в объеме полу-
проводника, но и на его поверхности. Величина 5, характери-
зующая скорость исчезновения носителей тока на поверхности,
называется скоростью поверхностной рекомбинации. Длина
диффузии носителей — L— равна приблизительно расстоянию,
на которое успевают продиффундировать электроны или дыр-
ки за время своей жизни т. Подвижность носителей — ц — это
скорость их перемещения под действием электрического поля
с напряженностью, равной единице. Эти параметры во многом
определяют качество полупроводников, используемых в элек-
тронной технике.
В заключение опишем один красивый опыт, который иллю-
стрирует механизм возникновения ФЭМ-эффекта. Опыт со-
стоит в следующем. Из полупроводника (германия) вырезается
образец в виде маленького цилиндра. Внутри цилиндра высвер-
ливается тонкий канал, в который запрессовывается подпятник
из твердого материала. Образец насаживается на иглу (как
магнитная стрелка компаса). Цилиндр помещается между по-
люсами магнита (рис. 2) и освещается светом (угол между на-
правлением луча света и индукцией магнитного поля 0 « 45°).
Тогда образец начинает вращаться! Опыт наглядно демонстри-
рует непосредственное превращение энергии света в механиче-
скую энергию. Это явление можно назвать фотомагнитомеха-
123
Рис. 2
ническим эффектом. Попробуем объяснить происхождение
этого эффекта.
Луч света, падающий на боковую поверхность цилиндриче-
ского образца, освещает узкую вертикальную полоску неболь-
шой ширины по всей длине цилиндра. Рожденные светом элек-
троны и дырки диффундируют из освещенной области в глубь
цилиндрического образца. В результате действия силы Лоренца
на диффундирующие в магнитном поле электроны и дырки
возникает э.д.с. ФЭМ-эффекта. При этом все процессы диффу-
зии и рекомбинации рожденных светом носителей разыгры-
ваются в слое образца, протяженностью порядка диффузион-
ной длины. Остальная же толща образца пассивна и служит
как бы проводником, замыкающим на себя э.д.с. ФЭМ-эффек-
та. Весь образец можно представить в виде бесконечного числа
замкнутых контуров-рамок (одна из сторон этих рамок — узкая
освещенная полоска поверхности образца). На каждую такую
рамку со стороны магнитного поля действует момент силы,
максимальное значение которого пропорционально площади
рамки и силе тока в ней. Однако в силу симметрии цилиндри-
ческого образца все эти рамки можно заменить одной «эквива-
лентной» рамкой, плоскость которой определяется направле-
нием пучка падающего света. И если угол 0, который
составляет плоскость рамки с направлением индукции магнит-
ного поля, не равен 90°, то рамка поворачивается в магнитном
поле (как рамка с током в обычном электродвигателе). В опи-
санном нами опыте 0 « 45°, и вращающий момент, действую-
щий на эквивалентную рамку, заставляет вращаться весь обра-
зец. При вращении цилиндра под пучок света попадают все
новые участки его поверхности. Поэтому цилиндр будет вра-
щаться непрерывно. Если вы разобрались в механизме воз-
никновения ФЭМ-эффекта, вы сможете ответить на такой
вопрос: изменится ли направление вращения цилиндра, если
направление поля поменять на противоположное?
124
Упражнения
1. Каков знак э. д. с. ФЭМ-эффекта в полупроводни-
ках п- и р-типа?
2. Нарисуйте график зависимости э. д. с. ФЭМ-эффекта от силы
света. Учтите при этом, что при освещении проводимость полупро-
водника о состоит из двух составляющих — темновой проводимости
от, не зависящей от интенсивности света, и добавки aN (а — кон-
станта), пропорциойальной силе падающего света N: о =
= от + aN.
3. Пусть поглощение света происходит на достаточной глубине
образца. Гибель рожденных светом носителей у поверхности проис-
ходит быстрее, чем в объеме образца. Определите знак э. д. с.
ФЭМ-эффекта.
ЧТО ТАКОЕ ВОЛНА? *)
Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими обра-
зуемые; иначе такое бросание будет пустою забавою.
Козьма Прутков. «Плоды раздумья»
Понятие волны нам кажется очевидным, и мы
интуитивно связываем его с каким-то движением. Бросим в во-
ду камень — по поверхности воды побежит волна. Но если на
воде в это время плавает ветка, то мы заметим, что она вовсе
не смещается в направлении распространения волны, а совер-
шает колебательное движение вверх-вниз. Что же перемещает-
ся при распространении волны? Рассмотрим несколько приме-
ров.
Говорят, что императрица Елизавета, дочь Петра I, пожела-
ла, чтобы торжественный момент ее коронации был отмечен
артиллерийским салютом с Петропавловской крепости в новой
столице — Петербурге. А по традиции коронация русских царей
проходила в Успенском соборе в Москве. В наше время пере-
дать любую информацию из Москвы в Ленинград просто: до-
статочно послать по радио сигнал, и пушка выстрелит вовремя.
А тогда нужно было придумать другой способ оповещения
о моменте возложения патриархом короны на голову импера-
трицы.
И вот на всем пути (примерно 650 км) от собора в Москве
до крепости в Петербурге были выстроены солдаты на рас-
стоянии прямой видимости (около 100 м) друг от друга. Для
этого, как легко подсчитать, понадобилось приблизительно
6500 солдат. У каждого солдата в руке был флажок. В момент
коронования первый солдат взмахнул флажком, следующий
повторил его движение, за ним все остальные. Время реакции
человека составляет десятые доли секунды, и, следовательно,
через 10—20 минут известие о коронации дошло до артиллери-
ста в Петропавловской крепости.
Что же перемещалось от Москвы до Петербурга? Каждый
солдат остался стоять на своем месте. Единственное, что он
сделал — взмахнул флажком. На научном языке можно сказать,
что, подняв и опустив руку с флажком, он на некоторое время
изменил свое состояние. Это изменение состояния и перемеща-
лось вдоль цепи солдат.
Перемещение в пространстве изменения состояния назы-
вается волной.
*) Статья написана в соавторстве с Л. Г. Асламазовым.
126
В 1905 году в Петербурге начались забастовки, и тогда пе-
чать писала, что волна забастовок распространилась по всей
России и достигла самых далеких окраин. В этом случае рас-
пространялось состояние, в котором рабочие бросали работу
на промышленных предприятиях и предъявляли политические
и экономические требования.
А вот пример о том, как распространяются слухи. Известно,
что слух, пущенный даже одним человеком, может распростра-
ниться в городе в течение короткого времени. Оно значительно
меньше времени, необходимого для того, чтобы этому челове-
ку обойти (или обзвонить) всех людей в городе. Ясно, что но-
сители слуха сами могут и не перемещаться. Перемещается со-
стояние осведомленности. Так обычно и говорят — по городу
распространяется волна слухов.
Разберем, наконец, физический пример. На биллиардном
столе выстроена цепочка шаров (рис. 1,а). На нее налетает еще
один шар так, что его скорость направлена вдоль цепочки. По-
сле удара налетающий шар остановится, а последний шар от-
скочит (рис. 1,6). Мы сообщаем импульс первому шару, а полу-
чает его — последний. Это происходит потому, что вдоль
цепочки шаров распространяется волна деформации. При уда-
ре первый шар сплющивается и деформирует соседний,
тот - следующий и т. д. На любой промежуточный шар слева
и справа действуют равные по модулю, но противоположные
по направлению силы упругости (рис. 1,в), и он остается на ме-
сте. Последнему шару действующая только с одной стороны
сила упругости сообщает импульс, и он отскакивает.
Такие волны деформации, распространяющиеся в упругих
средах, называют звуковыми волнами. Следовательно, в ре-
зультате удара по цепочке шаров пробежала звуковая волна.
Она может распространяться в любом упругом теле. Напри-
127
мер, если по закрепленному стержню (рис. 2, а) ударить с одно-
го конца молотком, по стержню побежит волна деформации
(звуковая волна). Когда эта волна дойдет до противоположно-
го конца стержня, висящий там шарик отскочит (рис. 2, б). Ана-
логично можно возбудить звуковую волну в жидкости или
в газе, только вместо молотка удобнее, конечно, воспользо-
ваться поршнем.
Попытаемся подробнее разобраться в механизме распро-
странения звуковых волн в упругих телах. В частности, выяс-
ним, от чего зависит скорость распространения волны. Сначала
решим упрощенную задачу для модели упругого тела. Будем
считать, что у нас имеется цепочка шариков массой т, соеди-
ненных пружинками жесткостью к (рис. 3). Размеры шариков
^к^к^к^к^к^
т т т т т т
Рис. 3
малы по сравнению с расстоянием между ними, а масса пружи-
нок пренебрежимо мала по сравнению с массой шариков. По
существу это та же цепочка биллиардных шаров, у которой мы
«разделили» инертность (массу) и упругость (жесткость).
Такая модель близка к реальной ситуации в твердом теле.
В кристаллической решетке атомы располагаются так, что
в состоянии равновесия векторная сумма сил *), действующих на
*) На далеких расстояниях между атомами действуют преимуще-
ственно силы притяжения, а на близких — силы отталкивания (кванто-
вая механика запрещает атомам проникать друг в друга). Лишь при
некотором, равновесном, расстоянии (примерно равном размеру ато-
ма) силы взаимодействия между атомами обращаются в нуль.
128
каждый атом со стороны всех других, равняется нулю. При от-
клонении атомов от положения равновесия возникают силы
притяжения и отталкивания, похожие на силы упругости.
Давайте сообщим какому-либо шарику, например первому
слева, импульс, направленный вдоль цепочки (толкнем его).
Тогда, как и в примере с биллиардными шарами, по цепочке
побежит волна упругой деформации, которая через какое-то
время достигнет правого конца цепочки. Так как последний
шарик связан с цепочкой пружинкой, отскочить совсем он не
сможет. Растянутая пружинка вынудит его вернуться назад,
а затем, вследствие своей инертности, шарик сожмет пружинку.
Теперь волна деформации побежит справа налево. В таком слу-
чае говорят, что волна отразилась от конца цепочки и начала
распространяться в обратном направлении. По тем же при-
чинам она отразится от противоположного конца и т. д. Эти
Рис. 4
отраженные волны усложнят наше рассмотрение, и, чтобы из-
бавиться от них, рассмотрим «бесконечную» (т. е. без концов)
цепочку. Ее можно реализовать, замкнув цепочку из большого
числа шариков в кольцо (рис. 4). По такой «бесконечной» це-
почке волна упругой деформации будет двигаться по кругу без
отражений, пока не затухнет.
Отклоним один из шариков от положения равновесия (на-
пример, сместим по часовой стрелке) и отпустим. Тогда под
действием подсоединенных к нему пружин положение шарика
в пространстве будет периодически изменяться. Такое движе-
ние называют колебательным.
Колебания играют важную роль в природе и технике. Коле-
бательное движение совершает маятник в часах; в бытовых
электроприборах колеблются сила тока и напряжение; смена
дня и ночи, времен года — это тоже колебательный процесс,
обусловленный движением Земли. Все вращающиеся меха-
низмы вызывают колебания фундамента, которые необходимо
обязательно учитывать при конструировании.
6 И. К. Кикоин 129
Простейший тип колебательного движения — это гармони-
ческое колебание, когда смещение тела от положения равнове-
сия меняется со временем по закону
а = ам sin (2nt/T) = ам sin 2nvt = ам sin cot,
где в случае кольцевой цепочки а — угловое отклонение шарика
от положения равновесия. Как видно, гармоническое колебание
характеризуется двумя величинами (параметрами): макси-
мальным отклонением (амплитудой) ам и периодом колебаний
Т (промежутком времени, через который колебание полностью
повторяется). Частота v равна числу колебаний в единицу
времени, циклическая частота со = 2лv вводится для упрощения
математической записи колебательного движения, а величина
ср = cot, определяющая положение шарика в данный момент
времени t, называется фазой колебаний.
Приведем пример. Пусть шарик совершает полное колеба-
ние за время Т= 4 с, в начальный момент он находится в поло-
жении равновесия, а его максимальное отклонение ам — 0,1 рад.
Тогда, если он совершает гармонические колебания, то зависи-
мость отклонения от времени дается формулой
а = 0,1 sin (лг/2).
В момент ft = 1 с фаза колебаний равна ф! = л/2, в момент
t2 = 2 с фаза ф2 = л, в момент t3 = 3 с фаза ф3 = Зл/2 и т. д.
Частота колебаний (а значит, и период, и циклическая ча-
стота) зависит от свойств системы. Так, циклическая частота
колебаний шарика массой т, присоединенного к пружинке
жесткостью к0, равна (см. «Приложение» к статье)
®о = |'//со/'и- (♦)
Состояние колебательного движения может распростра-
няться в пространстве. Например, в нашей цепочке все шарики
будут повторять колебания первого, но только с некоторым
опозданием. В состоянии максимального отклонения от поло-
жения равновесия каждый следующий шарик будет находиться
позже, чем предыдущий. Точно так же, когда первый шарик
снова вернется в положение равновесия, соседний еще будет от-
клонен и вернется в положение равновесия с запозданием.
Запаздывание колебаний во времени математически описы-
вается с помощью сдвига по фазе. Угловое смещение шарика
с номером п дается формулой
а» = ам sin (со (t — A t„)) = ам sin (cot - Аф„).
Величина Аф„ = coAtn называется сдвигом фазы (Atn — время за-
паздывания колебаний n-го шарика). В таком случае каждый
130
шарик в цепочке совершает гармоническое колебание. У всех
шариков амплитуда колебаний <хм и циклическая частота
со — одинаковые, но сдвиги фазы Лсрл — разные. Чем больше
расстояние до и-го шарика, тем больше запаздывание и, следо-
вательно, тем больше сдвиг фазы.
На рис. 5 показаны графики колебательных движений, сдви-
нутых по фазе на Лер! = я/8, Л(р2 = к и Афз — 15я/8 по отноше-
нию к колебанию, изображенному пунктиром. В первом случае
фазовый сдвиг мал, и шарики колеблются почти что в такт. Во
втором случае наступает полный разнобой: при максимальном
отклонении одного шарика другой шарик также максимально
отклонен, но в противоположную сторону. В таком случае го-
ворят, что шарики колеблются в противофазе. Наконец,
в третьем случае сдвиг фаз близок к 2л. Как видно, шарики
опять начинают колебаться почти что в такт. Это и понятно,
ведь 2п — период синуса, и колебания, сдвинутые по фазе на ве-
личину, кратную 2л, просто совпадают.
Так как сдвиг фазы колебаний шариков в цепочке при уве-
личении расстояния между ними растет, то ясно, что на некото-
ром расстоянии он станет равным 2п и шарики будут коле-
баться в такт (в унисон). Это расстояние называется длиной
волны к.
Сколько длин волн может укладываться на длине цепочки?
Так как начало и конец цепочки соединены (кольцо!), то ясно,
что — только целое число длин волн. Ведь первый и последний
шарики совпадают и, следовательно, должны колебаться оди-
наково. Если длина цепочки L(L= Na, где а — расстояние между
шариками в положении равновесия, a N - их число), то самая
длинная волна, которая может распространяться в цепочке,
имеет длину = L Следующая, более короткая, — Х2 = L/2,
следующая — Х3 = L/3 и т. д. Какая же самая короткая волна
может распространяться в цепочке?
6*
131
Чем меньше длина волны, тем больший сдвиг фаз прихо-
дится на соседние шарики. Максимальный «разнобой» проис-
ходит при сдвиге фаз между соседними шариками, равном л.
В таком случае шарики колеблются в противофазе (рис. 6),
и соответствующая длина волны kmin = 2а.
Рис. 6
Давайте рассчитаем, с какой частотой происходят колеба-
ния, соответствующие минимальной длине волны (это позво-
лит оценить скорость распространения волны в цепочке). Если
положить, что средний шарик колеблется по закону
ап = <*м sin cot,
то колебания предыдущего шарика описываются формулой
ал-1 = ам sin (cot + л),
а последующего —
ап+1 = ам sin (cor - л).
Зная, как движутся концы пружин, легко найти, как зависит от
времени их деформация, и по закону Гука F = кх рассчитать
силы упругости, действующие на средний шарик. Результирую-
щая сила
F = кхм [sin (cot - л) - sin cot 4- sin (cot + л) - sin cot] = - 4fcxM sin cot,
где xM = R&m — максимальное линейное отклонение шарика
(R — радиус кольца, в которое замкнута цепочка). Как видно,
средний шарик колеблется так, как если бы он был присоеди-
нен к одной пружинке, но с учетверенной жесткостью. Подста-
вляя в формулу ♦ значение к0 = 4к, получаем, что при распро-
странении по цепочке волны с минимальной длиной kmin = 2а
частота колебаний со = 2 |//с/т. Это — максимальная частота ко-
лебаний шариков в замкнутой цепочке.
В реальном твердом теле также имеется максимальная ча-
стота, с которой могут колебаться атомы.
Какова при этом скорость распространения волны? Если
частота колебаний со, то их период Т = 2л/со. При скорости рас-
пространения v волна за время Т проходит путь l = vT= 2лг/со.
Этот путь и равен длине волны, так как сдвинутые во времени
132
на период Т колебания будут происходить в фазе. Таким
образом,
X = vT =
и, следовательно,
Хсо 2 1 Гк
v = —— = —a — .
2п п f m
А каковы скорость распространения и частота колебаний
для волн с большей длиной? Их можно подсчитать, например,
таким же способом (хотя это и несколько более сложная зада-
ча). При этом оказывается, что с увеличением длины волны ча-
стота колебаний уменьшается, а скорость распространения
волны увеличивается, но незначительно. Для больших длин
волн (X » а) скорость распространения становится постоянной
и равной
1//С
v0 = a /—•
m
Так что выведенное нами выражение с хорошей точностью
дает величину скорости распространения волн в цепочке свя-
занных шариков и для других длин волн.
Вернемся к твердому телу. Чем определяется скорость рас-
пространения в нем звуковых волн? Проведя аналогию с це-
почкой шаров, можно понять, что скорость зависит от упругих
свойств материала, массы атомов, из которых состоит веще-
ство, и расстояния между ними. Чем меньше расстояние между
атомами и чем больше их масса, тем больше плотность веще-
ства р. Жесткость к в нашей модели можно считать пропор-
циональной модулю Юнга Е. Точная формула для скорости
звука в твердом теле такова:
Например, для стали с помощью этой формулы получаем
v « 5000 м/с. Так нам удалось разобраться в явлении распрост-
ранения звука в упругих телах, т. е. в распространении колебаний
смещений атомов, из которых состоят эти тела.
В пространстве могут распространяться колебания и других
физических величин. Если периодически изменяются значения
напряженности электрического и индукции магнитного полей,
то говорят, что распространяется электромагнитная волна. Мо-
гут распространяться колебания температуры — температурные
волны, колебания индукции магнитного поля в веществе —
волж>1 намагничивания и т. д. Образно говоря, все здание со-
временной физики пронизывают разные типы волн.
133
ПРИЛОЖЕНИЕ
Представим себе, что пружина надета на стержень АВ,
расположенный по диаметру кольца (рис. 7). Один конец пружины свя-
зан с шариком, а второй закреплен у края стержня А. Шарик
может свободно перемещаться вдоль стержня, причем в состоянии
равновесия он находится в центре кольца О. Приведем кольцо во
вращение в горизонтальной плоскости с угловой скоростью соо. Тогда
шарик отклонится от центра. Если его смещение равно г, то со
стороны пружины на шарик будет действовать сила, равная по закону
Гука F — ког и направленная к центру кольца. Согласно второму
закону Ньютона, эта сила должна создавать центростремительное
ускорение ац =
шюо = kQr.
ускорение ац = (Оог:
тЮдГ = ког.
Следовательно, для того чтобы шарик находился в устойчивом состоя-
нии при вращении кольца, необходимо, чтобы скорость вращения
была равна соо = ]/к0/т-
При этом проекция шарика на неподвижную ось совершает гар-
моническое колебание с циклической частотой, равной угловой ско-
рости вращения. Например, х = г sin соог Таким образом, частота гар-
монических колебаний шарика массой т на пружине жесткости kQ
определяется формулой
/ /со
®о = / —.
f т
Упражнения
1. «Почувствовать», что такое волна, можно сделав
следующее упражнение. Встаньте в круг, возьмитесь за руки и пусть
один из вас присядет и выпрямится, следующий за ним сделает это
с некоторым запозданием, следующий — с большим запозданием
134
и т. д. Тогда по кругу побежит волна. От чего зависит скорость
распространения такой волны?
2. Длина воздушной линии передачи / = 3000 км. Частота напря-
жения v = 50 Гц. На какую долю периода сдвинуты колебания напря-
жения в начале и конце этой линии? Найдите также сдвиг фазы.
3. Оцените время соударения т стальных шариков, имеющих диа-
метр d = 0,01 м. Плотность стали р = 7,8 • 103 кг/м3, модуль Юнга
Е = 2- 1011 Н/м2.
4. Для создания сильных магнитных полей П. Л. Капица исполь-
зовал следующую установку. Ротор генератора, вращающийся в маг-
нитном поле статора, резко останавливается. При этом в роторе на-
водилась большая э. д. с. индукции. Ротор был замкнут на катушку
с малым сопротивлением, так что в цепи возникал сильный импульс
тока, создающий в катушке рекордное по тем временами магнитное
поле (с индукцией около 30 Тл). Почему катушку, в которой нахо-
дился исследуемый образец, приходилось помещать далеко от гене-
ратора? Оцените требуемое минимальное расстояние I между генера-
тором и катушкой, если опыт длился Аг = 0,01 с, а пол в
лаборатории — бетонный.
о о
—►
5
Рис. 8
5. Модель молекулы углекислого газа СО2 — три шарика, соеди-
ненных пружинками и расположенных в положении равновесия вдоль
одной прямой. Такая молекула может совершать колебания разных
типов, показанные на рис. 8. Найти отношение частот этих колебаний.
КАК ВВОДЯТСЯ
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
Физика отличается от других естественных наук
тем, что объективные закономерности, устанавливаемые при из-
учении физических явлений природы, выражаются количествен-
но (математически). Для этого физики вводят величины, харак-
теризующие изучаемое явление или процесс. Экспериментально
устанавливаются математические соотношения между вели-
чинами в виде соответствующих уравнений или формул, ко-
торые называются физическими законами природы.
Как же вводятся физические величины? Для каждой физиче-
ской величины должен быть указан способ ее измерения. Точ-
нее, нельзя вводить физическую величину, не указав, по край-
ней мере, принципиальный способ ее измерения. Поясним это
некоторыми примерами. Начнем с величин, используемых
в механике.
1. Скорость
Понятие скорости введено с незапамятных вре-
мен. И можно себе представить, как это было сделано. Воз-
можно, гакой-то человек, располагающий прибором для изме-
рения времени, — это могли быть, например, солнечные часы —
наблюдал за движением караванов в пустыне. Он определил,
136
^53 WSSteSatHa.
’ciiOPoVf.
какой путь проходит караван за определенный промежуток
времени. Может быть, он сделал это, сосчитав число шагов
верблюда. Шаг верблюда - это мера измерения длины. Сопо-
ставив числа, выражающие промежуток времени, и пройденный
путь, он установил любопытное соотношение между ними.
Оказалось, что отношение путей, пройденных караваном за
любые промежутки времени, равно отношению этих промежут-
ков времени. На современном языке это означает следующее:
если обозначить путь, пройденный караваном за промежуток
времени tt, через s15 а путь, пройденный караваном за проме-
жуток времени t2, через s2, то s1/s2 = tjt2. Очень любопытный
факт! Наблюдатель, вероятно, рассказал об этом многим из
своих знакомых, и, возможно, нашелся человек, который со-
образил, что указанное соотношение особого смысла не имеет,
потому что оба отношения, справа и слева, — числа отвле-
ченные, и ничего нет удивительного в том, что 2 = 2 или 3 = 3
и т. д. Он предложил переписать это соотношение в виде
Si s2
и назвал эти отношения скоростью передвижения каравана.
Эта величина оказалась полезной, потому что, пользуясь ею,
можно предсказать, на каком расстоянии от начального пункта
движения окажется караван через любой промежуток времени.
Действительно, обозначив s/t = v, сразу можно найти, что s = vt.
Таким образом, была введена величина, которая называется
скоростью. Не следует думать, что уравнение s = vt есть некий
закон природы. Это уравнение следует из определения того,
что такое скорость. Можно было бы с таким же успехом
137
назвать скоростью, например, отношение $2Д2 = и. И тогда
тоже можно было бы определить величину 5 из уравнения
5 = t ]/й. Но условились, именно условились, называть скоро-
стью отношение s/t.
2. Ускорение
Бывают и такие движения, при которых отноше-
ние пройденных путей за любые промежутки времени равно
отношению квадратов этих промежутков времени. На совре-
менном языке это записывается следующим равенством:
s2 t22’
где Si и s2 — расстояния, пройденные движущимся телом за
промежутки времени и t2 соответственно. Таково, например,
движение тел, свободно падающих в вакууме, или движение тел
вниз по наклонной плоскости без трения.
(1)
ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕИ

Такие движения изучал знаменитый итальянский физик Га-
лилей. Он записал уравнение (1) в виде 2s Jt2 = 2s2/t2 ♦) и назвал
эти отношения и вообще отношение 2s/t2 ускорением движуще-
гося тела (материальной точки). Понятие ускорения связано,
очевидно, с тем, что сама скорость движущегося тела может
меняться со временем. Если скорость пропорциональна вре-
мени, т. е. v = vQ 4- at, то а = (v — v0)/t, где (v — v0) — изменение
скорости за промежуток времени t.
Таким образом, была введена новая физическая вели-
чина-ускорение. Известная формула s = at2/2 (предполагает-
*) Коэффициент 2 вводится из чисто математических соображений.
138
ся, что начальная скорость тела равна нулю) также не выра-
жает никакого закона природы, а есть следствие принятого
определения ускорения.
В дальнейшем было введено уточнение: для правильного
описания различного рода движений необходимо принять во
внимание, что перемещение $, скорость v и ускорение а — вели-
чины векторные.
3. Масса
Из ряда опытов, проведенных в самых разных
условиях, можно сделать вывод, что тело, бесконечно удален-
ное от всех других тел, не может двигаться с ускорением, если
рассматривать движение относительно некоторых вполне опре-
деленных систем отсчета, которые называются инерциальными
системами отсчета. Такое тело находится либо в состоянии по-
коя, либо движется равномерно и прямолинейно относительно
инерциальной системы отсчета. Если же тело движется с уско-
рением, то всегда можно указать другое тело или другие тела,
влияние которых вызывает ускоренное движение данного тела.
В таких случаях говорят, что тела взаимодействуют друг
с другом.
Рассмотрим простейший случай — когда взаимодействуют
два тела. Опыт показывает, что в этом случае оба тела полу-
чают ускорения, направления которых взаимно противопо-
ложны. Что касается модулей ускорений обоих тел, то они мо-
гут быть различны. Но отношение модулей ускорений обоих
тел остается постоянным, независимо от того, в каких условиях
происходит взаимодействие. Так, оно не зависит от взаимного
расположения этих тел в пространстве, не зависит от времени,
не зависит от скоростей обоих тел, не зависит от окружающей
среды и т. д. Это отношение зависит только от свойств самих
взаимодействующих тел.
В физике изучают только такие свойства тел, которые мо-
гут быть выражены числом, и для изучения тех или иных
свойств в физике вводятся физические величины, характеризую-
щие эти свойства. Когда речь идет об ускорении тела, вызван-
ном влиянием на него другого тела, то это ускорение может
быть большим или меньшим. Чем больше ускорение тела, тем,
очевидно больше изменение его скорости за данный промежу-
ток времени. И наоборот, если ускорение тела мало, то это
значит, что за тот же промежуток времени его скорость изме-
няется мало. Скорость не может меняться мгновенно — для
всякого изменения скорости тела требуется некоторый проме-
жуток времени.
139
Ускорения двух взаимодействующих тел вызваны их взаи-
модействием. Очевидно, что промежуток времени, в течение
которого изменяются скорости двух взаимодействующих друг
с другом тел, один и тот же для обоих тел — это время их
взаимодействия. Ясно, что тому телу, у которого ускорение
меньше, следует приписать большую инертность — его движе-
ние более похоже на движение по инерции. Ведь если бы уско-
рение тела равнялось нулю, то это означало бы, что тело дви-
жется по инерции (с постоянной по величине и направлению
скоростью). А это противоречило бы предположению о взаи-
модействии тел. Из двух взаимодействующих тел более инерт-
но то тело, у которого ускорение меньше, и наоборот. Следова-
тельно, инертность есть свойство тел, которое нужно характе-
ризовать некоторой величиной. Такой величиной служит масса
тела.
Свойства тел, от которых зависит отношение их ускорений
при взаимодействии друг с другом, мы назовем массами этих
тел. Массу тела принято обозначать буквой т. Таким образом,
мы ввели новую величину — массу. Но мы еще не указали спо-
соба измерения массы тела. Попытаемся это сделать.
чем болыне парса
— ТШ МЕНЬШЕ
УСКОРЕНИЕ
140
Припишем одному из двух тел массу mt, другому - массу
т2, а ускорения этих тел при взаимодействии обозначим через
aY и а2. Мы знаем из опыта, что отношение модулей ускорений
всегда постоянно. Условимся, что отношение а2/аг равно отно-
шению т. е.
mjm2 = а2/а1. (2)
Это означает, что тело большей массы получает меньшее
ускорение и наоборот. Ускорения измерять мы умеем, поэтому
можно определить из (2) отношение масс обоих тел. Именно
отношение масс! Но как найти значение массы каждого из
тел? Вспомним, как поступают при измерении любой физиче-
ской величины. Как например, измеряется длина тела? Для
этого, как известно, выбирается эталон, длина которого прини-
мается за единицу (в СИ — 1 метр). Тогда число, выражающее
длину любого тела, определяется отношением этой длины к
1 м. Так же мы поступим и в случае измерения массы. Выберем
тело, которое будет служить эталоном, т. е. масса которого бу-
дет принята за единицу (в СИ — 1 килограмм). Обозначим мас-
су эталона тэ. Теперь уже нетрудно определить массу т любо-
го тела. Для этого нужно привести это тело во взаимодействие
с эталоном и измерить ускорения обоих тел.
Обозначим ускорение эталона через аэ, ускорение тела,
масса которого измеряется, через а. Тогда в соответствии
с формулой (2) пишем т/тэ = аэ/а. Отсюда
т = аэтэ/а, (3)
т. е. масса тела равна массе эталона, умноженной на отноше-
ние ускорения эталона к ускорению тела.
Можно было бы, конечно, написать, что отношение масс
двух тел равно квадрату обратного отношения их ускорений,
корню квадратному из этого отношения или другой функции
от этого отношения. Но оказалось целесообразным дать такое
определение массы, которое отвечает соотношению (2). При-
чина этому следующая. Пользуясь соотношением (2), мы пока-
зали, как можно измерить массу любого тела, используя эта-
лон массы. Тогда, измерив по формуле (3) массу нескольких
тел, можно на опыте показать, что масса нескольких тел, сло-
женных вместе, равна сумме масс всех слагаемых тел. Если бы
мы определили массу тела, например, так, что отношение масс
равнялось бы квадрату обратного отношения их ускорений, то
масса нескольких тел не равнялась бы сумме масс этих тел —
как говорят, масса не обладала бы свойством аддитивности.
Так что определение массы, отвечающее соотношению (2),
вполне обосновано.
141
4. Сила
Выше было указано, что ускорение любого тела
возникает при взаимодействии этого тела с другими телами.
Таким образом, причиной ускорения, которое получает данное
тело, служит влияние на него других тел. Нужно найти физиче-
скую величину, которая служила бы мерой этого влияния. Эту
физическую величину назвали силой. Поэтому вместо того,
чтобы говорить, что тело приобретает ускорение под влиянием
других тел, говорят кратко — на тело действует сила. Как вы-
разить силу числом? Ответ на этот вопрос дал великий англий-
ский физик Ньютон. Он сформулировал один из важнейших за-
конов механики, который получил название второго закона
Ньютона.
Если обозначить силу через F, то второй закон Ньютона
выражается уравнением
F = та, (4)
где а — ускорение тела, ат — его масса. Не нужно думать, буд-
то из уравнения (4) следует, что сила F, действующая на тело,
зависит от его массы или ускорения. Значение силы не зависит
от свойств тела или от характера его движения. Оно опреде-
ляется характером взаимодействия данного тела с другими
телами.
К счастью, в природе имеется не так много различных ти-
пов взаимодействия. При изучении же законов механики мы
сталкиваемся всего с двумя типами сил — это сила всемирного
тяготения (гравитационная сила) и электростатическая сила*).
v
*) Существуют также магнитные силы, которые своим проис-
хождением обязаны движению электрических зарядов. Однако обычно
они малы по сравнению с электростатическими силами.
142
Сила всемирного тяготения определяется формулой
г г
F = G——
(закон всемирного тяготения Ньютона). В частности, в усло-
виях Земли сила всемирного тяготения проявляется в виде
силы тяжести, действующей на любое тело и направленной
к центру Земли.
Электростатическая сила определяется формулой
г2
(закон Кулона). В механике электрические силы, характеризую-
щие взаимодействие между заряженными частицами, из ко-
торых состоят тела, проявляются в виде сил упругости и сил
трения. Сила упругости возникает при деформации тела, т. е.
при изменении взаимного расположения частей тела, например,
при растяжении или сжатии пружины. Сила трения возникает
при движении соприкасающихся тел относительно друг друга.
Таким образом, в механике обычно изучаются три вида
сил: сила всемирного тяготения, сила упругости и сила трения.
Если любая из этих сил, приложенная к телу массы т, вы-
зывает его ускорение, равное а, то значение этой силы всегда
равно та. Другими словами, если телу массы т нужно сооб-
щить ускорение, равное а, то к этому телу нужно приложить
силу F, равную F = та (ясно, что направление прилагаемой
силы F должно совпадать с направлением ускорения а, которое
нужно сообщить телу). При этом сила F может быть силой тя-
жести (силой всемирного тяготения), силой упругости, силой
трения или, наконец, геометрической суммой этих сил. В этом
и заключается смысл второго закона Ньютона.
Попытаемся выяснить, что послужило основанием для фор-
мулировки второго закона Ньютона. Представим себе две ма-
териальные точки А и В, взаимодействующие друг с другом,
т. е. сообщающие друг другу ускорения. Опыт показывает, что
направления этих ускорений взаимно противоположны.
Очевидно, обе взаимодействующие материальные точки
«равноправны» в том смысле, что можно взаимно поменять их
обозначения. Другими словами, ни одна из взаимодействую-
щих точек не имеет никаких преимуществ перед другой. Отсю-
да следует, что должна существовать физическая величина, оди-
наковая для обеих взаимодействующих материальных точек.
Нетрудно найти такую величину. Из соотношения (2) следует:
тА _ ав
тв ал’
143
где ша и тв — массы взаимодействующих материальных точек,
а а и ав — модули их ускорений. Следовательно,
тАаА = твав. (5)
Вот мы и нашли величину, которая одинакова для обоих
взаимодействующих тел. Эта величина характеризует взаимное
влияние материальных точек друг на друга, вызывающее их
ускорения. Существование такой величины и послужило осно-
ванием для формулировки второго закона Ньютона.
Учитывая, что ускорение — величина векторная, перепишем
соотношение (5) в виде
тАаА = - твав.
Обозначив шаОа = Fа и твав = Fb, получим
Fa — — Fb-
Векторные величины FA и Fb Ньютон назвал силами. Как вид-
но, сила, с которой материальная точка А действует на мате-
риальную точку В, равна по модулю, но противоположна по на-
правлению силе, с которой материальная точка В действует на
материальную точку А. Это утверждение выражает третий
закон Ньютона. Иногда кратко этот закон формулируют так:
действие равно противодействию.
Из всего сказанного о физической величине, называемой си-
лой, следует, что единственный результат действия силы на те-
ло (материальную точку) — это ускорение, приобретаемое те-
лом под действием этой силы.
5. Импульс
Мы уже знаем, что при взаимодействии двух тел
оба тела получают ускорения, которые зависят от их масс. Но
можно найти величину, которая будет одинакова для обоих
взаимодействующих тел и не будет зависеть от масс этих тел.
Эту величину мы найдем, переписав второй закон
Ньютона — F = та — в несколько измененном виде. Вспомним,
V - г0 _
что ускорение тела можно записать как а = —-—. Тогда
г v ~vo
F = т------,
t
откуда
Ft = mv — mv0.
Величина mv получила название импульса тела, а величина
Ft — импульса силы.
144
Теперь мы можем сказать, что при взаимодействии двух тел
изменяется импульс каждого из них. Но в соответствии
с третьим законом Ньютона импульсы сил, с которыми тела
действуют друг на друга, равны по модулю и направлены
в противоположные стороны. Поэтому и изменения импульсов
обоих тел также равны по модулю и взаимно противопо-
ложны по направлению. Значит, геометрическая сумма импуль-
сов взаимодействующих тел остается постоянной при любом
взаимодействии этих тел. Это утверждение называют законом
сохранения импульса. Можно показать, что закон сохранения
импульса справедлив не только для двух, но и для любого чис-
ла взаимодействующих друг с другом тел. Это — один из важ-
нейших законов природы.
сяДНТЬОД[ на качБЛ^
145
6. Работа и энергия
Импульс силы мы определили как произведение
силы F на время ее действия t. По аналогии можно ввести ве-
личину, равную произведению силы, действующей на тело, на
перемещение тела. Эту величину называют работой силы.
В том случае, когда направления векторов силы F и перемеще-
ния s совпадают, работа силы равна Fs. В общем же случае,
когда направление силы и направление перемещения тела со-
ставляют угол а друг с другом, выражение для работы имеет
вид
А = Fs cos а.
В отличие от импульса тела, который есть величина векторная,
работа — величина скалярная.
Можно доказать, что работа сил, действующих на тело,
всегда равна
2 2
mv mvQ
~2 Y'
(6)
Величину mv2/2 называют кинетической энергией движущегося
тела. Равенство (6) выражает так называемую теорему о кине-
тической энергии: изменение кинетической энергии тела равно
работе действующих на тело сил. Напомним, что взаимодей-
ствие тел можно характеризовать не только силой, но и потен-
циальной энергией. Для потенциальной энергии справедлива
следующая теорема: изменение потенциальной энергии взаимо-
дейстующих тел, взятое с обратным знаком, равно работе сил
взаимодействия.
Таким образом, мы ввели три важные физические вели-
чины — работу сил, кинетическую энергию тела и потенциаль-
ную энергию взаимодействия тел. Нетрудно показать, что для
146
системы тел, взаимодействующих друг с другом силами тяго-
тения и упругости, справедлив закон сохранения полной энер-
гии: сумма потенциальной и кинетической энергий взаимодей-
ствующих друг с другом тел остается неизменной. Закон
сохранения энергии и закон сохранения импульса предста-
вляют собой наиболее общие законы природы.
Мы привели ряд примеров того, как вводятся физические
величины. Из этих примеров видно, насколько важно правиль-
но выбрать физические величины, характеризующие то или
иное явление. Мы ограничились только величинами, характе-
ризующими механическое движение.
Рациональное введение физических величин позволило от-
крыть и сформулировать ряд важных законов классической ме-
ханики (ньютоновской механики). Эти законы нашли широчай-
шее применение во многих областях техники. По тем же
принципам вводятся физические величины и в других разделах
физики.
ФИЗИКИ - ФРОНТУ *)
(к 40-летию Великой Победы)
Великая Отечественная война всколыхнула весь
советский народ, в том числе и людей, занимающихся наукой,
и, конечно, физиков. Всем понятно, что значительную роль
в создании современного оружия играет техника, основой кото-
рой служит физическая наука.
Разумеется, крупные военно-научные проблемы решаются
заранее, но это требует немалого времени. Однако некоторые
вопросы, связанные с усовершенствованием военной техники,
нужно и можно было решать и во время войны, в относитель-
но короткие сроки.
Из крупных разработок, подготовленных до войны и потре-
бовавших нескольких лет, прежде всего следует назвать радио-
локацию. Сама идея радиолокации очень проста. Она заклю-
чается в том, что электромагнитные волны, достигая металли-
ческих объектов, отражаются от них, и по отраженным волнам
можно, по крайней мере принципиально, определить положе-
ние объекта в любой момент времени. Само это явление обна-
ружил основоположник радиотехники А. С. Попов, заметив-
ший, что проходящие корабли мешали передаче радиосигна-
лов. От идеи до технического ее воплощения лежал огромный
путь, который еще предстояло пройти. Дело в том, что радио-
волны, достигшие поверхности металлического объекта, отра-
жаются назад в ничтожной степени, потому что часть из них
поглощается, остальные же рассеиваются объектом во все сто-
роны. В приемник отраженных радиоволн попадает лишь ма-
лая часть энергии, первоначально направленной на изучаемый
объект, скажем, самолет. И вот эту ничтожную часть надо бы-
ло суметь зарегистрировать.
Первая попытка технического решения этой задачи от-
носится к началу тридцатых годов. Затем в течение нескольких
лет техника развивалась, совершенствовалась, и уже в 1939 го-
ду нашей армией был принят на вооружение РУС — радиоулав-
ливатель самолетов. Вскоре была решена задача совмещения
в одной станции источника электромагнитных волн и приемни-
ка отраженных волн. Она была названа РЛС — радиолокацион-
*) Эта статья оказалась последней из тех, которые академик И. К.
Кикоин готовил для журнала «Квант». Диктовал он ее, находясь
в больнице. И в те дни его постоянно интересовали дела и публикации
«Кванта». Он считал необходимым рассказать школьникам о работах
ученых-физиков, проведенных накануне и во время войны, работах,
целью которых было помочь фронту, способствовать нашей победе.
148
ной станцией, и, насколько мне известно, научный приоритет,
т. е. первенство, в ее разработке принадлежит именно совет-
ским физикам.
Нынешние РЛС сильно отличаются от тех, что применя-
лись в начале Великой Отечественной войны, по той простой
причине, что тогда еще не была разработана полупроводнико-
вая техника, все делалось на лампах — и генераторы, и прием-
ники. На полупроводниковые системы перешли уже во время
войны. Такие радиолокаторы можно было уже тогда устана-
вливать и на самолетах, а не только на земле. Это позволило
вести ночной бой, т. е. «видеть» вражеский самолет в темноте.
Успешное использование радиолокаторов для обнаружения
движущихся военных объектов — самолетов, кораблей и т. д. —
сыграло огромную роль в военном деле и способствовало на-
шей победе.
Примерно такая же судьба сложилась у метода защиты во-
енных кораблей от вражеских магнитных мин. Напомню вкрат-
це саму идею таких мин и как можно было от них защищаться.
Известно, что земной шар создает вокруг себя магнитное
поле. Оно небольшое по величине, всего около десятитысячной
доли теслы. Однако его достаточно, чтобы ориентировать
стрелку компаса по своим силовым линиям. Если в этом поле
находится массивный предмет, например корабль, и железа
(вернее, стали) в нем много, несколько тысяч тонн, то магнит-
ное поле концентрируется и может увеличиться в несколько де-
сятков раз.
С одной стороны, для навигации с использованием компаса
в качестве указателя направления движения корабля это ме-
шает. Корабль искажает истинное направление земного маг-
нитного поля, приходится учитывать влияние стального корпу-
са на компас.
Но, с другой стороны, это усиленное кораблем магнитное
поле может проявиться и таким образом. Оно способно приве-
сти в действие какой-нибудь механизм, поворачивающийся под
влиянием магнитной силы и замыкающий электрическую цепь.
В эту цепь можно включить детонатор, погруженный во взрыв-
чатое вещество мины. Такие магнитные мины отличаются от
обычных, на которые корабль непосредственно натыкается
и этим вызывает взрыв, тем, что лежат на дне моря и взры-
ваются на расстоянии — под действием лишь магнитного поля
корабля.
Было известно, что эти мины разрабатывались во многих
странах, и, вероятно, находились в распоряжении военно-мор-
ских сил фашистской Германии. Задача по борьбе с магнитны-
ми минами была поставлена за несколько лет до начала войны
149
в Ленинградском физико-техническом институте. Требовалось
«размагнитить» корабли, чтобы ликвидировать усиленное ими
магнитное поле. Каким путем?
На корабле специальным способом располагали большие
катушки из проводов, по которым пропускался электрический
ток. Он порождал магнитное поле, компенсирующее поле ко-
рабля, т. е. поле прямо противоположного направления. К на-
чалу войны проблема была научно разрешена, и ее надо было
перевести на технические рельсы, т. е. создать такие устройства
на действующих кораблях советского флота.
Это было очень быстро организовано. Все боевые корабли
подвергались в портах «антимагнитной» обработке и выходили
в море размагниченными. Тем самым были спасены многие
тысячи жизней наших военных моряков. Понятно, что для та-
кой работы потребовались знания физиков, хорошие физиче-
ские лаборатории, что и предопределило ее успех.
Перед войной была решена еще одна задача, казалось бы,
не имевшая непосредственного отношения к военным дей-
ствиям, однако ее решение оказало существенное влияние на
технику.
В военное время расходуется очень много алюминия — для
самолетов, меди — для снарядов. Эти материалы получают
электролитическим путем. И если их производят в больших ко-
личествах, то через электролитическую ванну проходят токи,
достигающие десятков тысяч ампер. Так вот, на одном из алю-
миниевых заводов, который запускали перед войной, и предпо-
лагалось использовать такие большие токи. Обычный способ
измерения токов шунтами не годился, шунты были рассчитаны
максимум на 10000 А. Чтобы ток можно было регулиро-
вать, надо было придумать способ его измерения, не имея
шунтов.
Тут без физических знаний нельзя было обойтись. Ясно, что
когда по проводнику проходит такой большой ток, то создан-
ное им магнитное поле тоже довольно велико. Измерив поле,
мы узнаем, каков ток. К сожалению, форма проводов была не
цилиндрической, это был ряд прямоугольных шин, сложенных
параллельно. И связь магнитного поля с током, протекающим
по такому проводнику, было очень трудно установить, готовых
формул не было.
Тем не менее физикам удалось провести расчеты и разрабо-
тать прибор, который сначала на модели, а потом непосред-
ственно на заводе позволял промерять поле и ток. Таких при-
боров нужно было немного, всего несколько десятков экзем-
пляров, и их изготовили прямо в лаборатории в течение
сравнительно небольшого времени.
150
Перед самым началом войны завод был отрегулирован, пу-
щен, впервые на нем применяли гигантские токи, а продукция
его шла на авиазаводы. И здесь помощь физиков оказалась
очень полезной.
До сих пор речь шла о «заблаговременных» работах. Одна-
ко я упоминал о вопросах, которые можно было решать и во
время войны.
Например, на одном из крупных уральских заводов, выпу-
скавшем артиллерийские снаряды, значительная часть продук-
ции браковалась. Снаряды не должны были разрываться до
вылета из ствола орудия. Поэтому каждый из них проверялся,
и если имелся хоть маленький дефект, снаряд браковали: во-
енные приемщики действовали по строгим инструкциям.
Группа уральских физиков, побывавших на этом заводе, за-
метила сравнительно большие склады с негодной продукцией
и заинтересовалась, действительно ли это брак, который может
привести к преждевременному разрыву снарядов. По каким
признакам велась отбраковка? Оказалось, что на глаз, по
внешнему виду снаряда. Однако сталь, из которой делали
снаряды, легко намагничивается, и сколько-нибудь значитель-
ный дефект может быть обнаружен чисто магнитным путем.
Магнитная характеристика изделия очень чувствительна ко вся-
ким нарушениям его целостности, стабильности структуры.
И вот ученые исследовали магнитные характеристики бра-
кованных снарядов и выяснили, что многие поверхностные, ви-
димые глазом дефекты в толщу снаряда не проходят. Никако-
го вреда, никакого уменьшения прочности снаряда они не
вызывают. Предложили вместо внешнего осмотра производить
отбраковку, пользуясь приборами, которые позволяли снять
своего рода топографию магнитного поля снаряда. По этой кар-
тине силовых линий магнитного поля можно было судить, есть
ли заслуживающие внимания дефекты.
Такие приборы были разработаны, и ими стали пользовать-
ся непосредственно на предприятиях. Этому помогли крупные
достижения наших физиков, специалистов по магнетизму. На
заводах, изготовлявших снаряды, им были очень благодарны,
поскольку значительная часть ранее забракованных снарядов
была возвращена в число действующих. Практически увеличе-
ние выпуска снарядов произошло бесплатно, за счет уменьше-
ния кажущегося брака.
Метод стал широко распространяться, и сейчас, как вы, на-
верное, слышали, существует специальная техническая наука,
называемая магнитной дефектоскопией. Она позволяет обнару-
жить дефекты в готовых изделиях по их магнитным характери-
стикам.
151
Тот же самый принцип — исследование магнитного поля
стальных изделий — был использован на одном из уральских
заводов, выпускавших танковые двигатели. Важнейшая часть
двигателя — коленчатый вал, шейки которого вращаются
в подшипниках. Эти шейки должны быть изготовлены с боль-
шой точностью. Они делаются из каленой стали и шлифуются
на специальных станках.
Тогда еще не было станков с числовым управлением, все
делалось вручную, и рабочий-шлифовщик часто останавливал
станок и измерял диаметр шейки. Ведь если он снимет лишний
слой стали, уменьшит размеры — деталь пойдет в брак. Из-за
таких частых остановок производительность станка, естествен-
но, использовалась не полностью.
Уральские физики придумали неплохой способ непрерывно-
го измерения диаметра шейки без остановки шлифовального
станка. Для этого вблизи обтачиваемой шейки ставился не-
большой прибор, реагирующий на магнитное поле шейки. Оно,
разумеется, зависит от расстояния между прибором и поверх-
ностью шейки. По мере сошлифовывания, уменьшения диаме-
тра детали, менялись и показания прибора. Нужно было толь-
ко наблюдать за его стрелкой и по достижении ею определен-
ной метки на шкале останавливать станок и снимать деталь —
все без промежуточных измерений.
Такие приборы непрерывного действия были установлены
в больших цехах, где изготовлялись коленчатые валы. Про-
изводительность шлифовальных станков резко возросла. Зна-
чит, увеличилось число выпускаемых двигателей и, соответ-
ственно, танков. Это прямо способствовало росту военной
техники на полях сражений. Так во время войны в течение не-
скольких месяцев была решена очень важная задача.
Еще один пример. Перед знаменитой битвой на Курской
дуге в 1943 году немцы стали выпускать новые типы тан-
ков — «Пантеры» и «Тигры». Это были танки с резко усилен-
ной броней, которую обычные снаряды пробивали с трудом
или вообще не пробивали. За несколько месяцев до битвы на-
шим войскам удалось захватить несколько таких танков
и установить, насколько прочна их броня. Чтобы пробить ее,
надо было придумать снаряды с улучшенными характеристика-
ми. Эта задача была поручена нашим металловедам в одном
из институтов Москвы.
Хорошо известно, что для увеличения твердости стали сле-
дует добавить в нее вольфрам. Однако он плавится при очень
высокой температуре, обычная технология выплавления такой
стали очень трудна. Организовать в массовом масштабе вы-
плавку вольфрамистой стали было невозможно, промышлен-
152
ность не была к этому подготовлена. И вот сотрудники инсти-
тута предложили изготовить головки снарядов из металличе-
ского порошка с добавкой порошка вольфрама. Мелкий
порошок довольно хорошо спекается при большой температу-
ре. С помощью методов порошковой металлургии такие
головки были сделаны, и они оказались необычайно проч-
ными.
Испытания, проведенные с новыми снарядами, показали,
что они с легкостью пробивают самую толстую броню «Ти-
гров» и «Пантер». Массовое производство снарядов с головка-
ми из вольфрамистой стали было налажено довольно быстро.
И когда на Курской дуге наши артиллеристы встретились с не-
мецкими танками, стало ясно, что планы гитлеровского коман-
дования, связанные с неуязвимостью новой техники, провали-
лись. Советские снаряды «внесли» свой вклад в сокрушитель-
ное поражение немецких войск.
Ну и, конечно, физики не остались в стороне от задачи
упрочнения брони наших танков. В Советском Союзе физика
твердого тела получила широкое развитие, особенно в Ленин-
градском физико-техническом институте. Директор ЛФТИ ака-
демик А. Ф. Иоффе с сотрудниками занимались изучением спе-
циальных сталей, в том числе и таких, из которых делается
броня.
Поэтому неудивительно, что знания и опыт этих физиков
были использованы во время войны. Броня наших танков была
в значительной степени усилена и отвечала, пожалуй, самым
высоким требованиям науки и техники военного времени. Та-
ким образом, специалисты в области физики металлов непос-
редственно участвовали в создании грозного оружия Советской
Армии, наших бронетанковых сил.
Думаю, что будет интересен короткий рассказ о сухопутных
магнитных минах. В начале войны к ученым обратились пред-
ставители инженерных войск с просьбой выяснить, нельзя ли
разработать подобную мину не для кораблей, а для танков.
Танк, конечно, весит много меньше корабля, десятки тонн.
Возможно, его магнитное поле не очень велико. Надо было
проверить.
Эта работа была сделана на Урале. Физикам предоставили
несколько танков. Провели измерения магнитного поля под
ними на разных глубинах. Оказалось, что поле довольно за-
метное, и можно было попробовать применить магнитный ме-
ханизм для подрыва танков. Однако ставилось важное допол-
нительное требование: сама мина должна содержать как
можно меньше металла. Ведь к тому времени уже были разра-
ботаны миноискатели.
153
'*^7 СССР .
НКО-МНПС 4X3.Jfc
Упртеме а о е н н о-в ос стаи с в ите л ьиых и заградительных работ
ЛЕНИНГРАДСКОГО ФРОНТА
Гор__
"3L
Тел. АЛ
. О.чтябРЯ 94 2 г.
Физико-Техническому Институту
Академии Наук СССР
Управление Военно-Восстановительных работ Ленинградского
фронта просит организовать изучение физино-механических свойств
льда Шлиссельбургской губы Ладожского озера в зиму 1942-43 года.
Цель изучения - использование ледяного покрова для пропу-
ска железнодорожной линии.
Для связи с Управлением Военно-Восстановительных работ и
совместной разработки технического задания на производство упо-
мянутых работ просьба выделить своего представителя, которому
установить связь с Нам.Технического Отдела Строительства имж.Рехов-
ский Д.М.
Адрес Управления Строительства - Пл .Островского, д.М> 7, 2-Й
этаж, комкйта 40, телефон 4-94-63.
Начальник Управления
Воеино-Восстановительнкх ®бот —
Ленинградского фронта’*, Л /ЗУБКОВ/
Отд. 2 эк з. S''ЦДуЦ । О Л СК JC
экэ.Я* I - адресату [У J
экз.М* 2 - в дело
Письмо Управления военно-восстановительных и заградительных
работ Ленинградского фронта в Физико-технический институт АН
СССР об организации изучения свойств льда Ладожского озера
для прокладывания железнодорожной линии
Потребовалось придумать специальный сплав для свое-
образной стрелки «компаса», замыкающей цепь, содержащую
небольшую батарейку, сплав, легко намагничивающийся под
действием поля танка. В результате работы суммарное количе-
ство металла ограничивалось 2 — 3 граммами на одну мину,
а магнитик из сплава был настолько хорош, что позволял
подорвать не только танк, но и автомашину. Что уж говорить
о паровозах...
Нельзя не сказать и о физической задаче огромной важно-
сти, которую решили физики, оставшиеся во время блокады
в Ленинграде. Как известно, довольно долго единственным пу-
тем, связывающим город со страной, была Дорога Жизни,
проложенная по льду Ладожского озера. Вопрос заключался
154
в том, можно ли и в каких масштабах проводить по дороге
грузы ранней зимой или весной, когда озеро только что за-
мерзло или лед начинал подтаивать. Нужно было непосред-
ственно измерять прочность льда, указывать, какой груз он
может выдержать.
Ленинградские физики вместе с гидрологами и моряками
проделали замечательную работу, с блеском решив эту задачу.
Они нашли способ определения прочности ледяного покрова.
Прямо на месте, в разных точках Ладожского озера днем
и ночью проводились измерения. Именно ими практически ру-
ководствовались, выясняя, на каком расстоянии, с каким гру-
зом должны двигаться машины. Без этих указаний было бы
много аварий, погибло бы много людей, город недополучил
бы продовольствия и боеприпасов. Это пример добросовест-
ной и интенсивной работы в сложных условиях.
Конечно, можно было бы еще рассказать о помощи, кото-
рую оказали физики фронту. Но думаю, что приведенных при-
меров достаточно, чтобы убедительно показать, как ученые со-
действовали успеху наших вооруженных сил.
Трудно в небольшой статье говорить и о других науках, за-
нятых военным делом. Упомяну только, что советская школа
физикохимиков, возглавляемая Н. Н. Семеновым, долгое
время занималась изучением процессов горения и взрыва. Во
время войны этим ученым пришлось использовать нако-
пленный багаж знаний для прямых военных целей, активно
способствовать нашей исторической победе.
После войны немцы признали, что наши наука и техника
были на высоте требований, которые предъявило время. И дей-
ствительно, советские ученые, в частности физики, самым не-
посредственным образом исполнили свой патриотический долг
помощи фронту.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Философские идеи В. И. Ленина и развитие современ-
ной физики (к 75-летию книги В. И. Ленина «Материализм и эмпи-
риокритицизм») — Квант, 1970, № 4, с. 4; 1984, № 5, с. 3 (с небольшими
изменениями).
Как создавалась советская физика (к 60-летию Великого Октября) —
Квант, 1977, № 10, с. 2; № 11, с. 4; № 12, с. 3.
Абрам Федорович Иоффе (к 100-летию со дня рождения) — Квант,
1980, № 10, с. 4.
Он прожил счастливую жизнь (к 80-летию со дня рождения
И. В. Курчатова) - Квант, 1974, № 5; с. 36; 1983, № 1, с. 7. (Статья
впервые была опубликована в журнале «Природа», 1974, № 1. Перепе-
чатана в журнале «Квант» с небольшими изменениями.)
Анатолий Петрович Александров (к 80-летию со дня рождения) —
Квант, 1983, № 2, с. 8.
Мои встречи г Дебаем (к 100-летию со дня рождения Петера
Дебая) — Квант, 1984, № 12, с. 43.
Физика и научно-технический прогресс — Квант, 1983, № 3, с. 2;
№ 5, с. 2.
Физика в Союзе Советских Социалистических Республик (к 60-ле-
тию образования СССР) — Квант, 1982, № 12, с. 3.
Наука — дело молодых — Квант, 1980, № 9, с. 4.
ФЭМ-эффект - Квант, 1978, № 1, с. 18.
Что такое волна? — Квант, 1982, № 6, с. 2.
Как вводятся физические величины — Квант, 1984, № 10, с. 7.
Физики — фронту (к 40-летию Великой Победы) — Квант, 1985,
№ 5, с. 3.
Исаак Константинович Кикоин
РАССКАЗЫ О ФИЗИКЕ И ФИЗИКАХ
Серия «Библиотечка «Квант», вып. 53
Редактор Л. А. Панюшкина
Художественный редактор Т. Н. Колъченко
Технический редактор Е. В. Морозова
Корректоры О. А. Бутусова, М. Л. Медведская
ИБ № 32367
Сдано в набор 15.01.86. Подписано к печати 26.08.86. Т-11679. Формат
84 х 108/32. Бумага кн.-журн. Гарнитура тайме. Печать высокая. Усл. печ. л. 9,24.
Усл. кр.-отт. 10,08. Уч.-изд. л. 9,96. Тираж 130000 экз. Заказ № 253. Цена 35 к.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Наука»
Главная редакция физико-математической литературы
117071 Москва В-71, Ленинский проспект, 15
Ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени Ленин-
градское производственно-техническое объединение «Печатный Двор» им. А. М.
Горького Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам
издательств, полиграфии и книжной торговли. 197136, Ленинград, П-136, Чка-
ловский пр., 15.
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»
ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
117071 Москва В-71, Ленинский проспект, 15
ВЫШЛИ ИЗ ПЕЧАТИ В СЕРИИ «БИБЛИОТЕЧКА «КВАНТ»:
Вып. 1. М. П. Бронштейн. Атомы и электроны.
Вып. 2. М. Фарадей. История .свечи.
Вып. 3. О. О р е. Приглашение в теорию чисел.
Вып. 4. Опыты в домашней лаборатории.
Вып. 5. И. Ш. Слободецкий, Л. Г. Асламазов. Задачи по
физике.
Вып. 6. Л. П. Мочалов. Головоломки.
Вып. 7. П. С. Александров. Введение в теорию групп.
Вып. 8. В. Г. Ш т е й н г а у з. Математический калейдоскоп.
Вып. 9. Замечательные ученые.
Вып. 10. В. М. Глушков В. Я. Валах. Что такое ОГАС?
Вып. 11. Г. И. Копылов. Всего лишь кинематика.
Вып. 12. Я. А. Смородинский. Температура.
Вып. 13. А. Е. К ар п о в, Е. Я. Гик. Шахматный калейдоскоп.
Вып. 14. С. Г. Гиндикин. Рассказы о физиках и математиках.
Вып. 15. А. А. Боровой. Как регистрируют частицы.
Вып. 16. М. И. К а г а н о в, В. М. Ц у к е р н и к. Природа магнетизма.
Вып. 17. И. Ф. Шарыгин. Задачи по геометрии: планиметрия.
Вып. 18. Л. В. Тарасов, А. Н. Тарасова. Беседы о преломлении
света.
Вып. 19. А. Л. Эфрос. Физика и геометрия беспорядка.
Вып. 20. С. А. П и к и н, Л. М. Блинов. Жидкие кристаллы.
Вып. 21. В. Г. Болтянский, В. А. Ефремович. Наглядная
топология.
Вып. 22. М. И. Б а ш м а к о в, Б. М. Беккер, В. М. Г ольховой.
Задачи по математике: алгебра и анализ.
Вып. 23. А. Н. Колмогоров, И. Г. Журбенко, А. В. Про-
хоров. Введение в теорию вероятностей.
Вып. 24. Е. Я. Г и к. Шахматы и математика.
Вып. 25. М. Д. Франк-Каменецкий. Самая главная молекула.
Вып. 26. В. С. Эдельман. Вблизи абсолютного нуля.
Вып. 27. С. Р. Ф и л он о в и ч. Самая большая скорость.
Вып. 28. Б. С. Бокштейн. Атомы блуждают по кристаллу.
Вып. 29. А. В. Б я л к о. Наша планета - Земля.
Вып. 30. М. Н. А р ш и к о в, Л. Е. Садовский. Коды и математика.
Вып. 31. И. Ф. Шарыгин. Задачи по геометрии: стереометрия.
Вып. 32. В. А. 3 а й м о в с к и й, Т. Л. Колупаева. Необычные свой-
ства обычных металлов.
Вып. 33. М. Е. Л евин штей н, Г. С. Симин. Знакомство с полу-
проводниками.
Вып. 34. В. Н. Д у б р о в с к и й, Я. А. С м о р о д и н с к и й, Е. Л. Сур-
ков. Релятивистский мир.
Вып. 35. А. А. Михайлов. Земля и ее вращение.
Вып. 36. А. П. П у р м а л ь, Е. М. Слободецкая, С. О. Травин.
Как превращаются вещества.
Вып. 37. Г. С. Воронов. Штурм термоядерной крепости.
Вып. 38. А. Д. Черни к. Звезды и физика.
Вып. 39. В. Б. Б р а г и к с к и й, А. Г. П о л н а р е в. Удивительная гра-
витация.
Вып. 40. С. С. X и л ь к е в и ч. Физика вокруг нас.
Вып. 41. Г. А. Звенигородский. Первые уроки программиро-
вания.
Вып. 42. Л. В. Тарасов. Лазеры: действительность и надежды.
Вып. 43. О. Ф. К а б а р д и н, В. А. Орлов. Международные физи-
ческие олимпиады школьников.
Вып. 44. Л. Е. С а д о в с к и й, А. Л. Садовский. Математика и
спорт.
Вып. 45. Л. Б. Окунь а р у...Z (Элементарное введение в физику
элементарных частиц).
Вып. 46. Я. Е. Г е г у з и к. Пузыри.
Вып. 47. Л. С. М а р о ч н и к. Свидание с кометой.
Вып. 48. А. Т. Филиппов. Многоликий солитон.
Вып. 49. К. Ю. Богданов. Физик в гостях у биолога.
Вып. 50. Занимательно о физике и математике.
Вып. 51. X. Рачлис. Физика в ванне.
Вып. 52. В. М. Л и п у н о в. В мире двойных звезд.
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»
ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
117071 Москва В-71, Ленинский проспект, 15
ГОТОВЯТСЯ К ПЕЧАТИ В 1987 ГОДУ
в серии «Библиотечка «Квант»
(Аннотированный темплан 1987 г., поз. 160—166):
Л. Г. Асламазов, А. А. Варламов. Удивительная физика.
М. Б. Балк, В. Г. Болтянский. Геометрия масс.
Задачи Московских физических олимпиад.
М. Е. Л е в и н ш т е й н, Г. С. Симин. Барьеры (От кристалла до
интегральной схемы).
Г.Р. Л о к ш и н, С. М. К о з е л, В. Е. Белонучкин. Экскурсия в
волновую оптику.
Р. Фейнман. Характер физических законов.
А. Д. Ч е р н и н. Физика времени.
Предварительные заказы на эти книги принимаются без ограничения
всеми магазинами Книготорга и Академкниги, распространяющими
физико-математическую литературу.
35 коп.