100 великих нобелевских лауреатов
- -
- 100%
- +
Достижение Бардина, Купера и Шриффера было названо одним из наиболее важных в теоретической физике с момента создания квантовой теории. В 1958 году они с помощью своей теории предсказали сверхтекучесть (отсутствие вязкости и поверхностного натяжения) у жидкого гелия-3 (изотоп гелия, ядро которого содержит два протона и один нейтрон) вблизи абсолютного нуля, что и подтвердилось экспериментально в 1962 году. Сверхтекучесть наблюдалась ранее у гелия-4 (наиболее распространенный изотоп с одним дополнительным нейтроном), и считалось, что она невозможна у изотопов с нечетным числом ядерных частиц».
В 1959 году Бардин начал работать в Центре фундаментальных исследований Иллинойского университета, продолжая свои изыскания в области физики твердого тела и физики низких температур.
В 1965 году Бардин был удостоен Национальной медали «За научные достижения» Национального научного фонда, а в 1971 году – почетной медали Института инженеров по электротехнике и электронике.
В 1972 году Бардин вместе с Купером и Шриффером вновь получил Нобелевскую премию по физике «за совместное создание теории сверхпроводимости, обычно называемой БКШ-теорией». С. Лундквист, член Шведской королевской академии наук, при презентации лауреатов отметил полноту объяснения ими сверхпроводимости и добавил: «Ваша теория предсказала новые эффекты и весьма стимулировала дальнейшие разработки в теоретических и экспериментальных исследованиях». Он также указал на то, что «дальнейшее развитие… подтвердило огромное значение и ценность идей, заложенных в этой фундаментальной работе в 1957 году».
БКШ-теория привела к созданию материалов, позволяющих сконструировать исключительно мощные и экономичные электромагниты небольших размеров. Такие электромагниты используются при ядерном синтезе, в ускорителях частиц высокой энергии, в поездах на магнитной подушке над рельсами, в биологических и физических исследованиях и при конструировании компактных мощных электрических генераторов.
В 1975 году он стал почетным профессором в отставке. В 1977 году ученый получил президентскую медаль Свободы правительства Соединенных Штатов. В течение многих лет он был соиздателем журнала «Physical Review». Бардин – член американской Национальной академии наук и Американской академии наук и искусств, а также Американского физического общества.
В последние годы жизни ученый много путешествовал и играл в гольф. Умер Бардин 30 января 1991 года.
ПАВЕЛ АЛЕКСЕЕВИЧ ЧЕРЕНКОВ
(1904—1990)
Павел Алексеевич Черенков родился 28 июля 1904 года в селе Новая Чигла Воронежской области в семье крестьянина. По окончании средней школы Павел поступает в Воронежский государственный университет, который окончил в 1928 году. После этого Черенков поступил вначале на подготовительное, а затем в 1932 году на основное отделение Физического (тогда Физико-математического) института Академии наук СССР.
В 1930 году Черенков женился на Марии Путинцевой, дочери профессора русской литературы. У них было двое детей.
Начало научной деятельности Черенкова относится к 1932 году, когда он под руководством С.И. Вавилова приступил к изучению люминесценции растворов ураниловых солей под действием гамма-лучей.
Поначалу в полном соответствии с законом Вавилова—Стокса у Черенкова огромные гамма-кванты источника излучения преобразовались в малые кванты видимого света, то есть люминесцировали.
«Интересно, – рассуждал ученый, – как она изменится, если увеличить концентрацию? А если, наоборот, разбавить раствор водою? Важна, конечно, не общая картина, а точно выраженный физический закон».
До поры до времени никаких сюрпризов: меньше растворено солей – меньше люминесценция.
Далее рассказывает В.Р. Келер:
«Наконец в растворе остаются лишь следы уранила. Теперь уж, разумеется, никакого свечения быть не может.
Но что это?! Черенков не верит своим глазам. Уранила осталась гомеопатическая доза, а свечение продолжается. Правда, очень слабое, но продолжается. В чем дело?
Черенков выливает жидкость, тщательно промывает сосуд и наливает в него дистиллированную воду. А это что такое? Чистая вода светится так же, как и слабый раствор. Но ведь до сих пор все были уверены, что дистиллированная вода неспособна к люминесценции.
Вавилов советует аспиранту попробовать поставить вместо стеклянного сосуд из другого материала. Черенков берет платиновый тигель и наливает в него чистейшую воду. Под дном сосуда помещается ампула со ста четырьмя миллиграммами радия. Гамма-лучи вырываются из крошечного отверстия ампулы и, пробивая платиновое дно и слой жидкости, попадают в объектив прибора, нацеленного сверху на содержимое тигля.
Снова приспособление к темноте, снова наблюдение, и… опять непонятное свечение.
– Это не люминесценция, – твердо говорит Сергей Иванович. – Это что-то другое. Какое-то новое, неизвестное пока науке оптическое явление.
Вскоре всем становится ясно, что в опытах Черенкова имеют место два свечения. Одно из них – люминесценция. Оно, однако, наблюдается лишь в концентрированных растворах. В дистиллированной воде под влиянием гамма-облучения мерцание вызывается иной причиной…
А как поведут себя другие жидкости? Может быть, дело не в воде?
Аспирант наполняет тигель по очереди различными спиртами, толуолом, другими веществами. Всего он испытывает шестнадцать чистейших жидкостей. И слабое свечение наблюдается всегда. Поразительное дело! Оно оказывается очень близким по интенсивности для всех материалов. Четыреххлористый углерод светится всех сильнее, изобутановый спирт – всех слабее, но разница их свечений не превышает 25 процентов.
Черенков пытается погасить свечение особыми веществами, считающимися сильнейшими гасителями обычной люминесценции. Он добавляет к жидкости азотнокислое серебро, йодистый калий, анилин… Эффекта (гасительного) никакого: свечение продолжается. Что делать?
По совету руководителя он нагревает жидкость. На люминесценцию это всегда влияет сильно: она ослабевает и даже прекращается совсем. Но в данном случае яркость свечения не меняется ничуть. Выходит, здесь действительно какое-то особое, доныне неизвестное явление? Какое же?»
В 1934 году в «Докладах Академии наук СССР» появляются первые два сообщения о новом виде излучения: Черенкова, излагающего подробно результаты экспериментов, и Вавилова, пытающегося их объяснить.
Таинственное свечение можно было видеть только в пределах узкого конуса, ось которого совпадала с направлением гамма-излучения. Учтя это обстоятельство, молодой ученый поместил свой прибор в сильное магнитное поле. И тут же убедился, что поле отклоняет узкий конус свечения в сторону. Но это возможно лишь для электрически заряженных частиц, например электронов. Чтобы окончательно убедиться в этом, Черенков использовал другой вид излучения – бета-лучи, представляющих собою поток быстрых электронов. Он облучил ими те же жидкости, что и раньше, и получил такой же световой эффект, как при гамма-облучении.
Так было выяснено, что загадочное оптическое явление возникает только там, где налицо движение быстрых электронов.
Объяснение механизма преобразования движения электронов в движение фотонов необычного свечения дали в 1937 году советские физики Франк и Тамм. Электроны летят быстрее, чем распространяется свет в данной среде, и в результате возникает необычное явление: порожденные электронами электромагнитные волны отстают от своих родителей и вызывают свечение.
Вскоре появилась крылатая фраза: «Греки слышали голоса звезд, а в черенковском свечении слышны голоса электронов. Это поющие электроны».
В 1935 году Черенков окончил аспирантуру и защитил кандидатскую диссертацию, после чего получил должность старшего научного сотрудника Физического института им. Лебедева АН СССР (ФИАН).
Он продолжал исследовать открытое им свечение. В 1936 году он установил характерное свойство нового вида излучения – своеобразную пространственную асимметрию («черенковский конус»).
После появления количественной теории явления, разработанной Таммом и Франком, Черенков в серии тонких экспериментов подтверждает ее во всех деталях. Фундаментальные работы Черенкова по исследованию открытого им излучения заряженных частиц, движущихся со сверхсветовой скоростью, явились значительным вкладом в мировую науку и признаны классическими.
«Помимо принципиального научного значения, излучения Черенкова имеют и большую практическую ценность, – пишет И.М. Дунская. – Исключительно важна его роль в физике высоких энергий. При движении быстрой частицы в среде возникает направленная световая вспышка, которую регистрируют с помощью фотоумножителя. Такие счетчики используются как для обнаружения быстрых заряженных частиц, так и для определения их свойств: направления движения, величины заряда, скорости и т д. Счетчики Черенкова, благодаря характерным особенностям излучения, существенно расширяют возможности эксперимента и позволяют выполнить эксперименты, невозможные при использовании обычных люминесцентных счетчиков. В частности, черенковское излучение было использовано в опытах по обнаружению антипротона. Оно позволяет также наблюдать наиболее быстрые частицы космических лучей».
За работы по открытию и изучению этого явления Черенкову совместно с Вавиловым, Таммом и Франком сначала в 1946 году присудили Государственную премию, а в 1958 году (уже после смерти Вавилова) Черенков, Тамм и Франк были удостоены звания Лауреатов Нобелевской премии по физике.
В послевоенные годы Черенков некоторое время занимался исследованиями космических лучей, а также принимал руководящее участие в разработке и сооружении ускорителей легких частиц. Так, в январе 1948 года под его руководством осуществлен запуск первого в СССР бетатрона. Одновременно Черенков принимает участие в работах по проектированию и сооружению синхротрона ФИАН на 250 МэВ, за что в 1951 году получил Государственную премию. Вскоре после запуска синхротрона ученый принял руководство над всеми работами по его усовершенствованию, что позволило развернуть работы по изучению электромагнитных взаимодействий в области фотонов больших энергий. В возглавляемой Черенковым лаборатории фотомезонных процессов удалось получить целый ряд интереснейших результатов по изучению процессов фоторасщепления гелия, фотообразования пи-мезонов, фоторасщепления некоторых легких ядер методом наведенной активности.
В середине пятидесятых годов Черенков, совместно с И.В. Чувило, экспериментально исследовал фотоделение ядер тяжелых элементов. Затем под руководством Павла Алексеевича был успешно разработан новый метод накопления и получения встречных электрон-позитронных пучков. В 1963—1965 годах проводились детальные исследования этого метода, а в начале 1966 года принципиальная возможность его была проверена экспериментально на 280 МэВ синхротроне ФИАН. Таким образом, впервые в практике физического эксперимента были получены встречные пучки электронов и позитронов.
«Работы по накоплению и получению встречных пучков в ускорителях имеют первостепенное значение для физики высоких энергий, – отмечает И.М. Дунская. – Использование этого метода позволяет перевести действующие ускорители в режим накопления и тем самым на основе уже имеющейся экспериментальной базы перейти к исследованиям взаимодействий в области высоких и сверхвысоких энергий. Этот метод был впоследствии использован для получения встречных пучков на крупнейшем электронном ускорителе в Кембридже (США)».
В 1964 году Павла Алексеевича избрали членом-корреспондентом Академии наук СССР, а в 1970 году – действительным членом Академии наук СССР.
В 1977 году за цикл работ по исследованию расщепления легких ядер гамма-квантами высоких энергий методом камер Вильсона, действующих в мощных пучках электронных ускорителей, Черенков удостоен Государственной премии СССР.
Кроме научной деятельности Черенков вел большую педагогическую работу, сначала с 1948 года в должности профессора Московского энергетического института, а с 1951 года и Московского инженерно-физического института. Он дал путевку в жизнь большому числу исследователей.
ИГОРЬ ЕВГЕНЬЕВИЧ ТАММ
(1895—1971)
Игорь Евгеньевич родился 8 июля 1895 года во Владивостоке в семье Евгения Тамма, инженера-строителя, и Ольги (урожденной Давыдовой) Тамм. Евгений Федорович работал на строительстве Транссибирской железной дороги.
С 1898 года и до окончания гимназии в 1913 году Игорь жил с родителями в Елизаветграде (сейчас Кировоград, Украина).
Затем он уехал учиться в Эдинбургский университет, где провел год. Здесь Игорь зачитывался «нелегальщиной», штудировал Маркса и участвовал в политических митингах… В начале лета 1914 года Игорь вернулся домой и поступил на физико-математический факультет Московского университета.
Но вскоре грянула Первая мировая война, и весной 1915 года Тамм пошел добровольцем – «братом милосердия». С удовлетворением отмечал он в письме, что даже под обстрелом «вполне можно держать себя в руках». Через несколько месяцев он вернулся в университет и в 1918 году получил диплом.
Во время февральской революции Тамм с головой окунулся в политическую деятельность. Он выступал на многочисленных антивоенных митингах и как оратор имел успех. Печатал и распространял антивоенную литературу. Наконец он был избран делегатом от Елизаветграда на Первый Всероссийский съезд советов рабочих и солдатских депутатов в Петрограде. Он принадлежал к фракции меньшевиков-интернационалистов и настойчиво продолжал антивоенную борьбу.
В сентябре 1917 года Тамм женился на Наталии Васильевне Шуйской. Игорь и Наташа познакомились еще летом 1911 года. Наташа происходила из семьи весьма богатых и достаточно просвещенных помещиков, владевших рядом имений в Херсонской губернии. По окончании гимназии она уехала в Москву и поступила на Высшие женские курсы.
Тамм разрывался между политикой и наукой, но, однако, выбирал последнюю… В 1919 году Игорь начал свою деятельность как преподаватель физики сначала в Крымском университете в Симферополе, а позднее в Одесском политехническом институте.
В 1921 году в семье Таммов родилась дочь Ирина, ставшая позднее ученым-химиком, специалистом по взрывчатым веществам. Еще через пять лет родился сын Евгений – будущий физик-экспериментатор и альпинист.
Переехав в Москву в 1922 году, Тамм в течение трех лет преподавал в Коммунистическом университете им. Свердлова. С 1923 года он работал на факультете теоретической физики Второго Московского университета и занимал там с 1927 по 1929 год должность профессора. В 1924 году Тамм одновременно начал читать лекции в МГУ.
«К зиме 1925—1926 года, – писала дочь ученого Ирина, – папа стал тяготиться преподаванием в Свердловском университете. Ему было трудно решиться уйти со сносно оплачиваемой работы в «чистую науку» (в МГУ). Вопрос этот, я знаю, обсуждался дома: как существовать на мизерную зарплату? Мама предложила продать свой каракулевый сак – этих денег хватило на целый год Впоследствии мама относила одну за другой свои фамильные золотые вещи в торгсин и ломбард (откуда их, конечно, уже не выкупали)».
Первые научные исследования Тамм в начале двадцатых годов проводил под руководством Л.И. Мандельштама, профессора Одесского политехнического института, выдающегося советского ученого, внесшего вклад во многие разделы физики. Тамм занимался электродинамикой анизотропных твердых тел (т е. таких, которые обладают самыми различными физическими свойствами и характеристиками) и оптическими свойствами кристаллов.
Обратившись к квантовой механике, в 1930 году Тамм объяснил акустические колебания и рассеяние света в твердых средах. В его работе впервые была высказана идея о квантах звуковых волн (позднее названных «фононами»), оказавшаяся весьма плодотворной во многих других разделах физики твердого тела.
В 1930 году Тамм стал профессором и заведующим кафедрой теоретической физики МГУ. Там он в 1933 году получил степень доктора физико-математических наук, тогда же стал членом-корреспондентом Академии наук СССР. Когда Академия в 1934 году переехала из Ленинграда в Москву, Тамм стал заведующим сектором теоретической физики академического Института им. П.Н. Лебедева, и этот пост он занимал до конца жизни.
Тамм сделал два значительных открытия в квантовой теории металлов, популярной в начале тридцатых годов. Вместе со студентом С. Шубиным он сумел объяснить фотоэлектрическую эмиссию электронов из металла, т е. эмиссию, вызванную световым облучением. Второе открытие – установление, что электроны вблизи поверхности кристалла могут находиться в особых энергетических состояниях, позднее названных таммовскими поверхностными уровнями, что в дальнейшем сыграло важную роль при изучении поверхностных эффектов и контактных свойств металлов и полупроводников.
Одновременно он начал проводить теоретические исследования в области атомного ядра. Изучив экспериментальные данные, Тамм и С. Альтшуллер предсказали, что нейтрон, несмотря на отсутствие у него заряда, обладает отрицательным магнитным моментом (физическая величина, связанная, помимо прочего, с зарядом и спином). Их гипотеза, к настоящему времени подтвердившаяся, в то время расценивалась многими физиками-теоретиками как ошибочная. В 1934 году Тамм попытался объяснить с помощью своей так называемой бета-теории природу сил, удерживающих вместе частицы ядра. Согласно этой теории, распад ядер, вызванный испусканием бета-частиц (высокоскоростных электронов), приводит к появлению особого рода сил между любыми двумя нуклонами (протонами и нейтронами). Используя работу Ферми по бета-распаду, Тамм исследовал, какие ядерные силы могли бы возникнуть при обмене электронно-нейтринными парами между любыми двумя нуклонами, если такой эффект имеет место. Он обнаружил, что бета-силы на самом деле существуют, но слишком слабы, чтобы выполнять роль «ядерного клея». Год спустя японский физик Х. Юкава постулировал существование частиц, названных мезонами, процесс обмена которыми (а не электронами и нейтрино, как предполагал Тамм) обеспечивает устойчивость ядра.
В 1936—1937 годах Тамм и Франк предложили теорию, объяснявшую природу излучения, которое обнаружил Павел Черенков, наблюдая преломляющие среды, подверженные воздействию гамма-излучения. Хотя Черенков описал данное излучение и показал, что это не люминесценция, он не смог объяснить его происхождение.
Академик А.Н Крылов писал П.Л. Капице в 1943 году:
«Черенков произвел множество трудных опытов и нашел ряд закономерностей в явлении, отмеченном Вавиловым. Результаты своих экспериментальных исследований Черенков изложил в своей докторской диссертации.
Одновременно Тамм и Франк стали изучать вопрос, поставленный Вавиловым, теоретически, и Тамм создал полную теорию описанного явления. Уже было известно, что в жидкости электрон может двигаться со скоростью V, которая больше скорости света C в этой жидкости. Тамм исследовал математически, – каково же будет электромагнитное поле такого «сверхскоростного электрона». Путем глубокого и сложного математического анализа Тамм обнаружил, что при движении электрона надо различать два случая, именно: если V
По математической теории, развитой Таммом, замеченное Вавиловым явление получило полное объяснение и было проверено, как уже сказано, экспериментально Черенковым и затем более мощными радиоактивными препаратами в США.
Тамм глубоким и искусным математическим анализом создал полную теорию излучения «сверхскоростным» электроном в диспергирующей жидкости. Замеченное Вавиловым явление получило полное объяснение и стало доступным предвычислению, результаты которого сходятся во всех деталях с наблюдением.
Аналогия с Леверье полная, только Леверье вычислил движение Нептуна, который в 60 раз больше Земли, а Тамм движение электрона, который в миллионы раз меньше пылинки».
Тридцатые годы – время «большой чистки». «Тогда Игорь Евгеньевич Тамм лишился трех очень близких ему людей: младшего брата, друга, приобретенного еще в школьные годы, и любимого ученика, – пишет Г.Е. Горелик. – Почему его самого не объявили «врагом народа», понять трудно, но в хаосе Великого Террора таких непонятных вещей много. Ясно только, что тогда звание члена-корреспондента Академии наук не защищало, а ядерная физика еще не стала стратегической профессией».
Теоретический отдел института, созданный и руководимый Таммом, был ликвидирован, а все его сотрудники распределены по другим лабораториям. Но научный семинар теоретиков продолжал еженедельно работать под руководством Тамма, научные контакты полностью сохранялись, а впоследствии, после возвращения института из эвакуации в 1943 году, как-то незаметно прежний Теоретический отдел был восстановлен. Такое вялое реагирование дирекции института было возможно, конечно, только потому, что директором был С.И. Вавилов.
С 1946 года Тамма привлекли к рассмотрению некоторых вопросов атомного проекта. Когда возникла задача создания еще более страшного оружия – водородной бомбы, Игорю Евгеньевичу было предложено организовать в Теоретическом отделе группу для изучения вопроса.
Тамм собрал группу из молодых учеников-сотрудников, в которую вошли, в частности, В.Л. Гинзбург и А.Д. Сахаров, уже через два месяца выдвинувшие две важнейшие оригинальные и изящные идеи, которые и позволили создать такую бомбу менее чем за пять лет. В 1950 году Тамм и Сахаров переехали в сверхсекретный город-институт, известный теперь всем как Арзамас-16.
Работа над реализацией основных идей была необычайно напряженной и трудной. В Арзамасе-16 Игорь Евгеньевич сыграл огромную роль и своими собственными исследованиями, и как руководитель коллектива теоретиков. Он даже был одним из участников реального испытания первого «изделия» летом 1953 года.
Затем, вернувшись в Москву на прежнее место, он продолжил свою работу над фундаментальными проблемами теории частиц и квантовых полей вместе со своими молодыми сотрудниками.
Он предложил приближенный квантово-механический метод для описания взаимодействия элементарных частиц, скорости которых близки к скорости света. Развитый далее американским химиком С.М. Данковым и известный как метод Тамма—Данкова, он широко используется в теоретических исследованиях взаимодействия типа «нуклон—нуклон» и «нуклон—мезон». Тамм также разработал каскадную теорию потоков космических лучей.
В 1950 году Тамм и Сахаров предложили метод удержания газового разряда с помощью мощных магнитных полей – принцип, который до сих пор лежит у советских физиков в основе желаемого достижения контролируемой термоядерной реакции (ядерного синтеза). В пятидесятые и шестидесятые годы Тамм продолжал разрабатывать новые теории в области элементарных частиц и пытался преодолеть некоторые фундаментальные трудности существующих теорий.
В 1958 году Тамму, Франку и Черенкову была присуждена Нобелевская премия по физике «за открытие и истолкование эффекта Черенкова». При презентации лауреатов Манне Сигбан, член Шведской королевской академии наук, напомнил, что, хотя Черенков «установил общие свойства вновь открытого излучения, математическое описание данного явления отсутствовало». Работа Тамма и Франка, сказал он далее, дала «объяснение… которое, помимо простоты и ясности, удовлетворяло еще и строгим математическим требованиям».
Для Игоря Евгеньевича Нобелевская премия оказалась совершенно неожиданной. Физик Е. Фейнберг, много лет работавший с Таммом, вспоминал: «Услышав о решении Нобелевского комитета, я бросился к Игорю Евгеньевичу в кабинет и стал возбужденно поздравлять его. Спокойно и даже несколько медленнее, чем обычно, расхаживая по комнате с заложенными за спину руками, он серьезно ответил: «Да, конечно, это очень приятно. Я рад… Очень рад… Но, знаете, к этому примешивается и некоторое огорчение…"» Догадаться было нетрудно: «Потому что премия присуждена не за ту работу, которую вы сами считаете лучшей своей работой – не за бета-силы. Высшим проявлением его чувства собственного достоинства или гордости (можно назвать это как угодно) была одна особенность его научной работы: он всегда выбирал важнейшие, по его мнению, в данное время направления исследований, хотя обычно они и бывали труднейшими. Не знаю, сформулировал ли он такой принцип для себя сознательно или это было неизбежным свойством его характера борца, стремлением сделать почти невозможное, прыгнуть выше головы».
Тамм рассказывал в Политехническом институте о торжественной церемонии вручения премии:
«Дело происходит следующим образом: 10 декабря лауреатов утром ведут в концерт-холл. Там предварительно проделывается весь церемониал. Церемониал заключается в том, что лауреаты стоят за кулисами, зал наполняется и, когда пришла королевская семья и король, – играют фанфары, впереди идут чиновники, разукрашенные лентами и орденами, потом в строгом порядке следуют лауреаты и возле каждого – шведский академик. Доходят до ковра, каждый до определенного цветочка на ковре, затем делают поклон и садятся, причем это единственный случай, когда все стоят – и король, и королевская фамилия, а лауреаты сидят, причем в строгом порядке: на первом месте физики, потом химики, затем биологи, а у физиков сначала экспериментаторы и т д. В строго установленном порядке. Затем выходит Карл Зибган.