100 великих научных достижений России - Виорель Ломов

С.И. Вавилов

И еще один штрих. В этой круговерти Вавилов как президент АН оказывал материальную помощь всем нуждавшимся в ней. Кандидатуры у него были расписаны по личным поступлениям – академическому, депутатскому и др.

Без натяжки можно сказать, что работал ученый круглосуточно. Днями – на службе, а ночами писал свои труды, вычитывал и правил рукописи учеников… Если ему и выпадало время на отдых, он его даром не терял. Так, например, в 1950 г. в отпуске на даче Сергей Иванович написал книгу «Микроструктура света». (О ней будет сказано особо.)

Но обратимся к научным достижениям академика – прежде всего в оптике. Первым стало изучение Вавиловым явления люминесценция – нетеплового свечения вещества, происходящего после поглощения им энергии возбуждения. Свечение было известно еще с XVIII в., но каноническое определение ему дал Вавилов в 1948 г.: «Будем называть люминесценцией избыток над температурным излучением тела в том случае, если это избыточное излучение обладает конечной длительностью примерно 10–10 секунд и больше».

До этого физик более 20 лет исследовал свечение и природу света вообще, сделал несколько открытий, что вывело его в число самых признанных авторитетов по вопросам флюоресценции и фосфоресценции в мире. С одинаковым рвением занимался ученый как теоретическими вопросами превращения световой энергии, так и техническим воплощением своих открытий, причем наиболее экономичным образом.

Описав сложнейший механизм передачи энергии между частицами вещества и создав теорию процессов свечения, Вавилов в 1938–1941 гг. разработал технологию производства ламп с люминесцирующими составами, ламп т. н. дневного, или холодного, света, намного превосходящих по своим экономическим и светотехническим показателям обычные лампы накаливания. «За разработку люминесцентных ламп» в 1951 г. коллективу ученых, которым руководил Вавилов, была присуждена Сталинская премия СССР.

Люминесцентный анализ Вавилова нашел широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве, в медицине и криминалистике, в быту. Люминесценция и ее продукты везде – в электронных приборах, осциллографах, телевизорах, локаторах, лазерах, дефектоскопах, даже на дорожных знаках. Она позволяет исследовать спектр энергетического состояния вещества, пространственную структуру молекул, процессы миграции энергии…

Открытое в 1934 г. аспирантом Вавилова П.А. Черенковым слабое голубое свечение растворов урановых солей под воздействием гамма-излучения получило мировое признание. Изучив это новое оптическое явление, Вавилов пришел к выводу, что оно представляет собою особый, нелюминесцентный, вид свечения, обусловленный движением в веществе быстрых электронов со скоростью, превышающей скорость света в данной среде. Теоретическое объяснение явления было дано И.Е. Таммом и И.М. Франком в 1937 г. Научное открытие получило название «эффект Вавилова – Черенкова». В 1946 г. за эту работу Вавилову, Черенкову, Тамму и Франку вручили Сталинскую премию СССР I степени. В 1958 г. за открытие и объяснение этого явления Черенков, Франк и Тамм были удостоены Нобелевской премии. В Нобелевской лекции Тамм подчеркнул «определяющую роль покойного С.И. Вавилова в открытии этого излучения».

«Черенковское» свечение ныне широко используется в физике высоких энергий для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей, для контроля работы ядерных реакторов и т. п.

Обобщив результаты своих многолетних работ в различных областях физической оптики, Вавилов в книге «Микроструктура света» дал решение наиболее общих и принципиальных вопросов оптики, а также заложил основы нового направления в оптике, названного им микрооптикой. В монографии с единой микрооптической точки зрения автор рассмотрел квантовые свойства света, природу элементарных излучателей, взаимодействия излучающих и поглощающих молекул на расстояниях, сравнимых с длиной световой волны и пр.

«Основная идея “Микроструктуры света” заключается в том, что привычные представления оптики, характеризующей источники света и световые потоки их энергией, спектром и состоянием поляризации, оказываются недостаточными при переходе к исчезающе малым мощностям световых потоков, при рассмотрении элементарных излучающих систем и развития процесса излучения во времени. Своеобразные явления, наблюдаемые при этом, образуют специфическую область оптики элементарных процессов – “микрооптику”» (П.П. Феофилов).

За эту монографию и за книгу «Глаз и Солнце» в 1952 г. Вавилов был удостоен (посмертно) Сталинской премии I степени.

Микрооптика, в ее конкретном приложении, нашла широчайшее применение в оптической связи и оптической звуко– и видеозаписи, волоконно-оптических сетях, в кабельном телевидении, в медицинских оптических инструментах для микрохирургии, терапии, диагностики, 3D-технологиях и т. д. Ее перспективы безграничны.

В этой же монографии Вавилов дал определение нелинейной оптики – как раздела оптики, охватывающего исследования распространения мощных световых пучков в твердых телах, жидкостях и газах и их взаимодействия с веществом. Еще в 1920-х гг. Вавилов в своих экспериментах впервые столкнулся с нелинейными оптическими эффектами. Он описал это явление и предсказал его применение в технике. В 1961 г., через 10 лет после смерти ученого, принципы нелинейной оптики пригодились в лазерах. Сегодня нелинейная оптика используется при обработке информации, а также в оптических нейтронно-сетевых компьютерах, предназначенных для решения нерегулярных задач, распознавания образов, моделирования интеллекта. Без нее не обойдутся компьютеры новых поколений.

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ И СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ

Математики, физики; профессора университетов; академики АН СССР (РАН), члены иностранных академий, научных обществ и университетов; лауреаты отечественных и международных премий, в том числе Сталинских, Государственных, Ленинских, Нобелевских; обладатели золотых медалей; кавалеры высших наград нашей и зарубежных стран; заведующие кафедрами, директора институтов; авторы фундаментальных трудов по физике, механике и математике, Петр Леонидович Капица (1894–1984), Лев Давидович Ландау (1908–1968), Николай Николаевич Боголюбов (1909–1992), Виталий Лазаревич Гинзбург (1916–2009), Алексей Алексеевич Абрикосов (род. 1928), Лев Петрович Горьков (род. 1929) являются создателями теории сверхпроводимости и теории сверхтекучести.

О важности исследований в области сверхпроводимости и сверхтекучести говорит тот факт, что 100 лет разработок в этом направлении принесли ученым шести стран семь Нобелевских премий. Нидерландский физик Х. Камерлинг-Оннес стал лауреатом в 1913 г.; американские – Дж. Бардин, Л.Н. Купер и Дж. Р. Шриффер в 1972 г., английский – Б.Д. Джозефсон в 1973 г., немецкий – Г. Беднорц и швейцарский – К.А. Мюллер в 1987 г. Три Нобелевские премии получили наши ученые: Л.Д. Ландау в 1962 г. – «за пионерские теории конденсированной материи, в особенности жидкого гелия»; П.Л. Капица в 1978 г. – «за фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур»; А.А. Абрикосов и В.Л. Гинзбург в 2003 г. – «за пионерский вклад в теорию сверхпроводников и сверхтекучих жидкостей».

В.Л. Гинсбург

По обычным для Нобелевского комитета интригам Н.Н. Боголюбов и Л.П. Горьков не были удостоены премии. От этого, правда, ценность трудов советских физиков не умалилась ни на йоту, тем паче что именно они придали т. н. микроскопической теории сверхпроводимости-сверхтекучести на современном этапе ее развития совершенный вид. Вопрос еще не закрыт, работы ведутся во всем мире и от ученых ожидают массу новых открытий. В частности, физики заняты созданием теории высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП), конечной целью которой станет получение сверхпроводников с нулевым сопротивлением току при комнатной температуре.

Что же такое сверхпроводимость и сверхтекучесть? Откроем энциклопедии и учебники для вузов.

Сверхпроводимость – физическое явление, наблюдаемое у сверхпроводников при охлаждении их ниже критической температуры, когда электрическое сопротивление постоянному току становится равным нулю и происходит выталкивание магнитного поля из объема образца.

Это явление было открыто в 1911 г. Х. Каммерлинг-Оннесом при экспериментах на ртути, а позднее учеными разных стран на белом олове, свинце, теллуре, титане, ниобии и др. Их стали называть СП I рода.

В 1950 г. А.А. Абрикосов ввел понятие СП II рода (сплав ниобий-титан, интерметаллид ниобий-олово). В них ток протекает не по тонкому поверхностному слою, как в СП I рода, а во всем объеме. Этот класс сверхпроводников нашел в дальнейшем широкое техническое применение.

В 1938 г. П.Л Капицей было открыто явление сверхтекучести гелия Не II, когда при понижении температуры до абсолютного нуля вещество переходит в состояние квантовой жидкости и способно протекать через узкие щели и капилляры без трения (жидкий гелий поднимается по стенке вверх).