Текст книги "Курс истории физики"

Автор книги: Кудрявцев Степанович

сообщить о нарушении

Текущая страница: 41 (всего у книги 48 страниц)

a = a0/p = cλ

Величина а0 связана с температурным скачком простым соотношением:

a0 = (8/15) γ

Опыты с воздухом и углекислотой подтвердили эти расчеты. Исследование Тимирязева было опубликовано на немецком языке в 1913 г. и в 1914 г. было представлено в Петербургский университет в качестве магистерской диссертации. Оппоненты О. Д. Хвольсон и Н. А. Булгаков дали работе высокую оценку, и Тимирязев получил ученую степень магистра.

После Октября он и его отец безоговорочно приняли сторону Советской власти, что вызвало к ним враждебное отношение значительной части профессуры. А. К. Тимирязев активно включился в работу по перестройке высшей школы на новых, социалистических началах. Он был одним из организаторов и первых преподавателей рабочих факультетов, членом нового правления университета, членом Государственного ученого совета Наркомпроса. В 1921 г. он был принят в партию решением ЦК без кандидатского стажа. С 1922 г. он возглавлял физическую предметную комиссию физико-математического факультета.

В университете он читал курсы «Введение в теоретическую физику», «Кинетическая теория материи» и руководил семинаром по статистической физике. Из этого семинара вышли ряд видных советских физиков: М. А. Леонтович, А. А. Андронов, А. А. Витт, В. Л. Грановский и другие. А. К. Тимирязев вел также большую популяризаторскую работу. Им, в частности, была прочитана первая в Советской России лекция о внутриатомной энергии. Популяризируя достижения ведущих современных физиков – Бора, Резерфорда, Эйнштейна, Планка, – Тимирязев, однако, критически относился к теории относительности, разделяя отношение к ней Д. Д. Томсона и своего учителя Н. П. Кастерина.

Рис. 74. Схема установки А.К. Тимирязева по внутреннему трению в разреженных газах

В последние годы жизни А. К. Тимирязев руководил кафедрой истории физики. Ему принадлежит ряд статей о М. В. Ломоносове, А. Г. Столетове, П. Н. Лебедеве и других ученых. Он был редактором трехтомного собрания сочинений А. Г. Столетова, избранных трудов (в одном томе) А. Г. Столетова и П. Н. Лебедева. Под его редакцией вышла книга «Очерки по истории физики в России», «История физики» П. С. Кудрявцева (т. I, 1948). Умер А. К. Тимирязев 15 ноября 1955 г.

Л. И. Мандельштам. Леонид Исаакович Мандельштам родился 4 мая 1879 г. Детство и юность его прошли в Одессе, где он поступил в университет. Однако пребывание его в Новороссийском университете было недолгим: за участие в студенческих «беспорядках» он был исключен с первого курса. В том же, 1899 г., когда он был исключен из университета, он уехал в Страсбург, где учился у Карла фердинанда Брауна (1850-1918).

Время пребывания Л. И. Мандельштама в Страсбурге – это годы развития молодой радиотехники, бывшей в то время «искровой». Генератором колебаний была электрическая искра, детектором был по преимуществу когерер. Браун в 1906 г. изобрел кристаллический детектор. Л. И. Мандельштам принял активное участие в разработке проблем радиотехники. Это было особенно важно потому, что, как писал друг и сотрудник Мандельштама Н. Д. Папалек-си (1880—1947), «физическая сторона процессов в радиопередатчике и радиоприемнике была в то время еще совершенно не ясна».

Л. И. Мандельштам уже в ранние годы своей деятельности сделал фундаментальное открытие о свойствах слабой связи между антенной и колебательным контуром. В то время как считалось необходимым всемерно усиливать эту связь, Л. И. Мандельштам показал, что для улучшения приема и повышения селективности приемника необходимо, наоборот, ослабить эту связь. В 1902 г. Мандельштам защищает докторскую диссертацию «Определение периода колебательного разряда конденсатора». Он участвует вместе с Брауном в лабораторных и технических исследованиях радиоустройств, изготовляемых фирмой «Сименс и Гальске» по схеме Брауна. С 1903 г. он работает ассистентом физического института в Страсбурге и руководит исследованиями докторантов и начинающих ученых, приезжающих в Страсбург.

Наряду с радиотехникой и радиофизикой его внимание привлекает оптика. Он анализирует теорию Рэлея о молекулярном рассеянии света и приходит к выводу, что для оптически однородной среды она неверна – нельзя объяснять голубой цвет неба рассеянием солнечных лучей молекулами воздуха, оптически однородная среда не является мутной и рассеяния не происходит.

Дело объясняется тем, что существуют флюктуации плотности воздуха, которые и обусловливают оптическую неоднородность среды. Теория рассеяния света стала в дальнейшем одной из ведущих тем научногр творчества Л. И. Мандельштама, приведшей его к открытию новых нерэлеевских форм рассеяния.

Атмосфера надвигающейся войны заставила Л. И. Мандельштама покинуть Германию и вернуться в Россию. Он работал в Одессе, Петрограде, снова в Одессе и в 1922 г. переехал в Москву в качестве консультанта Центральной радиолаборатории (ЦРЛ). В 1925 г. он был избран заведующим кафедрой теоретической физики Московского университета. Здесь он развернул активную научно-педагогическую деятельность, разрабатывая новую научную область нелинейной теории колебаний. Им была создана школа, разрабатывающая эту область. А. А. Андронов, А. А. Витт, С. Э. Хайкин, М. А. Леонтович и другие внесли существенный вклад в исследование нелинейной теории, обеспечив ведущее место школы Мандельштама не только в СССР.

Наряду с нелинейной теорией колебаний Мандельштам разрабатывал проблемы оптики, которые в 1928 г. привели его и Г. С. Ландсберга к открытию «раман-эффекта», названного так по имени индийского физика Рамана, опубликовавшего свое открытие раньше Мандельштама и Ландсберга.

В 1929 г. Мандельштам был избран действительным членом Академии наук СССР. Здесь он развернул совместно с Н. Д. Папалекси интенсивную работу по нелинейным колебаниям и распространению радиоволн.

Они разработали параметрический метод генерирования колебаний, радиоинтерференционный метод измерения расстояний.

Мандельштам умер 27 ноября 1944 г

Обратимся теперь к Петрограду, вернувшись к первым годам Советской власти. Именно в Петрограде начали свое развитие те направления современной физики, которые определили характер научной революции в физике. Главным образом благодаря Петрограду советская физика сформировалась как детище двух революций: социальной и научной. В Москве сказывалось давление научных традиций А. Г. Столетова и П. Н. Лебедева, восходивших своими корнями к Максвеллу и Гельмгольцу. Петербург был свободен от этих традиций. Дореволюционная петербургская физика была представлена в Академии наук Б. Б. Голицыным, который Занимался вопросами сейсмологии, и в университете О. Д. Хвольсоном (1852– 1934), создателем известного «Курса физики».

Основателями советской физики в Петрограде были организатор физико-технического института А. ф. Иоффе и организатор Оптического института Д. С. Рождественский.

А. Ф. Иоффе. Абрам Федорович Иоффе родился 29 октября 1880 г. в г. Ромны . Полтавской губернии. По окончании Роменского реального училища он поступил в Петербургский технологический институт.

Но карьера инженера не привлекала будущего физика, и по совету своего учителя Н. А. Гезехуса он уезжает в 1902 г. в Германию, в Мюнхен, где в то время профессором физики был знаменитый Рентген.

Здесь А. ф. Иоффе прошел физический практикум, выполнил ряд исследований по заданию Рентгена и, наконец, уже в качестве ассистента Рентгена начал изучать пьезоэлектрические свойства кварца. В связи с этим Иоффе исследовал упругое последействие. В ходе исследования Иоффе облучал кристалл рентгеновскими лучами и наблюдал изменение электропроводимости.

Особенно важным было открытое Иоффе повышение электропроводимости каменной соли, предварительно облученной рентгеновскими лучами, под действием света. Этим заинтересовался и Рентген, вообще недоверчиво относившийся к электронным идеям Иоффе, и исследовал вместе с Иоффе это явление.

А. Ф. Иоффе показал, что в однородном кристалле никакого упругого последействия не существует. Оно обязано своим происхождением неоднородности кристалла. Диссертацию «Упругие последействия в кристаллическом кварце» А. ф. Иоффе защитил 5 июня 1905 г. с наивысшей похвалой.( Заграничная степень доктора примерно соответствует теперешней кандидатской. Она не принималась во внимание в России. А. ф. Иоффе пришлось защищать в России магистерскую и докторскую диссертации. ) Рентген высоко оценил способности Иоффе и предложил ему остаться в Мюнхене в должности профессора. Но Иоффе уехал в Россию. Здесь ему предоставили должность старшего лаборанта кафедры физики Петербургского политехнического института, причем почти два года он работал внештатным лаборантом, и лишь 1 апреля 1908 г. был утвержден штатным старшим лаборантом.

Научные интересы А. ф. Иоффе в это время сосредоточиваются вокруг квантовой теории света и элементарного фотоэффекта. Вместе с тем он продолжает исследования упругих и электрических свойств кварца. А. ф. Иоффе впервые измерил магнитное поле движущихся электронов (катодных лучей) и усовершенствовал метод измерения электрического заряда, применив не капли масла, как у Милликена, а пылинки фоточувствительного металла.

Результаты исследования магнитного поля катодных лучей и элементарного фотоэффекта были обобщены в магистерской диссертации А. ф. Иоффе, которую он блестяще защитил 9 мая 1913 г. После защиты он стал экстраординарным профессором Политехнического института и через два года (30 апреля 1915 г.) защитил докторскую диссертацию «Упругие и электрические свойства кристаллов». Став ординарным профессором, А. ф. Иоффе развернул большую научную и педагогическую деятельность. Им был организован Ceминар по современным вопросам физики. Участники этого семинара – П. Л. Капица, Н. Н. Семенов, П. Н. Лу-кирский, Н. Н. Добронравов, Я. И. Френкель, Я. Г. Дорфман, М. В. Кирпичева и другие – образовали ядро будущего физико-технического института и вошли в историю советской физики как ее ведущие деятели.

После Октябрьской революции деятельность А. ф. Иоффе приобрела особый размах. К его таланту ученого и педагога прибавился талант организатора науки, который не мог проявиться в царской России. Вместе с Михаилом Исаевичем Неменовым, ученым-медиком, он организует в Петербурге Рентген орадиологический институт с двумя отделами – физико-техническим и медико-биологическим. Директором первого отдела стал А. ф. Иоффе, второго – М. И. Неменов. Институт был организован осенью 1918 г. В том же году А. ф. Иоффе был избран членом-корреспондентом Академии наук. В 1920 г. он был избран академиком. В 1921 г. Рентгенорадиологический институт был разделен на три самостоятельных института: Рентгенологический и радиологический институт, физико-технический институт, Радиевый институт.

Таким образом, с 29 ноября начал свою работу возглавляемый академиком А. ф. Иоффе физико-технический институт, ныне Ленинградский физико-технический институт им. А. ф. Иоффе. Этот институт стал крупным центром современной физики в Советской России. Из стен его вышли будущие академики и руководители институтов: академик П. Л. Капица – основатель Института физических проблем АН СССР, лауреат Ленинской и Нобелевской премий, академик Н. Н. Семенов – основатель Института химической физики АН СССР, лауреат Ленинской и Нобелевской премий, академик Л. Д. Ландау – лауреат Ленинской и Нобелевской премий, академик И. В. Курчатов – о сновоположник совет ской ядерной науки и техники, основатель Института атомной энергии, ныне носящего его имя, и многие другие видные ученые СССР.

Ведущей научной темой самого А. ф. Иоффе была физика твердого тела. Он изучал механические и электрические свойства кристаллов, и в последние годы его интересы сосредоточились на физике и технике полупроводников. В 1954 г. им был организован Институт полупроводников, директором которого он был до самой своей смерти, последовавшей 14 октября 1960 г., за две недели до его 80-летия, которое широко собиралась отмечать вся научная общественность.

Д. С. Рождественский. Вторым основоположником советской физики в Петербурге был Дмитрий Сергеевич Рождественский. А. ф. Иоффе представлял Политехнический институт, Д. С. Рождественский был питомцем университета.

Дмитрий Сергеевич Рождественский был коренным петербуржцем. Он родился в Петербурге 7 апреля 1876 г. в семье преподавателя гимназии. Окончив в 1894 г. с серебряной медалью гимназию, он поступил на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета, но вскоре перешел на математическое отделение, которое окончил в 1900 г. по специальности "физика".

Проработав затем в течение года в Военно-медицинской академии в должности лаборанта, он уехал в Германию для подготовки к профессорскому званию, как было принято в те годы. Вернувшись, он работает лаборантом Петербургского университета, но затем опять уезжает за границу, на этот раз в Париж. Он работает в Парижском университете с 1907 по 1910 г. и возвращается в Петербург сложившимся ученым с определенным научным направлением. Его интересы сосредоточиваются на оптике, а именно на исследовании аномальной дисперсии.

Знаменитые опыты Ньютона с дисперсией света познакомили физиков с основным фактором, обусловливающим дисперсию света, зависимость показателей преломления от цветности луча. Успехи волновой оптики привели к численной характеристике цветности света – длине волны, и закон, открытый Ньютоном, означал на языке волновой теории, что показатель преломления является функцией длины волны: n = f(λ).

Ньютон нашел качественное выражение этого закона: показатель преломления возрастает от красного конца спектра к фиолетовому. На языке волновой оптики это означает, что показатель преломления возрастает с уменьшением длины волны. Такая дисперсия получила впоследствии название нормальной.

«До 1870 г., – писал Д.С.Рождественский в своей классической работе «Аномальная дисперсия в парах натрия», – экспериментаторов интересовал исключительно нормальный ход дисперсии в прозрачных средах. Известен был, правда, опыт Леру, указавший на увеличение показателя преломления при возрастании длины волны внутри полосы поглощения, но этот факт не обратил на себя особенного внимания исследователей. С 1870 по 1875 г опытами Христиансена и Кундта связь между аномальной дисперсией и поглощением была установлена с неоспоримостью».

Датский физик К. Христиансен, впоследствии учитель Бора, наблюдал в 1870, 1871 и 1872 гг. аномальную дисперсию в призме, заполненной раствором фуксина (Леру наблюдал аномальную дисперсию в 1862 г. в парах иода). За Христиансеном исследовал дисперсию целого ряда красящих веществ учитель П. Н. Лебедева Август Кундт. Он установил, что перед каждой полосой поглощения, если к ней приближаться со стороны длинных волн, показатель преломления резко возрастает. В дальнейшем Кундту удалось наблюдать аномальную дисперсию в парах натрия (1880), использовав метод скрещенных призм, предложенный еще Ньютоном. Второй призмой при этом служил кусочек натрия в пламени бунзеновской горелки. В 1871 г. В. Зеллмейер (1836—1904) дал теорию дисперсии, объясняющую и аномальную дисперсию. Основная идея теории Зеллмейера состояла в учете влияния резонирующих молекул, вкрапленных в эфир, на скорость распространения световой волны. Эта же идея была разработана с электромагнитной точки зрения Гельмгольцем, Друде, фогтом, Лоренцем, Планком и привела в конечном счете к формулам:

где n – показатель преломления, k – коэффициент поглощения, константы а, b, λ' меняются от слагаемого к слагаемому и в разных теориях имеют несколько различные значения.

Из экспериментаторов наибольших успехов добился американский оптик Роберт Вуд (1868—1955), построивший кривую паров натрия (1902—1904), используя метод скрещенных призм.

Рис. 75. Фотографии 'крюков'

Д. С Рождественский развил метод скрещенных интерферометра и спектроскопа, предложенный итальянским физиком Пуччианти в 1901 г. Он указал, что «этот метод, простой, элегантный и чувствительный, был предложен в 1875 г. Е. Махом и применялся (только качественно) Г. Ознобишиным». «Но этот путь, – как пишет Рождественский далее, – был забыт, и через 30 только лет, не зная, по-видимому, об опытах Маха и Ознобишина, его вновь применил Пуччианти».

Д С. Рождественский видоизменил и усовершенствовал установку Пуччианти. Введя в интерферометре на пути одного из интерферирующих пучков стеклянную пластинку, он добился изгибания полос в области поглощения, что позволило судить о ходе показателя преломления внутри самой области поглощения («метод крюков»). Знаменитые фотографии крюков, сделанные Рождественским, привлекли внимание выдающихся оптиков мира – Р. Вуда, П. Друде, А. Маикельсона, высоко оценивших метод Рождественского.

Работа «Аномальная дисперсия в парах натрия», вышедшая в 1912г.,была представлена Рождественским в ученый совет Петербургского университета в качестве магистерской диссертации. После успешной защиты ему была присвоена ученая степень магистра, и он был утвержден приват-доцентом Петербургского университета.

В 1915 г. Д. С. Рождественский защитил докторскую диссертацию на тему «Простые соотношения в спектрах щелочных металлов» и был утвержден руководителем физического института университета, а с 1916 г. стал профессором Петербургского университета.

Одновременно Рождественский интенсивно работал над вопросами производства оптического стекла в России. Война лишила Россию оптического стекла, которое она получала из Германии, и для нужд армии и промышленности надо было создать свое стекло. Эту задачу Рождественскому и его сотрудникам удалось решить уже после Октября, когда Рождественский с неутомимой энергией взялся за организацию Оптического института—«того учреждения нового типа, в котором неразрывно связывались бы научная и техническая задачи».

Рождественский был убежден, что институты, в которых осуществляется тесная связь науки и техники, «должны повести к невиданному еще расцвету науки и техники». Эти мысли он высказывал в упоминавшемся выше отчетном докладе 15 декабря 1919 г., который был опубликован в «Трудах Оптического института» в 1920 г. под названием «Спектральный анализ и строение атома». Доклад содержал развитие бо-ровской теории строения атома. Рождественский рассматривает спектры щелочных металлов, устанавливает во-дородоподобный характер спектров, получаемых перескоком оптического электрона с отдельных орбит, и усложненную картину для проникающих орбит, указывает, что происхождение дублетов должно быть связано с магнитными свойствами электронов. Обстоятельный доклад Д. С. Рождественского привлек внимание зарубежных физиков и был высоко оценен Бором.

Рождественский глубоко верил в возможность решения в недалеком будущем проблемы атомной энергии и считал, что к решению этой важнейшей задачи должны быть привлечены тысячи ученых и что это решение будет иметь огромное социальное воздействие. Д. С. Рождественский организовал в голодном и холодном Петрограде в 1920 г. Атомную комиссию, в работе которой принимали участие, кроме Д. С. Рождественского, А. Н. Крылов, А. ф. Иоффе, Н. И. Мусхелишвили, Ю. А. Крутков и многие другие видные ученые, а также научная молодежь.

Обширная научная и организационная деятельность Д. С. Рождественского была высоко оценена. В 1925 г. он был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, а в 1929 г.– ее действительным членом. Его горячая приверженность идее связи науки и техники с особой силой прозвучала в выступлении на мартовской сессии 1936 г. Академии наук по докладу академика А. ф. Иоффе. На этой же сессии он выступал с докладом о работах Оптического института.

Напряженная научная деятельность Д. С. Рождественского трагически оборвалась 25 июня 1940 г.

С. И. Вавилов. Советская оптика, в развитие которой внес такой большой вклад Д. С. Рождественский, нашла крупного лидера и в Москве. Это был молодой питомец лебедевско-лазарев-ской школы Сергей Иванович Вавилов.

С. И. Вавилов родился 24 марта 1891 г. в Москве. Окончив в 1909 г. Московское коммерческое училище, он в отличие от П. Н. Лебедева, А. ф. Иоффе и других, кончивших среднюю школу без аттестата зрелости, сдал экзамены по латинскому языку и поступил в Московский университет на математическое отделение физико-математического факультета.

Студентом Вавилов начал вести научную работу в лаборатории П. Н. Лебедева под руководством сотрудника Лебедева П. П. Лазарева. Работу «Тепловое выцветание красителей» он заканчивал уже не в стенах университета, откуда в 1911 г. ушел вместе с П. Н. Лебедевым, П. П. Лазаревым и другими учеными. Она была опубликована в 1914 г. и принесла автору золотую медаль Общества любителей естествознания.

С. И. Вавилов, окончив университет в 1914 г., не пожелал остаться «для подготовки к профессорскому званию», так как видел, что учиться физике в университете уже не у кого. Он пошел отбывать военную повинность вольноопределяющимся. Начавшаяся война продлила прохождение военной службы на четыре года, в течение которых прапорщик С. И. Вавилов воевал в саперных и радиочастях. Вавилов был демобилизован в 1918 г. и пришел в организованный его учителем П. П. Лазаревым Институт биофизики. Здесь Вавилов не только выполнял личную научную работу в области оптики, но и возглавлял отдел физической оптики института. Помимо научной работы, Вавилов вел большую педагогическую работу, он преподавал в Высшем зоотехническом институте, в Московском университете, в Высшем техническом училище.

С 1929 г. С.И.Вавилов заведует кафедрой общей физики Московского университета. Его научная работа в сгбласти люминесценции, организационная и педагогическая деятельность приобрели широкий размах. Высокий научный авторитет С. И. Вавилова обеспечил ему избрание членом-корреспондентом Академии наук СССР в 1931 г. Через год С. И. Вавилова избирают действительным членом и он становится научным руководителем Оптического института. В 1932 г. Вавилов возглавляет физический отдел физико-математического института АН СССР. Через год он реорганизует этот небольшой отдел в самостоятельный физический институт АН СССР (фИАН). В 1933-1934 гг. в фИАНе аспирант Вавилова П. А. Черенков открывает явление свечения жидкости под воздействием У-излучения. Тонкий знаток люминесценции, давший впервые ее строгое научное определение, С. И. Вавилов сразу понял, что свечение не является люминесценцией. Найденное свечение получило название эффекта Вавилова – Черепкова. Природа его была выяснена в 1937 г. И. Е. Таммом и И. М. франком. Оно обязано своим происхождением электрону, движущемуся со скоростью, большей скорости света, в данной среде. В 1946 г. С. И. Вавилову, П. А. Черепкову, И. Е. Тамму, И. М. франку была присвоена за это открытие Государственная премия, а в 1958 г. П. А. Черенков, И. Е. Тамм и И. М. франк стали Нобелевскими лауреатами. С. И. Вавилова к этому времени уже не было.

Основные научные исследования С. И. Вавилова были направлены на изучение люминесценции и природы света. До создания фотоумножителей С. И. Вавилов посредством глаза изучал квантовые флюктуации слабых световых потоков. Результаты этих трудоемких и утомительных исследований были обобщены им в монографии «Микроструктура света».

Исследования по люминесценции света были доведены С. И. Вавиловым до практического результата. Им и его сотрудниками была разработана конструкция люминесцентных ламп «дневного света». За эту работу С. И. Вавилов, В. Л. Левшин, В. А. фабрикант были в 1951 г. удостоены Государственной премии. Государственной премии была удостоена в 1943 г. и его работа по квантовым флюктуациям.

С. И. Вавилов много и плодотворно занимался историей науки. Ему принадлежит монография «Исаак Ньютон», написанная им к 300-летию со дня рождения Ньютона в трудные военные годы. По его инициативе было издано полное собрание трудов великого русского ученого М. В. Ломоносова, творчеству которого Вавилов посвятил ряд статей. Им были переведены оптические мемуары Ньютона «Оптика» и «Лекции по оптике». По его инициативе начала выходить серия «Классики науки», существующая и до сих пор.

В 1945 г. С. И. Вавилов был избран Президентом Академии наук СССР.

Размах его научно-организационной работы колоссально возрос. Но Вавилов взял на себя и другую большую задачу: он стал одним из инициаторов организации Всесоюзного общества по распространению политических и научных знаний (общество «Знание»), председателем которого он был с его основания в 1947 г. и до своей смерти, последовавшей в ночь на 25 января 1951 г.