Рік академіка Боголюбова, Хаос
PDF Science Search
Фотогалерея
Інтернет - Новини
Популярний вміст
Рік академіка Боголюбова
У 1924 році у віці 15 років він написав першу наукову працю, а через рік був прийнятий до аспірантури АН УРСР. У 20 років отримав ступінь доктора математичних наук. 1934 року почав викладати в Київському університеті, з 1943-го - професор МДУ, 1948-го очолив теоретичний відділ в Інституті хімічної фізики АН СРСР, з 1950-го працював у Математичному інституті імені В.А.Стеклова АН СРСР. У 1950-1953 pp. працював також у закритому інституті оборонного профілю у Сарові (Арзамас-16). У 1953 році заснував кафедру квантової статистики та теорії поля у МДУ імені М.В.Ломоносова, якою керував до останніх днів свого життя.
"Veni, vidi, vici!"
..Микола Миколайович дуже не любив зайвих слів. Іншою людиною такого ж типу був науковий керівник "об'єкта" та Головний конструктор ядерної зброї Юлій Борисович Харитон (академік з 1953 року). Коли у ПН виникала потреба у його допомозі чи раді, шеф вирушав до нього на прийом та викладав суть питання. Як правило, Харітон нічого не відповідав і після легкої паузи перекладав розмову на іншу тему. За кілька днів, при черговій зустрічі, він міг повернутися до питання та запропонувати рішення. А міг і не повернутись. Для "закладання" інформації в голову Харитона та поступової кристалізації рішення ПН використав дієслово "захаритонізувати".
Наведу епізод із 1970-х років зі слів свідка сцени, учня Боголюбова. Кабінет директора ОІЯД. Секретарка повідомляє Миколі Миколайовичу, що до нього прийшов і проситься на прийом академік N, директор однієї з лабораторій. Увійшовши, він експансивно пояснює, що велике відкриття,зроблене нещодавно в лабораторії, не зустрічає визнання західних колег і пропонує обговорити ситуацію на найближчому засіданні Міжнародної вченої ради Інституту для того, щоб Рада прийняла рішення про реальність відкриття. ПН незворушно вислухав емоційного співрозмовника в. запропонував випити чаю. За чаєм він розповів про деякі наукові новини. Чай випить, N повертається до викладу свого прохання. Тоді ПН каже: "Я тут спробував уявити, що директор Математичного інституту академік Виноградов ставить перед вченою радою пропозицію - вважати таку теорему доведеною". Не дослухавши до кінця, академік N, як ошпарений, вискочив із кабінету.
Н.Н.Боголюбов у Математичному інституті імені В.А.Стеклова з молодими вченими. 1961 рік.
Боголюбов та Ландау
Взаємини двох великих учених – предмет, безперечно, делікатний. Навколо них, як особистих, так і на рівні шкіл, вже давно накручено багато різного. Оскільки моїм першим учителем у сучасній фізиці був Лев Давидович, вважаю доречним викласти деякі враження та своє розуміння історії розвитку цих відносин.
На відміну від багатьох відомих теоретиків Дау чудово розумів значення математики для теоретичної фізики і часто використовував її віртуозним чином. Показово, що з перших етапів його теормінімуму було два математичних, зокрема іспит з якісної теорії диференціальних рівнянь з акцентом на аналіз сингулярностей. Відома максима Лева Давидовича: "Там, де зустрічається сингулярність, починається фізика".
Найбільш серйозному випробуванню самолюбство Дау зазнало 1957 року при раптовому вторгненні ПН у теорію надпровідності. Цей феномен, відкритий 1911 року, з кінця 1920-х років виявився болючим викликом провідним теоретикам. Було ясно:йдеться про макроскопічний прояв законів квантової механіки. Явище інтенсивно вивчали експериментатори, проте ключ теоретичного розуміння давався до рук. Ландау працював у цій галузі із середини 1930-х і разом із Віталієм Гінзбургом побудував феноменологічну теорію надпровідності.
Запускаючим імпульсом для підключення Миколи Миколайовича до розробки теорії надпровідності стала поява в 1956 в одному з журналів короткої нотатки американського фізика Леона Купера. ПН відразу побачив аналогію з феноменом парної кореляції бозонного типу, відкритим ним під час створення теорії надплинності. Коли він закінчив дослідження та почав виступати з його результатами на семінарах, стало відомо про появу на Заході товстого препринта роботи Бардіна, Купера та Шриффера. Однак до Москви він не дійшов. Як пригадується, Ландау швидко оцінив роботу Боголюбова. Було навіть оголошено про утворення спільного семінару з теорії надпровідності. На першому засіданні після доповіді ПН Дау сказав: "Микола Миколайовичу, я не знаю, що там містить робота Бардіна та інших, але думаю, що такого гарного та переконливого результату у них немає".
Поєднуючи гігантів думки
Спонтанне порушення симетрії – один із двох сюжетів Нобелівської премії 2008 року з фізики. Свого часу ця тема, у певному сенсі, об'єднала великих фізиків-теоретиків Боголюбова та Ландау загальним внеском до пояснення причин спонтанного порушення симетрії у світі елементарних частинок.
Йдеться системах, описуваних математичними висловлюваннями, які мають деякої симетрією, тоді як реальний фізичний стан системи, що відповідає приватному рішенню рівнянь руху, цим володіє. Подібне становище виникає тоді, коли найнижчий із симетричних станів недоставляє системі абсолютний мінімум енергії та є нестійким. Причому нижчий приватний стан не єдиний, а їх сукупність утворює симетричний набір.
Для найпростішої ілюстрації візьмемо систему, що складається з порожньої посудини з опуклим дном (пляшку з-під шампанського) та маленької кульки. Посудину, що представляє тіло обертання, поставимо вертикально і над ним точно по осі помістимо кульку. Обидва вони симетричні щодо операції обертання навколо вертикальної осі. Відпустимо кульку, щоб вона впала на дно. Досягши його, він не втримається на центральній опуклості і скотиться в якийсь бік. Тобто початкові умови симетричні, а кінцевий стан – ні.
Боголюбову і Ландау вдалося зробити основний внесок у пояснення причини виникнення надплинності та надпровідності - явищ спонтанного порушення симетрії у квантових системах. Охоплюючи поглядом життя геніїв, завжди цікаво та корисно простежити за логікою їхнього мислення, що розширює звичні горизонти. Ось і спробуємо дотримуватися думки Миколи Миколайовича у вирішенні загадки цих явищ.
Вихідний матеріал нашої науки, дані спостережень підлягають упорядкуванню та осмисленню. Спосіб упорядкування зазвичай полягає у побудові феноменологічної схеми, в основі якої - уявлення про природу явища, наділене у форму фізичного закону. p align="justify"> Важливий критерій успіху схеми - не тільки опис вже наявних відомостей, але і можливість передбачення результатів нових дослідів і вказівки способу їх проведення. Таким є шлях теоретика-феноменолога: від явища до теоретичної схеми і назад.
Не слід, однак, зайве захоплюватися протиставленням цих двох способів мислення. Наприклад, між класичними рівняннями механіки чи рівняннями Максвелла серед і законами, управляющимиПослідовністю подій - такими, як закони руху планет Сонячної системи, лежить проміжок - велика щілина. Саме у подібних ситуаціях проявляється сила феноменології. Тому зусилля феноменологів та редукціоністів доповнюють один одного. Відкриття та пояснення надплинності та надпровідності - яскраве тому свідчення.
Теорія надплинності - приклад взаємного впливу феноменологічних ідей та математичних конструкцій. Початкове пояснення цього явища, дане Ландау, грунтується на уявленні, що з низьких температурах властивості рідкого 4He визначаються колективними збудженнями (фононами), а чи не квадратичним спектром збуджень окремих частинок. Значить, при русі зі швидкістю, що не перевищує деякого критичного значення, не можна загальмувати рідину шляхом передачі окремим атомам енергії та імпульсу від стінки, оскільки лінійний вид спектру фононів не дозволяє дотриматися одночасно законів збереження енергії та імпульсу. Необхідність узгодження виду спектру та термодинамічних властивостей рідкого гелію привела Ландау до рішення - на додаток до фононів ввести збудження з квадратичним спектром, що починається з деякої енергетичної щілини, збудження. Їх назвав ротонами.
Теорія Боголюбова заснована на фізичному припущенні, що у слабко неідеальному бозе-газі є конденсат подібно до нагоди ідеального бозе-газу. Наявність бозе-конденсату призводить до єдиної хвильової функції всієї системи, тобто. колективному ефекту, і тому навіть дуже слабка взаємодія перетворює одночасткові збудження на спектр колективних збуджень. Для обчислення цього спектра Боголюбов припустив, що за низьких температур саме бозе-конденсат грає визначальну роль, оскільки містить макроскопічно велику кількість частинок. Ця геніальнагіпотеза отримала пряме експериментальне підтвердження лише через півстоліття. Отримане Миколою Миколайовичем рішення об'єднало звукові збудження (фонони) та звані ротони в єдиний спектр. Порушення симетрії на квантовому рівні було пов'язане зі "збоєм" так званої фазової інваріантності, що відповідає за закон збереження кількості частинок.
Інший приклад спонтанного порушення симетрії - явище надпровідності, де, як і за фазовому переході в надплинний стан, відбувається порушення фазової інваріантності. Хоча феномен відкрито 1911 р. (значно раніше надплинності 4He), теоретичне його розуміння досягнуто значно пізніше пояснення надплинності. І значним успіхом була запропонована Гінзбургом та Ландау феноменологічна теорія. У її рамках вдалося успішно описати поведінку надпровідника у зовнішньому магнітному полі. Теоретично Гінзбурга-Ландау порушення симетрії відповідає появі опуклості на дні пляшки з-під шампанського. Проте природа явища залишається нез'ясованою. Мікроскопічна теорія була розроблена лише в 1957 р. в роботах Бардіна, Купера, Шриффера і Боголюбова. Тут порушення симетрії, як і в надплинності, пов'язане з фазовою інваріантністю. Микола Миколайович прийшов до уявлення про спорідненість двох явищ: надплинність куперівських пар і створює надпровідний струм. Ось цитата з його огляду на той час: "Властивість надпровідності може трактуватися як властивість надплинності системи електронів у металі".
Єдність явищ надплинності та надпровідності зовсім недавно (1999-2006 рр.) була підтверджена прямим чином у дослідах з ультрахолодними ферміонними газами у пастках. І це яскраве свідчення того, як взаємний вплив творчих методів грандіозних постатей Ландау та Боголюбовапророчо збагатило науку і направило її розвиток у вірне русло.
Загалом за десятиліття 50-х Микола Миколайович попрацював приблизно в дюжині напрямків, написавши близько 50 робіт та 5 монографій. Звертає увагу та обставина, що з кожним із сюжетів він працював у середньому трохи більше двох-трьох років, а деякі роки публікувався за 4-5 напрямами. Особливо плідною була середина цього десятиліття.
На Рочестерській конференції у Тбілісі 1976 рік.
Образно кажучи, Боголюбов у роки був фонтан наукових відкриттів першорядної важливості. Доброзичливість до людей, щедрість натури призводила до того, що цей фонтан запліднював усіх, хто захотів до нього наблизитись і зумів увібрати вологу.
Саме на ці роки довелося створення Миколою Миколайовичем Лабораторії теоретичної фізики у складі Об'єднаного інституту ядерних досліджень у Дубні та закладання фундаменту його школи у фізиці взаємодій частинок.
Для порівняння можна взяти таких різнобічних корифеїв як Гейзенберг та Ландау. Побіжний погляд на список робіт показує, що кожен з них повертався до однієї і тієї ж теми протягом більш ніж десяти років. До стилю творчості Миколи Миколайовича найбільше підходить девіз "Veni, vidi, vici!" ("Прийшов побачив переміг!"). Він звертався до проблеми, вичерпно вирішував її та переходив до іншого завдання.
Академік Дмитро ШИРКОВ, почесний директор Лабораторії теоретичної фізики імені М.М.Боголюбова
Тижневик Об'єднаного інституту ядерних досліджень
1/Temp/moz-screenshot.png" /> ">