Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

• Название: Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)
• Автор: Владимир Карцев
• Издательство: Энергоатомиздат
• Жанр: Физика
• Год: 1988
• ISBN: 5-283-02929-8

В популярной и занимательной форме рассказывается об истории решения проблемы, волнующей в равной степени и ученых, и инженеров. Эта проблема — получение сильных магнитных полей. Известно, что чем большее магнитное поле удается создать в машине, тем меньшие габариты она имеет и дешевле стоит. Ученые разработали несколько эффективных способов получения сильного магнитного поля. Об успехах и неудачах на этом пути и рассказывается в книге.

Для учащихся старших классов, читателей, интересующихся историей и современными достижениями науки и техники.

---

нормальных электронов. Эту разницу называют энергетической щелью. Это так

называемый фотонный механизм образования куперовских пар. Расчеты показывают,

что такой механизм может обеспечить сверхпроводимость при температурах, ни в

коем случае не превышающих 50 К. Конечно, даже эта температура не очень удобна

для работы, но ее достичь пока не удалось. Рекорд перехода в сверхпроводящее

состояние у сплава ниобия с германием (24 К) продержался почти 10 лет.

А не может ли существовать иных механизмов, приводящих к образованию электронных

пар? В 1964 г. американец В.Литтл предположил существование механизма, при

котором электроны могли бы взаимодействовать, индуцируя электрический заряд на

длинных органических молекулах, В то же время академик В.А.Гинзбург теоретически

открыл еще один так называемый экситонный механизм образования куперовских пар.

Эти теории предсказывали, что сверхпроводимость может существовать даже при

комнатных температурах, т. е. при 300 К.

Физики-экспериментаторы не покидали лабораторий, лихорадочно исследуя

"подозрительные" материалы — органические полимеры и слоистые структуры металл —

проводник. Им сопутствовала удача — были открыты новые сверхпроводники, но…

температура их перехода оказалась небольшой. Гораздо ниже уже достигнутых 24 К.

Полна драматизма история научных открытий! Увлекшись органическими полимерами и

слоистыми структурами, ученые-экспериментаторы оказались недостаточно

внимательными к другим веществам, в частности к керамикам. В 1979 г.

исследователи Института общей и неорганической химии АН СССР имени Н.С.Курнакова

И.С.Матьггин, Б.Г.Кохан и В.Б.Лазарев получили новую лантан-стронциевую и

лантан-бариевую керамику. Керамика оказалась примечательной — она проводила ток,

как обычный металл. Электросопротивление керамики, как и полагалось, снижалось с

понижением температуры. Исследователи довели испытание до температуры жидкого

азота (77 К) и остановились… Они никак не ожидали того, что эта керамика…

если понизить ее температуру еще до 40 градусов… превратилась бы в

удивительный высокотемпературный сверхпроводник, который так давно искали! Но не

там…

И вот, в апреле 1986 г. ученые Цюрихского филиала фирмы ИБМ в Швейцарии Дж.

Беднорц и А.Мюллер, исследуя по существу ту же керамику, что и наши химики, но

при, более низких температурах, обнаружили в ней сверхпроводимость при 30 К! Так

был побит рекорд, продержавшийся почти 10 лет!

Однако и это важнейшее достижение не было замечено — в январском 1987 г. номере

журнала "Физике тудей", где зарегистрированы все крупнейшие достижения физики

1986 г., об этом открытии не сказано ни слова!

Настоящий бум начался в начале 1987 г. Из лабораторий США, КНР, СССР с

лихорадочной скоростью стали поступать новые и новые сверхсенсационные

сообщения. Температура сверхпроводящего перехода росла буквально на глазах!

35… 40… 92 К. Это уже выше температуры кипения жидкого азота. Рекордная

температура достигнута одновременно учеными СССР и США. Заведующий лабораторией

сверхпроводимости Физического института АН СССР имени П.Н.Лебедева

А.И.Головашкин 11 марта 1987 г. на общемосковском семинаре физиков, проводящимся

в ФИАНе под руководством В.Л.Гинзбурга, сообщил, что ему и его сотрудникам на

одном из образцов керамики удалось получить температуру сверхпроводящего

перехода 102 К. Перейден рубеж, еще полгода назад казавшийся немыслимым! Впервые

обнаружен нефотонный механизм образования куперовских пар, предсказанный

четверть века назад. Ученые штурмуют "комнатные температуры" — около 0 °C.

Может быть, когда эта книга выйдет в свет, "комнатные" сверхпроводники станут

реальностью!

Чистые сверхпроводники (за исключением ниобия) относят к сверхпроводникам 1-го

рода (группы). Большинство сверхпроводников, а их уже открыто более тысячи,

относят к сверхпроводникам 2-го рода. Термин "сверхпроводники 2-го рода" введен

в 1952 г. советским ученым А.А.Абрикосовым, развившим теорию сверхпроводимости

Гинзбурга — Ландау. Термин оказался необходим для определения сверхпроводников с

отрицательной поверхностной энергией, в отличие от сверхпроводников 1-го рода, у

которых поверхностная энергия на границе сверхпроводящей и нормальной фаз

положительна. Отрицательная поверхностная энергия может иметь место, если так

называемый параметр Гинзбурга — Ландау больше 1/√2.

В 1961 г., встретившись со студентами, прославленный академик Л.Д.Ландау

рассказал о себе. Родился он в Баку. В школе учился посредственно, зато любил

математику, в 12 лет научился дифференцировать, в 13 — интегрировать.

В Бакинском университете он учился одновременно на двух факультетах физики и

химии, но, когда в 1924 г. перевелся в Ленинград, отдал предпочтение физике.

Заниматься наукой и печататься в специальных журналах начал еще студентом, после

аспирантуры Ленинградского физтеха полтора года стажировался в Германии,

Швейцарии, Дании, Англии, где его поразили скромность, доступность,

приветливость таких признанных светил европейской науки, как В.Паули,

В.Гейзенберг. М.Дирак, Н.Бор, А.Эйнштейн. Потом работал в Ленинграде, Харькове,

Москве.

Л.Д.Ландау был поистине человеком необычным. Талантливый, работоспособный,

мыслящий оригинально, он славился невероятным стремлением оспаривать все

устоявшееся. Так, он считал, или, по крайней мере, писал, что Татьяна Ларина "в

целом была довольно занудной особой", что замысел "Героя нашего времени" мог бы

разъяснить один лишь Лермонтов и т. п.

Будучи в 30-х годах в заграничной командировке, он поразил одного своего

приятеля и соавтора взглядами на брак. Тот впоследствии вспоминал:

"Ландау нравилось делать заявления, шокирующие представителей буржуазного

общества. Когда мы были вместе с ним в Копенгагене, я женился. Он одобрил мой

выбор (и играл в теннис с моей женой). Однажды он спросил нас, как долго мы

собираемся быть вместе. Когда я ответил, что, конечно же, весьма долгое время и

что у нас нет никаких намерений расторгнуть брак, он разволновался и сказал, что

только капиталистическое общество может заставить своих членов испортить саму по

себе неплохую вещь, чрезмерно продляя ее таким способом".

В 1937 г., поссорившись с директором Ленинградского физико-технического института

(ЛФТИ) А.Ф.Иоффе и руководством Харьковского университета, где он работал после

ЛФТИ, Л.Д.Ландау появляется в Москве. П.Л.Капица приглашает его в Институт

физических проблем, и Ландау немедленно соглашается.

Он сразу же начинает активнейшую деятельность в новых малоразработанных и важных

направлениях — в теории фазовых переходов, статистической теории атомных ядер,

каскадной теории электронных ливней… Основное внимание его занимает загадка

непонятного явления, открытого П.Л.Капицей, — сверхтекучести.

Ландау предположил, что жидкий гелий представляет собой некоторый конгломерат из

двух жидкостей, находящихся в различных квантовых состояниях. Этим он и объяснял

одновременные встречные движения жидкого гелия.

Вокруг талантливого физика довольно быстро сформировалось окружение, "школа

Ландау". Попасть туда было нелегко, "теорминимум" включал десять дисциплин, за

28 лет всего 43 человека сдали эти экзамены целиком. Рекорд (два с половиной

месяца) остался за Померанчуком, обычно у соискателей на подготовку и сдачу

экзаменов уходило до трех лет.

На теоретических семинарах можно было говорить о любой проблеме теоретической

физики. Со времени стажировки в Копенгагене у Н.Бора Ландау вместе с тогдашними

коллегами В.Вайскопфом и Р.Пайерлсом взяли за правило не придерживаться узких

специализаций, чтобы всегда видеть физику целиком. Атмосфера обсуждений была

предельно демократичной, можно было резко критиковать взгляды другого при

условии, что критика шла на пользу обсуждаемому предмету. Неслучайно, что эта

творческая атмосфера способствовала созданию знаменитого "Курса теоретической

физики", разросшегося впоследствии до десяти томов и выполняющего функции

камертона советской науки.

Курс стал издаваться с 1938 г.; авторами выступили тогда Ландау и его друг

Евгений Михайлович Лифшиц. Без Лифшица курс никогда бы не увидел света. Гений

Ландау имел одну особенность — он писал с колоссальным трудом даже письма.