Н. Белов - Алексей Васильевич Шубников (1887—1970)

• Название: Алексей Васильевич Шубников (1887—1970)
• Автор: Н. Белов
• Издательство: Наука
• Жанр: Научпоп
• Год: 1984

Книга посвящена жизни и творчеству выдающегося советского кристаллографа, основоположника и руководителя новейших направлений в отечественной науке о кристаллах, основателя и первого директора единственного в мире Института кристаллографии при Академии наук СССР академика Алексея Васильевича Шубникова (1887—1970). Классические труды ученого по симметрии, кристаллофизике, кристаллогенезису приобрели всемирную известность и открыли новые горизонты в науке. А. В. Шубников является основателем технической кристаллографии. Книга представляет интерес для физиков, кристаллографов, химиков, математиков, минералогов и для всех, кто интересуется кристаллами и наукой о твердом теле.

---

К волновавшим его мыслям А. В. Шубников возвращался не раз, обогащая формулировки новым содержанием, акцентами или нюансами, придавая им все большую отточенность и глубину [188, 272].

Три десятилетия назад А. В. Шубниковым прозорливо были намечены связи кристаллографии с биологией и раздвинуты ее рамки в сторону исследования дефектных и кристаллоподобных структур. Сегодня можно констатировать, что это предвидение А. В. Шубникова полностью сбылось.

Особый интерес представляют взгляды А. В. Шубникова на взаимоотношения кристаллографии с физикой и на предмет физической части кристаллографии — кристаллофизики.

«Кристаллофизика — отрасль молекулярной физики, исследующая закономерности физических явлений в кристаллах, связанных с внутренней симметрией кристаллов и их дискретной атомной структурой...

Раздел физики, который исследует природу кристаллических сил, явление пластической деформации, прочности, и двойникования в кристаллах, поверхностную энергию и адсорбцию кристаллов, магнитные свойства кристаллов, спектроскопию, люминесценцию и фотохимические явления в кристаллах, сверхпроводимость, ферромагнетизм, пиро- и пьезоэлектричество, сегнетоэлектричество и т. п., обычно называют физикой кристаллов (см.). Изучение оптических свойств кристаллов — их двойного лучепреломления, вращения плоскости поляризации, коэффициента поглощения — выделяется| в специальный раздел кристаллофизики — кристаллооптику» [188, с. 418].

«Физика кристаллов — раздел молекулярной физики, в котором изучаются свойства кристаллов и происходящие в них процессы и явления, связанные со строением кристаллов в виде решетки из ионов, атомов или молекул. Физика кристаллов тесно связана с такими науками как кристаллография, кристаллохимия и др. Некоторые разделы физики кристаллов настолько развились, что выделились в самостоятельные разделы'физики, например ферромагнетизм, сегнетоэлектричество, пьезоэлектричество, металлофизика и др...».[* Физика кристаллов. — БСЭ, 2-е изд., т. 45, с. 16, 17.]

Взгляды А. В. Шубникова на кристаллографию и кристаллофизику разделялись многими выдающимися учеными — его современниками. Из его высказываний следует, например, что кристаллофизика, являясь общей частью кристаллографии и молекулярной физики (уже физики твердого тела), входит в состав обеих наук. Однако кристаллография в целом не сливается с физикой или ее частью — физикой твердого тела.

Настаивая на самостоятельности кристаллографии как науки, А. В. Шубников занимал в этом вопросе более широкую и правильную позицию, чем его учитель Г. В. Вульф, который считал, что «кристаллография представляет из себя главу физики и содержит в себе учение о твердом теле как о некоторой среде».[** Вульф Г. В. Избранные работы по кристаллофизике и кристаллографии. М.: Наука, 1952. 342 с.] Такую же широкую шубниковскую позицию о несводимости кристаллографии к одной из своих «вершин» занимают академики Н. В. Белов и 'Б. К. Вайнштейн.[*** Вайнштейн Б. К. Современная кристаллография. М.: Наука, 1979, т. 1, с. 6—8.] 

«Часто науку кристаллографию, — пишет Н. В. Белов, — изображают кружком внутри треугольника, вершинами которого служат фигуративные точки, символизирующие физику, химию и минералогию. Долгое время кристаллография в основном была тесно связана с минералогической вершиной, но сейчас нередко можно встретиться с утверждением о резком смещении кристаллографии в направлении физической вершины. Так ли это? Несомненно, что представление о кристалличности вещества лежит в основании физики твердого тела; это, в частности, относится к фундаментальным кристаллографическим представлениям о решеточной природе кристаллов, об их симметрии с результирующим разделением всех кристаллов по их точечной (макро) симметрии на 32 класса, по микросимметрии на 230 федоровских групп. Именно у физиков развилось и вылилось в реальные конкретные формы учение о плюс—минус или черно-белой (анти) симметрии. Еще раньше- физики подчинили кристаллографическим законам всю металлофизику. И все же это не та кристаллография, которая гордится двухсотлетней историей...

Вот уже полвека существует (рентгенографический) анализ атомной структуры кристаллов с результатами, исключительно ценными для кристаллографа и минералога, но мало используемыми в физике твердого тела, хотя несомненно, что рентгенографический анализ создан физиками и им уже принадлежит все то, что относится к методике эксперимента, к приемам его наиболее полного использования. И тем не менее самими результатами своих анализов, обычно уходящими во вне, физик, как правило, мало интересуется... Це отдельные кристаллы, а всю совокупность их... видит перед собой классически воспитанный на минералогии кристаллограф. Он обязан хорошо разбираться в созданных отчасти для него физиками методах съемки кристаллов, расшифровки и т. д., но, конечно, хозяином в составлении курса кристаллографии должен быть он, кристаллограф-минералог».[* Белов Н. В. Предисловие к книге И. Костова «Кристаллография». М.: Мир, 1965, с. 5.]

Об опасности посягательства смежных дисциплин на самостоятельность кристаллографии предупреждал и А. В. Шубников во вступительной речи на открытии 7-й Генеральной ассамблеи Международного союза кристаллографов 27 августа 1966 г. в Москве. «Кристаллография,— сказал он,— взяла от физики многое, но сейчас существует реальная опасность, что физика твердого тела поглотит кристаллографию». В этой связи следует привести письмо А. В. Шубникова, направленное 16 февраля 1969 г. профессору В. А. Франк-Каменецкому, который выражал сожаление об отходе кристаллографии от «каменных» наук. Это письмо было оглашено В. А. Франк- Каменецким на Федоровской кристаллографической сессии в Ленинграде 19 мая 1977 г. «Что бы там ни было, я очень жалею, особенно сейчас, что в свое время так решительно отмежевался от минералогии и минералогической кристаллографии. Было бы, пожалуй, наиболее целесообразным подумать о создании и укреплении химической кристаллографии, поскольку физическая кристаллография в некоторой степени отмежевалась от кристаллографии благодаря новому направлению — „физике твердого тела“».[* Личный архив А. В. Шубникова.]

Тревога, которая чувствуется в приведенных выше строках, вполне объяснима: в последний год жизни А. В. Шубников тяжело болел, и его глубоко беспокоили судьбы кристаллографии, ее целостность и пути ее дальнейшего развития. Из письма вовсе не следует, что под конец жизни А. В. Шубников отказался от своих прежних взглядов о самостоятельном положении кристаллографии в ряду окружающих ее наук. А. В. Шубников был материалистом-диалектиком. Он. понимал, что его классификационная «кристаллоцентрическая» схема, как и всякая схема, условна и представляет лишь одно звено из всеобщей связи. Для физики, химии, математики и т. д. кристаллография является сопутствующей наукой. Но для кристаллографии физика, химия, математика, минералогия, а теперь и биология являются теми источниками, которые она использует в своих собственных целях, не растворяясь в каком-либо одном из них. Именно в междисциплинарном характере кристаллографии и ее положении на стыке фундаментальных наук — сила этой науки и залог ее плодотворного развития.

Современная кристаллография во многом отличается от той, какой она была в прошлом веке и даже в первой половине XX в. В наши дни объектом исследования кристаллографии наряду с классическими являются также и частично упорядоченные структуры (кристаллы с дефектами, композитные материалы, жидкие и биологические кристаллы, текстуры и полимеры). Новые мощные методы воздействия на вещество (высокие плотности радиации, давления электрического и магнитного полей, сверхнизкие температуры) вызвали к практической жизни нелинейную кристаллофизику с ее многочисленными новыми эффектами. На практическую почву становится центральная проблема кристаллографии — проблема предсказания, программированного синтеза необходимых свойств и управления этими свойствами в соответствующих структурах твердого тела.

Техническая революция в структурном анализе кристаллов, связанная с успехами «прямых» методов, автоматизацией структурного эксперимента и появлением радиоспектроскопических методов исследования тонкой полевой (в отношении физического и магнитного полей) структуры кристаллов, акцентировала в современной кристаллографии структурный аспект. Это дало повод для следующего определения кристаллографии, широко распространенного на Западе: «Кристаллография — это область науки, в задачи которой входит описание и понимание структуры и свойств конденсированных состояний вещества и их связи с пространственными соотношениями атомов и межатомных сил». [* Crystallographic bock list: International Union of Crystallography. — Comis. on crystallographic teaching, Cambr., 1965, vol. 12, 83, p. 25.]

Соответствующие изменения происходят и в теоретическом вооружении кристаллографии. Современная теория симметрии, например, становится теорией (цветной) симметрии частично упорядоченных структур и наряду с теоретико-групповыми использует также более общие (негрупповые ) методы. Теоретическая кристаллофизика сейчас включает в себя не только феноменологический (тензорный) уровень описания кристаллофизических эффектов, но и уровень объяснения этих эффектов с позиций современных микроскопических теорий, базирующихся на динамике решетки, теории электронной структуры кристаллов в квантовомеханической теории взаимодействия излучений с веществом.