Техника - молодёжи 1958-04, страница 10

Академик Н. Н. Боголюбов.

лихом. Он предположил, что то же самое взаимодействие электронов с фо-нонами, которое в нормальных условиях порождает сопротивление проводников, может послужить основой и для объяснения явления сверхпроводимости.

Вскоре предвидение Фрелиха было блестяще подтверждено экспериментальным путем. Стало ясно, что основное уравнение, написанное им для изучения взаимодействия электронов с фо-нонами, правильно отражает действительность. Однако ни Фрелиху, ни последующим исследователям не удалось разрешить это уравнение ввиду больших чисто математических трудностей.

Новую важную физическую идею ввели английские ученые Шафрот, Батлер и Блатт. Именно они выдвинули и обсудили представление о важности так называемой корреляции — взаимодействии между парными электронами— для объяснения сверхпроводимости.

Американские ученые Бардин, Купер и Шриффер для объяснения явлений сверхпроводимости также исходили из важности взаимодействия электронов с фононами. Однако и им не удалось решить соответствующего уравнения.

Когда вещество переходит в состояние сверхпроводимости, движения атомов кристаллической решетки и свободных электронов согласованы, как движения танцоров в балете, которые подчиняются одной мелодии, исполняемой оркестром.

Они ограничились некоторой упрощенной моделью, в которой фигурирует прямое, напоминающее притяжение, взаимодействие электронов друг с другом. Введя дополнительную гипотезу о том, что электроны группируются парами, эти исследователи получили ряд важных формул, как мы теперь знаем, правильно описывающих связи между главнейшими величинами, характеризующими состояние сверхпроводимости.

Несмотря на то, что в работе Бардина, Купера и Шриффера имеется целый ряд недостаточно обоснованных физических и математических предположений, ее следует считать важным вкладом в теорию, принимая во внимание исключительную сложность проблемы.

В работе «О новом методе в теории сверхпроводимости» нам удалось развить новый метод, который позволяет вполне строго решить проблему не только в первоначальной постановке Фрелиха, но и с дополнительными усложнениями ее, вызванными, например, последовательным учетом электростатического отталкивания электронов. Этот новый метод, в разработке которого важное участие приняли мои сотрудники Д. Н. Зубарев, В. В. Толмачев, С. В. Тябликов, Ю. А. Церковников, ос

новывается на развитии идей нашей работы по микроскопической теории сверхтекучести, опубликованной еще десять лет тому назад.

Явление сверхтекучести было открыто в 1938 году академиком П. Л. Капицей. Изучая жидкий гелий, он обнаружил, что его вязкость пропадает, когда гелий охлажден до температуры, приближающейся к абсолютному нулю, то есть к минус 273 градусам по Цельсию. Важную роль в объяснении этого явления сыграла теория академика Л. Д. Ландау, основанная на ряде остроумных предпосылок о микроскопической природе явления, которые принимались в качестве аксиом. Автору этих строк удалось развить последовательную микроскопическую теорию сверхтекучести и разработать особые математические приемы, которые и легли в основу нового метода, позволившего полностью решить вопрос о сверхпроводимости.

При этом выяснилась следующая картина движения сверхтекучей жидкости: в противоположность движению обычной жидкости или газа, в которых отдельные частицы движутся беспорядочно, движение сверхтекучей жидкости проявляет высокую степень упорядоченности. Это обусловлено тем, что ча-

В 1957 году было сделано два фундаментальных открытия в области теоретической физики, раскрывающие закономерности движения и взаимодействия электронов.

Первое открытие сделали китайские физики-теоретики Ли Чжэн-дао и Ян Чжэнь-нин, показавшие, что при бета-распаде ядер число электронов, вылетевших по направлению спйна ядра, меньше, чем в противоположном направлении (см. журнал «Техника — молодежи» № 1, 1958 г.).

Второе фундаментальное открытие было сделано известным советским физиком-теоретиком академиком Николаем Николаевичем Боголюбовым. Ему совместно с его учениками удалось, наконец, построить теорию сверхпроводимости.

Явление сверхпроводимости было открыто экспериментально в 1911 году. Оно состоит в том, что в некоторых металлах, охлажденных до очень низкой температуры, полностью теряется сопротивление электрическому току.

После этого открытия физики-теоретики свыше 40 лет безуспешно пытались объяснить это чрезвычайно интересное явление, Ф. и Г. Лондон удалось получить ряд уравнений для исследования некоторых свойств сверхпроводников. Однако эти уравнения носили формальный характер и совершенно не вскрывали физической сущности сверхпроводимости.

Известный вклад в разрешение физической природы сверхпроводимости был сделан только в 1950 году английским ученым Фрелихом. Он пытался объяснить это явление как результат взаимодействия свободных электронов с колебаниями атомов кристаллической решетки металла.

Его теория носила качественный характер, так как Фрелиху не удалось разрешить полученных им уравнений, не говоря о том, что в теории он не учел взаимодействия между электронами.

С другой стороны, американские физики Бардин, Купер и Шриффер в своей недавней работе (1957 год) явно не рассматривают взаимодействия электронов с колебаниями атомов решетки, а ограничиваются рассмотрением взаимодействия электронов друг с другом. Тем не менее -ввиду исключительной сложности проблемы их работы следует считать крупным достижением.

Наконец строгая и полная теория сверхпроводимости была дана Н. Н. Боголюбовым и его учениками в 1957 году (фактически Н. Н. Боголюбов работал параллельно с Бардиным, но независимо от него). Он учел не только взаимодействие электронов при низких температурах, но и взаимодействие электронов с колебаниями решетки. Идея этой работы состояла в установлении глубокой физической и математической аналогии между явлениями сверхпроводимости и сверхтекучести, то есть в установлении связи между поведением частиц при низких температурах, подчиняющихся статистике Бозе (атомы гелия) и статистике Ферми (электроны). Кстати, заметим, что строгая теория сверхтекучести, то есть потеря вязкости жидким гелием при низких температурах, окончательно была построена также Н. Н. Боголюбовым примерно десять лет тому назад. Согласно теории Боголюбова при низких температурах свободные электроны металла образуют сильно связанный «коллектив», который при движении в металле не встречает сопротивления. При повышении температуры электроны начинают постепенно отделяться от этого «коллектива» и металл начинает терять свои сверхпроводящие свойства.

Научная общественность высоко оценила теоретическое разрешение проблемы сверхпроводимости и Ученый совет Московского университета единодушно присудил Н. Н. Боголюбову Ломоносовскую премию первой степени за 1957 год.

А. СОКОЛОВ, профессор МГУ