Журнал Q - Журнал Q 10 2012
Рис. 1.
Было достаточно понятно, что оперируя только фононами никакой сверхтекучести получить невозможно. Что же сделал Ландау в своей работе 1941 года? - Он предположил, что в гелии, как и в любой жидкости, может существовать не только поступательное, но и вращательное движение. Если такое движение тоже квантуется, то должны существовать соответствующие кванты вращательного движения, которые Ландау, с легкой руки Игоря Евгеньевича Тамма, назвал "ротонами". Свойства вращательного движения в жидкости существенно отличаются от свойств поступательного. Зависимость энергии от импульса для этих гипотетических ротонов тоже показана на рисунке 1. Предположив одновременное существование и фотонов, и ротонов, Ландау продемонстрировал, что в такой системе могут наблюдаться явления, чрезвычайно похожие на экспериментально обнаруженную сверхтекучесть.
Должен сказать, что, хотя само предположение о вращательном происхождении ротонов оказалось ошибочным, квантовые частички, обладающие всеми свойствами придуманных ротонов в гелии действительно оказались. Было ли это случайностью? - Отнюдь! Ландау нашел тот единственный вид спектра, который мог привести к сверхтекучести. Недоразумение с вращательным движением было исправлено в следующей работе Ландау (1948 год), где он проанализировал эксперименты В.П. Пешкова по распространению тепловых волн в сверхтекучем гелии и понял, что в гелии нет двух типов квантовых частичек и нет двух кривых энергетического спектра. Энергетический спектр сверхтекучего гелия выглядит, как одна единственная кривая и он показан на рисунке 2. Как вы видите, тут есть и линейная часть, соответствующая фононам, и ротонный минимум. Через многие годы, когда экспериментаторы научились изучать энергетические спектры по рассеянию нейтронов, кривая, показанная на рисунке 2 и опубликованная Ландау в его статье 1948 года, полностью подтвердилась.
Рис. 2.
Скажу еще несколько слов о ротонах. Уж больно удивительные это частицы. Наклон кривой, показанной на рисунке 2, дает нам скорость движения частиц в реальном пространстве. Если мы возьмем ротон, находящийся в самом минимуме, то увидим, что его скорость (наклон кривой) равна нулю, а импульс не только нулю не равен, но и очень велик. Как же, спросите вы меня, это может получиться, если импульс равен произведению скорости на массу? - Разбирать это здесь, увы, невозможно. Скажу только, что квантовая механика - это совершенно удивительная наука и в ней еще не такие "чудеса" возможны.
Это я говорил о тех ротонах, которые соответствуют минимуму на кривой, но, если взять те, которые слева от минимума, будет еще забавней. У них импульс направлен в сторону, противоположную скорости. Если, например, такая частица стукнет вас в лоб, вы почувствуете сильный толчок... вперед. А, если вы начнете толкать такой ротон направо, то он полетит... налево. Не подумайте - это не теоретические домыслы. Все это наблюдалось в многочисленных экспериментах.
Потрясающая это наука - физика! И мне очень повезло, что я ее выбрал своей специальностью!
***
Для тех, кто не читал это физическое отступление, скажу, что расчеты фононной теплоемкости, произведенные Мигдалом и использованные в работе Ландау с соответствующей ссылкой, служили для вспомогательных сравнений теоретических результатов с экспериментальными данными и никакого отношения к объяснению явления сверхтекучести не имеют.
***
Теперь еще немного о физике. О той ее части, которая называется "вихрями Абрикосова", и о роли Ландау в этой области. Дело в том, что эта тема стала, как я заметил, довольно популярным полигоном для переливания из пустого в порожнее. Один из вариантов этой истории я слышал от самого Алексея Алексеевича Абрикосова. Мне, правда, говорили, что в других компаниях он ее рассказывает несколько иначе, но сути дела это не меняет.
В 1957 году Абрикосов опубликовал работу, в которой предсказал существование "квантовых вихрей" в сверхпроводниках второго рода, которые и стали называться "вихрями Абрикосова". Эта работа получила всеобщее признание и была в 2003 году удостоена Нобелевской премии совместно с В.Л. Гинзбургом, который был отмечен за теорию, которая во всем мире известна, как теория Гинзбурга-Ландау, и Леггетом, создавшим теорию сверхтекучести гелия-3.
В чем же здесь проблема? - В том, что Абрикосов утверждает, что идея квантовых вихрей в сверхпроводниках пришла ему в голову еще в 1953 году, но была отвергнута Ландау. Скорее всего, так оно и было. Что же, Ландау зажимал своих учеников? - Нет, конечно. Существуют разные подходы к изучению физики. Подход школы Ландау был достаточно строгим и требовал, чтобы идеи, особенно идеи новые, были достаточно обоснованы. Идея, пока она не обоснована, это не результат, а лишь отправная точка для начала работы. Не удалось обосновать идею, пусть даже правильную, нет работы. Как я думаю, это и был случай с вихрями Абрикосова. У Алексея Алексеевича была идея и идея совершенно правильная, но он не смог убедить Ландау в ее обоснованности. У него оставалась возможность работать над этим дальше и таки найти обоснование, которое удовлетворило бы Ландау, но он решил иначе и занялся другими, не менее интересными для него вещами. Не надо забывать, что в 1953 году Абрикосову было всего 25 лет, а авторитет Ландау был огромен.
***
Уже полностью написал этот кусок, когда мне попалось на глаза объяснение этой ситуации, написанное самим Алексеем Алексеевичем. Привожу его текст из книги Горобца, но с большими сокращениями. Не хочется слишком уж утомлять читателей.
"Абрикосов изложил свою версию событий (email, 11 Jan 2005):
"Из письма Лифшица может создаться впечатление, что я воспользовался идеей Ландау о квантовых вихрях и напечатал ее под своим именем...
Я впервые рассказал Ландау о своей работе в 1953-1954 годах. Он не согласился с ней, и, поскольку я не сумел придумать объяснения `на пальцах', я эту работу отложил до лучших времен. Когда же он прочитал работу Фейнмана 1955 года, то пришел в комнату, в которой находились я и Халатников, и сказал: `Конечно, Фейнман прав, а мы с Женькой заврались'...
... моя работа не была закончена, и написанной статьи у меня не было. Когда, после статьи Фейнмана, Ландау согласился с основной идеей, я закончил теорию и сравнил ее с экспериментами на сверхпроводящих сплавах. Получилось блестящее согласие. Когда Ландау услышал об этом, он воскликнул: `Я так и думал, что в сплавах каппа больше, чем единица на корень из двух!'... "
Мне кажется, что хотя я и не подглядывал, у меня получилось похоже. Хочу еще остановиться на последней фразе Ландау. Судя по работе, в которой излагается теория Гинзбурга-Ландау, у авторов была уверенность, что все существующие сверхпроводники являются сверхпроводниками первого рода, т.е., сверхпроводниками, у которых параметр каппа очень мал (это специально подчеркнуто в тексте статьи). Думаю, что причиной было то более или менее случайное обстоятельство, что сверхпроводящие материалы, которые в те годы попадались экспериментаторам Института физических проблем, были материалами с низкими значениями каппа.
***
Сразу скажу, что вовсе не все физики-теоретики придерживаются такой строгости, какая была принята в школе Ландау. Многие очень любят публиковать свои непроверенные и не очень обоснованные идеи. А какой же из этих подходов лучше? - Однозначного ответа на этот вопрос, думаю, не существует. Весь вопрос для кого лучше? Если заботиться только о развитии физики, как науки, то подход Ландау является единственно правильным. А, если думать о собственной научной карьере, с таким подходом далеко не уедешь. В этом случае следует, наоборот, при каждом удобном случае публиковать свои идеи и плевать на то, что научная литература будет захламлена кучей неверных публикаций. Если эти идеи не абсолютно нелепы, а просто не соответствуют действительности, то вашей репутации это не повредит, а, если вы еще что-нибудь и угадаете правильно, честь вам будет и хвала. Да и число публикаций для научной карьеры, увы, гораздо существеннее их качества.
Почему же у Ландау все было иначе, а карьеры его ученикам вполне удавались? - В те времена в Советском Союзе были другие критерии оценки научных работников. Никто не обращал особого внимание на число публикаций или другие "численные критерии". Оценивали качество работ, глубину понимания физики данным конкретным человеком. Так было, наверное, не везде, но в физике и некоторых других фундаментальных науках сложилась именно такая ситуация. Столь благоприятной атмосферы для развития фундаментальной науки не было больше нигде и, думаю, никогда и нигде уже не будет. То время ушло безвозвратно. Только в Советском Союзе и только в те времена могла сложиться такая научная школа, как школа Ландау. Именно поэтому мне смешно и грустно читать, как "ландауведы" утверждают, что он мечтал вырваться из Советского Союза. Нет, не об этом он мечтал. Он мечтал о возможности ездить в другие страны, встречаться людьми. Но он никогда бы не променял ту, совершенно неповторимую атмосферу, которая царила в некоторых (увы, далеко не всех) академических институтах в 50е-60е годы, на свободу собственного передвижения. Я здесь не имею в виду Сталинские времена, когда он, как и очень многие, опасались ареста. Но, если говорить честно, то не думаю, что он бы уехал и тогда, даже если бы у него и была такая возможность. Слишком уж он дорожил тем, что ему удалось создать в нашей стране, чтобы легко со всем этим расстаться.
