Сергей Ивановский. Итак, продолжим разговор про сверхтекучесть.
А.И. Соколов. Мы остановились на том, что в конце 1930-х годов сверхтекучесть была открыта как физическое явление. Это было сделано у нас, в городе Москве. А Ландау работал в теоретическом отделе института Капицы, поэтому сразу же подключился к объяснению этого явления. Явление это было невероятное. Не просто новое, тяжелое с точки зрения объяснения. Жидкий гелий при температуре ниже двух с небольшим градусов Кельвина как бы расслаивался на две жидкости. Нормальную и сверхтекучую. Притом сверхтекучая вела себя крайне необычно. Вот Ландау и венгерский физик Тисса, параллельно, они приняли двухжидкостную модель. И Ландау про сверхтекучую компоненту написал некую теорию. Теорию, с точки зрения формул, совсем несложную. Но, с точки зрения того, что до этого надо было додуматься, Ландау говорил, что это был один из самых трудных эпизодов в его жизни, в смысле интеллектуальных усилий. И Ландау, с помощью очень несложных формул из классической механики, показал такую вещь, что если предположить некие определенные свойства сверхтекучих компонент, то окажется, что при скоростях, ниже некоторой предельной критической, сверхтекучей жидкости выгоднее течь без сопротивления, без вязкости, чем цепляться за стенки и так далее. Так возник критерий Ландау. Он есть во всех учебниках. Это работа около 1940 года примерно.
Эта двух жидкостная модель довольно много объяснила в экспериментах Капицы по сверхтекучести. Она получила признание. Но в институте Капицы не он один занимался исследованием сверхтекучих жидкостей. Тогда у него начал работать молодой физик, прикомандированный из Грузии, из Тбилиси, с такой фамилией Андроникашвили. Его звали Элевтер Луарсабович. Это замечательный человек. Он замечателен не только сам по себе как блестящий физик, но и то, что это родной брат Ираклия Андроникова, известного литературоведа, артиста, интересного рассказчика. Есть очень интересные записи рассказов Ираклия Андроникова из истории нашей литературы, много о чем. И вот Элевтер Андроникашвили начал экспериментировать с жидким гелием. Он придумал прибор для измерения вязкости жидкости, смесь нормальной и сверхтекучей. И когда вы измеряете вязкость, вы можете определить какой процент жидкости сверхтекучей, а какой нормальной. Он придумал прибор для измерения вязкости, его с тех пор так и называют, “Маятник Андроникашвили”. Красивая очень идея.
Он провел измерения этой вязкости. Это хрестоматийные сегодня, канонические результаты. Выяснилось, что как и предполагалось в теории, по мере уменьшения температуры, процент сверхтекучей компоненты возрастает, нормальной падает. Но кроме того Андроникашвили начал изучать, как ведет себя сверхтекучая жидкость во вращающемся стакане. То есть, он его раскручивал, смотрел, что будет. Если крутишь обычную жидкость в стакане, будет, так называемый, мениск. То есть, жидкость отожмется к краям, возникнет такая луночка. Провал такой. Он имеет правильную геометрическую форму. Более того, когда-то очень давно американский физик Роберт Вуд использовал сосуд с вращающейся ртутью как идеальное зеркало. То есть, он использовал как отражательный телескоп. У телескопа была одна неприятная особенность, он всегда смотрел в сторону верха потому, что сила тяжести. Но он видел там изображение довольно далеких звезд. Замечательная вещь.
Так вот. Сверхтекучий гелий не давал этой картины. То есть, гораздо более сложная картина, чем этот мениск. Эти результаты никак теория Ландау не объясняла. Ландау донесли, что Андроникашвили, который сидит в подвале и чего-то крутит, что-то получил такое, что в схему Ландау не укладывается. Как утверждает легенда, Ландау быстро вбежал к нему в лабораторию, посмотрел на него нехорошим взглядом и сказал только одно слово: “Домерился”. В смысле, открыл то, что наука, ну, никак... Потом выяснилось, что так наблюдали экспериментально знаменитые квантовые вихри в жидком гелии. Жидкий гелий, это квантовая жидкость, это не классическая жидкость. Это так, затравка к этой истории. Сверхпроводимость продолжала развиваться...
Сергей Ивановский. Все-таки интересно. Про эту жидкость, можете чуть-чуть подробнее?
А.И. Соколов. Я еще к этому вернусь. Развитие теории застопорилось в каком-то смысле. После уравнения Лондонов. Пока к этому делу не вернулись в 1950 году два наших великих физика Виталий Лазаревич Гинзбург и Лев Давидович Ландау. Гинзбург не принадлежал к школе Ландау, он принадлежал к школе Тамма. Вообще, это очень независимый, очень самодостаточный человек, с большим чувством собственного достоинства. Это гражданин нашей страны, об этом стоит сказать отдельно. Он очень много сделал для обороны. Гинзбургу принадлежит одна из трех, так называемых, главных идей создания транспортабельной водородной бомбы. Первую водородную бомбу взорвали американцы. Но это было сооружение размеров с трехэтажный дом, они его соорудили на острове. Рванули, остров исчез, вообще исчез, маленький островок был. Но никаким самолетом это сооружение везти было нельзя. А первую транспортабельную бомбу, которую можно было кинуть с самолета, наши сделали.
Гинзбург за свою жизнь получал только ордена “Знак почета”. Знак почета”, это был советский орден самый последний. Вот когда уже нельзя не дать, давали “Знак почета”. Для людей такого калибра, это вообще безобразие. Гинзбург в 2003 году получил Нобелевскую премию. Ну, и в 1950 году Гинзбург и Ландау сильно продвинули вперед феноменологическую теорию сверхпроводимости. Феноменологическую в том смысле, что она не вникает в микроскопическую природу явления. Она пишет уравнения, где входят, там, поля, такие микроскопические величины, которые объясняют конкретные эксперименты. Есть целый разряд таких теорий, целый класс, и они оказываются успешными. В некоторых инженерных областях используются именно такие теории, инженеры с ними работают. Они дают расчетный аппарат для конструирования конкретных устройств. А то, что там внутри делается, в общем, и не нужно. В каком-то смысле феноменологическая теория является гидродинамикой. Гидродинамика описывает движение жидкостей и газов, не вдаваясь в их атомарную структуру. Пишется уравнение Эйлера, уравнение Навье – Стокса, еще какие-то уравнения макроскопические, и все объясняется. Чтобы рассчитать, как поплывет корабль, или полетит самолет, вам не надо знать, что газ состоит из атомов.
И вот в 1950 году Гинзбург и Ландау пишут совершенно удивительную теорию. Она, с одной стороны, базировалась на развитой до этого теории Ландау о фазовых переходах 2-го рода, а с другой стороны, удивительным образом скрещивала эту чисто статистическую, макроскопическую теорию с квантовой механикой. Это был некий гениальный прорыв, как у Бора, он классическую физику дополнил квантовыми постулатами и получил замечательные результаты. Также и здесь, скрестив квантовую механику с большой физикой, с физикой больших объектов, они получили уравнения, которые очень много чего описывали с сверхпроводниках. Это был следующий шаг вперед по сравнению с тем, что сделали братья Лондоны. Эта теория базировалась на общей теории фазовых переходов Ландау, которую тот развил в 1937 году. Ландау занимался проблемой фазовых переходов. Проблема фазовых переходов, это вещь важная, нужная. Понятно, превращение жидкости в пар, работа паровой машины, много чего.
Но самое интересное, что по теории фазовых переходов можно построить очень простые модели, которые очень просто описать математически и которые до сих пор не удается решить. Скажем, теория фазовых переходов в ферромагнетиках на сегодня остается одной из фундаментальных нерешенных задач теоретической физики. Это вызов теоретикам. Задача формулируется безумно просто. Есть решетка, в каждом узле сидит маленький магнитик. Магнитики взаимодействуют. Это обменное взаимодействие, это квантовая механика объяснила. Задача такая. Выяснить при каких температурах эти магнитики победят тепловые флуктуации, выстроятся в одну сторону, а при каких тепло разрушит их порядок и будет, так называемая, парамагнитная фаза. Все. На математическом языке все это записывается в одну строчку. Задача была поставлена в 1925 году. Было сразу же получено решение в одномерном случае, для цепочки. Оно оказалось точным, но не физическим. То есть, в одномерной цепочке поведение магнитов отношения к делу не имеет.
Двадцать лет пытались решить эту задачу хотя бы для двухмерной модели, для магнитного слоя. В 1944 году великий физик Ларс Онзагер ее решил, показав чудеса математической изобретательности. Потом это решение упростили и так далее. Это был очень важный шаг. А для трехмерной модели, реальный магнит, который на столе, она не решена до сих пор. Сколько известно случаев, когда спорили на бутылку коньяка, на ящик, что через год будет предъявлено точное решение. До сих пор решения нет. Это интересно вот в каком отношении, это чистая теоретическая физика, точнее, чистая математика. Мы все знаем про объект исследования, мы все знаем про систему. Мы не можем решить потому, что очень сложная математическая задача. Вот с теорией элементарных частиц мы постоянно открываем что-то новое, новые частицы. Бозоны Хиггса. Там есть модели, которые можно решать. Но там никто не застрахован от того, что построят новый ускоритель и там такое вылетит, чего наша наука не учитывает. А вот с этой задачей мы абсолютно все знаем. И проблема в одном – решать.
Причем эта задача решена на машинах, решена с помощью приближенных методов. За эти приближенные методы американец Кеннет Вильсон получил Нобелевскую премию. Это редчайший случай, когда Нобелевскую премию дают за чистую теорию. Обычно экспериментаторы получают, и это верно потому, что они открывают новую физику. Теоретики получают сильно реже. Вот Кеннет Вильсон замечательный человек. Он получил Нобелевскую премию за то, что приближенно решил эту задачу. Настолько хорошо ее решил, то создал некий новый язык, этот язык проник в разные разделы теоретической физики. Сегодня понятия “Вильсоновское уравнение”, “фиксированные точки”, мы на них говорим. Дело не только в том, что он решал конкретную задачу, а в том, что он создал некую область теоретической физики. Так же, как с Фейнмановскими диаграммами. Не только с квантовой электродинамикой разобрались, но создали новый язык, на котором сегодня говорят все теоретики.
Ну, так вот. Задачу было не решить. Ландау это понимал. А фазовый переход описывать надо. И он придумал очень интересную схему. Он взял науку термодинамику, которая еще в XIX веке была развита, и попытался применить термодинамические соотношения к... А они, первый, второй, третий законы термодинамики, железно установлены, Больцман их обосновал. И не вдаваясь в микроскопическое устройство конкретных материалов, Ландау построил теорию фазовых переходов, которая годилась бы для самых разных фазовых переходов. Он ввел такое понятие, как “параметр упорядочивания”. Забавная история языковая. Он называл “параметр упорядочивания”, а перевили на английский, потом опять на русский и сегодня мы говорим “параметр порядка”. Он ввел некую обобщенную характеристику, которая в каждом конкретном случае принимает конкретный облик. Для магнетиков параметр упорядоченности, это намагниченность. Железо нагрейте до 1000 градусов, оно еще не расплавится, но магнитным быть перестанет. И он предложил некое конкретное выражение для свободной энергии, в термодинамике есть такое понятие, как функция параметр порядка предельно простой. При условии, что параметр порядка маленький. А когда вы вблизи точки фазового перехода, у вас намагниченность маленькая и так далее. То есть, есть область ,в пределах которой эта теория более-менее работает.
Он предложил разложить эту свободную энергию до тех степеней, которых достаточно, чтобы происходил фазовый переход. На первый взгляд это выглядит, как волюнтаризм, жульничество. Но штука оказалась невероятно плодотворной. Оказалось, что таким образом можно описать огромное количество фазовых переходов. Так возникла знаменитая теория Ландау о фазовых переходах 2-го рода, которой мы пользуемся до сих пор, студентам читаем. Красивая штука. Она описывает фазовые переходы, ничего не объясняя. Она не вдается в детали, она пишет общие соотношения. Пишет некие общие формулы, из которых следуют конкретные результаты. Эти конкретные результаты подтверждаются экспериментом.
Сергей Ивановский. А почему так, она не описывает?
А.И. Соколов. А что на микроуровне происходит, не описывает. Отчасти, это был отход на заранее подготовленные позиции. Микроскопические модели, типа модели со спином, не удается решить. А вот это описывает очень много чего. В 1945 году, в городе Москве, открываются сегнетоэлектрические свойства титаната бария. Открывают в Москве, в Физическом институте Академии наук. И тот же Гинзбург применяет теорию Ландау для описания фазового перехода титаната бария. В том же году публикует работу, выясняется, что эта теория объясняет и фазовые переходы первого рода в титанате бария. В той же работе Гинзбурга было огромное число физических результатов, которые потом переписывали, которые всплывали в мировой литературе под другими именами. Очень забавно. Когда берешь, читаешь статью Гинзбурга, думаешь: “Да там он все же написал”. А потом разные, в том числе и очень крупные физики это все переписали, переоткрыли.
Ну, и в 1950 году, эти два великих человека решили применить теорию Ландау к сверхпроводникам. В чем проблема? Вот параметр порядка в магнетиках, понятно, намагниченность. В случае перехода “газ – жидкость” тоже можно придумать хорошую вещь, это разность между плотностью жидкости и газа. Ниже критической точки жидкость и газ разные. И эта разность конечна. А выше критической точки, как нас в школе научили, разделить, где жидкость, где газ нельзя. Там разница плотностей – ноль. Тоже можно применить. Вопрос: а у сверхпроводимости в качестве параметра порядка, что взять? Там же ничего такого нет. И вот тут была придумана потрясающая вещь. Взять ту волновую функцию, которая в квантовой механике существует. Но квантовая механика описывает отдельные частицы, а здесь мы опишем всю эту сверхтекучую жидкость. Давайте весь этот сверхпроводящий конденсат, как его сегодня называют, опишем в единой волновой функции. И напишем уравнение теории Ландау, но применительно к этому комплексному методу. Такой симбиоз казалось бы несовместимых вещей. Термодинамики и квантовой механики.
В уравнение Гинзбурга – Ландау входит масса. Сегодня мы знаем, что это масса Куперовской пары, то есть, две электронных массы. Но тогда, чтобы подчеркнуть, что их наука напрямую ни с какой микроскопией не связана, Ландау говорил: “Где m – произвольный параметр размерности массы. Это может быть хоть масса солнца”. Это прямо написано в статье, чтобы показать до какой степени это условно. Теория Гинзбурга – Ландау объяснила все, что было. Но дальше пошли предсказания. И предсказание одно было очень важным, что сверхпроводники бывают разные. Бывают I рода, бывают II рода. В сверхпроводниках перового рода эффект Мейснера возникает в том виде, в котором мы знаем в 1930-х годов. Вот намагничивали, поле поднимали до критического, потом, бах, и сверхпроводимость пропала.
А бывают сверхпроводники странные, второго рода их потом назвали, которые до определенного критического поля эффект Мейснера дают полный, а потом там есть некая промежуточная область, где и не полный Мейснер и... Этим явлением очень плотно занимался, очень плотно изучал совсем молодой тогда физик, пришедший к Ландау, Алексей Алексеевич Абрикосов. Он тоже лауреат Нобелевской премии. Но он пришел еще совсем мальчишкой. У Ландау была традиция. Перед тем, как он брал кого-нибудь на работу, он заставлял сдавать, так называемый, теоретический минимум. Тогда этих книжек не было, десяти томов, было поменьше, но тоже было, что поучить. Абрикосов сдал ему теоретический минимум в 19 лет, это был абсолютно уникальный случай. И начал работать в теоретическом отделе после окончания института. Это было в 1950 или в 1949 году, что-то такое.
Абрикосов занимался много чем, его работы 1950-х годов производят мистическое впечатление. Вот в каком смысле, там невероятное количество важнейших результатов, полученных в разных областях теоретической физики. Там и физика сверхпроводимости, там и квантовая электродинамика, теория элементарных частиц, много чего. Когда смотришь списки его работ, знакомишься с ними, то оторопь берет. Как может один человек столько сделать за столь короткое время? Это выдающаяся личность была. Говорят, когда рассекретили нашего знаменитого физика, Якова Борисовича Зельдовича, который занимался атомной бомбой всерьез, и у которого было три золотых звезды Героя... Иностранцы, которые впервые увидели Зельдовича, сказали: “Наконец-то мы убедились, что вы один человек, а не целый институт”.
Так вот, Абрикосов работал, как целый теоретический институт. И он, решая уравнение Гинзбурга – Ландау, получил потрясающий результат. Он показал, что в неком диапазоне магнитных полей сверхпроводник и не выталкивает полностью, и в нем не разрушается сверхпроводимость полностью. Возникает некая фаза, которую потом назвали “вихревой решеткой Абрикосова”. Или смешанным состоянием. Это когда магнитное поле проникает частично. То есть, в материале возникают такие дырочки, нормальные фазы. Магнитные силовые линии проходят, но не через всю толщу, а вот в эти дырочки, нормальные фазы. Вокруг них текут сверхпроводящие токи. Причем эти сверхпроводящие токи имеют квантованную величину. Как в атоме водорода электроны летают, там квантованный момент. Абрикосов получил это, решая уравнение Гинзбурга – Ландау в 1952 году.
Ландау не понравилась эта работа. А в школе Ландау была железная дисциплина, если начальнику не понравилось, то все. То есть, конечно, Абрикосов мог напечатать где-то, но это нарушение дисциплины. Поэтому работа до 1957 года пролежала неопубликованной, пять лет. Это притом, что в области теории сверхпроводимости работали виднейшие физики мира.
Вернемся к гелию. Андроникашвили раскрутил эти дела. Раскрутил стакан, получал странную картину. И это было непонятно. В 1954 году Фейнман - Онзагер публикуют работу о сверхтекучих вихрях в жидком гелии, чисто теоретическую. И выяснилось, что Андроникашвили видел вихревую решетку. То есть, когда вы крутите квантовую жидкость, она не просто однородно крутится и дает мениск, а там возникают квантованные моменты вращения в виде таких вихрей, вороночек таких.
Сергей Ивановский. А, там много таких воронок.
А.И. Соколов. Более того, чем быстрее крутишь, тем их больше. Это наблюдали экспериментально. Но самое интересное, что таким образом установили, что пульсары, это вращающиеся объекты, со сверхтекучей сердцевиной, там тоже есть вихри. По мере замедления вращения пульсаров эти вихри потихоньку исчезают. И по радиосигналу, принимаемому на Земле, можно определить. Была опубликована очень интересная работа, где просто две осциллограммы, полученные на стакане с гелием и полученная с пульсаров, были положены одна под другую, насколько они похожи. То есть, квантовая жидкость есть не только на Земле при низких температурах, но и в космосе, причем очень далеко. То ли Ландау, узнав о работе Фейнмана – Онзагера, дал добро на публикацию, но в 1957 году работу Абрикосова напечатали. Тогда-то и вспомнили, что Шубников в 1930-е годы видел, что-то странное в поведении сверхпроводников. Вот и выяснилось, что он работал со сверхпроводниками второго рода. Фаза Шубникова не что иное, как фаза между верхним и нижним критическим полем. Это вихревая решетка, но тогда ее просто было не увидеть, времена были древние, старые.
Вот за эту работу в 2003 году Абрикосов получил Нобелевскую премию. Вместе с Виталием Лазаревичем Гинзбургом, который получил Нобелевскую премию в том же коллективе, в том же году. Там три лауреата: Абрикосов, Гинзбург и английский физик Леггетт. Это интересная история. Сравнить вклад Абрикосова и Гинзбурга со вкладом Леггетта нельзя. Леггетт хороший физик, он много сделал, но сравнить с тем, что сделали Абрикосов и Гинзбург, калибр этих людей, он разный. Как всегда бывает, русским дают Нобелевскую премию, когда уже нельзя не дать, а западным людям, когда можно дать. Тогда Гинзбург сказал знаменитую фразу, что: “Чтобы получить Нобелевскую премию надо жить долго”.
Ну, и вот. Возникла эта вихревая решетка Абрикосова. В оригинальной работе Абрикосова, правда, есть небольшая неточность. Абрикосов, получив решение уравнения Гинзбурга – Ландау, считал, что решетка будет квадратной. А она на самом деле треугольная. Все равно получил, что она будет. Просто треугольная еще выгоднее, чем квадратная. Великая работа, но мелочь. В 1967 году эту решетку вывели экспериментально. Там эти самые стружечки, задекорировали сверхпроводящую пленку, посмотрели, сфотографировали. Там треугольная решетка. Эта фотография очень часть в учебниках по сверхпроводимости есть.
Ну, и возникла эта сверхпроводимость второго рода. Все это развивалось. Но микроскопическая природа сверхпроводимости была неясна. Все эти работы Гинзбурга, Ландау, Абрикосова, они очень много дали для описания сверхпроводимости, но не объяснили явления на микроскопическом уровне. А экспериментаторы продолжали работать. Их цель была понять, откуда берется кристаллическая решетка, электрон и все такое прочее. В 1950 году английские экспериментаторы Максвелл и Рейнольдс сделали очень важный эксперимент. Они замерили, как зависит температура сверхпроводящего перехода от массы атома. Ну, мы все знаем из школы, что есть изотопы, обладающие одинаковыми химическими свойствами, но разной массой. Так вот, они приготовили четыре образца, по-моему, ртути. А ртуть хороша тем, что у нее много стабильных изотопов. Но, чтобы приготовить образец из не самого распространенного изотопа, надо сначала этот изотоп набрать, в природе его мало.
Сделать четыре образца из разных изотопов ртути, это само по себе сложная задача. И они померили температуру сверхпроводящего перехода в зависимости от массы атома. И выяснили потрясающую вещь. Оказывается, температура сверхпроводящего перехода зависит от массы атома. Не электрона, а атома. Ртуть, она тяжелая. Таким образом, стало ясно, что сверхпроводимость связана с динамикой кристаллической решетки. Электроны каким-то образом завязаны на решетку в том смысле, что от массы атома зависит температура перехода. Это был, так называемый, изотопический эффект открыт. Он очень много прояснил в физической природе сверхпроводимости. Стало ясно, что электроны каким-то образом взаимодействуют с кристаллической решеткой, это взаимодействие является ключевым.
В том же 1950 году английский физик Фрелих написал теоретическую работу. Где рассмотрел такую вещь: бежит электрон по кристаллической решетке и второй электрон бежит. Оказывается, если учесть взаимодействие электрона с кристаллической решеткой, то между электронами возникнет слабенькое притяжение. Вообще-то они отталкиваются, у них одинаковый заряд. Но за счет взаимодействия с решеткой может возникнуть слабенькое притяжение. Вот эта картинка, она яркая, иллюстративная. Вот справа бегут электроны, один бежит, за ним другой. Один деформирует решетку, собирает, поскольку он отрицательный, к себе плюсы. А собранные плюсы, это положительный заряд. Второй туда тоже стремится попасть. Эта картинка замечательная, она совершенно неправильная, но многое объясняет. Физические явления более сложные, а на таком уровне многое позволяет понять. Фрелих сделал работу, где показал, что между электронами в кристаллической решетке существует некое эффективное притяжение. А отталкивание между электронами, оно не побьет это притяжение? Тем более, что притяжение слабенькое, а отталкивание сильное. Электрон, как известно, самая заряженная частица в мире, у него отношение заряда к массе в 2 тысячи раз больше, чем у протона.
Можно показать, что Кулоновское отталкивание является превалирующим, но есть диапазон расстояний, где вот это сильней. Там, где Кулон уже ослаб, а вот это продолжает работать. А в металлах кулоновское взаимодействие всегда ослабляется потому, что электрон движется в проводящей среде и там возникает явление экранировки. Которое рассмотрел в начале XX века Петер Дебай в связи с электролитами. Ну, и было известно, что если вы поместите два заряда в проводящую среду, то эта проводящая среда заэкранирует эти заряды и они перестанут друг с другом взаимодействием. Это, так называемая, Дебаевская экранировка. К электронам это в полной мере применимо. После того, как электроны по Кулону взаимодействовать перестанут из-за экранировки, вот это притяжение останется.
В любом учебнике по квантовой механике написано, что если есть два притягивающихся объекта, две квантовые частицы, они не образуют молекулу или связанное состояние, если это притяжение достаточно слабое. Известный факт. В квантовой механике, решая эти задачки, трехмерная потенциальная яма, и получается, что если яма достаточно глубокая и широкая, то будут связанные состояния. А если недостаточно глубокая, то ничего и не будет. И вот тут американский физик-теоретик Купер делает открытие. Он рассматривает взаимодействие двух электронов. Оказывается, что между электронами сколь угодно слабое притяжение может привести к образованию связанного состояния. То, что потом назовут Куперовской парой. В данном случае, когда электроны находятся в металле, они могут образовать связанное состояние. И тогда, чтобы разорвать два электрона, нужна будет конечная энергия. А то, что там какая-то пороговая энергия есть, это было установлено чуть ли не в довоенное время. К этому имели отношение братья Лондоны. В общем, там есть какой-то энергетический интервал, который нужно перепрыгнуть, чтобы сверхпроводимость разрушилась.
У Купера явление оказалось настолько неожиданным, оно не экспериментальное, а теоретическое, его принято называть “феномен Купера”. Теоретический результат называют “феноменом Купера”, настолько это было неожиданным. Практически сразу три крупных американских теоретика, Бардин, Купер и Шриффер, пишут статью, где объясняют сверхпроводимость вот таким образом. За счет Фрелиховского притяжения электроны образуют связанные состояния, Куперовские пары. При этом Куперовские пары устроены так, что они друг с другом хорошо взаимодействуют. Причем, чем больше Куперовских пар, тем больше выброс энергии каждой Куперовской пары. Это сложная теория.
Статья Бардина, Купера, Шриффера, она десятки страниц. Вообще в научных журналах статьи на десятки страниц публикуются редко. Она на русском языке была издана чуть ли не в том же 1957 году. Очень длинная статья. Это действительно очень сложная физика, но, тем не менее, сухой остаток такой. При низких температурах электроны, вместо того, чтобы двигаться через решетку поодиночке, образуют Куперовские пары. А Куперовские пары образуют гигантскую молекулу, так называемый, конденсат. Сверхпроводящий конденсат. Это и есть те сверхпроводящие электроны, о которых в двухжидкостной модели объявили Гортер и Казимир. А те, кто в конденсат не попал, это нормальные электроны, которые фигурируют в двухжидкостной модели.
Чтобы вырвать из конденсата электрон, необходимо потратить конечную энергию. Все мы знаем, что если градусник разбился, то ртуть вытекла на пол. Но она не разлилась как вода, а она в шарике. То есть, атомы ртути притягиваются друг к другу сильней, чем к атомам пола. Поэтому они в шарике. Шарик катится по полу, чтобы его поймать нужно два листа бумаги и долго за ним гоняться. То есть, он движется по полу практически без сопротивления. Почему? Им вместе хорошо, атомам ртути, а атому пола для них чужие, они к ним не прилипают. В результате возникает такое хорошее движение по твердой поверхности. Вот электроны в кристаллической решетке при низких температурах образуют примерно то же самое. Возникает гигантский ансамбль электронов, в котором можно выделить Куперовские пары. Куперовские пары взаимодействуют друг с другом, стабилизируют друг друга. Как в фазовом переходе, один спин “заторчал”, соседей потянул туда же, все поддерживают друг друга в этом направлении. Также и здесь. Куперовские пары поддерживают друг друга в точке образования этих Куперовских пар. Получается большой выигрыш в энергии. Значительно больший, чем если бы пара была одна. Вот в феномене Купера пара была одна. А в теории Бардина – Купера - Шриффера целый гигантский ансамбль. И этот гигантский ансамбль может идти сквозь решетку без сопротивления потому, что на вырывание отдельных электронов из этого ансамбля должна быть затрачена конечная энергия. И до некоторых скоростей ему выгоднее бежать как целому, чем терять, как говорится, бойцов по дороге.
Сергей Ивановский. А вот вопрос. По какому принципу одни электроны образуют пары, а другие не образуют?
А.И. Соколов. Дело в том, что здесь речь идет только об электронной проводимости. То есть, тех электронах, которые в металле обеспечивают электропроводность. Это не те электроны, которые в атоме на внешних оболочках. Теперь так. То, что я рассказал, это верно при нулевой температуре. Теперь давайте греть проводник. Что произойдет? За счет тепловых флуктуаций из этого конденсата начнут испаряться отдельные частицы. Потому, что есть конечная энергия тепловая. При низких температурах для некоторых электронов ее хватит, чтобы оттуда испариться. Будет очень напоминать жидкость, а над ней насыщенный пар. Кто-то вырвался, остальные в жидкости, но немножко воздух влажный на поверхности. При конечной температуре вот такая история. Если я начинаю греть сверхпроводник дальше, то все больше испаряется. А чем меньше Куперовских пар осталось, тем хуже они друг друга стабилизируют. Поэтому процесс идет лавинно, по нарастающей. Чем я сильнее подогрел, тем менее устойчивым стал этот сверхпроводящий конденсат. Тем быстрее с ростом температуры он подвергнется полному разрушению, которое происходит при критической температуре. При критической температуре все электроны станут нормальными, а ниже критической температуры часть сверхпроводящие, часть нормальные. Сверхпроводящие, это кто в конденсате, а нормальные, кто испарился.
Сергей Ивановский. Это всегда при определенном значении числовом температуры?
А.И. Соколов. У каждого сверхпроводника есть своя критическая температура. Если материал без примесей, то температура определяется очень точно. Вот, например, изотопический эффект почему удалось установить? Потому, что температура сверхпроводящего перехода в ртути померили с точностью до четырех разрядов. Там разница в третьем-четвертом разрядах, это надо было еще выловить. В материалах неоднородных бывают размазанные переходы. Это целая наука, там конечно не так. А в модельных, чистых материалах, это строго определенная температура. Она определяется степенью силы взаимодействия электрона с решеткой, много чем.
И тут стало понятно, почему хорошие проводники не любят быть сверхпроводниками. Что такое хороший проводник? Электроны в нем с решеткой взаимодействуют слабо. Раз взаимодействуют слабо, образование Куперовских пар не будет происходить. Поскольку сила электронного взаимодействия слишком маленькая. А плохой проводник, это когда электрон с решеткой взаимодействует сильнее. Но это значит, что Фрелиховское притяжение будет происходить, оно будет более эффективно. Стало понятно, почему плохие проводники, это хорошие сверхпроводники и наоборот. Наука это объяснила.
Ну, и были количественные параметры получены. В теории Бардина – Купера – Шриффера есть формула, она позволила дать явное выражение для температуры перехода. И связывает щель в спектре возбуждения, та энергия, которая необходима для разрыва одной Куперовской пары, с температурой перехода. Теория дала конкретные предсказания. Вот эти цифры: 1,14, 3,53. Это можно было проверить в эксперименте. В эксперименте была известна и температура перехода и, с помощью измерений, была известна щель в спектре. И вот эти 3,53 воспроизвелись с очень хорошей точностью. У разных материалов эта цифра оказалась от 3,5 до 4,5.
Сергей Ивановский. Если у нас сейчас формула есть, может быть мы ее немного прокомментируем.
А.И. Соколов. Формула в этом нуждается. Что входит в выражение температуры перехода? Вот “H”, “Омега” Дебаевская делить на “k”, это мера жескости кристаллической решетки. По-ученому она называется температурой Дебая, а фактически это мера жесткости, насколько жесткой является кристаллическая решетка. Чем жестче решетка, тем больше эта величина и при прочих равных условиях выше температура перехода. Дальше стоит экспонента, в показателе которой стоит “минус единица” делить на “g”, это константа электронного взаимодействия. Чем сильнее электронная связь, тем больше температура перехода. Экспонента хитро устроена. Эта формула сама по себе конструктивна, сюда можно подставлять цифры, сравнивать с экспериментом, что и было сделано. Но еще она показывает, почему так долго теорию сверхпроводимости не могли воздать.
Вся теоретическая физика, как говорят язвительные люди, стоит на теории возмущения. В металлах взаимодействие электронов с колебаниями решетки очень слабое. По нему очень часто строят разложения, используют как малые параметры. Здесь тоже есть малые параметры, это “g” намного меньше единицы. Но стоит оно в такой нехорошей функции, что оно в ряд не разлагается. Эта экспонента такой хрестоматийный пример, что график нарисуешь, вроде ничего плохого, а когда начнете разлагать, у вас все коэффициенты разложения получатся нулями. Это называется “особая точка”, функция называется “неаналитической”. Оказалось, что в теории сверхпроводимости малая константа входит, вроде, и не сложным образом, но теорию возмущения построить нельзя.
А по поводу теории возмущения есть старая шутка, что физик-теоретик, когда его просят рассчитать устойчивость стула на четырех ножках, быстро приносит ответы, касающиеся устойчивости стула на одной ножке и бесконечном числе ножек. А потом всю жизнь уточняет устойчивость стула на четырех ногах. Это об отношении к методу малого параметра. Это как раз тот случай, кода не сработал. Поэтому потребовались интеллектуальные усилия могучих людей, которые с этой задачей справились. Кстати, один из авторов теории сверхпроводимости, Бардин, единственный за всю историю Нобелевских премий, дважды лауреат Нобелевской премии по физике. В статусе написано, что два раза не давать, но для него сделали исключение. Это вторая его Нобелевская премия, а первая за создание транзистора. Согласитесь, что не зря пошли на нарушение статуса.
Ну, и вот. Возникла теория, она объяснила свойства очень многих низкотемпературных проводников. Кое-какие были наметки, где искать новые проводники. Вот эта “H”, “Омега”, которая там стоит, говорили: “Ребята, эксплуатируйте жесткие решетки”. То есть, возьмите кристаллы, у которых очень твердая, очень жесткая решетка. Ну, алмаз не проводит, там электронной проводимости нет. Стали предлагаться разные способы повышения критической температуры. Возник некий теоретический бум. Когда статьи, что нужно искать в квази одномерных соединениях, слоистых. Идей было очень много. В предложении этих вещей активное участие принял Виталий Гинзбург.
В 1958 году американский теоретик Нейл Ашкрофт, это известный человек, высказал интересную идею: “Давайте мы попробуем сверхпроводимость сделать из водорода”. Сверхпроводящим сделать водород. Водород твердым бывает? Бывает. Охладите до 14 градусов Кельвина, будет кристалл. Но он не металл, там молекулы объединяются в кристалл, не превращаясь в отдельные атомы. Как его сделать металлическим? А надо сильно надавить. Если вы подвергнете его очень сильному давлению, вы раздавите эти молекулы, и он станет атомарным. Он где у нас? В первой колонке таблицы Менделеева. Он станет проводником и можно посмотреть насчет сверхпроводимости. Посмотрели. Выяснили, что жесткость решетки у него значительно больше, чем у алмаза. То есть, вот эта “H”, “Омега” должна быть чуть ли не 3 тысячи градусов. И эта константа “g” не должна быть очень маленькой.
И была мысль поискать сверхпроводники среди металлического водорода. Теоретики стали обсчитывать все то, что касается жидкого водорода. А как теоретики обсчитывают? Решают уравнения квантовой механики для разных возможных фаз. То есть, кристаллических решеток. Кубическая, гексагональная, их там 14 штук обсчитали. При этом выяснилось, что из 14 обсчитанных структур, у 6 оказались очень близкие энергии. Непонятно, что выберет мать-природа, эти все конкурентоспособны. А точность расчета, это было в 1970, примерно, году, была такая, что между ними не определишь, кто получится. Но это еще ладно. Расчеты показали, что для того, чтобы получить этот металлический водород, как его назвали, необходимы большие давления. В каком диапазоне? От 500 тысяч до 5 миллионов атмосфер. Для экспериментатора это колоссальная разница. Прессов таких, чтобы создать такое давление... Не усилие. У нас был самый мощный пресс, там 75 тысяч тонн. Делали центропланы, самолеты “Антей”. С прессами все было в порядке и у нас, и в Америке. Но надо было давление создать, именно давление, а не силу. А это очень трудно, поскольку при таких давлениях. Текут все материалы, включая алмаз.
Тогда возникла такая мысль: “Давление надо создать на очень короткое время. Может быть, металлический водород станет стабильным”. Как бриллиант. Бриллиант и уголь – одно и то же. Уголь стабильный. Бриллиант метастабильный. Никто не видел как кулон у дамы превращается в графит. Потому, что он метастабильный. Он очень стабильный, очень устойчивый, у него время жизни миллионы лет. Давайте с водородом попробуем, сожмем на миллисекунды, он станет металлическим, потом отпустим, может он таким останется. Как можно провести такой эксперимент? Капсулу с водородом поместить внутри бомбы и рвануть на полигоне. Это реально делалось. Это делали американцы. Рванули, пошли искать, ничего не нашли. Металлический водород не получился.
Поработали, поискали и это дело пошло на убыль. И поиск материалов сверхпроводящих, он продолжался долгое время, постепенно интерес к этому делу угасал. Потому, что ничего не получалось. И последняя конференция, которая проводилась перед 1986 годом, знаковым годом для этого дела. Она ознаменовалась тем, что впервые на конференциях по физике низких температур в секции сверхпроводимости оказалось докладов меньше, чем в других секциях. До этого сверхпроводимость, это было основное. А тут было видно, что интерес падает даже количественно. Докладов становится все меньше и меньше. Инженеры делают свое дело, делают сверхпроводящий кабель, электромагниты. Это все делается. А вот с материалами полный швах. Ну, и тут грянула октябрьская революция 1986 года. Это была третья октябрьская революция. Первая в 1917 году. Вторая революция произошла в 1974 году, когда открыли четвертый кварк. Четвертый кварк очень хотели теоретики, экспериментаторы его, наконец, открыли. Остроумные американцы тут же назвали это “октябрьской революцией”. А тут третья революция, в октябре 1986 года. Швейцарский физики Беднорц и Мюллер публикуют работу, где они открыли сверхпроводимость при температуре почти 40 градусов.
Но перед тем, как рассказать об этой замечательной истории, я немножко... Когда Бардин, Купер, Шриффер написали свою теорию, вдруг выяснилось, что Николай Николаевич Боголюбов, наш физик и математик, выдающийся человек, еще в 1947 году придумал некие u-v преобразования, некую математику, которая позволила построить теорию слабонеидеального бозе-газа. Боголюбов получил, что спектр возбуждения в сверхтекучем слабонеидеальном газе такой, какой нужен был Ландау для объяснения сверхтекучести на основании двухжидкостной модели. И как только Бардин, Купер, Шриффер привели свою теорию, Боголюбов мгновенно предложил вариант сверхпроводимости более простой, на основании этого u-v преобразования. Работа появилась практически сразу же. В том же 1958 году была издана книжка. Она тоненькая, но очень содержательная, которая так и называлась “Новое в теории сверхпроводимости”. Это было замечательное достижение, оно было отмечено Ленинской премией. Николай Николаевич замечательный человек, он очень много сделал в теории частиц. И в математике. Это была замечательная личность. И он предложил свой вариант теории, u-v преобразования признаны, известны за границей, называют иногда преобразованием Боголюбова-Намбу, по имени японского ученого, который тоже нечто подобное предлагал. Наша физика теоретическая была готова к этому, это очень важно.
В 1930-е годы экспериментальная физика была готова к тому, чтобы продолжить изучение низкотемпературных явлений. Уже были созданы лаборатории. А теоретическая физика была готов не то, что воспринять результат. Наши многое сделали, уравнения Гинзбурга – Ландау, они до сих пор широко применяются. Теория БКШ (теория Бардина, Купера, Шриффера) их не отменила, она их обосновала. Один из сотрудников Ландау, Лев Петрович Горьков доказал в 1958 году, что из теории Бардина – Купера - Шриффера следует теория Гинзбурга – Ландау. В этом смысле наша наука оказалась готова к этому делу и внесла очень серьезный вклад во все эти вещи.
Ну, а в 1986 году грохнуло, что называется. Это было замечательное время, и я его хорошо помню. Тут надо открыть... Где-то у нас были Беднорц и Мюллер, вот они, да. И первый график экспериментальный: зависимость определения температуры. Сверхпроводимость начинается в районе 30 градусов. Это были первые материалы, неоптимальные. Потом, когда заменили барий на стронций, сразу температура стала 38-40 градусов. Сверхпроводимость была обнаружена в материале совершенно не имевшем отношения к сверхпроводникам. Это были тройные оксиды. То есть, смесь, буквально в ступке толкли, потом спекали в печке. Получалась керамик довольно неказистого вида. Как кирпич, только черная. Оказалось, что у нее сверхпроводимость при очень высокой температуре. И буквально через несколько месяцев американский материаловед Пол Чо сообразил, что и где надо заменить, чтобы температуру перехода поднять до 90 градусов. То есть, получился сверхпроводник, известный как YBCO, YBa2Cu3O7-“дельта”, у которого температура перехода была 90 градусов.
90 градусов, это выше температуры кипения азота. А азот, он не просто дешевый, он бесплатный. Потому, что жидкий азот получается по ходу получения жидкого кислорода. Жидкий кислород нужен для металлургии, а жидкий азот вы выливаете как побочный продукт получения жидкого кислорода. В советское время жидкий азот стоил 14 копеек за литр. Почему-то было модно сравнивать с ценой пива. Кружка пива стоила 22 копейки. Ну, и поскольку эта керамика очень хорошо приготовлялась, у нас тоже получили. Время немножко напоминало революционное, но там все не с маузерами бегали, а каждый человек носил в кармане пиджака таблетку YBaCu..., сверхпроводящую, а в другом маленький магнит. Человек приходил в лабораторию, где был жидкий азот. Жидкий азот наливали в чашечку, он клал туда таблеточку и демонстрировал эффект гроба Магомета. Есть даже запись, когда академик Гинзбург наблюдает как магнитик висит, и там промежуток между ним и сверхпроводящей таблеткой. Это было замечательное время.
Возникло огромное число предложений как использовать. Тут и поезда на магнитной подушке. Сгоряча в Японии приняли решение, что одна из линий Токийского метро будет на магнитных подушках. Все бегали с радостными лицами. В Японии, говорят, даже стали выпускать наборы типа детского конструктора. Где были окись бария, окись иттрия и окись меди, ступка и пестик. Ты мог дома растолочь. А температура спекания 500 градусов, не очень большая. И ты мог получить сверхпроводник дома. Это очень сильно прибавило оптимизма тем, кто занимался сверхпроводимостью. Это, кроме того, побудило правительства разных стран выделить деньги на науку. Были программы организованы. Так, что действительно это была революция, без кавычек. Физики за счет этого дела хорошо довольно финансировались. Знаете, три индийских мудреца, слепых, потрогали слона. Один сказал, что слон похож на колонну. Другой, что на веревку. Третий, что на тряпку. Так и в физике. Имеют отношение к сверхпроводимости те, кто ей никогда не занимался.
Да, на этой картинке показано, как росла температура перехода. Все это буквально в течение года происходило. Были получены сверхпроводники с температурой 108 градусов, потом 125, потом 133. Вот это соединение, куда входит ртуть. Интересно, с ртути началось, ртутью в каком-то смысле закончилось. И первым соавтором в этой работе, где были открыть соединения на основе ртути, был наш химик Антипов. В этом деле поучаствовали и наши в том числе. Это соединение, там длинные формулы, если его поджать до давления несколько сотен тысяч атмосфер, то температуру можно поднять до 164 градусов. Это минус 100 с небольшим градусов Цельсия. На Земле такой температуры нет, но уже близко. Дальше началось изучение этого явления, в том числе теоретическое. Пытались понять, с каким механизмом сверхпроводимости связано это явление.
Тут выяснилась одна неприятная вещь. Если в старых сверхпроводниках было ясно, что механизм один, взаимодействие электронов через колебания решетки, то здесь выяснилось, что одного такого механизма не вычленить. Все эти материалы оказались с очень сложной диаграммой. То есть, рядом со сверхпроводимостью там жил антиферромагнетизм. Немножко изменяется содержание одной из компонент, и материал перестает быть сверхпроводящим, он становится антиферромагнитным. Это очень плохой знак потому, что теорию можно построить тогда, когда у вас есть относительно простая модель. А когда у вас конкурирует несколько факторов. Взаимодействие электронов с решеткой, взаимодействие электронов друг с другом, взаимодействие спинов друг с другом, много всего. Здесь теории не построить, слишком многофакторная задача. Наш физик Яков Ильич Френкель говорил, что: “Что хорошая теория подобна хорошей карикатуре”. Карикатура отбрасывает все несущественное, но когда карикатуру нарисовали, и вы человека узнали, значит, художник главное схватил. Вот теория тоже должна ухватить главное, но когда этого главного не одно, а три, все.
Экспериментаторы изучали очень детально эти материалы. Они изучили изотопический эффект по всем входящим сюда соединениям. То есть, добавляли изотопы иттрия, добавляли изотопы меди, добавляли изотопы кислорода. И выяснилось, что от Бардина – Купера – Шриффера это страшно далеко. Разные другие вещи делали. Современная экспериментальная техника позволяет делать потрясающую вещь. Эти материалы слоистые. Сегодня технологи умеют наносить слой за слоем и смотреть, что происходит. Один слой нанесли – померили температуру перехода. Атомарный слой, 11 ангстрем. Три слоя – померили. Четыре слоя – померили.
Сергей Ивановский. То есть, каждый слой, это 11 ангстрем.
А.И. Соколов. В данном случае 11 ангстрем. Решетка очень сложная на самом деле. Она типа перовскита. Расстояние между соседними атомами 2-3 ангстрема.
Сергей Ивановский. То есть, несколько атомов в высоту.
А.И. Соколов. Да. В интернете всего этого очень много, всегда можно посмотреть. То есть, экспериментаторы детально изучили все. Вывод был такой: существует много теорий, ни одна из них не описывает всего. Но когда не одна теория, а несколько, значит, теории нет. В физике твердого тела, это не первый случай. Есть еще одна наука, про, так называемые, спиновые стекла. В 1970-е годы были предложены модели, до сих пор ответов нет. А те спиновые стекла на прокатных станах ленту магнитную катают в промышленных количествах. Но теории спиновых стекол до сих пор нет. Очень сложная задача для теоретиков. Некоторые вещи поняты. Размер Куперовской пары, расстояние между электронами, оно оказалось очень маленьким. В обычных сверхпроводящих металлах Куперовская пара примерно 100 атомных расстояний. То есть, электроны летают в Куперовской паре, а между ними примерно еще миллион электронов. Здесь Куперовская пара в плоскости размером примерно 10 ангстрем. То есть, пара тесная, вроде как, жесткая. В обычной теории сверхпроводимости Бардина – Купера – Шриффера обратный размер этой Куперовской пары используется как малый параметр. А поскольку он огромный, теория хорошо работает. А здесь не за что зацепиться.
Материалы существуют, есть примеры из применения. Уже разработаны сверхпроводящие провода из высокотемпературных проводников второго, чуть ли не третьего, поколения. Это дело применяется для электроники, кое-где даже для механических устройств. Там есть фотография механического подшипника, который работает на эффекте “гроба Магомета”. Это подшипник, где вал крутится внутри отверстия, не касаясь его. За счет отталкивания магнитного потока. В Америке, где-то на Лонг-Айленде, есть кусок линии электропередач, в котором используются эти провода. То есть, вот такие вещи есть. Это не получило того распространения, которое ожидалось в 1987 году. Эти открытия подстегнули эксперименты в области низких температур вообще. И по ходу дела были открыты совершенно неожиданные вещи. Здесь диаграмма, которая показывает, как температура перехода менялась с годами. Вот, видно взлет до 160 градусов.
Сергей Ивановский. Перебью, здесь есть и 203.
А.И. Соколов. Об этом разговор впереди. Коротко я об этом скажу. Это достижение самых последних лет, 2015 год. По ходу дела были открыты новые модификации углерода. Это никак не связано с этим делом. Был открыт фуллерен, это молекула углерода, в которой 60 атомов, которая имеет форму футбольного мяча. Причем футбольный мяч напоминает буквально, там пятиугольники и шестиугольники. Возьмите футбольный мяч и число точек, где сшиваются эти кусочки, пятиугольники, шестиугольники, посчитайте, будет 60. Были получены фуллерены, потом были получены из них кристаллы. Кристалл получается довольно рыхлый, между этими шариками довольно много пустого места, диаметр шарика 7 ангстрем. Поэтому этот кристалл очень хорошо легируется с атомами щелочных металлов. Можно напихать туда по три атома на каждую молекулу. Соединение K3C60, Rb3C60. Оказалось, что если легируется кристалл с щелочными металлами, то он будет проводить, а при температурах около 30 градусов Кельвина – сверхпроводить. То есть, если бы их открыли немного раньше, они были бы рекордсменами по температуре. Но фуллерена немного не повезло, их позже открыли, хотя невероятно интересный материал. Открытие графена, Гейм – Новоселов, Нобелевская премия. Ну, и по ходу дела еще были сделаны важные открытия. В 1993 году получено ртутное соединение, четверной окисл ртути. А дальше температура не повышалась.
В самое последнее время... Я когда увидел эту работу, я увидел ее не в журнале, а в электронном архиве Los Alamos National Laboratory. Сейчас есть интересная форма обмена информации. Есть электронный архив, куда вы просто выкладываете вашу работу. И робот фиксирует не просто дату положения этой статьи, а час, минуту и секунду. Это хорошая авторская заявка. Это документ, это лежит сразу на 20-30 серверах. Там есть дата отправки, ваша фамилия. Это не публикация в журнале, тем не менее, многие ссылаются на эти работы. Кстати, работа Перельмана с открытием математическим была опубликована в электронном архиве. Статью, где впервые была обнаружена сверхпроводимость при 203 градусах Кельвина, я увидел в электронном архиве, вот этих авторов, Антипов Е. В., Еремец М. И. Я посмотрел, ну, не журнал, архив. В архиве все может быть. Странно, 203 градуса. Я не знал об этом человеке ничего, я не слежу за работами по сверхпроводимости. Я здесь выступаю не в качестве эксперта, а качестве дилетанта-любителя. Сверхпроводимость, это не моя профессия. Ну, интересно, цифры потрясающие, но это все так, кто его знает. А потом эта работа вышла в журнале “Nature”, где очень жесткое рецензирование. Это очень элитный журнал, попасть туда невероятно сложно. У него исключительно высокие рейтинги цитирования и так далее. И потом это подтвердили во многих лабораториях.
Михаил Иванович Еремец имеет установку, которая может создать максимальное давление, единственную на Земле, 4,4 миллиона атмосфер. Меньшее давление освоено в нескольких центрах. Эти результаты были подтверждены. Я потом посмотрел его результаты предыдущие и выяснил, что он шел к своей цели очень долго. Это очень крупный физик-экспериментатор. Он родился в городе Пинске, на территории Советского Союза. Окончил Московский физико-технический институт. 20 лет отработал под Москвой в Институте физики высоких давлений. У него была научная группа, научный коллектив. В начале 1990-х он уехал на Запад. В нескольких разных местах работал. Попал в университет города Майнца в Германии, где создал свою группу и начала проводить целенаправленные исследования по высоким давлениям и сверхпроводящим материалам. Им удалось реализовать эту идею о том, что диэлектрик, молекулярный кристалл, можно додавить до металлического состояния. С водородом это не очень получалось, а вот много других материалов они додавили до металлического состояния. И вот эти работы шли 15 лет примерно.
Эта идея, про металлический водород, была реализована отчасти. Взяли не сам водород, а материал, который содержит много водорода. Таким оказался сероводород, H2S. Его додавили до давления в 2 миллиона атмосфер. И была обнаружена сверхпроводимость вплоть до 200 градусов Кельвина. Эта работа для меня пример научной обстоятельности, научной дотошности, научной солидности. Они не просто объявили об открытии сверхпроводимости. Эти графики и кривые показывают с самых разных сторон. Вот, на следующем слайде, обратите внимание. Вот кривая слева, это зависимость намагниченности от магнитного поля. Вот посмотрите, сначала намагниченность идет в минус, это эффект Мейснера, потом возникаем Шубниковская фаза. Чем температура ниже, тем эффект Мейснера сильнее. И вот здесь он совсем пропадает, это значит, что вещества переходит из сверхпроводящей фазы в нормальную. Они не только открыли сверхпроводимость здесь. Они еще поставили эксперимент на дейтерированном сероводороде. Если меняется масса атома, меняется температура перехода. А между дейтерием и водородом разница в 100 процентов. Не какие-то, как у ртути, десятые доли. Дейтерий тяжелей водорода в два раза. Заменили. И выяснилось, что вот температура для перехода сероводорода натурального, а вот для дейтерированного. Это полтора миллиона атмосфер. Сверхпроводимость есть и там, и там. А потом все катится в разные стороны, сверхпроводимость пропадает. Это замечательная работа.
Возможно, это новый этап. Вот это, может быть, открывает некий этап в развитии сверхпроводимости. Дело в том, что 203 градуса по Кельвину, это минус 70 градусов по Цельсию. А минус 70 градусов бывает на Земле. В то же время, это иллюстрация того, что происходило с нашей наукой в последние годы. Табличку верните, там авторы этой работы. Обычно бывает как? Русских много уехало ученых за границу по понятным причинам. Обычно русских один-два, в основном иностранцы. То есть, они вливаются в западные коллективы и там работают. А теперь я специально привел список авторов: Дроздов, Еремец, Троян, Ксенофонтов, Шилин. В этой работе вообще все наши, но работают они в Германии и получают там рекордные результаты. Это результат научной политики 1990-х годов. Это трагедия нашей культуры, нашей науки. Это лишняя иллюстрация всего, что произошло.
Не хотелось бы на этой минорной ноте заканчивать. Еремец продолжает работать по части поиска металлического водорода. И последняя его работа, вот самый последний слайд. Видите? “Металлический водород-2016?” Они дожали капсулу с чистым водородом до давления около 3 миллионов атмосфер. Посмотрите, как интересно. Вот была проводимость, как функция давления. Вот сопротивление. А тут скачок на четыре порядка. Очень похоже, что это переход в металлическую фазу. Может быть, они уже видят металлический водород, то, что предсказывали теоретики в 1968 году. Вот эта работа лежала в электронном архиве, она там возникла более полутора лет назад, но в журналах ее нет. Возможно, это связано с какими-то возражениями рецензентов и так далее. Вот работа про сверхпроводящий сероводород появилась довольно быстро. А эта до сих пор лежит. Возможно, там нашли дефекты, недостатки. Может, идет дискуссия с другими экспериментаторами. Не знаю в чем дело. Поэтому я поставил вопросительный знак. Притом, что сама группа, это очень достойные люди, очень на серьезном уровне работают. И их результаты говорят о том, что это крупные научные достижения.
Ну, вот. Возможно, это новый старт. Возможно, это очередной старт перед дальнейшими разочарованиями. Но работы ведутся. Интерес к сверхпроводимости по-прежнему достаточно обозначенный, видный. Это интерес не только потому, что мы, может быть, из сверхпроводящих электродов и проводов будем делать поезда на магнитной подушке, а поезда на магнитной подушке есть. В Китае знаменитый поезд ходит от Шанхая до аэропорта, сама по себе замечательная вещь. Поезд развивает скорость, по-моему, до 470 километров в час, а длина пути 30 километров. Зачем им это надо? Разогнался и остановился. Тем не менее, техническое достижение, которое внедрено в быт, это очень важно. Возможно, и такое наступит, пока гарантий никаких. Но то, что все эти работы очень сильно продвигают экспериментальную технику и теоретическую физику, это безусловно. И в этом смысле это само по себе событие важное, отрадное, вселяющее оптимизм.
Сергей Ивановский. Думаю, на этой ноте можно завершать сегодняшнюю беседу. Мне лично ничего добавить нет возможности. Очень интересно. Потому, что я практически нечего из этой области не знал.
А.И. Соколов. Я рад, что что-то новое, интересное удалось рассказать. Мы в каком-то смысле восполняем пробел, который существует в наших массмедийных средствах. У нас в телевизоре, в основном, кто там? Убийцы, бандиты, еще чего-то... А вот этому, мне кажется, тоже надо было бы уделять внимание.
Сергей Ивановский. И еще раз хочется такую мысль обозначить. Что вот у нас приходил профессор Григорьев, рассказывал о себе, что вы в прошлый раз рассказывали о своей жизни. Что было интересного в юности, в студенчестве. Позаниматься радиолюбительством, техникой. Мы договорились до того, что ребята, которые связаны с программированием, с IT, возможно, они те самые юные, светлые головы, которые смотрят на что-то техническое, на науку. Возможно, какие-то старты получат ребята, которым интересна физика. То ли в школах специализированных, то ли в ВУЗах. В ВУЗах всегда, мне кажется, студент, который пришел на кафедру и сказал профессору: “Можете меня чем-нибудь занять?” Он всегда будет принят.
А.И. Соколов. Конечно. Мне бы тоже хотелось на это надеяться. И то, что на предыдущую нашу беседу было такое количество откликов положительных. Меня это очень сильно вдохновляет. Это поднимает настроение. Видно, что молодежь растет правильная.
Сергей Ивановский. Кроме того, на камеру хотелось бы обратиться к людям, которые являются специалистами в своих областях, но пока до нас не дошли. Есть люди, которые нам мягко отказали, на камеру, в интернет выходить не хотели. Тем не менее, уважаемые граждане ученые, доценты с кандидатами, если вы не выйдете, то кто тогда выйдет, кто расскажет о том, как это было и как это может быть сейчас.
А.И. Соколов. Стоит упомянуть в этой связи. Есть голландский физик-теоретик Герард Хоофт. Это Нобелевский лауреат, один из создателей Теории элементарных частиц. Он вместе с профессором Вельтманом и академиком Фадеевым решили очень сложную задачу. Решение это открывает дорогу к построению современной теории элементарных частиц. Хоофт приезжал сюда, его спросили: “Вы сейчас профессор кем работаете?” Он сказал замечательную вещь: “Я работаю Нобелевским лауреатом”. В том смысле, что он ездит и читает лекции, он пропагандирует науку. У него все есть, мировая слава и так далее. Тем не менее, он считает своим долгом ездить по разным странам, желая общаться с людьми. Мне это очень симпатично. Кстати, Виталий Гинзбург активно популяризировал науку. Он писал статьи о науке вообще. О лженауке, он очень яростно с ней боролся. Это был великий гражданин и в этом смысле тоже. Буквально до последних дней своей жизни. Поддержка вашей мысли: “Ребята, приходите. Потому, что если не вы, то кто?”
Сергей Ивановский. Более того. Еще хочется подчеркнуть другую мысль. Люди, которые толковые в техническом плане, как правило, работают до глубокой старости. Потому, что мы в прошлый раз вспоминали профессора Вендика. Андрея Дмитриевича, он прошлый раз сидел на этом стуле, он в прошлом году отмечал 80 лет. Он продолжает теоретические работы свои в области магнитных полей, какие-то практические работы на заводе “Светлана”. Здорово, что люди работают. Но если бы люди еще рассказали о том, что они делают.
А.И. Соколов. Я вспоминаю еще одну вещь. Был такой физик-теоретик Ханс Бете. Он до 1945 года работал в Германии, а в 1945 году он уехал в Америку. И там проработал всю жизнь. Когда его спросили, почему он уехал в Америку, не остался в Германии, он в шутку сказал: “Мне здесь комфортнее, меня здесь никто не называет “герр профессор”. Он лауреат Нобелевской премии. Кстати, он один из тех, кто первым построил теорию излучения, догадался, что на солнце идут термальные реакции. Так вот, Бете прожил 99 лет. К нему пришел журналист, когда ему было 98, что-то так, и застал его за рабочим столом. Журналист сказал: “Профессор, Бете, вы до сих пор работаете?” Тот ему отвечает: “Конечно, я уже не так работаю, как в 90”. Помимо того, что он был одним из создателей современной квантовой теории поля... Кстати, теорию перенормировок впервые заложил Ханс Бете в 1947 году. Он на коленке в электричке выполнил первый расчет по перенормировочной схеме. Потом из этого была построена большая наука. Нобелевскую премию он получил не за это. В связи с чем я это вспомнил? Все говорили, что он до конца своих дней сохранял абсолютно ясную голову, к нему можно было прийти в кабинет, обсудить свою проблему. Он реально включался в чужую проблематику, давал дельные советы. Человек уходил, а он продолжал работать. Конечно, в 99 лет работать, это не каждому дано. Я узнал об этом из некролога, который был напечатан после смерти Ханса Бете. Прочитал и эти вещи мне очень запомнились. Ханс Бете первый, кто поздравил Кеннета Вильсона с получением Нобелевской премии. Это замечательный снимок, по-моему, там Бете радуется больше, чем Вильсон.
Сергей Ивановский. Ну, а мы на такой ноте раз уж завершаем, попросим Александра Ивановича к нам в следующий раз с новой темой.
А.И. Соколов. Спасибо за приглашение. Я, правда, пока не придумал, о чем я могу еще рассказать.
Сергей Ивановский. Ничего страшного.
А.И. Соколов. Подумаю. Спасибо, Сережа. Всего хорошего.
Сергей Ивановский. Спасибо.
Новости
VIP
