. Дубна: 1 oC
Дата 20.10.2020

Сегодня, когда в России отмечают 110-летие со дня рождения крупнейшего математика и физика-теоретика, создателя нескольких научных школ – академика Николая Николаевича Боголюбова, хотим напомнить о жизни и творчестве великого ученого словами его ученика и соавтора – выдающегося физика-теоретика академика Дмитрия Васильевича Ширкова. Публикуемый ниже текст Дмитрий Васильевич написал ровно лесять лет назад, в столетию академика Боголюбова.

В КОНЦЕ СОРОКОВЫХ

Первое мое впечатление от личности Николая Николаевича, или НН, как мы его за глаза называли, относится к весне 1947-го, когда Боголюбов стал читать на физфаке МГУ спецкурс по динамическим уравнениям статистической физики (его монография в этой области и еще одна работа по теоретической физике в том же году были удостоены Сталинской премии). В описываемый период он делил свое время между Институтом математики в Киеве и Московским университетом, профессором которого стал четырьмя годами ранее, сразу после возвращения из Уфы, где находился в эвакуации во время фашистского нашествия.

Небольшого роста, в элегантном сером костюме и галстуке-бабочке, «в меру упитанный мужчина в самом расцвете сил», в то же время подвижный и жизнерадостный, НН с энтузиазмом рассказывал материал. Было видно: и предмет изложения, и сам процесс общения со студентами доставляют ему удовольствие. Лекции он читал несколько необычно, не в принятой тогда на физфаке суховатой манере, что само по себе производило впечатление. Однако поначалу сюжет их не показался мне очень интересным (незадолго до этого был опубликован на русском языке отчет американского профессора Генри Смита об испытании атомной бомбы, и воображение было занято более «сокровенными» тайнами мироздания), но шарм молодого (ему не было и сорока), уже известного профессора, члена-корреспондента АН СССР, ясный и четкий стиль сделали свое дело, и я прослушал курс до конца.

В конце следующего года мой однокашник Валя Климов (Валентин Николаевич, с которым я проработал бок о бок у Боголюбова около пяти лет, впоследствии трагически погибший на Кавказе в снежной лавине) сообщил мне, что у НН появился небольшой теоретический отдел (как оказалось, по профилю атомного проекта) в Институте химической физики, и нужны дипломники.

Передо мной шеф поставил задачу упрощения кинетического уравнения для диффузии и замедления нейтронов. Это довольно звероподобное, интегро-дифференциальное уравнение для функции распределения даже в сферически-симметричной геометрии содержит три независимые переменные. В общем случае оно поддавалось лишь громоздкому численному счету. С моей теперешней точки зрения замечателен факт, что НН поставил трудный вопрос перед студентом и не дал пути решения. Проблема оказалась интересна технически и очень важна по существу — любое серьезное продвижение позволяло надеяться на существенную экономию в численных расчетах, что приводило к выигрышу во времени. Опуская детали, отмечу: за несколько месяцев я серьезно продвинулся в ожидаемых от меня результатах.

Наряду с этой, так сказать, основной деятельностью я стал посещать боголюбовский семинар в Математическом институте им. В.А. Стеклова. Тематика заседаний, проходивших раз в неделю, включала статистическую физику, а также квантовую теорию поля. Надо сказать, что в конце 40-х годов научные интересы Боголюбова сдвигались от статистической физики к теории частиц (такие повороты в исследованиях были очень характерны для него, когда он, решив сложную задачу до конца, охладевал к этой теме навсегда).

В 1948–1949 гг. Николай Николаевич с семьей жил в Киеве, а в Москву регулярно наезжал, останавливаясь в гостиницах. Его приезды и отъезды были небольшими праздниками, часто отмечаемыми в ресторанах, куда он приглашал всех своих сотрудников, включая студентов. Вообще НН, особенно в молодые его годы, был очень жизнелюбивым и дружелюбным человеком. Он любил радоваться жизни и разделять это чувство с другими.

Два главных впечатления от личности НН (глазами студента): преданность делу и высокая культура. Казалось, научные занятия составляют главный смысл его существования. Хорошо провести время для него означало хорошо поработать головой. Одно воспоминание по этому поводу из 1960-х. На мой вопрос к нему, только что вернувшемуся из санатория на Кавказе: «Как отдохнули, Николай Николаевич?», последовал ответ: «Отлично. Сделал две работы».

Общение с ним, рождавшее симпатию и невольное желание подражать, приводило к изменению шкалы жизненных ценностей — умственная деятельность становилась не просто на первое место, она приобретала исключительный приоритет.

Поражала меня, начитанного мальчика из профессорской семьи, и огромная эрудиция НН в вопросах истории, лингвистики и литературы. Эти впечатления возникали постоянно, вкрапливались в серьезные научные обсуждения, усиливались сатирическими аккордами. Его мудро-насмешливое отношение к жизни основывалось, так сказать, на незыблемых инвариантах. В то время как основным источником юмора у интеллигентной московской публики были творения писателей-сатириков Ильфа и Петрова, Николай Николаевич наизусть цитировал Салтыкова-Щедрина, римских авторов, все еще малоизвестного у нас французского писателя Жюля Ромена и др. Вечные мотивы и образы классиков в его устах вплетались как в простые бытовые ситуации, так и в неожиданные повороты мировой политики. Исходя из опыта общения с большим числом ученых, накопленного за более чем полвека моей академической жизни, теперь могу добавить: со временем это впечатление интеллектуальной исключительности Боголюбова только усилилось.

Описываемый период окончился весной 1950 г., когда нашу группу перевели из Москвы туда, куда, по образному выражению сатириков, «телят гоняет Харитон».

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ НА «ОБЪЕКТ»

В один мартовский день того года я был вызван в спецотдел, где услышал, что меня переводят из Института химической физики в распоряжение отдела кадров Лаборатории № 2 АН СССР — под таким названием в то время фигурировал теперешний РНЦ «Курчатовский институт». В данном случае Лаборатория № 2 была лишь прикрытием для Управления при Совете Министров СССР, ведавшего атомными делами. В отделе кадров этого учреждения меня ошарашили сообщением, что в недельный срок я должен уехать к новому месту работы. Его местоположение и даже расстояние от Москвы мне не сообщили …

Группа Боголюбова на «объекте» (так просторечиво именовали тогда Арзамас-16 — ныне Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики), куда меня доставили самолетом, поначалу состояла из Климова и меня. Организационно она входила в отдел Игоря Евгеньевича Тамма (академик с 1953 г., лауреат Нобелевской премии 1958 г.), где трудились Андрей Дмитриевич Сахаров (академик с 1953 г., лауреат Нобелевской премии мира 1975 г.) и Юрий Александрович Романов (позднее доктор физико-математических наук).

С лета 1950-го вновь прибывшим теоретикам отвели двухэтажный двухквартирный коттедж стандартной застройки. Наверху в двухкомнатных апартаментах каждой из половин поселились члены-корреспонденты АН СССР Тамм и Боголюбов. По комнате внизу занимали Сахаров, Романов, Климов и я.

Обитатели коттеджа вместе с несколькими молодыми теоретиками, размещенными чуть позже в гостинице, образовали неформальное бытовое объединение — у его членов был общий «пансион». Иногда для оптового «фуражирства» мы отправлялись по воскресеньям в большое село Дивеево вне Зоны. Выезд требовал разрешения и оформления пропусков. Воскресные базары были обильными, покупатели из Зоны не скупились, и в народе ходила молва о том, что «там, за загородкой» в экспериментальном порядке строят коммунизм.

Слухи слухами, для нас же «коммунизм» означал следующее. Рабочий день теоретиков регламентировал спецотдел. Все касающееся основной тематики, в том числе черновые записи и выкладки, допускалось заносить лишь в специально прошитые, пронумерованные постранично и скрепленные сургучными печатями именные тетради. Их, в свою очередь, помещали в спецпортфельчик, который в конце дня в опечатанном виде его владелец сдавал на хранение. После 18.00 и в выходные обдумывать и обсуждать служебные сюжеты приходилось лишь у доски в рабочем кабинете, а чаще во время прогулок в лесу, предварительно убедившись, что, кроме птиц, тебя никто не слышит. В таких условиях вполне естественно было заниматься по вечерам открытой наукой, особенно находясь под влиянием таких фигур, как Тамм и Боголюбов. Серьезно изучать квантовую теорию поля я начал как раз в те годы в свободное от основных дел время.

Возвращаясь к психологическим особенностям характера Николая Николаевича, отмечу, что он очень не любил лишних слов. Другим человеком такого же типа был научный руководитель «объекта» и Главный конструктор ядерного оружия Юлий Борисович Харитон (академик с 1953 г.). Когда у НН возникала надобность в его помощи или совете, шеф отправлялся к нему на прием и излагал суть вопроса. Как правило, Харитон ничего не отвечал и после легкой паузы переводил разговор на другую тему. Через несколько дней, при очередной встрече, он мог вернуться к вопросу и предложить решение. А мог и не вернуться. Для «закладки» информации в голову Харитона и постепенной кристаллизации решения НН использовал глагол «захаритонизовать».

Приведу эпизод из 1970-х годов со слов свидетеля сцены, ученика Боголюбова. Кабинет директора ОИЯИ. Секретарша докладывает Николаю Николаевичу, что к нему пришел и просится на прием академик N, директор одной из лабораторий. Войдя, он экспансивно объясняет, что крупное открытие, сделанное недавно в лаборатории, не встречает признания западных коллег и предлагает обсудить ситуацию на ближайшем заседании Международного ученого совета Института, с тем чтобы Совет принял решение о реальности открытия. НН невозмутимо выслушал эмоционального собеседника и... предложил выпить чаю. За чаем он рассказал о некоторых научных новостях. Чай выпит, N возвращается к изложению своей просьбы. Тогда НН говорит: «Я тут попытался представить, что директор Математического института академик Виноградов ставит перед ученым советом предложение — считать такую-то теорему доказанной ...». Не дослушав до конца, академик N, как ошпаренный, выскочил из кабинета.

КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ

В первой половине 1950-х Боголюбов активно «входил» в быстроразвивающуюся науку — перенормируемую квантовую теорию поля. Причем «входил» со стороны математики, нелинейной механики и статистической физики, имея за плечами результаты мирового уровня. Шел дальше, врастал глубже других ученых, мигрирующих в квантовую теорию поля из математики и иных, более классических разделов теоретической физики. Как известно, он создал метод перенормировок на основе теории обобщенных функций Соболева–Шварца. Отмечу: этот его метод «родился» примерно во время написания нашей с ним книги — в середине 1950-х. Николай Николаевич с сотрудниками — Остапом Парасюком (академик АН УССР с 1964 г.), затем Василием Владимировым (академик с 1970 г.) существенно доработали достижения Соболева и Шварца применительно к квантовой теории поля, в частности, определили операцию умножения обобщенных функций. Такой подход позволяет обойтись без введения «голых» полей и частиц и физически неудовлетворительной картины бесконечных перенормировок.

НН имел обыкновение время от времени делать доклады с обзором больших разделов квантовой теории поля, таких как «перенормировки», «континуальный интеграл» или «поверхностные расходимости». Слушатели всей последовательности обзоров находились под впечатлением того, что Боголюбов воспринимает эти, внешне столь различные, фрагменты как части единой картины. И вот осенью 1953 г., после его очередной лекции, я спросил: «Николай Николаевич, почему бы вам не написать учебник по новой квантовой теории поля?». В ответ услышал: «Идея недурна. Быть может, осуществим ее вместе?». Поначалу я не воспринял предложение всерьез. (Взгляд на список его трудов показывает, что к своему 25-летию он был уже автором и соавтором нескольких монографий. Тогда я об этом не знал. В оправдание замечу: в мае того же года я защитил кандидатскую диссертацию по теории диффузии и замедления нейтронов и не имел ни единой работы по квантовой теории поля, тогда как Боголюбов в октябре стал академиком.) Однако через неделю разговор возобновился, и мы начали обсуждать детали проекта.

Технически книга создавалась следующим образом. Я приезжал к НН домой на Ленинские горы, и мы беседовали час-другой, составляя набросок очередного раздела. После этого я писал первый вариант текста. При следующей встрече он обсуждался и зачастую существенно изменялся. Начисто переписанный манускрипт (в случае окончательного одобрения) складывали на левый угол большого платяного шкафа для перепечатки, а спустя какое-то время напечатанные куски я забирал с правого угла того же шкафа для вписывания формул.

Оглядываясь назад, с учетом последующего опыта, скажу, что монография в 30 с лишком печатных листов была создана довольно быстро. Определяющим, на мой взгляд, было, что НН уже вначале имел в голове четкий план, а впоследствии держал в памяти и весь созданный текст.

РОЖДЕНИЕ БОГОЛЮБОВСКОЙ РЕНОРМГРУППЫ

В апреле 1955 г. в Физическом институте АН СССР (ФИАН) состоялась конференция по квантовой электродинамике и теории элементарных частиц. Центральным ее событием стал обзорный доклад академика Льва Ландау «Основные проблемы квантовой теории поля», в котором обсуждалось ультрафиолетовое поведение в локальной квантовой теории поля. Незадолго до этого задача поведения на малых расстояниях в квантовой электродинамике была существенно продвинута в цикле работ самого Ландау (Нобелевский лауреат 1962 г.), Алексея Абрикосова (академик с 1987 г., лауреат Нобелевской премии 2003 г.) и Исаака Халатникова (академик с 1984 г.). Им удалось построить такое замкнутое приближение к уравнениям Швингера-Дайсона (описывающим распространение виртуальных микрочастиц в квантовом вакууме), которое оказалось совместным как с перенормируемостью, так и с градиентной ковариантностью. Это так называемое «трех-гаммное» приближение допускало явное решение в безмассовом пределе, которое, на современном языке, содержало суммирование главных ультрафиолетовых логарифмов. Но с физической точки зрения данное решение оказалось внутренне противоречивым, ибо содержало трудность «нуля физического заряда».

Заключение Ландау было пессимистическим: забудьте о локальной квантовой теории поля и о лагранжиане. Именно такой тезис защищал в запомнившемся разговоре со мной соавтор Ландау по «нуль-заряду» Исаак Померанчук (академик с 1964 г.). Во имя этого тезиса он закрыл свой семинар по квантовой теории поля в Институте теоретической и экспериментальной физики, порекомендовав молодым коллегам сменить область интересов.

Наши встречи с Боголюбовым в это время были регулярными и интенсивными, поскольку мы занимались окончательным текстом книги. НН весьма заинтриговали результаты группы Ландау и он поставил передо мной общую задачу оценки их надежности.

В ту пору я временами встречался с Алексеем Абрикосовым, с которым был хорошо знаком со студенческих лет. Вскоре после конференции в ФИАНе он поведал мне о появившейся журнальной статье американских физиков Гелл-Мана и Лоу. В ней рассматривалась та же проблема, но, по его мнению, более сложно для понимания. Ее выводы не поддавались комбинированию с результатами, полученными группой Ландау. Я просмотрел статью и представил моему учителю краткую справку по ее методу и результатам.

Последовавшая за моим сообщением сцена была весьма впечатляюща. НН тут же заявил, что подход Гелл-Манна и Лоу правилен и очень важен — он представляет собой реализацию группы нормировок, открытой пару лет назад известным швейцарским теоретиком Эрнстом Штюкельбергом и его учеником Андре Петерманом (опубликованной на французском языке). Это пример непрерывных групп преобразований, изученных еще в ХIX в. норвежским математиком Софусом Ли. Отсюда следовало, что групповые функциональные уравнения, подобные полученным в работе Гелл-Манна и Лоу, должны иметь место в общем случае, а не только в ультрафиолетовом пределе.

Удачным образом я был знаком с основами теории групп. В ближайшие дни мне удалось получить искомые функциональные уравнения, обладающие групповыми свойствами, а также соответствующие дифференциальные уравнения, т.е. ренормгрупповые уравнения Ли. Термин «ренормализационная группа» также был введен нами в первой публикации в «Докладах Академии наук» (1955 г.) и в журнале «Nuovo Cimento» (1956 г.).

БОГОЛЮБОВ И ЛАНДАУ

Взаимоотношения двух великих ученых — предмет несомненно деликатный. Вокруг них, как личных, так и на уровне школ, уже давно накручено много разного. Поскольку моим первым учителем в современной физике был Лев Давидович, считаю уместным изложить некоторые впечатления и свое понимание истории развития этих отношений.

Начну с характеристики личности Дау (так часто за глаза называли Ландау), с которым я познакомился в 1946-ом г. будучи студентом 2-го курса. После краткого телефонного разговора со знаменитым ученым я сходу был приглашен к нему в дом для сдачи вступительного математического собеседования по известному его теорминимуму. Пронзительный и веселый взгляд, орлиный профиль и кудрявый чуб, стремительность речи, быстрота реакции и резвость, с которой он взлетал по лестнице к себе в кабинет на второй этаж, оставив меня размышлять над очередным вопросом, произвели яркое впечатление. Я втянулся в работу по изучению «Механики» (первое довоенное издание, написанное Львом Ландау и Леонидом Пятигорским) и начал посещать теоретический семинар в Институте физических проблем АН СССР, известный как «Капичник».

В отличие от многих именитых теоретиков Дау прекрасно понимал значение математики для теоретической физики и часто использовал ее виртуозным образом. Показательно, что среди первых этапов его теорминимума было два математических, в том числе экзамен по качественной теории дифференциальных уравнений с упором на анализ сингулярностей*. Известна максима Льва Давидовича: «Там где встречается сингулярность, начинается физика».

Первый эпизод относится к октябрю 1946 г., когда НН доложил свою работу по теории сверхтекучести гелия на общем собрании Отделения физико-математических наук АН СССР. К этому моменту Ландау уже около пяти лет был классиком сверхтекучести и, по воспоминаниям участников упомянутого общего собрания, резко критиковал докладчика. Однако быстро переварил и оценил услышанное и спустя всего две-три недели направил в печать статью, в которой учитывалась точка зрения Боголюбова. Предложенная феноменологическая кривая Ландау вытекает из формулы Боголюбова при некотором предположении о характере взаимодействия между атомами гелия II. Однако какой-либо ссылки на его работу в публикации Льва Давидовича не содержится. Правда, позже, в более подробной статье, он отметил приоритет Боголюбова: «Полезно указать, что Н.Н. Боголюбову недавно удалось с помощью остроумного применения вторичного квантования определить в общем виде энергетический спектр бозе-эйнштейновского газа со слабым взаимодействием между частицами». Поэтому я вместе с коллегами полагаю уместным называть данную кривую спектром Боголюбова-Ландау.

Второй «раунд» происходил в 1955 г. в связи с вышеописанным сюжетом «нуля заряда» в квантовой электродинамике. В определенном смысле повторилась психологическая схема коллизии 1946 г., когда тяжелая математическая артиллерия сокрушила хотя и облеченные в математические одежды, но все же полуинтуитивные физические построения.

Наиболее серьезному испытанию самолюбие Дау подверглось в 1957 г. при внезапном вторжении НН в теорию сверхпроводимости*. Этот феномен, открытый в 1911 г., с конца 1920-х годов оказался болезненным вызовом ведущим теоретикам. Было ясно: речь идет о макроскопическом проявлении законов квантовой механики. Явление интенсивно изучали экспериментаторы, однако ключ теоретического понимания не давался в руки. Ландау работал в этой области с середины 1930-х и вместе с Виталием Гинзбургом (академик c 1966 г., лауреат Нобелевской премии 2003 г.) построил феноменологическую теорию сверхпроводимости.

Запускающим импульсом для подключения Николая Николаевича к разработке теории сверхпроводимости явилось появление в 1956 г. в одном из журналов краткой заметки американского физика Леона Купера. НН сразу увидел аналогию с феноменом парной корреляции бозонного типа, открытым им при создании теории сверхтекучести. Когда он закончил исследование и начал выступать с его результатами на семинарах, стало известно о появлении на Западе толстого препринта работы Бардина, Купера и Шриффера*. Однако до Москвы он не дошел. Как помнится, Ландау быстро оценил работу Боголюбова. Было даже объявлено об образовании совместного семинара по теории сверхпроводимости. На первом заседании после доклада НН Дау сказал: «Николай Николаевич, я не знаю, что там содержит работа Бардина и других, но думаю, что такого красивого и убедительного результата у них нет».

Этот эпизод показывает, что в описываемое время Лев Давидович уже рассматривал Боголюбова как крупного физика-теоретика, сумев преодолеть свои эмоции. Тем не менее семинар Ландау-Боголюбова просуществовал недолго и прекратился после появления журнала «Physical Review» со статьей вышеуказанных американских авторов. И огорчительно, что в публикациях представителей школы Ландау по сверхпроводимости работы Боголюбова упоминаются редко, микроскопическая теория сверхпроводимости именуется «теорией Бардина–Купера–Шриффера», а термин «теория сверхтекучести» связывается только с именем Ландау.

ОБЪЕДИНЯЯ ГИГАНТОВ МЫСЛИ

Спонтанное нарушение симметрии — один из двух сюжетов Нобелевской премии 2008 г. по физике*. В свое время эта тема, в известном смысле, объединила великих физиков-теоретиков Боголюбова и Ландау общим вкладом в объяснение причин спонтанного нарушения симметрии в мире элементарных частиц.

Речь идет о системах, описываемых математическими выражениями, обладающими некоторой симметрией, тогда как реальное физическое состояние системы, отвечающее частному решению уравнений движения, этим не обладает. Подобное положение возникает тогда, когда наинизшее из симметричных состояний не доставляет системе абсолютный минимум энергии и является неустойчивым. Причем частное низшее состояние не единственное, а их совокупность образует симметричный набор.

Для простейшей иллюстрации возьмем систему, состоящую из пустого сосуда с выпуклым дном (бутылку из-под шампанского) и маленького шарика. Сосуд, представляющий тело вращения, поставим вертикально и над ним точно по оси поместим шарик. Оба они симметричны относительно операции вращения вокруг вертикальной оси. Отпустим шарик, чтобы он упал на дно. Достигнув его, он не удержится на центральной выпуклости и скатится в какую-то сторону. То есть начальные условия симметричны, а конечное состояние — нет.

Боголюбову и Ландау удалось внести основополагающий вклад в объяснение причины возникновения сверхтекучести и сверхпроводимости — явлений спонтанного нарушения симметрии в квантовых системах. Охватывая взглядом жизнь гениев, всегда интересно и полезно проследить за логикой их мышления, расширяющей привычные горизонты. Вот и попробуем следовать мысли Николая Николаевича в решении загадки этих явлений.

Исходный материал нашей науки, данные наблюдений подлежат упорядочению и осмыслению. Способ упорядочения обычно состоит в построении феноменологической схемы, в основе которой — представление о природе явления, облеченное в форму физического закона. Важный критерий успеха схемы — не только описание уже имеющихся сведений, но и возможность предсказания результатов новых опытов и указания способа их проведения. Таков путь теоретика-феноменолога: от явления к теоретической схеме и обратно.

Но в построении физической теории многие существенные результаты достигнуты другим, более умозрительным путем. Вспомним объединение силы земной тяжести и небесной гравитации (Ньютон), электричества и магнетизма (Максвелл), а также открытый не столь давно в квантовой теории поля принцип динамики из симметрии (Янг и Миллс), приведший к построению теории электрослабых взаимодействий и квантовой хромодинамики. Приверженцев подобного образа действий, старающихся исходить из некоторых более глубоких физических представлений, первоначальных принципов (ab initio), часто называют «редукционистами». Имеется в виду стремление свести (редуцировать) описание всего наблюдаемого многообразия явлений к небольшому числу простых и общих понятий и принципов. В статистической физике «редукционисты», как правило, — авторы микроскопического подхода. Приведу определение, данное Боголюбовым в 1958 г. в работе «Основные принципы теории сверхтекучести и сверхпроводимости»: «Задачей макроскопической теории является получение уравнений типа классических уравнений математической физики, которые отображали бы всю совокупность экспериментальных фактов, относящихся к изучаемым макроскопическим объектам. …В микроскопической теории ставится более глубокая задача, заключающаяся в том, чтобы понять внутренний механизм явления, исходя из законов квантовой механики. При этом, в частности, надлежит получить также те связи между динамическими величинами, из которых вытекают уравнения макроскопической теории».

Не следует, однако, излишне увлекаться противопоставлением этих двух способов мышления. Например, между классическими уравнениями механики или уравнениями Максвелла в среде и законами, управляющими последовательностью событий — такими, как законы движения планет Солнечной системы, лежит промежуток — большая щель. Именно в подобных ситуациях проявляется сила феноменологии. Поэтому усилия феноменологов и редукционистов дополняют друг друга. Открытие и объяснение сверхтекучести и сверхпроводимости — яркое тому свидетельство.

Теория сверхтекучести — пример взаимного влияния феноменологических идей и математических конструкций. Первоначальное объяснение этого явления, данное Ландау, основано на представлении, что при низких температурах свойства жидкого 4He определяются коллективными возбуждениями (фононами), а не квадратичным спектром возбуждений отдельных частиц. Значит, при движении со скоростью, не превосходящей некоторого критического значения, нельзя затормозить жидкость путем передачи отдельным атомам энергии и импульса от стенки, поскольку линейный вид спектра фононов не позволяет соблюсти одновременно законы сохранения энергии и импульса. Необходимость согласования вида спектра и термодинамических свойств жидкого гелия привела Ландау к решению — в дополнение к фононам ввести возбуждения с квадратичным спектром, начинающимся с некоторой энергетической щели, возбуждения. Их он назвал ротонами.

Теория Боголюбова основана на физическом допущении, что в слабо неидеальном бозе-газе* имеется конденсат подобно случаю идеального бозе-газа. Наличие бозе-конденсата приводит к единой волновой функции всей системы, т.е. коллективному эффекту, и поэтому даже очень слабое взаимодействие преобразует одночастичные возбуждения в спектр коллективных возбуждений. Для вычисления этого спектра Боголюбов предположил, что при низких температурах именно бозе-конденсат играет определяющую роль, поскольку содержит макроскопически большое число частиц. Эта гениальная догадка получила прямое экспериментальное подтверждение лишь спустя полвека. Полученное Николаем Николаевичем решение объединило звуковые возбуждения (фононы) и так называемые ротоны в единый спектр. Нарушение симметрии на квантовом уровне оказалось связанным со «сбоем» так называемой фазовой инвариантности, отвечающей за закон сохранения числа частиц.

Другой пример спонтанного нарушения симметрии — явление сверхпроводимости, где как и при фазовом переходе в сверхтекучее состояние происходит нарушение фазовой инвариантности. Хотя феномен открыт в 1911 г. (значительно раньше сверхтекучести 4He), теоретическое его понимание достигнуто существенно позже объяснения сверхтекучести. И значительным успехом была предложенная Гинзбургом и Ландау феноменологическая теория. В ее рамках удалось успешно описать поведение сверхпроводника во внешнем магнитном поле. В теории Гинзбурга-Ландау нарушение симметрии соответствует появлению выпуклости на дне бутылки из-под шампанского. Однако природа явления остается невыясненной. Микроскопическая же теория была разработана лишь в 1957 г. в работах Бардина, Купера, Шриффера и Боголюбова. Здесь нарушение симметрии, как и в сверхтекучести связано с фазовой инвариантностью. Николай Николаевич пришел к представлению о сродстве двух явлений: сверхтекучесть куперовских пар и создает сверхпроводящий ток. Вот цитата из его обзора того времени: «Свойство сверхпроводимости может трактоваться как свойство сверхтекучести системы электронов в металле».

Единство явлений сверхтекучести и сверхпроводимости совсем недавно (1999–2006 гг.) было подтверждено прямым образом в опытах с ультрахолодными фермионными газами в ловушках. И это яркое свидетельство того, как взаимное влияние творческих методов грандиозных фигур Ландау и Боголюбова пророчески обогатило науку и направило ее развитие в верное русло.

Вообще за десятилетие 50-х Николай Николаевич потрудился примерно в дюжине направлений, написав около 50 работ и 5 монографий. Обращает внимание то обстоятельство, что над каждым из сюжетов он работал в среднем не более двух-трех лет, а в некоторые годы публиковался по 4–5 направлениям. Особенно плодотворной была середина этого десятилетия.

Образно говоря, Боголюбов в те годы представлял собой фонтан научных открытий первостепенной важности. Доброжелательность к людям, щедрость натуры приводила к тому, что этот фонтан оплодотворял всех, кто захотел к нему приблизиться и сумел впитать живительную влагу.

Как раз на эти годы пришлось создание Николаем Николаевичем Лаборатории теоретической физики в составе Объединенного института ядерных исследований в Дубне и закладка фундамента его школы в физике взаимодействий частиц.

Для сравнения можно взять таких разносторонних корифеев как Гейзенберг и Ландау. Беглый взгляд на список работ показывает, что каждый из них возвращался к одной и той же теме на протяжении более чем десятка лет. К стилю творчества Николая Николаевича более подходит девиз «Veni, vidi, vici!» («Пришел, увидел, победил!»). Он обращался к проблеме, исчерпывающе решал ее и переходил к другой задаче.

Справка

Николай Николаевич Боголюбов родился в Нижнем Новогороде, в семье священника-богослова. Учился в Киеве, куда переехал с семьей. В 1924 г. в возрасте 15-ти лет он написал первую научную работу, а спустя год был принят в аспирантуру АН УССР. В 20 лет получил степень доктора математических наук. В 1934 г. начал преподавать в Киевском университете, c 1943 г. – профессор МГУ, в 1948 г. возглавил теоретический отдел в Институте химической физики АН СССР, с 1950 г. работал в Математическом институте им. В.А. Стеклова АН СССР. В 1950–1953 гг. работал также в закрытом институте оборонного профиля в Сарове (Арзамас-16).В 1953 г. основал кафедру квантовой статистики и теории поля в МГУ им. М.В. Ломоносова, которой руководил до последних дней своей жизни.

При образовании в 1956 г. в Дубне Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) Боголюбов — организатор и руководитель Лаборатории теоретической физики, с 1965 по 1988 г. — директор ОИЯИ. В 1966 г. стал первым директором созданного им Института теоретической физики АН УССР в Киеве. Одновременно (1963–1988 гг.) — академик-секретарь Отделения математики АН СССР. С 1983 по 1989 г. возглавлял Математический институт им. В.А. Стеклова.

 

 

 

*Явление сверхпроводимости открыто голландским физиком Хейке Камерлингом-Оннесом (нобелевский лауреат 1913 г.) (прим. ред.).

*Джон Бардин, Леон Купер, Джон Шриффер — американские физики, авторы микроскопической теории сверхпроводимости, лауреаты Нобелевской премии 1972 г. (прим. ред.).

*Нобелевской премии удостоены японские ученые Макото Кобаяши и Тосихидэ Маскава и американский физик японского происхождения Йонтиро Намбу (прим. ред.)

*Бозе-газ — газ из невзаимодействующих частиц с нулевым или целочисленным спином (собственным моментом количества движения микрочастицы, имеющим квантовую природу и не связанным с движением частицы как целого) (прим. ред.).

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить