Физические науки

В России научные исследования по физике стали проводиться после создания в 1725 Петербургской АН. Они связаны с именами иностранных учёных, приглашенных в академию Петром I (работы Д. Бернулли по гидродинамике, некоторые исследования Л. Эйлера). Первым русским учёным с мировым именем был М. В. Ломоносов, которому принадлежат основополагающие работы по атомно-молекулярной теории теплоты. В середине 18 в. Ломоносовым, Г. В. Рихманом и другими русскими академиками были получены новые результаты в изучении оптических, электрических и магнитных явлений. В конце 18 в. физика была введена в программы гимназий, издано 6 учебников физики.

  На развитии физики в большей степени, чем на развитии других естественных наук, сказалось позднее вступление России на путь капиталистического развития. Отсутствие потребностей производства тормозило организацию систематических исследований, создание для них твёрдой материальной базы.

  В 1-й половине 19 в. русскими физиками были сделаны важные открытия по электричеству и электромагнетизму. В 1802 В. В. Петров получил устойчивый дуговой разряд. В Физическом кабинете Академии наук Э. Х. Ленц установил т. н. правило Ленца для определения направления индуцированных токов и принцип обратимости электрических машин, точными экспериментами обосновал закон теплового действия тока (закон Джоуля — Ленца).

  С 60-х гг. 19 в. физические исследования сосредоточились главным образом в высших учебных заведениях. Большое значение имело основание (1872) Русского физического общества (с 1878 — Русское физико-химическое общество) при  петербургском университете, издававшего свой журнал. В Московском университете в 1888 А. Г. Столетов начал эмпирически изучать закономерности внешнего фотоэффекта и открыл первый закон фотоэффекта. Определение им отношения электростатических и электромагнитных единиц, а также работы его учеников Н. Н. Шиллера и П. А. Зилова (1874—77) по экспериментальному установлению теоретически полученного Дж. Максвеллом соотношения между показателем преломления света и диэлектрической постоянной послужили подтверждением электромагнитной теории света. В 1874 Н. А. Умов ввёл понятие вектора плотности потока энергии (вектор Умова). В Киевском университете М. П. Авенариус со своими учениками провёл обширные измерения критических параметров различных веществ. В Юрьеве (Тарту) А. И. Садовский в 1898 предсказал появление механического вращательного момента под действием поляризованного света (эффект Садовского). В Одессе Ф. Н. Шведов заложил основы реологии дисперсных систем (1889). В. А. Михельсон опубликовал основополагающие исследования по теории горения (1894). В 1885—90 Е. С. Федоров выполнил серию работ по симметрии и структуре кристаллов, которые легли в основу теоретической структурной кристаллографии. Его идеи получили полное экспериментальное подтверждение после создания рентгеновского структурного анализа, одним из основоположников которого был Г. В. Вульф. Ученики Федорова и Вульфа стали первыми представителями советской школы кристаллографов. А. А. Эйхенвальд провёл опыты по измерению токов смещения и конвекции (1904). Б. Б. Голицын в Физическом кабинете Петербургской АН выполнил ряд тонких оптических экспериментов, им были заложены основы сейсмологии и сейсмометрии. С. А. Богуславскому принадлежат теоретические работы по пироэлектричеству и движению электронов в магнитных полях.

  На рубеже 19—20 вв. при Московском, Петербургском, Новороссийском (Одесса) университетах были организованы физические институты. В Москве одну из лабораторий Физического института возглавил П. Н. Лебедев, которому принадлежат работы всемирного значения по установлению давления света на твёрдые тела (1899) и газы (1907). Лебедев создал первую русскую школу физиков (ок. 30 учёных), работавших по единому плану. К 1917 в  петербургском университете молодые оптики сгруппировались вокруг Д. С. Рождественского, проведшего фундаментальное исследование аномальной дисперсии в парах металлов. В эти же годы в Петербурге также зародилась научная школа А. Ф. Иоффе, выполнившего в 1910-е гг. исследования по фотоэффекту и электрическим свойствам кристаллов. П. Эренфест, работавший в 1904—12 в Петербурге, организовал при университете семинар, из которого впоследствии выросла русская школа физиков-теоретиков.

  В начале 1917в Москве открылся Физический институт — первое в России большое по масштабам того времени научно-исследовательское учреждение. Директором его стал П. П. Лазарев, его сотрудниками — ученики П. Н. Лебедева. Группы Иоффе, Рождественского и Лазарева образовали те центры, вокруг которых возникли и выросли крупнейшие советские физические институты. В 1918 в Петрограде были созданы Государственный оптический институт под руководством Рождественского и Физико-технический институт под рук. Иоффе. В Москве Лазаревым организован институт физики и биофизики. Исследования в области радио получили заметное развитие в России в 10-е гг. В них была заложена основа для создания советской радиофизики и радиотехники. В Нижегородской радиолаборатории (1918) под руководством М. А. Бонч-Бруевича началась плодотворная работа по созданию мощных электронных радиоламп, проектированию радиостанций и т. п.

  Интенсивное развитие научно-исследовательских институтов вытекало из неуклонно проводившегося Советского правительством курса на связь науки с производством. Особенно широкий размах приобрела организация физических институтов в конце 20-х и 30-е гг. По инициативе Иоффе и при его участии на базе Физико-технического института АН СССР были созданы Украинский физико-технический институт в Харькове, Институт физики металлов в Свердловске, Сибирский физико-технический институт в Томске и др. Большое внимание уделялось подготовке научных кадров. При Ленинградском политехническом институте в 1918 создан физико-технический факультет, на котором учились многие известные советской физики, впоследствии основавшие научные школы и новые направления в физике. Инициатором его создания был Иоффе. Некоторые молодые советские физики были посланы на стажировку за границу.

  Физический институт АН СССР, переехавший в 1934 в Москву, под руководством С. И. Вавилова превратился в мощный научный центр. в котором развивались различные направления физики. В 1934 П. Л. Капицей был создан Институт физических проблем АН СССР, исследования которого в основном сосредоточились на физике низких температур и теоретической физике. Позднее в АН СССР были созданы Институт кристаллографии (1943, Москва), Институт радиотехники и электроники (1953, Москва), Акустический институт (1953, Москва), Институт физики высоких давлений (1958, Московская область), Институт физики твёрдого тела (1963, Московская область), Институт теоретической физики (1965, Московская область), Институт спектроскопии (1968, Московская область), Институт ядерных исследований (1970, Москва), Ленинградский институт ядерной физики (1971, Ленинградском область). Созданы физические институты в АН союзных республик, при Сибирском отделении АН СССР.

  Большое значение имела организация работ по ядерной физике и физике элементарных частиц. Исследования в этих областях проводятся в институте атомной энергии (1943, Москва), Объединённом институте ядерных исследований (1956, Дубна) — ядерно-физическом центре социалистических стран, институте экспериментальной и теоретической физики, институте физики высоких энергий (на базе серпуховского протонного ускорителя, запущенного в 1967) и некоторых других институтах (см. также Физические институты).

  Международный авторитет советской физики необычайно высок. Советским учёным принадлежат многие важнейшие открытия, ими развиваются все основные направления физики. Шестерым советским физикам были присуждены Нобелевские премии Отделение общей физики и астрономии АН СССР — один из наиболее представительных членов Европейского физического общества, советские физики входят в состав Международного союза прикладной и теоретической физики, Международного союза кристаллографов и других физических международных организаций, они участвуют во всех международных конференциях и симпозиумах. В лабораториях СССР, а также в некоторых зарубежных научных центрах советские учёные ведут совместные эксперименты с учёными других стран. Так, в Институте физики высоких энергий французскими учёными построена, жидководородная пузырьковая камера «Мирабель» и начаты совместные советско-французские эксперименты, в Батейвии в Национальной ускорительной лаборатории США проводятся советско-американские исследования по физике элементарных частиц. Препринты с сообщениями о достижениях советских учёных рассылаются во многие научные центры мира, физические журналы АН СССР переиздаются на английском языке в США и Великобритании.

Кристаллы и жидкости. Первые успехи советской физики связаны с работами А. Ф. Иоффе по физике кристаллов. Исследованиями Иоффе и его сотрудников — А. П. Александрова, Ф. Ф. Витмана, Н. Н. Давиденкова, С. Н. Журкова, Г. В. Курдюмова, И. В. Обреимова, А. В. Степанова, Я. И. Френкеля — были заложены основы современной физики реальных кристаллов с их сложными, но имевшими большое практическое значение проблемами — прочности, несовершенств строения, дислокаций и методики их исследования. На основе этих работ начала создаваться технология выращивания идеальных, почти совершенных кристаллов, прочность и другие характеристики которых приближаются к теоретическим значениям.

  Проблемами получения почти совершенных кристаллов успешно занимается институт кристаллографии АН СССР, где эти работы были начаты в 40-х гг. А. В. Шубниковым и велись под его руководством многие годы. С именем Шубникова связаны различные направления в кристаллографии, развиваемые его учениками. Л. Ф. Верещагин и его сотрудники достигли выдающихся результатов, изучая поведение твёрдых тел при сверхвысоких давлениях. В их работах был, в частности, предложен и внедрён в промышленность метод получения алмазов (1960). Поликристаллические алмазы типа карбонадо, полученные в институте, были использованы при создании камеры сверхвысокого (мегабарного) давления для исследования фазовых переходов металл — диэлектрик. В 1975 в этой камере осуществлен переход водорода в металлическое состояние (Л. Ф. Верещагин, Е. Н. Яковлев, Ю. А. Тимофеев). С. Н. Журков (Физико-технический институт АН СССР) развивает кинетический подход к проблемам прочности: он показал, что величина предела прочности по существу связана со временем, в течение которого образцы находятся под данной нагрузкой.

  Ряд важных результатов получен Шубниковым и Н. В. Беловым и области структурной кристаллографии и теории симметрии. Практическое применение нашли работы по изучению электрических свойств кристаллов; сюда относится открытие Шубниковым нового вида пьезоэлектрических материалов — поликристаллических пьезоструктур (1946). Широко используется структурный анализ кристаллов и опирающаяся на его данные кристаллохимия; развита теория плотной упаковки и координационных полиэдров, объясняющая характер и физико-химические свойства этих и ряда других неорганических структур (Белов). Б. К. Вайнштейн успешно развивает исследования по расшифровке белковых структур, им же с З. Г. Пинскером создан метод структурной электронографии. Разработаны методы изучения диффузии в твёрдых телах (В. З. Бугаков, В. И. Архаров), дефектов в реальных кристаллах (Б. Г. Лазарев и др.), впервые выяснен механизм влияния дефектов на механические свойства металлов и сплавов (Н. Н. Давиденков и др.), а также дислокаций на электрические свойства (Ю. А. Осипьян).

  Я. И. Френкель развил новый подход к построению кинетической теории жидкостей. Важные работы по исследованию аморфного состояния и механических свойств аморфных тел были проведены П. П. Кобеко и А. П. Александровым.

Металлы, диэлектрики, полупроводники. Первые успехи теории металлов связаны с работами Я. И. Френкеля. Ему удалось на основе квантовой теории Бора объяснить, почему электронный газ не вносит своего вклада в теплоёмкость металлов, т. е. разрешить т. н. катастрофу с теплоёмкостью, а затем обобщить (1927) представление о волнах де Бройля на случай движения свободных электронов в металле и объяснить температурную зависимость электросопротивления, влияние на него примесей, сохранив в новой теории все те достижения, которые определяли успех классической теории Друде — Лоренца (вывод закона Видемана — Франца и т.д.). Квантовая теория фотоэффекта в металлах была разработана в 1931 И. Е. Таммом и С. П. Шубиным.

  Важные работы по физике металлов и сплавов, по фазовым превращениям и структуре мартенсита выполнены в 30-х гг. Г. В. Курдюмовым. Первые послевоенные годы ознаменовались успехами в области порошковой металлургии; основы физики спекания были заложены в работах советских учёных (М. Ю. Бальшин, Я. Е. Гегузин, Б. Я. Пинес и др.). В 1934 Шубиным и С. В. Вонсовским предложена т. н. полярная модель металлических и полупроводниковых кристаллов, получившая дальнейшее развитие (1949) в работах Н. Н. Боголюбова и С. В. Тябликова.

  В 50—60-е гг. И. М. Лифшиц с сотрудниками показал, что знание динамических свойств электронов проводимости, а с ними и электронных свойств металлов (гальваномагнитных, высокочастотных, резонансных) позволяет установить спектр электронов проводимости и, в частности, важную характеристику этого спектра — поверхность Ферми. Рассмотрение форм поверхности Ферми позволяет делать заключения о термодинамических и кинетических свойствах металлов. Эти работы тесно связаны с плодотворными экспериментальными исследованиями (Н. Е. Алексеевский, В. И. Веркин, Б. Г. Лазарев и др.).

  В области физики диэлектриков существенные достижения принадлежат А. Ф. Иоффе и его школе. В 1916—1923 он и М. В. Кирпичёва экспериментально установили, что ток через ионные кристаллы переносится ионами, движущимися в пространстве междоузлий. Ионная проводимость изучалась в 20-х гг. К. Д. Синельниковым. Исследования диэлектрических свойств аморфных и кристаллических тел были выполнены А. П. Александровым, А. Ф.Вальтером, П. П. Кобеко, Г. И. Сканави и др.

  В конце 20-х гг. И. В. Курчатов и Кобеко исследовали сегнетову соль и её изоморфные смеси, положив начало изучению сегнетоэлектриков. В 1944 Б. М. Вулом были открыты ярко выраженные сегнетоэлектрические свойства у титаната бария. Было установлено, что сегнетоэлектрики представляют собой широкий класс соединений. К работам по сегнетоэлектричеству примыкают исследования Г. А. Смоленского и его сотрудников, в которых был изучен новый класс неметаллических ферромагнетиков, обладающих одновременно электрическими и магнитным порядками (сегнетоферромагнетики, 1960—1964).

  Первые исследования полупроводников в СССР были проведены О. В. Лосевым в 1921. Систематические работы в этой области были начаты в начале 30-х гг. в Физико-техническом институте в Ленинграде и в других научных центрах по инициативе Иоффе. Работы по физике полупроводников в СССР и за рубежом привели к созданию полупроводниковой электроники.

  В 1932 И. Е. Тамм теоретически показал, что на идеальной поверхности полупроводника должны существовать особые энергетические состояния (уровни Тамма). Советскими учёными были впоследствии проведены обширные исследования поверхностных явлений на полупроводниках.

  В 1932 В. П. Жузе и Б. В. Курчатов в соответствии с теорией, описывающей энергетическую структуру реальных полупроводников, экспериментально доказали существование их собственной и примесной проводимостей. В 1933 И. К. Кикоин и М. М. Носков обнаружили возникновение эдс при освещении полупроводника в поперечном магнитном поле. Этот эффект носит их имя и широко используется для исследования электронных явлений в полупроводниках.

  Большое место в работах советских учёных занимал вопрос выпрямления тока. Иоффе были выявлены основные закономерности выпрямления тока. В 1932 Иоффе и Френкель дали объяснение выпрямления тока на контакте металл — полупроводник на основе представления о туннельном эффекте. В 1938 Б. И. Давыдов разработал диффузионную теорию выпрямления на электронно-дырочном переходе. Строгая теория туннельного эффекта в полупроводниках со сложной зонной структурой, в том числе теория туннельного эффекта с участием фононов, была разработана Л. В. Келдышем. Им было рассмотрено также влияние сильного электрического поля на оптические свойства полупроводников (эффект Франца — Келдыша).

  Советским учёным принадлежит основополагающий вклад в развитие представлений об элементарных возбуждениях (квазичастицах) в твёрдом теле. Первая квазичастица — фонон — была введена в теорию Таммом в 1929 в его работе о комбинационном рассеянии света. На «фононном» языке даются современные описания тепловых и электрических свойств твёрдых тел. В 1931 Френкель ввёл новую квазичастицу — экситон — для описания явлений «бестокового» поглощения света. Представление об экситонах легло в основу теории поглощения света молекулярными кристаллами, развитой А. С. Давыдовым. В 1933 Л. Д. Ландау выдвинул гипотезу о влиянии поляризации окружающей среды на свойства движущихся в кристалле электронов. В ионных кристаллах электроны вместе с созданными ими поляризационными ямами образуют квазичастицы, которые были изучены С. И. Пекаром и названы им поляронами. Ю. М. Каган и Е. Г. Бровман разработали (в 70-х гг.) многочастичную теорию металлов, позволившую проанализировать многие свойства металлов.

  Экспериментальное исследование экситонов началось с опозданием на 20 лет; прямое доказательство их существования было получено в 1951 в работах Е. Ф. Гросса, Б. П. Захарчени и их сотрудников. Важные работы по физике экситонов принадлежат А. Ф. Прихотько и её сотрудникам. В 1968 Л. В. Келдыш выдвинул гипотезу, согласно которой взаимодействие между экситонами при достаточно высокой их концентрации приводит к образованию экситонных капель, которые вскоре были экспериментально обнаружены (Я. Е. Покровский, В. С. Багаев и др.).

  Первые в СССР лабораторные образцы германиевых диодов и триодов были разработаны в начале 50-х гг. в  физическом институте АН СССР (Б. М. Вул, В. С. Вавилов, А. В. Ржанов), в Физико-техническом институте АН СССР (В. М. Тучкевич, Д. Н. Наследов), институте радиотехники и электроники (С. Г. Калашников, Н. А. Пенин). Работы этих коллективов содействовали развитию советской промышленности полупроводниковых приборов. Тучкевич и его сотрудники в процессе изучения электрических свойств легированных кремниевых монокристаллов исследовали многослойные структуры с несколькими электронно-дырочными переходами. Всё это привело к созданию уникальных по своим характеристикам управляемых вентилей (тиристоров) и возникновению силовой полупроводниковой техники.

  Ж. И. Алферову и др. принадлежат основные работы по физике гетеропереходов в полупроводниках, в результате которых был разработан большой класс полупроводниковых приборов и приборов квантовой электроники (в частности, уникальных гетеролазеров).

  В 1951 Я. Г. Дорфманом был предсказан циклотронный резонанс в полупроводниках. Взаимодействия примесных центров в полупроводниках были исследованы Н. А. Лениным с помощью электронного резонанса. Радиационные нарушения в полупроводниках исследовали В. С. Вавилов с сотрудниками и др.

  В 1932 Иоффе впервые указал на возможность использования полупроводников для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую и для создания охлаждающих устройств. Руководимым им коллективом был создан первый в мире термоэлектрогенератор, а затем создано полупроводниковое термоэлектрическое охлаждающее устройство (1950).

Магнетизм. Многое достигнуто советскими физиками в учении о магнетизме. Построена первая квантовомеханическая теория ферромагнетизма (Я. И. Френкель, 1928); доменная структура ферромагнетиков получила объяснение в работах Я. Г. Дорфмана, Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшица. В 1930 Ландау выполнил классические исследование диамагнетизма свободных электронов. Им же было предсказано явление антиферромагнетизма (1933), существенный вклад в экспериментальное обнаружение и исследование которого внёс А. С. Боровик-Романов; последнему принадлежит также открытие явления пьезомагнетизма (1959). Получила известность теория слабого ферромагнетизма, развитая И. Е. Дзялошинским (1957).

  Большое значение для теории ферромагнитных явлений имели работы С. П. Шубина, С. В. Вонсовского и их сотрудников (s—d-oбменная модель, 1935—46). Н. С. Акулов, К. П. Белов, С. В. Вонсовский, Л. В. Киренский, Е. И. Кондорский, Я. С. Шур, Р. И. Янус и др. выполнили работы по теории и экспериментальному изучению технической кривой намагничения мягких и высококоэрцативных ферромагнетиков.

  Обнаруженный в 1937 Б. Г. Лазаревым и Л. В. Шубниковым в Украинском физико-техническом институте ядерный парамагнетизм твёрдого водорода — одно из важных открытий экспериментальной техники. Чрезвычайно большое значение имел открытый Е. К. Завойским в 1944 электронный парамагнитный резонанс — явление, нашедшее широкое применение в физике и химии; важные работы в этой области принадлежат С. А. Альтшулеру и Б. М. Козыреву. Парамагнитный резонанс был предсказан в 1923 Дорфманом. Аналогичный резонанс наблюдался в ферромагнитных телах — ферромагнитный резонанс (Завойский, 1947). Начало теории ферромагнитного резонанса было положено работами Ландау и Лифшица в 1935, а само явление задолго до этого (в 1913) наблюдалось В. К. Аркадьевым в виде т. н. магнитных спектров.

Теоретическая физика. Основные результаты, полученные советскими теоретиками, относятся к приложению общих квантовомеханических соотношений к различным областям электронной теории твёрдых тел, квантовых жидкостей, ядерной физики. Важное значение имела работа Л. И. Мандельштама и М. А. Леонтовича по соотношению неопределённостей для энергии — времени, открывшая путь для объяснения ряда процессов микрофизики в рамках представлений о туннельном эффекте (1928). В. А. Фоку принадлежит релятивистское обобщение уравнения Шрёдингера (уравнение Клейна — Гордона — Фока, 1926), классические работы по вторичному квантованию (1932), разработка общей методики решения квантовомеханической задачи многих тел (метод Хартри — Фока, 1930). В 40-х гг. И. Е. Таммом был разработан получивший широкую известность метод рассмотрения процессов взаимодействия частиц, вышедший за рамки обычной теории возмущений (метод Тамма — Данкова).

  Советские физики в 50—60-х гг. внесли основополагающий вклад в развитие квантовой теории поля (В. А. Фок, Н. Н. Боголюбов, Л. Д. Ландау, И. Я. Померанчук, И. Е. Тамм и их ученики).

  Большое значение для прогресса современной статистической физики имели исследования Боголюбова и Леонтовича по теории неравновесных процессов (1944—46). Проблема фазовых переходов, уже более столетия занимающая одно из ключевых положений в статистической физике, была существенно продвинута работами Ландау.

  В общей теории относительности классической является работа А. А. Фридмана, показавшего, что существует решение уравнения тяготения, которое предсказывает «разбегание» галактик (1922—24). Фоку принадлежит вывод приближённых уравнений движения системы тел в рамках теории тяготения А. Эйнштейна.

Оптика, физика атома и молекулы, спектроскопия. Важнейшие исследования по физической и прикладной оптике были выполнены в руководимом Д. С. Рождественским (до 1932) Государственном оптическом институте. Они послужили фундаментом для создания оптико-механической промышленности и достижения полной независимости многих отраслей промышленности от поставок иностранных фирм. И. В. Гребенщиковым, Н. Н. Качаловым, А. А. Лебедевым и их сотрудниками была разработана отечественная технология варки и обработки оптического стекла, на основе которой в СССР была создана промышленность оптического стекла. Особенно важным оказалось для развития прикладной оптики создание советской школы оптиков-вычислителей (А. И. Тудоровский, Г. Г. Слюсарев и др.). Своеобразная конструкция астрономического телескопа — зеркально-менисковая — изобретена Д. Д. Максутовым (1941). Был создан ультрафиолетовый микроскоп (Е. М. Брумберг). Под руководством В. П. Линника созданы методы и приборы для контроля оптических систем. Линнику и Лебедеву принадлежат оригинальные конструкции оптических и электроннооптических приборов.

  Первыми существенными работами по физической оптике явились исследования Д. С. Рождественского (1910-е гг.) и А. Н. Теренина (оптическая диссоциация молекул, 1924, фотохимия). Фундаментальные результаты были получены в области изучения молекулярного рассеяния света. В 1928 Л. И. Мандельштам и Г. С. Ландсберг открыли явление комбинационного рассеяния света на кристаллах. Оно оказалось важным с принципиальной точки зрения (один из первых примеров проявлений нелинейной оптики), получило широкое практическое применение для прямого физического исследования свойств молекул и легло в основу метода молекулярного спектрального анализа. Более тонкий эффект — смещение спектральных линий при рассеянии на упругих волнах в кристаллах — был предсказан Мандельштамом и экспериментально установлен Е. Ф. Гроссом (1938).

  В 1934 П. А. Черенков открыл своеобразное свечение чистых жидкостей под действием излучения радиоактивных веществ. С. И. Вавилов (в лаборатории которого работал Черенков) сразу указал на то, что это свечение связано с движением свободных электронов, а не является люминесценцией (эффект Черенкова — Вавилова). Полная теория этого эффекта была дана в 1937 И. Е. Таммом и И. М. Франком. Интересное с научной точки зрения, это явление приобрело и практическое значение — на его основе были созданы черенковские счётчики.

  В 30—40-е гг. С. И. Вавилов и его сотрудники (В. Л. Лёвшин, П. П. Феофилов и др.) исследовали люминесценцию в конденсированных средах (растворах и кристаллофосфорах). Вавилов впервые определил энергетический выход фотолюминесценции в растворах кристалла и показал, что он составляет более 70% (а в ряде случаев близок к 100% ). Теоретическое и экспериментальное изучение свечения кристаллофосфоров (С. И. Вавилов, В. В. Антонов-Романовский и др.) позволило разработать технологию и перейти к массовому производству люминесцентных ламп. Важные исследования люминесценции молекул и кристаллофосфоров были выполнены под рук. К. К. Ребане (лаборатория кристаллофосфоров Института физики и астрономии АН Эстонской ССР), Б. И. Степанова (Институт физики АН Белорусской ССР) и др.

  В области атомной спектроскопии выдающееся значение имели работы (20-е гг.) Рождественского и его учеников, в которых модель атома водорода (по Бору) была распространена на случай сложных атомов. А. Н. Терениным и Л. Н. Добрецовым (1928) открыта сверхтонкая структура линий натрия, Терениным и Гроссом (1930) — сверхтонкая структура линий ртути. С. Э. Фриш исследовал сверхтонкую структуру линий многих элементов и установил для них эмпирические закономерности.

  Активно участвовали советские физики в развитии молекулярной спектроскопии (Н. А. Борисевич, М. А. Ельяшевич, В. Н. Кондратьев, Б. С. Непорент, Б. И. Степанов). Особенно интенсивно развернулись в 50—60-х гг. исследования и интерпретация оптических свойств сложных молекул органических соединений (И. В. Обреимов, А. Ф. Прихотько, Э. В. Шпольский). В 1959 Шпольским были открыты квазилинейчатые спектры индивидуальных сложных органических соединений (эффект Шпольского). После экспериментального обнаружения экситонов возникла экситонная спектроскопия полупроводников и молекулярных кристаллов, ставшая мощным орудием в изучении их свойств.

  После изобретения лазеров (см. ниже Квантовая электроника) стала бурно развиваться новая область оптики — голография. Существенный вклад в неё внёс Ю. Н. Денисюк, предложивший для регистрации голограмм использовать трёхмерные среды (1962) и реализовавший эту идею. Голография находит применение в разнообразных областях науки и техники (голографическое исследование деформаций и вибраций, голография плазмы и т. д.).

  С появлением лазеров стала быстро развиваться и нелинейная оптика (оптика интенсивных световых пучков), основы которой были заложены в работах Р. В. Хохлова и С. А. Ахманова. После создания лазеров с перестраиваемой частотой начали разрабатываться методы лазерной спектроскопии (Институт спектроскопии АН СССР).

Атомное ядро, элементарные частицы, космические лучи. Исследования по физике ядра получили в СССР развитие в начале 30-х гг., первые её успехи связаны с теоретическими работами: протон-нейтронная модель ядра (Д. Д. Иваненко), обменные силы (И. Е. Тамм и Иваненко), модель ядра-капли и электрокапиллярная теория деления Бора — Френкеля, теория цепной реакции деления естественной смеси изотопов урана, обогащенной изотопом U-235 (Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон, 1939—40). Начиная с 1958 существенные результаты в развитии теории ядра были получены с помощью представлений о сверхтекучести (Н. Н. Боголюбов, С. Т. Беляев, А. Б. Мигдал, В. Г. Соловьев).

  В 1935 Л. В. Мысовский, И. В. Курчатов и их сотрудники (Л. И. Русинов и др.) открыли явление ядерной изомерии радиоактивных элементов. В лаборатории Курчатова Г. Н. Флёровым и К. А. Петржаком было открыто явление спонтанного деления урана (1940). В 60—70-х гг. Флёров и его сотрудники получили принципиальные результаты и сделали важные открытия, связанные с синтезом трансурановых элементов.

  И. В. Курчатову и возглавляемому им огромному коллективу учёных и инженеров принадлежит заслуга решения проблемы урана, задач ядерной энергетики и создания нового оружия. В проведение этого комплекса работ внесли вклад А. П. Александров, А. И. Алиханов, Л. А. Арцимович, Я. Б. Зельдович, И. К. Кикоин, А. И. Лейпунский, Ю. Б. Харитон и многие другие.

  Успехи ядерной физики и физики элементарных частиц определяются прогрессом физики и техники ускорителей, который в СССР связан, прежде всего, с деятельностью В. И. Векслера. Предложенный им в 1944 принцип автофазировки оказал революционизирующее влияние на развитие ускорит. техники. В 1957 в Объединённом институте ядерных исследований (Дубна) запущен крупнейший в мире (для того времени) синхрофазотрон, ускоряющий протоны до энергии 10 Гэв (В. И. Векслер, А. Л. Минц и др.). На этом синхрофазотроне были исследованы многие ядерные реакции, в частности в 1960 открыта новая элементарная частица — антисигма-минус гиперон. В 1967 в Ереванском физическом институте состоялся пуск ускорителя электронов на энергию до 6 Гэв — одного из крупнейших в мире (А. И. Алиханьян и др.). В этом же году близ Серпухова был запущен крупнейший в мире (на 1967) ускоритель протонов на 76 Гэв (В. В. Владимирский, А. А. Логунов и др.). На нём были получены уникальные результаты; в частности предложен и разработан новый подход к изучению процессов множественной генерации частиц (инклюзивные процессы, Логунов и др.), впервые зарегистрированы ядра антигелия (1970, Ю. Д. Прокошкин), обнаружена новая элементарная частица (h-мезон) со спином 4 и массой, равной массе 2 нуклонов (1975). Здесь было впервые установлено, что при высоких энергиях полные сечения взаимодействия адронов перестают падать и намечается их рост (серпуховский эффект). На серпуховском ускорителе работают группы учёных из различных институтов СССР, а также учёные других стран.

  Большие успехи достигнуты в исследованиях на ускорителях со встречными пучками (Новосибирск, Г. И. Будкер, А. А. Наумов, А. Н. Скринский и др.).

  К работам по ядерной физике тесно примыкают начавшиеся ещё в 20-х гг. исследования по физике космических лучей. В 1929 Д. В. Скобельцыну удалось наблюдать в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле, ливни космических частиц. Метод камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле, был впервые разработан П. Л. Капицей (1923) при исследовании отклонения альфа-частиц в магнитном поле. Обширные работы по изучению явлений, возникающих при взаимодействии первичных космических лучей с ядрами атомов, были выполнены Скобельцыным, В. И. Векслером, С. Н. Верновым, Н. А. Добротиным, Г. Т. Зацепиным.

  Широко ведутся исследования в области физики высоких энергий. Наиболее крупные результаты получены Л. Д. Ландау (идея о сохраняющейся комбинированной чётности, 1956), И. Я. Померанчуком (теорема о равенстве сечений взаимодействия частиц и античастиц с одной и той же мишенью при сверхвысоких энергиях, 1958), Б. М. Понтекорво (исследования по нейтринной физике) и М. А. Марковым (идея проведения нейтринных экспериментов под землёй и на ускорителях), В. Н. Грибовым (работа по теории комплексных угловых моментов, 1961), Л. Б. Окунем (составная модель элементарных частиц и свойства симметрии слабых взаимодействий, с 1957), И. М. Франком, Ф. Л. Шапиро, И. И. Гуревичем, П. Е. Спиваком (нейтронная физика).

  Важные эксперименты, приведшие к подтверждению существования слабого нуклон-нуклонного взаимодействия, принадлежат Ю. Г. Абову, В. М. Лобашёву и их сотрудникам. В Ереване были созданы искровые камеры с высокой точностью регистрации событий (А. И. Алиханьян, Т. Л. Асатиани, Г. Е. Чиковани и др.).

Физика низких и сверхнизких температур. Первая в СССР криогенная лаборатория была организована в Харькове в Украинском физико-техническом институте в 1931. Её научным руководителем стал Л. В. Шубников, который, находясь в командировке в Лейденской криогенной лаборатории (1926—30), совместно с В. де Хаазом установил осциллирующую зависимость электросопротивления от напряжённости магнитного поля при низких температурах (т. н. эффект Шубникова — де Хааза, 1930).

  В развитие советской и мировой техники ожижения газов большой вклад внёс П. Л. Капица. В 1934 он создал первый в мире гелиевый ожижитель с поршневым детандером, работающий на газовой смазке, а в 1939 предложил метод ожижения газов с использованием цикла низкого давления, осуществляемого в высокоэффективном турбодетандере. Эти методы легли в основу всех современных крупных ожижителей.

  В 1938 П. Л. Капица открыл сверхтекучесть Не II — явление, имеющее квантовый характер. Объяснение сверхтекучести Не II было вскоре дано Л. Д. Ландау (1941), развившим гидродинамику квантовой жидкости и предсказавшим на основе своей теории ряд парадоксальных эффектов, подтвердившихся экспериментально. К их числу относится предсказание существования в гелии двух скоростей распространения звуковых колебаний.

  Важные эксперименты по сверхтекучести были выполнены В. П. Пешковым, Э. Л. Андроникашвили, Б. Г. Лазаревым и др. В частности, в экспериментах Пешкова был открыт т. н. второй звук в Не II. Плодотворно работает над механизмом нарушения сверхтекучести группа физиков под руководством Э. Л. Андроникашвили в Физическом институте АН Грузинской ССР.

  Большую роль для развития техники получения сверхнизких температур сыграл открытый И. Я. Померанчуком (1950) эффект поглощения теплоты при затвердевании ³ He. Методом Померанчука были достигнуты температуры ~ 0,001 К (70-e гг., Институт физических проблем АН СССР).

  С успехом исследовалось советскими физиками явление сверхпроводимости (теоретические работы Л. Д. Ландау и В. Л. Гинзбурга и экспериментальные исследования Л. В. Шубникова, А. И. Шальникова, Н. Е. Алексеевского, Ю. В. Шарвина). Гинзбургом и Ландау была создана обобщённая феноменологическая теория сверхпроводимости. Развитая на её основе А. А. Абрикосовым, Л. П. Горьковым и Гинзбургом теория сверхпроводящих сплавов и свойств сверхпроводников в сильных магнитных полях послужила основой для предсказания существования сплавов, сверхпроводящее состояние которых не разрушается при напряжённости поля вплоть до сотен кэв. Открытие таких сплавов привело к созданию сверхпроводящих магнитов.

  Событием в физике явилась разработка Н. Н. Боголюбовым нового метода в квантовой теории поля и статистической физике, который привёл к обоснованию теории сверхтекучести и сверхпроводимости.

Теория колебаний, радиофизика, эмиссионная электроника. Основы советской радиофизики, радиотехники, теории колебаний были заложены исследованиями М. А. Бонч-Бруевича, В. П. Вологдина, А. Ф. Шорина и др. в Нижегородской лаборатории, М. В. Шулейкина в Москве, Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси в Одессе, А. А. Чернышева, Д. А. Рожанского и их сотрудников в Ленинграде.

  Большая заслуга в разработке теории колебаний принадлежит школе Мандельштама и Папалекси (А. А. Андронов, А. А. Витт, Г. С. Горелик, М. А. Леонтович, С. М. Рытов, С. Э. Хайкин, В. В. Мигулин и др.). Трудами этих учёных создана новая область физики нелинейных колебаний, имеющая важное значение для радиофизики и теории регулирования. Другая серия исследований той же школы физиков посвящена измерению скорости распространения электромагнитных волн вдоль земной поверхности. Мандельштамом и Папалекси был предложен (1930) для этой цели радиоинтерференционный метод, развитие и применение которого позволили выяснить фазовую структуру и скорость радиоволн. Этот метод получил широкое применение в практике. Математические методы теории нелинейных колебаний разрабатывались Н. М. Крыловым, Н. Н. Боголюбовым и др.

  А. А. Глаголевой-Аркадьевой и независимо М. А. Левитской в 1923 было получено электромагнитное излучение с длиной волны от 5 см до 82 мкм, которое заполнило промежуток между инфракрасным и радиодиапазонами на шкале электромагнитных волн.

  Создание качественно новых принципов усиления и генерации ВЧ-колебаний позволило продвинуться в область более высоких частот. Идея использования модуляции скорости электронов принадлежит Рожанскому, а первые практические шаги по её реализации — представителям электрофизической школы Чернышева: Н. Д. Девяткову, Н. Ф. Алексееву, Л. Б. Малярову и др. Теория и расчёт приборов СВЧ-диапазона разрабатывались Г. А. Гринбергом.

  Важные работы по эмиссионной (катодной ) электронике принадлежат П. И. Лукирскому и С. А. Векшинскому и их школам. Эти работы были теснейшим образом связаны с промышленностью электронных ламп и проводились в конце 20-х — начале 30-х гг. на ленинградском заводе «Светлана». Исследования внешнего фотоэффекта дали прямые выходы в промышленность: прогресс отечественного производства фотоэлементов (кислородно-цезиевых и сурьмяно-цезиевых) связан с именами Н. Д. Моргулиса, А. А. Лебедева, С. Ю. Лукьянова, П. В. Тимофеева, Н. С. Хлебникова. Большое значение для понимания явлений, входящих в круг проблем эмиссионной электроники, имели работы Л. Н. Добрецова. В начале 30-х гг. Л. А. Кубецкий открыл принцип вторичного электронного умножения и построил первый фотоэлектронный умножитель.

  Существенный вклад в развитие исследований по распространению радиоволн внесли (40—50-е гг.) работы В. А. Фока, Б. А. Введенского, М. А. Леонтовича, В. Л. Гинзбурга, Е. Л. Фейнберга, Г. А. Гринберга и др. Ещё в конце 30-х гг. ленинградскими физиками под руководством Д. А. Рожанского и Ю. Б. Кобзарева были разработаны принципы импульсной радиолокации и построены радиолокационные станции.

  Идея использования радио в астрономии, в частности для радиолокации Луны, была в 40-х гг. высказана Мандельштамом и Папалекси. В 60-х гг. В. А. Котельниковым и коллективом его сотрудников были проведены радиолокационные исследования планет.

Квантовая электроника. Крупнейшим событием в физике и технике явилось создание квантовой электроники. Высокая культура радиофизических исследований, проводимых в Физическом институте АН СССР, во многом определила то, что именно в нём в 1951 по инициативе А. М. Прохорова начались фундаментальные исследования по квантовой электронике. В 1952—55 Прохоров совместно с Н. Г. Басовым доказал возможность создания усилителей и генераторов принципиально нового типа и решил основные задачи его осуществления. Первый молекулярный генератор (мазер) в сантиметровом диапазоне длин волн был построен ими в 1955 (и независимо от них Ч. Таунсом в США). Инверсия населённостей была получена ими в трехуровневой системе с оптической накачкой (1955). В 1957—58 Прохоров предложил использовать в качестве рабочего вещества рубин, выдвинул идею открытых резонаторов и развил методы создания парамагнитных усилителей.

  После изобретения мазеров важнейшим достижением в квантовой электронике явилось создание квантовых генераторов в  оптическом диапазоне длин волн — лазеров, причём оказалось, что лазерный эффект можно получить на широком классе веществ: полупроводниках, газах, жидкостях, стеклах, растворах. Басов впервые указал на возможность использования полупроводников в квантовой электронике и совместно с сотрудниками развил методы создания полупроводниковых лазеров (1957—61). Первый в СССР полупроводниковый лазер на арсениде галлия был построен в лаборатории, руководимой Б. М. Вулом. В 1963 Ж. И. Алферов предложил использовать для полупроводникового лазера гетероструктуры. Особо перспективен газодинамический лазер на CO₂, предложенный в 1967 А. М. Прохоровым и В. К. Конюховым и построенный в 1970.

  Квантовая электроника оказала большое влияние на развитие физики в целом (лазерная спектроскопия, лазерное зондирование атмосферы, лазерная диагностика плазмы и др.). Лазеры используются для целей локации, космической связи, в вычислительной технике, медицине.

Высокотемпературная плазма и проблемы управляемых термоядерных реакций. Исследования по теории плазмы были начаты в 30-х гг. В 1936 Л. Д. Ландау предложил кинетическое уравнение для электронной плазмы. В 1938 А. А. Власов составил уравнение колебаний разреженной плазмы в её собственном самосогласованном поле. Теория колебаний плазмы, основанная на этом уравнении, была развита в 1946 Ландау, который показал, что даже в отсутствие столкновений частиц плазмы колебания в ней затухают (т. н. затухание Ландау). Интерес к исследованию горячей плазмы возрос в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза. В 1950 И. Е. Тамм и А. Д. Сахаров предложили принцип магнитной термоизоляции плазмы. В 50-е гг. существ. результаты были достигнуты при экспериментальном исследовании мощных импульсных разрядов в газах для получения высокотемпературной плазмы (Л. А. Арцимович, М. А. Леонтович и их сотрудники). При этом была обнаружена неустойчивость плазмы. Дальнейшие исследования многообразных, типов неустойчивостей (Р. З. Сагдеев и др.) привели к разработке способов эффективного подавления некоторых из них (Б. Б. Кадомцев, М. С. Иоффе и др.). Теории турбулентности плазмы и её турбулентного нагрева посвящены исследования А. А. Веденова, Б. Б. Кадомцева, Е. К. Завойского и их сотрудников. Проведению всех этих исследований способствовали работы по созданию методов диагностики плазмы (Б. П. Константинов, Н. В. Федоренко, В. Е. Голант). Особенно большие успехи в получении эффективной термоизоляции плазмы были достигнуты на тороидальных магнитных установках типа «Токамак», исследования на которых были начаты в 1956 под руководством Арцимовича. В 1975 закончено сооружение наиболее крупной установки такого типа — «Токамак-10», которое явилось одним из значительных шагов на пути к осуществлению управляемой термоядерной реакции. На основе полученных результатов начаты разработки термоядерных реакторов (Е. П. Велихов, И. Н. Головин). В 1969 П. Л. Капица получил стабильный плазменный шнур в СВЧ-разряде с температурой порядка 10⁵—10⁶ К. Развивается перспективное направление термоядерных исследований, связанное с применением мощных лазеров для нагрева плазмы (А. М. Прохоров, Н. Г. Басов) и релятивистских электронных пучков (Е. К. Завойский, П. И. Рудаков). Интенсивно проводятся исследования на открытых ловушках (Г. И. Будкер, М. С. Иоффе) и установках с обжатием плазмы магнитным полем (Велихов).

Акустика. Различным разделам акустики — от общей теории акустики движущейся среды до проблем архитектурной акустики и практических методов измерений акустических величин — посвящены работы Н. Н. Андреева, возглавившего школу советских акустиков. Советскими учёными были выполнены работы по распространению звука в неоднородных и слоистых средах (Л. М. Бреховских); по общей теории звуковых явлений в неоднородных и движущихся средах (Д. И. Блохинцев, 1944—46); по распространению звука в средах со случайными неоднородностями (Л. А. Чернов, 1951—58); по звуковой оптике: преломление и фокусировка звука и ультразвука (Л. Д. Розенберг, 1949—55): по акустике речи (Л. А. Чистович, М. А. Сапожков). В 30—40-х гг. были проведены исследования в области музыкальной акустики (А. В. Римский-Корсаков, Л. С. Термен и др.). По архитектурной акустике и электроакустике работы выполнили В. В. Фурдуев, Ю. М. Сухаревский, С. Н. Ржевкин, А. А. Харкевич, Г. Д. Малюжинец и др. Важные результаты по нелинейной акустике получены Б. П. Константиновым, одним из пионеров этой области науки, и др. Начиная с 50-х гг. получила развитие физика ультразвука и гиперзвука (И. Г. Михайлов, С. Я. Соколов и др.). Ультразвуковая дефектоскопия в СССР начала быстро развиваться благодаря основополагающим работам Соколова.

  В начале 60-х гг. И. А. Викторов, Ю. А. Гуляев, В. Л. Гуревич, В. И. Пустовойт установили эффект усиления ультразвуковых волн в полупроводниках и слоистых структурах полупроводник — диэлектрик при дрейфе через них носителей тока, на основе которого были созданы различные акустоэлектронные приборы. Магнитоакустический резонанс, возникающий при взаимодействии гиперзвуковых и спиновых волн в ферромагнетиках (А. И. Ахиезер и др.), лег в основу генераторов гипери ультразвука и явился новым инструментом исследования магнитоупорядоченных кристаллов.

  Периодические издания: «Акустический журнал» (с 1955), «Атомная энергия» (с 1956), «Журнал технической физики» (с 1931), «Журнал экспериментальной и теоретической физики» (с 1931), «Известия АН СССР. Серия физическая» (с 1936), «Кристаллография» (с 1956), «Оптика и спектроскопия» (с 1956), «Приборы и техника эксперимента» (с 1956), «Радиотехника и электроника» (с 1956), «Успехи физических наук» (с 1918), «Физика металлов и металловедение» (с 1955), «Ядерная физика» (с 1965), «Квантовая электроника» (1971), «Физика плазмы» (1975) и др.

  См. Физика, Акустика, Атомная физика, Квантовая механика, Квантовая теория поля, Квантовая электроника, Магнетизм, Оптика, Относительности теория, Плазма, Полупроводники, Статистическая физика, Твёрдое тело, Термодинамика, Тяготение, Элементарные частицы, Ядерная физика.

  Э. В. Шпольский, В. Я. Френкель.

Естественные науки
Математика
Астрономия
Физические науки
Механика
Физико-географические науки
Геодезия
Картография
Метеорология
Океанология
Горные науки
Биологические науки
Почвоведение
Сельскохозяйственные науки
Медицинские науки