Нобелевская премия в области физики 2003 года / Автомобильная рубрика
В эфире – вторая передача, посвящённая нобелевским лауреатам нынешнего года. Неделю назад мы рассказывали об учёных, удостоившихся этой самой почётной в научном мире премии за достижения в области медицины. Сегодня речь пойдёт о физике. Итак, 7-го октября было объявлено, что...
Шведская королевская академия наук присудила Нобелевскую премию 2003-го года по физике совместно Алексею Абрикосову, Виталию Гинзбургу и Энтони Леггетту за выдающийся вклад в развитие теории сверхпроводимости и сверхтекучести.
Объявляя имена награждённых, представитель Нобелевского комитета называет их – так положено! – в алфавитном порядке. Я же, хоть и не имею ничего против этой традиции, представлю лауреатов нынешнего года в порядке старшинства. А значит, начну с Гинзбурга, патриарха советской, а ныне российской физики, для которого известие о присуждении Нобелевской премии стало опоздавшим на три дня подарком к 87-летию.
Виталий Лазаревич Гинзбург родился 4-го октября 1916-го года в Москве. В 1938-м году он окончил Московский государственный университет, в 1940-м году защитил диссертацию и поступил на работу в Физический институт АН СССР, где и проработал всю жизнь. В 1953-м году Гинзбург становится членом-корреспондентом, в 1966-м – действительным членом Академии наук СССР. Научные интересы Гинзбурга всегда отличались широтой: в разное время он занимался астрофизикой, радиоастрономией, теорией распространения волн в ионосфере, оптикой, вопросами происхождения космических лучей, теорией излучения, термоядерными реакциями. Важное место среди работ Гинзбурга занимает созданная им в 1950-м году совместно с академиком Львом Ландау феноменологическая теория сверхпроводимости; именно этот труд и удостоился теперь, полвека спустя, столь высокого признания. Впрочем, на протяжении последних 30-ти лет Гинзбурга неоднократно выдвигали на Нобелевскую премию. Несмотря на весьма преклонный возраст, учёный и сегодня продолжает активную научную деятельность: по-прежнему регулярно бывает в своём родном Физическом институте имени П.Н. Лебедева, где он долгие годы возглавлял теоретическую группу. Даже звонок из Шведской академии наук, известивший его о присуждении премии, застал Гинзбурга в кабинете за рабочим столом. Учёный растерялся:
Это для меня большая неожиданность. А это правда?
Впрочем, присущего ему чувства юмора Гинзбург всё же не утратил и на вопрос, позволит ли ему состояние здоровья 10-го декабря прибыть в Стокгольм, чтобы лично принять награду из рук шведского короля, ответил:
Это одному лишь Богу известно, но я его об этом спросить не могу, потому что я атеист!
Алексей Абрикосов, второй по старшинству в троице лауреатов нынешнего года, выслушав сообщение о присуждении ему премии, напротив, ничуть не удивился:
Честно говоря, я испытал лишь чувство облегчения: я уже давно жду, что выберут меня, но каждый год награда доставалась кому-то другому.
Алексей Алексеевич Абрикосов, гражданин России и США, родился 25-го июня 1928-го года в Москве. В 20 лет он окончил Московский государственный университет, с 1948-го по 1965-й годы работал в Институте физических проблем, там же в 1951-м году защитил диссертацию. С 1965-го по 1986-й годы Абрикосов – заведующий отделом Института теоретической физики имени Ландау АН СССР. В 1964-м году он становится членом-корреспондентом, в 1987-м – действительным членом Академии наук СССР. В 1988-м – 1989-м годах Абрикосов заведует кафедрой теоретической физики Московского института стали и сплавов, затем возглавляет Институт физики высоких энергий имени Л.Ф. Верещагина АН СССР. Из-под пера учёного вышли многочисленные труды по физике твёрдого тела, статистической физике, астрофизике, квантовой электродинамике, теории плазмы, а также удостоенные теперь Нобелевской премии работы по теории сверхпроводимости. В 1991-м году учёный выехал в США, где работает по сегодняшний день в Национальной лаборатории Аргонн – исследовательском центре ядерной энергетики в 40 километрах к югу от Чикаго в штате Иллинойс.
Самый молодой в троице лауреатов нынешнего года – Энтони Леггетт (Anthony J. Leggett): ему 65 лет. «Ишь, какой прыткий! Вполне мог бы подождать ещё лет двадцать!» – ядовито острят шведские комментаторы, намекая на склонность Нобелевского комитета присуждать премии весьма пожилым – чтобы не сказать престарелым – учёным, как правило, уже давно отошедшим от активной научной деятельности. Леггетт родился в 1938-м году в Лондоне. В 1958-м году он поступил в Оксфордский университет на философское отделение и лишь 2 года спустя увлёкся физикой. В 1964-м году он защитил диссертацию по специальности «теоретическая физика» в колледже Магдалины Оксфордского университета, после чего почти 20 лет преподавал и вёл научные исследования в Суссекском университете. В 1983-м году Леггетт переехал в США и с тех пор бессменно трудится в Иллинойсском университете в городе Урбана. Большинство выполненных им работ посвящены проблемам квантовой физики и физики низких температур, в том числе такому феномену как сверхтекучесть. Все коллеги единодушно отмечают скромность учёного. По словам Петера Вёльфле (Peter Wölfle), профессора университета в Карлсруэ, Леггетт – подлинный британец: немногословен, сдержан, старается не привлекать к себе внимание. «Он кажется маленьким и робким, но это – титан мысли, суперзвезда», – сказал профессор Тюбингенского университета Нильс Шополь. Леггетт – подданный Великобритании и гражданин США. Он состоит в ряде научных обществ и является, в частности, иностранным членом Российской академии наук.
Что же такое сверхпроводимость? Это явление скачкообразного исчезновения электрического сопротивления у проводящих материалов при охлаждении их ниже определённой, характерной для данного вещества, температуры, называемой критической температурой перехода. Важно также, что обратный переход образца из сверхпроводящего состояния в нормальное может произойти не только за счёт повышения температуры, но и в результате наложения внешнего магнитного поля, индукция которого превышает определённое критическое значение. В более слабых полях вещество в сверхпроводящем состоянии ведёт себя как идеальный диамагнетик: магнитная индукция внутри него равна 0, то есть магнитное поле не проникает в сверхпроводящий образец. Этот феномен – полное вытеснение магнитного поля из вещества при его переходе в сверхпроводящее состояние – получил название эффекта Мейснера по имени описавшего его немецкого учёного Вальтера Фрица Мейснера (Walter Fritz Meißner). Однако этот эффект имеет место только в так называемых сверхпроводниках 1-го рода. Открытые позднее сверхпроводники 2-го рода способны сочетать состояние сверхпроводимости с наличием магнитного поля внутри проводника.
Впервые явление сверхпроводимости обнаружил в 1911-м году, изучая свойства ртути, голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес (Heike Kamerlingh-Onnes), за что и получил уже двумя годами позже Нобелевскую премию. Пытаясь объяснить различные свойства сверхпроводников, немецкие учёные – братья Фриц Лондон (Fritz London) и Хайнц Лондон (Heinz London), работавшие в Англии, – в 1935-м году пришли к заключению, что сверхпроводящее состояние является макроскопическим квантовым состоянием металла. На основе этого представления они предложили феноменологическую теорию, объясняющую эффект Мейснера и отсутствие сопротивления. Виталий Гинзбург и Лев Ландау в 1950-м году обобщили эту теорию, что позволило рассмотреть поведение сверхпроводников 1-го рода в сильных магнитных полях. При этом не только нашло объяснение огромное количество уже имевшихся экспериментальных данных, но и были предсказаны новые важные явления, вскоре действительно обнаруженные. Именно за эту работу Виталий Гинзбург и удостоился теперь Нобелевской премии. Другой лауреат нынешнего года – Алексей Абрикосов – сумел теоретически обосновать сверхпроводимость 2-го рода и в 1957-м году распространить на неё теорию Гинзбурга-Ландау.
Вообще надо сказать, что исследования в области физики низких температур и, прежде всего, сверхпроводимости, держат рекорд по числу Нобелевских премий. В 1972-м году за теоретическое обоснование сверхпроводимости 1-го рода премию получили трое американцев – Джон Бардин (John Bardeen), Леон Купер (Leon Cooper) и Роберт Шриффер (Robert Schrieffer). А в 1987-м году премии удостоились двое сотрудников концерна «Ай-Би-Эм» – немец Йоханнес Георг Беднорц (Johannes Georg Bednorz) и швейцарец Карл Алекс Мюллер (Karl Alex Müller) – за открытие так называемой высокотемпературной сверхпроводимости. Дело в том, что на протяжении долгих десятилетий науке были известны лишь сверхпроводники с крайне низкими критическими температурами перехода, всего на несколько градусов превышающими абсолютный нуль. Даже у технеция, имеющего самую высокую среди чистых металлов критическую температуру перехода, она составляет лишь 11,2 градуса Кельвина. Между тем, получение и поддержание столь низких температур с использованием весьма капризного в эксплуатации жидкого гелия является делом не только сложным, но и, что, пожалуй, ещё важнее, весьма дорогостоящим, а потому о практическом применении сверхпроводимости в технических устройствах долгое время не могло быть и речи. Синтезированная Беднорцем и Мюллером керамика, состоящая из атомов кислорода, меди, бария и лантана и в обычных условиях вообще не проводящая электрический ток, обретала сверхпроводимость при температуре 30 градусов Кельвина. Немного погодя выяснилось, что результаты опытов искажены небольшой примесью свинца и что на самом деле критическая температура этого соединения даже ещё гораздо выше – 58 градусов Кельвина. Год спустя группа американских исследователей, заменив в составе всё той же керамики лантан на иттрий, получила и вовсе сногсшибательный результат – 92 градуса Кельвина, что значительно выше температуры кипения жидкого азота. Азот же гораздо дешевле и проще в обращении, чем гелий. И хотя физическая природа такой высокотемпературной сверхпроводимости до сих пор неизвестна, учёным из года в год удаётся получать всё новые и новые сверхпроводники с ещё более высокой критической температурой перехода. Значительные надежды они связывают также с открытием высокотемпературной сверхпроводимости у соединения совсем иного класса – диборида магния (MgB2). Однако уже и сегодня явление сверхпроводимости находит практическое применение. Профессор физики Пер Карлссон (Per Carlsson) говорит:
Сверхпроводящие материалы используются, например, в томографах на основе ядерного магнитного резонанса и в ряде других медицинских диагностических приборов. Сверхпроводники необходимы для ускорителей элементарных частиц. В перспективе они найдут применение в конструкции монорельсовых поездов на воздушной подушке.
А со временем могут стать реальностью и все те невероятные вещи, о которых инженеры и конструкторы мечтают с тех самых пор, как было открыто явление сверхпроводимости. Например, огромной мощности электродвигатели и электрогенераторы с невиданно высоким коэффициентом полезного действия, линии электропередачи, доставляющие энергию на любые расстояния без потерь, высокоскоростные компьютеры, сверхточные измерительные приборы. Возможность экономично поддерживать в проводнике нулевое электрическое сопротивление позволило бы даже создать уникальные энергохранилища, в которых единожды запущенный ток мог бы циркулировать годами и десятилетиями.
Третий лауреат Нобелевской премии по физике нынешнего года – Энтони Леггетт – исследовал не сверхпроводимость, а сверхтекучесть, но это, как оказалось, близкие по своей природе квантовые явления. Сверхтекучесть была открыта Петром Леонидовичем Капицей в 1938-м году. Было обнаружено, что при охлаждении жидкого гелия до температуры ниже 2,17 градусов Кельвина он теряет вязкость, а его теплопроводность резко возрастает. Такой сверхтекучий гелий способен без внутреннего трения протекать через самые узкие щели и капилляры и даже взбираться вверх по стенкам сосуда, как бы «не чувствуя» действия силы тяжести. В 70-х годах Энтони Леггетт предложил удостоенную теперь Нобелевской премии теорию, объясняющую взаимодействие и распределение атомов редкого изотопа гелия с атомной массой 3 в сверхтекучем состоянии.
Вот и всё на сегодня. Через неделю в эфир выйдет третий выпуск радиожурнала «Наука и техника», посвящённый нобелевским лауреатам 2003-го года, и речь в нём пойдёт о премиях по химии. Пока же я, Владимир Фрадкин, прощаюсь с вами. А сейчас – рубрика «Мир автомобиля».
Попытку соединить в одном транспортном средстве лучшие качества автомобиля и мотоцикла предприняла голландская компания «Ванденбринк» (Vandenbrink). Она предлагает трехколёсное транспортное средство под названием «Carver».
Очень точно возможности этого сооружения описал один из его создателей: «За рулём «Carver» вы едете как на автомобиле, а поворачиваете как на мотоцикле». Дело в том, что «Carver» состоит из двух частей, соединённых шарниром. Сзади – «тележка» на двух автомобильных колёсах. В неё упрятаны 4-цилиндровый турбодвигатель от «Daihatsu» мощностью 65 лошадиных сил и, разумеется, подвеска. На тележку опирается узкий челнок кабины, перед носом которой – большое мотоциклетное колесо. К слову сказать, садиться за руль трёхколёсного транспортного средства можно, только имея права на вождение мотоцикла.
Компания распространила видеоролик, на котором трёхколёсник представлен в действии. Вот «Carver» мчится по узкой дороге, вьющейся по холмам (кстати, максимальная скорость машины – 200 км/ч). В поворотах «Carver» мгновенно перекладывается с одного бока на другой – в точности как мотоцикл. В городе он с лёгкостью скользит между машинами, стоящими в пробке: ведь его ширина составляет всего-навсего 120 сантиметров, это на 20 сантиметров меньше, чем у «Смарта». При этом трёхколёсник обеспечивает вполне автомобильный комфорт. Под ногами – три привычные автомобильные педали. Справа – маленький рычаг пятискоростной коробки. В руках – круглая баранка.
На виражах угол наклона подвижной кабины может достигать 45-ти градусов. Если за рулем мотоцикла вы регулируете этот угол собственным телом, то в «Carver» эту задачу выполняет автоматика. Это и есть главная изюминка конструкции. Например, на скорости в 100 километров в час Вы заложили крутой вираж. Система зарегистрирует степень поворота переднего колеса и, используя гидравлика, наклонит кабину на оптимальный для этой скорости угол. Поэтому поворот вы пройдёте не хуже чем в ином спорткаре. Теперь – другая ситуация: вы поворачиваете руль на такой же угол, но уже не на трассе, а при парковке на стоянке. Автоматика «учтёт», что скорость мала, и кабина останется в вертикальном положении. Система действует очень быстро. Буквально за одну секунду вы можете переложить аппарат справа налево или наоборот. На случай, если система вдруг откажет на повороте, конструкторы предусмотрели вторую, абсолютно независимую от первой, гидравлическую систему задней подвески. Это к вопросу о надёжности.
Ну, и последнее, самое интересное: перед нами – не просто прототип или какой-нибудь экспериментальный образец, а машина, которую уже выпускают, правда, пока в очень небольшом количестве. Стоит такая игрушка недёшево – 36 тысяч евро. Но, по словам представителя компании, в массовом производстве «Carver» будет стоить даже дешевле обычного легкового автомобиля среднего класса. Что ж, подождём!