Анатоль Абрагам - Время вспять, или Физик, физик, где ты был

Главная наша встреча произошла шесть-семь лет спустя. Она была косвенной, но имела неприятные последствия. В 1954 или 1955 году Блини написал мне, чтобы узнать, не согласился бы я занять Оксфордскую кафедру теоретической физики, которую Прайс только что оставил, если бы мне ее предложили. Он писал, что таковым было желание большинства физиков Кларендона, но что это только предварительное предложение, так как окончательное решение зависит не только от физиков. Я был удивлен и польщен и дал положительный ответ. В течение двух месяцев не было никаких известий, а затем пришло письмо, в котором он сообщал (без подробностей), что возникли затруднения и что дело даже не дошло до голосования. Двадцать лет спустя я узнал от него, в чем было дело. Всемогущий Чаруэлл наложил «вето» на мою кандидатуру, заявив: «Мы не можем взять человека его происхождения; это испортит наши отношения с Харуэллом» (Харуэлл (Harwell) — главный британский атомный центр, находящийся в двадцати пяти километрах от Оксфорда). Итак, если бы не каприз сатрапа, я был бы теперь заслуженным профессором Оксфордского университета, а не заслуженным профессором Коллеж де Франс. Рок решил за меня, и не так плохо. Как пела Эдит Пиаф, «Je ne regrette rien» («мне ничего не жаль»).

Я еще ничего не сказал о Прайсе, с которым я работал два года. Он говорил по-французски свободно, но довольно странно. По-английски же он говорил как английский профессор, типичный продукт «публичной школы» и университета. Мать его была француженкой, и говорить по-французски он научился с мальчишками во французской деревне, где проводил каникулы, говорил совершенно свободно, но не как профессор, а, скорее, как крестьянин. Впечатление было такое, как будто вместе с языком менялась и его личность, что производило на меня очень странное впечатление. Он не привык говорить о физике по-французски (как и я по-русски), и мы скоро перешли с ним окончательно на английский.

Хотя до сих пор это было малозаметно, наибольшая часть моего времени и моих усилий в течение двух лет была посвящена физике. Теперь пришла пора сказать несколько слов и о ней.

ЭПР на протяжении многих лет был самой активной областью деятельности Кларендона. В нескольких словах и очень упрощенно вот его суть. Атом можно считать маленьким магнитом; у него есть полный магнитный момент, связанный с орбитальными угловыми моментами атомных электронов и с их внутренними угловыми моментами, так называемыми спинами. Спины связаны между собой, орбитальные моменты тоже, и, наконец, полный орбитальный момент связан с полным спином согласно правилам атомной физики и квантовой механики, составляя полный угловой момент. Полному угловому моменту соответствует полный магнитный момент. В сильном магнитном поле число ориентации магнитного момента, дозволенных квантовой механикой, конечно. Каждой ориентации соответствует своя энергия и частота, связанные друг с другом знаменитой постоянной Планка А. Это явление называется эффектом Зеемана, по имени голландского физика, который в конце прошлого столетия открыл его в оптических спектрах.

Чтобы перевести атом с уровня энергии El на ближайший уровень Е 2, необходимо передать ему энергию (Е 2— Е 1), — связанную с частотой через постоянную Планка: (Е 2- E 1)/h. Оказывается, что для магнитных полей порядка нескольких килогауссов, легко достижимых с помощью лабораторных электромагнитов, эти частоты совпадают с диапазоном микроволновых частот, т. е. частот радара. Часть аппаратуры радара, оставшейся после войны, попала в руки британских физиков. Когда я прибыл в Кларендон, Бребис Блини (Brebis Bleaney), самый блестящий из местных физиков, был как раз занят созданием Оксфордской школы парамагнитного резонанса, которая под его руководством господствовала в этой области более тридцати лет.

Необходимо напомнить, что атомное ядро в большинстве элементов тоже имеет магнитный момент, но очень малый, в тысячи раз меньший атомного момента. Для каждой ориентации атомного магнитного момента ядерный момент, в свою очередь, принимает конечное число ориентации. Это придает каждому атомному зеемановскому уровню более тонкую структуру, называемую ввиду ее малости сверхтонкой структурой. Эта сверхтонкая структура отражает взаимодействие между атомным и ядерным моментами, или, выражаясь иначе, магнитное поле, производимое электронами атома там, где находится ядро. Таким образом, ядро является микроскопическим зондом для изучения атомных волновых функций вблизи ядра, что и придает этому крошечному явлению такое значение.

Эти явления, очень простые для свободного атома (например, в атомарных парах) и известные еще до войны, становятся гораздо сложнее, но и гораздо интереснее для атома в веществе, находящемся в конденсированном состоянии, например в кристалле. Там межатомное взаимодействие приводит к глубоким изменениям волновых функций электронов, особенно внешних. В частности, магнетизм атомов (или ионов) становится анизотропным, т. е. зависящим от ориентации внешнего поля относительно осей кристалла.

Джон Ван Флек показал в тридцатых годах, что взаимодействия атомов можно описать с достаточной точностью моделью, в которой каждый атом ощущает фиктивное кристаллическое поле, симулируещее эффекты межатомных связей. С помощью этой модели Ван Флек и руководимая им группа успешно объяснили магнитные свойства элементов группы железа и редких земель. Явление парамагнитного резонанса было открыто русским физиком Завойским в 1944 году. Однако свое главное развитие оно получило благодаря трудам Блини и его коллег, которые смогли извлечь из своих измерений гораздо более подробную информацию, чем та, которая была доступна из статических измерений магнитной восприимчивости. [10] Ученики Завойского — советские физики Альтшулер, Козырев и др. — внесли достаточно весомый вклад в эту область. — Примеч. ред.

В веществе, находящемся в конденсированном состоянии, встречается случай, когда два атома находятся так близко друг от друга, что их волновые функции перекрываются; из-за квантовой неразличимости электронов вопрос, которому из двух атомов принадлежит электрон, теряет смысл. Дирак показал, что для двух электронов, принадлежащих таким двум атомам, возможность обменяться положениями эквивалентна обмену ориентации их спинов; а это, в свою очередь, соответствует существованию между спинами скалярной связи так называемого обменного взаимодействия. Гейзенберг первый показал, что это обменное взаимодействие и является источником огромного феноменологического молекулярного поля, которое французский физик Пьер Вейсс (Pierre Weiss) предложил в начале столетия для объяснения ферромагнетизма.