Н. Белов - Алексей Васильевич Шубников (1887—1970)
Без сомнения, пьезоэлектричество — любимое детище А. В. Шубникова. Еще в Ленинграде, изучая пьезоэффект в кварце, Алексей Васильевич обращает внимание на возможность использования пьезоэффекта двойникованных образцов. Позднее он проводит подробный анализ пьезосвойств двойников кварца различных типов [165]. В 50-х годах он участвует в совершенствовании и развитии современных методик измерения пьезоэффекта в кристаллах и живо следит за развитием работ по пьезоэлектричеству. В 1953 и 1954 гг. он организует два всесоюзных совещания по этой проблеме. Проблема электрических свойств кристаллов одной из первых была предложена для исследования на организованной им кафедре в МГУ. По приглашению Алексея Васильевича на протяжении ряда лет И. С. Желудев читал для сотрудников новой кафедры и студентов соответствующий курс, включающий сегнетоэлектричество. На кафедре были начаты научные исследования по сегнетоэлектрикам и пироэлектрикам.
Кристаллография механических свойств кристаллов
Работы А. В. Шубникова по разделу, который принято называть механические свойства кристаллов, многообразны, интересны и тесно связаны с практикой. Сюда могут быть отнесены его работы по резке камня, шлифованию шаров, приготовлению образцов для оптики и исследования электрических свойств. Как всегда Алексей Васильевич «ищет кристаллографию», точнее, активно использует кристаллографию для ориентировки образцов, нахождения наиболее рациональных способов их обработки и пр.
Не претендуя на оценку значимости тех или иных работ А. В. Шубникова по механическим свойствам кристаллов, коснемся лишь «кристаллографии» этих свойств, представленной его блестящими работами [72, 74], в которых излагается, в частности, открытие и изучение явления механического двойникования кристаллов кварца. В этом случае под нагрузкой происходит переориентация кристалла без изменения его формы.
Работа А. В. Шубникова по «фигурам проворачивания» [98] — еще один пример глубокого проникновения тонким и вдумчивым экспериментатором с помощью макрометодов в понимание микростроения материи. Здесь особенно интересен вывод о том, что пространственные «фигуры проворачивания» должны иметь «квантованное», причем конечное число вершин: тетраэдр (4 вершины)-^октаэдр (6) -^икосаэдр (12)-^сфера (оо).
Работы А. В. Шубникова по тензорной кристаллофизике содержат рассмотрение упругих свойств, анизотропии упругости [171], теплового расширения [210]. Упругие свойства при этом рассматриваются и как самостоятельное -явление и как явление, «присутствующее» при пьезоэффекте. Здесь опять через построение различного рода поверхностей (коэффициентов растяжения* модулей Юнга и пр.) четко выступает шубниковская концепция: кристалл прежде всего должен изучаться кристаллографическими методами.
Некоторые физические явления в свете симметрии по А. В? Шубникову
Говоря о физической кристаллографии, нельзя не остановиться на его работах по приложению симметрии ко многим физическим объектам и явлениям* которые выходят за рамки приложений симметрии к строению и свойствам кристаллов.
А. В. Шубников был, пожалуй, первым советским ученым, понявшим важность симметрийного подхода ко многим явлениям природы. Здесь он выступает прежде всего как физик в широком значении этого слова. В своих воспоминаниях Алексей Васильевич пишет, что его первые печатные работы, написанные в то время, когда он был студентом, были опубликованы в журнале «Физик-любитель» и не имели никакого отношения к кристаллографии [350]. Там же описываются и его опыты с им же изготовленной электрофорной машиной. «Опыты с электричеством» занимали Алексея Васильевича и в то время, когда ему было уже 70 лет. В своем кабинете он долгое время держал им же изготовленный несколько необычный электроскоп, демонстрируя, казалось бы, простые явления, относящиеся к его зарядке и разрядке. При этом Алексей Васильевич любил «экзаменовать» своих гостей, спрашивая, например, что будет с лепестком электроскопа, имеющего заряд определенного знака, если его основной стержень заземлить. Этот «экзамен» ему «сдавал» англичанин Д. Бернал, чех Петржилка, индус Багавантам и многие другие. Алексею Васильевичу нравилось, когда «экзаменуемый» ошибался. Он вообще любил повторять, что научный работник испытывает удовольствие в двух случаях: когда он что-либо поймет новое и когда он найдет ошибку у кого-либо другого. Зная это, сам Алексей Васильевич старался не допускать ошибок. Вот пример.
Готовился специальный выпуск журнала «Кристаллография» к Международному конгрессу кристаллографов в Кембридже в 1960 г. Алексей Васильевич представил новую прекрасную работу о симметрии подобия [247]. Нужно было дать к ней резюме, естественно, на английском языке. Алексей Васильевич написал это резюме по-французски, говоря: «Английский я знаю плохо, и поэтому, кто бы резюме ни проверял, у меня останется сомнение в том, что оно не содержит ошибок». Он был строг и к ошибкам других. Однажды утром Алексей Васильевич пригласил И. С. Желудева в кабинет, вынул из портфеля новую книгу по полупроводникам известного физика и спросил: «Ваня, Вы читали эту книгу?» И. С. Желудев ответил, что не читал, и поинтересовался мнением Алексея Васильевича о ней, на что тот ответил, чеканя каждое слово: «Книгу я просмотрел, прочитал некоторые параграфы (содержание которых я мог понять) и нашел там ошибки. На основании этого я не могу быть уверенным в том, что в книге нет ошибок и в тех параграфах, которые я понять не смог».
В другой раз Алексей Васильевич рассказывал в лаборатории (не без обиды) о том, что однажды он нашел ошибки в разделе симметрии в одной из книг, написанных двумя физиками-теоретиками, и написал им об этом. В следующем издании ошибки были исправены, но авторы не только не сочли нужным сослаться на него, но даже ему не ответили. Часто А. В. Шубников рассказывал о своих самых первых шагах в научных исследованиях. На занятиях по товароведению в коммерческом училище, где он учился, одна из лабораторных работ состояла в измерении толщины волоса (в частности, щетины). Будучи дотошным, Алексей Васильевич заметил, что один и тот же волос имеет различную толщину по длине. На его вопрос «Почему?» руководитель занятий ответил, что, например, у человека толщина растущего волоса зависит от того, в каких условиях он находится. «У меня чуть не захватило дух, — рассказывал Алексей Васильевич, — когда после этого разговора я сформулировал для себя первую „научную идею“: построить график толщины волоса в зависимости от времени и по этому графику сделать суждение о том, какова была жизнь его владельца в прошлом!»
Ряд приложений симметрии к физическим объектам и явлениям, рассмотренных А. В. Шубниковым, имеет важное значение. Здесь нужно отметить его работы по симметрии электрического и магнитного полей, светового луча, эффекта Холла.
А. В. Шубников в статье [219] справедливо писал, что П. Кюри был первым, кто осознал разницу между магнитной и электрической полярностью. Эта разница лежит в основе правильного понимания многих физических явлений, пространства и -времени. Сам Алексей Васильевич обратился к проблеме симметрии электрического и магнитного полей в 1938—1939 гг. [115, 124]. Он был первым советским физиком, правильно сформулировавшим эту проблему и последовательно проанализировавшим ее. Симметрия электрического поля отвечает симметрии полярного вектора (группе симметрии неподвижного конуса, ∞ mm), а симметрия магнитного поля — симметрии аксиального (осевого) вектора (группе симметрии вращающегося цилиндра, ∞/m). Эти четкие положения впервые были введены в отечественную литературу А. В. Шубниковым. Рассмотрев проблему движущихся зарядов и ими создаваемых полей, Алексей Васильевич четко показал, что только правильное определение симметрии элекрических и магнитных полей позволяет понять «перпендикулярность магнитного поля электрическому току» (парадокс Маха): два явления, «складываясь», имеют общие элементы симметрии, плоскости симметрии и, рассматриваемые вместе, обладают симметрией полярного вектора (группа ∞ mm). Если же поток заряженных частиц является круговым (токи Ампера), то образуемое им магнитное поле ориентировано так, что оно имеет общий с этими токами элемент симметрии — плоскость симметрии (объединенная симметрия токов и магнитного поля есть в этом случае симметрия аксиального вектора, описываемая группой ∞/m). Алексей Васильевич настаивал на том, чтобы на рисунках в научных статьях и книгах аксиальный вектор изображался не в виде обычной стрелки, а в виде отрезка прямой, окруженного ориентированным кольцом.
И. С. Желудеву приходилось неоднократно обсуждать с Алексеем Васильевичем симметрию электрических и магнитных полей, многих физических явлений. Однажды И. С. Желудев заметил, что поток электронов в проводнике создает магнитное поле, подобное «выворачивающемуся» кольцу дыма, когда через него «продувают» воздух. Алексею Васильевичу сравнение понравилось, но от себя он добавил: «Даже проще, резинка, надетая на карандаш, при протягивании последнего „выворачивается[* Желудев И. С. Полная симметрия скаляров, векторов и тензоров второго ранга. — Кристаллография, 1960, т. 5, вып. 3, с. 346—353.] подобно Вашему кольцу дыма; симметрия одна и та же». Подобная четкость моделирования была характерной особенностью его мышления.
