Идея курса, где были бы проанализированы работы лауреатов Нобелевской премии по физике, была высказана Николаю Николаевичу А.А.Матышевым (тогда доцентом, председателем методкомиссии кафедры) осенью 1995 года. Идея пришлась ему по душе, заинтересовала. Он стал собирать литературу, в частности, приобрел двухтомную энциклопедию “Лауреаты нобелевских премий”, подробно ознакомился с порядком выдвижения и процедурой прохождения кандидатур (для этой цели принял участие в семинаре “Наука и власть”, организованном РАН, в рамках которого 4 января 1996 года прошла встреча с председателем Нобелевского комитета И.Линдгреном). Составленный им хронологический список Лауреатов в области физики ошеломил его. Оказалось, что по крайней мере в первые десятилетия большинство работ, удостоенных этой награды, либо напрямую связаны с физической электроникой, либо косвенно отразились на направлениях её эволюции. Это и определило выше написанную формулировку названия курса. Ниже приводится план лекций, которые были прочитаны Николаем Николаевичем в весеннем семестре 1996 года (часть курса; другая его часть была прочитана А.А.Матышевым по самостоятельному плану). 19 февраля 1998 года он вновь открыл чтение этого курса. Это было последнее его выступление перед студентами (первую свою лекцию он прочитал 22 октября 1958 года). Как жаль, что он не дожил до такого события, как присуждение Нобелевской премии 2000 года по физике Ж.И.Алферову, к которой и Физическая электроника “приложила руку” свою… Текст составлен по расшифрованным рукописным записям.

И. и В. Петровы

ЛЕКЦИИ 1, 2

ВВЕДЕНИЕ

1. Замысел курса и его цель.
   Задачи:
       1) охватить наиболее фундаментальные основы физической электроники в их историческом развитии и выявить их влияние на современную науку и технику. Показать ФЭ как важный фундамент общей научной картины мира.
       2) выявить сложности человеческих общений и их необходимость для достижения всемирно значимого научного результата.
       3) показать важность умения в выработке формулировок изобретений и открытий.
2. Поощрительная система в науке как рычаг, стимулирующий её развитие.
   Национальные премии, медали, почетные звания.
   Комплекс “поощрительно – пропагандистских” мероприятий, сочетающих моральные и материальные формы “награждения”.
3. Семейство Нобелей в Петербурге.
4. Альфред Нобель и его завещание.
5. Порядок присуждения Нобелевских премий. Их номинация.
   Процедура вручения премий как важный аспект мероприятия.
6. Нобелевские лауреаты из России.
7. Физическая электроника сегодня.
   Определение ФЭ как науки, изучающей взаимодействия частиц и электромагнитного излучения с полями, сконденсированным веществом (включая биологические объекты) и друг с другом и создающая физические предпосылки для их практического использования.
   Основные направления работ кафедры:
   Эмиссионная электроника и анализ поверхности с помощью электронных и ионных пучков, электронная спектроскопия, электронная оптика, квантовая электроника (лазеры), СВЧ электроника (в т.ч. СВЧ микроэлектроника).
8. Выделение подразделов по принципу: излучение – среда – прибор.
   (электромагнитное излучение и излучение частиц – главные подразделы)

ЛЕКЦИИ 3, 4

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

1. Современное представление об электромагнитном излучении. Диапазон излучения (от Радио (РВ) с длиной волны более 10^-1 до Гамма лучей - менее 10^-11 м).
2. Соотношение длины волны и энергии. Распределение энергии по спектру излучения. Виды спектров в различных поддиапазонах.
3. Представления об электромагнитном излучении в 90-х годах прошлого века.
4. В.К. Рентген – первый лауреат Нобелевской премии (1901 г.) за открытие рентгеновских лучей (серия работ 1895- 97 г.г.)
5. Доказательство электромагнитного (волнового) характера РЛ. М. Лауэ и его Нобелевская премия 1914 года за открытие дифракции рентгеновских лучей на кристалле.
6. У.Г. Брэгг и У.Л. Брэгг – премия 1915 года за исследование структуры кристалла с помощью РЛ. –первое использование РЛ для исследований в области физики твердого тела
7. Ч.Г. Баркла – лауреат Нобелевской Премии 1917 года за открытие Характеристического Р. излучения.
8. А. Беккерель и супруги Кюри – открыватели гамма излучения. (Нобелевская премия по физике 1903 года)
9. Г. Маркони, Ф. Браун – лауреаты Нобелевской премии по физике 1909 года “в знак признания их заслуг в развитии беспроволочной телеграфии”.
   Итак, на протяжении 20 лет были открыты не только основные виды электромагнитного излучения, но и исследованы их основные характеристики и выявлены основные возможности их использования.
10. Примеры Нобелевских премий 20-х годов за открытия в области физики электромагнитных излучений: М. Сигбан - за исследования рентгеновской спектроскопии (1924); А. Комптон (совместно с Ч. Вильсоном, 1927) и В. Раман (1930) за открытие эффектов, названных их именами. Упомянуть Г. Ландсберга и Л. Мандельштама, которые открыли эффект комбинационного рассеяния света одновременно и независимо от Рамана (это признано).

ЛЕКЦИИ 5, 6

ИЗЛУЧЕНИЕ ЧАСТИЦ
И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С АКТИВНЫМИ СРЕДАМИ

1. Первую Нобелевскую премию, имеющую самое прямое отношение к ФЭ, в 1905 году получил немецкий физик Ф. фон Ленард, продолживший опыты Г. Герца по катодным лучам в газоразрядной трубке и доказавший, что они состоят из отрицательно заряженных частиц. Одним из главных его достижений (1902) было экспериментальное обнаружение факта, что “катодный луч”, должен обладать определенной минимальной энергией, чтобы ионизовать газ путем выбивания из атома “вторичного катодного луча” и определил потенциал ионизации для водорода. В том же году он экспериментально доказал, что при облучении светом возникают сходные явления ионизации, и дал описание основных закономерностей внешнего фотоэффекта. Однако, находясь в плену классических понятий, он не вышел ни на открытие электрона, ни на открытие фотона и объяснения наблюдаемых закономерностей.
2. Заслуга открытия электрона (элементарного носителя отрицательного электрического заряда) принадлежит Дж. Дж. Томсону (1897), Нобелевская премия 1906 года “в знак признания его выдающихся заслуг в области теоретических и экспериментальных исследований проводимости электричества в газах”.
3. В 1905 году А. Эйнштейн выдвинул гипотезы о квантах света и о его двойственной (волновой и корпускулярной) природе, объяснив с этих позиций закономерности внешнего фотоэффекта. Это великое открытие, сыгравшее решающую роль в развитии физики твердого тела, фотохимии и электроники был засвидетельствовано Нобелевской премией лишь в 1921 году.
4. С “легкой руки” А. Эйнштейна в первой половине 20-х получено еще две Нобелевских премии, “идущих” непосредственно в русле ФЭ. Их лауреаты:
   Английский физик Р. Э. Милликен (1923) – “за работы по определению элементарного электрического заряда и фотоэлектрическому эффекту” (экспериментальное доказательство справедливости теоретических положений А. Эйнштейна).
   Немецкие физики Д. Франк и Г. Герц (1925) – “за открытие законов соударений электронов с атомами”. Ими было показано, что атомы при бомбардировке их электронами и поглощают, и испускают энергию неделимыми единицами (квантами). В частности, они нашли, что атому ртути электроны могут передавать энергию только целыми, кратными 4,9 электрон-вольт порциями, и что атом может испускать энергию только такими же “порциями”.
5. Обзор работ по физике, удостоенных Нобелевских премий в 20-е годы (лекции 3- 5), как фундамента работ будущей науки ФЭ. Работы в Политехническом институте по эмиссионным явлениям, газовому разряду, фотоэффекту и электронным явлениям на поверхности твердых тел в 20-е годы.
6. Открытие Термоэлектронной эмиссии и начало эры радиоламп. Нобелевская премия 1928 года, которую получил английский физик О. Ричардсон “за работы по термоионным исследованиям, и особенно за открытие закона, носящего его имя”. Необходимо отметить, что Ричардсон внес также большой вклад в спектроскопическое исследование излучения, испускаемого возбужденными атомами, и фотоэффект под действием ультрафиолета.
7. Следует напомнить, что Премия А. Эйнштейна, не только объяснившая закономерности фотоэффекта, но давшая ключ к объяснению всех электронных явлений, также начала усиленно “работать” в эти годы.
8. И. Ленгмюр. Три образования (Институт Пратта в Бруклине, Колумбийский и Гёттингенский университеты). Успешная работа в Лаборатории “Дженерал электрик”, которая к тому времени разработала новую концепцию научного “задела” фирмы. Работы 10-х годов по изучению поведения нагретых тел в вакууме, приведшие к изобретению ртутного высоковакуумного насоса, газонаполненных электрических ламп и вольфрамо-ториевого катода радиоламп. Работы 20-х годов по объяснению понятия химическая валентность с точки зрения модели атома Н. Бора. Исследование свойств электрических разрядов в газах. Введение термина “плазма” для газа, ионизованного переменными токами очень большой мощности. Л. – первым стал заниматься двумерными образованиями на поверхности твердых тел с точки зрения их химии и физики (адсорбцию и пр.) и объяснил сложную физическую природу этого явления. Нобелевская премия была присуждена в 1932 году “за открытия и исследования в области химии поверхностных явлений”.
9. Гипотеза о волновых свойствах частиц по аналогии с корпускулярными свойствами волн Л. Де Бройля, высказанная им в начале 20-х (Нобелевская премия присуждена в 1929 году).
10. Работы по обнаружению проявления волновых свойств электронов. Экспериментальное подтверждение дифракции электронов К. Дэвиссоном (совместно с Джермером) (1925-27) - опыты по рассеянию электронов при их отражении монокристаллической поверхностью никелевой мишени. (работы по исследованию взаимодействия электронов с поверхностью для целей совершенствования электронных устройств велись им с 1919 году, а его докторская работа (1911) называлась “О тепловом испускании положительных ионов горячими телами”). Первые сведения об экспериментах Девиссона и Джермера вызвали интерес к этому направлению. В Англии Дж. П. Томсон наблюдал дифракцию электронов при прохождении их сквозь тонкие слои целлулоида, алюминия и золота.
11. Одновременно в Ленинграде опыты по рассеянию электронов, при прохождении через никелевую фольгу наблюдал научный сотрудник ФТИ П. С. Тартаковский, ведший также педагогическую работу на ФМФ ЛПИ. В 1939 г. проф. Тартаковский станет во главе организованной им кафедры электроники ФМФ . Нобелевская премия, за это открытие будет присуждена в 1937 году Дэвиссону и Томсону.

ЛЕКЦИЯ 7

Два петроградских студента, два ученика акад. А.Ф. Иоффе, два академика, два Лауреата Нобелевской премии, два долгожителя.

Биография (путь в науку).

Первые экспериментальные работы, проведенные им в области эмиссионной электроники (в частности, по вторичной электронной эмиссии ртути (совместно с будущим зав. кафедрой электроники ЛПИ акад. П. И. Лукирским) на базе лаборатории кафедры физики Политехнического института, 1923 г.);

Исследования процессов диссоциации и рекомбинации на поверхности твердых тел, определение значений потенциалов ионизации сложных соединений, обобщенные в книге “Химия электрона” (1927). Организационная деятельность в ФТИ и педагогическая деятельность в ЛПИ.

Создание (совместно с В. Фоком) теории пробоя диэлектриков и теплового взрыва газовых смесей как результат изучения процессов прохождения электрического тока через газы;

Организация в Москве Института физической химии (директор с 1931 года), академик АН СССР (1932). Многолетние труды по химической кинетике и механизмам химических реакций: открытие цепных реакций и условий возникновения взрывных механизмов;

Присуждение Нобелевской премии по химии (единственной среди ученых СССР) в 1956 году. Как сказал ученый в Нобелевской лекции, “Вряд ли можно в какой бы то ни было степени обогатить химическую технологию или даже добиться решающего успеха в биологии без этих знаний”;

Мероприятия в АН и Политехническом институте к столетию академика. Открытие мемориальной доски на западном фасаде Главного здания 6 мая 1996 года.

2. Петр Леонидович Капица (1894 – 1984)

Биография

Учеба и работа в Политехническом институте, семинары А. Ф. Иоффе.

Работа в ФТИ (совместно с Семеновым) по определению магнитного момента атома в неоднородном магнитном поле.

Работа в Кембридже у Резерфорда (1921-1934). Основание нового научного направления – Физики низких температур.

1935 – 1946 – директор Института физических проблем. Открытие “гелия 2”.

1946 – 1955 - жизнь без работы и права выезда; экспериментирование в сарае на подмосковной даче.

1955 - 1984 - Директор ИФП. Основные интересы – физика микроволновых генераторов (монография “Электроника больших мощностей” М., 1962) и физика плазмы.

Нобелевская премия по физике присуждена в 1978 г. “за фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур” (совместно с А. Пензиасом и В. Вильсоном).

Особенностью П. Капицы было умение конструировать установки и воплощать свои расчеты “в металле” – результат инженерного образования, полученного на электромехе. Велика его роль как просветителя и мужественного гражданина.

Поразительная общность судеб двух академиков - Нобелевских лауреатов (работа под началом А. Ф. Иоффе, проявление себя блестящими организаторами, наконец – долгожительство) “предопределено” их знаменитым парным портретом работы Б. Кустодиева (1921). Мемориальные доски П. Л. Капицы и Н. Н Семенова также расположены рядом на фасаде Главного здания СПбГТУ.

ЛЕКЦИЯ 8

ОБЗОР НОБЕЛЕВСКИХ ПРЕМИЙ ПО “КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ”

1. М. Планк (1918) – “ за открытие квантов энергии” (постоянная Планка).
2. А. Эйнштейн (1921).
3. Н. Бор (1922) – “за заслуги в в исследовании строения атома и испускаемого ими излучения”. Вскоре после получения премии им был сделан решаюший вклад в интерпретацию квантовой механики Лауреатом Нобелевской премии (1975) стал и сын Н. Бора – О. Бор (за развитие теории атомного ядра).
4. Л. Де Бройль (1929). Пример практического использования волновых свойств электрона – электронная оптика и изобретение в 1933 году электронного микроскопа Э. Руска. Нобелевскую премию получил лишь в 1986 г., разделив её с создателями сканирующего туннелирующего микроскопа Г. Биннингом и Г. Рорером.
5. В. Гейзенберг. Нобелевская премия 1932 года “ за создание квантовой механики” и её применение.
6. П. Дирак. Открытие спина и магнитного момента электрона. Вывод уравнения Дирака. Предсказание позитрона и возможности рождения из фонона пары электрон-позитрон.
7. Э. Шрёдингер. Математическое описание материи в терминах волновой функции (уравнение Шрёдингера, 1926).
8. Совместная Нобелевская премия 1933 г. – “за открытие новых продуктивных форм атомной теории”.
9. В. Паули Премия 1945 г. – “за открытие принципа запрета, который называют также принципом запрета Паули”.
10. М. Борн Премия (совместно с В. Боте) 1954 года “за фундаментальные исследования по квантовой механике, особенно за его статистическую интерпретацию волновой функции”
11. Р. Фейнман. Премия 1965 г. (совместно с Швингером и Томонагой) “за фундаментальные работы по квантовой электродинамике, имевшие глубокие последствия для физики элементарных частиц”.

ЛЕКЦИЯ 9

НОВЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ИССЛЕДОВАНИИ ИЗЛУЧЕНИЙ.

1. П. Черенков (совместно с И. Франком и И. Таммом, 1958)
2. Н. Басов и А. Прохоров (1964) - “за фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию генераторов и усилителей на лазерно-мазерном принципе” Кафедра ФЭ одна из первых “подхватила” это направление.
3. Д. Габор (1971) – “за изобретение и разработку голографического метода”.

НОВЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ФИЗИКЕ КОНДЕНСИРОВАННОГО ВЕЩЕСТВА

1. Транзисторный эффект – Д. Бардин (с У. Браттейном и У. Шокли), 1956 .
2. Квантовые жидкости – Лев Ландау (СССР) (1962)
3. Теория сверхпроводимости Д. Бардин (Л. Купером и Д. Шриффером), (1972).
4. Эффекты Джозефсона (1973)
5. К. Сигбан (1981, половина) за развитие электронной спектроскопии высокого разрешения.
6. Н. Бломберген и Л. Шавлов (1981, половина) – за спектроскопические исследования с помощью лазеров.
7. Бердноц и Мюллер (1987) – за открытие высокотемпературной сверхпроводимости.

ЛЕКЦИЯ 10 (заключительная)

НОВЕЙШИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

Райнес и Перл (1995)

Антивещество (см. “Природу” №2, 1996, C.77)

НЕСКОЛЬКО СЛОВ О ПРЕМИЯХ ПО ДРУГИМ ОБЛАСТЯМ ЗНАНИЙ

Физиология в России начала 20 века. Нобелевские премии: И. Павлов (1904) и И. Мечников (1908).

Выдающиеся русские биологи Н. Вавилов и Н. Тимофеев-Рессовский.

Г. Мёллер и его премия (1946) “за открытие появления мутаций под влиянием рентгеновского облучения”.

Выдающиеся открытия в области молекулярной биологии.

А. Д. Сахаров – один из главных создателей водородной бомбы. Автор модели Вселенной, объясняющей баланс вещества – антивещества понятием антикварков. Борец за Открытое общество и Права человека. Нобелевская премия мира (1975).

РОССИЙСКИЕ ЛАУРЕАТЫ НОБЕЛЕВСКОЙ ПРЕМИИ ПО ЛИТЕРАТУРЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Роль Нобелевских премий как фиксатора развития современного этапа цивилизации.
2. Нобелевские премии и политика. Авторитарные режимы Германии и СССР и Нобелевские премии.
3. Обзор основных направлений работы кафедры ФЭ в свете рассмотренных научных достижений.
4. Методологические аспекты процессов овладения научными знаниями.