СССР. Естественные науки

Математика

Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. Эйлер, Д. Бернулли и другие западноевропейские учёные. По замыслу Петра I академики-иностранцы должны были иметь русских учеников; и действительно, Эйлеру удалось основать русскую математическую школу. В 19 в. Россия дала мировой науке Н. И. Лобачевского, создателя неевклидовой геометрии, труды которого длительное время не были оценены, но в дальнейшем оказали огромное влияние на развитие математики и смежных с ней наук. В 19 в. в АН были избраны выдающиеся математики М. В. Остроградский, В. Я. Буняковский и П. Л. Чебышёв, создавший в Петербурге замечательную математическую школу, к которой, в частности, принадлежали академики А. М. Ляпунов, А. А. Марков и В. А. Стеклов. П. Л. Чебышёв считал, что в математике важно, прежде всего, то, что помогает решать практические задачи или содействует развитию смежных разделов науки; исходя из запросов теории механизмов, он построил теорию наилучших приближений функций. Русские математики внесли большой вклад в решение технических проблем. Труды Н. Е. Жуковского и С. А. Чаплыгина были посвящены созданию теории полёта и развитию авиации, а труды А. Н. Крылова - созданию теории корабля и развитию кораблестроения.

Достижения дореволюционной русской математики были связаны с исследованиями отдельных учёных и имели очень узкую базу. Основными центрами математических исследований являлись университеты - Петербургский, Московский, Казанский, Киевский, Харьковский. В Петербургском университете работали почти все математики - члены АН; в других математических центрах главные достижения были также связаны с работами чебышевской школы.

В СССР после Октябрьской революции 1917 успешно разрабатываются все основные направления современной математики; активно ведётся работа по её применениям. Выдающаяся роль принадлежит Математическому институту им. В. А. Стеклова АН СССР (1934, Москва), на базе отделов которого был создан ряд научно-исследовательских учреждений, в том числе институт прикладной математики АН СССР (1963, Москва). Большая научно-исследовательская работа в области математики и её приложений ведётся также в Вычислительном центре АН СССР (1955, Москва), Институте математики Сибирского отделения АН СССР (1957, Новосибирск), на математических кафедрах МГУ, ЛГУ и других университетов, институте математики и механики Уральского научного центра АН СССР (1971, Свердловск), в институтах республиканских АН. На Украине, в Грузии, Армении, Узбекистане, Литве имеются крупные математические школы.
В области теории чисел И. М. Виноградов создал мощный метод тригонометрических сумм, позволивший получить наилучшие результаты в вопросе о распределении дробных долей функций, в аддитивных задачах, в распределении простых чисел в натуральном ряде; последний вопрос тесно связан с проблемой распределения нулей дзета-функции Римана - одной из труднейших в теории функций комплексного переменного. И. М. Виноградов получил асимптотические формулы, из которых в качестве весьма частного случая вытекает решение т. н. проблемы Гольдбаха о возможности представления любого нечётного числа в виде суммы трёх простых чисел. Метод тригонометрических сумм играет большую роль и в других разделах математики. Существ. вклад в развитие этого метода и его приложений внёс Ю. В. Линник. Значит. результаты в теории трансцендентности принадлежат А. О. Гельфонду. В области теории чисел работали также И. И. Иванов, Р. О. Кузьмин, К. К. Марджанишвили, Л. Г. Шнирельман и др.
Важнейшие исследования в области алгебры велись в тесной связи с работами по математической логике. Так, методами математической логики П. С. Новиков опроверг высказанную в начале 20 в. гипотезу о том, что всякая периодическая группа с конечным числом образующих конечна (аналогичные предположения высказывались и в отношении других алгебраических систем). А. И. Мальцев, также методами математической логики, доказал, в частности, неразрешимость элементарной теории конечных групп; А. И. Мальцев и А. А. Марков разрабатывали теорию алгоритмов; В. М. Глушков - абстрактную теорию автоматов, получившую важные применения. Авторами работ в области алгебры являются также Д. А. Граве, О. Ю. Шмидт, Б. Н. Делоне, А. П. Ершов, М. И. Каргаполов, А. И. Кострикин, Д. К. Фаддеев, Н. Г. Чеботарев, А. И. Ширшов и др., а в области математической логики - Ю. Л. Ершов, О. Б. Лупанов, А. А. Ляпунов, С. В. Яблонский и др.
Возникла теория управляющих систем. Л. С. Понтрягин, Е. Ф. Мищенко и др. создали общую математическую теорию оптимальных процессов, в центре которой находится предложенный Л. С. Понтрягиным "принцип максимума". Качественная теория обыкновенных дифференциальных уравнений разрабатывалась в связи с теорией нелинейных колебаний. При этом весьма важное значение имело введение в рассмотрение А. А. Андроновым и Л. С. Понтрягиным т. н. грубых систем уравнений, т. е. таких систем, общее поведение траекторий которых не меняется при малых изменениях правых частей уравнений. Теорией обыкновенных дифференциальных уравнений занимались также Н. М. Крылов, И. А. Лаппо-Данилевский, В. В. Степанов и др.
Развивая асимптотические методы теории колебаний, Н. Н. Боголюбов нашёл асимптотические ряды, дающие хорошие приближения на больших отрезках времени. Им была доказана при весьма общих предположениях сходимость асимптотических разложений; исследование поведения асимптотических разложений на бесконечном промежутке времени проведено методом инвариантных многообразий. Эти работы нашли многочисленные как теоретические, так и практического применения.
Вопрос об устойчивости конкретной системы, как показал А. М. Ляпунов, может быть сведён к построению некоторой функции и определению знака её производной. Н. Н. Красовский определил критерий существования функций Ляпунова для автономных (не зависящих от времени) систем широкого класса.
Н. Н. Лузин провёл важные исследования в области теории функций действительного переменного. В частности, он доказал существование непрерывной примитивной для каждой измеримой и конечной почти всюду функции; это дало возможность решения задачи Дирихле в классе измеримых функций. Основанная Н. Н. Лузиным и Д. Ф. Егоровым московская математическая школа явилась источником ряда новых направлений в советской математике.
А. Н. Колмогоровым, Д. Е. Меньшовым, В. Я. Козловым и другими учёными глубоко разработана теория тригонометрических рядов. В связи с развитием функциональных и вариационных методов решения краевых задач математической физики изучен ряд новых проблем в теории дифференцируемых функций многих переменных. С. Л. Соболевым и С. М. Никольским установлены теоремы вложения для различных классов функций. Вопросам теории приближения функций в действительной области посвящены работы С. М. Никольского и других учёных.
Много работ советских учёных посвящено теории функций комплексного переменного и её приложениям. Важнейшие применения теории аналитических функций в области аэромеханики были даны Н. Е. Жуковским и С. А. Чаплыгиным. Большой вклад в аэромеханику внёс М. В. Келдыш. Результаты Н. И. Мусхелишвили и И. Н. Векуа по граничным задачам теории аналитических функций, которыми занимались также В. В. Голубев и И. И. Привалов, нашли применение в теории упругости, теории оболочек, в механике сплошной среды. В связи с рядом прикладных задач разрабатывались обобщения теории аналитических функций. М. А. Лаврентьев создал теорию квазиконформных отображений, которую он применил к изучению струйного течения жидкости. И. Н. Векуа построил теорию обобщённых аналитических функций.
М. В. Келдыш и М. А. Лаврентьев провели фундаментальные исследования в теории равномерного приближения функций комплексного переменного многочленами. Эти работы были продолжены А. Г. Витушкиным, А. А. Гончаром, С. Н. Мергеляном и другими учёными; был изучен вопрос о приближении функций комплексного переменного рациональными функциями, работы по интерполяции функций в комплексной области выполнил А. Ф. Леонтьев.
Разработка теории функций действительного переменного привела советских математиков к необходимости развития теории множеств и содействовала возникновению теоретико-множественной топологии. Основополагающими явились работы П. С. Александрова. Им, в частности, введено фундаментальное понятие нерва системы множеств. П. С. Александровым создана топологическая теория незамкнутых множеств, играющая большую роль в топологии.
Л. С. Понтрягин является основателем школы алгебраической топологии. Современная топология представляет собой цикл областей математики, изучающих т. н. глобальные проблемы геометрии, анализа, теории дифференциальных уравнений; она охватывает также часть алгебры. Начиная с исследований Л. С. Понтрягина по теории двойственности, топология развивалась под влиянием его идей и методов. Вопросами топологии занимались также А. Н. Тихонов, С. П. Новиков и др.
В области геометрии А. Д. Александровым построена общая теория выпуклых многогранников. Им, А. В. Погореловым и другими геометрами исследованы дифференциально-геометрические образования "в целом".
Многочисленные исследования проведены по теории дифференциальных уравнений с частными производными. В. И. Смирновым и С. Л. Соболевым был дан метод решения уравнений гиперболического типа. А. Н. Колмогоровым были изучены уравнения параболического типа. И. Г. Петровский выделил и изучил широкие классы эллиптических, гиперболических и параболических систем, которые в основном сохраняют свойства соответствующих уравнений 2-го порядка. Им же дано решение задачи Коши для гиперболических систем и в наиболее общем виде исследован вопрос об аналитичности решений эллиптических систем (в частных случаях этот вопрос рассматривался ранее).
И. Н. Векуа исследовал общие краевые задачи для эллиптических уравнений высшего порядка с двумя независимыми переменными созданным им методом интегральных представлений решений; эти работы были продолжены многими математиками. Уравнения смешанного типа изучались М. А. Лаврентьевым и А. В. Бицадзе. Н. М. Крыловым, Н. Н. Боголюбовым, И. Г. Петровским были разработаны прямые методы решения вариационных задач, качественные методы исследования вариационных задач развиты в работах Л. А. Люстерника, Л. Г. Шнирельмана и др.
Работы С. Л. Соболева в области математической физики вызвали необходимость изучения новых классов уравнений. Им введены новые функционально-аналитические методы исследования задач математической физики, ряд работ по математической физике выполнили Н. М. Гюнтер, Н. С. Кошляков и др.
М. В. Келдышем заложены основы теории несамосопряжённых операторов, которая применялась в исследованиях многочисленных учёных. Н. И. Мусхелишвили и его учениками получены важные результаты в области теории сингулярных интегральных операторов. Значит. работы проведены по спектральной теории операторов. Получено много результатов в изучении краевых задач смешанного типа и в теории квазилинейных систем. Ряд вопросов функционального анализа (теория нормированных колец, представления групп, обобщённые функции) изучался И. М. Гельфандом. Л. В. Канторовичем построена теория полуупорядоченных пространств. Л. И. Седовым предложены обобщённые вариационные принципы механики, дающие возможность описания необратимых процессов.
В теоретической физике Н. Н. Боголюбов и В. С. Владимиров применили к проблемам квантовой теории поля методы теории аналитических функций множества комплексных переменных и теории обобщённых функций. Н. Н. Боголюбовым построена теория сверхтекучести и установлен фундаментальный факт, что сверхпроводимость может рассматриваться как сверхтекучесть электронного газа. Н. Н. Боголюбовым предложена система аксиом квантовой теории поля, которая дала возможность строго доказать дисперсионные соотношения. В связи с изучением вопросов квантовой теории поля Н. Н. Боголюбовым и В. С. Владимировым получены важные результаты в теории функций многих комплексных переменных (теорема об "острие клина", о "С- выпуклой оболочке", о "конечной инвариантности" и др.). Важные результаты в области теоретической физики принадлежат также Л. Д. Фаддееву.
Многочисленные работы в области теории вероятностей и математической статистики ведутся со времён деятельности П. Л. Чебышёва и его учеников А. М. Ляпунова и А. А. Маркова. С. Н. Бернштейн завершил исследования по предельным теоремам типа Лапласа и Ляпунова, приводящим к нормальному закону распределения, и изучил условия применимости основной предельной теоремы к зависимым величинам. Существенные результаты в области теории вероятностей получены А. Я. Хинчиным. А. Н. Колмогоровым разработана общепринятая ныне аксиоматика теории вероятностей, основанная на понятии меры. В трудах А. Н. Колмогорова и его школы широкое развитие получила теория случайных процессов. Ряд предельных теорем теории вероятностей доказан Ю. В. Прохоровым и его учениками, в том числе теоремы о сходимости распределений, связанных с суммами независимых случайных величин, к распределениям некоторых случайных процессов. Авторами работ в области теории вероятностей являются также А. А. Боровков и др., а в области математической статистики - Н. В. Смирнов, исследовавший её непараметрические задачи, Л. Н. Большев и др. Ю. В. Линником введены новые аналитические методы, примененные им и его учениками к предельным теоремам и к задачам параметрической статистики. Ряду учёных принадлежат исследования в области теории надёжности и теории массового обслуживания.
Выдающееся значение имеют работы Н. Н. Боголюбова, В. М. Глушкова, А. А. Дородницына, М. В. Келдыша, Н. Е. Кочина, М. А. Лаврентьева, А. Н. Тихонова и других учёных по прикладной математике. А. А. Дородницыным и его сотрудниками созданы методы решения задачи обтекания тел в полной нелинейной постановке для звуковых, сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростей. Н. Е. Кочиным исследованы вопросы движения вязкой жидкости. Границы применения математики всё более расширяются. Наряду с традиционными областями её применения, такими, как механика, физика, астрономия, возникли новые - экономика, биология и др. Ряд приложений математики к вопросам экономики разработал Л. В. Канторович.
Теорией приближённых вычислений занимался А. Н. Крылов. Современная вычислительная математика возникла из задач новой техники на основе использования классической математики и применения ЭВМ. Этим путём были решены важные задачи, относящиеся к проблеме овладения атомной энергией, к теории космического полёта и к другим вопросам. Появление ЭВМ поставило перед математикой ряд новых проблем, в частности посвященных изучению различных алгоритмов. В этой связи проведено сравнительное изучение алгоритмов для широкого круга задач, исследован вопрос о построении наилучших (или близких к наилучшим) алгоритмов, принадлежащих данному классу при различных критериях оптимальности. Важное значение для вычислит. техники имеет теория алгоритмических языков, дающая возможность унификации и упрощения программирования на ЭВМ.
А. Н. Тихоновым и его сотрудниками изучена задача численного интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений с разрывными коэффициентами и получены удобные для машинной реализации алгоритмы нахождения регуляризованного решения для многих некорректных задач математической физики; в той же области работают В. К. Иванов, М. М. Лаврентьев и др. В. М. Глушковым, А. А. Дородницыным, А. А. Самарским, а также Н. П. Бусленко, Н. Н. Говоруном, С. К. Годуновым, Е. В. Золотовым, В. А. Мельниковым, Н. Н. Моисеевым, В. В. Русановым и другими учёными много сделано для использования ЭВМ в решении разнообразных классов математических задач.
Среди научных учреждений, которые разрабатывают вопросы, связанные с вычислительной техникой, находятся Институт прикладной математики АН СССР (1963), Институт точной механики и вычислительной техники (1948, Москва), Вычислительный центр АН СССР (1955), Институт кибернетики АН УССР (1962, Киев) и др.
Советские математики принимают участие в работе Международного математического союза (с 1957) и Международных математических конгрессов (с 1928).
Периодические издания: "Математический сборник" (с 1866), "Труды Математического института им. В. А. Стеклова АН СССР" (с 1931), "Известия АН СССР. Серия математическая" (с 1937), "Успехи математических наук" (с 1936), "Теория вероятностей и ее применения" (с 1956), "Журнал вычислительной математики и математической физики" (с 1961), "Математические заметки" (с 1967), "Функциональный анализ и его приложения" (с 1967), "Теоретическая и математическая физика" (с 1969), "Украинский математический журнал" (с 1949), "Сибирский математический журнал" (с 1960), "Дифференциальные уравнения" (с 1965) и др.
См. Математика, Чисел теория, Алгебра, Логика, Геометрия, Топология, Функций теория, Функциональный анализ, Дифференциальные уравнения, Вероятностей теория, Математическая статистика, Вычислительная математика, Математические журналы.
? К. К. Марджанишвили.Астрономия
На территории СССР в разных районах имеется немало материальных памятников древней культуры, свидетельствующих об интересе к астрономическим наблюдениям в весьма отдалённую эпоху; таковы, в частности, сохранившиеся на С.-З. Европейской территории и в Средней Азии наскальные рисунки с астрономическим содержанием; это подтверждает и хорошо разработанная лунно-солнечная календарная система, которой с давних времён пользовались славянские народы. В 10-13 вв. на Руси получили распространение книги, содержащие, в частности, сведения об устройстве Вселенной, о причинах солнечных и лунных затмений и др. Много записей астрономического характера (о солнечных пятнах и протуберанцах, затмениях Солнца и Луны, появлениях комет и т. п.) имеется в русских летописях 11-13 вв. Уже в 7 в. получил распространение трактат по космографии армянского учёного Анании Ширакаци, содержавший астрономические сведения того времени. Больших успехов достигла астрономия в 10-15 вв. у народов Средней Азии на территориях, ныне входящих в СССР: Аль-Бируни из Хорезма принадлежит трактат о летосчислении народов мира, на обсерватории Улугбека в Самарканде выполнен ряд работ, среди которых особое значение имеет составление каталога положений 1019 звёзд.
В конце 17 - начале 18 вв. в России появились первые астрономические обсерватории. На основанной в 1701 обсерватории при Школе математических и навигацких наук (Москва) наблюдения проводил Я. В. Брюс. Петербургская АН с первых лет существования имела астрономическая обсерваторию в Петербурге. Работавшие на ней И. Делиль (первый её директор), Н. И. Попов и др. выполняли работы, имевшие не только научное, но и практическое значение. В 1753 была открыта обсерватория при Виленском (Вильнюсском) университете. С целью определения параллакса Солнца и для определения долгот городов России во 2-й половине 18 в. был организован ряд экспедиций, в которых работали все ведущие астрономы АН, в том числе Ж. Делиль, А. Д. Красильников, А. И. Лексель, Н. И. Попов, С. Я. Румовский. Во время прохождения Венеры по диску Солнца в 1761 М. В. Ломоносов обнаружил атмосферу этой планеты.
1-я половина 19 в. ознаменовалась открытием астрономических обсерваторий при ряде университетов - Харьковском, Дерптском (позже Юрьевский, Тартуский), Казанском, Московском, Киевском, Петербургском и др. В 1839 вблизи Петербурга была открыта Пулковская астрономическая обсерватория, ставшая в первые же годы своего существования одной из лучших обсерваторий мира по научному оборудованию и значению выполненных работ. Основателем и первым директором обсерватории был В. Я. Струве. Всеобщее признание получила Пулковская астрометрическая школа; велись исследования строения звёздной системы и закономерностей движения звёзд в ней (В. Я. Струве, М. А. Ковальский и др.). Первые в России работы в области астрофизики были выполнены Ф. А. Бредихиным и А. А. Белопольским. Таким образом, в дореволюционной России имелось немалое число астрономических обсерваторий (ко 2-й половине 19 в. были открыты новые обсерватории в Одессе, Ташкенте, Симеизе и др.), где были достигнуты значит. успехи в ряде разделов астрономии и прежде всего - в астрометрии, звёздной астрономии.
Для развития советской астрономии большое значение имели созданные в СССР новые институты и обсерватории: Ленинградский астрономический институт (1919, ныне Институт теоретической астрономии АН СССР), Государственный астрономический институт им. П. К. Штернберга при Московском университете (1931, ГАИШ), Абастуманская обсерватория АН Грузинской ССР (1932), Бюраканская астрофизическая обсерватория АН Армянской ССР (1946), Шемахинская астрофизическая обсерватория АН Азербайджанской ССР (1956), Институт астрофизики АН Таджикской ССР (1932), Астрофизический институт АН Казахской ССР (1950), Горная астрономическая станция Пулковской обсерватории близ Кисловодска (1948), Тартуская астрофизическая обсерватория им. В. Я. Струве АН Эстонской ССР (1964), Радиоастрофизическая обсерватория АН Латвийской ССР (1967), широтная станция в Китабе (1930) и др. Во время Великой Отечественной войны 1941-45 фашистскими оккупантами была разрушена Пулковская обсерватория, разграблено и сожжено её отделение - Симеизская астрофизическая обсерватория в Крыму; в послевоенные годы они были восстановлены и расширены, в Крыму в 40-х гг. создана самая большая в СССР астрофизическая обсерватория вблизи Бахчисарая (Крымская астрофизическая обсерватория АН СССР).
Обсерватории получили новые астрономические инструменты: рефлекторы с диаметром главного зеркала 2,6 м в Крыму и Бюракане, 2,0 м в Шемахе, 1,5 м в Эстонии, 1,25 м в Абастумани и на Крымской станции ГАИШ, телескопы Шмидта диаметром 1 м в Бюракане и 0,8 м в Латвии и др. В 1975 завершено строительство Специальной астрофизической обсерватории АН СССР на Северном Кавказе, где установлен крупнейший в мире рефлектор (БТА) с диаметром зеркала 6 м.
В СССР ведутся работы по всем разделам астрономии. Наиболее важные результаты получены в области изучения нестационарных процессов на звёздах и на Солнце, исследования активности ядер галактик и звездообразования, фундаментальной астрометрии, проблемы физики Солнца, магнетизма в космосе и др.
В астрометрии разработана (30-е гг.) и реализуется программа создания фундаментальной опорной системы слабых звёзд для построения инерциальной системы координат в космосе (М. С. Зверев и др.). Введение атомных часов в практику служб времени позволило получить (60-е гг.) новые данные о тонких эффектах вращения Земли. Развернулись работы по изучению изменений широт (А. Я. Орлов, Е. П. Федоров, В. П. Щеглов и др.).
Крупные успехи достигнуты в области астрофизики и звёздной астрономии. Детально исследованы различные компоненты звёздного населения нашей Галактики (Б. В. Кукаркин); непрерывно идущий процесс звездообразования в звёздных системах подтвержден открытием звёздных ассоциаций (В. А. Амбарцумян). Важные результаты были получены в разработке физической теории газовых туманностей (В. А. Амбарцумян, А. Я. Киппер, В. В. Соболев). Измерено вращение звёзд (в 1929 была опубликована совместная статья Г. А. Шайна и американского астронома О. Струве), с 50-х гг. ведутся исследования внутреннего строения и путей развития звёзд различного типа (А. Г. Масевич и др.); велись исследования тесных двойных звёзд (Д. Я. Мартынов и др.); интенсивно изучались новые и сверхновые звёзды (Э. Р. Мустель), разработана теория движущихся звёздных атмосфер (1947, В. В. Соболев). Важные наблюдательные результаты были получены в области изучения нестационарных звёзд (А. А. Боярчук, Р. Е. Гершберг, Л. В. Мирзоян). Впервые обнаружены и изучены слабые магнитные поля звёзд (А. Б. Северный). На Крымской и Абастуманской обсерваториях осуществлены фотометрические измерения и спектральная классификация десятков тысяч звёзд Млечного пути (Е. К. Харадзе, П. Ф. Шайн и др.); обнаружено и исследовано большое количество водородных туманностей близ галактической плоскости, а также диффузных туманностей в нашей и других галактиках (1950-55, Г. А. Шайн и др.), при помощи электронно-оптического преобразователя впервые обнаружено ядро нашей Галактики (А. А. Калиняк, В. И. Красовский и В. Б. Никонов). С 1958 составляются и издаются каталоги переменных звёзд (Астрономический совет АН СССР и ГАИШ). Успешно развивается в СССР и радиоастрономия. Большой радиотелескоп (РАТАН-600) установлен (1975) на Специальной астрофизической обсерватории АН СССР.
Радиотелескопы работают также на Крымской обсерватории, в Физическом институте АН СССР, в институте радиоэлектроники АН УССР близ Харькова, на обсерватории Горьковского университета. Эти инструменты дают наблюдательный материал для исследований структуры Галактики, изучения квазаров, пульсаров, планет и других космических объектов. Разработана (50-е гг.) теория, объясняющая происхождение фона космического радиоизлучения, а также радиоизлучения остатков сверхновых звёзд (В. Л. Гинзбург, Я. Б. Зельдович, С. Б. Пикельнер, И. С. Шкловский и др.). Для развития космологии были существенны работы А. А. Фридмана (20-е гг.). Открыта и исследована сверхкорона Солнца (1951, В. В. Виткевич). Радиолокационные исследования Луны, Венеры, Меркурия, Марса, Юпитера позволили уточнить значение астрономической единицы, получить сведения о вращении Венеры и др. (60-е гг., В. А. Котельников и др.).
В области внегалактической астрономии важные исследования выполнены в Бюракане и ГАИШ. В 60-х гг. разработана теория, согласно которой важную роль в образовании галактик играют процессы, происходящие в их ядрах (В. А. Амбарцумян). Осуществлено детальное морфологическое изучение галактик (60-е гг., Б. А. Воронцов-Вельяминов и др.). Обнаружены и исследованы многочисленные нестационарные внегалактические объекты нового типа (Б. Е. Маркарян и др.).
Значительны достижения в изучении Солнца и связи солнечных и геофизических явлений. Создана большая сеть службы Солнца, систематически публикуются каталоги явлений солнечной активности. Изучено тонкое строение фотосферы и хромосферы Солнца, в частности с помощью телескопа, поднимаемого на баллонах на высоту 20-30 км над земной поверхностью (60-70-е гг., В. А. Крат и др.). Реализована возможность измерений поперечной составляющей магнитных полей на Солнце (А. Б. Северный, В. Е. Степанов). Изучены хромосферные вспышки, разработан ряд вопросов их теории и ведутся работы по их прогнозированию (Крымская обсерватория). Наблюдения солнечных затмений (предвычисления которых, начиная с 1914, выполнены А. А. Михайловым) дали ценные результаты, касающиеся движений вещества в короне, эффекта А. Эйнштейна, в фотометрической спектроскопии, поляриметрических исследованиях солнечной короны и радиоизлучения. Проведены работы по физике планет (Н. П. Барабашев, Н. А. Козырев, Г. А. Тихов и др.), физике комет (С. К. Всехсвятский, О. В. Добровольский, С. В. Орлов и др.), исследованию межпланетной материи, созданию теории Зодиакального света (1944-1948, В. Г. Фесенков). Разрабатывается проблема происхождения Земли и планет Солнечной системы; в этой области новые гипотезы предложили В. Г. Фесенков, О. Ю. Шмидт и др. По поручению Международного астрономического союза Институт теоретической астрономии с 1947 публикует ежегодные таблицы "Эфемерид малых планет". Новые методы исследования Луны, Венеры, Марса появились в космическую эру, открытую запуском 1-го советского искусственного спутника Земли в 1957. С борта советского искусственного спутника Земли впервые сфотографирована обратная сторона Луны, получены первые массовые снимки спектров слабых звёзд в далёком ультрафиолетовом диапазоне излучения и др.
Достигнуты успехи также в разработке различных проблем небесной механики (Б. В. Нумеров, М. Ф. Субботин, Г. А. Чеботарев и др. в Ленинграде; Г. Н. Дубошин, Н. Д. Моисеев и др. в Москве). Широко используются советские астрономические ежегодники, составляемые Институтом теоретической астрономии АН СССР. В 50-70-е гг. получили значительное развитие разработка и создание новых типов астрономических инструментов и приборов (Д. Д. Максутов, Б. К. Иоаннисиани).
Новым разделом астрономии, возникшим в 1957, являются оптические наблюдения ИСЗ. Созданная Астрономическим советом АН СССР сеть станций ведёт регулярные визуальные, фотографические и лазерные дальномерные наблюдения. Начатые в 1961 эксперименты по спутниковой геодезии (Астрономический совет АН СССР, Пулковская обсерватория) в середине 60-х гг. позволили перейти к практическим работам. Развернулось широкое международное сотрудничество, в котором наряду с советскими учреждениями участвуют астрономические и геодезические учреждения стран Европы, Африки, Азии, Америки. На основе анализа результатов наблюдений спутников ведутся также исследования гравитационного поля Земли и процессов в верхней атмосфере.
Советские астрономы участвуют (с 1935) в работе Международного астрономического союза. Многие наблюдательные и теоретические работы астрономические учреждения ведут совместно с зарубежными обсерваториями на основе международной кооперации.
Координацию астрономических исследований в СССР осуществляет Астрономический совет АН СССР.
Периодические издания: "Астрономический журнал" (с 1924); "Письма в =Астрономический журнал?" (с 1975); "Астрофизика" (с 1965); "Астрономический вестник" (с 1967); "Земля и Вселенная" (научно-популярный, с 1965).
Результаты астрономических исследований публикуются в периодических и продолжающихся изданиях; ряд астрономических учреждений издаёт "Труды", "Известия", "Бюллетени", "Научные информации" и др.
См. Астрономия, Астрофизика, Астрометрия, Звёздная астрономия, Небесная механика, Космогония, Космология, Внегалактическая астрономия, Астрономические журналы.
? Э. Р. Мустель, Н. П. Ерпылёв.
? 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 сверх