Большая Советская Энциклопедия (СС)

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 сверхпроводимости (теоретические работы Л. Д. Ландау и В. Л. Гинзбурга и экспериментальные исследования Л. В. Шубникова, А. И. Шальникова, Н. Е. Алексеевского, Ю. В. Шарвина). Гинзбургом и Ландау была создана обобщённая феноменологическая теория сверхпроводимости. Развитая на её основе А. А. Абрикосовым, Л. П. Горьковым и Гинзбургом теория сверхпроводящих сплавов и свойств сверхпроводников в сильных магнитных полях послужила основой для предсказания существования сплавов, сверхпроводящее состояние которых не разрушается при напряжённости поля вплоть до сотен кэв. Открытие таких сплавов привело к созданию сверхпроводящих магнитов.

Событием в физике явилась разработка Н. Н. Боголюбовым нового метода в квантовой теории поля и статистической физике, который привёл к обоснованию теории сверхтекучести и сверхпроводимости.

Теория колебаний, радиофизика, эмиссионная электроника. Основы советской радиофизики, радиотехники, теории колебаний были заложены исследованиями М. А. Бонч-Бруевича, В. П. Вологдина, А. Ф. Шорина и др. в Нижегородской лаборатории, М. В. Шулейкина в Москве, Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси в Одессе, А. А. Чернышева, Д. А. Рожанского и их сотрудников в Ленинграде.

Большая заслуга в разработке теории колебаний принадлежит школе Мандельштама и Папалекси (А. А. Андронов, А. А. Витт, Г. С. Горелик, М. А. Леонтович, С. М. Рытов, С. Э. Хайкин, В. В. Мигулин и др.). Трудами этих учёных создана новая область физики нелинейных колебаний, имеющая важное значение для радиофизики и теории регулирования. Другая серия исследований той же школы физиков посвящена измерению скорости распространения электромагнитных волн вдоль земной поверхности. Мандельштамом и Папалекси был предложен (1930) для этой цели радиоинтерференционный метод, развитие и применение которого позволили выяснить фазовую структуру и скорость радиоволн. Этот метод получил широкое применение в практике. Математические методы теории нелинейных колебаний разрабатывались Н. М. Крыловым, Н. Н. Боголюбовым и др.

А. А. Глаголевой-Аркадьевой и независимо М. А. Левитской в 1923 было получено электромагнитное излучение с длиной волны от 5 см до 82 мкм, которое заполнило промежуток между инфракрасным и радиодиапазонами на шкале электромагнитных волн.

Создание качественно новых принципов усиления и генерации ВЧ-колебаний позволило продвинуться в область более высоких частот. Идея использования модуляции скорости электронов принадлежит Рожанскому, а первые практические шаги по её реализации — представителям электрофизической школы Чернышева: Н. Д. Девяткову, Н. Ф. Алексееву, Л. Б. Малярову и др. Теория и расчёт приборов СВЧ-диапазона разрабатывались Г. А. Гринбергом.

Важные работы по эмиссионной (катодной ) электронике принадлежат П. И. Лукирскому и С. А. Векшинскому и их школам. Эти работы были теснейшим образом связаны с промышленностью электронных ламп и проводились в конце 20-х — начале 30-х гг. на ленинградском заводе «Светлана». Исследования внешнего фотоэффекта дали прямые выходы в промышленность: прогресс отечественного производства фотоэлементов (кислородно-цезиевых и сурьмяно-цезиевых) связан с именами Н. Д. Моргулиса, А. А. Лебедева, С. Ю. Лукьянова, П. В. Тимофеева, Н. С. Хлебникова. Большое значение для понимания явлений, входящих в круг проблем эмиссионной электроники, имели работы Л. Н. Добрецова. В начале 30-х гг. Л. А. Кубецкий открыл принцип вторичного электронного умножения и построил первый фотоэлектронный умножитель.

Существенный вклад в развитие исследований по распространению радиоволн внесли (40—50-е гг.) работы В. А. Фока, Б. А. Введенского, М. А. Леонтовича, В. Л. Гинзбурга, Е. Л. Фейнберга, Г. А. Гринберга и др. Ещё в конце 30-х гг. ленинградскими физиками под руководством Д. А. Рожанского и Ю. Б. Кобзарева были разработаны принципы импульсной радиолокации и построены радиолокационные станции.

Идея использования радио в астрономии, в частности для радиолокации Луны, была в 40-х гг. высказана Мандельштамом и Папалекси. В 60-х гг. В. А. Котельниковым и коллективом его сотрудников были проведены радиолокационные исследования планет.

Квантовая электроника. Крупнейшим событием в физике и технике явилось создание квантовой электроники. Высокая культура радиофизических исследований, проводимых в Физическом институте АН СССР, во многом определила то, что именно в нём в 1951 по инициативе А. М. Прохорова начались фундаментальные исследования по квантовой электронике. В 1952—55 Прохоров совместно с Н. Г. Басовым доказал возможность создания усилителей и генераторов принципиально нового типа и решил основные задачи его осуществления. Первый молекулярный генератор (мазер) в сантиметровом диапазоне длин волн был построен ими в 1955 (и независимо от них Ч. Таунсом в США). Инверсия населённостей была получена ими в трехуровневой системе с оптической накачкой (1955). В 1957—58 Прохоров предложил использовать в качестве рабочего вещества рубин, выдвинул идею открытых резонаторов и развил методы создания парамагнитных усилителей.

После изобретения мазеров важнейшим достижением в квантовой электронике явилось создание квантовых генераторов в оптическом диапазоне длин волн — лазеров, причём оказалось, что лазерный эффект можно получить на широком классе веществ: полупроводниках, газах, жидкостях, стеклах, растворах. Басов впервые указал на возможность использования полупроводников в квантовой электронике и совместно с сотрудниками развил методы создания полупроводниковых лазеров (1957—61). Первый в СССР полупроводниковый лазер на арсениде галлия был построен в лаборатории, руководимой Б. М. Вулом. В 1963 Ж. И. Алферов предложил использовать для полупроводникового лазера гетероструктуры. Особо перспективен газодинамический лазер на CO₂, предложенный в 1967 А. М. Прохоровым и В. К. Конюховым и построенный в 1970.

Квантовая электроника оказала большое влияние на развитие физики в целом (лазерная спектроскопия, лазерное зондирование атмосферы, лазерная диагностика плазмы и др.). Лазеры используются для целей локации, космической связи, в вычислительной технике, медицине.

Высокотемпературная плазма и проблемы управляемых термоядерных реакций. Исследования по теории плазмы были начаты в 30-х гг. В 1936 Л. Д. Ландау предложил кинетическое уравнение для электронной плазмы. В 1938 А. А. Власов составил уравнение колебаний разреженной плазмы в её собственном самосогласованном поле. Теория колебаний плазмы, основанная на этом уравнении, была развита в 1946 Ландау, который показал, что даже в отсутствие столкновений частиц плазмы колебания в ней затухают (т. н. затухание Ландау). Интерес к исследованию горячей плазмы возрос в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза. В 1950 И. Е. Тамм и А. Д. Сахаров предложили принцип магнитной термоизоляции плазмы. В 50-е гг. существ. результаты были достигнуты при экспериментальном исследовании мощных импульсных разрядов в газах для получения высокотемпературной плазмы (Л. А. Арцимович, М. А. Леонтович и их сотрудники). При этом была обнаружена неустойчивость плазмы. Дальнейшие исследования многообразных, типов неустойчивостей (Р. З. Сагдеев и др.) привели к разработке способов эффективного подавления некоторых из них (Б. Б. Кадомцев, М. С. Иоффе и др.). Теории турбулентности плазмы и её турбулентного нагрева посвящены исследования А. А. Веденова, Б. Б. Кадомцева, Е. К. Завойского и их сотрудников. Проведению всех этих исследований способствовали работы по созданию методов диагностики плазмы (Б. П. Константинов, Н. В. Федоренко, В. Е. Голант). Особенно большие успехи в получении эффективной термоизоляции плазмы были достигнуты на тороидальных магнитных установках типа «Токамак», исследования на которых были начаты в 1956 под руководством Арцимовича. В 1975 закончено сооружение наиболее крупной установки такого типа — «Токамак-10», которое явилось одним из значительных шагов на пути к осуществлению управляемой термоядерной реакции. На основе полученных результатов начаты разработки термоядерных реакторов (Е. П. Велихов, И. Н. Головин). В 1969 П. Л. Капица получил стабильный плазменный шнур в СВЧ-разряде с температурой порядка 10⁵—10⁶ К. Развивается перспективное направление термоядерных исследований, связанное с применением мощных лазеров для нагрева плазмы (А. М. Прохоров, Н. Г. Басов) и релятивистских электронных пучков (Е. К. Завойский, П. И. Рудаков). Интенсивно проводятся исследования на открытых ловушках (Г. И. Будкер, М. С. Иоффе) и установках с обжатием плазмы магнитным полем (Велихов).