Из истории естествознания
А. В. КЕССЕНИХ
ИМЕНА И БЕЗЫМЯННЫЕ ГЕРОИ МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА
Имена открывателей или изобретателей подчас как иероглифы заменяют длительное объяснение принципов наблюдаемых явлений, применяемых устройств или теоретических подходов. В статье рассказано об ученых, внесших вклад в открытие спинового магнитного резонанса (ЭПР и ЯМР) и обстоятельствах утверждения их идей и имен в науке. Прежде всего это касается открывателей электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) Е. К. Завойского и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) Э. Пёрселла с сотр. и одновременно с ними Ф. Блоха с сотр. Среди других «именитых» и безымянных героев магнитного резонанса выделены «предтечи» (Дж. Лармор; П. Зееман; О. Штерн, К. Гортер и др.), «открыватели», «классики» (А. Абрагам, С. А. Альтшулер, Б. Блини) и «изобретатели» (творцы наиболее плодотворных прикладных методов магнитного резонанса, например, Р. Эрнст, П. Лотербур, П. Мэнсфилд, А. Оверхаузер).
Ключевые слова: электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс, Е. К. Завойский, Э. Пёрселл, Ф. Блох
Вспоминаю один случай, поразивший меня на заре моей научной карьеры. В 1956 г. в Москву впервые после длительного перерыва в научных контактах между советскими и зарубежными учеными на Международную конференцию по магнетизму прибыли крупнейшие иностранные специалисты. Наш профессор сопровождал одного из выдающихся ученых в области исследования статических и динамических явлений в ферромагнетиках по всем лабораторным помещениям своей кафедры. Он привел его, наконец, в комнату, где на составленных в ряд длинных лабораторных столах справа располагалась установка для измерения угла вращения плоскости поляризации волны СВЧ ферритами, а слева - установка для измерения комплексных магнитных и электрических проницаемостей в диапазоне СВЧ в тех же ферритах методом стоячей волны. Профессор, как нам было известно, в молодости блестяще освоил французский и немецкий языки. Но вот с английским начал знакомиться только недавно. Как же он мучился, бедняга, описывая своему американскому гостю назначение и принцип работы сначала левой установки! Я и сам был тогда в английском не силен, но уловил, что профессор вместо standing wave сказал stay wave. Выслушав долгие и трудноуловимые пояснения хозяина, гость уверенно кивнул и отчеканил «метод Бёркса» (Birks method) 1.
1 Birks, J. B. The Measurement of the Permeability of Low-Conductivity Materials at Centimeter Wavelength // Proceedings of the Physical Society. 1948. Vol. 60. No. 3. P. 282-292. См. перев.: Биркс Дж. Измерение проницаемости ферромагнитных материалов с низкой проводимостью при сантиметровых волнах // Ферромагнитный резонанс и поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях / Ред. С. В. Вонсовский. М., 1952. С. 229-241.
© А.В. Кессених. ВИЕТ. № 2. 2009. С. 82-98.
Когда же после столь же мучительных объяснений, касающихся установки для измерения эффекта Фарадея (это имя, видимо, все же облегчило понимание гостя) один из первых исследователей ферромагнитного резонанса Р. Бозорт 2 так же уверенно кивнул и молвил: «метод Хогана» (Hogan method) 3. В то время я воспринял этот диалог в контексте только что миновавшей кампании по борьбе с низкопоклонством, но теперь вспоминаю о нем совсем в другом аспекте. На таком примере легко понять, зачем мы все же вводим в оборот имена изобретателей даже не слишком изощренных устройств и открывателей довольно тривиальных закономерностей.
Имена в профессиональных беседах и дискуссиях играют роль своего рода иероглифов, заменяющих длинное и детальное объяснение и истолкование наблюдаемых явлений, применяемых устройств и теоретических подходов. Подразумеваются, конечно, только утвердившиеся в науке термины, связанные с именами ученых и изобретателей. С другой стороны, более естественно восхищаться меткостью определений и наименований, которые умеют дать своим открытиям исследователи, не претендующие на подобное увековечение своего имени.
Завершается серия шестидесятых годовщин замечательных открытий в области спинового магнитного резонанса (1944-1949) 4. Это, прежде всего, открытие Е. К. Завойским, работавшим в то время в Казанском университете, электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) 5. Затем - открытие в США практически одновременно Э. Пёрселом с сотрудниками 6 и Ф. Блохом с сотрудниками 7 ядерного магнитного резонанса (ЯМР). И, наконец, открытие других модификаций магнитного резонанса в плотных средах 8. В этом близком ему контексте автору статьи хотелось бы рассмотреть «роль личности» в истории физики.
2 Yager, W. A., Bozorth, R. M. Ferromagnetic Resonance at Microwave Frequencies // Physical Review. 1947. Vol. 72. No. 1. P. 80-81. См. перев.: Ягер В., Бозорт Р. Ферромагнитный резонанс при сантиметровых волнах // Ферромагнитный резонанс и поведение ферромагнетиков... С.135-137.
3 См. Hogan, C. L. Ferromagnetic Faraday Effect at Microwave Frequencies and Its Applications. The Microwave Gyrator // Bell Labs Technical Journal. 1952. Vol. 31. No. 1. P. 1.
4 Впервые мы обратились к теме анонсированной в заголовке данной публикации в докладе: Кессених А. В. Имена и безымянные герои магнитного резонанса // IV Международная конференция «Проблемы истории физико-математических наук», посвященная 100-летию со дня рождения доктора физико-математических наук, профессора П. С. Кудрявцева. 14-18 июня 2004 г. Материалы конференции. Тамбов. 2004. С. 90-97.
5 Zavoisky, E. K. Spin Magnetic Resonance in Paramagnetics // Journal of Physics of the USSR
1945. Vol. 9. No. 2. P. 245; Завойский Е. К. Парамагнитная релаксация жидких растворов в перпендикулярных полях // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1945. Т. 15. № 7. С. 344-350.
6 Purcell, E. M., Torrey, H. C., Pound, R. V. Resonance Absorption by Nuclear Magnetic Moments in a Solid // Physical Review. 1946. Vol. 69. No. 1-2. P. 37-38.
7 Bloch, F., Hansen, W. W., Packard, M. Nuclear Induction // Physical Review. 1946. Vol. 69. No. 3. P. 127.
8 Griffiths, J. H. E. Anomalous High Frequency Resistance of Ferromagnetic Metals // Nature.
1946. Vol. 158. No. 4019. P. 670. См. перев:. ГриффитсД. Аномальное высокочастотное сопротивление ферромагнитных материалов // Ферромагнитный резонанс и поведение ферромагнетиков... С. 133-135; Dehmelt, H. G. Kernquadrupolfrequenzen in festen Dichlorathylen // Zeitschrift for Physik. 1949. Bd. 126. S. 728.
V*
V
Дж. Лармор (3. Ьагшог). 1857-1942. Великобритания
П. Зееман (Р. 2еешап). 1865-1943. Нидерланды. Нобелевская премия 1902 г. по физике
Сделать это интересно на примере терминов и понятий, связанных с именами ученых (отсюда «имена» в названии статьи). Не менее интересно оценить роль выдающихся достижений и трудов других ученых, чьи имена формально не приписаны эффекту, теории или методу, но чьи идеи повседневно присутствуют в профессиональной деятельности научных продолжателей (отсюда «безымянные герои»).
Среди «именитых» и безымянных героев магнитного резонанса (мы рассматриваем историю и практику именно этого направления физики) условно выделим несколько основных групп: предтечи, открыватели, классики и «изобретатели» (творцы наиболее плодотворных прикладных методов магнитного резонанса). Некоторых наиболее известных представителей этих групп и их признанные достижения мы перечисляем ниже.
Предтечи: А.-М. Ампер, Дж. Лармор, П. Зееман, О. Штерн, К. Гортер, Л. В. Шубников.
Открыватели: И. Раби, Е. К. Завойский, Э. Пёрселл, Ф. Блох, Г. Демельт, А. Кастлер.
Классики: А. Абрагам, Б. Блини, Н. Рэмси, Дж. Попл, Б. Н. Провоторов, Дж. Уо.
Изобретатели: Р. Эрнст, К. Вютрих, П. Лаутербур, П. Мэнсфилд.
Разумеется, ни один из этих четырех списков не претендует на полноту 9.
9 См. статью: Кессених А. В. К Историографии и библиографии магнитного резонанса // Исследования по истории физики и механики. 2005. М., 2006. С. 219-281.
Из предыстории магнитного резонанса пришло имя британского физика Дж. Лармора (теорема Лармора, 1896). При наложении магнитного поля спиновые системы, обладающие гиромагнитными свойствами, испытывают «ларморову прецессию», которая происходит с «ларморовой частотой». Лар-мор не знал ничего о спине, но хорошо осознал закономерности поведения гиромагнитных систем. В одном ряду с этим именем стоят А.-М. Ампер (гипотеза молекулярных токов, 1820) и великие исследователи гиромагнитных систем С. Барнетт, А. Эйнштейн и В. Де Гааз (гиромагнитные эффекты в ферромагнетиках).
Голландские физики П. Зееман и Х. Лоренц наблюдали (1895-1897) и качественно объяснили гиромагнитные свойства атомов (эффект Зеемана) и обусловленные этими свойствами изменения в атомных спектрах при наложении магнитного поля. Взаимодействие магнитного момента с магнитным полем в современной терминологии именуется «зеемановским взаимодействием». Не нуждается в комментариях термин «магнетон Бора». Контуры спектральной линии магнитного резонанса могут описываться «лоренцевой функцией» или «гауссовой функцией». Интенсивность сигнала магнитного резонанса при высоких температурах подчиняется «закону Кюри». Созвездие имен запечатлелось прямо или косвенно в теории электронного парамагнитного резонанса соединений переходных элементов. Это известное «правило Хунда». Это эффект спонтанного нарушения симметрии или «эффект Яна-Теллера». Это «крамерсовы» и «некрамерсовы» (в зависимости от наличия вырождения по спину в отсутствие магнитного поля) подуровни. Это известные в теории электронной парамагнитной релаксации «рамановские» процессы двухфононной релаксации и т. д. Полную коллекцию таких именных краеугольных камней, или верстовых столбов, можно найти в книге классиков А. Абрагама и Б. Блини 10. Сами же эти классики были настолько деликатны, что сумели практически ни разу не отметиться личными именами в своих весьма многочисленных и значительных достижениях.
Из уравнений, имеющих отношение к магнитному резонансу, известны уравнения динамики магнитного момента в ферромагнетиках и других упорядоченных средах («уравнение Ландау - Лифшица», 1935) и уравнения для макроскопического ядерного магнитного мом
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.