«А- Ф. Иоффе, Ленинград УСЛОВИЯ МОЕЙ НАУЧНОЙ РАБОТЫ В одном докладе я должен дать отчет о всей своей 30-летней научной деятельности. Начав научную работу в Мюнхене, я ...»

1936 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК Т. XVI, вып. 7

А- Ф. Иоффе, Ленинград

УСЛОВИЯ МОЕЙ НАУЧНОЙ РАБОТЫ

В одном докладе я должен дать отчет о всей своей 30-летней

научной деятельности. Начав научную работу в Мюнхене, я перенес ее в 1906 г. в тогдашний С.-Петербург. Через годы царской

реакции, империалистической войны и шовинизма, через героические, но тяжелые годы гражданской войны моя научная жизнь перешла в эпоху построения социализма. Революция изменила ее внутреннее содержание. В дореволюционный период наука была для меня только любимым занятием, социальное зчачение которого меня мало интересовало. С начала революции она сделалась в то же время частью величайшей задачи построения коммунистического общества. Я счастлив, что сравнительно рано понял это новое значение науки и активно строил физику как научную базу социалистической техники. С этой целью был основан Физико-технический институт, с которым связана вся моя научная работа. Она значительно углубилась и расширилась в эпоху революции; к этой эпохе относятся важнейшие ее результаты; надеюсь, что и социалистическому строительству я принес некоторую пользу.

В самой физике последние 30 лет ознаменовались радикальными сдвигами. Начало моей работы совпало с победным шествием атомизма. От феноменологического описания явлений физика переходила к изучению их механизма, от суммарных результатов — к элементарным процессам. Своими работами 1909, 1911 и 1913 гг. я участвовал в обосновании атомной структуры электричества и квантовой природы света.

В 1912 г. Лауэ открыл интерференцию рентгеновых лучей в атомных решетках кристаллов; на этой почве Борн построил электрическую теорию кристаллических решеток. В 1913 г. появилась модель атома Бора, которая сделалась руководящей нитью для всей атомной физики. Это были основы для моей работы по изучению твердых тел. Формальную теорию решеток Борна я старался заполнить физическим содержанием, изучая свойства кристаллов.

Один из опытов, устанавливающих квантовую природу света, был сделан мною и Добронравовым в 1924 г.

Противоречия в модели атома привели в 1925 г. к появлению золновой механики, которая по своей логической стройности и. ИОФФЕ 848.

охвату накопленного опыта превосходит все, что раньше знала физика. Потребовался коренной пересмотр основ всей физики.

Вместе с этим изменились и многие мои взгляды на процессы в твердых телах, изменился и характер их исследования. Опыты по поляризации электронных волн, опубликованные мною и Арсеньевой, относятся к периоду обоснования волновой механики.

Вскрыв атомное ядро, волновая механика достигает здесь границ своей применимости. Мы вступаем в новый этап теоретической физики, который в технике отражается переходом от сотен тысяч вольт к миллионам и десяткам миллионов вольт. Здесь нас ждут еще новые открытия и новые радикальные сдвиги.

Моя научная жизнь прошла сквозь все эти этапы.

Далеко не все, что я думал 30 или 10 лет тому назад, сохранило для меня свое значение и сейчас. Не все направления исследования оказались плодотворными и правильными. В некоторых работах я позднее нашел прямые ошибки. Однако основная моя научная работа на протяжении всех 30 лет представляет собой систематическое развитие и углубление проблемы твердого тела и электричества. В современной научной картине я вижу немало участков, поставленных и выясненных нашими работами или возникших под их влиянием. Длительная полемика, развернувшаяся вокруг наших взглядов, оказалась плодотворной, так как она вызвала целый поток новых фактов.

За 18 лет я напечатал около 40 работ, а Физико-технический институт — около 500, причем за последние годы число работ растет из года в год — ФТИ находится на подъеме своей научной продукции. Сводка важнейших результатов этих работ дана в материалах к моему докладу. Не повторяя их, я постараюсь развернуть перед вами основные моменты наших исследований твердого • тела и атомного ядра. Из нашей коллективной работы я часто не могу выделить своей личной доли и поэтому буду в дальнейшем называть нашей работу, в которой я принимал активное участие.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ

Типичным твердым телом считается кристалл со строго периодическим расположением отдельных элементов (атомов и молекул).

Это то взаимное расположение атомов, которое отвечает наименьшей свободной энергии тела. Всякое изменение этого наивыгоднейшего расположения требует затраты внешней работы и создает силы, стремящиеся вернуть кристалл к его естественному состоянию. Таково происхождение упругости твердых тел.

Подвергая кристалл действию электрического поля, мы смещаем имеющиеся в нем положительные заряды в направлении поля, а отрицательные — в противоположном. Это—диэлектрическая поляризация. Наконец, в кристалле имеются заряды, способные под действием поля создавать ток. Так представляются свойства кристаллов при статических или очень медленно меняющихся воздействиях; модель кристалла качественно вполне объясняет эти его ОТЧЕТ О ФИЗИКО-ТЕХНИЧРСКОГО ИН-ТЛ 'Свойства. Но XX в. создал быстро действующие машины, вращающиеся не сотни, а тысячи и десятки тысяч раз в минуту, токи с числом перемен не сто, а миллион и сто миллионов в секунду.

Пришлось изучать воздействия механических и электрических сил во времени, и здесь-то и обнаружился ряд непредусмотренных моделью кристалла новых явлений: упругое последействие, усталость, наклеп, ударная хрупкость, диэлектрические потери, гистерезис и т. д.

Физика сначала реагировала на эти явления чисто описательным их изучением. Начал накапливаться опытный материал, который объединялся термином „аномалий", диэлектрических и механических. Французский физик Буасс в своем капитальном труде о механических свойствах металлов приходит к заключению, что и этой области вообще нет законов, и свойства каждого куска железа надо изучить отдельно, чтобы предвычислить его поведение в машине. Между нашими представлениями о твердом теле и его реальным поведением образовался разрыв. Теория не понимала практики. Основной целью моей научной работы было устранение этого разрыва.

Первым явлением, в котором я попытался разобраться, было упругое последействие. Всякая деформация оставляет медленно исчезающий след, а следы от всех испытанных телом воздействий накладываются друг на друга. В однородном, правильно построенном кристалле не должно быть места последействию. Но ведь тела, в которых наблюдалось упругое последействие, и не были такими кристаллами. Поэтому я занялся изучением последействия в кристалле кварца и показал на опыте, что в нем нет истинного последействия, а наблюдающиеся явления запаздывания могут быть сведены к пьезоэлектрическим и тепловым изменениям. Этот результат был использован для измерительных приборов и блестяще подтвержден радиотехникой. Стабилизация пьезокварцем не дает действительно никакого затухания. Что, наоборот, при сложном химическом и физическом строении тела возникает последействие, показал в свое время Максвелл. Очень важный дальнейший успех в этом вопросе достигнут в последнее нремя в Харьковском ФТИ В. Горским, создавшим теорию упругого последействия в кристаллах сплавов.

При упругом последействии тело все же, в конце концов, возвращается к первоначальной форме. Но при более сильных воздействиях твердое тело течет, как вязкая жидкость, и длительно изменяет свою форму. Этим явлением пластичности, особенно резко проявляющимся при высоких температурах, широко пользуется техника в поковках, прокате. Пластичность наблюдается не только в сложных агрегатах кристалликов, каковыми являются технические металлы, но и в отдельных кристаллах. Леманн видел в пластичности кристаллов каменной соли появление новой модификации особого рода; других объяснений вообще не было. Как может кристалл без воздействия извне оставаться изогнутым, когда атомы его стремятся постооиться правильными рядами?

Рентгеновский метод давал возможность проследить не только· за внешними изменениями формы кристалла, но и за теми перестройками, которые испытывают атомы внутри кристалла. Уже в 1918 г. мы воспользовались рентгеновыми лучами для изучения пластической деформации, наблюдая в темноте на флуоресцирующем экране отражение рентгеновского пучка от определенных внутренних кристаллографических плоскостей, заполненных атомами.

И здесь выяснилось, что, начиная с некоторой нагрузки, отраженные зайчики вдруг раздваиваются, умножаются и, наконец, растягиваются в целые хвосты. Это значит, что, переходя определенный предел напряжения, кристалл распадается на отдельные кристаллики, сдвинутые и повернутые друг относительно друга. Цельного кристалла уже нет — зто конгломерат кристалликов, построенный определенным образом.

Изучение этого явления астеризма и возникающих при деформации кристалла структур (^текстур) составило с тех пор целую науку; оно широко применяется в заводских лабораториях и институтах по изучению металлов, волокнистых веществ, резины и т. п.

Сначала я думал, что наблюдаемое в рентгеновых лучах первое расщепление пятен характеризует предел упругости, т. е. самое начало остаточной деформации. Но точное измерение деформации и в особенности разработанный для' этой цели Обреимовым и Шубниковым оптический метод показали, что задолго до появления первых искажений рентгенографической картины в кристалле наблюдаются сдвиги по определенным кристаллографическим плоскостям. Чем правильнее построен кристалл, тем раньше можно заметить первые сдвиги. Классен-Неклюдова и Подашевский наблюдали их уже при 9 г/мм2, тогда как рентгеновский предел лежит при 900 г\мм и соответствует не пределу упругости, а пределу текучести — течению уже деформированного кристалла при мало меняющемся напряжении. Предел текучести снижается с повышением· температуры и достигает нуля при температуре плавления. Это было показано как для каменной соли, так и для кристаллов алюминия и магния. Как известно, жидкость характеризуется тем, что для нее предел текучести равен нулю. Когда кристалл под действием любого воздействия начинает течь, кристаллическая решетка становится неустойчивой — наступает плавление. Позднее Шмид нашел, что предел текучести висмута перед самым плавлением перестает уменьшаться и не достигает нуля, но я думаю, что это результат рекристаллизации, появления междукристаллической упругости.

Позже мы заметили новый эффект—скачкообразную деформацию: при непрерывно приложенной нагрузке кристалл растягивается отдельными скачками, сопровождаемыми стуком. В тихой комнате явление напоминает равномерное тиканье часов. Оказалось, что каждый скачок представляет собой смещение на 1 — 2. и систоит из целой системы почти одновременных сдвигов. Явление изучалось как у нас, так и за границей. Теорию его HI основе рекристаллизации дали Давиденков и Классен-Неклюдова. С этими

ОТЧЕТ О РАБОТЕ ФИЗИКО-ЧЬХНИЧЕСКОГО ИК-ТА

исследованиями связана была и новаи методика получения монокристаллов металлов, широко использованная и у нас и за границей.

После разрешения загадки пластичности кристаллов стала нз очереди загадка их малой прочности. Электрическая теория молекулярных сил утверждала, что силы сцепления в несколько сот раз превышают напряжения при разрыве кристалла. Каменная соль должна выдерживать напряжения до 200 кг/мм2, тогда как.она ьа опыте при всех температурах разрывается при 400 г/ммг.

Сопоставляя ход прочности и предел текучести с температурой, мы прежде всего установили различие области хрупкого и пластического разрыва. Если предел текучести достигается раньше, чем кристалл разрывается, то самый процесс течения упрочняет, как мы показали, кристалл в 10—12 раз, и разрыв наступает при 5 кг/мм вместо 0,4 кг)мм2. При более низких температурах мы имеем хрупкий разрыв без течения, хотя и с предварительными сдвигами.