 |
Мигдал Аркадий Бенедиктович
Источник: УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК 1981 г. Апрель Том 133, вып.
53(092)
АРКАДИЙ БЕНЕДИКТОВИЧ МИГДАЛ
(К семидесятилетию со дня рождения)
11 марта с. г. исполнилось 70 лет одному из крупнейших советских
физиков-
теоретиков, основоположнику новых научных направлений в ядерной физике и
проблеме многих тел, создателю большой научной школы — академику Аркадию
Бенедиктовичу (Бейнусовичу) Мигдалу.
Основная область научных интересов А. Б. Мигдала — физика ядра и
вообще
многотельных систем (включая сюда и физический вакуум). В этих важнейших
разде-
лах физики Аркадий Бенедиктович ставит и решает крупные, ключевые,
наиболее
трудные проблемы («задачи», как он их сам обычно называет), в которых резко
сужено
поле применимости стандартных приближенных методов квантовой механики
(прежде
всего теории возмущений) и требуются новые, глубоко нетривиальные
приближенные
подходы. И Мигдал в течение вот уже более 40 лет с неистощимой выдумкой и
энергией
ищет и находит именно такие подходы. При этом, как бы свободно, даже
артистично,
ни владел он искусством качественных, «пальцевых» оценок, он редко
довольствуется
только ими, стремясь к количественным результатам, допускающим прямое
сравнение
с экспериментом или надежное предсказание новых наблюдаемых явлений.
Поэтому
в работах Мигдала мы находим и самый современный, нередко весьма
изощренный
математический аппарат, и характерное для него мастерское
сочетание микроскопи-
ческого и феноменологического подходов. Вероятно, именно эта впечатляющая
комби-
нация разнообразных, и притом лучших, средств из арсенала современной
теоретиче-
ской физики, применяемых всякий раз с подкупающей уместностью и
соразмерностью,
и придает работам А. Б. Мигдала наряду с их фундаментальностью и
доказательной
силой еще и некую эстетическую прелесть, в чем-то сближая их с
произведениями
искусства.
А. Б. Мигдал родился в 1911 г. в г. Лиде (ныне Белорусская ССР), а юность
его
протекала в Ленинграде. Здесь в 1928
г., работая лаборантом по физике в школе, он
выполнил (и опубликовал в журнале «Физика, химия, математика, техника в
трудовой
школе») свою первую научную работу «Об одной ошибке в применении машины
Атву-
да». Затем он поступил на физический факультет
ЛГУ, ав 1931 —1936 гг. работал
инже-
нером-расчетчиком на заводе «Электроприбор», где также выполнил несколько
научных
работ *). В 1936 г. А. Б. Мигдал окончил ЛГУ (его руководителем был
М. П. Бронштейн) и поступил в
аспирантуру
ЛФТИ, где и сложилось основное
направление всей
его последующей научной деятельности.
В ранних работах Мигдала была рассмотрена проблема взаимодействия
нейтро-
нов с атомами, в частности, ионизация атома при ударе нейтрона по ядру
(1939 г.).
При решении этой задачи Аркадий Бенедиктович применил оригинальный
метод
«встряхивания», который впоследствии широко использовался для решения
разно-
образных проблем и принес автору широкую известность. На эту тему А. Б.
Мигдал
в 1940 г. защитил кандидатскую диссертацию.
В том же 1940 г. Мигдал переезжает в Москву в качестве докторанта
теоретиче-
ского отдела ИФП, руководимого Л. Д.
Ландау. Здесь он продолжает
исследование
процессов, сопровождающих ядерные реакции: ионизация при
распаде (1941 г.).
Несколько позднее он развил теорию гигантского
дипольного резонанса в ядрах (опубликована в 1945 г.), в которой было дано
качественное объяснение
этого явления как результата смещения протонов ядра относительно нейтронов
и вы-
числено положение этого резонанса. Эта работа также стала классической и
вошла во
многие руководства по ядерной физике. Перечисленные работы Аркадия
Бенедиктови-
ча легли в основу докторской диссертации, защищенной им в 1943
г.
*) Об одной из них увлекательно рассказал сам А. Б. Мигдал в своей
статье
в журнале «Квант» (1975, №3).
В 1945 г. А. Б. Мигдал переходит из ИФП в
Институт атомной энергии, руководимый
И. В. Курчатовым, и включается в работы
по атомной проблеме. Здесь им были
получены результаты принципиальной важности. Исходя из идеи, высказанной
им
совместно с Л. Д. Ландау, что блок урана в
замедлителе может рассматриваться как
источник быстрых и сток тепловых и резонансных нейтронов, Аркадий
Бенедиктович
(совместно с А. М. Будкером) разработал метод расчета гетерогенного
конечного реак-
тора. Другой очень важный результат, полученный Мигдалом,— точное
решение
задачи о поглощении гамма-квантов бесконечной средой с учетом многократного
рассея-
ния, крайне существенное для расчета биологической защиты
реактора.
В 1951 —1953 гг. А. Б. Мигдал с группой своих сотрудников участвует в
иссле-
дованиях по проблеме управляемого
термоядерного синтеза, начатых тогда в ИАЭ.
Из его работ по этой тематике необходимо отметить выполненное им в 1951 г.
(совместно
с В. М. Галицким) пионерское
исследование весьма важного вопроса о распростране-
нии циклотронного излучения в замагниченной термоядерной плазме
(опубликовано
в 1958 г.), а также качественную теорию основных физических процессов
(ионизация,
скин-эффект, кумуляция, «сгребание» газа и др.), сопровождающих
«инерционный»
пинч-эффект (совместно с С. И. Брагинским, 1953 г.; опубликовано в 1958
г.). В тот же
период А. Б. Мигдал совместно с В. М. Галицким развил, одновременно и
независимо
от Д. Бома и Д. Пайнса, метод коллективных переменных для описания
плазмы.
Все эти годы А. Б. Мигдал продолжает активно разрабатывать
принципиально
важные вопросы квантовой физики. Широко известна его работа (доложена на
семинаре
в 1950 г., опубликована в 1955 г.) по теории ядерных реакций с образованием
медлен-
ных частиц. Она является одной из первых работ в теории сильных
взаимодействий,
основанных на использовании аналитических свойств S-матрицы и на выделении
наибо-
лее существенных ее особенностей. Позже такой подход получил название
полологиче-
ского или дисперсионного, а сам эффект «взаимодействия в конечном
состоянии» (эффект
Мигдала — Ватсона) — до сих пор одно из наиболее ярких достижений этого
подхода.
Оригинальный метод («трехмерная квазиклассика») был разработан в работе А.
Б.
Мигдала 1955 г, (совместно с И.И. Гольдманом).В 1954—1955 гг. Мигдал
построил коли-
чественную теорию тормозного излучения и образования пар при прохождении
быстрой
частицы через вещество. Хотя качественная картина явления была понятна
(Ландау
и Померанчук, 1953 г.), построение количественной теории казалось
невозможным из-за
необычайной сложности процесса. Решить задачу удалось, применив новый метод
—
квантовое кинетическое уравнение. Этот метод получил широкое применение как
в рабо-
тах самого Аркадия Бенедиктовича, так и в работах других авторов по
проблеме много-
кратного рассеяния.
Следующий период творчества А. Б. Мигдала связан с созданием
современной
формулировки проблемы многих тел, основанной на применении методов
квантовой
теории поля. Мигдал и его ближайшие ученики — авторы пионерских работ в
этой
области. Работа 1957 г. о скачке в импульсном распределении для
произвольной ферми-
системы («скачок Мигдала») и работа 1958 г. (совместно с В. М. Галицким) по
форму-
лировке метода функций Грина для ферми-систем являются классическими и
почти
дословно излагаются в руководствах по проблеме многих тел. Аналитические
свойства
функций Грина, спектральное разложение и дисперсионные соотношения для
функции
Грина, точная формула для энергии — вот далеко не полный перечень
результатов
этих работ. Широко известна и работа А. Б. Мигдала 1958 г., где впервые без
примене-
ния теории возмущений решена задача о взаимодействии электронов с фононами
в нор-
мальном металле.
Естественным развитием этих работ явилось применение методов квантовой
теории
поля к атомным ядрам.Первые работы этого цикла—«Сверхтекучесть и моменты
инерции
ядер» (1959 г.) и «Одночастичные возбуждения и сверхтекучесть в
ферми-системах
с произвольным взаимодействием. Применение к ядру» (1961 г.). В первой из
них
с помощью уравнений Горькова теории сверхпроводимости исследовалось
влияние
сверхтекучести на моменты инерции ядер, во второй была дана строгая, в
терминах
функций Грина, формулировка ядерной модели оболочек и развита
диаграммная
техника для конечных систем со сверхтекучестью. Следующая большая серия
работ
(некоторые из них — в соавторстве с учениками) завершилась написанием
монографий
«Теория конечных ферми-систем и свойства атомных ядер» (1965 г.) и «Метод
квази-
частиц в теории ядра» (1967 г.). Применение многотельных методов к конечной
системе
потребовало преодоления значительных трудностей, связанных как с
пространствен-
ной неоднородностью системы, так и с дискретностью ее энергетического
спектра. Была
разработана теория перенормировок и установлены общие соотношения для
локальных
«зарядов» квазичастиц в ядре по отношению к различным внешним полям,
вытекающие
из законов сохранения и калибровочной инвариантности. Ценой введения
нескольких
универсальных феноменологических параметров, характеризующих
взаимодействие
квазичастпц вблизи поверхности Ферми, теория позволила описать большой
круг
ядерных явлений: спектры иизколежащих состояний и вероятности переходов
между
ними, изотопические и изомерные сдвиги атомных и мезоатомных линий,
магнитные
и квадрупольные моменты, вероятности -распада и
-захвата и многое другое, причем
ряд явлений — изотопическое смещение, -захват и др.— микроскопически
был рас-
смотрен впервые. Обе эти монографии А. Б. Мигдала были переведены в США и
стали
настольными книгами теоретиков-ядерщиков во всем мире. За истекшие годы
теория
конечных ферми-систем выдержала испытание многочисленными
экспериментами
и теперь позволяет рассчитывать все низкоэнергетические характеристики
ядер, вклю-
чая массы ядер и распределения нейтронных и протонных плотностей. Она стала
обще-
признанным, активно развивающимся как в СССР, так и за рубежом
направлением
в теории ядра.
С начала 70-х годов А. Б. Мигдал начинает новое направление исследований
—
поведение ферми-и бозе-систем в сильных внешних полях (по времени это как
раз
совпало с его переходом в 1971 г. в Институт
теоретической физики им. Л. Д. Ландау).
В работе «Устойчивость вакуума и предельные поля» (1971 г.) было
предсказано прин-
ципиально новое явление — неустойчивость бозонного вакуума в сильном
внешнем
поле, в результате которой в основном состоянии системы возникает
классическое
поле бозонов — конденсат. Была построена квантовополевая теория этого
явления
и указана реальная физическая система — пионное поле в нуклонноп среде, в
которой
данное явление могло бы иметь место. Было показано, что в ядерном веществе
при
достаточно большой плотности должен происходить фазовый переход с
образованием
пионного конденсата. В качестве важного следствия была выдвинута гипотеза о
воз-
можности существования сверхплотных ядер, в которых энергия сжатия
ядерного
вещества компенсируется выигрышем энергии от пионной
конденсации.
В последующих работах эти идеи получили дальнейшее развитие. Мигдалом
был
разработан аппарат для количественного рассмотрения пионной степени
свободы
в ядрах, являющийся развитием методов теории конечных ферми-систем. Его
приме-
нение позволило произвести реалистический расчет поляризационного
оператора
пионов в ядерном и нейтронном веществе и с его помощью построить спектр
возбужде-
ний с квантовыми числами .-мезонов, а также рассчитать критические
параметры пион-
ной конденсации.
Проведенное А. Б. Мигдалом и его сотрудниками сравнение теории с
эксперимен-
тальными данными привело к интересной гипотезе о близости реальных атомных
ядер
к критической точке .-конденсатного фазового перехода. Ныне широким
фронтом
ведутся теоретические и экспериментальные исследования по проверке этой
гипотезы.
В качестве кандидатов в «предвестники» пионной конденсации
рассматриваются:
усиление -запрещенных М1-переходов, положение ядерных уровней с
«пионными»
квантовыми числами (0~, 1+, 2-, . . .; Т=1), увеличение сечения неупругого
рассея-
ния протонов на ядрах с возбуждением таких уровней.
В другой группе работ изучались свойства системы в присутствии
развитого
пионного конденсата и, в частности, было получено уравнение состояния
нуклонного
вещества с учетом пионной конденсации. На основании проведенного детального
анали-
за А. Б. Мигдал выдвинул идею о возможности существования трех качественно
новых
типов ядер — сверхплотных, нейтронных и сверхзаряженных. Были
исследованы
области устойчивости, ожидаемые свойства и пути обнаружения таких
аномальных
ядер.
К интересным астрофизическим следствиям привел теоретический анализ
пион-
ной конденсации в нейтронных звездах. Оказалось, что при достижении
критической
(для начала пионной конденсации) плотности звезда за время
~10-3 с может перейти
в сверхплотное состояние с выделением огромной энергии, сравнимой с
энергией
взрыва сверхновой. Дальнейшее изучение этого явления может привести к
существен-
ному изменению наших представлений о механизмах вспышек
сверхновых.
Работы А. Б. Мигдала по пионной конденсации стимулировали большой
интерес
к теоретическому и экспериментальному исследованию экстремальных
состояний
ядерной материи. Появились сотни работ, в которых подтверждаются и
развиваются
концепции Мигдала. Эта тематика заняла прочное место на крупнейших
международ-
ных конференциях по ядерной физике. В ведущих ядерных центрах мира ведутся
рабо-
ты по поиску аномальных ядер в природе, а также по столкновениям тяжелых
ионов
высоких энергий, в которых такие ядра могли бы образоваться или как-либо
проявить
себя.
Основные идеи и результаты нового направления нашли отражение в
моногра-
фии А. Б. Мигдала «Фермионы и бозоны в сильных полях» (1978 г.) и в
многочисленных
статьях и обзорах.
Наряду с работами по пионной конденсации в творческой лаборатории А. Б.
Миг-
дала за последнее десятилетие появилось немало красивых и смелых идей. Так,
им
было обнаружено свойство локализации функции Грина заряженной частицы в
силь-
ном неоднородном поле, исследовано явление электронной конденсации вблизи
гипо-
тетического сверхзаряженного ядра с . ^ (fic/e2)3/2 « 1600, предпринято
несколько
попыток решения проблемы нуль-заряда в квантовой электродинамике и
проблемы
невылетания кварков в квантовой хромодинамике. В этой связи следует
заметить, что
не только Мигдал пришел к теории элементарных частиц, но и сама эта теория,
в некотором
смысле, пришла к нему, так как в нынешней стадии ее
развития для нее весьма
уместны и даже необходимы качественные подходы именно
"мигдальского» типа".
Научное творчество А. Б. Мигдала неотделимо от его роли учителя. Он
воспитал
десятки активно работающих учеников, среди которых — академики,
члены-коррес-
понденты, много докторов и кандидатов наук. Блестящие лекции по теории ядра
и при-
ближенным методам квантовой механики, которые он в течение 35 лет читает в
МИФИ,
руководимые им теоретические спецсеминары притягивают к нему самых
способных
студентов Педагогическая деятельность Аркадия Бенедиктовича во многом
способ-
ствовала написанию им монографий «Приближенные методы квантовой
механики»
(совместно с В. П. Крайновым, 1966 г.) и «Качественные методы в квантовой
теории»
(1975 г.). Молчаливая (но непререкаемая) читательская оценка класса,
научной
значимости и практической полезности этих, как и остальных, книг Мигдала
заключе-
на в том простом факте, что расходятся все они практически
мгновенно.
Широко известен А. Б. Мигдал как яркий (и вместе с тем
глубокий и ответствен-
ный) популяризатор науки. Он сотрудничает с обществом «Знание», где
постоянно
читает лекции, в том числе и о психологии научного творчества (на эту тему
им напи-
сана, в частности, увлекательная брошюра «Поиски истины» (1978 г.)).
Выступления
Мигдала даже с такой, скажем, нетрадиционной для ученого трибуны, как
телеэкран,
вызывают, по общему мнению, широкий резонанс и способствуют
распространению
научных идей.
Заслуги А. Б. Мигдала перед советской наукой получили высокую оценку:
он
награжден орденом Ленина (1954 г.), двумя орденами Трудового Красного
Знамени
(1951 и 1974 гг.) и медалями; в 1953 г. он был избран
членом-корреспондентом, а в
1966 г.— действительным членом Академии наук СССР.
Конечно, А. Б. Мигдал — физик «по рождению». Но мир его способностей,
инте-
ресов и увлечений не ограничивается физикой. Аркадий Бенедиктович —
талантливый
скульптор и резчик по дереву и камню. Любопытно, что эти художественные
дарования
открылись у него всего лет 25—30 назад, т. е. во вполне зрелом возрасте,
что в плане
общей характеристики его личности говорит само за себя. Широко известно
также
активное увлечение Мнгдала многими видами спорта. Здесь и альпинизм, и
горные
лыжи, и водные лыжи, и подводный спорт.
О последнем уместно сказать особо. Ведь не многие знают, что А. Б. Мигдал
был
одним из зачинателей отечественного подводного спорта, первым председателем
прези-
диума Федерации подводного спорта СССР, организованной в 1959 г.,
обладателем
билета N 1 спортсмена-подводника. В начале 60-х годов Аркадий Бенедиктович
с груп-
пой спортсменов-аквалангистов трижды выезжал на острова Японского моря н
Тихого
океана, чтобы изучить все возможности использования акваланга в подводном
спорте,
наблюдении за жизнью моря и народном хозяйство. Результатом отих
экспедиций
явилось создание трех подводных документальных кинофильмов: «Над нами
Японское
море», «Остров Монерон», «По островам Тихого океана». При этом к развитию
подвод-
ного плавания с аквалангом А. Б. Мигдал относился серьезно, не
по-любительски.
Он предвидел,—и это полностью подтвердилось,—что плавание с аквалангом
превратит-
ся в нашей стране в большой спорт и найдет широкое применение в науке и
народном
хозяйстве.
Общительность, остроумие, неотразимое личное обаяние
снискали Мигдалу
дружбу и уважение многих и многих людей самых разных профессий и
возрастов.
Аркадий Бенедиктович щедро делится с людьми тем, что Сент-Экзюпери назвал
«един-
ственной настоящей роскошью — роскошью человеческого общения».
Нечасто, увы, можно с такой спокойной ответственностью, без
«юбилейных»
натяжек сказать: наш юбиляр встречает свое 70-летие в расцвете творческих
сил и дел.
И сердечно поздравляя Аркадия Бенедиктовича от имени всех его
многочисленных
друзей, учеников, просто почитателей, желая ему «мигдальского» здоровья и
счастья,
по праву ожидая от него новых смелых идей и ярких научных результатов, мы
твердо
уверены в успешном продолжении его 45-летнего пути в физике. Ведь это —
путь
непрерывного восхождения, путь «вперед и выше». Как опытный альпинист,
размерен-
но, упорно и целеустремленно поднимается Мигдал от вершины к
вершине.
И пик еще не достигнут.
С. Т. Беляев, В. Г. Вакс, И. И. Гуревич
В. И. Коган, А. И. Ларкин, И. Н. Мишустин,
Л. В. Окунь, Э. Е. Саперштейн, В. Н. Суетин,
В. А . Ходель
Ссылки: