Когда Виталию Гинзбургу присудили Нобелевскую премию, ему только что исполнилось 87 лет. Работа, которую отметили наградой, появилась еще в 1950 году. Вместе со Львом Ландау он описал, как сверхпроводник реагирует на магнитное поле и электрический ток. Уравнения позволяли рассчитывать свойства материала еще до появления подробной теории происходящего с электронами.
Детство и образование Виталия Гинзбурга
Виталий Лазаревич Гинзбург родился в Москве в семье инженера и врача. Его мать умерла от тифа, когда он был маленьким; растить мальчика отцу помогала тетя. Первые годы Виталий учился дома, а в школу пошел в одиннадцать лет, сразу в четвертый класс. В 1931 году он окончил семилетку. Получилось всего четыре года школьной учебы. Затем Гинзбург устроился лаборантом в рентгеновскую лабораторию, где работал рядом с будущими физиками Вениамином Цукерманом и Львом Альтшулером. Позднее он вспоминал, что именно там приобрел вкус к физике и изобретательству.
Для поступления в университет пришлось за три месяца осваивать программу старших классов, частично с преподавателем. Гинзбург не считал это удачным способом учиться: всю жизнь он жалел, что пропустил обычную школу. Быстро понять материал оказалось проще, чем выработать прочные навыки решения задач и грамотного письма.
Как Виталий Гинзбург стал физиком-теоретиком
В 1933 году Гинзбург сдавал вступительные экзамены в МГУ, но по конкурсу не прошел. Он начал учиться экстерном, а на следующий год перевелся на второй курс очного отделения. Специализацией выбрал оптику: теоретическая физика привлекала его, однако собственную математическую подготовку он оценивал невысоко.
В 1938 году Гинзбург окончил физический факультет. Его экспериментальная задача касалась света, который испускают движущиеся атомы и ионы. Попытка самому объяснить особенности такого излучения привела его к Игорю Тамму. Первоначальная идея оказалась ошибочной, зато началось сотрудничество, определившее дальнейшую работу Гинзбурга.
В 1940 году он защитил кандидатскую диссертацию и пришел в теоретический отдел Физического института имени П. Н. Лебедева — ФИАН. Во время войны вместе с институтом оказался в Казани, изучал распространение радиоволн в ионосфере и в 1942 году защитил докторскую диссертацию.
Радиофизика вывела его и к астрономии. В послевоенные годы он исследовал радиоизлучение Солнца и Галактики, позднее вместе с Сергеем Сыроватским развивал теорию происхождения космических лучей. Другой частью его биографии стало участие в советском термоядерном проекте: Гинзбург входил в число разработчиков первой советской водородной бомбы. Одновременно он продолжал заниматься свойствами вещества при очень низких температурах.
Что объяснила теория Гинзбурга — Ландау
К исследованию сверхпроводимости Гинзбург обратился в 1943 году. Само явление открыли еще в начале XX века: при охлаждении некоторых материалов их электрическое сопротивление исчезает. Сверхпроводящий образец также способен вытеснять из своей толщи слабое магнитное поле. Но достаточно сильное поле или слишком большой ток разрушают это состояние.
Нужно было описать, как сверхпроводимость меняется внутри образца и при каких условиях исчезает под действием поля или тока. В 1950 году Гинзбург и Ландау предложили теорию, которая позволяла решать такие задачи, опираясь на общие свойства сверхпроводящего состояния.
В центре модели стоял параметр порядка — математическая величина, описывающая это состояние в каждой точке материала. В обычном состоянии она равна нулю, в сверхпроводящем становится ненулевой. По изменению этого параметра можно описать участки, где сверхпроводимость ослаблена, например внутри магнитного вихря.
Такой подход называют феноменологическим: он описывает наблюдаемые свойства через общие закономерности, не прослеживая поведение каждого электрона. Уравнения связывали параметр порядка с магнитным полем и позволяли рассчитывать распределение поля и тока. Позже, в 1959 году, Лев Горьков вывел эти уравнения из микроскопической теории для температур вблизи перехода в сверхпроводящее состояние.
Магнитные вихри и Нобелевская премия
У теории оказалось важное продолжение. Алексей Абрикосов использовал уравнения Гинзбурга — Ландау, чтобы объяснить поведение сверхпроводников второго рода. Они могут сохранять сверхпроводимость в сильных магнитных полях, частично пропуская поле внутрь.
В таких материалах возникают квантовые вихри: вокруг небольших областей с подавленной сверхпроводимостью циркулируют токи, а через эти области проходит магнитный поток. Сверхпроводники второго рода стали основой мощных магнитов, применяемых в ускорителях частиц и аппаратах МРТ.
7 октября 2003 года Гинзбургу, Абрикосову и Энтони Леггетту присудили Нобелевскую премию по физике. Гинзбург и Абрикосов были отмечены за теорию сверхпроводников, Леггетт — за объяснение свойств сверхтекучего гелия-3. Общая формулировка награды объединила вклад в теорию сверхпроводимости и сверхтекучести.
Семинар Гинзбурга: физика за пределами одной темы
В ФИАНе Гинзбург работал десятилетиями, с 1971 по 1988 год возглавлял теоретический отдел. Он также создал кафедру проблем физики и астрофизики в МФТИ и руководил подготовкой молодых исследователей. Гинзбург умер 8 ноября 2009 года в возрасте 93 лет. Особое место в его научной жизни занимал общемосковский семинар, который собирался в ФИАНе по средам. Его участники обсуждали физику твердого тела, космологию, новые эксперименты и свежие статьи. Гинзбург считал необходимым видеть физику целиком, сохраняя интерес к задачам за пределами собственной специальности. В архиве семинара сохранилось расписание: в течение одного месяца здесь могли говорить о сверхпроводниках, лазерных пучках и гамма-всплесках. А в ноябре 2001 года, уже после своего 85-летия, Гинзбург выступил с докладом «Недодуманное, недоделанное…».
Ранее Наука Mail рассказала, как российские физики предложили новый подход к измерению электропроводности сверхпроводников.