Наука и общество. Нобелевские премии по физике. Современная физика. История физических открытий конца ХХ века, страница 14

221

и В.Л. Гинзбург (р. 1916), Гейнц Лондон (1907—1970), Фриц Лондон (1900—1954) и др. Они разработали феноменологические теории, каждая из которых объясняла отдельные свойства сверхпроводников. Исчерпывающая микроскопическая теория сверхпроводимости была создана в 1957 г. Ее авторами были американские физики Джон Бардин (1908—1991), Леон Купер (р. 1930) к Джон Роберт Шриффер (р. 1931), отмеченные за это достижение Нобелевской премией в 1972 г.

С появлением этой теории (ее принято называть теорией БКШ по начальным буквам фамилий авторов) начался новый этап в развитии сверхпроводимости. Он характеризуется тем, что теория стала способной не только объяснить большинство эффектов, связанных со сверхпроводимостью, но и предсказать новые явления. Так, в 1962 г. английский ученый Брайан Дэвид Джозефсон (р. 1940), опираясь на теорию БКШ, предсказал необычный вид туннелирования, который реализуется в системах с так называемой слабой сверхпроводимостью (туннельных переходах, точечных контактах и т.п.). Предсказанные Джозефсоном явления (все они затем были экспериментально подтверждены) стали основанием для присуждения ученому Нобелевской премии за 1974 г. Сами эффекты носят теперь его имя.

Из теории БКШ следует, что нет никаких принципиальных возражений против возможности существования равновесных сверхпроводников с Т_с ~ 300 К, хотя для этого необходимы специфические, довольно трудно реализуемые условия. В 1986 —1987 гг. такие материалы были получены. Пионерами здесь были Й. Г. Беднорц (Германия) и К.А.Мюллер (Швейцария) — Нобелевские лауреаты 1987 г.

Открытие новых высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) ознаменовало начало очередного этапа в истории сверхпроводимости. Прежде всего поговорим о величинах Т_с, достигнутых к настоящему времени. Рекордсменом здесь является материал HgBa₂Ca₂Cu3O_8+J. с Т_с = 135 К, однако наиболее исследованным как теоретически, так и экспериментально является вещество YBa₂Cu₃0₇__x с Т_С = 96 К, большей технологически важного уровня Т = 77 К, соответствующей температуре кипения жидкого азота. Наряду с успехами в этой области существуют многочисленные нерешенные проблемы. Например, до конца не ясен механизм сверхпроводимости в названных выше материалах. Остается открытым также вопрос о техническом применении новых сверхпроводников.

Но главная проблема в данной области науки — возможность создания комнатнотемпературной сверхпроводимости (КТСП). «Ничему такая возможность не противоречит, но и быть уверенным в успехе нельзя», — считает В.Л.Гинзбург. Ситуация здесь вполне аналогична той, которая имела место накануне открытия ВТСП.

222

Дополнительным стимулом к изучению сверхпроводимости служит тот факт, что она относится к физике низких температур, занимающей в науке особое место. Это единственное направление физики, где достижения человека превышают возможности природы. В лабораториях получены такие значения низких температур, которые не встречаются нигде во Вселенной, а значит, появляется возможность изучения физических явлений, никогда не наблюдавшихся в природе. История этого раздела физики пишется именно сейчас.

Экзотические вещества. Сверхтяжелые элементы. Экзотические ядра. Принято считать, что уже в начале XXI в. будет получен и использован целый ряд экзотических веществ, свойства которых кажутся нам сейчас совершенно фантастическими. Этот процесс уже начался (вспомним, например, жидкие кристаллы, а также синтез фуллеренов — специфической формы углерода). Знакомство будущих учителей с указанными проблемами физики позволит им во всеоружии встретить град вопросов своих питомцев на эту тему, которые, несомненно, возникнут в самое ближайшее время.

Жидкие кристаллы были открыты в 1889 г. австрийским ботаником Ф. Рейницером и немецким физиком О. Леманом. Они обнаружили, что вещества в жидкокристаллическом состоянии обладают текучестью, как обычные жидкости, и в то же время их оптические свойства поразительно похожи на свойства твердых кристаллов. Сейчас интерес к жидким кристаллам обусловлен прежде всего возможностью их эффективного применения в системах обработки и отображения информации.