Принцип Арнольда в физике

Великий советский математик Владимир Арнольд знаменит не только своими научными достижениями и научно-популярными текстами, но и активной деятельностью по восстановлению справедливости в отношении других математиков. В своих выступлениях за рубежом и дома он не уставал отстаивать приоритет настоящих авторов в получении тех или иных результатов. Эта деятельность Арнольда была настолько заметной, что другой великий математик Майкл Берри (который, кстати, интересен также тем, что в 2000 году получил совместно с будущим нобелевским лауреатом Андреем Геймом пародийную Шнобелевскую премию - за вполне серьёзный на самом деле эксперимент по левитации лягушки в магнитном поле) даже сформулировал принцип Арнольда: “Открытия редко носят имя того, кто это открытие сделал.” Сам Арнольд в своей лекции 1997 года в Париже переформулировал этот принцип так: “Если какое-либо понятие имеет персональное имя, то это — не имя первооткрывателя.” И справедливо дополнил его принципом Берри: “Принцип Арнольда применим к самому себе”.Хотелось бы даже добавить - не только к самому себе, но практически везде. Например, Америка носит имя Америго Веспуччи, а не Христофора Колумба. Так как я сам физик, то расскажу о примерах из физики.Все мы в школе изучали число Авогадро - это, напомню, количество структурных единиц (атомов, молекул и т. п.) в 1 моле вещества. Интересно, однако, что сам Амедео Авогадро значения этого числа не знал. Он лишь выдвинул гипотезу, что это число одно и то же для разных веществ. Само же число первым полвека спустя определил Иоганн Йозеф Лошмидт (он ошибся почти в 15 раз, но его быстро поправил Джеймс Максвелл, который получил довольно точное значение). Лошмидт, правда, не остался обделённым. Его имя носит число равное количеству структурных единиц кубического метра газа при нормальных условиях. Те, кто помнит школьную физику, поймёт, что это число отличается от числа Авогадро лишь множителем равным молярному объёму.Этот пример, правда, нехарактерен. В нём число получило имя не того, кто открыл его позже, а того, кто вообще его не открывал, но жил раньше. Но есть в истории физики и более классические примеры принципа Арнольда. В квантовой физике хорошо известны так называемые уровни Ландау - это значения энергии, которые может иметь электрон, помещённый в магнитное поле. Так вот ещё за два года до Льва Давидовича похожую задачу решил другой известный советский физик Владимир Фок. Кроме того, более общую задачу в то же время решил и американец Исидор Раби. А одновременно с работой Ландау вышла ещё и работа Якова Френкеля и Матвея Бронштейна, в которой тоже было рассмотрено движение электрона в магнитном поле с точки зрения квантовой механики. Но ни одного из эти имён в названии не осталось. Отчасти, видимо, потому, что только Ландау связал своё решение с нерешённой на тот момент проблемой природного магнетизма некоторых веществ - так называемых диамагнетиков.Ещё одну довольно распространённую схему присвоения имени эффекта не тому учёному можно рассмотреть на примере динамического эффекта Казимира. Дело в том, что Хендрик Казимир исследовал в 1948 году только стационарный эффект - он заключается в том, что две плоские незаряженные металлические пластинки, расположенные достаточно близко друг к другу в вакууме, притягиваются из-за наличия в этом самом вакууме виртуальных частиц. И только через почти 20 лет, в 1970 году, американский физик Джеральд Мур додумался, что эти виртуальные частицы можно превратить во вполне реальные, если заставить пластинки сильно колебаться. Экспериментальное подтверждение динамического эффекта Казимира в 2011 году было названо журналом Nature главной научной новостью года, обогнав даТяжелые фермионы обнаружили в гетероструктурах из дисульфида тантала Финские физики сообщили об экспериментальном обнаружении тяжелых фермионов в вандерваальсовых гетероструктурах. Для этого они выращивали бислой из различных модификаций дисульфида тантала и исследовали его с помощью туннельного микроскопа. Исследование опубликовано в . Сопротивление чистых металлов обычно понижается при уменьшении температуры, в ряде случаев опускаясь до нуля в режим сверхпроводимости. Но в первой половине XX века появились свидетельства того, что небольшие примеси в них, наоборот, приводят к росту сопротивления при охлаждении ниже нескольких кельвин. Дзюн Кондо удовлетворительно объяснил этот эффект, предположив, что электроны проводимости вступают во взаимодействие с локальными магнитными моментами примесей. Зачастую такое взаимодействие можно опосредовать, приписав электронам большую эффективную массу. Тяжелые фермионы стали платформой для исследования разнообразных экзотических эффектов, начиная от нефермиевого поведения квантовой жидкости и заканчивая необычной топологической сверхпроводимостью. До сих пор их наблюдали только в объемных металлических сплавах, содержащих редкоземельные элементы с 4f или 5f электронами. Такие среды уступают по возможностям контроля и манипуляции вандерваальсовским гетероструктурам, для которых характерно слабое взаимодействие между слоями, что открывает дорогу к созданию материалов с комбинацией различных свойств. Финские физики из Университета Аалто при участии Вильяма Ваньо (Viliam Vaňo) показали, что правильным подбором слоев можно создать условия, при которых в гетероструктурах возникнут тяжелые фермионы. Один слой в этом случае выступает в качестве источника локальных магнитных моментов, принадлежащих состояниям, создаваемым волнами зарядовой плотности, в то время, как другой демонстрирует характерное металлическое поведение. Для проверки этой идеи исследователи выращивали с помощью метода молекулярно-лучевой эпитаксии моно- и бислои 1T- и 1H-модификации дисульфида тантала TaS2 на высокоориентированном пиролитическом графите и исследовали их методами сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии. Физики ожидали, что в слое 1T-TaS2 волны зарядовой плотности формируют элементарные ячейки с большим магнитным моментом, который обменно связывается с электронами проводимости в нижележащем слое 1H-TaS2. Это приводит к образованию целой решетки из Кондо-примесей с практически плоской псевдофермионной резонансной модой. Гибридизация между ней и электронной модой приводит к характерному провалу в дисперсионных соотношениях, минимум которых может быть описан с помощью тяжелой эффективной массы. Такая особенность проявила бы себя в спектрах дифференциальной проводимости. Чтобы увидеть ее, физики снимали спектры в разных точках моно- и бислоев дисульфида тантала. Для бислоя 1T/1H-TaS2 они обнаружили характерный пик в туннельном спектре при нулевом напряжении, который они связали с резонансом Кондо. Ширина и форма пика показала чувствительность к температуре и магнитному полю. Первое хорошо описывалось ранее известной формулой и позволило извлечь температуру Кондо, равную 18 кельвин. Изменение же магнитного поля позволило авторам увидеть предсказанное зеемановское расщепление резонанса, а также более тонкие, неизвестные эффекты, которые сигнализируют о более сложной физике. В случае же, когда слой 1T-TaS2 находился ниже, чем 1H-TaS2, спектр проводимости, наоборот, демонстрировал провал. Форма этого провала также изменялась с ростом температуры. Физики показали, что такое поведение не может быть описано обычным тепловым уширением. Этот факт, а также целый ряд других экспериментальных закономерностей позволил им отбросить другие гипотезы, которые могли бы также объяснить возникновение провала, подтвердив, таким образом, существование тяжелых фермионов в образце. Сканирующая туннельная спектроскопия — это мощный метод исследования твердых тел. Мы уже рассказывали, как измерения дифференциальной проводимости помогли разобраться с волновыми функциями квантовых точек и со сверхпроводимостью в двумерном графене. же опровергнутые сверхсветовые нейтрино. Но имя Мура за эффектом не закрепилось, хотя он, пожалуй, этого всё-таки заслуживал.Есть и много других занимательных примеров принципа Арнольда из мира физики. Всех заинтересовавшихся спешу отправить к статьям американского физика Джона Дэвида Джексона (тем, кто обучался на одном из физфаков нашей страны, возможно, будет интересно узнать, что это тот самый Джексон, который написал классический учебник по электродинамике) и некого профессора Вельвела Хушвотера.