"Điện tử, phonon, nam châm"

13

“Điện tử, phonon, nam châm”

(lời nói đầu chưa được xuất bản cho ấn bản thứ hai của cuốn sách)

M.KAGANOV

ĐỌC LẠI $КНИГУ^{1}$, DO TÔI VIẾT cách đây khoảng 30 năm, tôi có một cảm giác có phần lạ lùng. Một mặt, tôi chắc chắn đã viết cuốn sách này. Tôi tìm hiểu suy nghĩ của mình, thái độ của tôi đối với hiện tượng này hay hiện tượng kia, sự khám phá. Đây là cách bạn nhận ra chính mình một cách không thể nhầm lẫn khi nhìn vào một bức ảnh cũ, mặc dù trong gương bạn nhìn thấy một khuôn mặt hoàn toàn khác. Mặt khác, theo năm tháng, một sự xa lánh nhất định nảy sinh, cho phép người ta đánh giá những gì mình đọc một cách khách quan hoặc gần như khách quan. Điều này cho phép tôi nói: “Electrons, Phonons, Magnons” là một cuốn sách hay, tôi rất thích khi đọc lại nó. Nếu không như vậy thì tôi đã không đồng ý cho nó xuất bản lại. Tất nhiên, nhiều điều đã xảy ra trong lý thuyết lượng tử của chất rắn, cách trình bày phổ biến mà cuốn sách này đề cập tới, trong nhiều năm. Nhưng đối với tôi, có vẻ như những gì đã xảy ra được gọi một cách chính xác là sự phát triển. Các nguyên tắc cơ bản của lý thuyết lượng tử về chất rắn vẫn chưa được sửa đổi. Nếu không biết cuốn sách nói gì thì không thể hiểu được, đặc biệt là những thay đổi đã xảy ra trong những năm trôi qua giữa lần xuất bản đầu tiên và lần xuất bản thứ hai. Tính chất lượng tử của các chất rắn khác nhau ngày càng được sử dụng nhiều trong công nghệ. Nếu cuốn sách được viết bây giờ, rất có thể sẽ có tài liệu tham khảo về cấu trúc nano, chất siêu dẫn nhiệt độ cao và nhiều khám phá thú vị được thực hiện tương đối gần đây. Tôi thừa nhận rằng tôi đã băn khoăn liệu mình có nên đưa phần chèn hoặc chú thích cuối trang vào những tài liệu tham khảo như vậy hay không và đi đến kết luận rằng điều đó là không cần thiết. Không thể nói một cách nghiêm túc về những gì chưa được biết đến vào những năm 70 của thế kỷ trước trong khuôn khổ cuốn sách này, và những kiến ​​thức có thể thu thập được khi đọc “Điện tử, Phonon, Magnon” sẽ đủ để sử dụng thông tin chứa đầy các ấn phẩm trên các tạp chí khoa học phổ thông, trên Internet và các nguồn sẵn có khác.

1 M.I.Kaganov. “Điện tử, phonon, nam châm.” Phiên bản thứ 2. (M.: Nhà xuất bản LKI, 2008.) Ấn bản đầu tiên của cuốn sách được Ban Biên tập Chính Văn học Vật lý và Toán học của Nhà xuất bản Nauka xuất bản năm 1979. Vì lý do tác giả không rõ, lời nói đầu được viết riêng cho ấn bản thứ hai đã không được đưa vào cuốn sách.

01_24.p65

Đây là những gì bạn nên chú ý đến. Cuốn sách thường đề cập đến thời gian đã trôi qua kể từ khi một sự kiện khoa học xảy ra, hoặc nói bằng “thì hiện tại”, “bây giờ”, v.v. Chúng ta phải nhớ rằng đã nhiều năm trôi qua kể từ khi cuốn sách được viết cho đến khi nó đến với bạn. Bạn cần phải thực hiện phép cộng trong đầu hoặc quay ngược lại 30 năm về trước. Tôi đã thực hiện những “tính toán” tương tự trong khi đọc.

• • • Không chỉ vật lý chất rắn đã thay đổi qua nhiều năm. Ý tưởng về Thế giới, về các đơn vị cấu trúc của nó - các hạt cơ bản, đã sâu sắc hơn và thay đổi; ngay cả ý tưởng về cấu trúc của Vũ trụ, sự ra đời và số phận của nó cũng đã có sự thay đổi. Đây là một ví dụ từ một lĩnh vực khác xa với vật lý chất rắn - từ vật lý hạt cơ bản: cuốn sách không bao giờ đề cập đến quark. Vào những năm cuốn sách này được viết, quark là một chủ đề thời thượng; Đã có rất nhiều tranh luận về việc liệu các quark có thật hay chúng chỉ là một cách thuận tiện để mô tả nhiều hạt và quan trọng nhất là các tính chất đối xứng phi tiêu chuẩn đã được phát hiện. Cuộc tranh cãi đã kết thúc từ lâu. Quark được công nhận rộng rãi. Quark là các hạt cơ bản tạo nên nucleon và một số meson. Đồng thời, nảy sinh sự hiểu biết rằng quark không tồn tại dưới dạng hạt tự do trong chân không, bên ngoài baryon. Không còn nghi ngờ gì nữa, đây là một sự kiện có ý nghĩa rất lớn. Nó có thể thay đổi thế giới quan của chúng ta. Nếu việc phân mảnh thêm các hạt là không thể và quark mới thực sự là các hạt cơ bản, thì nhân loại cuối cùng đã khám phá ra mọi thứ bao gồm những gì. Chưa hết, tôi nhắc lại, trong cuốn sách không tìm thấy quark, mặc dù các nucleon (và proton và neutron) được nhắc đến nhiều lần trong cuốn sách. Nhưng vật lý chất rắn cần biết gì về những hạt này? Khối lượng, điện tích và mômen từ của chúng. Có lẽ đó là tất cả. Cấu trúc bên trong của chúng, quan trọng không chỉ cho việc nghiên cứu tương tác giữa các hạt mà còn cho việc tìm hiểu cấu trúc của vũ trụ, không đóng vai trò trực tiếp trong vật lý chất rắn (có lẽ là chưa). Một trong những đặc điểm của Thế giới xung quanh chúng ta và do đó, khoa học về Thế giới là một loại hệ thống phân cấp. Cô ấy được nhắc đến trong cuốn sách. Cơ khí xây dựng từ

14

KVANT 2009/№1

Các nhà vật lý chất rắn cần thu thập thông tin cơ bản về độ bền và đặc tính đàn hồi của vật liệu xây dựng trong các điều kiện khác nhau. Kỹ thuật điện - đặc tính điện của dây dẫn và chất cách điện được sử dụng. Khi nghiên cứu vật chất ngưng tụ, các nhà vật lý (nhà lý thuyết và nhà thực nghiệm) sử dụng các kết quả của vật lý nguyên tử và không thể thiếu chúng. Biết rằng cơ thể được tạo thành từ các nguyên tử hoặc phân tử là chưa đủ. Để hiểu bản chất các tính chất của các vật thể vĩ mô và các hiện tượng xảy ra trong chúng, cần phải biết cấu trúc của những “viên gạch” mà chúng được tạo nên từ đó. Nhưng về các hạt - vật liệu xây dựng của phân tử và nguyên tử, về electron, proton và neutron - chỉ cần biết những gì có thể thu thập được từ bất kỳ cuốn sách tham khảo nào là đủ. Hơn nữa, tôi nghĩ rằng ngay cả để giải thích hiện tượng sống thì kiến ​​thức này cũng khá đầy đủ. Rõ ràng, điều này không có nghĩa là chúng ta đã có thể trả lời tất cả các câu hỏi do sinh học phân tử đặt ra. Nhiều năm nghiên cứu chuyên sâu đang ở phía trước. Và quan trọng nhất là bạn cần chờ đợi những ý tưởng mới xuất hiện. Trong những thập kỷ gần đây, sinh học phân tử, lĩnh vực tiếp thu phần lớn vật lý chất rắn, đã đạt được những thành tựu rực rỡ. Kiến thức vật lý về cấu trúc của các phân tử mà từ đó mọi sinh vật sống được tạo ra vẫn hoàn toàn đầy đủ. Tôi nghĩ, mặc dù không phải ai cũng có quan điểm này, nhưng bất kỳ sự đào sâu đặc biệt nào về vật lý của các hạt cơ bản sẽ không bao giờ cần thiết cho sự phát triển của sinh học phân tử. Như trước đây, các nhà sinh học phân tử, giống như các nhà vật lý chất rắn, sẽ chỉ cần biết về electron, proton và neutron những gì đã được biết rõ ngày nay.

• • • Khi đọc cuốn sách, tôi không thể không nhớ. Trong phần giới thiệu ấn bản đầu tiên của cuốn sách, tôi không khỏi vui mừng nhớ lại ý tưởng viết “Điện tử, Phonon, Magnon” nảy sinh như thế nào. Và bây giờ tôi nhớ lại với niềm vui không kém về cách viết cuốn sách. Hầu hết nó được viết ở Pushchino, nơi tôi đã trải qua kỳ nghỉ của mình, trùng hợp với thời gian nghỉ giảng ở Đại học Tổng hợp Moscow. Ở Pushchino, một thành phố ấm cúng bên bờ sông Oka, có một khách sạn tiện nghi. Nhưng quan trọng nhất, một người bạn thời trẻ của tôi, Joseph Zakharovich Goldenberg, hay Grafchik, như tất cả bạn bè vẫn gọi, sống ở Pushchino. Là một người duyên dáng, một nhà thơ và một giáo viên xuất sắc, ông làm việc trong thư viện của Viện Protein của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô và có cơ hội giúp đặt phòng khách sạn. Những năm ấy, ôi, khó khăn biết bao! Bạn bè đã sử dụng sự trợ giúp của Grafchik. Sự thuận tiện của cuộc sống đi kèm với sự tách biệt khỏi sự nhộn nhịp của Moscow, sự sang trọng trong giao tiếp của con người và những lối đi dọc theo bờ sông Oka, dọc theo một khu rừng bạch dương… Ở Pushchino, tôi đã viết phần lớn những gì có trong cuốn sách và nghĩ ra cách sắp xếp tài liệu không theo tiêu chuẩn, khiến tôi bị chê trách, nhưng ngay cả khi đọc lại, tôi vẫn không thất vọng về kế hoạch của mình. Có lẽ nó nảy sinh từ cuộc trò chuyện với Joseph Zakharovich về cuốn tiểu thuyết

01_24.p65

Trò nhảy lò cò của Julio Cortazar, nhưng thành thật mà nói, tôi không còn nhớ chuyện đó nữa. Và một kỷ niệm nữa. Rất quan trọng. Cùng năm 1979, khi cuốn sách “Điện tử, Phonon, Magnon” được xuất bản, tạp chí “Uspekhi Fizicheskikh Nauk” đã đăng bài đánh giá “Lý thuyết điện tử về kim loại và hình học” - ấn phẩm chung cuối cùng với giáo viên của tôi, Viện sĩ Ilya Mikhailovich Lifshitz. Ông qua đời đột ngột vào năm 1982 - thọ 65 tuổi. Trong nhiều năm, tôi đã làm việc dưới sự lãnh đạo của Ilya Mikhailovich. Không thể nói quá những gì sự lãnh đạo của anh ấy đã mang lại cho tôi. Nghĩ về những bài báo và cuốn sách khoa học phổ biến do tôi viết và đồng tác giả với I.M. Lifshitz, tôi cảm thấy vai trò của Ilya Mikhalovich quan trọng như thế nào trong việc hình thành thế giới quan vật lý của tôi. Khi tôi đọc lại một số đoạn văn, tôi nghe thấy giọng nói của giáo viên. Và được sao chép ở đây hình (4) từ cuốn sách quan trọng để hiểu vị trí của vật lý chất rắn trong các ngành khoa học, lần đầu tiên tôi nhìn thấy những bức vẽ trên bảng đen

Mỗi cơ chế đều có lĩnh vực ứng dụng riêng, được mô tả thuận tiện dưới dạng sơ đồ. Trên sơ đồ này, tỉ số giữa tốc độ hạt v và tốc độ ánh sáng trong chân không c được vẽ theo chiều dọc. Tỷ số giữa hằng số Planck h và tác dụng kép của hạt S được vẽ theo chiều ngang. Tác dụng là một đại lượng vật lý nhất định có thứ nguyên là hằng số Planck. Tác dụng có thể được ước tính bằng cách nhân đường đặc trưng mà hạt đi qua đối với một chuyển động nhất định và động lượng đặc trưng của hạt. Các đường đứt nét trên hình – ranh giới có điều kiện giữa các cơ học

Ilya Mikhailovich khi ông giảng bài khoa học đại chúng tại giảng đường Kharkov. Sau đó, hình xuất hiện trong bài viết của chúng tôi, có tên là “Vật lý chất rắn trên bản đồ khoa học”. Nó được xuất bản trong tuyển tập “Tương lai của khoa học”. Một loạt bộ sưu tập dưới tên này đã được xuất bản bởi Hội Tri thức. Bạn có thể nhớ vô tận. Và có vẻ như có một lý do hoàn toàn chính đáng - việc tái bản một cuốn sách đã xuất bản từ nhiều năm trước. Tuy nhiên, khi đắm mình vào những kỷ niệm, người ta không nên quên rằng những gì viết trong đó không hề lỗi thời. Và ngày nay cuốn sách “Điện tử, Phonon, Magnon” có thể rất hữu ích để tìm hiểu bản chất của các quá trình và hiện tượng xảy ra trong chất rắn.