Развитие физической науки в Казанском университете: страницы истории

Развитие физической науки в Казанском университете: страницы истории

Изначально физика претендует на то, чтобы стать главной из естественных наук. Подчас остальные системы научной мысли, такие как химия и математика, служат лишь для более детального рассмотрения и прикладного объяснения единых физических законов.

Ни одна наука не внесла такого большого вклада в технический прогресс, как это сделала физика. Физическое понимание процессов, происходящих в природе, постоянно развивается. Большинство новых открытий вскоре получают применение в технике и промышленности.

На территории современного Татарстана первые образовательные учреждения (медресе) возникли еще в период Волжской Булгарии, образовавшейся в конце IX – начале X вв. Сохранились сведения о развитии в этом государстве таких научных знаний, как космология и астрономия. Известно также, что булгарский ученый Махмуд Булгари использовал астрономические инструменты для определения положения небесных светил. В зависимости от расположения звезд на небе определялись периодический цикл сельскохозяйственных работ, время совершения намаза, проведения религиозных праздников и др.

Первые академики по физике, приглашенные из числа немецких ученых, в значительной части были действительно выдающимися представителями физической науки. Именно поэтому в России основным центром научной деятельности в области физической науки вплоть до середины XIX в. оставалась Петербургская Академия наук. Лишь во второй половине XIX в. многие физические кафедры в университетах возглавили представители российской физической науки.

Таким образом, лишь со второй половины XIX в. в России начался тот нормальный ход развития физической науки, который уже более 100 лет держался в университетах Германии и других странах Западной Европы. Все это в какой-то степени объясняет, почему в России научная деятельность в области физики не носит такого определенного «национального» оттенка, который был очевиден в научных учреждениях Германии, Франции и Англии. Это объясняет также и то, почему наши университеты не стали исходными точками определенных «физических школ».

История становления и развития физической науки в Татарстане неразрывно связана с Казанским университетом, открытым 5 ноября 1804 г. на основании Указа Александра I об учреждении Казанского и Харьковского университетов. В музее истории Казанского университета хранится Утвердительная грамота, подписанная Александром I, в которой изложены задачи и права университета. Документ, подписанный 11 февраля 1805 г. министром народного просвещения графом П.В.Завадовским, и Утвердительная грамота были доставлены в Казань С.Я.Румовским, известным ученым астрономом, вице-президентом Петербургской Академии наук и попечителем Казанского учебного округа. Казанский и Харьковский университеты вместе с ранее существовавшими Московским университетом и Петербургской Академией наук заложили основы технико-экономического образования в России и стали центрами научно-культурной жизни страны.

Практически с момента основания в Казанском университете действовало отделение физики. Институт физики Казанского (Приволжского) федерального университета является одним из ведущих учебно-научных центров Поволжья и России в области физики и астрономии. Образование и становление физического факультета в 60-е годы связано с именами таких талантливых ученых и педагогов, как профессоры С.А.Альтшулер, Ш.Ш.Башкиров, А.А.Нефедьев, А.З.Петров, Ш.Т.Хабибуллин и многие другие.

Первым деканом физического факультета был назначен заведующий кафедрой астрономии, профессор Ш.Т.Хабибуллин (1960-1963). С 1991 и по настоящее время Институт физики возглавляет профессор А.В.Аганов.

Работы С.А.Альтшулера посвящены в основном радиоспектроскопии и парамагнетизму, в частности ядерному магнетизму. В 1934 он совместно с И.Е.Таммом предсказал существование магнитного момента у нейтрона, верно оценил его знак и величину. Для того времени это был довольно парадоксальный результат (нейтрон не обладает электрическим зарядом), однако впоследствии он был экспериментально подтвержден. В довоенный период Альтшулер также активно участвовал (вместе с Б.М.Козыревым и Е.К.Завойским) в экспериментальных поисках сигнала ЯМР на протонах воды. Считается, что в июне 1941 года им удалось наблюдать сигнал ЯМР, однако, сигнал наблюдался спорадически и плохо воспроизводился. Начавшаяся война помешала дальнейшим исследованиям.

В 1948 им было обнаружено (совместно с Б.М.Козыревым и С.Г.Салиховым) влияние сверхтонких магнитных взаимодействий на спектры электронного парамагнитного резонанса. Эта работа позволила рассматривать ЭПР как новый метод исследования конденсированных сред. В 1952 Альтшулер предсказал и развил теоретически идею акустического парамагнитного резонанса. Этот результат принес ему широкую известность и лег в основу нового направления — квантовой акустики. Семен Александрович был признан автором научного открытия «Явление резонансного поглощения звука в парамагнетиках (акустический парамагнитный резонанс)», которое занесено в Государственный реестр открытий СССР с приоритетом от 9 июня 1952 г. в следующей формулировке: «Теоретически установлено неизвестное ранее явление резонансного поглощения звука в парамагнетиках, обусловленное спинфонными взаимодействиями и наступающее вблизи частот звука и квантовых переходов между магнитными подуровнями тела, обладающего электронным либо ядерным парамагнетизмом».

Альтшулером был предложен метод получения сверхнизких температур при помощи адиабатического размагничивания ядерных спинов так называемых ванфлековских парамагнетиков. Это позволило увеличить производительность получения сверхнизких температур магнитными методами в десятки раз.

Совместно с другими исследователями Альтшулер воспользовался методом рассеяния Мандельштама-Бриллюэна для изучения неравновесных фононов в парамагнитных кристаллах. В частности, ими было обнаружено явление лавинного излучения фононов.

Особая страница жизни Ш.Ш.Башкирова — его научные интересы, его коллеги по науке и ученики. Им сделано много по развитию исследований твердых тел методом мессбауэровской спектроскопии. Поэтому у него большое количество друзей во всех уголках нашей страны, ближнего и дальнего зарубежья. Среди них он известен как компетентный специалист и верный своим принципам, надежный человек. С особой теплотой они вспоминают свое общение с ним на многочисленных научных конференциях. Когда в 1985 году Ш.Ш.Башкиров приехал в Бельгию на международную конференцию по мессбауэровской спектроскопии, Оргкомитет решил принять его в качестве гостя конференции и содержать бесплатно. Удивившись, ибо из СССР приехало несколько академиков, он спросил председателя Оргкомитета – почему так выделили его, простого профессора. Ему ответили, что он является первым в мире по индексу цитирования. Шамиль Шагивалеевич Башкиров — Заслуженный деятель науки РФ, член-корреспондент АН РТ, Заслуженный профессор Казанского государственного университета, председатель подсекции «Мессбауэровская спектроскопия и ее применения» в секции «Магнетизм» РАН. В 2006 году из Мессбауэровского Дата-центра в Северной Каролине (США) ему прислали свидетельство, где отмечены его высокие заслуги по исследованиям в области Мессбауэровской спектроскопии.

Основные труды А.А.Нефедьева посвящены изучению вращения Луны и ее фигуры. Он выполнил на гелиометре большой ряд измерений расстояний кратера Местинг A от края Луны. Им выведены новые элементы вращения Луны, подтверждено существование эффекта асимметрии фигуры Луны, установленного ранее А.А.Яковкиным, а также неравенства в западных и восточных радиусах Луны, открытого И.В.Бельковичем, впервые теоретически обоснованы и построены по данным гелиометрических наблюдений карты краевой зоны Луны, отнесенные к общему нулевому уровню. Нефедьев А.А. уделял большое внимание организации наблюдений покрытий звезд Луной, написал ряд работ по истории Энгельгардтовской обсерватории. Ученый занимался большой педагогической деятельностью.

В 1931 году вместе со своим младшим братом А.З.Петров приезжает на заработки в Казань, где трудился на строительстве КазГРЭС (ныне ТЭЦ­1). В 1932 году он экстерном сдал экзамены за среднюю школу и в том же году поступил на физико-математический факультет Казанского государственного университета. В университете А.З.Петров под руководством профессора П.А.Широкова начинал заниматься приложением геометрии к теории гравитации. Однако в 1941 году эти занятия были прерваны: не успев закончить кандидатскую диссертацию, Алексей Зиновьевич уезехал на фронт командиром взвода минометчиков. Тем не менее, в январе 1943 года, получив отпуск, А.З.Петров успешно защитил свою диссертацию. В августе того же года, после тяжелого ранения, он вернулся в Казань.

После демобилизации до 1945 года Алексей Зиновьевич работал доцентом Казанского авиационного института. В 1945 году он перешел на работу в Казанский государственный университет на кафедру геометрии.

В послевоенные годы научные интересы А.З.Петрова — приложения математических методов (геометрии, теории групп, алгебры) к теории физического поля — сложились окончательно. В 1946 году он начал исследование пространств Эйнштейна, а в 1952–54 годах доказал теорему, принесшую ему впоследствии мировую известность. В этой теореме установлено существование трех типов пространств Эйнштейна (в дальнейшем они получили в мировой литературе название типов Петрова). Классификация пространств Эйнштейна по трем типам стала основой докторской диссертации А.З.Петрова, защищенной в 1957 году в МГУ.

В октябре 1956 года А.З.Петров стал профессором кафедры геометрии Казанского университета, а в 1960 году возглавил первую в Советском Союзе кафедру теории относительности и гравитации, основанную при его деятельном участии на физическом факультете Казанского университета.

Не прекращая научных исследований, А.З.Петров отдал много сил организационной и методической работе: одновременно готовил и читал множество спецкурсов по гравитации, теории относительности и смежным дисциплинам, много времени посвятил научной работе со студентами, аспирантами и ассистентами кафедры, руководил несколькими постоянно действующими семинарами и редактировал периодический сборник «Гравитация и теория относительности», издаваемый Казанским университетом. За короткий срок он воспитал целую плеяду талантливых учеников, создав научную школу, известную далеко за пределами Казани.

В 1960 году Алексея Зиновьевича утвердили председателем секции гравитации Научно-технического совета Министерства высшего и среднего специального образования СССР и председателем Советской комиссии в Международном комитете по гравитации и теории относительности. А.З.Петров занимал эти посты до конца своей жизни, сыграв важную роль в организации и развитии исследований по гравитации в Советском Союзе и за рубежом.

В 60-е годы были опубликованы монографии А.З.Петрова «Пространства Эйнштейна» и «Новые методы в общей теории относительности», подытоживающие результаты его многолетних исследований. Эти монографии, заняв особое место в мировой литературе по общей теории относительности, быстро получили всеобщее признание и были переведены на многие иностранные языки.

В эти годы А.З.Петров сыграл большую роль в организации и развитии исследований по гравитации в Советском Союзе и мире. Он много ездил по стране, бывал за рубежом, входил в оргкомитеты всех советских конференций по гравитации, выступал с докладами на международных конференциях и симпозиумах (1962, Варшава; 1965, Лондон; 1967, Париж; 1969, Рим, Флоренция; 1970, 1971, Копенгаген). Он был также редактором многих издаваемых в СССР книг по теории относительности и гравитации.

Основные труды Ш.Т.Хабибуллина относятся к теории вращения Луны, селенодезии и звездной астрономии. В 1949, использовав материал звездных подсчетов Ф.X.Сирса, ученый исследовал распределение звездных плотностей в Галактике; предложил метод изучения темных туманностей и метод анализа звездных подсчетов в двух лучах. В 1949–1953 он одним из первых в мире успешно применил фотографические наблюдения для изучения физической либрации Луны, предложил новый способ определения одного из параметров физической либрации (f) и показал, что значение этого параметра близко к 0,62, а не 0,73, как полагали прежде. Еще до запуска первого ИСЗ Ш.Т.Хабибуллин разработал метод определения местоположения на Луне. В 1966 практически одновременно с американским исследователем Д.Экхардтом и независимо от него разработал нелинейную теорию физической либрации Луны. Выполнил ряд исследований по определению лунных координатных систем, изучению геометрической фигуры Луны и ее гравитационного поля, анализу движения спутников вокруг центральных тел.

Основная цель Института физики — утвердиться в качестве равноправного партнера в мировом научно-образовательном пространстве. Занимаясь научной работой студенты Института физики доминируют среди всех: ежегодно выигрывают стипендии Президента РФ, Правительства РФ, Республики Татарстан. Для учащихся младших курсов проводятся открытые олимпиады по физике и математике, с третьего курса студенты участвуют в весеннем «Дне Науки» и научной конференции. Участие в научной конференции сотрудников КФУ наряду с профессорами и научными работниками вырабатывает умение грамотно излагать результаты научной работы и эрудицию. Следующий этап — борьба за победы на российских и международных конференциях. В конкурсе Мэра Казани студенты-физики одержали 8 побед за 5 лет, соревнуясь с лучшими студентами многих вузов Казани!