1934年苏联科学院物理所发现了电子在介质中超先速运动时的发光,后来就称为瓦维洛夫(Вавилов)——切连科夫(Ч?рнков)辐射。1937年让И. E. 塔姆(Тамм)和H. M. 弗兰克(Франк)解释了这奇特现象的本质。三位苏联物理学家И. E. 塔姆、И. M. 弗兰克和П. A. 切连科夫由于发现与解释了瓦维洛夫——切连科夫效应而被授予诺贝尔奖金。瓦维洛夫——切连科夫辐射是超光速光学的首例,因而在当时仿佛是孤立于所有的物理现象之外的奇特现象。所以这课题当年完全吸引住年仅23岁的B. Л. 金兹贝尔格(Гизбург)。1940年B. Л. 金兹贝尔格研究成功瓦维洛夫——切连科夫效应的量子理论,同时也改进了该效应在各向异性介质中的经典理论。经过最初的计算后看得出,除了经典的瓦维洛夫——切连科夫辐射之外,其他的超光速现象也是可能的。但是直观地观察这样的效应是极其复杂的,必须尽快搞清楚实验上探测来自超光速源的辐射的可能性。这一点无论从基础物理角度来看,还是从与核物理的加速发展密切关联的实用观点来看,都是很重要的。
电荷在超光速情况的辐射理论原来是很不简单的。1947年B. Л. 金兹贝尔格和И. M弗兰克发表了一篇论文,在该文中详细探讨了真空中带电粒子沿着狭窄通道的轴线运动时的辐射。杰出的苏联物理学家、科学院院士Л. И. 曼德尔施塔姆(Мандельштам)首先指出了这样一种辐射的可能性。
为使电荷在超光速下辐射,没有必要让带电粒子在致密的介质中移动。只要带电粒子沿着致密介质内部的圆柱形真空通道的轴线移动着,它的辐射就足以保持不变,仅需要通道的直径与发出的光线波长相比较是小的。确实,带电粒子固有的场具有不小于波长的尺寸。所以,假若通道的直径比粒子的电磁场的尺寸小得多,那么在通道里移动着的电荷的电磁环线被“约束”在通道壁内并为介质的原子所散射,至于粒子本身在这里不会经受碰撞。换而言之,带电粒子在狭窄的通道壁里移动时,它仿佛处于真空之中,然而它的电磁场透入通道壁并在介质中传播。这“固有的”场虽然属于带电粒子,但它实际上被介质的电磁特性(它的极化率,介电性质和透磁性)所支配。从实用观点来看,这样的物理现象是非常重要的、因为利用带电粒子沿着通道轴线运动时可以构成一个辐射源,而且该辐射源不会由于跟介质原子的直接碰撞而受损,事实上,在现今的相对论超高频电子学里,借助于带电子粒子把这种现象的不同形式用于产生相干辐射。
从1947年开始B. Л. 金兹贝尔格不止一次地研究了在通道里运动着的带电粒子的辐射,该课题除了实用上、方法上具有大的意义之外,还产生了几个费解的佯谬,他最近写成的科学论文正是服务于这个课题的。带电粒子沿其运动的通道壁,实际上就是两种介质的分界面。假若通道的直径做得很大(在极限情况下是无穷大),那么电荷将沿着平的分界面飞行。假若粒子晃动一下因而横穿过界面或者至少钻入介质,那么将发生什么事情呢?原来在这时产生新的、奇特的过渡辐射。过渡辐射在1945年——该效应的首次实验研究之前的13年由B. Л. 金兹贝尔格与И. M. 弗兰克一起在理论上率先被揭示出来。
就像瓦维洛夫——切连科夫辐射一样,过渡辐射与带电粒子的加速度无关。这一状况使许多习惯于认为电磁辐射总是由电荷的加速或减速而发生的物理学家相当长久地感到困惑不解。然而И. E. 塔姆与И. M. 弗兰克一起在1937年证实了瓦维洛夫——切连科夫辐射的非减速特性后,揭露了这一偏见,而在1945年B. Л. 金兹贝永格和И. M. 弗兰克以过渡辐射的预言和计算最终“粉碎”了这一偏见。原来当带电粒子在作匀速直线运动而同时从一种介质跨越到另一种介质时,它的场被迫迅速地改变着。场的这样重建就伴随着电磁波的辐射。
现今过渡辐射广泛地用于核物理学中以及在宇宙射线的研究场合。在荷电粒子具有的能量大得使其余所有记录方法失效时,用于过渡辐射的检波器仍能确定它们的特性。抽象,的过渡辐射的预言导致了新型物理仪器的出现。
对相对论荷电粒子辐射电磁波的兴趣,最近异乎寻常地增大了。其原因在于前不久出现了功率大而定向相干的奇特辐射源,人们称之为“自由电子激光器”。在事实上这绝不是激光器,它实际上没有任何光量子振荡器,它是经典的、“非量子的”电磁辐射臃。B. Л. 金兹贝尔格在1947年提出了这种电磁辐射源的第一个模型,称之为“波纹机”。通常波纹机是一组简单的周期性的磁体,荷电粒子在各磁体的极间飞行。这样它在磁体的N极上方飞过,接着在S极上方飞过,然后又在N极、S极上方飞过,直到它飞出波纹机。而荷电粒子每一次飞近交错磁体的磁极时就受到它的磁场的推斥,被迫相当急剧地改变自己运动的方向。由于这样重复着急转弯,荷电粒子就辐射出电磁波。带电粒子在波纹机里自发的电磁辐射的强度很大,甚至高于原先各种辐射当中的“纪录创造者”——同步加速器所具有的强度。此外,基于波纹机而制成的自由电子激光器较之其他辐射器具有更重要的优点:就像无线电台里改变播出信号的频率那样,它可以平稳地改变辐射的波长(或频率)。许多研究者对波纹机的兴趣逐渐地增长,而这正是B. Л. 金兹贝尔格的想法演化成物理学新方向的许多例子之一。
1950年在苏联主要的物理出版物——《实验和理论物理杂志》(Жэтф)刊出B. Л. 金兹贝尔格和Л. Д. 朗道(Ландау)的合作论文。这篇论文在引用性方面——引用这篇文章的次数方面多年来名列前茅。遗憾的是,世界性肯定这篇论文延迟了7 ~ 8年。要知道在1950年“冷战”正处在最紧张状态,因而苏联和西方国家的学者之间实际上不存在学术交流,只有极少数的西方物理学家看到过《实验和理论物理杂志》。这样的状态在1957 ~ 1958年间急剧地改变了,因为苏联第一颗人造地球卫星的发射起了不少作用。有些吃惊的西方物理学家发觉,早在美国理论家巴丁(Бардин)、库珀(Уупер)、施里弗(Шрифф?р)所作的杰出的超导计算之前7 ~ 8年(人们已开始称该理论为“BCS理论”)金兹贝尔格——朗道理论就先阐明了“BCS理论”的许多重要组成部分。金兹贝尔格 - 朗道理论,人们很快就称为“鈐理论”,它原来是凝聚态物理学的通用工具。它可用于描述放入强磁场的超导体、超导合金、超导薄膜和许多其他东西。
至于超导薄膜,对它的兴趣是在B. Л. 金兹贝尔格在60年代末所阐明的二维超导性的一些意见之后出现的。总而言之,ψ - 理论可以解释和联系大量的、彼此之间仿佛是互不相关的实验事实。金兹贝尔格 - 朗道的方法甚至还激起了理论家们的灵感。首先是著名的苏联物理学家、现今是苏联科学院通讯院士Л. П. 戈里科夫(Горьков)从精确的微观理论中导出了金兹贝尔格 - 朗道唯象方程。同时另一个苏联物理学家A. A. 阿布里科索夫(Абрикосов)(也是朗道的学生,现在是苏联科学院通讯院士)把金兹贝本格 - 朗道方程用于研究超导体的磁性质。扩展了的金兹贝尔格、朗道、阿布里科索夫、戈子科夫理论(ГЛАГ理论),现今被苏联国内外作者引用于大量的著作中,公认这理论是苏联物理学家对世界科学的最重大贡献之一。
大约从70年代中期开始,在解释超导电性中发展起来的这一思想,远远地超出凝聚态物理学的范围,并引起探究着宇宙间最基本问题的人们的注意。原来,被我们观察到的一切现象发生的场所——物理真空,按本质上说是超导体。正是这种思想,实际上导致了电磁相互作用和弱相互作用统一为电弱相互作用(электрослабо?)。术语“金兹贝尔格 - 朗道型拉格朗日函数”已出现在上千种有关场论和基本粒子理论的著作中。宇宙中发生相变的观念帮助理解宇宙的“结构”,须知解释宇宙为什么恰恰是它现时所具有的那样,这永远是包括爱因斯坦在内的许多大物理学的最大愿望。
现今从事高温超导电性课题的理论家甚至期望来自高能物理和基本粒子物理的某种贡献,事情在于场理论和超导体物理之间的深入分析总有一天会帮助想到根本上提高超导转变临界温度的途径。B. Л. 金兹贝尔格本人认为,寻求高温超导体课题是现代最重要的科技计划之一。确定,在普通的、室温下的超导电性,或者哪怕是在液氮温度(77 K)下的超导电性都会引起技术的真正革命,而且随之而起,人类全部文明也会发生真正革命。目前在列别杰夫物理所内,一个专门集体在金兹贝尔格院士的领导下,在预示着可能提高超导状态转变温度、哪怕是很小可能的所有方向开展研究,尽管不可能保证这些工作的成功。
连续相变理论还未建成,因而它的创立依然是凝聚态物理学的中心课题。相变的研究导致物理学家关于合作现象的概念,所谓的合作现象是被研究样品的大部分粒子、有时实际上是全部粒子瞬间都参与进去的现象。合作效应出现在由单个原子组成的集团中,这些原子个体的个性比起它们在集团中的统一性状具有比较小的意义。超导电性和超流动性是合作现象的鲜明例子。
[《Наукα u жuзнь》1986年第10期]