Московский государственный университет

      Работа  выполнена студентом….

      Представлена  научная биография известного отечественного физика Л.И.Мандельштама. Как выпускник  Страсбургского университета, он вел  свою научно-практическую карьеру сначала в Германии, потом в различных учреждениях России, а затем работал в ведущих научно-исследовательских учреждениях Советского Союза – Московском государственном университете им. М.Ломоносова и Физическом институте Академии наук. Не оставлены без внимания учебные работы Мендельштама. Работа содержит 13 страниц, 6 литературных источников.

ВВЕДЕНИЕ 

      Мандельштам Леонид Исаакович (22.04.1879 - 27.11.1944) – это один из наиболее ярких ученых первой половины ХХ века в области физики и радиофизики. Учреждено восемь премий и стипендий посвященных его памяти. Таких почестей не воздавалось никому из членов Академии наук. Кем был этот выдающийся ученый?

      Леонид  Исаакович Мандельштам сочетал в себе таланты экспериментатора и теоретика, инженера и лектора. Он являлся основателем советской школы оптики и радиотехники. С именем этого выдающегося ученого связан не только ряд фундаментальных открытий в области физики, обусловивших коренные сдвиги в науке, но и  возникновение новых областей техники. Открытие явления комбинационного рассеяния света, теория микроскопа, исследования флуктационного рассеяния света, теория нелинейных колебаний, открытие новых видов резонанса  обобщение и углубление понятия резонанса, исследование распространения радиоволн, фундаментальные работы в области радиотехники, новая область техники – радиогеодезия, новый вид генерации электромагнитной энергии – параметрические машины, - вот неполный список его главнейших достижений. Этим ученым была обнаружена инерция электронов в металлах, теоретически обоснованная и качественно установленная на опыте еще в 1912 году, за несколько лет до классических опытов Стюарта-Толмена.

      Жизнь Л.И.Мандельштама не отличалась внешним  блеском. Он никогда не добивался внешних почестей, не старался играть какую-либо роль. Ему совершенно чужды были честолюбие и славолюбие. Но тем полнее и богаче была его внутренняя жизнь [2].

      В творчестве Л.И.Мандельштама поражает гармоническое сочетание изумительного  по глубине и тонкости логического  анализа с поразительной силой интуитивного проникновения и редким экспериментальным чутьем. Богатство и разнообразие его всегда оригинальных и глубоких идей изумительно. Физик, при этом прекрасный математик, и в то же время не только великолепно понимал и чувствовал практическую сторону науки, но был замечательным изобретателем. Для его творчества весьма характерна необычайная целеустремленность. К ученому полностью применимы его же собственные слова о Масквелле, сказанные им в его последней работе - предисловии к «Предистории радио»: «Определенная интенсивная направленность мысли в связи с особо острым экспериментальным инстинктом позволяет ученому сделать решающий шаг и открыть новую область для науки».

      После Мальдештама Л.И. осталось большое  научное наследие. Оно заключается не только в трудах, опубликованных им самим или совместно с другими учеными, но и в не опубликованных манускриптах и заметках.

      Многие  его глубокие мысли, тонкие и вместе с тем точные формулировки, изящные доказательства и блестящие изложения самых трудных вопросов физики содержатся в его замечательных лекциях по теоретической физике, которые при его жизни не были изданы, но были тщательно записаны и обработаны его учениками. Многие из мыслей и идей Мандельштама заключаются в работах его учеников, и еще долго будут приносить плоды для науки.

1. Страссбургский период 

      МАНДЕЛЬШТАМ Леонид Исаакович (04.05(22.04).1879, Могилёв – 27.11.1944, Москва). Физик. Член-корреспондент АН СССР (1928). Академик АН СССР (1929). Лауреат премии им. В.И. Ленина (1931), премии им. Д.И. Менделеева (1936), Государственной премии (1942). 

      Родился в г. Могилёве (теперь – Беларусь) в семье врача Исаака Григорьевича Мандельштама; его мать Мина Львовна Кан, незаурядная пианистка, владевшая несколькими языками, имела большое влияние на сына.

      Вскоре  после рождения Л.И. Мандельштама семья  переезжает в Одессу. До 12 лет он учился дома, в 1891 г. пошел в гимназию сразу в третий класс. В последних классах особенно проявились математические способности и острота ума Мандельштама. В 1897 г. он окончил гимназию с медалью. Уже тогда он нередко побеждал в спорах со взрослыми, причем их поражала именно строгая логичность его рассуждений и острота ума. Это, так рано проявившееся качество, оставалось с ним всегда.

      После гимназии он поступил на физико-математическое отделение Новороссийского университета (Одесса) откуда в 1899 г. был исключен в связи со студенческими волнениями. В том же году он продолжил образование за границей – на физико-математическом факультете Страсбургского университета.

      В годы, когда там учился, а затем  и работал Мандельштам, во главе  Института физики стоял Ф. Браун, выдающийся физик и прекрасный учитель. Он обратил внимание на незаурядного студента и привлёк его к работе в только формировавшейся области – радиотелеграфии, или, как тогда говорили, беспроволочной телеграфии. В 1909 г. Браун вместе с Г. Маркони удостоен Нобелевской премии по физике.

      Л.И.Мандельштам  проявил себя как прекрасный экспериментатор  и глубокий теоретик, а также исключительно талантливый лектор. Он занимался вопросами радиотелеграфии и распространения света, читал курсы по различным разделам физики, оптическим свойствам веществ, дисперсии, явлению резонанса, телефонии и физическим свойствам радио. Он сопровождал свои лекции блестящими демонстрациями и они всегда пользовались огромным успехом.

      К данному периоду относится придуманная  Мандельштамом и им же осуществленная временная развертка изображения. Этот метод применялся всеми фирмами мира, которые выпускали осциллографы, телевизоры и компьютеры с лучевыми трубками.

      Идея  Мандельштама состоит в том, что  одновременно с подачей на отклоняющую систему монитора напряжения, пропорционально исследуемому, надо подать на другую отклоняющую систему того же монитора (расположенную под фиксированным углом к первой) напряжение, линейно меняющееся со временем. Это позволит визуализировать зависимость процесса от времени и (или) проверить работоспособность прибора, в состав которого входит этот монитор.

      Физика  процессов в радиопередатчике и  радиоприёмнике, когда начинал Мандельштам, во многом оставалась неясной, не было даже точных методов измерения длин волн, на которых работали первые радиопередатчики. Всё это тормозило развитие радио. И Браун предложил Мандельштаму в конце 1900 г. разработать методы измерения и контроля длины волны электрических колебаний. Работа была блестяще выполнена, и в феврале 1902 г. Мандельштам получил степень доктора натуральной философии (физики) Страсбургского университета [3].

      Начиная с 1902 г. Л.И. Мандельштам принимал участие  в лабораторных исследованиях новых приёмно-передающих устройств и на фирме «Сименс и Гальске» в Берлине, а затем в их заводских испытаниях на Балтике: расстояние, на которое удалось передать радиосообщение, стало для того времени рекордным – 150 км. Стремление досконально понять физику этого процесса привело Мандельштама к первому изобретению в области радио (совместно с Г. Брандесом) – идея ослабить связь между колебательными контурами в приёмниках (т. наз. «слабая связь») для увеличения силы приёма и повышения избирательности казалась тогда парадоксальной. Последовавшие далее работы Мандельштама в области радио закрепили за ним репутацию крупного инженера. Но постепенно его научные интересы расширялись – от изучения электромагнитных колебаний и волн в свободном пространстве к исследованию процесса прохождения электромагнитных волн в веществе. И первой работой в новой области стала его диссертация 1907 г. «Об оптически однородных и мутных средах», в которой он показал недостаточность теории Рэлея молекулярного рассеяния света, учитывающей только движения частиц среды: Мандельштам показал, что оптически однородная среда не может рассеивать свет. Естественным развитием этих идей стало объяснение ошибочности теории дисперсии М. Планка, основанной на теории Рэлея. К вопросу о связи дисперсии и рассеяния света Мандельштам вернулся ещё в 1935 г.: в совместной с Ландсбергом работе было экспериментально установлено и изучено явление селективного рассеяния света.

      Браун оставляет Мандельштама по окончании  курса в качестве личного ассистента; в 1903 г. он уже зачислен в штат Страсбургского физического института вторым ассистентом, а вскоре и первым. Такое трудоустройство показывает, как высоко ценил Браун молодого учёного. Тогда же у Мандельштама появляются первые докторанты. К этому времени относится знакомство его с Н.Д. Папалекси, выпускником того же университета, вскоре переросшее в дружбу, и начинается их научное сотрудничество в области колебаний и радио, продолжавшееся до конца жизни. Оно было столь тесным, их совместных работ в этой области, в области теории нелинейных колебаний столь много, что трудно разделить вклад каждого из них.

      В 1907 г. Мандельштам становится приват-доцентом, в 1913 г. – профессором Страсбургского университета.

      В 1910–1911 гг. он выполнил оптические работы, идея которых состоит в использовании  в оптике методов, известных в  радиотехнике. Несколько особняком (в идейном плане) находится его работа о теории микроскопа Аббе (1911), в которой также проявилась отмеченная впоследствии его учеником академиком А.А. Андроновым почти полная неспособность Мандельштама ошибаться в вопросах физики.

      В 1913 Л.И. Мандельштам сделал «красивую работу» (определение А. Эйнштейна) «О шероховатости свободной поверхности жидкости», которая стала первым теоретическим и экспериментальным исследованием молекулярного рассеяния света на поверхности жидкости. Он дал статистическую теорию явления поверхностного рассеяния.

      Страсбургский период научной деятельности ученого заканчивается в июле 1914 г., когда он с семьёй возвращается в Россию в преддверии Первой мировой войны. За годы работы в Страсбурге он прошел путь от талантливого студента до учёного с европейской известностью и выдающегося радиоинженера. 
 

2. Россия. Годы странствий 

      С возвращения в 1914 г. в Россию начинается 11-летняя одиссея Мандельштама по разным городам и на разных должностях. У него не было российской докторской степени, что препятствовало принятию его преподавателем и занятию физикой в вузе. В 1915 г. его избирают приват-доцентом при кафедре физики Новороссийского университета. В конце 1915 г. он принял приглашение стать научным консультантом радиотехнической лаборатории завода «Сименс и Гальске» (впоследствии завод им. Козицкого) в Петрограде. Осенью 1917 г. его избрали исполняющим должность ординарного профессора физики Тифлисского политехнического института, а также профессором Женских курсов. Там он узнал об Октябрьской революции. Через год он снова в Одессе, где активно участвует в организации Политехнического института. Он возглавил кафедру физики и пригласил в качестве преподавателей Н.Д. Папалекси и группу молодых физиков, и среди них И.Е. Тамма. Однако условий для плодотворной научной деятельности и там не удалось создать. Поэтому летом 1922 г. Мандельштам принимает предложение стать научным консультантом научных и научно-технических исследований в Московской радиолаборатории Электротехнического треста заводов слабого тока. Вместе с ним там же начинает работать Папалекси. В начале 1924 г. трест и радиолабораторию переводят в Ленинград и преобразуют последнюю в Центральную радиолабораторию (ЦРЛ). В связи с этим Мандельштам и Папалекси переезжают туда. В прекрасно оборудованной лаборатории можно было проводить исследования по радиофизике и радиотехнике. Была и новейшая научная литература, привезённая Мандельштамом из командировки в Германию (март–апрель 1923 г.). Среди прочего, оба друга разработали новые способы радиотелеграфной и радиотелефонной модуляции, стабилизации частоты, высокоселективные приёмники.

      Но  Л.И. Мандельштама более, чем научно-техническая  работа, привлекали исследования в области физики и преподавательская работа. И в 1925 г. он сразу принял приглашение возглавить кабинет теоретической физики и стать сотрудником Научно-исследовательского института физики (НИИФ) МГУ, но ещё в течение десяти лет он оставался консультантом ЦРЛ (до её закрытия). 
 

3. Московский период 

      История приглашения Мандельштама в Московский университет сама по себе любопытна. По воспоминаниям студентов того времени, инициатива приглашения исходила от них. Надо сказать, что отделение физики МГУ невыгодно отличалось от математического отделения (тогда ещё существовал общий физико-математический факультет): многие преподаватели-физики отвергали новые теории; особенно «не повезло» специальной теории относительности. Не только студенты, имевшие тогда достаточное влияние на педагогический процесс, но и некоторые лекторы хотели обновления читавшихся курсов. Среди них были С.И. Вавилов, активный сторонник создания отдельного физического факультета и приглашения Мандельштама, Г.С. Ландсберг, И.Е. Тамм. Так начался последний, московский, период жизни и деятельности ученого. Он оказался самым плодотворным.

      Мандельштам получает возможность экспериментально проверить оформившуюся у него еще в 1918–1921 гг. теорию, основанную на переносе в оптику из радиофизики представления о модуляции колебаний, то, что он сам называл «колебательной взаимопомощью». При этом он опирался на положения упругой теории теплоемкости, развитой П. Дебаем, для кристаллических тел: тепловую энергию кристалла можно представить как энергию упругих (акустических) волн, на которых происходит рассеяние света, причем в его спектре должны присутствовать, наряду с основной частотой, и спутники. Это явление было также предсказано Л. Бриллюэном (1922 г.).

      Опыты проводились совместно с Г.С. Ландсбергом. В 1928 г. они обнаружили значительно более сильный эффект, чем давала теория Мандельштама. Но он быстро понял, что и в данном случае имеет место модуляция падающего на кристалл света, но не на неоднородностях, вызываемых распространением упругих возмущений, а на вариациях показателя преломления, обусловленных колебаниями самих молекул. Обнаруженное явление Мандельштам назвал комбинационным рассеянием света (КРС). Сейчас его чаще называют Раман-эффектом в честь индийского физика, который наблюдал КРС в жидкостях и парах и сообщил об этом несколько раньше, чем Мандельштам и Ландсберг. Раман в 1930 г. получил за это открытие Нобелевскую премию. Такая односторонность Нобелевского комитета стала причиной выхода из него М. Борна, выдающегося немецкого физика. Но ни Мандельштам, ни Ландсберг никогда не высказывали сожаления по этому поводу.