Игорь Евгеньевич Тамм
(1895-1971)
Игорь Евгеньевич Тамм родился во Владивостоке 8 июля 1895 года в семье городского инженера.
С 1899 года его семья переехала в Елизаветграде (Кировоград), где он и окончил гимназию.
В течении одного года Тамм учился в Шотландии, в Эдинбургском университете, но после начала первой мировой, Игорь Евгеньевич перешел на Физико-математический факультет Московского университета.
Его занятия прерывались на не относящиеся к науке эпизоды: сначала он отправился на фронт добровольцем (в качестве "медбрата"), потом занимался политикой (был делегатом I Съезда Советов от Елизаветграда).
В 1918 году Игорь Евгеньевич закончил Университете.
В 1919-1920 годах Тамм преподавал физику в Крымском университете.
В 1921-1922 годах Игорь Евгеньевич начал преподавать в Одесском политехническом институте. В то время там преподавал профессор Л. И. Мандельштам, который оказал глубокое влияние на всю научную работу Тамма - свои первые научные исследования он начал под руководством профессора.
Эти работы были посвящены электродинамике анизотропной среды и кристаллооптике в теории относительности. Затем Игорь Евгеньевич выполнил ряд работ в области теории относительности и зародившейся в то время нерелятивистской квантовой механики.
В 1922 году Игорь Евгеньевич переехал в Москву, где в течение трех лет он преподавал в Коммунистическом университете имени Свердлова. С 1923 года Игорь Евгеньевич работал на факультете теоретической физики Второго Московского университета, а в 1927 году получил там должность профессора.
Первая научная работа Тамма была опубликована когда ему было 29 лет.
В 1924 году Тамм начал читать лекции в Московском государственном университете, с 1930 года он руководил кафедрой теоретической физики на Физическом факультете МГУ.
В 1933 году Тамм получил степень доктора физико-математических наук, стал членом-корреспондентом Академии наук СССР.
В 1934 году, после переезда Академии наук СССР в Москву, Игорь Евгеньевич стал заведующим Теоретическим отделом Физического института имени П. Н. Лебедева АН ССС. В этой должности он оставался до конца жизни.
Основные работы Тамма посвящены квантовой теории взаимодействия света с веществом, квантовой теории металла, теории элементарных частиц и ядерных сил, теории излучения света быстро движущимися частицами. Много занимался Игорь Евгеньевич и теоретическими вопросами, имеющими прикладное значение.
В 1930 году была опубликована работа Игоря Евгеньевича Тамма, где он дал законченную квантовую теорию рассеяния света в кристаллах. В этом исследовании было проведено квантование упругих волн в твердом теле и использовано понятие о звантах (фононах).
В этой работе было рассмотрено не только релеевское рассеяние света, но и комбинационное рассеяние света в кристаллах, незадолго до этого открытое Л.И. Мандельштамом и Г.С. Ландсбергом.
С квантовой точки зрения появление дублета Мандельштама — Бриллюена в спектре релеевского рассеяния света в кристаллах (и жидкостях) связано с излучением или поглощением одного фонона. При этом энергия фонона либо вычитается из энергии фотона (в случае красного сателлита), либо складывается с ней (в случае фиолетового сателлита). В случае же комбинационного рассеяния света в кристаллах излучается или поглощается квант энергии оптических колебаний в решетке.
В том же году появился цикл работ Тамма, посвященных релятивистской квантовой механике электрона Дирака. Эта теория давала объяснение спиновых свойств электрона, приводила к естественному объяснению тонкой структуры в спектре атома водорода. Некоторые черты этой теории(наличие уровней отрицательной энергии и положительных дырок при заполнении этих уровней фоном электронов) казались в то время парадоксальными. Чтобы проверить следствия этой теории Тамм обратился к рассмотрению (в рамках теории Дирака) рассеяния света на свободных электронах. Он исследовал это явление последовательным квантово-механическим методом - методом квантовой теории излучения. Полученный Игорем Евгеньевичем результат совпал с результатом Клейна и Нишины, подтвердив их формулу на основе более строгого и последовательного рассмотрения.
Это был первый последовательный квантово-электродинамический расчет релятивистского эффекта. Оно привело к выяснению важных обстоятельств. Тамм показал, что рассеяние даже самых "мягких" низкочастотных квантов света на свободных электронах в теории Дирака требует учатия промежуточных состояний с отрицательной энергией электрона. Значит, даже предельная формула Томсона для рассеяния света на свободном электроне не может быть получена из теории Дирака без учета состояний с отрицательной энергией.
В этой работе был впервые предложен новый метод вычислений в теории возмущений в случае дираковской частицы (сильно облегчающий расчеты). Позже этот метод был использован Казимиром и известен под его именем.
Игорь Евгеньеви Тамм (одновременно с Дираком и Оппенгеймером) обратил внимание на неизбежность падения свободного электрона на отрицательный уровень и вычислил вероятность аннигиляции электрона с "дыркой" и время жизни "дырки" (позитрона) в земных условиях.
В следующие несколько лет Тамм занимался квантовой теорией металлов, где выполнил исследования, вошедшее в современное учение о металлах.
Например, 1931 году Тамм выполнил работу с С.П. Шубиным "К теории фотоэффекта на металлах". В этой работе было дано квантово-механическое объяснение внешнего фотоэффекта (выбивание электронов из поверхностного слоя металла). Также было объяснено объемное поглощение света во внутренней области металла.
В дальнейших работах теория этого эффекта подверглась дальнейшему развитию и уточнению.
В 1932 вышла работа "О возможной связи электронов на поверхностях кристалла". В ней было открыто существование уровней особого типа, находящийся на котором электрон, будучи связан на поверхности кристалла, не может ни выйти наружу, ни войти внутрь. Эти "уровни Тамма" сыграли важную роль в развитии теории поверхностных и контактных свойств твердых тел, в том числе теории сопротивления переходного слоя и теории полупроводников.
В 1937-1939 годах выходит еще одна работа Тамма - создание (совместно с И. М. Франком) теории излучения электрона, движущегося со сверхсветовой скоростью в среде. В этой теории была вскрыта и количественно исследована природа излучения Вавилова-Черенкова (возникающее при прохождении быстрых электронов через вещество).
Открытие и объяснение этого явления были удостоены Государственной премии СССР в 1946 году и Нобелевской премии в 1958. Они послужили основой теории взаимодействия с излучением быстрых частиц, движущихся в среде (кристалле, плазме и т.д.).
После этого Игорь Евгеньевич Тамм сосредоточил внимание на других областях физики - проблемах ядерных и элементарных частиц. Наибольшее значение в этой области имела работа, где была развита теория бета-сил между нуклонами, выполненная в 1934-1936 годах.
Основываясь на теории бета-распада Ферми Тамм выдвинул идею, что ядерные силы возникают из-за обмена электронами и нейтрино. Он не ограничился указанием на наличие сил, а в первом же сообщении, сделанном в 1934 году, привел полученную им формулу для потенциала, оценил величину сил и показал их малость по сравнению с наблюдаемыми ядерными силами.
Впоследствии выяснилось, что ядерные силы действительно обусловлены обменом частицами, но не электроном и нейтрино, а неизвестными в момент создания теории бета-сил мезонами. Но работа Тамма послужила основой дальнейших исследований.
В этот же период Игорь Евгеньевич Тамм, анализируя экспериментальный материал, пришел (вместе с С.А. Альтшулером) к выводу (совпавшему с выводами экспериментаторов Бачера и Шюлера), что нейтрон должен ммеит магнитный момент. Тамм правильно оценил порядок и знак этого момента. Существование момента в то время считалось парадоксальным, но потом подтвердилось.
Во второй половине тридцатых годов физики пытались выяснить свойства мезонов и природу ядерных сил. Так развивалась теория, в которой мезоны, переносящие взаимодействие между нуклонами, считались имеющими спин, равный единице. Тамм показал, что такая частица не обладает стационарными уровнями в поле кулоновского центра, что имело большое значение для теории мезона.
Тамм провел исследования по каскадной теории ливней в космических лучах (совместно с С. 3. Беленьким), в которых впервые последовательно учитывались ионизационные потери частиц.
В 1945 году был образован Московский инженерно-физический институт. Тамм организовал в нем кафедру теоретической физики и руководил ею ряд лет.
Серию исследований по ядерным силам Тамм начал в 1945 году. Он ее начал с работы, в которой сформулировал метод взаимодействия частиц, отличный от метода теории возмущений, используемого ранее. Предложенный в работе "метод Тамма" (Тамма-Данкова) широко применяется при изучениии взаимодействия мезонов с нуклонами и нуклонов между собой, например, при изучении проблемы дейтона. Впоследствии выяснилось, что он является одним из вариантов метода функционалов, предложенного в 1934 году В.А. Фоком, но оставшегося неиспользованным.
В 1953 году Игорь Евгеньевич был избран действительным членом АН СССР.
В 1953-1957 годах Тамм работал в двух направлениях. Во-первых, он занимался построением полуфеноменологической теории (основана на возможности существования изобарных состояний нуклонов), на основе которой исследовал процессы рассеяния и фоторождения пи-мезонов на нуклонах и взаимодействия нуклонов. Во-вторых, Тамм развивал новую форму метода Тамма, предложенную Дайсону, в том числе для проблемы взаимодействия пи-мезонов с нуклонами.
Большое прикладное значение имели послевоенные работы (совместно с А. Д. Сахаровым) по термоядерному синтезу, по теории магнитного термоядерного реактора, идея которого была выдвинута в этих работах. Тамм разработал различные вопросы теории высокотемпературной плазмы, находящейся в сильном магнитном поле. Этот комплекс работ послужил основой советских исследований в области управляемых термоядерных реакций.
Интерес Тамма к принципиальным вопросам нашел отражение в совместной с Л. И. Мандельштамом работе о смысле соотношения неопределенностей между временем и энергией в квантовой механике.
В начале шестидесятых годов в центре интересов Игоря Евгеньевича оказалась проблема построения теории элементарных частиц, включающей элементарную длину. Он пытался ее получить, модифицировав идею Снайдера о квантовании пространства, взяв за основу искривленное импульсное пространство. В 1965 году на Конференции по физике элементарных частиц в Киото Тамм опубликовал основные идеи и первые результаты этой работы.
Игорь Евгеньевич Тамм умер 12 апреля 1971 года.
Помимо научных работ Тамма, он написал курс "Основы теории электричества".