История ФИАН

История ФИАН на сайте института

Физический институт им. П.Н. Лебедева – старейший научно-исследовательский центр России, ровесник Российской академии наук, после учреждения которой физика  получила в России полноправный статус самостоятельной науки.

02Учрежденная в XVIII веке в рамках Академии наук Кафедра физики в С.-Петербурге была единственным центром развития отечественной физики. Кафедра располагала хорошо оборудованным Физическим кабинетом, с которым связаны все основные экспериментальные исследования, проводившиеся тогда в Академии. Одновременно Физический кабинет был и базой для чтения первых в России курсов физики, организованных Академией. Годом основания Физического кабинета принято считать 1724 – год учреждения Академии наук, но его история началась раньше. Материальной основой Кабинета послужили собранные в Кунсткамере к моменту её открытия в 1714 году различные физические приборы, машины и инструменты, поиск и приобретение которых производились по указанию Петра I после его поездки в Европу. Пополнялась Кунсткамера также приборами, изготовленными отечественными мастерами. На протяжении почти двух столетий деятельность Физического кабинета (впоследствии – Физической лаборатории, Физико-математического института) в значительной мере направляли по своему усмотрению и личным научным интересам его директора.

03Функционирование и развитие Кабинета не всегда шло одинаково успешно. Годы подъема (при Бильфингере, Крафте-старшем, Рихмане, Парроте, Ленце, Якоби, Вильде, Голицыне) сменялись периодами спада (при Эпинусе, Крафте-младшем, отчасти и при Петрове), за которыми следовал новый подъем. Но при этом Физический кабинет всегда оставался тем стержнем, который определял развитие академической физики в России.

Первый директор Физического кабинета Г.-Б. Бильфингер проявил себя в С.-Петербургской Академии разносторонним физиком- экспериментатором, результаты его опытов опубликованы в многочисленных статьях в «Комментариях», под его руководством проводились систематические метеорологические наблюдения. Одновременно с Бильфингером членом Академии был выдающийся математик и физик Даниил Бернулли, прославившийся своими исследованиями по гидродинамике (его знаменитый трактат писался в Петербурге), механике и акустике. Большой вклад в развитие практической оптики и точной механики внёс другой коллега Бильфингера – профессор оптики и механики Иоган-Георг Лейтман.

Выдающийся математик Леонард Эйлер, создатель первой в России математической школы, автор почти 900 научных работ, занимал в Академии некоторое время кафедру физики. Его знаменитая книга «Письма о разных физических и философских материалах, писанные к некоторой немецкой принцессе» – великолепная популярная энциклопедия физики XVIII века.

04Работа Г.-В. Крафта в Академии была полностью связана с Физическим кабинетом, который он упорядочил и расширил. Благодаря усилиям Крафта к 1741 г. Физический кабинет стал одним из лучших в Европе, в нем насчитывалось около 400 физических приборов по общей механике, механике жидкостей и газов, оптике, магнетизму, теплоте, акустике и электричеству. Крафт опубликовал в «Комментариях» около 100 работ. Им написаны несколько учебников для академической гимназии, в том числе первый учебник по физике «Начальные основания учения о природе».

Г.-В. Рихман, принявший кабинет от Крафта в 1744 г., уделял ему большое внимание. Будучи чистым экспериментатором, он начал опыты с электричеством задолго до Франклина. Узнав об экспериментах Франклина по атмосферному электричеству, Рихман с 1752 г. с большим увлечением занялся наблюдениями над грозами и трагически погиб во время опыта 26 июля 1753 г.

10Начиная с 1741 г., в Физическом кабинете в течение ряда лет проводил опыты великий русский учёный М.В. Ломоносов. В своих публичных лекциях по физике он также опирался на Физический кабинет. Сохранились сведения о совместных работах Ломоносова и Рихмана. В 1747 г. в Кунсткамере был пожар, значительно пострадал и Физический кабинет, но уже в начале 1748 г. Кабинету было предоставлено дополнительное помещение. Благодаря стараниям Рихмана и поддержке Ломоносова Физический кабинет в начале 50-х годов XVIII века стал в России центром исследований по экспериментальной физике и координатором работы учебно-педагогических учреждений.

После смерти Рихмана Кабинет был опечатан и до 1756 г. находился под наблюдением адъюнкта М. Софронова. Последними директорами Физического кабинета в XVIII веке были Ф.-У.-Т. Эпинус и Крафт-младший. Эпинус открыл пироэлектричество при исследовании турмалина, изобрел ахроматический микроскоп, дал первую количественную теорию электростатических явлений. Став воспитателем будущего императора Павла I, Эпинус отошёл от академической деятельности, после чего Кабинет пришел в упадок, лекции студентам не читались. При директоре Крафте-младшем Кабинет пополнился обширной коллекцией приборов по электричеству, но со временем превратился, по существу, в кладовую физических приборов, многие из которых были устаревшими.

09Таким образом, последняя четверть XVIII века и первая четверть XIX века оказались в истории академической физики и, в частности, Физического кабинета малопродуктивными. Ситуация значительно улучшилась после появления в Академии Г.-Ф. Паррота. Приняв от В.В. Петрова Кабинет, он принялся с большой энергией за его реорганизацию и добился в 1828 г. перевода Кабинета из Кунсткамеры в Главное здание Академии, где Физический кабинет и выросшая из него Физическая лаборатория, а затем и Институт помещались до перевода Академии наук из С.-Петербурга в Москву в 1934 г.

В конце XVIII – начале XIX веков все возрастающее внимание физиков привлекали электрические явления, поэтому не случайно среди директоров Физического кабинета оказались ученые, имена которых вошли в историю исследования электричества: В.В. Петров (электрическая дуга), Г.-Ф.-Э. Ленц (закон Джоуля– Ленца), М.-Г. Якоби (гальванопластика).

После смерти Якоби новым директором был избран выдающийся физик и метеоролог Г.И. Вильд – организатор русской метеорологической сети (за 27 лет его работы число метеостанций увеличилось с 31 до 650), исследователь земного магнетизма и автор серии замечательных приборов. Занятый метеорологическими исследованиями Вильд не смог уделять много времени физике, поэтому работы по физике в Кабинете вел в основном приватдоцент Петербургского университета О.Д. Хвольсон, который продолжил работы Ленца и Якоби по электромагнетизму и Вильда по оптике.

07В 1893 г. адъюнктом Академии по представлению Вильда и других академиков был избран Б.Б. Голицын. В начале 1894 г. ему было поручено заведование Физическим кабинетом, который в 1912 г. превратился в Физическую лабораторию, просуществовавшую до 1921 г. Ко времени прихода Голицына в Кабинет там уже никто не работал. Голицын привёл Кабинет в порядок, пополнил его приборами. Б.Б. Голицын – основоположник отечественной сейсмологии, им разработаны теория и конструкции сейсмических приборов. Благодаря ему сейсмология превратилась в точную науку. Он решил задачу определения очага землетрясения по данным одной сейсмической станции, сконструировал первый электродинамический сейсмограф и разработал его теорию, создал много других сейсмических приборов, решил вопрос о скорости распространения сейсмических волн на различных глубинах Земли. Сейсмографами Голицына были оборудованы все русские и большинство зарубежных сейсмических станций, в том числе и сейсмостанция вблизи Иркутска, которая зарегистрировала падение Тунгусского метеорита в 1908 г. Исследования Голицына были посвящены также оптике, моле- кулярной физике и спектроскопии. Он первый ввел (1893 г.) понятие температуры теплового излучения, экспериментально проверил эффект Доплера для света, изучал критическое состояние вещества, осуществил ряд спектроскопических исследований.

После смерти Голицына в течение некоторого периода Физическая лаборатория не имела постоянного руководства и переходила из рук в руки от академика геофизика М.А. Рыкачева к академику физику-химику Н.С. Курнакову, от него к физику П.П. Лазареву.
12В период, последовавший за революцией 1917 г., Физическая лаборатория Академии наук, руководимая академиком П.П. Лазаревым, переживала не лучшие времена, пока в 1921 г. она не объединилась с Математическим кабинетом Академии наук в единый Физико-математический институт. Его директором стал известный математик академик В.А. Стеклов. Институт состоял из трех отделов: Физического, Математического и Сейсмического. В то время как работа двух последних отделов протекала вполне успешно, Физический отдел, имея малое число сотрудников и испытывая острый недостаток приборов, фактически прекратил экспериментальные исследования. После выделения в 1928 г. наиболее обширного Сейсмического отдела в самостоятельный институт оставшийся Физико-математический институт возглавил академик А.Н. Крылов. Однако даже в этот тяжелый период, длившийся около 10 лет, в Физическом отделе, руководимом Т.П. Кравцом, было выполнено несколько первоклассных работ, которые касались природы и теории скрытого фотографического изображения и его связи с явлениями окрашивания кристаллов под действием излучений.

11В 1932 г. директором Физического отдела стал академик С.И. Вавилов. В Отделе были начаты работы по изучению свойств только что открытых нейтронов, свечению жидкостей под действием ионизирующей радиации, проблеме окрашивания кристаллов, микроструктуры жидкостей, электрического пробоя в газах, катализаторов химических реакций. В этот период в институт пришли такие замечательные ученые-физики как Г.А. Гамов, Л.В. Мысовский, Н.А. Добротин, И.М. Франк, П.А. Черенков, Л.В. Грошев и др. Началось пополнение оборудования, возникали разнообразные семинары. Отдел стремительно осваивал новую физику и быстрыми шагами входил в новую эффективную фазу своего существования. Именно в эти годы было сделано выдающееся открытие, получившее название излучения Вавилова–Черенкова. Его теоретическое объяснение было вскоре дано сотрудниками Отдела – будущими академиками И.Е. Таммом и И.М. Франком. В 1958 г. это открытие было удостоено Нобелевской премии.

Официальной датой создания Физического института Академии наук СССР считается 28 апреля 1934 г., когда общее собрание Академии наук СССР приняло постановление о разделении Физико-математического института на два института: Математический и Физический. Вскоре, летом 1934 г., по постановлению Правительства СССР оба института вместе с Академией наук переехали в Москву, заняв здание на 3-й Миусской улице, построенное еще в 1912 г. на пожертвования для лаборатории Петра Николаевича Лебедева. 18 декабря 1934 г. Физическому институту было присвоено имя П.Н. Лебедева. Тем самым завершилась как более чем двухсотлетняя эволюция небольшого отдела Кунсткамеры, так и начатая А.Н. Крыловым и законченная С.И. Вавиловым трансформация Физического отдела Физико-математического института в Физический институт Академии наук. Это событие символизировало также соединение старой петербургской академической физики с более молодой московской университетской.

13По существу, с 1934 года началась новая история Физического института Академии наук, который в сокращении зовется ФИАН. Хотя специальностью С.И. Вавилова была физическая оптика, круг его научных интересов был намного шире. В частности, он осознавал важность быстро развивающейся в то время физики атомного ядра и четко понимал необходимость поддержки «новой физики», возникшей в начале XX века – теории относительности и квантовой механики. Он также ясно представлял, что для современной физики теория не менее важна, чем эксперимент, и что эти две части физической науки неразрывно связаны между собой. С.И. Вавилов поставил цель создать «полифизический» институт, в котором сочетались бы основные направления современной физики, диктуемые логикой развития науки, и при этом каждое направление возглавлялось бы первоклассным специалистом. Будущую структуру Физического института С.И. Вавилов обсуждал со своими коллегами и, прежде всего, с Л.И. Мандельштамом, кого он одним из первых пригласил работать в институте и чью научную и педагогическую деятельность оценивал очень высоко.

14Вскоре здесь появилась Лаборатория атомного ядра, возглавляемая Д.В. Скобельцыным, в составе которой работали В.И. Векслер, С. Н. Вернов, Л.В. Грошев, Н.А. Добротин, И.М. Франк, П.А. Черенков и др.; Лаборатория физики колебаний, руководимая Н.Д. Папалекси (А.А. Андронов, Б.А. Введенский, Г.С. Горелик, Л.И.Мандельштам, С.М. Рытов, П.А. Рязин, Е.Я. Щеголев и др.); Лаборатория физической оптики под руководством Г.С. Ландсберга; Лаборатория люминесценции, возглавляемая С.И. Вавиловым (В.В. Антонов–Романовский, В.Л. Левшин, М.А. Константинова, Л.А. Тумерман и др.); Лаборатория спектрального анализа, руководимая С.Л. Мандельштамом, Лаборатория физики диэлектриков, возглавляемая Б.М. Вулом; Лаборатория теоретической физики под руководством И.Е. Тамма (Д.И. Блохинцев, В.Л. Гинзбург, М.А. Марков, К.В. Никольский, Е.Л. Фейнберг, В.А. Фок и др.); Лаборатория акустики, возглавляемая А.А. Андреевым (С.Н. Ржевкин, Л.Д. Розенберг, Ю.М. Сухаревский и др.). С 1934 по 1937 гг. в состав Института входила также Лаборатория поверхностных явлений, руководимая П.А. Ребиндером. В предвоенный период ФИАН ежегодно организовывал экспедиции на Эльбрус для наблюдения космических лучей и некоторых атмосфернооптических явлений.

После начала Великой Отечественной войны (в июле 1941 г.) Физический институт переехал из Москвы в Казань и до своей реэвакуации осенью 1943 г. располагался в помещении Физического практикума Казанского университета. Ученые ФИАН горели желанием внести свой вклад в победу над врагом. Практически вся работа института была подчинена военной тематике.

15По возвращении ФИАН осенью 1943 г. в Москву началось возвращение от военно-прикладных исследований к фундаментальным. Регулярно заработал теоретический семинар под руководством И.Е. Тамма. В 1944 г. В.И. Векслером был предложен, а Е.Л. Фейнбергом теоретически обоснован так называемый «принцип автофазировки» ускоренных релятивистских заряженных частиц, сделавший возможным создание современных ускорителей высокой энергии. В тот период ускорительная тематика стала основной «точкой роста» ФИАН. Были последовательно введены в строй электронные синхротроны на энергию 30 МэВ (1947 г.), 250 МэВ (1949 г.) и протонный ускоритель на 180 МэВ (1953 г.), который стал моделью будущего Дубнинского синхрофазотрона и несколько позднее (1959 г.) был преобразован в электронный синхротрон на энергию 680 МэВ. После этого в ФИАН начались интенсивные исследования фотоядерных и фотомезонных процессов.

Были также продолжены эксперименты с космическими лучами – тогда единственным источником частиц очень высокой энергии. Интерес к подобным исследованиям усилился в связи с Советским атомным проектом. Еще во время войны в 1944 г. состоялась первая Памирская экспедиция, возглавленная В.И. Векслером. В 1946–1947 гг. на Памире была сооружена высокогорная научная станция ФИАН по изучению космических лучей. Эти исследования ознаменовались выдающимися результатами – открытием ядерно-каскадного процесса, вызываемого первичными космическими частицами в атмосфере Земли. В 1946 г. под Москвой была также основана Долгопрудненская научная станция под руководством С.Н. Вернова для высотного мониторинга космических лучей.

В 1946 г. теоретики ФИАН В.Л. Гинзбург и И.М. Франк «на кончике пера» открыли переходное излучение заряженных частиц, пересекающих границу двух разнородных сред. Предсказанное переходное излучение было экспериментально обнаружено А.Е. Чудаковым в 1955 г. В дальнейшем это явление активно изучалось в Лаборатории элементарных частиц в ФИАНе с целью создания на его базе детектора для физики высоких энергий. В начале 1950-х годов теоретики И.Е. Тамм, А.Д. Сахаров, В.Л.Гинзбург, В.И. Ритус, Ю.А. Романов сыграли важнейшую роль в разработке ядерного щита страны – термоядерного оружия.

16В 1951 г. ФИАН переехал в новое здание на Ленинском проспекте 53, которое он занимает и в настоящее время.

Значительную роль в истории ФИАН сыграло открытие и разработка в ФИАН Нобелевскими лауреатами Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым квантовых генераторов радио и оптического диапазонов. В начале 50-х годов XX века от радиофизиков пришли понятия о монохроматическом  излучении, инверсной населенности, резонаторах, обратной связи и генерации радиоизлучения. Н.Г. Басов в 1952 г. теоретически обосновал возможность построения конкретного устройства, в котором электромагнитные волны микроволнового диапазона генерируются при использовании стимулированного (вынужденного) излучения, а в статье Н.Г. Басова и А.М. Прохорова «Применение молекулярных пучков для радиоспектроскопического изучения вращательных спектров молекул» было17 опубликовано условие самовозбуждения молекулярного генератора.

В июле 1954 г. Таунс с соавторами опубликовал сообщение о создании молекулярного генератора с использованием переходов между инверсионными уровнями молекулы аммиака. В 1958 г. А.М. Прохоров впервые высказал идею открытого резонатора, неотъемлемого элемента лазеров. Первый в мире лазер был создан Т.Х. Мейманом на рубине с использованием открытого резонатора, идея (1958 г.) и реализация (1959 г.) которого принадлежит А.М. Прохорову. За работы, посвященные квантовым генераторам, Н.Г. Басов и А.М. Прохоров получили в 1959 г. Ленинскую премию. В 1964 г. Басову, Прохорову и американскому физику Ч. Таунсу за фундаментальные исследования в области квантовой радиофизики, позволившие создать 19генераторы и усилители нового типа – мазеры и лазеры, присуждена Нобелевская премия. Приоритет в применении рубина для создания мазеров принадлежит Прохорову и Басову.

В 1960 году, после того, как Шавлов и Таунс, а также Прохоров опубликовали статьи о перспективности получения генерации в оптической области спектра с использованием индуцированного излучения, Н.Г. Басов привлек к работам по созданию лазера на рубине сотрудников Лаборатории люминесценции М.Д. Галанина, А.М. Леонтовича и З.А. Чижикову. Весной 1961 года была создана лазерная установка и была получена генерация. После исследования когерентных свойств излучения лазера была опубликована статья. Это была первая публикация в Советском Союзе по эксперименту с оптическим лазером.

ФИАН вправе гордиться достижениями своих ученых, удостоенных Нобелевских премий (И.Е.Тамм, П.А.Черенков, И.М.Франк, Н.Г.Басов, А.М. Прохоров, А.Д. Сахаров , В.Л.Гинзбург). Работы сотрудников ФИАН внесли впечатляющий вклад практически во все области современной физики.

nobelС именами ученых, работавших в институте, связаны многие важные результаты и открытия:

  • комбинационное рассеяние; рассеяние Мандельштама–Бриллюэна; закон Вавилова; формула Левшина–Перрена; уровни Тамма; метод Хартри–Фока; принцип автофазировки; эффект Вавилова–Черенкова; эффект Франца–Келдыша; выдающийся вклад в теорию сверхпроводимости; идея обменной природы ядерных сил; концепция мюонного катализа ядерных реакций; объяснение происхождения барионной асимметрии Вселенной; концепция суперсимметрии;
  • основы управляемого термоядерного синтеза и термоядерного оружия; принцип инерциального (лазерного) термоядерного синтеза; концепция гибридного ядерного реактора; нейтронно-физические исследования;
  • формулировка нового принципа генерации электромагнитных волн, создание мазеров и оптических квантовых генераторов, фундаментальные и прикладные работы в области лазеров для гражданского и оборонного применения (полупроводниковые инжекционные лазеры, электроионизационные, эксимерные, химические лазеры, фотодиссоционные лазеры с накачкой излучением открытого разряда и ударной волны;); лазерные установки для сферического сжатия и нагрева плазмы; лазерные стандарты частоты; лазерная локация Луны; применение лазеров для зондирования атмосферы и контроля озонового слоя Земли;
  • явление самофокусировки световых пучков в нелинейной среде; эффект обращения волнового фронта света; метод внутрирезонаторной спектроскопии;
  • исследования элементарных частиц с помощью камеры Вильсона; принцип регистрации ядерных частиц – пузырьковая камера; исследования космических лучей на высокогорных станциях, аэростатах, космических аппаратах и нейтринных станциях на Кавказе; предсказание и обнаружение переходного излучения;
  • теория раздувающейся Вселенной; основополагающие результаты в области радиоастрономии; открытие сверхкороны Солнца; обнаружение радиолиний высоковозбужденных атомов водорода и других элементов межзвездной среды; обнаружение поляризации радиоизлучения Крабовидной туманности; первые каталоги радиоисточников в сантиметровом диапазоне волн; исследования пульсаров и межпланетной плазмы; обнаружение гигантских радиоимпульсов пульсаров; создание радиоинтеферометров со сверхдлинной базой; исследования радиоизлучения скоплений галактик; обнаружение радиоизлучения рентгеновского пульсара;
  • открытие сегнетоэлектрического состояния титаната бария; участие в разработке отечественных транзисторов; предсказание, обнаружение и исследование электронно-дырочной жидкости; разработка и создание сверхбыстродействующих устройств наноэлектроники на основе туннельно-резонансных гетероструктур.

Фундаментом успехов ФИАН является наличие традиционно сильных научных школ, возникших и развивавшихся вместе с институтом. Сложившаяся исторически, широкая тематика исследований, которые охватывают практически все направления физики, обусловила нынешнюю структуру ФИАН, включающую шесть научных отделений.

  • Астрокосмический центр
  • Отделение квантовой радиофизики
  • Отделение оптики
  • Отделение теоретической физики
  • Отделение физики твердого тела
  • Отделение ядерной физики и астрофизики

Основными направлениями деятельности Института являются:

  • Теоретическая физика, включая квантовую теорию поля, квантовую статистику и теорию фундаментальных взаимодействий, нелинейную физику; физика высоких энергий, элементарных частиц, ядерная физика; биофизика;
  • Физика ускорителей заряженных частиц; импульсная электроника большой мощности; физическая электроника;
  • Классическая и квантовая оптика, люминесценция, рассеяние света; спектроскопия атомов, молекул,
    конденсированных сред, газов и плазмы; рентгено-оптика;
  • Квантовая радиофизика; взаимодействие лазерного излучения с веществом; нелинейная оптика; лазерная метрология; информационные технологии;
  • Физика плазмы; управляемый термоядерный синтез; лазерный термоядерный синтез;
  • Физика твердого тела; полупроводники; мезоскопика; твердотельные наноструктуры; нанотехнологии; оптоэлектроника; сверхпроводимость;
  • Астрофизика, астрономия во всех диапазонах, космические лучи, космология (наземные и космические, экспериментальные и теоретические исследования); физика Солнца, атмосферы, ионосферы и магнитосферы Земли и планет; планетная и прикладная астрономия;
  • Экспериментальная техника, новые физические методы в научных исследованиях, технологии, технике, медицине и экологии.

В настоящее время численность института составляет около 1600 человек; из них 800 научных сотрудников, в том числе 22 члена РАН, около 200 докторов и 400 кандидатов наук. Институт имеет филиалы в Троицке, Самаре, Протвино, Алма-Ате, радиоастрономические обсерватории в Пущине и Калязине, лабораторию в Долгопрудном.

Ежегодно научными сотрудниками ФИАН публикуется около 20 монографий, примерно 1500 статей в российских и зарубежных журналах, докладов на конференциях. Три фиановских физика имеют, по данным сайта www.scientific.ru, чрезвычайно высокий индекс цитирования за 22 года: 18640 (В.Л. Гинзбург), 16066 (В.Е. Захаров), 13525 (А.А. Цейтлин). При этом средний индивидуальный индекс цитирования авторов ФИАН в 2008 г. на первом месте в России. Столь высокий индекс цитирования современных фиановских работ связан с их актуальностью и значимостью полученных результатов.