Дмитрий Дмитриевич Иваненко: Жизнь и вклад в физику

Введение

Дмитрий Дмитриевич Иваненко (29 июля 1904 – 30 декабря 1994) – советский физик-теоретик украинского происхождения, внесший значительный вклад в физическую науку двадцатого века, особенно в ядерную физику, теорию поля и теорию гравитации. Работал в Полтавской гравиметрической обсерватории Института геофизики НАН Украины, возглавлял Теоретический отдел Украинского физико-технического института в Харькове, заведовал кафедрой теоретической физики Харьковского института машиностроения. Профессор Харьковского университета, профессор Московского государственного университета (с 1943 года).

Биография

Дмитрий Иваненко родился 29 июля 1904 года в Полтаве (ныне Украина), где окончил школу, в 1920–1923 годах учился в Полтавском педагогическом институте и начал свой творческий путь как учитель физики в средней школе. Затем Д. Д. Иваненко учился в Харьковском университете, откуда в 1923 году был переведен в Петроградский университет. В 1926 году, будучи еще студентом, он написал свои первые научные работы: совместно с Джорджем Гамоу о пятимерной теории Калуца — Клейна и с Львом Ландау о проблемах релятивистской квантовой механики. После окончания университета, с 1927 по 1930 год Д. Иваненко был стипендиатом, а затем научным сотрудником Физико-математического института Академии наук СССР. В эти годы он сотрудничал с Львом Ландау, Владимиром Фоком и Виктором Амбарцумяном, которые впоследствии прославились. Именно тогда формировалась современная физика, новая квантовая механика и ядерная физика. В 1928 году Иваненко и Ландау разработали теорию фермионов как кососимметричных тензоров. Эта теория, известная как теория Иваненко — Ландау — Калера, не эквивалентна теории Дирака в присутствии гравитационного поля и лишь она описывает фермионы на решетке. В 1929 году Иваненко и Фок описали параллельный перенос спиноров в искривленном пространстве-времени (знаменитые коэффициенты Иваненко — Фока). Лауреат Нобелевской премии Абдус Салам назвал это первой теорией калибровочного поля. В 1930 году Амбарцумян и Иваненко выдвинули гипотезу о создании массивных частиц (1930), которая является краеугольным камнем современной квантовой теории поля. С 1929 по 1931 год Д. Иваненко работал в Украинском физико-техническом институте в Харькове, будучи первым директором его теоретического отделения. Иваненко был одним из организаторов первой советской теоретической конференции (1929) и нового журнала Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion. После возвращения в Ленинград в Физико-технический институт Д. Иваненко сосредоточил свой интерес на ядерной физике. В 1932 году Иваненко предложил протонно-нейтронную модель атомного ядра, в связи с чем имя Иваненко вошло в учебники физики, в том числе школьные. Позже Д. Иваненко и Э. Гапон предложили идею об оболочечном распределении протонов и нейтронов в ядре (модель ядерной оболочки). В 1933 году по инициативе Д. Иваненко и И. Курчатова была созвана первая советская ядерная конференция. В 1934 году Д. Иваненко и И. Тамм заложили основы первой нефеноменологической теории парных электронно-нейтронных ядерных сил. Они сделали важное предположение, что взаимодействие может осуществляться посредством обмена частицами с ненулевой массой покоя. На основе их модели Нобелевский лауреат Хидеки Юкава разработал свою теорию мезонов. Однако реализация далеко идущих планов и надежд Иваненко была прервана. В 1935 году он был арестован в связи с делом Кирова. Последовала ссылка в Томск. Д. Иваненко был профессором Томского университета с 1936 по 1938 год. До начала Второй мировой войны он руководил кадрами теоретической физики в Свердловском и Киевском университетах. В 1940 году защитил докторскую диссертацию. В этот период научный интерес Иваненко постепенно сместился от ядерной физики к теории космических лучей. В частности, он предложил нелинейное обобщение уравнения Дирака (1938). На основе этого обобщения В. Гейзенберг и Д. Иваненко разработали единую нелинейную теорию поля в 1950-х годах. С 1943 года и до последних дней жизни профессор Иваненко был тесно связан с физическим факультетом Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. В 1943 году Д. Иваненко и И. Померанчук предсказали феномен синхротронного излучения, испускаемого релятивистскими электронами в магнитных полях. Это излучение вскоре было обнаружено американскими экспериментаторами. Открытие синхротронного излучения открыло новую и важную главу в современной физике благодаря его особым свойствам и возможным применениям. Классическая и квантовая теория синхротронного излучения была разработана в исследованиях, проведенных учениками и последователями Д. Д. Иваненко: А. А. Соколовым, И. М. Терновым и др. За работу в этой области Д. Д. Иваненко и А. А. Соколов были удостоены Сталинской премии в 1950 году. В начале 1950-х годов были опубликованы две монографии Д. Д. Иваненко и А. А. Соколова: «Классическая теория поля» и «Квантовая теория поля». Темой послевоенной работы профессора Иваненко были мезодинамика, теория гиперядра, единая нелинейная спинорная теория поля, теория гравитации. В 1960-х годах Д. Иваненко провёл интенсивную научную, научно-методическую и организационную работу по развитию и координации исследований в области гравитации в СССР. В 1961 году по его инициативе была организована первая советская конференция по гравитации, которая положила начало серии советских, а затем и российских конференций по гравитации. В начале 1960-х годов Д. Д. Иваненко был организатором секции гравитации Министерства высшего образования СССР, которая просуществовала до 1980-х годов. Он был членом Международного комитета по гравитации с момента его основания в 1959 году. Теоретическая физика была чрезвычайно сильно подвержена влиянию семинара по теоретической физике, организованного Д. Д. Иваненко в 1944 году, который на протяжении 50 лет под его руководством собирался на физическом факультете Московского государственного университета. Отличительной чертой семинара Иваненко была широта охвата проблем теоретической физики и обсуждение связей между ее различными разделами, например, теорией гравитации и физикой элементарных частиц. В семинаре принимали участие самые выдающиеся физики мира: Нильс Бор, Поль Дирак, Хидеки Юкава, Джулиан Швингер, Абдус Салам, Оге Бор, Илья Пригожин, Джон Арчибальд Уилер и др. В 1970–80-х годах Д. Иваненко сосредоточился на теории гравитации. Его научная группа в основном разрабатывала различные обобщения общей теории относительности Эйнштейна, включая скалярно-тензорную теорию гравитации, гипотезу о кварковых звездах, гравитацию с кручением, калибровочную теорию гравитации и другие. В 1985 году Д. Иваненко и его коллеги опубликовали две монографии «Гравитация и калибровочная теория гравитации». Научный стиль Д. Иваненко характеризовался большим интересом к передовым идеям науки, основанным на строгих математических методах или эксперименте. Иваненко умер 30 декабря 1994 года в возрасте 90 лет. Его сестра, Оксана Иваненко, была детской писательницей и переводчицей.

Dmitri Ivanenko was born on July 29, 1904, in Poltava (present day Ukraine), where he finished school, in 1920–1923 he studied at the Poltava Pedagogical Institute and began his creative path as a teacher of physics in middle school. Then D. D. Ivanenko studied at Kharkiv University, from which in 1923 he was transferred to Petrograd University. In 1926, while still a student, he wrote his first scientific works: with George Gamow on the Kaluza–Klein five dimensional theory and with Lev Landau on the problems of relativistic quantum mechanics. After graduating from the university, from 1927 to 1930 D. Ivanenko was a scholarship student and then a research scientist at the Physical Mathematical Institute of Academy of Sciences of the USSR. During these years he collaborated with Lev Landau, Vladimir Fock and Viktor Ambartsumian, later becoming famous. This was when modern physics, the new quantum mechanics, and nuclear physics were established. In 1928, Ivanenko and Landau developed the theory of fermions as skew symmetric tensors. This theory, known as the Ivanenko Landau Kahler theory, is not equivalent to Dirac's one in the presence of a gravitation field, and only it describes fermions on a lattice. In 1929, Ivanenko and Fock described the parallel displacement of spinors in curved space time (the famous Ivanenko–Fock coefficients). Nobel laureate Abdus Salam called it the first gauge field theory. In 1930, Ambartsumian and Ivanenko suggested the hypothesis of creation of massive particles (1930) which is a cornerstone of contemporary quantum field theory. From 1929 to 1931 D. Ivanenko worked at the Ukrainian Physico Technical Institute in Kharkiv, being the first director of its theoretical division. Ivanenko was one of organizers of the first Soviet theoretical conference (1929) and the new journal Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion. After returning to Leningrad at the Physical Technical Institute, D. Ivanenko concentrated his interest to nuclear physics. In 1932 Ivanenko proposed the proton neutron model of the atomic nucleus, in connection with which the name Ivanenko entered physics textbooks, including school textbooks. Later D. Ivanenko and E. Gapon proposed the idea of the shell distribution of protons and neutrons in the nucleus (nuclear shell model). In 1933 on the initiative of D. Ivanenko and I. Kurchatov the first Soviet nuclear conference was called. In 1934 D. Ivanenko and I. Tamm laid the basis of the first non phenomenological theory of paired electron neutron nuclear forces. They made the significant assumption that interaction can be undergone by exchange of particles with a rest mass not equal to zero. Based on their model, Nobel laureate Hideki Yukawa developed his meson theory. The realization of Ivanenko's far reaching plans and hopes was interrupted, however. In 1935 he was arrested in connection with the Kirov affair. Exile to Tomsk followed. D. Ivanenko was a professor at Tomsk University from 1936 to 1938. Until the beginning of World War II, he managed the theoretical physics personnel at Sverdlovsk University and Kiev University. In 1940 he defended his doctoral dissertation. In this period, Ivanenko's scientific interest gradually shifted from nuclear physics to cosmic ray theory. In particular, he proposed a non linear generalization of Dirac's equation (1938). Based on this generalization, W. Heisenberg and D. Ivanenko developed the unified nonlinear field theory in the 1950s. From 1943 and until the last days of his life, Professor Ivanenko was closely associated with the physics faculty of M. V. Lomonosov Moscow State University. In 1943, D. Ivanenko and I. Pomeranchuk predicted the phenomenon of synchrotron radiation given off by relativistic electrons in magnetic fields. This radiation was soon discovered by American experimenters. The discovery of synchrotron radiation opened a new and important chapter in modern physics as a result of its special properties and possible applications. Classical and quantum theory of synchrotron radiation was developed in research performed by students and followers of D. D. Ivanenko: A. A. Sokolov, I. M. Ternov et al. For their work in this area D. D. Ivanenko and A. A. Sokolov were awarded the Stalin Prize in 1950. Two of D. D. Ivanenko's and A. A. Sokolov's monographs Classical Field Theory and Quantum Field Theory were published at the beginning of the 1950s. The theme of Professor Ivanenko's postwar work was mesodynamics, theory of hypernucleus, the unified non linear spinor field theory, gravitation theory. In the 1960s, D. Ivanenko did intensive scientific, scientific methodological, and organizational work on the development and coordination of gravitation research in USSR. In 1961, on his initiative the first Soviet gravitation conference, which initiated a series of Soviet, and later also Russian, gravitation conferences was organized. At the beginning of the 1960s D. D. Ivanenko was the organizer of the gravitation section of Ministry of Higher Institutes of Learning of the USSR, which lasted until the 1980s. He was a member of the International Gravitation Committee since its founding in 1959. Theoretical physics has been enormously influenced by the seminar on theoretical physics organized by D. D. Ivanenko in 1944 that has continued to meet for 50 years under his guidance at the Physics Department of Moscow State University. The distinguishing characteristic of Ivanenko's seminar was the breadth of its grasp of the problems of theoretical physics and its discussion of the links between its various divisions, for example, gravitation theory and elementary particle physics. The most prominent physicists in the world participated in the seminar: Niels Bohr, Paul Dirac, Hideki Yukawa, Julian Schwinger, Abdus Salam, Aage Bohr, Ilya Prigogine, John Archibald Wheeler et al. In the 1970–80s, D. Ivanenko was concentrated on gravitation theory. His scientific team mainly developed different generalizations of Einstein's general relativity, including scalar tensor gravitation theory, the hypothesis of quark stars, gravity with torsion, gauge gravitation theory and others. In 1985, D. Ivanenko and his collaborators published two monographs Gravitation and Gauge Gravitation Theory. The scientific style of D. Ivanenko was characterized by great interest in ideas of frontiers in science where these ideas were based on strong mathematical methods or experiment. Ivanenko died on December 30, 1994, at the age of 90. His sister, Oksana Ivanenko, was a children's writer and translator.