Александр Сергеевич Давыдов
1912-1993
(краткий очерк о жизни 1
и творческой деятельности)
Александр Сергеевич Давыдов родился 26 декабря 1912 г.
в Евпатории в семье рабочего. В 1930 г. он окончил школу 11-й
ступени и весной 1931 г. переехал в Москву, где начал работать
шлифовщиком на автозаводе AMD (теперь ЗИЛ).
Большое стремление к знаниям, проявившееся еще в
школьные годы, приводит юношу в 1932 г. на рабфак при Мос-
ковском государственном университете. Через год Александр
Сергеевич становится студентом первого курса физического фа-
культета МГУ.
Уже на студенческой скамье А. С. Давыдов проявил неор-
динарные способности физика-теоретика. На V-ом курсе под
руководством профессора B.C. Фурсова он выполнил первую
научную работу по статистической теории рассеяния света в
конденсированных средах, обратив на себя внимание препода-
вателей университета.
В 1939 г. А.С. Давыдов с отличием окончил курс универ-
ситета по специальности <теоретическая физика> и был зачис-
лен в аспирантуру к выдающемуся советскому ученому, заве-
дующему отделом теоретической физики Физического института
им. П.Н. Лебедева АН СССР академику Игорю Евгеньевичу
Тамму.
Научные интересы А.С. Давыдова уже в те годы отлича-
лись широтой. Его увлекли вопросы теории ядра и элементар-
ных частиц. Самостоятельные исследования молодого ученого
1 С подробностями жизненного пути А.С. Давыдова можно познакомиться
по его беллетиризованной биографии: А. Алинин. Его жизнь - физика. (Киев,
<Молодь>, 1982 ).
7
были посвящены теоретическое изучению явлений внутренней
конверсии и распада атомных ядер.
В 1941 г. Александр Сергеевич досрочно представил к за-
щите кандидатскую диссертацию. Защита должна была состо-
яться осенью того же года. Но непредвиденные события сорвали
эти планы - началась Великая Отечественная война.
В первую военную осень А. С. Давыдова назначают на-
чальником рентгеновской, а затем спектральной лаборатории
одного из заводов Наркомата авиационной промышленности.
Молодой ученый зарекомендовал себя компетентным и
деятельным специалистом, способным успешно руководить кол-
лективом научных работников. В 1942 г. его назначают началь-
ником отдела физических методов исследования, который объе-
динял физические лаборатории завода. В этой должности
А. С. Давыдов работал до последних месяцев войны.
В 1943 г. в Казани, где в то время находился ФИАН
им. П.Н. Лебедева. Александр Сергеевич по рукописи защитил
диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико-
математических наук по теме <Теория испускания электронов
радиоактивным веществом>.
Научную и производственную деятельность А. С. Давыдов
совмещает с педагогической работой. В 1942 - 1945 гг. он чи-
тает лекции по общей физике студентам вечернего отделения
авиационного института.
В апреле 1945 г. Александра Сергеевича приглашают на
работу в Институт физики АН УССР, в котором проводились
приоритетные для того времени спектроскопические исследова-
ния ароматических соединений. После переезда в Киев
А. С. Давыдов работает в должности старшего научного сотруд-
ника. а затем - заместителем директора Института физики АН
УССР по научной работе. Деятельность Александра Сергеевича
в те годы связана в основном с изучением свойств молекуляр-
ных кристаллов.
8
В 1949 г. А. С. Давыдов на основе полученных им резуль-
татов написал и защитил докторскую диссертацию на тему
<Теория поглощения света в молекулярных кристаллах>.
Параллельно с работой в Институте физики АН УССР
А.С. Давыдов заведует кафедрой теоретической физики Киев-
ского университета им. Т.Г. Шевченко, где читает лекции по
квантовой механике, .статистической физике и термодинамике,
электродинамике, теории химической связи и некоторым другим
разделам физики.
В 1951 г. А.С. Давыдову присуждают ученое звание про-
фессора и избирают членом-корреспондентом АН УССР.
С 1953 г. постановлением Правительства СССР А.С. Да-
выдова назначают начальником теоретического отдела Физико-
энергетического института в г. Обнинске. Эту работу он совме-
щает с должностью профессора кафедры теоретической физики,
а затем заведующего кафедрой квантовой теории Московского
университета им. М.В. Ломоносова.
В 1956 г. А.С. Давыдов переходит на постоянную работу в
МГУ и одновременно занимает должность заведующего теоре-
тическим сектором лаборатории атомного ядра в ФИАН
им. П.Н. Лебедева АН СССР. В этот период ученый вновь воз-
вращается к исследованиям в области ядерной физики и работа-
ет над теорией коллективных возбуждений атомных ядер.
В 1964 г. Александр Сергеевич возвращается в Киев, что-
бы возглавить отдел теории ядра Института физики АН УССР.
В том же году. он был избран действительным членом АН
УССР.
В 1966 г. А.С. Давыдов был переведен во вновь образо-
ванный Институт теоретической физики АН УССР, где работает
заведующим отделом теории ядра (впоследствии - теории мно-
гочастичных систем), а с 1973 г. до 1987 г. возглавляет этот ин-
ститут.
Александр Сергеевич опубликовал около трехсот научных
работ, в том числе восемь монографий, четыре научно-
популярные книги. Он известен как прекрасный лектор, успешно
9
выступает перед разными аудиториями - от ведущих специали-
стов-физиков до широкого круга людей, интересующихся про-
блемами современной науки. Лекции и научные доклады Алек-
сандра Сергеевича с неизменным успехом проходят в аудитори-
ях самых крупных научных центров и университетов многих
стран.
В 1966 г. А. С. Давыдов вместе с группой коллег был удо-
стоен Ленинской премии за теоретические и экспериментальные
исследования экситонов в кристаллах. В 1969г. ему была при-
суждена Государственная премия Украинской ССР за цикл ра-
бот по теории ядра, а в 1972 г. присвоено почетное звание <За-
служенного деятеля науки Украинской ССР>.
В 1982 г. А. С. Давыдов был удостоен звания Героя Социа-
листического Труда.
Труды А. С. Давыдова получили заслуженное признание
физиков всего мира. Общеизвестными стали эффект <давыдов-
ского расщепления> и теория неаксиальных ядер Давыдова. В
последние годы его жизни широкое распространение получил
термин <давыдовские солитоны>. Монографии ученого переве-
дены на многие иностранные языки и опубликованы в Англии,
Германии, США, Италии, Польше, Японии и других странах.
Они неоднократно переиздавались и до сих пор не утратили ак-
туальности. По книгам А. С. Давыдова <Теория атомного ядра>
и <Квантовая механика> целое поколение физиков как в СССР,
так и за рубежом овладело основами современной науки.
А. С. Давыдов проводил большую научно-организационную
и редакторскую работу. Он являлся заместителем главного ре-
дактора журнала <Доклады АН УССР> (с 1980 г.), членом ре-
дакционно-издательского совета АН УССР, членом редколлегий
журналов <Теоретическая и математическая физика> (с 1972 г.),
<Ядерная физика> (с 1965 г.), <Украинский физический жур-
нал> (с 1967 г.), ответственным редактором сборника Института
теоретической физики АН УССР <Физика многочастичных сис-
тем> (с 1979 г.). Александр Сергеевич был также членом Прези-
диума и председателем Секции физики Комитета по Государст-
10
венным премиям Украинской ССР в области науки и техники
при Совете Министров УССР (1969-1987 гг.), членом научных
советов АН СССР по' проблемам <Теория твердого тела>,
<Ядерная спектроскопия> и <Ядерные реакции>.
Международное признание научных заслуг А. С. Давыдова
выразилось его избранием во многие Академии, в частности:
Международную академию квантово-молекулярных наук
(1975 г.). Европейскую академию наук, искусств и литературы
(1980г.), Международный центр теоретической биологии
(1986 г.) и другие.
Многогранная деятельность А. С. Давыдова отмечена вы-
сокими наградами Родины: орденом Ленина, медалями <За доб-
лестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.>,
<За трудовую доблесть>, <За доблестный труд. В ознаменование
100-летия со дня рождения Владимира Ильича Ленина>. <Три-
дцать лет победы в Великой Отечественной войне 1941-
1945гг.>.
Рассказывая об Александре Сергеевиче Давыдове как уче-
ном, нельзя не упомянуть об особенном свойстве его мышления
- простоте, которая была обусловлена глубоким проникновени-
ем в основы, в сущность физических явлений и стала характер-
ной чертой его научного стиля.
Работы Александра Сергеевича, логика его научного, и не
только научного, мышления лишены мудрствования. Наука все-
гда конкретна. Это один из важных критериев, который дает
возможность отличить настоящую науку от наукообразия, кото-
рому Александр Сергеевич активно противостоял.
Давыдову-теоретику свойственна любовь к эксперименту.
Поражает эрудиция Александра Сергеевича в вопросах экспе-
риментальной физики. Выполненные на самом высоком совре-
менном уровне, его труды лишены многоступенчатых абстракт-
ных построений, отпугивающих экспериментаторов.
Научное кредо А. С. Давыдова - предельная ясность и
конкретность - лежало в основе требований, которые ученый
предъявлял к своим многочисленным ученикам. В заседаниях
11
возглавляемого им семинара Института теоретической физики
АН УССР принимали участие как теоретики, так и эксперимен-
таторы. Основной принцип, которым должен был руководство-
ваться каждый докладчик на семинаре: аудитория ничего не
знает. Такой подход делал невозможным использование узко-
специальной информации и терминологии без доступного объ-
яснения.
А. С. Давыдова отличала высокая принципиальность зани-
маемых им научных позиций. Александр Сергеевич последова-
тельно отстаивал свой взгляд на обсуждаемые физические про-
блемы. При этом его убежденность базировалась на чрезвычай-
но широкой научной эрудиции, глубоком понимании физиче-
ских явлений.
А. С. Давыдов бьы прекрасным, даже страстным полеми-
стом. Его научные аргументы всегда касались существа вопроса,
были весомыми и убедительными. При этом Александр Сергее-
вич никогда не злоупотреблял своим авторитетом ученого с ми-
ровым именем. Он оставался достаточно терпеливым слушате-
лем, не придирался по мелочам и не делал педантичных замеча-
ний по несущественным, формальным вопросам.
Большое внимание и много времени А. С. Давыдов уделял
педагогической деятельности, воспитанию научных кадров, умел
долго и всесторонне обсуждать работу аспиранта или студента,
вникая в детали изложений и расчетов. Трудно переоценить
пользу, которую извлекали из подобных обсуждений молодые
физики.
Научная школа А. С. Давыдова представлена многими из-
вестными физиками. Под руководством ученого было защищено
36 кандидатских диссертаций, большинство из которых стали
докторами наук. Но научная школа - это не только количество,
а прежде всего качество учеников. Школа А. С. Давыдова удов-
летворяет и этому критерию. Среди его учеников лауреаты Ле-
нинской премии А.Ф. Лубченко и Э.Й. Рашба, лауреаты Госу-
12
дарственной премии УССР в области науки и техники
Ю.Б. Гайдидей и В.М. Локтев, лауреаты премии АН УССР
им. К. Д. Синельникова В.И. Овчаренко, В.М.Локтев "и
Г.Ф. Филиппов, лауреат премии НАН Украины им. А. С. Да-
выдова А.А. Еремко, а также известные физики В.М. Агра-
нович, В.Я. Антонченко, Л.С. Брижик, В.Н. Ермаков, А.В. Зо-
лотарюк, Э.Н. Мясников, Б.М. Ницович, И. С. Осадько и другие.
В.М. Локтев избран членом-корреспондентом НАН Украины.
А. С. Давыдов завоевал глубокое уважение коллег и учени-
ков не только как выдающийся ученый, но и как простой в об-
щении человек, неизменно корректный, способный создавать
вокруг себя атмосферу доброжелательности и увлеченности нау-
кой.
Объем очерка не позволяет обстоятельно остановиться на
всех научных проблемах, интересовавших А. С. Давыдова. По-
этому кратко охарактеризуем его главные достижения.
Как говорилось, Александр Сергеевич - физик-теоретик
широкого диапазона. Однако можно выделить те направления
теоретической физики, в которых находились его основные ин-
тересы и в которые он внес наиболее существенный вклад. Это
теория твердого тела, теория ядра и квантовая биофизика. Хотя
деятельность ученого разделяется на довольно продолжительные
периоды, в течение которых он интенсивно работал в опреде-
ленной области теоретической физики, краткий обзор результа-
тов сделаем в основном по тематике.
Первые научные исследования А. С. Давыдов выполнил
еще студентом. Они были посвящены разработке статистической
теории рассеяния электромагнитных волн в конденсированных
средах. На основе общих методов статической механики конден-
сированных систем вычислена интенсивность рассеянного света
в неидеальных газах при конденсации, а также при переходе
через критическую точку из газообразного состояния в жидкое.
13
Эти работы не утратили научного значения и часто цитируются
в современной физической литературе.
Большой вклад внес А. С. Давыдов в теорию элементарных
возбуждений в твердых телах. Он создал теорию молекулярных
экситонов - коллективных бестоковых электронных возбужде-
ний в молекулярных кристаллах. Понятие об экситоне было вве-
дено в физику кристаллов крупнейшим советским ученым
Я.И. Френкелем около 70-ти лет назад. А.С. Давыдов обобщил и
распространил это понятие на молекулярные кристаллы со
сложной структурой. Он указал на решающую роль молекуляр-
ных экситонов в таких важных физических процессах, как по-
глощение света и люминесценция, перенос энергии и фотопро-
водимость в молекулярных кристаллах, некоторых органических
полимерах, а также во многих биологических процессах.
Оценивая вклад А.С. Давыдова в теорию молекулярных
экситонов. известный японский физик Ю. Танака отмечал: <Ис-
следование электронной структуры сложных молекул в кристал-
лическом состоянии было достаточно мизерным до тех пор, пока
Давыдов не развил теорию экситонов молекулярных кристал-
лов>.
Сформулируем основные положения теории молекулярных
экситонов А.С, Давьвдова. Молекулярными кристаллами назы-
ваются твердые тела. образованные из молекул (или атомов
инертных газов), силы взаимодействий которых ван-дер-
ваальсовы. Типичные молекулярные кристаллы - это кристал-
лы, образованные из анизотропных молекул ароматических со-
единений: антрацена, бензола, нафталина н др. Энергия молеку-
лярного взаимодействия в таких кристаллах достаточно мала по
сравнению с энергией связи электронов в молекулах. Однако,
как показал А.С. Давыдов, даже малое межмолекулярное взаи-
модействие может и в большинстве случаев вызывает сущест-
венное изменение энергетического спектра реального кристалла
по сравнению с кристаллом, в котором такое взаимодействие
14
отсутствует (модель <ориентированного газа>). Особенно ярко
это проявляется в кристаллах, которые содержат несколько мо-
лекул в элементарной ячейке. Именно такие кристаллы впервые
исследовал А.С. Давьщов.
Пусть кристалл содержит sigma молекул в элементарной ячей-
ке, а положение молекул определяется двумя индексами - n и
alpfa, где вектор n указывает место элементарной ячейки, а а
(alpha=1,2,...,sigma) характеризует положение и ориентацию молеку-
лы в этой ячейке. Молекулы, которые имеют одинаковые индек-
сы alpha, образуют alpha-ю подрешетку кристалла. Оператор H энергии
кристалла можно записать в виде
$
H =
\sum\limits_{\bf{n}\alpha} \left(
H_{\bf{n}\alpha}
+
\frac{1}{2}
\sum\limits_{\bf{m}\beta\ne\bf{n}\alpha} V_{\bf{m}\beta\bf{n}\alpha}
\right)
$ ,
где H_na - оператор энергии молекулы, которая занимает узел na,
a V_namb- оператор энергии взаимодействия молекулы na и mb.
При исследовании состояний кристаллов, в которых возбуждена
одна молекула, А.С. Давьщов предложил использовать волно-
вые функции
$
\psi_{\alpha}({\bf{k}}) =
\frac{1}{\sqrt{N}}
\sum\limits_{\bf{n}} {\rm exp} (i{\bf{kn}}) \psi_{\bf{n}\alpha}
$ ,
где psi_{n alpha} - волновая функция кристалла, в котором одна молеку-
ла находится в возбужденном электронном состоянии; k - вол-
новой вектор: N - число ячеек кристалла. Физически волновые
функции psi_a(k), где alpha=1,2,...,sigma, отвечают коллективным состоя-
ниям молекулярного кристалла, в которых экситоны <путешест-
вуют> по подрешеткам, <не обращая внимания друг на друга>.
А.С. Давьщов доказал, что учет межподрешеточного взаимодей-
ствия приводит к тому, что невьфожденному возбужденному
состоянию свободной молекулы в кристаллах, которые содержат
15
\unitlength=0.1mm \begin{picture}(600,400)
\put(50,100){\vector(0,1){220}}
\put(60,100){\line(1,0){100}}
\put(60,300){\line(1,0){100}}
\put(100,100){\vector(0,1){200}}
\put(10,300){E}
\put(100,60){а}
\put(250,100){\vector(0,1){220}}
\put(260,100){\line(1,0){100}}
\put(260,280){\rule{10mm}{1mm}}
\put(260,260){\rule{10mm}{1mm}}
\put(280,100){\vector(0,1){165}}
\put(320,100){\vector(0,1){185}}
\put(210,300){E}
\put(300,60){б}
\end{picture}
Рис. 1. Энергетический спектр кристалла с двумя молекулами в элементарной
ячейке: а) для модели <ориентированного газа>; б) с учетом межмолекулярного
взаимодействия
sigma молекул в элементарной ячейке, отвечает не одна, а sigma полос
возбужденных экситонных состояний (рис. 1) с энергиями
$
E_{\mu}({\bf{k}}), \mu=1,2,...,\sigma
$ .
Энергетические расстояния между этими полосами опреде-
ляются матричными элементами межподрешеточного взаимо-
действия
$
<\psi_{\alpha}({\bf{k}}) | H | \psi_{\beta}({\bf{k}})> ,
(\alpha\ne\beta)
$ .
Такое расщепление невырожденных молекулярных термов
в кристаллах в мировой литературе приобрело название <давы-
довского расщепления> и зарегистрировано Государственным
16
\unitlength=0.1mm \begin{picture}(600,400)
\put(50,200){\line(1,0){100}}
\put(50,400){\line(1,0){100}}
\put(50,200){\line(0,1){200}}
\put(150,200){\line(0,1){200}}
\put(30,160){\vector(1,2){40}} \put(120,260){\vector(-1,2){40}}
\put(90,60){а}
\put(250,200){\line(1,0){100}}
\put(250,400){\line(1,0){100}}
\put(250,200){\line(0,1){200}}
\put(350,200){\line(0,1){200}}
\put(230,160){\vector(1,2){40}} \put(320,260){\vector(-1,2){40}}
\put(250,200){\vector(1,0){50}} \put(290,160){\bf 2}
\put(250,200){\vector(0,1){50}} \put(220,240){\bf 1}
\put(290,60){б}
\end{picture}
Рис. 2. Схема дипольных переходов в молекулярном кристалле с двумя молекула-
ми в элементарной ячейке: а) для модели невзаимодействующих молекул; б) для
экситонных состояний (стрелки 1 и 2 указывают направление дипольных момен-
тов их переходов).
комитетом по делам открытий и изобретений при Совете Мини-
стров СССР как научное открытие с тем же названием.
Возбуждения, которые соответствуют разным экситонным
состояниям, не только имеют не только отличную друг от друга
энергию, но и возбуждаются электромагнитными волнами со
взаимно перпендикулярной поляризацией. Это обстоятельство,
как указал А. С. Давыдов, подчеркивает коллективный характер
экситонных состояний, обусловленный взаимодействием моле-
кул. Если бы молекулярный кристалл представлял собой про-
стую совокупность ориентированных анизотропных молекул, то
упомянутая поляризация, как и расщепление, отсутствовала бы
(рис. 2).
<Давыдовское расщепление>, которое экспериментально
наблюдалось во многих молекулярных кристаллах (антрацен,
17
бензол, нафталин и др.), позволяет исследовать электронные
возбужденные состояния сложных молекул (симметрию волно-
вых функций, силы осцилляторов квантовых переходов, свойст-
ва внутримолекулярных колебаний), а также служит дополни-
тельным методом изучения структуры кристаллов и ее измене-
ния при переходе от одной кристаллической модификации к
другой. Эффект расщепления поляризованных экситонных по-
лос дал возможность А. С. Давыдову объяснить явления плеох-
роизма молекулярных кристаллов, вскрыть причины некоторых
специфических особенностей их люминесценции.
Немалое внимание А. С. Давыдов уделял развитию теории
молекулярных экситонов с учетом колебаний кристаллической
решетки. Он впервые ввел в научный обиход понятие о дефор-
мирующих (локализованных) экситонах, появление или движе-
ние которых сопровождается деформацией кристаллической
решетки вблизи электронного возбуждения. Вместе с учениками
А. С. Давыдов провел вычисления ширины и формы линии экси-
тонного поглощения с учетом как сильного, так и слабого взаи-
модействия экситонов с фононами.
Важное место в современной физике твердого тела зани-
мают труды А. С. Давыдова, посвященные изучению примесного
поглощения света кристаллами. Он впервые выявил характер-
ную особенность примесных электронных возбуждений в кри-
сталлах, показав, что их образование при поглощении света или
исчезновение при люминесценции обычно связано с многофо-
нонньми процессами. А.С. Давыдов развил теорию, которая
позволяет определить форму линий поглощения и люминесцен-
ции примесных электронных возбуждений, а также зависимость
формы полосы поглощения от температуры. Его теория учиты-
вает как изменение положений равновесия молекул примесного
кристалла, так и изменение частот нормальных колебаний моле-
кул при переходе примеси в возбужденное электронное состоя-
ние. Теория, развитая А.С. Давыдовым с сотрудниками, позво-
ляет получать данные о коэффициенте примесного поглощения
18
света как функции частоты падающей электромагнитной волны
в области максимума кривой поглощения и на ее крыльях. В
частности, его результаты содержат данные о температурной
зависимости положения, интенсивности и ширины бесфононной
линии, на основе которых можно объяснить эффект Шпольско-
го.
Среди трудов А.С. Давыдова по теории примесного по-
глощения света важное место занимает цикл исследований (вме-
сте с А.Ф. Лубченко), посвященный теоретическому обоснова-
нию так называемого правила Урбаха. В начале 50-х годов не-
мецкий экспериментатор Ф. Урбах, исследуя серебряно-
галоидные кристаллы, обнаружил эмпирическую зависимость
$
\chi(\omega) =
\chi(\omega_0)
{\rm eps} \{ -\chi \frac{\omega-\omega_0}{T} \}
$ ,
которая определяет в области omega (1963)
отметил, что <обоснование правила Урбаха остается одной из
самых важных задач в теории экситонов>.
Основная идея, предложенная А.С. Давыдовым, состояла в
том, что длинноволновый край полосы поглощения обусловлен
квантовыми переходами с колебательных подуровней кристал-
лической решетки на уровень электронного возбуждения.
А.С. Давыдов показал, что правило Урбаха справедливо в кон-
денсированных средах с большим количеством фононных со-
стояний, которые взаимодействуют с электронным возбуждени-
ем и термически возбуждаются при данной температуре по за-
кону Больцмана. При этом природа электронного возбуждения
19
не имеет существенного значения - нужна лишь связь элек-
тронного возбуждения с фононами, которые относятся к квазн-
непрерывному спектру колебаний кристалла.
Важным вкладом в современную теорию поглощения света
кристаллами стала серия работ А. С. Давыдова в соавторстве с
А.А. Еремко. Э.Н. Мясниковым и А.А. Сериковым, посвящен-
ная исследованию кинетических и спектральных характеристик
распространения электромагнитных волн в кристалле в экси-
тонном диапазоне частот. В этих работах на основе полного уче-
та экситон-фононного взаимодействия, дисперсии и релаксации
зкситонных возбуждений были выяснены границы применимо-
сти ряда основных положений классической кристаллооптики
[177, 178].
Предсказаны такие особенности низкотемпературного по-
глощения света кристаллами с дисперсией, как отклонение тол-
щинпой зависимости коэффициента поглощения кристалла от
экспоненциального закона Бугера-Ламберта. зависимость инте-
грального (по частоте) поглощения от температуры л ряд других
[198]. Эти эффекты получили впоследствии широкое экспери-
ментальное подтверждение в отечественных и зарубежных ла-
бораториях.
О признании трудов А.С. Давыдова по теории твердого те-
ла в Советском Союзе и за рубежом свидетельствуют не только
многочисленные ссылки на работы лченого в научной литерату-
ре. но и, в частности, то. что его идеи распространились и на
антиферромагнитно упорядоченные диэлектрики, в которых
харьковскими физиками (В.В. Еременко и др.) был обнаружен
эффект магнитного <магнитного Давыдовского расщепления>.
интенсивно исследуемого в лабораториях многих стран мира.
Его теория была развита в ИТФ АН УССР (Э.Г. Петров). В
твердом кислороде было экспериментально наблюдено другое
- <биэкситонное> - расщепление (А.Ф. Прихотько и
Л.Й. Шанский) поляризованных полос, в основе которого также
20
лежит коллективный характер возбужденных электронных со-
стояний в кристаллах (Ю.Б. Гайдидей и В.М. Локтев).
В последние годы неоднократно отмечалась большая роль
коллективных экситонных процессов в биологических явлениях,
в частности в миграции энергии. Работы А.С. Давыдова стали
.широко цитироваться в биофизической литературе.
Оценку большого вклада А.С. Давыдова в теорию твердого
тела подытожила <Большая советская энциклопедия>, в которой
указывается: <Развитая... А.С. Давыдовым теория спектров мо-
лекулярных кристаллов является основой для интерпретации
результатов многочисленных работ по спектроскопии>.
Наконец, нельзя не сказать, что поистине выдающиеся ис-
следования А.С. Давыдовым свойств экситонов были, как упо-
миналось, отмечены высшей в СССР научной наградой - Ле-
нинской премией, а также представлялись на соискание Нобе-
левской премии.
Несколько работ А.С. Давыдова было посвящено теории
радиоактивного распада ядер и теории элементарных частиц. В
частности, при построении теории внутренней конверсии ему
удалось учесть влияние электронной оболочки атома на вероят-
ность излучения гамма-квантов атомным ядром в случае излу-
чения произвольной мультипольности. До этого американские
физики Р. Тейлор и С. Мотт исследовали только случай квадру-
польного излучения. Была построена теория бета-распада ядер в
предположении, что спин нейтрино равняется 3/2, а масса покоя
- нулю. А.С. Давыдов предложил новую векторно-спинорную
запись уравнений для частиц со спином 3/2. Это позволило на-
много упростить запись таких уравнений и их решений. Вектор-
но-спинорная запись уравнений вскоре стала использоваться
многими советскими и зарубежными теоретиками при исследо-
вании вопроса бета-распада.
21
Труды А.С. Давыдова по теории атомного ядра являются
основополагающими в феноменологической теории структуры
тяжелых несферических ядер. Они существенно повлияли на
господствующие в ядерной физике представления о форме ядер
в виде коллективных движений.
В статье <Вращательные состояния неаксиальных ядер>
(1958 г.) А.С. Давыдов (вместе со своим учеником
Г.Ф. Филипповым) сформулировал и развил основные положе-
ния модели жесткого неаксиального ротатора. Она позволила с
единой точки зрения объяснить многие закономерности, отно-
сящиеся к спектрам низких возбуждений большой группы не-
сферических ядер.
Согласно этой модели ротатора после соответствующего
выбора единиц измерения энергии гамильтониан вращательных
возбуждений имеет вид
$
H_\alpha = \frac{1}{2} \sum\limits_{\lambda=1}^{3}
\frac
{I_\lambda^2}
{ {\rm sin}^2 (\gamma-\frac{2\pi\lambda}{3}) }
$ ,
где gamma-эмпирически выбранный параметр; I_lambda - проекции опера-
тора углового момента ядра на декартовы оси, которые совпа-
дают с главными направлениями тензора инерции ядра.
При gamma->0 или gamma->60o энергии некоторых возбужденных
состояний системы с гамильтонианом Н_a остаются конечными и
в пределе совпадают с энергиями уровней жесткого симметрич-
ного волчка. Последовательность этих уровней образует основ-
ную полосу. Энергия других возбужденных вращательных со-
стояний стремится к бесконечности при gamma->0 или gamma->60o. Эти
возбуждения состояния образуют <аномальные вращательные
полосы>. Уже первое сравнение экспериментальных данных о
ширинах и спинах коллективных состояний с теорией показали,
что модель жесткого неаксиального ротатора правильно отража-
ет основные закономерности спектров возбуждений многих чет-
22
но-четных ядер. Если энергии коллективных возбуждений выра-
зить через энергию первого возбуждения со спином 2, то теория
будет содержать только один параметр gamma, который нужно опреде-
лить из эксперимента. Этот простой параметр определяется из
наблюдаемого соотношения энергий уровней со спином 2 пер-
вой аномальной и основной вращательной полос, которое имеет
вид:
$
R_{22} = \frac{\varepsilon_{22}}{\varepsilon_{21}} =
\frac
{3 + \sqrt{9 - 8{\rm sin}^2 3\gamma} }
{3 - \sqrt{9 - 8{\rm sin}^2 3\gamma} }
$ .
При изменении gamma от 0 до 30Ї отношение e22/e211 монотонно
падает от бесконечности до 2. Возможность использования R22
для определения gamma обусловлена, с одной стороны, большой чув-
ствительностью соотношения к изменению gamma, а с другой - тем,
что положение энергетических уровней e21 и e22 сравнительно
хорошо известно для многих четно-четных ядер. Измеряя на
опыте отношение e22/e21, можно, используя выражение для R22,
вычислить величину gamma, а затем предсказать спины и положения
остальных уровней основной вращательной и аномальной полос.
Другими словами, теория позволяет выразить отношение энер-
гий e22/e21 всех коллективных возбуждений квадрупольного типа
(четных состояний I=/=0) через одно экспериментальное отноше-
ние R22.
Предсказанный моделью спектр возбужденных состояний
имеет следующие особенности:
1. Эффективное (или действительное) отклонение формы
ядра от эллипсоида вращения приводит к нарушению в основ-
ной вращательной полосе правила интервалов, характерного для
аксиальных ядер. До трудов А.С. Давыдова считалось, что все
ядра обладают аксиальной симметрией и отклонения экспери-
ментальных соотношений энергии от правила интервалов акси-
ального ядра стремились объяснить нарушением условий адиа-
батичности.
23
2. Кроме изменения правила интервалов для уровней ос-
новной вращательной полосы, учет эффективной (или действи-
тельной) нёаксиальности приводит к появлению новьк <ано-
мальных> полос, которые в теории коаксиальных ядер рассмат-
риваются как вращательные возбуждения. Эти возбуждения
группируются в несколько полос: первая аномальная образуется
уровнями со спинами 2, 3, 4, 5, 6, 7 ..., вторая - уровнями со
спинами 4, 5, 6, 7 ..., третья - уровнями со спинами 6, 7 ..., и
т. д.
Одновременно с энергиями возбужденных состояний мо-
дель определяет волновые функции, а следовательно, позволяет
определить: я) вероятности переходов разной мультипольности
между возбужденными состояниями; б) относительные вероят-
ности alpha- и beta-каскадов материнского ядра с возбуждением до-
чернего ядра на разные вращательные уровни; в) вероятности
возбуждения ядер кулоновским полем быстрых заряженных час-
тиц и т. д.
В дальнейших трудах А. С. Давыдова и его сотрудников
был исследован вопрос о том, насколько меняются результаты
модели неаксиального ядра, если вместо гамильтониана На ис-
пользовать гамильтониан с тремя произвольными главными
значениями моментов инерции, а также другие следствия её из-
менения.
В 1960 г. А. С. Давыдов совместно с А. А. Чабаном развил
модель коллективных возбуждений, которая в отличие от моде-
ли неаксиального ротатора не базировалась на адиабатическом
приближении. В этой модели вращательно-вибрационные воз-
буждения несферических ядер исследовались на основе операто-
ра Гамильтона, который содержал четыре динамические коллек-
тивные переменные. Модель учитывала эффект растяжения ядра
при вращении и позволяла, связать деформируемость ядер отно-
сительно продольных колебаний с энергией бесспиновых beta-
колебаний. Что касается поперечных gamma-колебаний поверхности
ядра, то они учитывались введением эффективного параметра
gamma=gamma_eff.
24
Недиабатическая модель вращательно-вибрационных воз-
буждений в четно-четных атомных ядрах содержала дополни-
тельный сравнительно с теорией жесткого ротатора феномено-
логический параметр mu, который характеризовал деформируе-
мость ядра относительно продольных колебаний. Введение па-
раметра mu не только дало возможность объяснить отклонение от
правил интервалов в размещении вращательных уровней, но и
установить природу многих возбужденных четных, состояний,
которые относятся к вибрационному и вращательно-
вибрационному типам.
А. С. Давыдов вместе с учениками развил также теорию
электромагнитных переходов в атомных ядрах с учетом про-
дольной и поперечной деформируемости поверхности ядер. Бы-
ло доказано, что обусловленное центробежными силами растя-
жение ядер намного увеличивает вероятность электрических
квадрупольных переходов между вращательными состояниями с
большими спинами. Были найдены довольно общие правила
сумм для вероятностей электрических квадрупольных перехо-
дов. На основе теории, учитывавшей деформируемость ядра,
вычислялись также средние значения электрических квадру-
польных моментов в первых возбужденных состояниях четно-
четных ядер. Результаты этих расчетов хорошо согласовывались
с имевшимися экспериментальными данными, полученными во
многих лабораториях. Исследование таких величин позволило
сделать важные выводы о форме атомного ядра. В частности,
оказалось, что многие ядра, считавшиеся ранее сферическими, в
действительности таковыми не являются, а несферические ядра
стали интересными объектами для физических исследований.
Результаты, полученные А. С. Давыдовым, нашли убеди-
тельное экспериментальное подтверждение в лабораториях
СССР, США и других стран, причем многие принципиальные
результаты были получены киевскими физиками в Институте
ядерных исследований НАН Украины. Фундаментальный вклад
ученого в теоретическую ядерную физику стимулировал и сти-
мулирует новые экспериментальные исследования.
25
В дальнейшем учениками А. С. Давыдова были проведены
интенсивные исследования в направлении развития микроско-
пической теории ядра на основе представлений о нуклон-
нуклонном взаимодействии.
Давая оценку вкладу, внесенному А.С. Давыдовым в раз-
витие современной физики атомного ядра, академик Н.Н. Бого-
любов писал: <Работы А.С. Давыдова по теории ядра - одно из
самых выдающихся достижений теоретической физики>.
80-е годы прошлого столетия А.С. Давыдов посвятил од-
ной из наиболее бурно развивающихся отраслей естественных
наук - теоретической биофизике.
Одной из наиболее актуальных проблем в ней было и, воз-
можно, остается объяснение большой эффективности переноса
энергии и заряда по белковым макромолекулам. Высокий КПД
энерготранспорта в биологических системах не находил объяс-
нения в рамках традиционной теории процессов переноса, ис-
пользовавшем представление об экситонах.
А.С. Давыдовым и его сотрудниками (А.А. Еремко,
Н.И. Кислухой и В.3. Энольским) был развит совершенно иной
подход, опирающийся на особые коллективные состояния в по-
лимерных молекулярных цепочках, которые получили название
солитонов. Солитоны в биомолекулах согласно А.С. Давыдову
представляют собой связанные состояния электронных и сопро-
вождающих последние деформационных возбуждений, локали-
зованные в некоторой области цепочки и перемещающиеся по
ней с постоянной скоростью. Энергия такого связанного состоя-
ния меньше суммы энергий составляющих его возбуждений. Это
одна из основных причин большой устойчивости солитонов. Они
могут возбуждаться только при локальных воздействиях. К та-
ким воздействиям относятся химические реакции, например
распад молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).
А.С. Давыдов показал, что исключительно большая устойчи-
вость солитонов и их движение без потерь по а-спиральньш
участкам белковых молекул гарантируют высокую эффектив-
26
ность переноса энергии и заряда, а соответствующие переносчи-
ки получили название <давыдовских солитонов> или <давыдов-
ских электросолитонов>.
Возможность образования давыдовского солигона в сс-
спиральных белковых молекулах нашла убедительное подтвер-
ждение в последующих численных экспериментах, проведенных
в Лос-Аламосской национальной лаборатории (США), а также
исследовательских центрах Дании и Шотландии.
Понятие солитона было привлечено А.С. Давыдовым так-
же для принципиально нового объяснения механизма сокраще-
ния поперечно-полосатьк мышц. Этой проблеме посвящены
исследования многих ученых. Накопился значительный экспе-
риментальный материал, позволяющий выдвинуть несколько
гипотетических идей, призванных объяснить явление сокраще-
ния мышечных волокон на основе взаимодействия и преобразо-
вания белковых молекул. Адекватно описывая конкретные экс-
периментальные факты (взаимное движение миозиновых и ак-
тиновых нитей при сокращении мышц, поглощение в процессе
сокращения энергии распада молекул АТФ, влияние на эффек-
тивность сокращения мышечных волокон ионного состава и ки-
слотности среды), доныне существовавшие модели разных авто-
ров имели существенные недостатки. Главные из них - отсут-
ствие объяснения связи между широким комплексом процессов,
сопровождающих сокращение мышечных волокон, физическая
неубедительность, искусственность микроскопической картины
явления
Теория А.С. Давыдова основана на представлении о соли-
тонных возбужденных состояниях в alfa-спиральных молекулах
миозина, с учетом его конкретной структуры. Энергия гидролиза
молекул АТФ тратится на образование в миозиновых молекулах
солитонов, которые перемещаются от голов молекул, где они
возникли, к их хвостам. Движение солитонов по миозиновым
молекулам, образующим толстые нити, сопровождается их зна-
чительным изгибом. В области возбуждений, пробегающих по
пучку миозиновых молекул, толстая нить расширяется и головы
27
миозиновых молекул прижимаются к соседним тонким нитям. В
области расширения головы миозиновых молекул проталкивают
тонкие нити на небольшое расстояние и отходят от них. Поэтому
при движении по толстой нити <распухшей> области голова мо-
лекулы увлекает за собой тонкие нити. Происходящее таким
образом перемещение толстых и тонких нитей относительно
друг друга приводит к изменению длины мышечного волокна.
Предложенная А. С. Давыдовым теория сокращения мы-
шечных волокон, была воспринята с огромным интересом и по-
лучила поддержку ведущих биофизиков. Она, несомненно, мо-
жет быть отнесена к значительным достижениям ученого-
физика.
Даже краткий перечень научных результатов позволяет су-
дить об огромном вкладе в современную теоретическую физику
выдающегося советского ученого, академика АН УССР
А. С. Давыдова.
Последние годы своей жизни А. С. Давыдов отдал разгадке
открытого в 1986 г. явления высокотемпературной сверхпрово-
димости. Как физик он считал, что высокая температура сверх-
проводящего перехода не может быть случайным результатом
<игры параметров>, и предполагал, что соответствующие соеди-
нения должны обладать какими-либо <особыми приметами>.
Когда же узнал, что в структуре одного из них - первом на-
стоящем высокотемпературном сверхпроводнике YBa2Cu3O7 -
имеются медь-кислородные проводящие цепочки, пришел к вы-
воду, что именно они ответственны за это удивительное явление
и предпринял попытку развить так называемую бисолитонную
теорию сверхпроводимости, которая, как показали дальнейшие
(уже после ухода А. С. Давыдова из жизни) исследования, оказа-
лась несостоятельной. Однако работа над ней свидетельствова-
ла, что свой огромньш интерес к новому (сюда же можно отне-
сти его порыв дать интерпретацию впоследствии не подтвер-
дившимся экспериментам по холодному ядерному синтезу) и
28
творческий потенциал Александр Сергеевич сохранял на высо-
чайшем уровне вплоть до последних дней.
Национальная академия наук Украины издала библиогра-
фический справочник (Александр Сергеевич Давыдов (Киев,
Наукова думка, 1982)), содержащий полный список с более чем
двумястами наименованиями его публикаций, но основные свои
оригинальные результаты А. С. Давыдов изложил в переведен-
ных на многие языки монографиях:
- Теория возбужденных состояний атомных ядер (Москва,
Атомиздат, 1967);
- Теория молекулярных экситонов (Москва, Наука; 1968);
- Биология и квантовая механика (Киев, Наукова думка, 1979);
- Солигоны в молекулярных системах (Киев, Наукова думка
1988);
- Высокотемпературная сверхпроводимость (Киев, Наукова
думка, 1990),
которые, как и написанные им всемирно известные учебники
- Теория атомного ядра (Москва, Физматиздат, 1958);
- Квантовая механика (Москва, Физматиздат, 1963);
- Теория твердого тела (Москва, Наука, 1976),
можно найти в любой университетской библиотеке и которые
сохранили свое научное значение вплоть до наших дней.
29
