Алексей Васильевич Шубников (1887—1970)

А. В. Шубников в статье [219] справедливо писал, что П. Кюри был первым, кто осознал разницу между магнитной и электрической полярностью. Эта разница лежит в основе правильного понимания многих физических явлений, пространства и -времени. Сам Алексей Васильевич обратился к проблеме симметрии электрического и магнитного полей в 1938—1939 гг. [115, 124]. Он был первым советским физиком, правильно сформулировавшим эту проблему и последовательно проанализировавшим ее. Симметрия электрического поля отвечает симметрии полярного вектора (группе симметрии неподвижного конуса, ∞ mm), а симметрия магнитного поля — симметрии аксиального (осевого) вектора (группе симметрии вращающегося цилиндра, ∞/m). Эти четкие положения впервые были введены в отечественную литературу А. В. Шубниковым. Рассмотрев проблему движущихся зарядов и ими создаваемых полей, Алексей Васильевич четко показал, что только правильное определение симметрии элекрических и магнитных полей позволяет понять «перпендикулярность магнитного поля электрическому току» (парадокс Маха): два явления, «складываясь», имеют общие элементы симметрии, плоскости симметрии и, рассматриваемые вместе, обладают симметрией полярного вектора (группа ∞ mm). Если же поток заряженных частиц является круговым (токи Ампера), то образуемое им магнитное поле ориентировано так, что оно имеет общий с этими токами элемент симметрии — плоскость симметрии (объединенная симметрия токов и магнитного поля есть в этом случае симметрия аксиального вектора, описываемая группой ∞/m). Алексей Васильевич настаивал на том, чтобы на рисунках в научных статьях и книгах аксиальный вектор изображался не в виде обычной стрелки, а в виде отрезка прямой, окруженного ориентированным кольцом.

И. С. Желудеву приходилось неоднократно обсуждать с Алексеем Васильевичем симметрию электрических и магнитных полей, многих физических явлений. Однажды И. С. Желудев заметил, что поток электронов в проводнике создает магнитное поле, подобное «выворачивающемуся» кольцу дыма, когда через него «продувают» воздух. Алексею Васильевичу сравнение понравилось, но от себя он добавил: «Даже проще, резинка, надетая на карандаш, при протягивании последнего „выворачивается[* Желудев И. С. Полная симметрия скаляров, векторов и тензоров второго ранга. — Кристаллография, 1960, т. 5, вып. 3, с. 346—353.] подобно Вашему кольцу дыма; симметрия одна и та же». Подобная четкость моделирования была характерной особенностью его мышления.

Одно из самых крупных достижений А. В. Шубникова — учение об антисимметрии. Им самим это учение развивалось как учение о симметрии (и антисимметрии) фигур, а не явлений. Перенос обобщений основных положений антисимметрии на физические явления был выполнен И. С. Желудевым, с помощью рассмотрения полной симметрии скаляров векторов и тензоров. Поначалу Алексей Васильевич принял это обобщение спокойно, но позднее отнесся к нему весьма критически. Сберегая «чистоту симметрии фигур» (хотя бы и черно-белых), он протестовал против введения в понятие, как он говорил, уже занятого слова «симметрия» таких представлений, которые уходили бы от фигур/ Все это, к сожалению, уживалось с тем обстоятельством, что в свое время А. В. Шубников явился апологетом распространения симметрии на физические явления с использованием фигур с предельной симметрией (например, шаров, описывающих симметрию скаляров и псевдоскаляров). Вместе с тем позднее было интересно наблюдать, как Алексей Васильевич «обнаруживал» плоскости антисимметрии в магнитном поле, ориентированные вдоль поля, и тем самым фактически признавал справедливость положений полной симметрии [261].

А. В. Шубников неоднократно обращался к проблеме симметрии светового луча. В конечном счете его представления базировались на уже указанных особенностях взаимной ориентации электрических и магнитных полей. По Алексею Васильевичу, в плоскополяризованной световой волне, соответствующей колебаниям вектора E, меняющегося по синусоидальному закону, магнитное поле перпендикулярно плоскости поляризации и также меняется по синусоидальному закону, изменяя направление через каждые полволны.

Образцом модельно-симметрийного подхода к физическим явлениям служит проведенное А. В. Шубниковым рассмотрение эффекта Холла. Эффект моделируется через текущую воду, перпендикулярно поверхности которой помещен вращающийся цилиндр. В этих условиях половина боковой поверхности цилиндра движется по течению воды, ускоряя его, а вторая — против течения, замедляя его. В результате с одной стороны уровень воды прибывает, а с другой — убывает. Возникает «поперечный перепад» воды. Потоку воды в модели отвечает текущий ток: вращающемуся цилиндру — перпендикулярное магнитное поле, а перепаду уровней — поперечная разность потенциалов, возникающая в эффекте Холла. Все явление имеет симметрию т (плоскость симметрии, перпендикулярная магнитному полю).