ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

Предлагаемая вниманию советского читателя книга известного французского физика-теоретика Абрагама представляет собой фундаментальную монографию, специально посвященную изложению основ теории ядерного магнитного резонанса, квадрупольного резонанса и ядерной релаксации в твердых телах и жидкостях. В книге последовательно, с единой точки зрения изложены теоретические методы описания динамики поведения макроскопических систем ядерных моментов в конденсированных средах и при этом отражены практически все относящиеся сюда вопросы, изученные к настоящему времени.

Несмотря на громадное разнообразие явлений, протекание которых в большей или меньшей степени сказывается на динамическом поведении ядер, методы описания этих явлений обладают замечательным единством и общностью, что позволяет строить для них единую теорию. Интересно также и то обстоятельство, что в значительном числе случаев квантовое поведение ядерных моментов допускает простую классическую интерпретацию. С другой стороны, возможность классического описания явлений в ряде случаев позволяет нащупать путь к проведению далеко идущих, точных квантовомеханических исследований. Эта особенность теории широко используется в книге.

Учение о ядерном магнетизме в том аспекте, в котором оно рассматривается в монографии Абрагама, за короткий срок успело вырасти в большую самостоятельную область физики, где выработались свои специфические понятия и развиты весьма общие математические методы, позволяющие связать поведение ядерных моментов со многими тонкими характеристиками вещества. Эта связь между свойствами вещества и процессами в системе ядерных моментов значительно расширяет круг читателей книги и делает ее интересной и полезной не только для специалистов, непосредственно занимающихся ядерным магнетизмом, но и для широкого круга лиц, работающих в области физики твердого тела и ее разнообразных приложений. Кроме того, развитые в книге математические методы могут найти себе применение в теории необратимых процессов, статистической физике, кинетической теории газов, жидкостей, растворов и твердых тел, а также квантовой радиофизике.

В мировой литературе имеется более десятка различного рода обзоров и монографий, посвященных как специальным, так и общим вопросам физики ядерного магнитного резонанса и релаксации. Среди них можно отметить имеющиеся в русском переводе книги Э. Эндрю, Ядерный магнитный резонанс, ИЛ, 1957 и А. Леше, Ядерная индукция, ИЛ, 1963. В этих книгах, написанных экспериментаторами, большое внимание уделено описанию экспериментальной техники, а разделы, посвященные теории, по существу представляют собой компилятивное изложение известных работ.

Автор настоящей книги, много сделавший сам в области теории ядерного магнетизма, сумел отобрать из громадного количества опытных данных и имеющихся теоретических исследований самое существенное, переосмыслил основные положения теории и продуманно расположил весь этот материал в единой, стройной системе.

Редактор выражае туверенность, что советские физики — теоретики и экспериментаторы, работающие в областях, в той или иной мере связанных с динамикой ядерного магнетизма, и особенно с физикой твердого тела, получили в свои руки хорошую новую книгу, которая будет не только источником полезных знаний, но и источником новых идей в различных областях физики.

Мы пользуемся случаем поблагодарить автора книги проф. Абрагама, который с большим интересом и вниманием отнесся к переводу своей книги на русский язык: он написал специальное предисловие к русскому изданию, прислал список опечаток, замеченных в английском издании.

Перевод выполнен Л. Н. Новиковым (гл. I—IV), В. М. Рыжковым (гл. V и XII), А. Д. Битюковым (гл. VI и VII), А. П. Степановым (гл. VIII и XI) и А. А. Кокиным (гл. IX и X). Большую помощь в редактировании перевода оказал А. А. Кокин.

Г. Скроцкий

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

Я благодарен проф. Г. В. Скроцкому за то, что он сделал доступным для советской научной общественности мое изложение принципов ядерного магнетизма. Нет необходимости напоминать советским читателям о важном вкладе советских ученых в дело изучения магнитного резонанса. Не говоря уже об историческом открытии Е. К. Завойским в 1944 г. электронного резонанса, превосходные работы А. М. Прохорова и Г. Н. Басова по квантовым усилителям и генераторам, работы казанской школы во главе с С. А. Альтшулером и Б. М. Козыревым по акустическому поглощению и изучению свойств ионов в растворе, теоретические работы М. Я. Азбеля и: И. М. Лифшица по магнитному резонансу в металлах, Г. Р. Хуцишвили по релаксации и многих других, которых я не цитирую (прошу простить меня за это), известны всем физикам, работающим в области магнитного резонанса.

Я достаточно подробно объяснил характер моей книги в предисловии к английскому изданию для того, чтобы не возвращаться к этому здесь, но я хотел бы обратить внимание читателей на два обстоятельства.

Со времени передачи рукописи в английское издательство в начале 1960 г. исследования ядерного магнетизма продолжались. Среди наиболее значительных работ, выполненных за истекшее время, следует упомянуть об изучении ядерного резонанса в применении к ферромагнитным и антиферромагнитным веществам, о замечательных успехах в области динамической поляризации ядер и, наконец, о точном количественном подтверждении гипотезы спиновой температуры во вращающейся системе координат.

Несмотря на несомненно большую важность этих вопросов, я не счел целесообразным включить их в настоящее издание. Действительно, с одной стороны, речь идет здесь об еще только развивающихся областях, не все точки зрения в которых полностью ясны и изложение которых было бы, несомненно, преждевременным; с другой стороны, результаты упомянутых исследований не носят такого характера, чтобы изменить какой-либо из хорошо проверенных результатов, изложенных в этой книге. Поэтому я удовлетворился тем, что исправил некоторое число замеченных ошибок.

Советский читатель может с полным правом удивиться почти полному отсутствию ссылок на советскую научную литературу. Объяснение этого обстоятельства, по существу говоря содержится в предисловии к английскому изданию. Единственный критерий, которым я руководствовался при выборе ссылок, был критерий удобства и доступности; при этом я пренебрегал соображениями приоритета.

Ясно, что для советского читателя этот критерий отличается от критерия англосаксонского читателя, и я доверяю проф. Г. В. Скроцкому дополнить с этой точки зрения мою книгу путем добавления соответствующих ссылок на советские работы.

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА К АНГЛИЙСКОМУ ИЗДАНИЮ

В наши дни у людей существует странное мнение, что будто бы всему можно научиться, слушая лекции. Между тем я не могу признать, что лекции приносят такую же пользу, как чтение тех книг, по которым составлены эти лекции.

Д-р Джонсон (1766)

После первого успешного детектирования сигналов ядерного резонанса в 1945 г. ядерный магнетизм интенсивно изучался на протяжении пятнадцати лет и до сих пор исследования еще не имеют тенденции к сокращению. Кроме первого и очевидного применения для измерения величины ядерных моментов, ядерный резонанс стал основным орудием изучения тончайших свойств большинства веществ. Структура молекул, скорости реакций и химическое равновесие, химические связи, кристаллические структуры, внутренние движения в твердых телах и в жидкостях, электронные плотности в металлах, сплавах и полупроводниках, внутренние поля в ферромагнитных и антиферромагнитных веществах, плотности состояний в сверхпроводниках, свойства квантовых жидкостей — вот некоторые из тех вопросов, для которых ядерный магнетизм позволил получить специфичную и детальную информацию.

Подробное изучение процессов ядерной релаксации в сочетании с электронным парамагнитным резонансом привело к разработке оригинальных методов ориентирования ядер, которые могут в ближайшем будущем открыть новые экспериментальные возможности в ядерной физике и в физике низких температур.

При более глубоком подходе изучение систем ядерных спинов ставит перед статистической механикой и теорией необратимых процессов ряд задач, которые достаточно просты, чтобы позволить найти четкое и недвусмысленное решение как теоретически, так и экспериментально, и в то же время достаточно сложны, чтобы быть далеко не тривиальными. Так, например, понятие отрицательной температуры, носившее ранее чисто академический характер, получило полное физическое истолкование в ядерном магнетизме. Таким же образом установление теплового равновесия между системой (система спинов) и термостатом (решетка) может быть исследовано теоретически и экспериментально более полно, чем это обычно возможно в других областях физики.

Одна из наиболее замечательных и, по крайней мере по мнению автора этой книги, доставляющих глубочайшее удовлетворение, особенностей ядерного магнетизма состоит в очень тесной связи теории и эксперимента, не оставляющей места как для теории, которая не может быть проверена соответствующим экспериментом, так и для эксперимента, не имеющего

хорошо обоснованной теоретической интерпретации. В ядерном магнетизме это утверждение может быть более справедливо, чем в любой другой области современной физики. Во всяком случае, такое мнение господствовало при написании настоящей книги, в которой сделана попытка изложить принципы и методы изучения ядерного магнетизма в форме приемлемой для теоретика и полезной для экспериментатора. Автор надеется, что это желание, часто высказываемое, но редко выполнимое, окажется более осуществимым в области, где нередко в одном и том же лице объединяются теоретик и экспериментатор.

По поводу содержания книги можно сделать следующие замечания. Экспериментальные методы обсуждаются очень кратко и только в общих чертах. Отсутствие места и недостаточная компетентность заставили автора отказаться от сколько-нибудь подробного описания используемой экспериментальной аппаратуры. Можно только надеяться, что настоятельная потребность в монографии, посвященной этим проблемам, будет удовлетворена в будущем.

В книге отсутствуют таблицы важных физических констант, таких, как ядерные моменты, постоянные квадрупольного взаимодействия, химические сдвиги, времена релаксации и постоянные спин-спинового взаимодействия. Затрата труда на составление таких данных, ограниченность объема книги, а также опасность ее старения — все это привело автора к мысли, что значительно более подходящим местом для публикации таких данных являются обзорные статьи. По той же причине кажется невозможным и нежелательным приводить обширную библиографию опубликованных работ в области ядерного магнетизма, число которых к моменту написания книги превышает 2000 и непрерывно увеличивается.

Выбор ссылок, сделанных в книге, был произведен на основании следующих соображений. Автор исходил из того, что в книге в отличие от статьи нет необходимости везде делать ссылки на первоисточники и что привилегия и действительная задача автора состоит в объединении вкладов различных исследователей в данной области, а также их видоизменение в соответствии с точкой зрения автора. Однако справедливости ради нужно совершенно четко разъяснить, что ссылки, данные в каждом случае, не обязательно рассматриваются автором как самые оригинальные или самые важные в данной области, а скорее как удобные источники информации в дополнение той, которая дана в книге. Например, важная работа Кубо и Томита, которая оказала на автора очень большое влияние, не цитируется, так как ее содержание излагается достаточно детально. В результате ссылка на эту оригинальную статью оказывается менее полезной для читателя, чем ссылка на какую-либо другую, возможно, не столь важную работу. При таких обстоятельствах ясно, что именной алфавитный указатель не служил бы полезным целям и поэтому он не был составлен.

В заключение остановимся на вопросе, какую категорию читателей я имел в виду при написании настоящей книги. Это трудный вопрос, частично ответить на который можно, сказав, какой тип книги хотелось мне написать. Я намеревался сделать для ядерного магнетизма то, что Ван-Флек в свое время сделал для теории электрической и магнитной восприимчивости книгой, которая и через тридцать лет после издания сохранила свою актуальность. Если бы это удалось хотя бы частично, то я был бы вполне удовлетворен.

Невозможно выразить мою глубокую признательность за полезные обсуждения и конструктивную критику моим многочисленным друзьям

и сотрудникам, особенно членам нашей группы в Сакле и нашим гостям из-за границы. Однако я хотел бы особенно поблагодарить моего хорошего друга Ионеля Соломона, который терпеливо посвящал меня в тайны синхронного детектора и который был настолько добр, что приготовил несколько прекрасных фотографий для иллюстрации этой книги.

План книги и содержания многих глав выиграли от помощи и советов проф. Р, Паунда больше, чем я могу выразить словами. Хотя я несу полную ответственность за книгу в целом, в ней легко увидеть его влияние. Он может быть уверен в моей глубокой признательности.

А. А. Сакле,

Октябрь 1960 г.