Научные труды. В двух книгах. Книга первая

УДК 53(082.21)
ББК 22.3я44
 
Ф83

Рецензент

доктор физико-математических наук Б.М. Болотовский

Составитель

доктор физико-математических наук А.И. Франк

Франк И.М.

Научные труды : в 2 кн. / И.М. Франк ; Объединенный институт ядерных 

исследований. – М. : Наука, 2018. – 478 с. – ISBN 978-5-02-040044-3.

В первой книге собрания трудов выдающегося физика, лауреата Нобелевской пре
мии академика И.М. Франка помещены работы разных лет, отобранные по тематическому 
признаку. Среди них статьи 1931–1935 гг. по флуоресценции и фотохимическим реакциям, а также статьи по оптике источников света, движущихся в преломляющих средах, в том 
числе работы, посвященные теории излучения Вавилова–Черенкова и эффекта Доплера в 
преломляющей среде. Значительное место занимают статьи по предсказанию и исследованию переходного излучения. Последний раздел книги полностью воспроизводит монографию И.М. Франка «Излучение Вавилова–Черенкова. Вопросы теории».

Для физиков, студентов и аспирантов физических специальностей, историков науки.

По сети “Академкнига”

ISBN 978-5-02-040044-3 
©  Объединенный институт ядерных иссле
дований, 2018

 
©  Франк А.И., составление, 2018

 
©  Редакционно-издательское оформление. 

ФГУП Издательство «Наука», 2018

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее издание содержит значительную часть научных работ выдаю
щегося физика, лауреата Нобелевской премии академика Ильи Михайловича 
Франка (1908–1990).

Работы распределены по двум томам, в основном по тематическому 

признаку. Первый том состоит из четырех частей. В первую вошли работы  
1931–1935 гг. по флуоресценции и фотохимическим реакциям. За одним исключением они были выполнены в лаборатории А.Н. Теренина в Государственном оптическом институте в Ленинграде и составили основу докторской 
диссертации И.М. Франка.

Вторая часть озаглавлена «Оптика источников света, движущихся в прелом
ляющих средах», что совпадает с названием Нобелевской лекции И.М. Франка. 
При работе над этим разделом мы встретились с определенными трудностями. Первоначальное намерение собрать в нем основные работы, посвященные проблеме излучения Вавилова–Черенкова или с ней связанные, оказалось трудно осуществимым. Дело в том, что в 1988 г., за два года до кончины 
Илья Михайлович опубликовал книгу «Излучение Вавилова–Черенкова. Вопросы теории», в которой собрал свои основные работы на эту тему, снабдив 
их обширными комментариями и дополнениями. При этом некоторые из его 
статей вошли в книгу полностью, другие изложены достаточно подробно. Нам 
представлялось, что включение этих статей в сборник в их оригинальном виде 
игнорировало бы то обстоятельство, что взгляды автора на них в чем-то изменились, или существенно обогатились в конце его жизни.

Поэтому мы сочли необходимым полностью включить книгу И.М. Франка 

в качестве последней части настоящего тома, а во второй его части представить 
работы по исследованию излучения Вавилова–Черенкова, которые либо совсем не вошли в книгу, либо напечатаны там с существенными сокращениями. 
В этот же раздел включены работы, в которых И.М. Франк рассмотрел другие 
важные радиационные эффекты, возникающие при движении источников излучения в преломляющей среде.

Статьи этого раздела публикуются не в хронологическом порядке. Условно 

их можно разделить на две группы. Первая начинается статьей 1942 г. об эффекте Доплера в преломляющей среде, являющейся этапной в научной биографии И.М. Франка. Круг затронутых в ней вопросов существенно шире, чем 
это следует из названия. Последующие статьи так или иначе связаны с той же 
проблемой. Во второй группе работ представлены работы, посвященные переходному излучению.

Третья часть сборника содержит работы разных лет, тематика которых от
лична от тематики первых двух разделов. Мы сочли полезным включить в нее 
первую из опубликованных работ И.М. Франка, посвященную одной геометрической проблеме, а также работу, выполненную им в Эльбрусской экспедиции 1934 г. Третьей работой этого раздела стала статья об импульсе фотона 
в среде с отрицательной групповой скоростью.

Четвертая часть тома, как уже говорилось, полностью воспроизводит кни
гу И.М. Франка об излучении Вавилова–Черенкова. Последняя глава книги 
представляет собой Нобелевскую лекцию.

Работы И.М. Франка приводятся стереотипно, с сохранением терминоло
гии и орфографии автора. Библиографические источники также даны в авторской интерпретации.

А.И. Франк

ИЛЬЯ МИХАЙЛОВИЧ ФРАНК

(краткий очерк жизни и научной деятельности) *

Илья Михайлович Франк родился 23 октября (10 октября по старому сти
лю) 1908 г. в Петербурге. Он был вторым ребенком в семье. Его старший брат 
Глеб родился 24 (11) мая 1904 г. Отец Ильи Михайловича Михаил Людвигович, 
исключенный за политическую деятельность из Московского университета, 
получил образование в Германии. За четыре года до рождения Ильи он получил диплом инженера-машиностроителя в Баварской политехнической школе 
(ныне – Мюнхенский технический университет). После возвращения в Россию 
в 1904 г. он не мог работать в высшей школе, так как у него не было университетского диплома, полученного в России. В 1904–1906 гг. он жил на случайные 
заработки. С 1906 г. начал преподавательскую деятельность в средних технических учебных заведениях, на «Курсах пожарных техников» и на «Политехнических курсах Общества народных университетов». Преподавал математику 
и физику. В 1907 г. он поступил на математический факультет Петербургского университета, но вскоре был из него исключен, так как не мог представить 
справку о политической благонадежности. В 1913 г. Михаилу Людвиговичу удалось получить диплом в Юрьевском (позднее Тартуском) университете, известном своей либеральностью. В течение 1912–1913 гг. он сдал экстерном государственные экзамены в этом университете и в декабре 1913 г. получил диплом 
1-й степени (степень кандидата физико-математических наук, как тогда назывался такой диплом). Только после этого для него появляется возможность 
работы в Петербургском политехническом институте (Политехе), где он получил должность приват-доцента, и материальное положение семьи более или  
менее устроилось.

Мать Ильи Михайловича Елизавета Михайловна (урожденная Грациано
ва) происходила из семьи нижегородского чиновника1. По-видимому, знакомством с Михаилом Людвиговичем она была обязана своему брату Павлу 
Михайловичу Грацианову – гимназическому товарищу Михаила Людвиговича. Она вышла замуж за Михаила Людвиговича в 1902 г. в период его учебы 
в Мюнхене и вернулась в Россию в 1904 г., ожидая первого ребенка. Бабушка 
Ильи Ольга Петровна – мать Елизаветы Михайловны, происходила из духовной семьи. Многие годы она жила в семье дочери и, вероятно, оказала определенное влияние на воспитание внуков.

Из-за отсутствия у Михаила Людвиговича постоянной работы в первые 

годы жизни в России семья испытывала острую нехватку средств. Возможно 
поэтому, а может быть просто в силу своего энергичного характера, но так или 
иначе Елизавета Михайловна, будучи уже матерью двоих детей, оканчивает 
курсы сестер милосердия, а в 1913 г. и Женский медицинский институт.

* При работе над этим очерком автор частично воспользовался материалами статьи 

И. Я. Барита, Б. М. Болотовского, М. В. Казарновского и В. Е. Пафомова «Краткий очерк 
научной, педагогической и общественной деятельности», опубликованной в брошюре: Илья 
Михайлович Франк. Библиография ученых СССР. М.: Наука, 1979.

1 Об отце Елизаветы Михайловны достоверно известно только то, что он имел чин над
ворного советника.

В относительно короткий период устроенной жизни 1913–1917 гг. семья жи
вет так, как, вероятно, многие семьи того же круга. Работают, лето проводят на 
даче. Летом 1917 г. Елизавета Михайловна едет с детьми в Крым. Перед этим 
тяжело болел Глеб, да и у самой Е.М. не все было хорошо со здоровьем. Вероятно, и Михаилу Людвиговичу было спокойнее знать, что семья вдали от Петрограда. Скоро, по-видимому, стало ясно, что осень 1917 г. – не лучшее время для 
возвращения в Петроград, и семья задержалась в Крыму, как потом окажется, 
на долгие годы. Летом 1918 г., понимая, что может оказаться совершенно разделенным с семьей, Михаил Людвигович испрашивает отпуск в Политехе и, вероятно, не без труда, добирается до Крыма. Туда же приезжают брат Елизаветы 
Михайловны Павел Михайлович и ее мама Ольга Петровна.

Вскоре для Елизаветы Михайловны находится работа в детском санато
рии им. А.А. Боброва в Алупке. Там же на какое-то время поселяется и вся 
семья. Что касается Михаила Людвиговича, то найти ему работу по специальности в Крыму было практически невозможно, однако помог инженерный диплом. В Алупке почему-то оказалось Управление работ по изысканиям и составлению проекта орошения Голодной степи. Туда на работу и был принят 
М.Л. Франк. Илья в это время начал учиться в ялтинской школе, которая впоследствии была преобразована в промышленно-экономический техникум.

Осенью 1918 г. в Симферополе открылся Таврический (Крымский) уни
верситет. С января 1919 г. М.Л. Франк был приглашен туда в качестве ассистента кафедры анализа, возглавляемой Н.М. Крыловым. Вскоре, в 1923 г., 
М.Л. Франк избирается профессором. В Таврическом университете, особенно в первый период его существования, были сосредоточены первоклассные 
научные силы. У М.Л. Франка установилась прочная дружба со многими талантливыми учеными – с физиками Я.И. Френкелем, И.Е. Таммом, Т.А. Афанасьевой-Эренфест, с биологом А.Г. Гурвичем. Многим из них довелось 
впоследствии сыграть значительную роль в жизни обоих сыновей Михаила 
Людвиговича.

Трагические события произошли в это время в жизни старшего брата 

М.Л. Франка, Семена Людвиговича. В 1917 г. он, будучи известным уже философом, получил от Временного правительства предложение организовать 
и возглавить историко-филологический факультет в Саратовском университете. В последующие годы, оставаясь с семьей в Саратове, он пережил там все 
трудности разрухи и голода. В 1921 г. переехал в Москву, и летом 1922 г. в числе 
многих выдающихся деятелей русской науки и культуры был арестован и выслан из страны.

В школе и техникуме Илья Михайлович учился до 1925 г. Учеба эта не была 

слишком регулярной, поскольку он часто болел. В своей автобиографии И.М. 
писал, что в то время он увлекался биологией и охотно самостоятельно занимался математикой, чему способствовали помощь отца и книги, которые он 
ему дарил. В 1925 г. по окончании первого курса техникума (что эквивалентно 
8 классам средней школы) он переехал к отцу в Симферополь, куда четырьмя 
годами ранее перебрался Глеб, ставший студентом Агрономического факультета Таврического университета, а потом и ассистентом на кафедре профессора 
А.Г. Гурвича. В отличие от брата, Илья формально не являлся студентом университета, но в 1925/26 учебном году слушал там лекции по физике и математике и работал в учебной физической лаборатории. Принимал он участие и в ра

боте существовавшего при университете математического кружка, и сделал 
первые шаги в самостоятельной научной работе. Сделанный им тогда доклад, 
впоследствии был опубликован. Это была его первая научная работа («Гео- 
метрический вывод обобщенной теоремы Сatalan’a», 1928 г.).

В 1926 г. Илья Михайлович уезжает в Москву, сдает вступительные экза
мены в Московский университет и поступает на первый курс физико-математического факультета. Вскоре после приезда в Москву отец познакомил его 
с И.Е. Таммом, Г.С. Ландсбергом и Л.И. Мандельштамом. Сам И.М. писал 
позже в своих воспоминаниях, что «отец объяснил мне, что в отличие от него, 
исключенного с первого курса университета, мне посчастливилось, и я буду 
учиться у замечательных ученых – математиков и физиков». Учился И.М. жадно и помимо лекционных курсов стремился попасть в физическую лабораторию. После того, как на первом курсе (а не на втором, как полагалось) он 
закончил общий студенческий практикум, Г.С. Ландсберг рекомендовал его 
С.И. Вавилову, набиравшему студентов для постановки задач в специальном 
оптическом практикуме. В то время Г.С. Ландсберг, И.Е. Тамм и С.И. Вавилов были ближайшими сотрудниками Л.И. Мандельштама. Таким образом, он 
попал в одну из лучших физических лабораторий того времени. Его первым 
непосредственным руководителем был М.А. Леонтович, бывший в то время 
аспирантом. Благодаря собственному усердию и помощи М.А. Леонтовича 
он довольно быстро справился с постановкой порученной ему задачи, и тогда 
С.И. Вавилов предложил Франку продолжать работу непосредственно у него 
и над поручаемой им темой. «Вскоре я понял, какая это была для меня удача», 
писал позже Илья Михайлович. Под руководством С.И. Вавилова он выполнил 
экспериментальную работу по исследованию тушения люминесценции в жидкостях («О сфере действия процессов тушения в флуоресцирующих жидкостях», 1931 г.). Так начались многолетнее сотрудничество и тесные личные отношения учителя и ученика.

Впоследствии Илья Михайлович так вспоминал об этом времени: «В мо
лодости мне посчастливилось в том отношении, что уже в студенческие годы 
я попал в среду, в которой истинное научное влияние воспринималось особенно интенсивно и разносторонне. Я имею в виду научную школу Л.И. Мандельштама, к которой принадлежали мои непосредственные учителя и выдающиеся 
физики С.И. Вавилов, Г.С. Ландсберг, И.Е. Тамм – ученые, столь различные 
по своей индивидуальности. Была, однако, особенность, характерная для всей 
этой школы, – это непрерывное научное общение. Вопросы теории и результаты экспериментов неизменно и постоянно обсуждались, и эти разговоры (они 
происходили и вне научных семинаров), частые и длительные, никто не считал 
потерей времени»2.

Примерно два года спустя И.М. Франк был направлен для прохождения 

студенческой практики в Ленинград, в Государственный оптический институт (ГОИ). С.И. Вавилов посоветовал ему постараться попасть на практику 
к Александру Николаевичу Теренину и снабдил его рекомендательным письмом. Рекомендации Вавилова было достаточно, чтобы А.Н. Теренин, прини
2 Франк И.М. О когерентном излучении быстрого электрона в среде // Проблемы теоре
тической физики. Памяти Игоря Евгеньевича Тамма. М.: Наука, 1972. С. 350, 352.