Я хочу на своем блоге поделиться с Вами своими идеями, мыслями и педагогическим опытом по физике и астрономии

понедельник, 25 февраля 2013 г.

Физическая наука России, берущая начало от создания Академии Наук в Санкт-Петербурге в 1725 году и организации Московского Университета по плану Ломоносова в 1755 году, не играла руководящей роли в XIX веке.
Только в самом конце 1918 г. в Петрограде в труднейших условиях гражданской войны были созданы физико-технические институты и оптический институт, ставшие вскоре мировыми центрами.
Работая день и ночь, эти институты добились важных результатов в физике кристаллов, развитии модели Бора и космологии. В конце 20-ых и 30-ых годах физика России стала уже наукой сплошного фронта, а после открытия нейтрона (17 февраля 1932 года Чадвиком в Кембридже) вышла на первый план, быстро включившись в разработку ядерной физики.
С другой стороны, математика России во главе с Эйлером и другими учеными Петербурга (Чебышев, Ляпунов, Марков и др.), во главе с Лобачевским, профессором Казанского университета, установившим неевклидову геометрию в докладе 1826 года, уже с 18-го века стояла на первых местах в мире. Любопытно отметить, что гениальная работа Лобачевского не была признана Академией Наук. Высоко стояла химия России во главе с Менделеевым. Вместе с тем значительно отставала российская физика, вплоть до конца 19-го века, до работ Столетова по ферромагнетизму и электромагнитным волнам. Лебедев в Москве доказал наличие давления света (1900 год), а Попов построил антенну, положив начало современной радиофизики. Однако открытие элементарных частиц, радиоактивности, установление кинематики Лоренца-Пуанкаре, первые квантовые концепции (Планк, 1900 год), построение планетарной модели атома Резерфордом (1911 год) и ее квантование Нильсом Бором (1913 год) прошли мимо физики России.
Вместе с тем молодое поколение русских физиков сумело развить новую квантовую механику Гейзенберга, Макса Борна, Иордана, Шредингера, получив важные следствия в теории магнетизма, квантовой химии и других разнообразных приложений новой механики (Дирака и других).
Оптический институт овладел конструкцией приборов, а Петроградский Физтехинститут начал организовывать общие конференции и создавать филиалы Петроградского основного института. Среди них на первое место вышел Харьковский Физтехинститут с большой криогенной лабораторией Шубникова, а в 1929 году в Харькове была организована Первая всесоюзная теоретическая конференция с участием всего актива российских физиков, а также Иордана и Гейтлера, приехавших из Западной Европы. По предложению заместителя директора института Лейпунского и Иваненко, первого заведующего теоретическим отделом, в России впервые был организован научный журнал на иностранных языках. После преодоления огромных трудностей, связанных с заказом шрифтов в Петрограде и другими, новый физический журнал Советского Союза был подписан Иваненко к выпуску в Харькове весной 1932 года. Этот журнал сыграл большую роль в объединении всех физиков нашей страны и после нескольких лет публикации был заменен журналом на английском языке под редакцией С.И. Вавилова, издававшимся уже в Москве. Различные политические мотивы, обвинявшие физиков в пренебрежении диалектическим материализмом, привели уже после войны к закрытию этого журнала. Ряд сотрудников редакции и сотрудников Харьковского института, в том числе директор Обреимов, были арестованы и некоторое время находились в тюрьме. Крупный специалист по низким температурам Л.В.Шубников и ряд его сотрудников были расстреляны в 1938 году. Несмотря на это, Иоффе, правильно усмотрев в открытии нейтрона 17 февраля 1932 г. начало новой эпохи, организовал в институте целый новый ядерный отдел. Его семинаром было поручено руководить профессору Иваненко. Семинар быстро стал центральным научным органом в институте и всей стране, и И.В.Курчатов и Д.Иваненко решили даже организовать осенью 1933 года первую ядерную конференцию (фактичеки первую ядерную международную с участием Жолио, Дирака, Перрена, Разетти, Вейскопфа и других лидеров зарождавшейся ядерной физики).
Только через два месяца в Брюсселе был созван первый международный ядерный конгресс. Иваненко и Тамм построили в 1934 году первую теорию ядерных сил: распределялись протоны и нейтроны, из которых состоят все ядра, по оболочкам по примеру электронов в квантовой модели Нильса Бора. Однако в первое время атомные ядра рассматривались согласно Гамову как ядра из альфа-частиц. Космические ливни электронов и позитронов на великолепных фотоснимках в камере Вильсона окончательно подтвердили гипотезу Дирака о существовании антиматерии, Блэккет-Оккиалини сослались на модель Иваненко, установившего состав ядер из протонов и нейтронов, подчеркнув бета-распад как рождение новых частиц, отнюдь не находившихся внутри нейтронов, вопреки Гейзенбергу. При этом Гейзенберг, незамедлительно поддержавший нейтрон-протонную модель атомного ядра Иваненко (апрель 1932), совершил крупную ошибку, рассматривая электроны при бета-распаде как находившиеся до распада внутри нейтронов, вместо того, чтобы по модели Иваненко рассматривать бета-распад как рождение новых частиц подобно фотонам. Этот ляпсус Гейзенберга был раскритикован многими физиками (Вигнер, Пейерлс, Амальди и другие на ряде конференций и в публикациях). Позднее Гейзенберг, конечно, признал свою ошибку и подчеркнул, что объяснение бета-распада было самым трудным пунктом протон-нейтронной модели Иваненко.
Ядерные силы Тамма-Иваненко, реализованные обменом парами электронов-нейтрино между протонами и нейтронами, оказались очень слабыми, и необходимо было отыскать главные ядерные силы. Это удалось сделать японскому физику Юкава в 1935 году, выдвинувшему в развитие идеи Иваненко и Тамма о силах, реализуемых частицами с массой, гипотезу о реализации ядерных сил через новые частицы – мезоны, по массе средние между протонами-нейтронами и легкими электронами. Открытие многих типов мезонов, действительно реализующих главные ядерные силы, явилось крупным шагом в теории ядра и всех элементарных частиц. Таким образом, основные элементы оказались составленными из протонов и нейтронов, мезонов разного типа и легких частиц-лептонов. Дальнейшие исследования показали, что в основе мезонов лежат фундаментальные элементы – кварки; поэтому по современным представлениям основные элементы материи состоят из трех семейств пар кварков и трех семейств лептонов (электрон со своим нейтрино, мюон со своим нейтрино и более тяжелый тау-лептон со своим нейтрино). Не останавливаясь на деталях, подчеркнем, что кварковая модель материи привела ко многим интересным результатам, хотя сами кварки в свободном виде еще не открыты. В 1965 году Иваненко и Курдгелаидзе выдвинули гипотезу о существовании целых кварковых звезд; эту идею развили Марков, Де Саббата, Итох и другие авторы.
В ряде лабораторий (Балдин в Дубне, научный центр в Дармштате – Германия и французская лаборатория Гавил) надеются получить свободные кварки, обстреливая атомные ядра, из которых могут вылететь их составные части, т.е. кварки. Наряду с разнообразными ядерными реакциями следует подчеркнуть создание первой атомной электростанции (в Обнинске в 1954 году неподалеку от Москвы). После бомбардировки в начале августа 1945 года двух городов Японии (Хиросима и Нагасаки) первыми американскими ядерными бомбами общее внимание было обращено на запрещение ядерных взрывов в атмосфере и ограничение энергии подземных ядерных взрывов. Международный центр ядерной энергии, находящийся в Вене, контролирует строгим образом строительство новых атомных электростанций. В настоящее время работают 420 ядерных реакторов, которые в ряде стран поставляют заметную долю электроэнергии (например, во Франции более 70% электроэнергии получаются при помощи ядерных реакций). В нашей стране атомные электростанции строятся главным образом в европейской части; известная авария на АЭС в Чернобыле, неподалеку от Киева, вновь обратила внимание на необходимость самого строгого контроля над работами АЭС.
Вместе с тем, огромная опасность распространения продуктов ядерных реакций по всей планете в настоящее время представляет собой сложную проблему захоронения отработавших частей атомных станций. Новый этап ядерной технической физики связан с замечательным открытием в самом конце 1938 года особой ядерной реакции, обязанной бомбардировке тяжелых ядер нейтронами (Ган и Штрасман при содействии Лизе Мейтнер обнаружили особый вид "Деления" ядер, подвергнутых бомбардировке нейтронами). Возникла идея образования цепной ядерной реакции, что очевидно могло иметь серьезные военные применения. Цепная ядерная реакция была реализована в конце 1942 года Ферми в США. В нашей стране ученики Курчатова Флеров и Пстржак реализовали новый тип радиоактивности, когда реакция Деления сверхтяжелых ядер идет спонтанно без участия обстрела нейтронами. Теория Деления ядер типа Гана была разработана Я.И.Френкелем и параллельно подробно Нильсом Бором и Уилером на основе представления о ядрах как плазмы из протонов и нейтронов, с учетом влияния оболочек протонов и нейтронов. Мы позволим себе подчеркнуть, что, не игравшая раньше роли в мировой науке, физика России внесла огромный вклад в современный ядерный этап как с точки зрения понимания строения материи, так и ее технических применений (вплоть до использования атомных электростанций, применений в литографии, применений в медицине и других областях).
Естественным образом стали образовываться крупные международные научные центры, на первое место из которых выдвинулась лаборатория ЦЕРН в Женеве, где реализованы ускоренные частицы (протоны- антипротоны в сотни миллиардов электрон-вольт), а также получена рекордная по величине энергии реакция синхротронного излучения, предсказанного в нашей стране Иваненко и Померанчуком в 1944 году, в особой установке при столкновении пучков электронов и позитронов с рекордной энергией в 60 миллиардов электрон-вольт.
Согласно плану работ ЦЕРНа, в 1996 году энергия в каждом пучке сталкивающихся электронов и позитронов может быть удвоена. Получение еще более высокой энергии электронов и позитронов невозможно ввиду необходимости компенсации высокой энергии синхротронного излучения (несравнимой с сотнями миллиардов ускоренных протонов и антипротонов, уже работающих в ЦЕРНе). Вместе с тем следует отметить, что наибольший намеченный ускоритель в США с длиной окружности 87 километров в настоящее время прекратил свою разработку ввиду крайней дороговизны и сложности всей установки; поэтому в настоящее время физики перешли к ускорению частиц в линейных установках, где отсутствуют помехи со стороны синхротронного излучения (СИ). Вместе с тем, СИ представляет огромный интерес с научной и технической точек зрения; в США начал издаваться специальный журнал "Новости синхротронного излучения"; ежегодно созываются специальные конференции, посвященные применению СИ в различных областях физики, химии, медицине и т.д. Коротко говоря, современная физика далеко продвинулась в таких направлениях как развитие представлений о Вселенной, а также проникновение вглубь материи вплоть до мельчайших её элементов – кварков. Вопрос о существовании субкварков по гипотезе Абдуса Салама – Пати (в крупном теоретическом институте в Триесте) далеко ещё не решен, также не ясен вопрос о возможности наличия субкварков разных типов. Традиционно важное значение имеют исследования в области тяготения; особый интерес представляют, наряду с нашей калибровочной трактовкой, модели тяготения с пространствами нецелых размерностей (см. ряд публикаций в данном журнале с 1991 года): размерность меняется при перемещении по пространству, и вследствие того, что размерность пространства (и времени) вблизи планет не такая, как в удалении от них, планеты притягиваются друг к другу и притягивают лучи звезд. Возможно также, что такие модели сделают более понятными механизмы звездного излучения: при значениях размерности, достаточно отличающихся от обычного, частицы, скорее всего, нестабильны. С точки зрения космологии, по-видимому, Вселенная не является однородной плазмой, но состоит из недавно обнаруженных групп Галактик. Согласно нашей гипотезе, подходящим способом описания Вселенной была бы ее квазикристаллическая структура.
Так или иначе современная физика вновь переживает весьма интересный переходный период, в котором многие свойства всей Вселенной и мельчайших ее составных частей обладают во многом сходными свойствами. Следует надеяться, что Российская физика сумеет вновь внести важный вклад в понимание строения Вселенной.

5 комментариев:

  1. Советские ученые наибольшее число раз удостаивались Нобелевской премии именно по физике.

    ОтветитьУдалить
  2. Сколько интересной информации!!!

    ОтветитьУдалить
  3. Россияне в физике рулят, даже если не живут в России!

    ОтветитьУдалить
  4. Интересная и познавательная информация.

    ОтветитьУдалить