Главная Виды Главные открытия 20 века в физике. История физики: хронология, ученые-физики и их открытия

Главные открытия 20 века в физике. История физики: хронология, ученые-физики и их открытия

(1885-1962)
Физик, лауреат Нобелевской премии за 1922 год
В МИКРОМИРЕ ИНЫЕ ЗАКОНЫ

Нильс Бор родился 7 ноября 1885 года в семье известного датского физиолога. Еще ребенком, наблюдая за многочисленными физическими экспериментами, проводимыми отцом, Нильс увлекся естественными науками. С 1903 по 1908 год Нильс Бор учится в Копенгагенском университете. Выдающиеся способности юноши замечены преподавателями, так что вскоре Нильс становится помощником ассистента на кафедре физики. В 1911 году молодой ученый защищает докторскую диссертацию, посвященную электронной теории металла. Уже в этой ранней работе Нильса Бора содержится вывод о том, что представления классической физики недостаточны для объяснения электронных и атомных процессов, как и явлений электромагнитного излучения.

После защиты диссертации Нильс Бор едет на стажировку в Англию, где работает сначала в Кембриджском университете, а затем Манчестере - в лаборатории Эрнеста Резерфорда, к тому времени уже знаменитого физика. Именно в те годы Резерфорд экспериментально доказал, что внутри атома находится некое массивное тело. Экспериментатор назвал его «ядром». В опубликованной в 1912 году статье «Рассеяние альфа- и бета-частиц в веществе и структура атома» Резерфорд уподобил атом миниатюрной солнечной системе, в которой вокруг положительно заряженной «звезды»-ядра вращаются отрицательно заряженные «планеты» - электроны.

Поначалу ядерно-электронная модель атома не была принята всерьез научным миром. Ведь она шла вразрез с классическими канонами физики! Однако двадцатипятилетний Нильс Бор сразу поверил в атомную модель Резерфорда. Он понял, что исходя из этой «химерической» планетарной системы можно построить новую физику. Впоследствие она получила название «квантовая физика атома». Вот что писал Нильс Бор в своих Мемуарах: «Весной 1912 года я пришел к убеждению, что электронное строение атома Резерфорда управляется с помощью кванта действия». Рассуждал он примерно так: атом ничтожно мал, его диаметр не превышает стомиллионной доли сантиметра. При этом его частипы обладают электрическими зарядами строго определенной величины, а также определенной массой. Как, исходя из этих данных, «вывести» размер атома? Массы и заряды не позволяют получить величину, имеющую размерность длины. Значит, либо должны существовать некие, доселе неизвестные силы, действующие на расстояниях, соизмеримых с атомным радиусом, либо в расчеты должны быть введены некие константы, которые позволят вместе с зарядом и массой получить величину размерности длины. Такой константой могла стать только постоянная Планка.

1913 год. Именно в том году он опубликовал три фундаментальные работы, введя в науку свои знаменитые квантовые постулаты, определявшие строение атома, а также испускания и поглощения им электромагнитного излучения. На примере атома водорода ученый констатировал, что излучение электрона, который движется вокруг ядра, не представляет собой непрерывного спектра, а значит, не может быть описано законами классической электродинамики, согласно которым электроны вследствие своего ускорения должны были бы постепенно терять энергию и в конце концов упасть на ядро. Чтобы устранить возникшее противоречие, Бор предложил опереться на данные эксперимента, а не на классические постулаты, абсолютно бессильные, коль скоро речь заходит о столь малых заряженных объектах. Он выдвинул свои постулаты, в основе которых лежала, как уже говорилось, квантовая теория Макса Планка.

В соответствие с постулатами Бора, электрон в свободном атоме водорода вращается вокруг ядра не по произвольной орбите, а по такой траектории, прохождение которой не связано с излучением энергии. Образование линейчатого спектра, непонятного с точки зрения классической физики, объяснялось тем, что электрон, поглощая фотон, переходит на более высокую орбиту. Соответственно, при потере энергии, электрон переходит на более низкую орбиту.

Теория объясняла также потерю атомом электронов при образовании положительных ионов. Основные постулаты теории Бора были изложены в статье «О строении атомов и молекул», опубликованной 5 апреля 1913 года. Согласно этой теории:

а) электроны могут перемещаться только по строго определенным орбитам. Чем дальше находится электрон от ядра, тем слабее притяжение,
которое он испытывает, и тем проще его вырвать из атома;

б) при перемещении по одной и той же орбите электрон не излучает энергии;

в) при перескакивании с одной орбиты на другую электрон поглощает или излучает энергию: при переходе с более близкой на более дольнюю
орбиту - поглощает, так как при этом он преодолевает силу притяжения ядра, в случае обратного перехода - излучает.

Переход с одной орбиты на другую соответствует излучениям со строго определенными частотами, которые вычисляются с помощью постоянной Планка. Фотоны переносят энергию не непрерывно, а в виде квантов. Каждое тело, которому сообщается энергия (например, при нагреве), возвращает ее затем в виде излучения со строго определенной частотой, специфичной для данного вещества. Теория Бора стала подлинной революцией в физике. Она показала, что в микромире действуют законы, абсолютно непохожие на те, которыми описывается мир макрообъектов. Однако достаточно стройная модель атома Резерфорда-Бора не лишена была противоречий. Ведь новое представление о стационарных электронных орбитах опиралось на теорию Планка, тогда как расчет этих «планетарных» орбит производился по методам классической механики. Физик Генри Брэгг иронизировал на сей счет: «Мы как бы должны по понедельникам, средам и пятницам пользоваться классическими законами, а по вторникам, четвергам и субботам - квантовыми». Со временем наука пришла к выводу, что резерфордовско-боровская модель атома - лишь удобное приближение, тогда как реальный атом намного сложнее. Однако постулаты Бора не только устояли, но и легли в основу современной теоретической физики.

В 1920 году Нильс Бор становится во главе созданного им Института теоретической физики в Копенгагене, в 20-30-е годы по праву считающегося международным центром науки. Здесь ученый продолжает работу по изучению строения атома и атомного ядра. На заседании Физического общества 18 октября 1921 года он выступает с докладом «Строение атома и физические и химические свойства элементов», в котором объясняет глубинные причины периодического изменения свойств элементов. Бор связывает Периодическую систему Д. Менделеева с изменениями в строении электронных оболочек элементов. Вот как это формулируется в докладе: «Последовательность элементов распадается на различные периоды, внутри которых их химические свойства изменяются известным характерным образом. Для истолкования этой закономерности естественно предположить отчетливое распределение электронов в атоме таким образом, что расположение групп элементов в системе следует приписать постепенному образованию электронных групп в атоме по мере увеличения атомного ядра». Плодотворность предложенного датским физиком подхода вскоре была доказана фактом открытия гафния. Бор предположил, что неизвестный элемент с порядковым номером 72, хотя он и расположен в Периодической системе рядом с лантаноидами, может быть обнаружен не среди них, а вблизи циркония. Это предположение он сделал на основании того, что ряд лантаноидов заканчивается на элементе 71, электронная оболочка которого содержит максимальное число электронов - то есть полностью заполнена, из чего следует, что элемент с порядковым номером 72 относится уже к другой группе. В 1922 году Нильсу Бору была присуждена Нобелевская премия по физике «за заслуги в изучении строения атомов и испускаемого ими излучения»: В своей нобелевской лекции Бор сообщил о том, что двое его сотрудников обнаружили элемент с порядковым номером 72 именно в циркониевых минералах. Так блестяще подтвердилось предсказание великого ученого. В 30-е годы областью научных интересов датского естествоиспытателя становится ядерная физика. В 1936 году он предлагает свой механизм протекания ядерных реакций, согласно которому бомбардирующая частица и ядро «простреленного» атома образуют составное ядро, в котором мгновенно перераспределяется энергия. Через ничтожно малый промежуток времени один или несколько нуклонов приобретают энергию, достаточную для того, чтобы покинуть ядро. В 1939 году Бор выдвигает капельную модель ядра. Совместно с Д. Уилером он разрабатывает количественную теорию деления урана под действием нейтронов и, благодаря своей блестящей научной интуиции, предсказывает вероятность спонтанного деления ядер.

Во время Второй мировой войны Данию оккупируют немецкие войска. Утром 29 сентября 1943 года Бор получает секретное сообщение о том, что фашисты собираются насильственно вывезти его в Германию, поскольку руководство «Третьего рейха» решило привлечь великого датчанина к реализации гитлеровского атомного проекта. Благодаря связям с движением Сопротивления, Бору и его жене удается в последнюю минуту ускользнуть от германских спецслужб. Под покровом ночи тайно они покидают родину на рыбацком судне и переправляются в Швецию. Оттуда они вскоре летят в Англию на переполненном бомбардировщике. Место для ученого нашлось только в бомбовом отсеке. Кислородный шлем оказался Бору слишком мал, и, пока самолет шел на большой высоте, физик едва не погиб от удушья. Кроме того, как впоследствии выяснилось, летчики имели приказ в «крайнем» случае открыть бомбометательный люк: ученый ни в коем случае не должен был попасть в руки врага. К счастью, все обошлось. Из Англии Бор перебирается в США, где принимает участие в работах по созданию атомной бомбы. Одним из первых великий датчанин понял, какая опасность таится в открытиях физиков-ядерщиков. В июле 1944 года он обратился к президенту США Ф. Рузвельту с меморандумом, в котором высказался за полное запрещение производства и применения атомного оружия. Сын Нильса Бора продолжил дело отца. В 1975 году Оге Бор получил Нобелевскую премию по физике «за развитие теории структуры атомного ядра».

Тим Бернерс-Ли

(р. 1955)
¶Создатель глобальной компьютерной сети
¶ВСЕМИРНЫЙ ПАУК

Он родился в Англии в семье с крепкими патриархальными традициями. Читать полностью »

(р. 1922)¶Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1964 год
¶МАЗЕР И ЛАЗЕР

Среди его научных трудов есть посвященные оптическим свойствам полупроводников и сверхпроводимости,
молекулярной плазме и синхротронному излучению, космическим лучам, пульсирующим нейтронам и даже проблемам общей теории относительности. Читать полностью »

(р. 1908)¶Физик, лауреат Нобелевских премий за 1956 и 1972 гг.
¶В ПОИСКАХ ТРАНЗИСТОРНОГО ЭФФЕКТА

Будущий дважды Нобелевский лауреат родился 23 мая 1908 года в городе Мэдисон, штат Висконсин, в семье профессора анатомии. Читать полностью »

Лев Андреевич Арцимович

(1909-1973)¶Физик
¶ВСЕ ОТРИЦАЮЩИЙ ДУХ

Академик Арцимович родился 25 февраля 1909 года в Москве. Читать полностью

Николай Николаевич Андреев

(1880-1970)¶Физик¶
ЧИСТОТА ЗВУКА

Основоположник российской акустической школы родился 15 июля 1880 года. Читать полностью »

Луис Альварес

(1911-1988)¶Физик, лауреат Нобелевской премии за 1968 год¶
И САМОЛЕТЫ, И ДИНОЗАВРЫ

Луис Уолтер Альварес родился 13 июня 1911 года в Сан-Франциско в семье университетского профессора. Читать полностью »

Анатолий Петрович Александров

(1903-1994)¶Физик¶
ОТ КИЕВА ДО ЧЕРНОБЫЛЯ

Академик Александров прожил долгую, интересную жизнь. Его творческую судьбу можно было бы назвать счастливой, если бы не авария, случившаяся в 1986 году на Чернобыльской АЭС на созданном им реакторе. Читать полностью »

Макс Фон Лауэ

(1879-1960)
Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1914 год
ЛУЧИ В ПЛЕНУ У КРИСТАЛЛА

Макс Теодор Феликс фон Лауэ родился 9 сентября 1879 года в Германии. Его отец в 1913 году получил потомственное дворянство и престижную приставку «фон» к фамилии. Читать полностью »

Лев Давидович Ландау

(1908-1968)
Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1962 год
ВЕЛИКИЙ УПРОСТИТЕЛЬ

Его называли лучшим физиком-теоретиком своего времени, а главным его качеством коллеги считали умение предельно ясно показывать фундаментальную простоту, присущую основным явлениям природы. Читать полностью »

Мария Кюри-Склодовская

(1867-1934)
Физик, химик, лауреат Нобелевских премий за 1903 и 1911 годы
ДОБЫЧА РАДИЯ - ТА ЖЕ ПОЭЗИЯ

Одна из самых великих женщин и ученых всех времен и народов, Мария Склодовская родилась 7 ноября 1867 года в Варшаве. Читать полностью »

Пьер Кюри

(1859-1906)
Физик, лауреат Нобелевской премии за 1903 год
СВЕТ БУДУЩЕГО

Пьер Кюри родился 15 мая 1859 года. Его отец Эжен Кюри был врачом, причем хорошим, однако после разгрома Парижской коммуны, участником которой был, он не имел богатых пациентов, а потому нуждался. Читать полностью »

Игорь Васильевич Курчатов

(1903-1960)
Физик
ВОИНСТВЕННЫЙ ATOM

Выдающийся физик Игорь Курчатов родился 12 января 1903 года в небольшом поселке Сим неподалеку от Уфы. Отец его, по образованию землемер, был в то время помощником лесничего. Читать полностью »

Вильгельм Рентген

(1845-1923)
Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1901 год
В СВЕТЕ ИКС-ЛУЧЕЙ

На фотопластинке проявляется контур изящной дамской руки с длинными пальцами. Снимок похож на негатив: отчетливо видны белые кости и более темные ткани вокруг них. Читать полностью »

Эрнест Резерфорд

(1871-1937)
Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1908 год
ПЛАНЕТА ПО ИМЕНИ АТОМ

Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года в Новой Зеландии в семье шотландского переселенца. Отец Эрнеста был не только хозяином деревообрабатывающего предприятия, но и мастером на все руки. Читать полностью »

Александр Михайлович Прохоров

(р. 1916)
Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1964 год
НА РАДИОВОЛНЕ

Русский ученый Александр Прохоров родился в Австралии. Туда забросила судьба его родителей, беглых ссыльных Михаила и Марию. Читать полностью »

Макс Планк

(1858-1947)
Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1918 год
ЛЕГКИЕ ШАГИ ЭНЕРГИИ

Биографы Макса Карла Эрнста Людвига Планка утверждают, что великий физик состоял в родстве разной степени близости с философами Шеллингом и Гегелем, поэтами Шиллером и Гельдерлином. Читать полностью »

Вольфганг Паули

(1900-1958)
Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1945 год
ЧЕЛОВЕК, КОТОРЫЙ НАЛАГАЛ ЗАПРЕТЫ

Биограф австро-швейцарского физика Вольфганга Эрнста Паули, автор книги «В поисках. Физики и квантовая теория» Барбара Клайн писала: «Внешне он очень напоминал Будду, но Будду, в глазах которого светился ум. В научных спорах Паули был бесподобен. Читать полностью »

Энрико Ферми

(1901-1954)

АТОМЫ У НЕГО ДОМА

Читать полностью »

Ричард Филлипс Фейнман

(1918-1988)

ВАЛЬС ЛЕТАЮЩИХ ТАРЕЛОК

Читать полностью »

Джозеф Джон Томсон

(1856-1940)

ОТЦЫ И ДЕТИ

Читать полностью »

Игорь Евгеньевич Тамм

(1895-1971)

«УРОВНИ ТАММА»

Он родился 8 июля 1895 года на самом краю России - во Владивостоке. Вскоре семья переехала на Украину, в Елисаветград (позже Кировоград), где отец Игоря Евгеньевича Читать полностью »

Энрико Ферми

(1901-1954)
Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1938 год
АТОМЫ У НЕГО ДОМА

Как любой художник без запинки перечислит шедевры Рембрандта, так и рядовой физик с удовольствием расскажет о «шедеврах», автором которых является Энрико Ферми. Читать полностью »

Ричард Филлипс Фейнман

(1918-1988)
Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1965 год
ВАЛЬС ЛЕТАЮЩИХ ТАРЕЛОК

Он умел заставлять время течь вспять, разделял изотопы урана, описывал сверхтекучий газ и вычислял силы, с которыми взаимодействуют элементарные частицы. Читать полностью »

Джозеф Джон Томсон

(1856-1940)
Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1906 год
ОТЦЫ И ДЕТИ

Он подписывался Дж. Дж. Томсон, из-за чего коллеги дали ему прозвище Джи-Джи. Физику Джи-Джи выпало жить на водоразделе столетий. На склоне лет он так описывал начало своего пути: Читать полностью »

Игорь Евгеньевич Тамм

(1895-1971)
Физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1958 год
«УРОВНИ ТАММА»

XX век является веком научно-технической революции, которая постоянно шла по восходящей линии. Началом этой революции можно считать 28 мая 1919 г., когда великий германский физик Альберт Эйнштейн (1879- 1955) сделал свой доклад о теории относительности. Теория Эйнштейна полностью изменила представления об окружающем мире и стала фундаментом всех будущих великих открытий естествознания XX в.

Вслед за Эйнштейном в науке появились сотни молодых гениальных физиков и математиков. Если в XIX в. атом считался мельчайшей частицей материи, то теперь были открыты составляющие его позитроны, электроны, нейтроны, элементарные частицы.

Квантовая механика - так назывался раздел теоретической физики, основоположником которой был А. Эйнштейн, - в течение длительного времени разрабатывалась интернациональным кругом физиков. Эйнштейн и его сотрудник М. Планк (1858-1947) работали в Берлине в 20-х годах. М. Планк стал лауреатом Нобелевской премии в 1919 г., а Эйнштейн - в 1921 г. Нильс Бор (1885-1962), директор Института теоретической физики в Копенгагене - лауреат Нобелевской премии 1922г. Супруги П. Кюри и М. Склодовская-Кюри, открывшие радиоактивное излучение, получили Нобелевскую премию в 1903 г. Огромный вклад в теоретическую физику внес выдающийся английский ученый Э. Резерфорд (1871-1937), который создал теорию радиоактивности, предсказал существование нейтрона и осуществил первую в истории искусственную ядерную реакцию. Ему присвоили Нобелевскую премию в 1908 г. В 1931г. за выдающиеся заслуги перед Англией Резерфорд получил титул лорда Нельсона. Итальянский ученый Э. Ферми (1901-1954) открыл искусственную радиоактивность, вызванную нейтронами, построил первый в истории ядерный реактор и первым осуществил в нем (2 декабря 1942 г.) цепную ядерную реакцию, открыв путь к созданию атомной бомбы. Он стал лауреатом Нобелевской премии в 1938 г.

Теоретическая физика стала столбовой дорогой развития естественных наук XX в. Телевидение, рентгеновские лучи, радиация, электроника стали известны благодаря великим открытиям физики. Особенно большое значение имело изобретение английскими физиками радара в 1939 г. В 1940 г. человечество подошло к кибернетике. Эта наука позволила создать электронно-вычислительные машины, системы получения, обработки и хранения информации, без которых невозможно представить современную жизнь.

Научно-техническая революция вызвала фантастический рост общественного, политического и экономического сознания. Наука стала требовать огромных финансовых вложений, создания крупных мировых научных центров для проведения фундаментальных исследований.

Уже в 20-е годы XX в. начали создаваться мощные научные лаборатории, которые стали ведущими центрами научно-технической революции. Одним из таких центров была Кавендишская лаборатория в Кембриджском университете (Великобритания), основанная в 1874 г., но ставшая центром мировых фундаментальных исследований в начале 20-х годов XX в. Здесь были открыты электрон, позитрон, нейтрон, предложена модель ДНК, произведено расщепление ядерного ядра. В лаборатории сотрудничали великие ученые современности П. Ланжевен, Дж. Бернал, Ф.Астон. В течение длительного времени ее бессменным руководителем был Э. Резерфорд.

Научные центры были созданы в США (Лос-Аламосская лаборатория при Калифорнийском университете, где была создана первая атомная бомба), во Франции, где работали супруги Кюри, в Германии во главе с М. Планком, в Дании под руководством Нильса Бора. В этих научных центрах были собраны выдающиеся ученые, работавшие в области физики, математики, биологии, химии. Перед Второй мировой войной значимость научных центров возросла. Вместе с военными заказами в них широким потоком хлынули финансовые средства. Здесь создавались новейшие боеприпасы, техника, топливо для самолетов и танков. От эффективности работы ученых во многом зависел исход будущей войны.

Научно-техническая революция привела к глубоким изменениям в самом обществе. Возросла роль науки в общественной жизни. Изменилось отношение к ученым и науке. Теперь ученые стали ведущими личностями в общественно-политической жизни, не менее популярными, чем актеры и писатели. Создавались министерства по развитию науки, межправительственные институты.

Практически во всех ведущих странах мира были приняты законы об обязательном и бесплатном среднем образовании, в университетах выделялись специальные стипендии для талантливой молодежи, создавались условия для развития научных исследований. Образованность народа стала показателем развития государства, наиболее ярким свидетельством его благосостояния и мощи.

Все великие ученые XX в. были великими демократами. Они убежденно выступали против войны, диктатуры, фашизма и являлись активными борцами за мир и социальный прогресс. Они открыто порывали с фашизмом и, не желая ему служить, эмигрировали в демократические страны, чтобы принимать активное участие во всемирном движении против фашизма. А. Эйнштейн в 1933 г.. после прихода фашистов к власти, эмигрировал в США, Ферми уехал из Италии. Нильсу Бору пришлось бежать из Дании.

Научно-техническая революция привела к демократической и интеллектуальной революции. Огромные массы людей, приобщившись к образованию, пробудились к активной политической жизни. В мире появились новые ценности, определявшие достоинство человека, - интеллект, талант, образованность, культура. Новые средства передвижения и коммуникации изменили провинциальный тип мышления. Массовое сознание и массовая культура приобщили среднего человека к политике и сделали его значительным фактором в развитии политических концепций XX в.

Здравствуйте Господа! Пожалуйста, поддержите проект! На содержание сайта каждый месяц уходит деньги ($) и горы энтузиазма. 🙁 Если наш сайт помог Вам и Вы хотите поддержать проект 🙂 , то можно сделать это, перечислив денежные средства любым из следующих способов. Путём перечисления электронных денег:

R819906736816 (wmr) рубли.
Z177913641953 (wmz) доллары.
E810620923590 (wme)евро.
Payeer-кошелёк: P34018761
Киви-кошелёк (qiwi): +998935323888
DonationAlerts: http://www.donationalerts.ru/r/veknoviy

Полученная помощь будет использована и направлена на продолжение развития ресурса, Оплата хостинга и Домена.

ХХ век – век научных революций. Открытия, сделанные в этом веке, изменили ход человеческой цивилизации.

Квантовая теория Планка

Макс Планк

В самом начале ХХ века, в 1900 г., профессор Берлинского университета Макс Планк вывел формулу, описывающую распределение энергии в спектре абсолютно чёрного тела. До открытия Планка считалось, что энергия распределяется равномерно. Но Планк доказал, что она распределяется порциями – квантами. Планк сделал доклад Немецкому физическому обществу 14 декабря 1900 г. Конечно же, ему никто не поверил.

Но уже в 1905 г. на основании выводов Планка Эйнштейн создал квантовую теорию фотоэффекта. А Нильс Бор построил модель атома, в которой электроны вращались по строго определённым орбитам, излучая энергию только в момент перехода из одной орбиты на другую.

Благодаря гениальному открытию Планка учёные поняли, как ведут себя электроны. Впоследствии теория Планка дала мощный толчок развитию электроники, генной инженерии, атомной энергетики.

Теория относительности Эйнштейна

Альберт Эйнштейн

Второе великое научное открытие ХХ века – общая теория относительности Эйнштейна, или теория гравитации.

В 1905 г. Эйнштейн создал специальную теорию относительности. Эйнштейн сделал вывод, что различные наблюдатели по-разному воспринимают любые события, даже пространство и время. Например, для пассажира трамвая предмет, который он уронит на пол, будет падать вертикально вниз. А для наблюдателя на улице этот предмет падает по параболе, так как трамвай движется. То есть, описание любого события зависит от системы отсчёта, в которой находится наблюдатель. Если изменится система отсчёта, то изменится и описание события. Но законы природы отнаблюдателя не зависят. И они будут одни и те же для всех систем отсчёта, движущихся с постоянной скоростью. А общая теория относительности, созданная Эйнштейном в 1916 г., распространяет этот принцип на все системы отсчёта, даже на те, которые движутся с ускорением.

Эйнштейн доказал, что гравитация – это следствие искривления четырёхмерного пространства - времени. Теория Эйнштейна дала объяснение эффекта замедления времени. С помощью этой теории рассчитали орбиту планеты Меркурий, объяснили, почему искривляются лучи звёзд, когда проходят рядом с другими звёздами.

Открытие транзистора

Уильям Шокли, Джон Бардин, Уолтер Браттейн

Без сомнения, открытие транзистора является одним из важнейших открытий в истории человечества.

Первый рабочий транзистор был создан в 1947 г. американскими физиками Уолтер Браттейном, Уильямом Шокли и Джоном Бардиным. Вначале эти великие учёные продемонстрировали опыт, в котором с помощью обычной скрепки для бумаг, золотой фольги и небольшого количества германия увеличили силу тока в сотни раз. Это случилось 16 декабря. А уже через неделю было готово устройство, которое можно было считать действующим транзистором. В июне 1948 г. был создан радиоприёмник, где привычные электронные лампы были заменены транзисторами.

В 1956 г. авторы первого транзистора получили Нобелевскую премию за своё изобретение. А уже в 1958 г. была продемонстрирована первая интегральная схема, которая представляла собой два транзистора, расположенные на одной подложке из кремния.

В электронике началась новая транзисторная эра. Транзисторы заменили лампы повсюду – в телевизорах, радиоприёмниках, ламповых компьютерах.

Если бы не открытие транзистора, современные компьютеры не существовали бы в таком виде, как сейчас. Они не обладали бы таким огромным быстродействием и большой памятью. Не существовало бы жидкокристаллических мониторов, ноутбуков и мобильных телефонов.

Конечно, современные транзисторы отличаются от тех, которые были созданы в середине ХХ века. Технологии изменились. Ина одной подложке размещаются уже миллионы транзисторов.

В физике можно выделить три основных направления: исследование микромира (микрофизика), макромира (макрофизика) и мегамира (астрофизика).

Прогресс физики после ряда выдающихся открытий конца XIX - начала XX века (рентгеновские лучи, электрон, радиоактивность и др.) был задержан первой мировой войной, и все же исследования атомов продолжались. Основное в этих исследованиях:

Разработка модели атома.

Доказательство изменяемости атома.

Доказательство существования разновидностей атома у химических элементов.

Эти исследования опирались практически на совершенно новое представление о структуре материи, которое начало складываться в начале XX века. Сформулированное в XIX в. представление об атомах было подытожено Д.И. Менделеевым, который в статье «Вещество», опубликованной в 1892 г. в «Энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона», перечислил основные сведения об атомах:

Химические атомы каждого элемента неизменны, и существует столько сортов атомов, сколько известно химических элементов (в то время - примерно 70).

Атомы данного элемента одинаковы.

Атомы имеют вес, причем различие атомов основано на различии их веса.

Взаимный переход атомов данного элемента в атомы другого элемента невозможен.

Доказательство существования электрона разрушило эти представления об атоме. Важнейшим направлением исследований физики становится выяснение структуры атомов. Электронные модели атома стали появляться одна за другой. Их возникновение в хронологической последовательности таково:

Модель У. Кельвина (1902 г.) - электроны распределяются определенным способом внутри положительно заряженной сферы.

Модель Ф. Ленарда (1903 г.) - атом состоит из «дуплетов» отрицательных и положительных зарядов (так называемых динамит).

Модель Г. Нагаоки (1904 г.) - атом «устроен» наподобие планеты Сатурн (вокруг положительно заряженного тела располагаются кольца, состоящие из отрицательно заряженных электронов).

Модель Дж. Томсона (1904 г.) - внутри положительно заряженной сферы вращающиеся электроны размещаются в одной плоскости по концентрическим оболочкам, вмещающим различные, но конечные числа электронов.

Эти модели были результатами теоретических (во многом - чисто математических) построений и носили формальный характер. Исключение составляла модель Дж. Томсона. Он предпринял первую в своем роде попытку объяснения периодического изменения свойств химических элементов, связав феномен периодичности с числом электронов в концентрических кольцах.

Однако оставалось неопределенным точное количество электронов в атомах. Томсон полагал, что масса носителя единичного положительного заряда значительно превосходит массу единичного отрицательного заряда, и это также оказалось соответствующим истине.

Электрон довольно скоро исчерпал свои возможности в качестве единственного «строительного материала» атомов, но эти перечисленные модели, безусловно, сыграли роль в подготовке будущей планетарной модели атома. Почти каждая из них в той или иной форме содержала элементы действительности.

Появление резерфордовской модели стало возможным благодаря подключению исследований радиоактивности, причем не столько само явление, сколько изучение действия частиц, испускаемых в ходе радиоактивного распада, на вещества. Именно анализ рассеивания частиц различными материалами позволил Э. Резерфорду в 1911 году высказать идею о существовании в атоме массивного заряженного тела - ядра (сам термин «ядро» был введен Резерфордом в 1912 году).

Применив к резерфордовской модели квантовую теорию, Н. Бор (1913 г.) устранил противоречие этой модели классической электродинамики. Поэтом именно ядерная модель Резерфорда в интерпретации Бора стала основным понятием новой атомистики.

На протяжении почти двух десятилетий господствовала протонно-электронная модель ядра. Неверная по своей сути, она, тем не менее, ни чуть не мешала широкому распространению и использованию классической атомной модели целиком. Но только после открытия Дж. Чедвиком в 1932 г. нейтрона возникли современные представления о протоно-нейтронной модели ядра.

Итак, следствием фундаментальных физических открытий конца XIX века оказалась разработка структуры атома в целом. «Бесструктурный» атом уступил место новому атому как сложной системе частиц.

После того как нейтрон был признан и нашел свое место как протон, лишенный своего положительного заряда, было обнаружено, что он представляет собой центральную фигуру в структуре ядра. Очень скоро после этого К. Андерсон открыл другую элементарную частицу - положительный электрон. Позитрон обеспечил необходимую симметрию между положительным и отрицательным во взаимоотношениях частиц. Оказалось, что взаимоотношения нейтрона и протона отнюдь не являются простыми. И если раньше полагалось, что ядро состоит из протонов и электронов, то теперь было обнаружено, что значительно правильнее будет сказать, что оно состоит из протонов и нейтронов, связанных вместе мощными силами, которые Юкава приписал в 1935 году гипотетической промежуточной частице - мезону. Здесь мы видим пример элементарной частицы, которая сначала была предсказана теоретически, а затем, в 1936 году, фактически наблюдалась К. Андерсоном и Неддермейером.

Действие нейтронов на различные ядра было изучено за короткий промежуток времени в 6 лет, с 1932 по 1938 год. То были годы, когда наука вообще и физика в особенности все больше чувствовала на себе влияние событий, приводящих ко второй мировой войне.

Решающее открытие принадлежало Жолио Кюри, который нашел, что почти все атомы, подвергнутые бомбардировке нейтронами, сами становятся радиоактивными. Логическое следствие этого открытия было огромным. Знание атомных превращений могло быть использовано для объяснения того, каким образом возникли элементы.

Этой концепцией воспользовались Гамов и Бете для выявления источника солнечной энергии. Таким источником является соединение четырех атомов водорода, в результате чего образуется один атом гелия. Было уже совершенно очевидно, что источником большей части энергии Вселенной служат ядерные процессы. В 1936 году Ферми подверг бомбардировке нейтронами тяжелые элементы и заявил, что получил ряд элементов с большим весом, чем у любых других элементов, найденных в природе.

Вплоть до 1937 года все имевшие место радиоактивные изменения заключались в том, что маленькие частицы либо присоединялись к ядру, либо выбрасывались из него. Наиболее крупным из выброшенных осколков была частица, содержащая два протона и два нейтрона. Однако в 1937 году Ган и Штрассман нашли, что некоторые из продуктов, полученных в результате облучения урана нейтронами, имели в общем массу, составляющую чуть ли не половину массы атома урана. Было ясно, что имеет место деление ядра.

Тяжелые ядра могут содержать значительно большее число нейтронов по отношению к числу протонов, чем легкие ядра. Когда атом урана расщепляется, он по необходимости освобождал несколько нейтронов. Ну а стоило только понять это (что произошло в 1938 году, главным образом благодаря работам Жолио Кюри), как возможность массовых превращений атомов стала реальностью. Здесь мы имеем цепную реакцию, или своего рода явление лавинообразного нарастания. Если дать этому процессу возможность продолжаться бесконечно, то получится взрыв; если управлять им, то результатом его явится вырабатывающий энергию ядерный реактор.

То, каким образом создавалась, испытывалась и была использована атомная бомба, составляет часть мировой истории, а не просто истории науки. Военные и политические последствия создания ядерного оружия и контролируемого производства атомной энергии огромны. Здесь достаточно отметить, что в техническом отношении производство атомной энергии представляет собой новый крупный скачок вперед в установлении господства человека над силами природы.

Ядерная энергия может получаться не только путем деления ядра атома, но и путем синтеза или, другими словами, для получения такой энергии необходимо изготавливать медленно горящие водородные бомбы. Соответствующие исследования были начаты в СССР И.В. Курчатовым и продолжены его учениками. В Институте ядерной энергии им. И.В. Курчатова под руководством Л.А. Арцимовича были разработаны установки типа токамак. Название «токамак» произошло от сокращения слов «тороидальная камера с магнитным полем». Создателям этих установок пришлось решать очень трудные задачи. Прежде всего нужно разогреть дейтерий-тритиевую плазму до температуры порядка 100 млн градусов и длительно удерживать ее в этом состоянии.

В установке токамак нагревание плазмы до столь высокой температуры достигается за счет протекания через плазму электрического тока очень большой силы - порядка сотен тысяч ампер. Вследствие электрического сопротивления плазмы образуется «джоулево» тепло, за счет которого происходит нагрев плазмы.

Еще более сложной задачей является сохранение (удержание) плазмы. Не может быть и речи, конечно, о соприкосновении плазмы со стенкой - на свете нет такого материала, который бы остался цел (не испарился) после соприкосновения. В токамаках удержание плазмы производится с помощью магнитного поля, так как плазму составляют частицы, имеющие электрический заряд, - ядра атомов и электроны.

После открытия электрона, протона, фотона и, наконец, в 1932 году нейтрона было установлено существование большого числа новых элементарных частиц. В том числе: позитрон, о котором мы уже упоминали как об античастице электрона; мезоны - нестабильные микрочастицы; различного рода гипероны - нестабильные микрочастицы с массами больше массы нейтрона; частицы резонансы, имеющие крайне короткое время жизни (порядка 10"22-10"24 с); нейтрино - стабильная, не имеющая электрического заряда частица, обладающая почти невероятной проницаемостью; антинейтрино - античастица нейтрино, отличающаяся от нейтрино знаком лептонного заряда, и др.

В характеристике элементарных частиц существует еще одно важное представление - взаимодействие. Различают четыре вида взаимодействия.

Сильное взаимодействие (короткодействующее, радиус действия около 10~18 см) связывает между собой нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре; именно по этой причине ядра атомов являются весьма устойчивыми, их трудно разрушить.

Электромагнитное взаимодействие (дальнодействующее, радиус действия не ограничен) определяет взаимодействие между электронами и ядрами атомов или молекул; взаимодействующие частицы имеют электрические заряды; проявляется в химических связях, силах упругости, трения.

Слабое взаимодействие (короткодействующее, радиус действия меньше 10~15 см), в котором участвуют все элементарные частицы, обусловливает взаимодействие нейтрино с веществом.

Гравитационное взаимодействие - самое слабое, не учитывается в теории элементарных частиц; распространяется на все виды материи; имеет решающее значение, когда речь идет об очень больших массах.

Элементарные частицы обычно разделяют на следующие классы:

Фотоны - кванты электромагнитного поля, частицы с нулевой массой покоя, не имеют сильного и слабого взаимодействия, но участвуют в электромагнитном.

Лептоны (от греч. leptos - легкий), к числу которых относятся электроны, нейтрино; все они не обладают сильным взаимодействием, но участвуют в слабом взаимодействии, а имеющие электрический заряд - также и в электромагнитном взаимодействии.

Мезоны - сильно взаимодействующие нестабильные, как уже говорилось, частицы.

Барионы (от греч. berys - тяжелый), в состав которых входят нуклоны, нестабильные частицы с массами, большими массы нейтрона, гипероны, многие из резонансов.

Сначала, особенно когда число известных элементарных частиц ограничивалось электроном, нейтроном и протоном, господствовала точка зрения, что атом состоит из этих элементарных кирпичиков. А дальнейшая задача в исследовании структуры вещества заключается в том, чтобы разыскивать новые, еще не известные «кирпичики», из которых состоит атом, и в определении того, не являются ли эти «кирпичики» (или некоторые из них) самыми сложными частицами, построенными из еще более тонких «кирпичиков».

При таком подходе к делу было логичным считать элементарными только те частицы, которые не могут быть разделены на более мелкие или которые мы пока не можем разделить. Смотря так на структуру материи, молекулу и атом нельзя было считать элементарными частицами, так как молекула состоит из атомов, а атомы - из электронов, протонов и нейтронов.

Однако действительная картина строения вещества оказалась еще более сложной, чем можно было предполагать. Оказалось, что элементарные частицы могут претерпевать взаимные превращения, в результате которых некоторые из них исчезают, а некоторые появляются. Нестабильные микрочастицы распадаются на другие, более стабильные, но это вовсе не значит, что первые состоят из вторых. Поэтому в настоящее время под элементарными частицами понимают такие «кирпичики» Вселенной, из которых можно построить все, что нам известно в природе.

Приблизительно в 1963-1964 годах появилась гипотеза о существовании кварков - частиц, из которых состоят барионы и мезоны, являющиеся сильно взаимодействующими и по этому свойству объединенными общим названием адронов. Кварки имеют весьма необычные свойства: они обладают дробными электрическими зарядами, что не характерно какой-либо микрочастице, и, по-видимому, не могут существовать в свободном, не связанном виде. Число различных кварков, отличающихся друг от друга величиной и знаком электрического заряда и некоторыми другими признаками, достигает уже нескольких десятков.

В заключение необходимо сказать о большом значении для изучения микроструктуры вещества ускорителей заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер), используемых для получения частиц высоких энергий, с помощью которых удается проследить процессы, происходящие с элементарными частицами. Ускоряемые частицы движутся в вакуумной камере, а управление их движением производится чаще всего с помощью магнитного поля.

Основные положения современной атомистики могут быть сформулированы следующим образом:

Атом является сложной материальной структурой, представляет собой мельчайшую частицу химического элемента.

У каждого элемента существуют разновидности атомов (содержащиеся в природных объектах или искусственно синтезированные).

Атомы одного элемента могут превращаться в атомы другого; эти процессы осуществляются либо самопроизвольно (естественные радиоактивные превращения), либо искусственным путем (посредством различных ядерных реакций).

Перечисленные три положения современной атомистики практически охватывают основное ее содержание.

Надо отметить, что привычное понятие «атом», вообще говоря, выглядит анахронизмом, ибо представление об его «неизменности», «неделимости» уже давно опровергнуто. Делимость атома есть твердо установленный факт, и она определяется не только тем, что атом может быть «разъят» на составные части - ядро и электронное окружение, но и тем, что индивидуальность атома претерпевает изменение результатов разнообразных ядерных процессов.

Практически каждый, кто интересуется историей развития науки, техники и технологий - хоть раз в своей жизни задумывался над тем, каким путем могло бы пойти развитие человечества без знания математики или, например, не будь у нас такого необходимого предмета как колесо, ставшего чуть ли не основой развития человечества. Однако зачастую рассматриваются и удостаиваются внимания лишь ключевые открытия, в то время как открытия менее известные и распространенные порой попросту не упоминаются, что, впрочем, не делает их незначительными, ведь каждое новое знание дает человечеству возможность забраться на ступеньку выше в своем развитии.

XX век и его научные открытия превратился в настоящий Рубикон, перейдя который, прогресс ускорил свой шаг в несколько раз, отождествляя себя со спортивным болидом за которым невозможно угнаться. Для того, что бы сейчас удержаться на гребне научной и технологической волны, необходимы не дюжие навыки. Конечно, можно читать научные журналы, различного рода статьи и работы ученых, которые бьются над решением той или иной задачи, однако даже в этом случае угнаться за прогрессом не получится, а стало быть остается наверстывать упущенное и наблюдать.

Как известно, для того, что бы смотреть в будущее, необходимо знать прошлое. Поэтому сегодня речь пойдет именно о XX веке, веке открытий, который изменил образ жизни и окружающий нас мир. Стоит сразу отметить, что это не будет список лучших открытий века или какой-либо иной топ, это будет краткий осмотр части тех открытий, которые изменяли, а возможно и изменяют мир.

Для того, что бы говорить об открытиях, следует охарактеризовать само понятие. За основу возьмем следующее определение:

Открытие - новое достижение, совершаемое в процессе научного познания природы и общества; установление неизвестных ранее, объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира.

Топ 25 великих научных открытий XX века

Несомненно, что все эти открытия - лишь малая часть того, что XX век показал обществу и нельзя сказать, что лишь эти открытия были значимыми, а все остальные стали лишь фоном, это совсем не так.

Именно прошлый век показал нам новые границы Вселенной, увидела свет , были открыты квазары (сверхмощные источники излучения в нашей Галактике), открыты и созданы первые углеродные нанотрубки, обладающие уникальной сверхпроводимостью и прочностью.

Все эти открытия, так или иначе - лишь вершина айсберга, который включает в себя более чем сотню значимых открытий за прошедшее столетие. Естественно, что все они стали катализатором изменений в мире, в котором мы с вами сейчас живем и несомненным остается тот факт, что на этом изменения не заканчиваются.

20й век можно смело назвать если не «золотым», то уж точно «серебряным» веком открытий, однако оглядываясь назад и сравнивая новые достижения с прошлыми, думается, что в будущем нас ждет еще не мало интереснейших великих открытий, собственно, преемник прошлого века, нынешний XXI лишь подтверждает эти взгляды.