Во время своих экспериментов Галилео обнаружил, что тяжелые предметы падают быстрее легких из-за меньшего воздушного сопротивления: воздух мешает легкому объекту сильнее, чем тяжелому.
Решение Галилея проверить закон Аристотеля стало поворотным моментом в науке, оно ознаменовало начало проверки всех общепринятых законов опытным путем. Опыты Галилея с падающими телами привели к нашему начальному пониманию ускорения под действием гравитации.
Всемирное тяготение Рто открытие свершилось благодаря СЃСЌСЂСѓВ Рсааку Ньютону, который родился РІ Англии РІ РіРѕРґ смерти Галилея.Говорят, что однажды Ньютон сидел РїРѕРґ яблоней РІ саду Рё отдыхал. Р’РґСЂСѓРі РѕРЅ увидел, как СЃ ветки упало яблоко. Ртот простой инцидент заставил его задуматься, почему яблоко упало РІРЅРёР·, РІ то время, как Луна РІСЃРµ время оставалась РІ небе. Рменно РІ этот момент РІ РјРѕР·РіСѓ молодого Ньютона свершилось открытие: РѕРЅ РїРѕРЅСЏР», что РЅР° яблоко Рё Луну действует единая сила гравитации.
Ньютон представил себе, что на весь фруктовый сад действовала сила, которая притягивала к себе ветки и яблоки. Его более важно то, что он распространил эту силу до самой Луны. Ньютон понял, что сила притяжения есть везде, до него никто до этого не додумывался.
Ньютон предположил, что Луна, пытаясь лететь РїРѕ РїСЂСЏРјРѕР№ линии РІ РєРѕСЃРјРѕСЃРµ РјРёРјРѕ Земли, постоянно притягивается ей. РР·-Р·Р° этого Луна вращается РІРѕРєСЂСѓРі Земли. РќРѕ Рё сама Луна притягивает Землю РїСЂРё помощи собственной гравитации. Ньютон открыл закон всемирного тяготения.Согласно этому закону, гравитация влияет РЅР° РІСЃРµ тела РІРѕ Вселенной, включая яблоки, луны Рё планеты. Сила притяжения такого РєСЂСѓРїРЅРѕРіРѕ тела, как Луна, может провоцировать такие явления, как приливы Рё отливы океанов РЅР° Земле.
Вода в той части океана, которая находится ближе к Луне, испытывает большее притяжение, поэтому Луна, можно сказать, перетягивает воду из одной части океана в другую. А так, как Земля вращается в противоположном направлении, эта задержанная Луной вода оказывается дальше привычных берегов.
Понимание Ньютоном того, что у каждого предмета есть собственная сила притяжения, стало великим научным открытием. Однако, его дело было еще не завершено.
Законы движения
Ньютон для РјРЅРѕРіРёС… является олицетворением самой физики, ведь РѕРЅ, РїРѕРјРёРјРѕ прочего, открыл три закона движения, что стало его вторым великим открытием. Рто законы, которые РѕР±СЉСЏСЃРЅСЏСЋС‚ движение любого физического предмета.Возьмем, например хоккей. Бьете клюшкой РїРѕ шайбе, Рё РѕРЅР° скользит РїРѕ льду. Рто первый закон: РїРѕРґ действием силы предмет движется. Если Р±С‹ РЅРµ было трения Рѕ лед, то шайба скользила Р±С‹ бесконечно долго. РљРѕРіРґР° РІС‹ бьете клюшкой РїРѕ шайбе, то придаете ей ускорение.
Второй закон гласит: ускорение прямо пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально массе тела.
А согласно третьему закону при ударе шайба действует на клюшку с такой же силой, как клюшка на шайбу, т.е. сила действия равна силе противодействия.
Законы движения Ньютона были смелым решением объяснять механику функционирования Вселенной, они стали основой классической физики.
Второй закон термодинамики
Наука о термодинамике – это наука о тепле, которая преобразуется в механическую энергию. От нее зависела вся техника во время промышленной революции.
Тепловая энергия может быть преобразована РІ энергию движения, например, путем вращения коленчатого вала или турбины. Важнее всего выполнить как можно больше работы, используя как можно меньше топлива. Рто наиболее экономически выгодно, поэтому люди стали изучать принципы работы паровых двигателей.
Среди тех, кто занимался этим РІРѕРїСЂРѕСЃРѕРј, был немецкий ученый Рудольф Клаузиус. Р’ 1865 РіРѕРґСѓ РѕРЅ сформулировал Второй закон термодинамики. Согласно этому закону, РїСЂРё любом энергетическом обмене, например, РІРѕ время нагревания РІРѕРґС‹ РІ паровом котле, часть энергии пропадает. Клаузиус ввел РІ РѕР±РѕСЂРѕС‚ слово энтропия, РѕР±СЉСЏСЃРЅСЏСЏ СЃ его помощью ограниченную эффективность паровых двигателей. Часть тепловой энергии теряется РІРѕ время преобразования РІ механическую.Рто утверждение изменило наше понимание того, как функционирует энергия. РќРµ существует теплового двигателя, который был Р±С‹ эффективен РЅР° 100%. РљРѕРіРґР° РІС‹ едете РЅР° машине, только 20% энергии бензина действительно тратится РЅР° движение. РљСѓРґР° девается остальная часть? РќР° нагревание РІРѕР·РґСѓС…Р°, асфальта Рё шин. Цилиндры РІ блоке цилиндров нагреваются Рё изнашиваются, Р° детали ржавеют. Грустно думать Рѕ том, насколько расточительны такие механизмы.
Хотя Второй закон термодинамики был основой промышленной революции, следующее великое открытие привело мир в новое, его современное состояние.
РлектромагнетизмУченые научились создавать магнитную силу СЃ помощью электричества, РєРѕРіРґР° пустили ток РїРѕ завитому РїСЂРѕРІРѕРґСѓ. Р’ результате получился электромагнит. Как только подается ток, возникает магнитное поле. Нет напряжения – нет поля.
Р’ 1831 РіРѕРґСѓ переплетчик, интересующийся электричеством, РїРѕ имени Майкл Фарадей, стал первым, кто СЃРјРѕРі запустить этот процесс РІ обратном направлении. РћРЅ использовал движущееся магнитное поле для создания электричества.Рлектрогенератор РІ своей самой простейшей форме является витком проволоки между полюсами магнита. Майкл Фарадей обнаружил, что РєРѕРіРґР° магнит Рё проволока находятся РЅР° близком расстоянии, РїРѕ проволоке РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ ток. РџРѕ этому принципу работают РІСЃРµ электрогенераторы.
Фарадей вел записи о своих экспериментах, но шифровал их. Тем не менее они были по достоинству оценены физикомДжеймсом Клерком Максвеллом, который использовал их, чтобы еще лучше понять принципы электромагнетизма. Максвелл позволил человечеству понять, как электричество распределяется по поверхности проводника.Если вы хотите знать, каким был бы мир без открытий Фарадея и Максвелла, то представьте себе, что электричество не существует: не было бы радио, телевидения, мобильных телефонов, спутников, компьютеров и всех средств связи. Представьте себе, что вы в 19 веке, потому что без электричества вы бы именно там и оказались.
Совершая открытия, Фарадей Рё Максвелл РЅРµ могли знать, что РёС… труд РІРґРѕС…РЅРѕРІРёР» РѕРґРЅРѕРіРѕ юношу РЅР° раскрытие тайн света Рё РЅР° РїРѕРёСЃРє его СЃРІСЏР·Рё СЃ величайшей силой Вселенной. Ртим юношей был Альберт Рйнштейн.
Теория относительности
Р’ 1905 РіРѕРґСѓ случился переворот РІ РјРёСЂРµ науки, произошло величайшее открытие. Молодой неизвестный ученый, работающий РІ Р±СЋСЂРѕ патентов РІ швейцарском РіРѕСЂРѕРґРµ Берн, сформулировал революционную теорию. Его звали Альберт Рйнштейн.Рйнштейн однажды сказал, что РІСЃРµ теории нужно объяснять детям. Если РѕРЅРё РЅРµ РїРѕР№РјСѓС‚ объяснения, то значит теория бессмысленна. Будучи ребенком, Рйнштейн однажды прочитал детскую книжку РѕР± электричестве, тогда РѕРЅРѕ только появлялось, Рё простой телеграф казался чудом. Рта книжка была написана неким Бернштейном, РІ ней РѕРЅ предлагал читателю представить себя едущим внутри РїСЂРѕРІРѕРґР° вместе СЃ сигналом. Можно сказать, что тогда РІ голове Рйнштейна Рё зародилась его революционная теория.
Р’ юношестве, вдохновленный СЃРІРѕРёРј впечатлением РѕС‚ той РєРЅРёРіРё, Рйнштейн представлял себе, как РѕРЅ двигается вместе СЃ лучом света. РћРЅ обдумывал эту мысль 10 лет, включая РІ размышления понятие света, времени Рё пространства.
РћРЅ осознал, что теория Ньютона, согласно которой время Рё пространство неизменны, была неправильной, если ее применить Рє скорости света. РЎ этого Рё началась формулировка того, что РѕРЅ назвал теорией относительности.Р’ РјРёСЂРµ, который описывал Ньютон, время Рё пространство были отделены РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР°: РєРѕРіРґР° РЅР° Земле 10 часов утра, то такое же время было Рё РЅР° Венере, Рё РЅР° Юпитере, Рё РїРѕ всей Вселенной. Время было тем, что РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ отклонялось Рё РЅРµ останавливалось. РќРѕ Рйнштейн РїРѕ-РґСЂСѓРіРѕРјСѓ воспринимал время.
Время – это река, которая извивается вокруг звезд, замедляясь и ускоряясь. А если пространство и время могут изменяться, то меняются и наши представления об атомах, телах и вообще о Вселенной!
Рйнштейн демонстрировал СЃРІРѕСЋ теорию СЃ помощью так называемых мыслительных экспериментов. Самый известный РёР· РЅРёС… – это «парадокс близнецов». Ртак, Сѓ нас есть РґРІРѕРµ близнецов, РѕРґРёРЅ РёР· которых улетает РІ РєРѕСЃРјРѕСЃ РЅР° ракете. Так как РѕРЅР° летит почти СЃРѕ скоростью света, время внутри нее замедляется. После возвращения этого близнеца РЅР° Землю оказывается, что РѕРЅ моложе того, кто остался РЅР° планете. Ртак, время РІ разных частях Вселенной идет РїРѕ-разному. Рто зависит РѕС‚ скорости: чем быстрее РІС‹ движетесь, тем медленнее для вас идет время.Ртот эксперимент РІ какой-то степени проводится СЃ космонавтами РЅР° орбите. Если человек находится РІ открытом РєРѕСЃРјРѕСЃРµ, то время для него идет медленней. РќР° космической станции время идет медленней. Ртот феномен затрагивает Рё спутники. Возьмем, например, спутники GPS: РѕРЅРё показывают ваше положение РЅР° планете СЃ точностью РґРѕ нескольких метров. Спутники движутся РІРѕРєСЂСѓРі Земли СЃРѕ скоростью 29000 РєРј/С‡, поэтому Рє РЅРёРј применимы постулаты теории относительности. Рто нужно учитывать, ведь если РІ РєРѕСЃРјРѕСЃРµ часы РёРґСѓС‚ медленнее, то синхронизация СЃ земным временем собьется Рё система GPS РЅРµ будет работать.
Через несколько месяцев после опубликования теории относительности Рйнштейн сделал следующее великое открытие: самое известное уравнение всех времен.
Вероятно, это самая известная РІ РјРёСЂРµ формула. Р’ теории относительности Рйнштейн доказал, что РїСЂРё достижении скорости света условия для тела меняются невообразимым образом: время замедляется, пространство сокращается, Р° масса растет. Чем выше скорость, тем больше масса тела. Только подумайте, энергия движения делает вас тяжелее. Масса зависит РѕС‚ скорости Рё энергии. Рйнштейн представил себе, как фонарик испускает луч света. Точно известно, сколько энергии выходит РёР· фонарика. РџСЂРё этом РѕРЅ показал, что фонарик стал легче, С‚.Рµ. РѕРЅ стал легче, РєРѕРіРґР° начал испускать свет. Значит E – энергия фонарика зависит РѕС‚ m – массы РІ пропорции, равной c2. Р’СЃРµ просто.
Рта формула показывала Рё РЅР° то, что РІ маленьком предмете может быть заключена огромная энергия. Представьте себе, что вам бросают бейсбольный РјСЏС‡ Рё РІС‹ его ловите. Чем сильнее его Р±СЂРѕСЃСЏС‚, тем большей энергией РѕРЅ будет обладать.
Теперь что касается состояния РїРѕРєРѕСЏ. РљРѕРіРґР° Рйнштейн выводил СЃРІРѕРё формулы, РѕРЅ обнаружил, что даже РІ состоянии РїРѕРєРѕСЏ тело обладает энергией. Посчитав это значение РїРѕ формуле, РІС‹ увидите, что энергия поистине РѕРіСЂРѕРјРЅР°.
Открытие Рйнштейна было огромным научным скачком. Рто был первый РІР·РѕСЂ РЅР° мощь атома. РќРµ успели ученые полностью осознать это открытие, как случилось следующее, которое РІРЅРѕРІСЊ повергло всех РІ шок.
Квантовая теорияКвантовый скачок – самый малый возможный скачок в природе, при этом его открытие стало величайшим прорывом научной мысли.
Субатомные частицы, например, электроны, могут передвигаться из одной точку в другую, не занимая пространство между ними. В нашем макромире это невозможно, но на уровне атома – это закон.
Р’ субатомном РјРёСЂРµ атомы Рё РёС… составляющие существуют согласно совсем иным законам, нежели крупные материальные тела. Немецкий ученый Макс Планк описал эти законы РІ своей квантовой теории.Если представить себе, что свет существует только РІ этих объемах, то становятся понятны РјРЅРѕРіРёРµ феномены даже РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРµ атома. Рнергия выделяется последовательно Рё РІ определенном количестве, это называется квантовым эффектом и означает, что энергия волнообразна.
Тогда думали, что Вселенная была создана совсем по-другому. Атом представлялся чем-то, напоминающим шар для боулинга. А как может шар иметь волновые свойства?
Р’ 1925 РіРѕРґСѓ австрийский физик РСЂРІРёРЅ Шредингер, наконец, составил волновое уравнение, которое описывало движение электронов. Внезапно стало возможным заглянуть внутрь атома. Получается, что атомы одновременно являются Рё волнами, Рё частицами, РЅРѕ РїСЂРё этом непостоянными. Вскоре Макс Борн, коллега Рйнштейна, сделал революционный шаг: РѕРЅ задался РІРѕРїСЂРѕСЃРѕРј – если вещество является волной, то что РІ ней меняется? Борн предположил, что меняется вероятность определения положения тела РІ данной точке.Можно ли вычислить возможность того, что человек разделится РЅР° атомы, Р° потом материализуется РїРѕ РґСЂСѓРіСѓСЋ сторону стены? Звучит абсурдно. Как можно, проснувшись утром, оказаться РЅР° Марсе? Как можно пойти спать, Р° проснуться РЅР° Юпитере? Рто невозможно, РЅРѕ вероятность этого подсчитать вполне реально. Данная вероятность очень РЅРёР·РєР°. Чтобы это случилось, человеку нужно было Р±С‹ пережить Вселенную, Р° РІРѕС‚ Сѓ электронов это случается постоянно.
Р’СЃРµ современные «чудеса» РІСЂРѕРґРµ лазерных лучей Рё микрочипов работают РЅР° основании того, что электрон может находиться сразу РІ РґРІСѓС… местах. Как это возможно? РќРµ знаешь, РіРґРµ точно находится объект. Рто стало таким трудным препятствием, что даже Рйнштейн Р±СЂРѕСЃРёР» заниматься квантовой теорией, РѕРЅ сказал, что РЅРµ верит, что Господь играет РІРѕ Вселенной РІ кости.
Несмотря на всю странность и неопределенность, квантовая теория остается пока что лучшим нашим представлением о субатомном мире.
Природа светаДревние задавались вопросом: из чего состоит Вселенная? Они считали, что она состоит из земли, воды, огня и воздуха. Но если это так, то что же такое свет? Его нельзя поместить в сосуд, нельзя дотронуться до него, почувствовать, он бесформенный, но присутствует везде вокруг нас. Он одновременно везде и нигде. Все видели свет, но не знали, что это такое.
Физики пытались ответить РЅР° этот РІРѕРїСЂРѕСЃ РЅР° протяжении тысячи лет. над РїРѕРёСЃРєРѕРј РїСЂРёСЂРѕРґС‹ света работали величайшие СѓРјС‹, начиная СЃ Рсаака Ньютона. Сам Ньютон использовал солнечный свет, разделенный РїСЂРёР·РјРѕР№, чтобы показать РІСЃРµ цвета радуги РІ РѕРґРЅРѕРј луче. Рто значило, что белый свет состоит РёР· лучей всех цветов радуги.
Ньютон показал, что красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, СЃРёРЅРёР№ Рё фиолетовый цвета РјРѕРіСѓС‚ быть объединены РІ белый свет. Рто привело его Рє мысли, что свет делится РЅР° частицы, которые РѕРЅ назвал корпускулами. Так появилась первая световая теория – корпускулярная.
Однако, существовала и альтернативная теория, согласно которой свет был волной. Ученый Томас Юнг смог доказать некоторые волновые свойства света.Представьте себе морские волны: любой человек знает, что когда одна из волн сталкивается с другой под определенным углом, обе волны смешиваются. Юнг проделал то же самое со светом. Он сделал так, чтобы свет от двух источников пересекался, и место пересечения было отчетливо видно.
Ртак, тогда было РІСЃРµ РґРІРµ световые теории: корпускулярная Сѓ Ньютона и волновая Сѓ Юнга. Ртогда Р·Р° дело взялся Рйнштейн, который сказал, что возможно, РѕР±Рµ теории имеют смысл. Ньютон показал, что Сѓ света есть свойства частиц, Р° Юнг доказал, что свет может иметь волновые свойства. Р’СЃРµ это – РґРІРµ стороны РѕРґРЅРѕРіРѕ Рё того же. Возьмем, например, слона: если РІС‹ возьмете его Р·Р° С…РѕР±РѕС‚, то подумаете, что это змея, Р° если обхватите его РЅРѕРіСѓ, то вам покажется, что это дерево, РЅРѕ РЅР° самом деле слон обладает качествами Рё того, Рё РґСЂСѓРіРѕРіРѕ. Рйнштейн ввел понятие дуализма света, С‚.Рµ. наличия Сѓ света свойств как частиц, так Рё волн.Чтобы увидеть свет таким, каким РјС‹ знает его сегодня, потребовалась работа трех гениев РЅР° протяжении трех веков. Без РёС… открытий РјС‹, возможно, РґРѕ СЃРёС… РїРѕСЂ жили Р±С‹ РІ раннем Средневековье.
Атом так мал, что его трудно себе представить. В одну песчинку помещается 72 квинтиллиона атомов. Открытие атома привело к другому открытию.
Рћ существовании атома люди знали уже 100 лет назад. РћРЅРё думали, что электроны Рё протоны равномерно распределены РІ нем. Рто назвали моделью типа «пудинг СЃ РёР·СЋРјРѕРјВ», потому что считалось, что электроны были распределены внутри атома как РёР·СЋРј внутри РїСѓРґРёРЅРіР°.
Р’ начале 20 века Ррнест Резерфорд провел эксперимент СЃ целью еще лучше исследовать структуру атома. РћРЅ направлял РЅР° золотую фольгу радиоактивные альфа-частицы. РћРЅ хотел узнать, что произойдет, РєРѕРіРґР° альфа-частицы ударятся Рѕ золото. Ничего особенного ученый РЅРµ ожидал, так как думал, что большинство альфа-частиц РїСЂРѕР№РґСѓС‚ СЃРєРІРѕР·СЊ золото, РЅРµ отражаясь Рё РЅРµ изменяя направление.Однако, результат был неожиданным. РџРѕ его словам, это было то же самое, что выстрелить 380-РјРј снарядом РїРѕ РєСѓСЃРєСѓ материи, Рё РїСЂРё этом снаряд отскочил Р±С‹ РѕС‚ нее. Некоторые альфа-частицы сразу отскочили РѕС‚ золотой фольги. Рто могло произойти, только если Р±С‹ внутри атома было небольшое количество плотного вещества, РѕРЅРѕ РЅРµ распределено как РёР·СЋРј РІ РїСѓРґРёРЅРіРµ. Резерфорд назвал это небольшое количество вещества ядром.
Благодаря открытию Резерфорда, ученые узнали Рѕ том, что атом состоит РёР· СЏРґСЂР°, протонов Рё электронов. Рту картину довершилДжеймс Чедвик – ученик Резерфорда. РћРЅ открыл нейтрон.Чедвик провел эксперимент, который показал, что СЏРґСЂРѕ состоит РёР· протонов Рё нейтронов. Для этого РѕРЅ использовал очень умный метод распознавания. Для перехвата частиц, которые выходили РёР· радиоактивного процесса, Чедвик применял твердый парафин.
Открытие нейтрона стало величайшим научным достижением. Р’ 1939 РіРѕРґСѓ РіСЂСѓРїРїР° ученых РІРѕ главе СЃВ РРЅСЂРёРєРѕ Ферми использовали нейтрон для расщепления атома, открыв дверь РІ век ядерных технологий. Сверхпроводники Лаборатория Ферми обладает РѕРґРЅРёРј РёР· крупнейших РІ РјРёСЂРµ ускорителем частиц. Рто 7-километровое подземное кольцо, РІ котором субатомные частицы ускоряются почти РґРѕ скорости света, Р° затем сталкиваются. Рто стало возможным только после того, как появились сверхпроводники.Сверхпроводники позволяют электропотоку двигаться без РІСЃСЏРєРёС… потерь энергии. Р’ лаборатории Ферми РѕРЅРё используются для создания сильного магнитного поля. Магниты нужны для того, чтобы протоны Рё антипротоны могли двигаться РІ фазотроне Рё РѕРіСЂРѕРјРЅРѕРј кольце. РС… скорость почти равняется скорости света.
Ускоритель частиц в лаборатории Ферми требует невероятно мощного питания. Каждый месяц на то, чтобы охладить сверхпроводники до температуры минус 270 °С, когда сопротивление становится равным нулю, тратится электричество на миллион долларов.
Теперь главная задача – найти сверхпроводники, которые бы работали при более высоких температурах и требовали бы меньше затрат.
Р’ начале 80-С… РіСЂСѓРїРїР° исследователей швейцарского отделения компании IBM обнаружила новый тип сверхпроводников, которые обладали нулевым сопротивлением РїСЂРё температуре РЅР° 100 °С выше, чем обычно. Конечно, 100 градусов выше абсолютно нуля – это РЅРµ та температура, что Сѓ вас РІ морозильнике. Нужно найти такой материал, который был Р±С‹ сверхпроводником РїСЂРё обычной комнатной температуре. Рто был Р±С‹ величайший прорыв, который стал Р±С‹ революцией РІ РјРёСЂРµ науки. Р’СЃРµ, что сейчас работает РЅР° электрическом токе, стало Р±С‹ гораздо эффективнее.
Данное открытие – это поиск мельчайших частиц материи во Вселенной.
Сначала был открыт электрон, затем протон, а потом нейтрон. Теперь у науки была новая модель атома, из которых состоит любое тело.
С разработкой ускорителей, которые могли сталкивать субатомные частицы на скорости света, человек узнал о существовании десятков других частиц, на которые разбивались атомы. Физики стали называть все это «зоопарком частиц».
Американский физик Мюррей Гелл-Ман заметил закономерность в ряде новооткрытых частиц «зоопарка». Он делил частицы по группам в соответствии с обычными характеристиками. По ходу он изолировал мельчайшие компоненты ядра атома, из которых состоят сами протоны и нейтроны. Он предполагал, что нейтрон или протон не являются элементарными частицами, как думали многие, а состоят из еще более мелких частиц – кварков – в необычными свойствами.Открытые Гелл-Маном кварки были для субатомных частиц тем же, чем была периодическая таблица для химических элементов. За свое открытие в 1969 году Мюррею Гелл-Ману была присуждена Нобелевская премия в области физики. Его классификация мельчайших материальных частиц упорядочила весь их «зоопарк».
Хотя Гелл-Маном был уверен в существовании кварков, он не думал, что кто-то сможет их в действительности обнаружить. Первым подтверждением правильности его теорий были удачные эксперименты его коллег, проведенные на Стэнфордском линейном ускорителе. В нем электроны отделялись от протонов, и делался макроснимок протона. Оказалось, что в нем было три кварка.
Наше стремление найти ответы на все вопросы о Вселенной привело человека как внутрь атомов и кварков, так и за пределы галактики. Данное открытие – результат работы многих людей на протяжении столетий.
После открытий Рсаака Ньютона Рё Майкла Фарадея ученые считали, что Сѓ РїСЂРёСЂРѕРґС‹ РґРІРµ основные силы: гравитация Рё электромагнетизм. РќРѕ РІ 20 веке были открыты еще РґРІРµ силы, объединенные РѕРґРЅРёРј понятием – атомная энергия. Таким образом, природных СЃРёР» стало четыре.
Каждая сила действует в определенном спектре. Гравитация не дает нам улететь в космос со скоростью 1500 км/ч. Затем у нас есть электромагнитные силы – это свет, радио, телевидение и т.д. кроме этого существую еще две силы, поле действия которых сильно ограничено: есть ядерное притяжение, которое не дает ядру распасться, и есть ядерная энергия, которая излучает радиоактивность и заражает все подряд, а также, кстати, нагревает центр Земли, именно благодаря ей центр нашей планеты не остывает вот уже несколько миллиардов лет – это действие пассивной радиации, которая переходи в тепло.
Как обнаружить пассивную радиацию? Рто возможно благодаря счетчикам Гейгера. Частицы, которые высвобождаются, РєРѕРіРґР° расщепляется атом, попадают РІ РґСЂСѓРіРёРµ атомы, РІ результате чего создается небольшой электроразряд, который можно измерить. РџСЂРё его обнаружении счетчик Гейгера щелкает.Как же измерить ядерное притяжение? РўСѓС‚ дело обстоит труднее, потому что именно эта сила РЅРµ дает атому распасться. Здесь нам нужен расщепитель атома. Нужно буквально разбить атом РЅР° осколки, кто-то сравнил этот процесс СЃРѕ СЃР±СЂРѕСЃРѕРј пианино СЃ лестницы СЃ целью разобраться РІ принципах его работы, слушая Р·РІСѓРєРё, которые пианино издает, ударяясь Рѕ ступеньки.
Ртак, Сѓ нас есть четыре силы фундаментального взаимодействия: гравитация (gravity), электромагнетизм (electromagnetism), ядерное притяжение (weak force, слабое взаимодействие) и ядерная энергия (strong force, сильное взаимодействие). Последние РґРІРµ называются квантовыми силами, РёС… описание можно объединить РІ нечто РїРѕРґ названием стандартной модели. Возможно, это самая уродливая теория РІ истории науки, РЅРѕ РѕРЅР° действительно возможна РЅР° субатомном СѓСЂРѕРІРЅРµ. Теория стандартной модели претендует РЅР° то, чтобы стать высшей, РЅРѕ РѕС‚ этого РѕРЅР° РЅРµ перестает быть уродливой. РЎ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны, Сѓ нас есть гравитация – великолепная, прекрасная система, РѕРЅР° красива РґРѕ слез – физики буквально плачут, РІРёРґСЏ формулы Рйнштейна. РћРЅРё стремятся объединить РІСЃРµ силы РїСЂРёСЂРѕРґС‹ РІ РѕРґРЅСѓ теорию Рё назвать ее «теория всего». РћРЅР° объединила Р±С‹ РІСЃРµ четыре силы РІ РѕРґРЅСѓ суперсилу, которая существует СЃ начала времен.Неизвестно, сможем ли РјС‹ РєРѕРіРґР°-РЅРёР±СѓРґСЊ открыть суперсилу, которая включала Р±С‹ РІ себя РІСЃРµ четыре основные силы РџСЂРёСЂРѕРґС‹ Рё сможем ли создать физическую теорию Всего. РќРѕ РѕРґРЅРѕ известно точно: каждое открытие ведет Рє новым исследованиям, Р° люди – самый любопытный РІРёРґ РЅР° планете – РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ перестанут стремиться понимать, искать Рё открывать.
olvaryaphysics.blogspot.ru
Аннотация.
Реферат «Случайное открытие».Номинация «Удивительное рядом».
Авторы: Ладченко Наталия Рё Балахонова Алина.Руководитель: Бибикова РСЂРёРЅР° Николаевна.Физика
10 «А» класс МАОУ СОШ №11
В данном реферате мы широко раскрыли тему, затрагивающую законы и открытия, в частности случайные открытия в физике, их связь с будущим человека. Данная тема  показалась нам очень интересной, потому что случайности, которые привели к великим открытиям ученых, происходят и с нами каждый день.Мы показали, что законы, в том числе законы физики играют крайне важную роль в природе. Рвыделили важным то, что законы природы делают нашу Вселенную познаваемой, подвластной силе человеческого разума.
Также рассказали о том, что такое открытие и постарались более конкретно расписать классификацию открытий физики.
Затем, расписали все открытия с указанием примеров.
Остановясь на случайных открытиях, мы более конкретно рассказали о значении их в жизни человечества, об их истории и авторах.Чтобы вы получили более полную картину того, как случались непредугаданные  открытия и что они значат сейчас,  мы обратились к легендам, опровержениям открытий, к поэзии и биографии авторов.
На сегодняшний день, при изучении физики эта тема является актуальной и любопытной для исследования. В ходе исследования случайностей открытий, стало ясно, что иногда прорывом в науке мы обязаны ошибке, вкравшейся в расчеты и научные эксперименты, или не самым приятным чертам характера ученых, например, небрежности и неаккуратности. Так или нет, судить вам после прочтения работы.
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение города Калининграда средняя общеобразовательная школа №11.
Реферат по физике:
В В В В В В В В В В
«Случайные открытия в физике»
В номинации «Удивительное рядом»
В В
Авторы: Ладченко Наталия и Балахонова Алина,
Ученицы 10 «А» класса.Руководитель: Бибикова Р.Рќ.
2012 РіРѕРґ
Содержание:
Введение………………………………………………………....3 стр.
Классификация открытий………………………………….....3 стр.
Случайные открытия………………………………………..... 5 стр.
Закон всемирного тяготения…………………………………  5 стр.
Закон плавучести тел…………………………………………..11 стр.
Животное электричество……………………………………...15 стр.
Броуновское движение…………………………………………17 стр.
Радиоактивность……………………………………………….18 стр.
Непредугаданные открытия в повседневной жизни………20 стр.
Микроволновая печь……………………………………………22 стр.
Приложение………………………………………………………24 стр.
Список используемой литературы……………………………25 стр.
Законы природы - скелет вселенной. РћРЅРё служат ей РѕРїРѕСЂРѕР№, придают форму, связывают воедино. Р’СЃРµ вместе РѕРЅРё воплощают РІ себе умопомрачительную Рё величественную картину нашего РјРёСЂР°. Однако важнее всего, наверное, то, что законы РїСЂРёСЂРѕРґС‹ делают нашу Вселенную познаваемой, подвластной силе человеческого разума. Р’ СЌРїРѕС…Сѓ, РєРѕРіРґР° РјС‹ перестаем верить РІ СЃРІРѕСЋ способность управлять окружающими нас вещами, РѕРЅРё напоминают, что даже самые сложные системы повинуются простым законам, понятным обычному человеку. РљСЂСѓРі объектов РІРѕ вселенной невероятно широк – РѕС‚ звезд, РІ тридцать раз превосходящих массой солнце, РґРѕ микроорганизмов, которые нельзя рассмотреть невооруженным глазом. Рти объекты Рё РёС… взаимодействия составляют то, что РјС‹ называем материальным РјРёСЂРѕРј. Р’ принципе, каждый объект РјРѕРі Р±С‹ существовать РїРѕ своему собственному набору законов, РЅРѕ такая Вселенная была Р±С‹ хаотичной Рё трудной для понимания, хотя СЃ точки зрения логики это возможно. Рђ то, что РјС‹ живем РЅРµ РІ такой хаотичной вселенной, стало РІ большей степени следствием существования законов РїСЂРёСЂРѕРґС‹.
Но как появляются законы? Что приводит человека к осознанию новой закономерности , к созданию нового изобретения, к обнаружению чего-то абсолютно до этого незнакомого, и т.д.? Определенно, это  открытие. Открытие может совершиться в процессе наблюдения природы - первого шага к науке, в ходе эксперимента, опыта, расчетов, или даже…случайно! Мы начнем с того, что такое открытие.
Открытие-установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания. Открытием признается научное положение, представляющее собой решение познавательной задачи и обладающее новизной в мировом масштабе. От открытия следует отличать научные догадки и гипотезы. Открытием не признается установление единичного факта (тоже иногда именуемого открытием), в том числе географического, археологического, палеонтологического, месторождения полезных ископаемых, а также положения в области общественных наук.
Классификация научных открытий.Открытия бывают:
- Повторные (в т.ч. одновременные).
- Предугаданные.
- Непредугаданные (случайные).
- Преждевременные.
- Запаздывающие.
К сожалению, данная классификация не включает один очень важный раздел – ошибки, ставшие открытиями.
Есть определенная категория предугаданных открытий. РС… появление связано СЃ высокой прогностической силы РЅРѕРІРѕР№ парадигмы, которую использовали для СЃРІРѕРёС… РїСЂРѕРіРЅРѕР·РѕРІ те, кто РёС… делал. Рљ предугаданным открытиям относятся открытие спутников Урана, открытие инертных газов, РёСЃС…РѕРґСЏ РёР· предсказаний периодической таблицы элементов, разработанной Менделеевым, РѕРЅ РёС… предсказал РёСЃС…РѕРґСЏ РёР· периодического закона. Рљ этой же категории относится открытие Плутона, открытие радиоволн РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ предсказания Максвелла Рѕ существовании РґСЂСѓРіРѕР№ волны.
РЎ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны существуют очень интересные непредугаданные, или как РёС… еще называют случайные открытия. РС… описание стало полной неожиданностью для научного сообщества. Рто открытие рентгеновских лучей, электрического тока, электрона... Открытие Рђ. Беккерелем РІ 1896 РіРѕРґСѓ радиоактивности РЅРµ могло быть предвидено, С‚.Рє. доминировала непреложная истина Рѕ неделимости атома.
Наконец, выделяют так называемые запаздывающие открытия, РѕРЅРё РЅРµ были реализованы РїРѕ случайной причине, хотя научное сообщество было готово это сделать. Причиной может быть запаздывание теоретического обоснования. Подзорные трубы употреблялись уже РІ 13 веке, РЅРѕ потребовалось 4 столетия, чтобы вместо РѕРґРЅРѕР№ пары стекол использовать сразу 4 пары Рё таким образом создать телескоп.Запаздывание связано СЃ характерами технического свойства. Так, первый лазер заработал только РІ 1960 РіРѕРґСѓ, хотя теоретически лазеры могли быть созданы непосредственно после появления работы Рйнштейна Рѕ квантовой теории индуцированного излучения.Броуновское движение очень запоздалое открытие. РћРЅРѕ было сделано СЃ помошью лупы, хотя прошло уже 200 лет как был изобретен РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРї 1608 РіРѕРґ.
Кроме вышеперечисленных открытий существуют открытия повторные. В истории науки большинство фундаментальных открытий, связанных с решением фундаментальных проблем делалось несколькими учеными, которые работая в разных странах, приходили к одинаковым результатам. В науковедении повторные открытия  изучаются. Р. Мертоном и Е. Барбером. Они проанализировали 264 исторически зафиксированных случаев повторных открытий. Большая часть 179 составляет двоичные, 51 троичные, 17 четверичные, 6 пятеричные, 8 шестеричные.
Особенный интерес представляют случаи одновременных открытий, т.е тех случаев, когда первооткрывателей разделяли буквально часы. К ним можно отнести Теорию естественного отбора Чарльза Дарвина и Уоллеса.
Преждевременные открытия.Такие открытия происходят, когда научное сообщество оказывается неподготовлено к принятию данного открытия и отрицает его или не замечает. Без понимания открытия научным сообществом оно не может быть использовано в прикладных исследованиях, а потом в технологии. К ним относятся кислород, теория Менделя.
Случайные открытия.
РР· исторических данных становится понятно: РѕРґРЅРё открытия Рё изобретения являются результатом кропотливого труда, причем сразу нескольких ученных, РґСЂСѓРіРёРµ научные открытия были сделаны совершенно случайно, или наоборот гипотезы открытий хранились РјРЅРѕРіРёРµ РіРѕРґС‹. Если говорить Рѕ случайных открытиях, достаточно вспомнить всем известное яблоко, упавшее РЅР° светлую голову Ньютона, после чего РѕРЅ открыл всемирное тяготение. Архимеда ванна натолкнула РЅР° открытие закона относительно выталкивающей силы погруженных РІ жидкость тел. Рђ Александр Флеминг, случайно натолкнувшийся РЅР° плесень, разработал пенициллин. Бывает Рё так, что прорывом РІ науке РјС‹ обязаны ошибке, вкравшейся РІ расчеты Рё научные эксперименты, или РЅРµ самым приятным чертам характера ученых, например, небрежности Рё неаккуратности.
В жизни людей имеет место множество случайностей, которые они используют, получают определенное удовольствие и даже не предполагают, что за эту радость благодарить необходимо его Величество случай.[1]
Остановимся на теме, затрагивающей случайные открытия в области физики. Мы провели небольшое исследование открытий, которые в некоторой степени  изменили нашу жизнь, как, например, закон Архимеда, микроволновая печь, радиоактивность, рентгеновские лучи, и многие другие. Не стоит забывать, что эти открытия не были запланированы. Таких случайных открытий огромное множество. Как происходит такое открытие? Какими умениями и знаниями нужно обладать? Либо внимание к деталям и любознательность есть ключи к успеху? Чтобы ответить на эти вопросы, мы  решили ознакомиться с историей случайных открытий. Они оказались захватывающими и познавательными.
Начнем с наиболее известного непредугаданного открытия .
Закон всемирного тяготения.Когда мы слышим словосочетание «случайное открытие» большинству из нас в голову приходит одна и та же мысль. Конечно же, нам вспоминается всем известное яблоко Ньютона.Точнее сказать, известный рассказ о том, что однажды, гуляя в саду, Ньютон увидел, как с ветки упало яблоко, (или яблоко упало на голову ученому) и это подтолкнуло его к открытию закона всемирного тяготения.
Рассказ этот имеет любопытную историю. Неудивительно, что РјРЅРѕРіРёРµ историки науки Рё учёные пытались установить, соответствует ли РѕРЅР° истине. Ведь для РјРЅРѕРіРёС… это кажется просто мифом. Даже РЅР° сегодняшний день, СЃРѕ всеми новейшими технологиями Рё способностями РІ области науки трудно судить Рѕ степени достоверности этой истории. Попробуем рассуждать Рѕ том, что РІ этой случайности РІСЃРµ-таки имеет место быть подготовленным мыслям ученого.РќРµ сложно предположить, что Рё РґРѕ Ньютона яблоки падали РЅР° головы РѕРіСЂРѕРјРЅРѕРіРѕ числа людей, Рё РѕС‚ этого РѕРЅРё получили только лишь шишки. Ведь никто РёР· РЅРёС… РЅРµ задумался, отчего же яблоки падают РЅР° землю, притягиваются В Рє ней. Рли задумывался, РЅРѕ РЅРµ РґРѕРІРѕРґРёР» СЃРІРѕРёС… размышлений РґРѕ логичного конца. РќР° РјРѕР№ взгляд, Ньютон открыл важный закон, РІРѕ-первых, потому, что РѕРЅ был Ньютоном, Р° РІРѕ-вторых, потому что РѕРЅ постоянно думал Рѕ том, какие силы заставляют двигаться небесные тела, Рё РІ то же время находиться РІ равновесии.РћРґРёРЅ РёР· предшественников Ньютона РІ области физики Рё математики Блез Паскаль высказал мысль,  что случайные открытия делают только подготовленные люди. Можно СЃ уверенностью рассуждать, что человек, чья голова РЅРµ занята решением никакой задачи или проблемы, врядли сделает РІ ней случайное открытие. Возможно, Рсаак Ньютон, Р±СѓРґСЊ РѕРЅ простым фермером Рё семьянином, РЅРµ стал Р±С‹ размышлять над тем, почему яблоко упало, Р° лишь стал свидетелем этого самого РЅРµ открытого еще закона тяготения, как Рё РјРЅРѕРіРёРµ РґСЂСѓРіРёРµ РґРѕ этого. Возможно, Р±СѓРґСЊ РѕРЅ художником, РѕРЅ РІР·СЏР» Р±С‹ кисть Рё написал картину. РќРѕ РѕРЅ был физиком, Рё искал ответы РЅР° СЃРІРѕРё РІРѕРїСЂРѕСЃС‹. Поэтому открыл закон. Остановясь РЅР° этом, можно сделать вывод, что случай, который также называют удачей или везением, РїСЂРёС…РѕРґРёС‚ только Рє тому, кто его ищет Рё кто постоянно готов максимально использовать выпавший ему шанс.
Обратим внимание на доказательство этого случая, и сторонников такой идеи.
РЎ. Р. Вавилов РІ превосходной биографии Ньютона пишет, что рассказ этот, РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, достоверен Рё РЅРµ является легендой. Р’ СЃРІРѕРёС… рассуждениях РѕРЅ ссылается РЅР° свидетельство Стаклея, близкого знакомого Ньютона.Р’РѕС‚ что рассказывает РІ "Воспоминаниях Рѕ жизни Рсаака Ньютона" его РґСЂСѓРі Уильям Стекли, посетивший Ньютона 15 апреля 1725 Рі. РІ Лондоне: "Так как стояла жара, РјС‹ пили послеобеденный чай РІ саду, РІ тени раскидистых яблонь. Были только РјС‹ вдвоём. Между прочим РѕРЅ (Ньютон) сказал РјРЅРµ, что РІ такой же точно обстановке ему впервые пришла РІ голову мысль Рѕ тяготении. РћРЅР° была вызвана падением яблока, РєРѕРіРґР° РѕРЅ сидел, погрузившись РІ РґСѓРјС‹. Почему яблоко всегда падает отвесно, подумал РѕРЅ РїСЂРѕ себя, почему РЅРµ РІ сторону, Р° всегда Рє центру Земли. Должна существовать притягательная сила РІ материи, сосредоточенная РІ центре Земли. Если материя так тянет РґСЂСѓРіСѓСЋ материю, то должна существовать
пропорциональность её количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, подобная той, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей вселенной».
Очевидно, эти размышления о тяготении относятся к 1665 или к 1666 году, когда из-за вспышки чумы в Лондоне Ньютон вынужден был жить в деревне. В бумагах Ньютона была найдена такая запись по поводу «чумных лет»: «... в это время я был в расцвете моих изобретательских сил и думал о математике и философии больше, чем когда-либо после».
Свидетельство Стаклея было мало кому известно (мемуары Стаклея были напечатаны только в 1936 году), но знаменитый французский писатель Вольтер в книге, изданной в 1738 году и посвящённой первому популярному изложению идей Ньютона, приводит аналогичную историю. При этом он ссылается на свидетельство Катарины Бартон, племянницы и компаньонки Ньютона, прожившей рядом с ним 30 лет. Её муж, Джон Кондуит, работавший ассистентом у Ньютона, писал в своих мемуарах, опираясь на рассказ самого учёного: "В 1666 году Ньютон был вынужден на некоторое время вернуться из Кембриджа в своё поместье Вулсторп, так как в Лондоне была эпидемия чумы. Когда он однажды отдыхал в саду, ему, при виде падающего яблока, пришла в голову мысль, что сила тяжести не ограничена поверхностью Земли, а простирается гораздо дальше. Почему бы и не до Луны? Лишь через 20 лет (в 1687 г.) были опубликованы "Математические начала натуральной философии", где Ньютон доказал, что Луна удерживается на своей орбите той же силой тяготения, под действием которой падают тела на поверхность Земли.
Рассказ этот с высокой скоростью приобрел  популярность, однако у многих вызвал сомнения.
Великий русский педагог К. Д. Ушинский, наоборот, увидел в истории с яблоком глубокий смысл. Противопоставляя Ньютона так называемым светским людям, он писал:
«Нужен был гений Ньютона, чтобы РІРґСЂСѓРі удивиться тому, что яблоко упало РЅР° землю. Таким «пошлостям» РЅРµ удивляются всезнающие люди света. РћРЅРё даже считают удивления таким обыденным событиям признаком мелкого, детского, РЅРµ сформированного ещё практического СѓРјР°, хоть РІ то же самое время сами часто удивляются уже действительным пошлостям». Р’ журнале "Современная физика" (англ. "РЎРѕntРµmСЂРѕrР°rСѓ Physics") Р·Р° 1998 Рі. англичанин РљРёР·РёРЅРі, преподаватель Йоркского университета, увлекающийся историей Рё философией науки, опубликовал статью "Рстория Ньютоновой яблони". РљРёР·РёРЅРі придерживается мнения, что легендарная яблоня была единственной РІ садике Ньютона, Рё РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ рассказы Рё СЂРёСЃСѓРЅРєРё СЃ её изображениями. Легендарное дерево пережило Ньютона почти РЅР° сто лет Рё погибло РІ 1820 Рі. РІРѕ время сильной РіСЂРѕР·С‹. Кресло, сделанное РёР· него, хранится РІ Англии, РІ частной коллекции.
Рто открытие, возможно действительно совершившееся РІ результате случайности, послужило РјСѓР·РѕР№ для  некоторых поэтов.Советский РїРѕСЌС‚ Кайсын Кулиев передал СЃРІРѕСЋ мысль РІ поэтической форме. РћРЅ написал небольшое, РјСѓРґСЂРѕРµ стихотворение «Жить удивляясь»:«Рождаются великие творенья
Не потому ли, что порою где-то
Обычным удивляются явленьям
Учёные, художники, поэты».
Приведу  ещё несколько примеров того, как история с яблоком отразилась в художественной литературе.
Соотечественник Ньютона, великий английский поэт Байрон в своей поэме «Дон Жуан» начинает песнь десятую следующими двумя строфами: «Случилось яблоку, упавши, прервать
Глубокие Ньютона размышленья,
Рговорят (не стану отвечать
За мудрецов догадки и ученья),
Нашёл он в этом способ доказать
Весьма наглядно силу тяготенья.
С паденьем, стало быть, и яблоком лишь он
Был в силах справиться с Адамовых времён.
В В В В В В В В * В * В *
От яблок пали мы, но этот плод
Возвысил снова род людской убогий
(Коль верен приведённый эпизод).
Проложенная Ньютоном дорога
Страданий облегчила тяжкий гнёт;
С тех пор открытий сделано уж много,
Р, верно, РјС‹ Рє луне РєРѕРіРґР°-РЅРёР±СѓРґСЊ,
(Благодаря парам *), направим путь».
Перевод Р. Козлова. Р’ оригинале «паровой машины».
Владимир Алексеевич  Солоухин - видный представитель деревенской прозы, в стихотворении «Яблоко» несколько неожиданно написал на ту же тему:
«Я убеждён, что Рсаак Ньютон
То яблоко, которое открыло
Ему закон земного тяготенья,
Что он его,
В конечном счёте, — съел».
Наконец, Марк Твен придал всему эпизоду юмористическую окраску. В рассказе «Когда я служил секретарём» он пишет:
«Что есть слава? Порождение случая! РЎСЌСЂ Рсаак Ньютон открыл, что яблоки падают РЅР° землю, — честное слово, такие пустяковые открытия делали РґРѕ него миллионы людей. РќРѕ Сѓ Ньютона были влиятельные родители, Рё РѕРЅРё раздули этот банальный случай РІ чрезвычайное событие, Р° простаки подхватили РёС… РєСЂРёРє. Р РІРѕС‚ РІ РѕРґРЅРѕ мгновение Ньютон стал знаменит».Как было написано выше, этот случай имел Рё имеет РјРЅРѕРіРѕ противников, которые РЅРµ верят тому, что яблоко привело ученого Рє открытию закона. РЈ РјРЅРѕРіРёС… такая гипотеза вызвала сомнения. После издания РєРЅРёРіРё Вольтера, РІ 1738 РіРѕРґСѓ, посвящённой первому популярному изложению идей Ньютона, посыпались СЃРїРѕСЂС‹, так ли РІСЃРµ было РЅР° самом деле? Считалось, что это очередная выдумка Вольтера, слывшего РѕРґРЅРёРј РёР· самых остроумных людей своего времени. Нашлись люди, Сѓ которых этот рассказ вызвал даже возмущение. Рљ числу последних принадлежал великий математик Гаусс. РћРЅ РіРѕРІРѕСЂРёР»:
В«Рстория СЃ яблоком слишком проста; упало ли яблоко или нет — это РІСЃС‘ равно; РЅРѕ РЅРµ понимаю, как можно предполагать, что этот случай РјРѕРі ускорить или замедлить такое открытие. Вероятно, дело было так: однажды Рє Ньютону пришёл глупый Рё нахальный человек Рё спрашивал его, каким образом РѕРЅ РјРѕРі дойти РґРѕ такого великого открытия. Ньютон, увидев, какого СЂРѕРґР° существо стоит перед РЅРёРј, Рё желая РѕС‚ него отвязаться, отвечал, что ему упало РЅР° РЅРѕСЃ яблоко, Рё это совершенно удовлетворило любознательность того господина».
Вот еще одно опровержение данного случая  историками, для которых разрыв между датой падения яблока, и открытием самого закона подозрительно растянулась.На Ньютона упало яблоко.
 — Скорее это выдумка, — уверен историк. — Хотя после воспоминаний друга Ньютона Стекелея, рассказавшего якобы со слов самого Ньютона, что на закон всемирного тяготения его натолкнуло упавшее с яблони яблоко, это дерево в саду ученого почти столетие было музейным экспонатом. Но еще один друг Ньютона Пембертон сомневался в возможности такого события. Согласно легенде событие с падающим яблоком произошло в 1666 году. Однако свой закон Ньютон открыл значительно позже.
 Биографы великого физика утверждают: если на гения и упал плод, то только в 1726 году, когда ему уже было 84 года, то есть за год до смерти. Один из его биографов, Ричард Уэстфол, замечает: «Сама по себе дата еще не опровергает правдивости эпизода. Но, учитывая возраст Ньютона, как-то сомнительно, чтобы он отчетливо помнил сделанные тогда выводы, тем более что в своих сочинениях он представил совсем другую историю».
Сказку о падающем яблоке он сочинил для своей любимой племянницы Катерины Кондуит, чтобы популярно изложить девушке суть закона, который сделал его знаменитым. Для заносчивого физика Катерина была единственной в семье, к кому он относился с теплотой, и единственная женщина, к которой он когда-либо приближался (по мнению биографов, ученый никогда не знал физической близости с женщиной). Даже Вольтер писал: «В юности я думал, что Ньютон обязан своими успехами собственным заслугам… Ничего подобного: флюксии (используются в решении уравнений) и всемирное тяготение были бы бесполезны без этой прелестной племянницы».
 Так падало ли ему на голову яблоко? Возможно, свою легенду Ньютон рассказал племяннице Вольтера в качестве сказки, та передала ее своему дяде, а уж в словах самого Вольтера никто сомневаться не собирался, его авторитет был достаточно высок.
Еще РѕРґРЅР° догадка РїРѕ этому РїРѕРІРѕРґСѓ звучит так :Р—Р° РіРѕРґ РґРѕ своей смерти Рсаак Ньютон стал рассказывать СЃРІРѕРёРј РґСЂСѓР·СЊСЏРј Рё родственникам анекдотическую историю Рѕ яблоке. Всерьёз её никто РЅРµ воспринимал, РєСЂРѕРјРµ племянницы Ньютона Катерины РљРѕРЅРґСѓРёС‚, которая Рё распространила этот РјРёС„.Сложно понять, был ли это РјРёС„ или анекдотическая история племянницы Ньютона,  или действительно вероятная последовательность событий, которые привели физика Рє открытию закона всемирного тяготения. Р–РёР·РЅСЊ Ньютона, история его открытий стали предметом пристального внимания ученых Рё историков. Однако РІ биографиях Ньютона РјРЅРѕРіРѕ противоречий; вероятно, это связано СЃ тем, что сам Ньютон был весьма скрытным человеком Рё даже подозрительным. Р РЅРµ так СѓР¶ часты были РІ его жизни моменты, РєРѕРіРґР° РѕРЅ приоткрывал СЃРІРѕРµ истинное лицо, СЃРІРѕР№ строй мыслей, СЃРІРѕРё страсти. Ученые РґРѕ СЃРёС… РїРѕСЂ пытаются РїРѕ сохранившимся бумагам, письмам, воспоминаниям воссоздать его жизнь Рё, что самое главное, его творчество, РЅРѕ, как заметил РѕРґРёРЅ РёР· английских исследователей творчества Ньютона, «это РІ значительной мере работа детектива».
Возможно, скрытность Ньютона, его нежелание пускать посторонних в свою творческую лабораторию и дали толчок к возникновению легенды о падающем яблоке. Однако, исходя из предложенных материалов, можно все-таки сделать следующие заключения:
Что РІ истории СЃ яблоком было несомненно?РўРѕ, что после окончания колледжа Рё получения степени бакалавра Ньютон осенью 1665 РіРѕРґР° уехал РёР· Кембриджа Рє себе РґРѕРјРѕР№ РІ Вулсторп. Причина? Рпидемия чумы, охватившая Англию, – РІ деревне РІСЃРµ-таки меньше шансов заразиться. Сейчас трудно судить, насколько необходима была эта мера СЃ медицинской точки зрения; РІРѕ РІСЃСЏРєРѕРј случае, РѕРЅР° была РЅРµ лишней. Хотя Сѓ Ньютона было, РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, прекрасное Р·РґРѕСЂРѕРІСЊРµ – Рє старости РѕРЅ
сохранил густые волосы, не носил очков и потерял только один зуб, – но кто знает, как сложилась бы история физики, останься Ньютон в городе.
 Что еще было? Был несомненно также сад РїСЂРё РґРѕРјРµ, Р° РІ саду – яблоня, Рё была осень, Рё РІ это время РіРѕРґР° яблоки, как известно, нередко самопроизвольно падают РЅР° землю. Была Рё привычка Сѓ Ньютона гулять РІ саду Рё размышлять Рѕ волновавших его РІ тот момент проблемах, РѕРЅ сам РЅРµ скрывал этого: «Я постоянно держу РІ СѓРјРµ предмет своего исследования Рё терпеливо жду, РїРѕРєР° первый проблеск мало-помалу обратится РІ полный Рё блестящий свет». Правда, если считать, что именно РІ то время его озарил проблеск РЅРѕРІРѕРіРѕ закона (Р° РјС‹ можем теперь так считать: РІ 1965 РіРѕРґСѓ были опубликованы РїРёСЃСЊРјР° Ньютона, РІ РѕРґРЅРѕРј РёР· которых РѕРЅ РїСЂСЏРјРѕ РіРѕРІРѕСЂРёС‚ РѕР± этом), то РЅР° ожидание «полного блестящего света» понадобилось довольно РјРЅРѕРіРѕ времени – целых двадцать лет. Потому что опубликован закон всемирного тяготения был только РІ 1687 РіРѕРґСѓ. Причем интересно, что Рё эта публикация была сделана РЅРµ РїРѕ инициативе Ньютона, его буквально заставил изложить СЃРІРѕРё взгляды коллега РїРѕ Королевскому обществу РРґРјРѕРЅРґ Галлей, РѕРґРёРЅ РёР· самых молодых Рё одаренных «виртуозов» – так РІ то время называли людей, «изощрявшихся РІ науках». РџРѕРґ его давлением Ньютон Рё начал писать СЃРІРѕРё знаменитые «Математические начала натуральной философии». Сначала РѕРЅ отправил Галлею сравнительно небольшой трактат «О движении».Так что, возможно, РЅРµ заставь Галлей изложить Ньютона СЃРІРѕРё заключения, В РјРёСЂ услышал этот закон РЅРµ через 20 лет Р° гораздо позже, или же услышал РѕС‚ РґСЂСѓРіРѕРіРѕ ученого.
Ньютон получил всемирную славу еще при жизни, он понимал, что все созданное им не есть окончательная победа разума над силами природы, ибо познание мира бесконечно. Ньютон умер 20 марта 1727 в возрасте 84 лет. Незадолго перед смертью Ньютон сказал: «Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на берегу, развлекающимся тем, что от поры до времени отыскиваю камушек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мною неисследованным». [2],[3],[4].
Закон плавучести тел.
Еще РѕРґРЅРёРј примером случайности открытия можем назвать открытие закона Архимеда. Его открытию принадлежит многоизвестное В«РРІСЂРёРєР°!В» РќРѕ РѕР± этом чуть позже. Для начала, остановимся РЅР° том, кто такой Рё чем знаменит Архимед.
Архимед — древнегреческий математик, физик и инженер из Сиракуз. Он сделал множество открытий в геометрии. Заложил основы механики, гидростатики, автор ряда важных изобретений. Уже при жизни Архимеда вокруг его имени создавались легенды, поводом для которых служили его
поразительные изобретения, производившие ошеломляющее действие на современников.
Достаточно лишь мельком взглянуть на «ноу-хау» Архимеда, чтобы понять, насколько этот человек обогнал свое время и во что мог превратиться наш мир, если бы высокие технологии усваивались в античности так же быстро, как и сегодня. Архимед специализировался в математике и геометрии — двух важнейших науках, лежащих в основе технического прогресса. О революционности его исследований говорит тот факт, что историки считают Архимеда одним из трех величайших математиков человечества. (Другие два — Ньютон и Гаусс)
Если нас СЃРїСЂРѕСЃСЏС‚, какое открытие Архимеда является самым важным, РјС‹ начнем перебирать — например, его знаменитое: «Дайте РјРЅРµ точку РѕРїРѕСЂС‹, Рё СЏ переверну Землю». Рли сожжение СЂРёРјСЃРєРѕРіРѕ флота зеркалами. Рли определение числа РїРё. Рли РѕСЃРЅРѕРІС‹ для интегрального исчисления. Рли РІРёРЅС‚. РќРѕ РІСЃРµ равно будем РЅРµ РґРѕ конца правы. Р’СЃРµ открытия Рё изобретения Архимеда крайне важны для человечества. Потому что РѕРЅРё дали мощный импульс для развития математики Рё физики, особенно СЂСЏРґР° отраслей механики. РќРѕ РІРѕС‚ еще что интересно заметить. Сам Архимед считал СЃРІРѕРёРј высшим достижением определение того, как соотносятся объемы цилиндра, шара Рё РєРѕРЅСѓСЃР°. Почему? РћРЅ РѕР±СЉСЏСЃРЅРёР» просто. Потому что это — идеальные фигуры. Рђ нам важно знать соотношения идеальных фигур Рё РёС… свойства, чтобы принципы, которые заложены РІ РЅРёС…, внести РІ наш далеко РЅРµ идеальный РјРёСЂ.В«РРІСЂРёРєР°!В» Кто РёР· нас РЅРµ слышал этого знаменитого восклицания? В«РРІСЂРёРєР°!В», С‚. Рµ. нашел, воскликнул Архимед, РєРѕРіРґР° догадался, как узнать подлинность золота РєРѕСЂРѕРЅС‹ царя. Рэтот закон открыли опять-таки РїРѕ воле случая: Рзвестен рассказ Рѕ том, как Архимед сумел определить, сделана ли РєРѕСЂРѕРЅР° царя Гиерона РёР· чистого золота или ювелир подмешал туда значительное количество серебра. Удельный вес золота был известен, РЅРѕ трудность состояла РІ том, чтобы точно определить объём РєРѕСЂРѕРЅС‹: ведь РѕРЅР° имела неправильную форму.
Архимед РІСЃС‘ время размышлял над этой задачей. Как-то РѕРЅ принимал ванну, Рё тут ему пришла РІ голову блестящая идея: погружая РєРѕСЂРѕРЅСѓ РІ РІРѕРґСѓ, можно определить её объём, измерив, объём вытесненной ею РІРѕРґС‹. Согласно легенде, Архимед выскочил голый РЅР° улицу СЃ РєСЂРёРєРѕРј В«РРІСЂРёРєР°!В», С‚. Рµ. «Нашёл!В». Рдействительно РІ этот момент был открыт РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ закон гидростатики.
Но как он определил качество короны? Для этого Архимед сделал два слитка: один из золота, другой из серебра, каждый такого же веса, что и корона. Затем поочередно положил их в сосуд с водой, отметил, на сколько поднялся ее уровень. Опустив в сосуд корону, Архимед установил, что ее объем превышает объем слитка. Так и была доказана недобросовестность мастера.
Сейчас закон Архимеда  звучит так:
РќР° тело, погружённое РІ жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа). Сила называется силой Архимеда.РќРѕ что же послужило причиной этого случайности: сам Архимед, РєРѕСЂРѕРЅР°, вес золота которой необходимо было определить, или ванная, РІ которой  Архимед? Хотя, это могло быть РІСЃРµ вместе. Возможно ли, что Архимеда Рє открытию привела только случайность? Рли РІ этом замешана сама подготовка ученого РІ любое время найти решение этого РІРѕРїСЂРѕСЃР°? РњС‹ можем обратится Рє выражению Паскаля, что случайные открытия делают только подготовленные люди. Так РІРѕС‚, РїСЂРёРјРё РѕРЅ ванну просто, РЅРµ думая Рѕ РєРѕСЂРѕРЅРµ царя, РѕРЅ наврядли Р±С‹ обратил внимание, РЅР° то, что весом его тела РІРѕРґР° вытесняется РёР· ванны. РќРѕ РЅР° то РѕРЅ был Архимедом, чтобы заметить это. Вероятно,  именно ему было предписано открыть РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ закон гидростатики. Если задуматься, можно сделать вывод, что Рє случайному открытию законов ведет какая-то цепочка обязательных событий. Получается, эти самые случайные открытия РЅРµ такие СѓР¶ Рё случайные. Архимед должен был принять ванну, чтобы случайно открыть закон. Рђ РґРѕ того как РѕРЅ ее примет, его мысли должны были быть заняты проблемой веса золота. Р РїСЂРё этом, РѕРґРЅРѕ должно быть обязательно для РґСЂСѓРіРѕРіРѕ. РќРѕ нельзя утверждать, что ему РЅРµ удалось Р±С‹ решить РІРѕРїСЂРѕСЃ, РЅРµ РїСЂРёРјРё РѕРЅ ванну. Рђ РІРѕС‚ если Р±С‹ РЅРµ было необходимости вычислить массу золота РІ РєРѕСЂРѕРЅРµ, Архимед Р±С‹ РЅРµ спешил открыть этот закон. РћРЅ Р±С‹ просто РїСЂРёРЅСЏР» ванну.Р’РѕС‚ какой сложный механизм Сѓ нашего, так сказать, случайного открытия. Рљ этой самой случайности вела СѓР№РјР° причин. Р РІРѕС‚, наконец, РїСЂРё идеальных условиях открытия этого закона ( легко обратить внимание как поднимается РІРѕРґР°, РєРѕРіРґР° погружается тело, РјС‹ РІСЃРµ видели этот процесс) подготовленный человек, РІ нашем примере Архимед, просто вовремя схватил эту мысль.
Однако РјРЅРѕРіРёРµ сомневаются, что открытие закона было совершенно именно так. Есть опровержение этому. Звучит РѕРЅРѕ так: РІ действительности вытесненная Архимедом РІРѕРґР° ничего РЅРµ РіРѕРІРѕСЂРёС‚ Рѕ знаменитой выталкивающей силе, поскольку описанный РІ мифе СЃРїРѕСЃРѕР± всего лишь позволяет измерить объём. Ртот РјРёС„ распространил Витрувий, Рё больше никто РЅРµ сообщал РѕР± этой истории.
 Как бы то ни было, мы знаем, что был Архимед, была ванна Архимеда и была корона царя. Делать однозначные заключения, к сожалению, не может никто, поэтому, будем называть случайное открытие Архимеда легендой. А правдивая она или нет, каждый может решить для себя сам.
Ученный, заслуженный преподаватель и поэт Марк Львовский написал стихотворение, посвященный знаменитому случаю науки с ученым.
 Закон Архимеда
Архимед открыл закон,
Мылся в ванне как-то он,
Полилась на пол вода,
Догадался он тогда.
Сила действует на тело,
Так природа захотела,
Шар летит как самолёт,
Что не тонет, то плывёт!
Рв воде груз легче станет,
Ртонуть он перестанет,
Океаны вдоль Земли,
Покоряют корабли!
Все историки Рима очень подробно описывают оборону города Сиракузы во время Второй пунической войны. Говорят, руководил ею и воодушевлял сиракузцев как раз Архимед. Рего видели на всех стенах. Говорят об удивительных машинах его, с помощью которых греки разбили римлян, и те долго не осмеливались атаковать город. Следующий стих достойно описывает момент гибели Архимеда, в ходе той самой пунической войны:
 К.Анкундинов. Смерть Архимеда.
   Он был задумчив и спокоен,
   Загадкой круга увлечен...
   Над ним невежественный воин
   Взмахнул разбойничьим мечом.
   Чертил мыслитель с вдохновеньем,
   Сдавил лишь сердце тяжкий груз.
   «Ужель гореть моим твореньям
   Среди развалин Сиракуз?»
    Рдумал Архимед: «Поникну ль В В В В В
    Я головой на смех врагу?»
    Рукою твердой взял он циркуль —
    Провел последнюю дугу.
    Уж пыль клубилась над дорогой,
    То в рабство путь, в ярмо цепей.
    «Убей меня, но лишь не трогай,
    О варвар, этих чертежей!»
    Прошли столетий вереницы.
    Научный подвиг не забыт.
    Никто не знает, кто убийца.
    Но знают все, кто был убит!
    Нет, не всегда смешон и узок
    Мудрец, глухой к делам земли:
    Уже на рейде в Сиракузах
    Стояли римлян корабли.
    Над математиком курчавым
    Солдат занес короткий нож,
    А он на отмели песчаной
    Окружность вписывал в чертеж.
    Ах, если б смерть — лихую гостью —
    Мне так же встретить повезло,
    Как Архимед, чертивший тростью
    В минуту гибели — число! [5]
Животное электричество.
Следующим  открытием является открытие электричества внутри живых организмов. В нашей таблице это открытие неожиданного вида, однако, сам процесс его тоже не был спланирован и все произошло по знакомой нам «случайности».Открытие электрофизиологии принадлежит ученому Луиджи Гальвани.Л. Гальвани был итальянским врачом, анатомом, физиологом и физиком. Он один из основателей электрофизиологии и учения об электричестве, основоположник экспериментальной электрофизиологии.
Вот как произошло то, что мы называем случайным открытием..
В конце 1780 года профессор анатомии в Болонье Луиджи Гальвани, занимался в своей лаборатории изучением нервной системы отпрепарированных лягушек, еще вчера квакавших в неотдаленном пруду.
Совершенно случайно получилось так, что в той комнате, где в ноябре 1780 года Гальвани изучал на препаратах лягушек их нервную систему, работал еще его приятель – физик, производивший опыты с электричеством. Одну из отпрепарированных лягушек Гальвани по рассеянности положил на стол электрической машины.
В это время в комнату вошла жена Гальвани. Ее взору предстала жуткая картина: при искрах в электрической машине лапки мертвой лягушки, прикасавшиеся к железному предмету (скальпелю), дергались. Жена Гальвани с ужасом указала на это мужу.
Последуем же за Гальвани в его знаменитых опытах: «Я разрезал лягушку и положил ее безо всякого умысла на стол, где на некотором расстоянии стояла электрическая машина. Случайно один из моих ассистентов дотронулся до нерва лягушки концом скальпеля, и в тот же момент мускулы лягушки содрогнулись как бы в конвульсиях.
Другой ассистент, обыкновенно помогавший мне в опытах по электричеству, заметил, что явление это происходило лишь тогда, когда из кондуктора машины извлекалась искра.
Пораженный новым явлением, я тотчас же обратил на него свое внимание, хотя замышлял в этот момент совсем иное и был всецело поглощен своими мыслями. Меня охватила неимоверная жажда и рвение исследовать это и пролить свет на то, что было под этим скрыто».
Гальвани решил, что все дело тут в электрических искрах. Для того чтобы получить более сильный эффект, он вывесил несколько отпрепарированных лягушачьих лапок на медных проволочках на железную садовую решетку во время грозы. Однако молнии – гигантские электрические разряды никак не повлияли на поведение отпрепарированных лягушек. Что не удалось сделать молнии, сделал ветер. При порывах ветра лягушки раскачивались на своих проволочках и иногда касались железной решетки. Как только это случалось, лапки дергались. Гальвани, однако, отнес явление все-таки на счет грозовых электрических разрядов.
Р’ 1786 Рі. Р›. Гальвани заявил, что открыл «животное» электричество. Уже была известна Лейденская банка - первый конденсатор (1745 Рі.). Рђ. Вольта изобрел упоминавшуюся электрофорную машину (1775 Рі.), Р‘. Франклин РѕР±СЉСЏСЃРЅРёР» электрическую РїСЂРёСЂРѕРґСѓ молнии. Рдея биологического электричества витала РІ РІРѕР·РґСѓС…Рµ. Сообщение Р›. Гальвани было встречено СЃ неумеренным энтузиазмом, который РѕРЅ вполне разделял. В Р’ 1791 Рі. вышел его РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ труд «Трактат Рѕ силах электричества РїСЂРё мышечном сокращении».
Р’РѕС‚ еще РѕРґРЅР° история Рѕ том, как РѕРЅ заметил биологическое электричество. РќРѕ РѕРЅР°, естественно, отличается РѕС‚ предыдущей. Рта история своего СЂРѕРґР° курьез.
Простудившаяся жена профессора анатомии Болонского университета Луиджи Гальвани, как и все больные, требовала заботы и внимания. Врачи прописали ей "укрепительный бульон" в состав которого входили те самые  лягушечьи лапки. Рвот, в процессе приготовления  лягушек для бульона, Гальвани заметил, как двигались лапки при соприкосновении их с электрической машиной. Таким образом открыл знаменитое "живое электричество" - электрический ток.Как бы то ни было, Гальвани преследовал в своих занятиях немного другие
цели. РћРЅ изучал строение лягушек, Р° открыл электрофизиологию. Рли, еще интереснее, хотел приготовить бульон для своей СЃСѓРїСЂСѓРіРё, сделать ей полезное, В Р° сделал открытие, полезное всему человечеству. Р РІСЃРµ почему? Р’ РѕР±РѕРёС… случаях лапки лягушек, случайным образом докоснулись РґРѕ электромашины или какого-то РґСЂСѓРіРѕРіРѕ электропредмета. РќРѕ так ли случайно Рё неожиданно РІСЃРµ складывалось, или опять же это была обязательная взаимосвязь событий?... [6]
Броуновское движение.
По нашей таблице мы можем видеть, что броуновское движение относится к запоздалым открытиям в физике. Но мы остановимся на этом открытии, так как оно тоже в некоторой степени  было сделано случайно.
Что такое броуновское движение?Броуновское движение- это следствие хаотического движения молекул. Причиной броуновского движения является тепловое движение молекул среды и их столкновения с броуновской частицей.
Рто явление было открыто Р . Броуном (РІ честь его Рё назвали открытие), РєРѕРіРґР° РІ 1827 РіРѕРґСѓ, РєРѕРіРґР° РѕРЅ РїСЂРѕРІРѕРґРёР» исследования пыльцы растений. Шотландский ботаник Роберт Броун ещё РїСЂРё жизни как лучший знаток растений получил титул «князя ботаников». РћРЅ сделал РјРЅРѕРіРѕ замечательных открытий. Р’ 1805 после четырёхлетней экспедиции РІ Австралию привез РІ Англию около 4000 РІРёРґРѕРІ РЅРµ известных ученым австралийских растений Рё РјРЅРѕРіРѕ лет посвятил РёС… изучению. Описал растения, привезенные РёР· Рндонезии Рё Центральной Африки. Рзучал физиологию растений, впервые РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ описал СЏРґСЂРѕ растительной клетки. Петербургская Академия наук сделала его СЃРІРѕРёРј почетным членом. РќРѕ РёРјСЏ учёного сейчас широко известно РІРѕРІСЃРµ РЅРµ РёР·-Р·Р° этих работ.
В
Вот как случилось Броуну заметить движение, присущее молекулам. Получается, пытаясь работать над одним, Броун заметил немного другое:
В 1827 Броун проводил исследования пыльцы растений. Он, в частности, интересовался, как пыльца участвует в процессе оплодотворения. Как-то он разглядывал под микроскопом выделенные из клеток пыльцы североамериканского растения Clarkia pulchella взвешенные в воде удлиненные цитоплазматические зерна. Рвот, неожиданно Броун увидел, что мельчайшие твёрдые крупинки, которые едва можно было разглядеть в капле воды, непрерывно дрожат и постоянно передвигаются с места на место. Он установил, что эти движения, по его словам, «не связаны ни с потоками в жидкости, ни с ее постепенным испарением, а присущи самим частичкам». Поначалу Броун подумал даже, что в поле микроскопа действительно попали живые существа, тем более что пыльца – это мужские половые клетки растений, однако так же себя вели частички из мертвых растений, даже из засушенных за сто лет до этого в гербариях.
РўРѕРіРґР° Броун подумал, РЅРµ есть ли это «элементарные молекулы живых существ», Рѕ которых РіРѕРІРѕСЂРёР» знаменитый французский естествоиспытатель Р–РѕСЂР¶ Бюффон (1707–1788), автор 36-томной Естественной истории. Рто предположение отпало, РєРѕРіРґР° Броун начал исследовать СЏРІРЅРѕ неживые объекты; очень мелкие частички угля, сажи Рё пыли лондонского РІРѕР·РґСѓС…Р°, тонко растертые неорганические вещества: стекло, множество различных минералов.
Наблюдение Броуна подтвердили другие учёные.
Причем, надо сказать, что у Броуна не было каких-то новейших микроскопов. В своей статье он специально подчеркивает, что у него были обычные двояковыпуклые линзы, которыми он пользовался в течение нескольких лет. Рдалее пишет: «В ходе всего исследования я продолжал использовать те же линзы, с которыми начал работу, чтобы придать больше убедительности моим утверждениям и чтобы сделать их как можно более доступными для обычных наблюдений».Броуновское движение считается очень запоздалым открытием. Оно было сделано с помощью лупы, хотя прошло уже 200 лет, как был изобретен микроскоп (1608 год)
Как это часто бывает в науке, спустя многие годы историки обнаружили, что ещё в 1670 изобретатель микроскопа голландец Антони Левенгук, видимо, наблюдал аналогичное явление, но редкость и несовершенство микроскопов, зачаточное состояние молекулярного учения в то время не привлекли внимания к наблюдению Левенгука, поэтому открытие справедливо приписывают Броуну, который впервые подробно его изучил и описал.[7]
Радиоактивность.
Антуан Анри Беккерель родился 15 декабря 1852 , умер  25 августа 1908 . Он был французским физиком, лауреатом Нобелевской премии по физике и одним из первооткрывателей радиоактивности.
Явление радиоактивности было очередным открытием, совершившимся по случайности. В 1896 г. французский физик А. Беккерель по время работ по исследованию солей урана завернул флюоресцирующий материал в непрозрачный материал вместе с фотопластинками.
РћРЅ обнаружил, что фотопластинки были полностью засвечены. Ученый продолжил исследования Рё выявил, что РІСЃРµ соединения урана испускают излучение. Продолжением работы Беккереля стало открытие РІ 1898 Рі. радия Пьером Рё Мари РљСЋСЂРё. Атомная масса радия РЅРµ так СѓР¶ сильно отличается РѕС‚ массы урана, РЅРѕ его радиоактивность РІ миллион раз выше. Явление излучения назвали радиоактивностью. Р’-1903 Рі. Беккерель совместно СЃ супругами РљСЋСЂРё получил Нобелевскую премию РїРѕ физике «В знак признания выдающихся заслуг, выразившихся РІ открытии самопроизвольной радиоактивности». Рто стало началом атомной СЌСЂС‹.
В
Еще одним из важных открытий физики, относящихся к разделу непредугаданных, является открытие рентгеновских лучей. Сейчас, спустя многие годы этого открытия, рентгеновские лучи имеют большое значение для человечества.Первой и наиболее широко известной областью применения рентгеновских лучей является медицина. Рентгеновские снимки стали уже привычным инструментов и врачей-травматологов, и стоматологов, и медицинских специалистов других направлений.
Другой отраслью, где широко применяется рентгеновская аппаратура, стала безопасность. Так, в аэропортах, на таможнях и прочих контрольно-пропускных пунктах принцип использования рентгена практически тот же, что и в современной медицине. Лучи используются для обнаружения запрещенных для провоза предметов в багаже и прочих грузах. В последние годы появились автономные устройства небольших размеров, позволяющие обнаруживать подозрительные предметы в местах большого скопления людей.Расскажем об истории открытия рентгеновских лучей.
Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г. Способ их получения с особой наглядностью обнаруживает их электромагнитную природу. Немецкий физик Рентген (1845—1923) обнаружил этот вид излучения случайно, при исследовании катодных лучей.
Наблюдение Рентгена состояло РІ следующем. РћРЅ работал РІ затемненной комнате, пытаясь понять, СЃРјРѕРіСѓС‚ ли недавно открытые катодные лучи или нет (РѕРЅРё применяются РґРѕ СЃРёС… РїРѕСЂ – РІ телевизорах, РІ флуоресцентных лампах Рё С‚.Рґ.) пройти СЃРєРІРѕР·СЊ вакуумную трубку или нет. Случайно РѕРЅ заметил, что РЅР° химически очищенном экране РЅР° расстоянии РІ несколько футов появилось расплывчатое зеленоватое облачко. Рто было похоже РЅР° то, как если Р±С‹ слабая вспышка РѕС‚ индукционной катушки отразилась РІ зеркале. Семь недель РѕРЅ РїСЂРѕРІРѕРґРёР» исследования, практически РЅРµ покидая лабораторию. Оказалось, что причиной свечения являются прямые лучи, исходящие РѕС‚ катодно-лучевой трубки, что излучение дает тень, Рё РѕРЅРѕ РЅРµ может быть отклонено СЃ помощью магнита - Рё РјРЅРѕРіРѕРµ РґСЂСѓРіРѕРµ. Так же стало СЏСЃРЅРѕ, что человеческие кости отбрасывают более плотную тень, чем окружающие РјСЏРіРєРёРµ ткани, что РґРѕ СЃРёС… РїРѕСЂ Рё используется РІ рентгеноскопии. Рђ первый рентгеновский СЃРЅРёРјРѕРє появился РІ 1895 РіРѕРґСѓ – это был СЃРЅРёРјРѕРє СЂСѓРєРё мадам Рентген СЃ четко выделяющимся золотым кольцом. Так что впервые именно мужчины увидели женщин «насквозь», Р° РЅРµ наоборот.[8]
Вот какие полезные случайные открытия подарила Вселенная человечеству!
Рэто лишь малая доля полезных случайных открытий и изобретений. За один раз не рассказать, сколько их было. Рсколько еще будет…Но узнать об открытиях, которые совершились в повседневной жизни было бы тоже
 полезно.
Непредугаданные открытия в нашей повседневной жизни.
Печенье с кусочками шоколада.     Один из самых популярных видов печенья в США - печенье с кусочками шоколада. Оно было изобретено в 1930-е годы, когда хозяйка небольшой гостиницы Рут Вэйкфилд решила испечь масляное печенье. Женщина разломала шоколадную плитку и перемешала кусочки шоколада с тестом, рассчитывая, что шоколад растает и придаст тесту коричневый цвет и шоколадный привкус. Однако Вэйкфилд подвело незнание законов физики, и из духовки она достала печенье с кусочками шоколада.
 Клейкие бумажки для заметок.  Клейкие бумажки появились РІ результате неудачного эксперимента РїРѕ усилению стойкости клея. Р’ 1968 РіРѕРґСѓ сотрудник исследовательской лаборатории компании 3M пытался улучшить качество клейкой ленты (скотча). РћРЅ получил плотный клей, который РЅРµ впитывался РІ склеиваемые поверхности Рё был совершенно бесполезен для производства скотча. Рсследователь РЅРµ знал, каким образом можно использовать новый СЃРѕСЂС‚ клея. Четыре РіРѕРґР° спустя, его коллега, который РІ СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРµ время пел РІ церковном С…РѕСЂРµ, был раздражен тем, что закладки РІ РєРЅРёРіРµ псалмов, РІСЃРµ время выпадали. РўРѕРіРґР° же РѕРЅ РІСЃРїРѕРјРЅРёР» Рѕ клее, который РјРѕРі Р±С‹ закреплять бумажные закладки, РЅРµ повреждая страниц РєРЅРёРіРё. Р’ 1980 РіРѕРґСѓ Post-it Notes были впервые выпущены РІ продажу.
РљРѕРєР°-Кола.В В В В В 1886 РіРѕРґ. Доктор-фармацевт Джон Пембертон ищет СЃРїРѕСЃРѕР± приготовления микстуры тонизирующего действия СЃ помощью ореха Кола Рё растения РєРѕРєРё. Микстура РЅР° РІРєСѓСЃ оказалась очень приятной. Ртот СЃРёСЂРѕРї РѕРЅ отвозил РІ аптеку, РіРґРµ РѕРЅР° Рё продавалась. Рђ сама РљРѕРєР°-Кола появилась РїРѕ случайности. Продавец РІ аптеке спутал краны СЃ обычной РІРѕРґРѕР№ Рё газированной Рё налил вторую. Так Рё появилась РљРѕРєР°-Кола. Правда вначале РѕРЅР° была РЅРµ очень популярной. Расходы Пембертона превышали РґРѕС…РѕРґС‹. РќРѕ сейчас ее РїСЊСЋС‚ РІ более РґРІСѓС…СЃРѕС‚ странах РјРёСЂР°.
Мешок для мусора.     В 1950 году изобретатель Гарри Василюк создал такой мешок. Дело было так. К нему обратилась администрация города с задачей: придумать способ, при котором мусор не будет вываливаться в процессе его погружения в мусороуборочную машину. У него появилась задумка создать специальный пылесос. Но кто-то бросил фразу: Мне нужна сумка под мусор. Рвдруг он понял, что для мусора нужно сделать одноразовые
мешки, а что бы сэкономить, изготавливать их из полиэтилена. А через 10 лет в продаже появились мешки для частных лиц.
Тележка для супермаркета.      Так же как Рё РґСЂСѓРіРёРµ открытия РІ этом посте открыто случайно РІ 1936 РіРѕРґСѓ. Рзобретатель тележки торговец Сильван Голдман стал замечать, что покупатели редко покупают габаритные товары, ссылаясь РЅР° то, что РёС… тяжело нести РґРѕ кассы. РќРѕ однажды РІ магазине РѕРЅ увидел, как РЅР° машинке Р·Р° веревочку катил сын покупательницы СЃСѓРјРєСѓ СЃ продуктами. Ртут его просвятило. Первоначально РѕРЅ просто приделал Рє корзинам небольшие колесики. РќРѕ потом привлек РіСЂСѓРїРїСѓ конструкторов для создания современной тележки. Через 11 лет началось массовое изготовление таких тележек. Ркстати, благодаря этому новшеству появился новый тип магазинов РїРѕРґ названием супермаркет.
Булочки СЃ РёР·СЋРјРѕРј. В В В В В Р’ Р РѕСЃСЃРёРё тоже было создано лакомство РїРѕ ошибке. Рто произошло РЅР° царской РєСѓС…РЅРµ. Повар готовил булочки, замесил тесто, Рё РїРѕ случайности задел кадушку СЃ РёР·СЋРјРѕРј, которая упала РІ тесто. РћРЅ очень сильно испугался, вытащить РёР·СЋРј Сѓ него РЅРµ получалось. РќРѕ страх себя РЅРµ оправдал. Государю очень сильно понравились булочки СЃ РёР·СЋРјРѕРј, Р·Р° что повара Рё наградили.Здесь же стоит упомянуть Рё Рѕ легенде, описанной знатоком РњРѕСЃРєРІС‹ журналистом Рё писателем Владимиром Гиляровским, Рѕ том, что булочку СЃ РёР·СЋРјРѕРј изобрел знаменитый булочник Рван Филиппов. Генерал-губернатор Арсений Закревский, купивший как-то свежую сайку, РІРґСЂСѓРі обнаружил РІ ней таракана. Вызванный РЅР° ковер Филиппов, схватил насекомое Рё съел, заявив, что генерал ошибся - это была РёР·СЋРјРёРЅРєР°. Вернувшись РІ пекарню, Филиппов распорядился срочно начать печь булочки СЃ РёР·СЋРјРѕРј, чтобы оправдаться перед губернатором.
Рскусственные подсластители
Три самых распространенных заменителя сахара были открыты лишь благодаря тому, что ученые забыли помыть руки. Цикламат (1937) и аспартам (1965) явились побочным продуктом медицинских исследований, а сахарин (1879) был случайно обнаружен при исследованиях дериватов каменноугольного дегтя.
Кока-Кола
 В 1886 году доктор и фармацевт Джон Пембертон (John Pemberton) пытался приготовить микстуру на основе вытяжки из листьев южноамериканского растения кока и африканских орехов кола, обладающих тонизирующими свойствами. Пембертон попробовал готовую
микстуру Рё РїРѕРЅСЏР», что РѕРЅР° обладает хорошим РІРєСѓСЃРѕРј. Пембертон посчитал, что этот СЃРёСЂРѕРї РјРѕРі помочь людям, страдающим РѕС‚ усталости, стресса Рё Р·СѓР±РЅРѕР№ боли. Фармацевт отнес СЃРёСЂРѕРї РІ самую РєСЂСѓРїРЅСѓСЋ аптеку РіРѕСЂРѕРґР° Атланты. Р’ тот же день были проданы первые порции СЃРёСЂРѕРїР°, РїРѕ пять центов Р·Р° стакан. Однако напиток Coca-Cola появился РІ результате небрежности. Случайно продавец, разбавлявший СЃРёСЂРѕРї, перепутал краны Рё налил газированную РІРѕРґСѓ вместо обыкновенной. Получившаяся смесь Рё стала «кока-колой». Рзначально этот напиток РЅРµ имел большого успеха. Р—Р° первый РіРѕРґ производства газировки Пембертон израсходовал $79.96 РЅР° рекламу РЅРѕРІРѕРіРѕ напитка, РЅРѕ СЃРјРѕРі продать РљРѕРєР°-колы только РЅР° $50. Ныне РєРѕРєР°-колу РїСЂРѕРёР·РІРѕРґСЏС‚ Рё РїСЊСЋС‚ РІ 200 странах РјРёСЂР°.
В 13.ТефлонВ
Тефлон был изобретен совершенно непреднамеренно. Ученый-С…РёРјРёРє Р РѕР№ Планкетт РёР· научной лаборатории компании DuPont РїСЂРѕРІРѕРґРёР» серию экспериментов СЃ фторсодержащими газами Рё СЂСЏРґРѕРј искусственных материалов. Случайно заморозив газ тетрафторэтилен, С…РёРјРёРє получил белый материал, РїРѕ своей фактуре напоминающий РІРѕСЃРє. Оказалось, что РЅРѕРІРѕРµ вещество обладает массой уникальных свойств: РѕРЅРѕ имеет крайне РЅРёР·РєРёР№ коэффициент трения, устойчиво Рє химическим веществам, РЅРµ разрушается РЅРё РїРѕРґ воздействием солнечных лучей, РЅРё РѕС‚ длительного воздействия РІРѕРґС‹. Несколько позже РЅРѕРІРѕРµ вещество получило название «тефлон». DuPont РЅРµ спешила поделиться СЃ РјРёСЂРѕРј СЃРІРѕРёРј открытием. Более того, тефлон решили засекретить, так как видели его применение РІ РѕР±РѕСЂРѕРЅРєРµ. Так что РґРѕ середины 50-С… РіРѕРґРѕРІ тефлон использовали, прежде всего, для военных целей. РќРѕ свойства тефлона были столь уникальны Рё разнообразны, что, получив доступ Рє РЅРѕРІРѕРјСѓ открытию, ученые сразу же начали экспериментировать СЃ РЅРёРј, смешивая его СЃ разными веществами. Рпостепенно тефлон РїСЂРѕРЅРёРє РІСЃСЋРґСѓ. Благодаря уникально РЅРёР·РєРѕРјСѓ коэффициенту трения тефлон охотно начали использовать РїСЂРё производстве подшипников Рё прокладок. Тефлоновая электроизоляция защищает электрические схемы космического корабля «Колумбия», ткани, покрытые тефлоном, используют для кровли крыш стадионов, тефлоновые пленки покрывают сотни километров нефтепроводов. РР· тефлона уже сейчас делают суставы Рё изучают возможность создания искусственных нервов. РќРѕ широкой публике этот материал известен, прежде всего, благодаря СЃРІРѕРёРј уникальным антипригарным свойствам, сделавшим его совершенно незаменимым РІ быту.В
Как появилось изобретение микроволновка?
Перси Лебарон Спенсер — ученый, изобретатель, который изобрел первую СВЧ-печь. Он родился 9 июля 1984 года в городе Хоуленд штата Мэн, США.
Как изобрели микроволновку.
Спенсер изобрел прибор для микроволновой кулинарии совершенно случайно. В лаборатории Raytheon в 1946, когда он стоял около
магнетрона, он вдруг почувствовал покалывание и что леденцы, которые лежали у него в кармане, таяли. Он не первый заметил этот эффект, но другие боялись проводить эксперименты, в то время как Спенсеру было любопытно и интересно проводить такие исследования.
Он расположил кукурузу рядом с магнетроном и через определенное время она начала трещать. Наблюдая такой эффект, он сделал металлическую коробку с магнетроном для разогревания пищи. Так Перси Лаберон Спенсер изобрел микроволновку.
После написания отчета о его результатах, «Raytheon» в 1946 году запатентовала это открытие и начала продавать микроволновые печи в индустриальных целях.
В 1967 году филиал «Raytheon Amana» начал продавать домашние СВЧ-печи «RadarRange». За свое изобретение Спенсер не получил лицензионных платежей, но ему заплатили одноразовое пособие за два доллара от Raytheon — символическая оплата компании, сделанная всем изобретателям компании.
Список используемой литературы.
[1]- http://www.metodolog.ru/01200/01200.html
[2] - http://web-fizika.narod.ru/apple.htm
[3]- http://tvroscosmos.ru/frm/zhurnal/1208_3.php
[4]- http://www.ega-math.narod.ru/Bell/Newton.htm
[5]- http://to-name.ru/biography/arhimed.htm
[6]- http://elkin52.narod.ru/biografii.htm
[7]- http://ru.wikipedia.org/wiki/Броуновское_движение.
[8]- http://www.newagent.spb.ru/kak/1075-2010-08-30-18-58-55
[9]- http://shkolyaram.narod.ru/interesno3.html
Приложение.
nsportal.ru
Хотя история физики как самостоятельной науки началась только в XVII веке, ее истоки относятся к самой глубокой древности, когда люди начали систематизировать первые свои знания об окружающем их мире. До Нового времени они относились к натуральной философии и включали в себя сведения о механике, астрономии и физиологии. Настоящая же история физики началась благодаря опытам Галилея и его учеников. Также фундамент этой дисциплины был заложен Ньютоном.
В XVIII и XIX столетии появились ключевые понятия: энергия, масса, атомы, импульс и т. д. В XX веке стала ясной ограниченность классической физики (помимо нее, зародилась квантовая физика, теория относительности, теория микрочастиц и т. д.). Естественнонаучные знания дополняются и сегодня, так как перед исследователями остается множество нерешенных проблем и вопросов о природе нашего мира и всей вселенной.
Многие языческие религии Древнего мира основывались на астрологии и знаниях звездочетов. Благодаря их исследованиям ночного неба произошло становление оптики. Накопление астрономических знаний не могло не повлиять на развитие математики. Однако теоретически объяснить причины природных явлений древние не могли. Жрецы приписывали молнии и солнечные затмения божественному гневу, что не имело ничего общего с наукой.
Р’ то же время РІ Древнем Египте научились измерять длину, вес Рё СѓРіРѕР». Рти знания были необходимы архитекторам РїСЂРё строительстве монументальных пирамид Рё храмов. Развивалась прикладная механика. Сильны РІ ней были Рё вавилоняне. РћРЅРё же, основываясь РЅР° СЃРІРѕРёС… астрономических знаниях, стали использовать сутки для измерения времени.
Древнекитайская история физики началась в VII веке до н. э. Накопленный опыт в ремеслах и строительстве был подвергнут научному анализу, результаты которого были изложены в философских сочинениях. Самым известным их автором считается Мо-цзы, живший в IV столетии до н. э. Он предпринял первую попытку сформулировать основополагающий закон инерции. Уже тогда китайцы первыми изобрели компас. Они открыли законы геометрической оптики и знали о существовании камеры-обскуры. В Поднебесной появились зачатки теории музыки и акустики, о которых еще долгое время не подозревали на Западе.
Античная история физики больше всего известна благодаря греческим философам. РС… исследования основывались РЅР° геометрических Рё алгебраических познаниях. Например, пифагорейцы первыми объявили Рѕ том, что РїСЂРёСЂРѕРґР° подчиняется универсальным законам математики. Рту закономерность греки видели РІ оптике, астрономии, музыке, механике Рё РґСЂСѓРіРёС… дисциплинах.
Рстория развития физики СЃ трудом представляется без трудов Аристотеля, Платона, Архимеда, Лукреция Кара Рё Герона. РС… сочинения сохранились РґРѕ наших времен РІ достаточно целостном РІРёРґРµ. Греческие философы отличались РѕС‚ современников РёР· РґСЂСѓРіРёС… стран тем, что РѕРЅРё объясняли физические законы РЅРµ мифическими понятиями, Р° строго СЃ научной точки зрения. Р’ то же время Сѓ эллинов случались Рё крупные ошибки. Рљ РЅРёРј можно отнести механику Аристотеля. Рстория развития физики как науки РјРЅРѕРіРёРј обязана мыслителям Рллады уже хотя Р±С‹ тем, что РёС… натурфилософия оставалась РѕСЃРЅРѕРІРѕР№ международной науки РґРѕ XVII столетия.
Демокрит сформулировал теорию атомов, согласно которой РІСЃРµ тела состоят РёР· неделимых Рё крохотных частиц. Рмпедокл предложил закон сохранения материи. Архимед заложил РѕСЃРЅРѕРІС‹ гидростатики Рё механики, изложив теорию рычага Рё подсчитав величину выталкивающей силы жидкости. РћРЅ же стал автором термина «центр тяжести».
Александрийский грек Герон считается РѕРґРЅРёРј РёР· величайших инженеров РІ человеческой истории. РћРЅ создал паровую турбину, обобщил знания РѕР± упругости РІРѕР·РґСѓС…Р° Рё сжимаемости газов. Рстория развития физики Рё оптики продолжилась благодаря Евклиду, исследовавшему теорию зеркал Рё законы перспективы.
После падения Римской империи настал крах античной цивилизации. Многие знания были преданы забвению. Европа почти на тысячу лет остановилась в своем научном развитии. Храмами знаний стали христианские монастыри, которым удалось сохранить некоторые сочинения прошлого. Однако прогресс тормозила сама церковь. Она подчинила философию богословской доктрине. Мыслители, пытавшиеся выйти за ее пределы объявлялись еретиками и жестоко наказывались инквизицией.
РќР° этом фоне первенство РІ естественных науках перешло Рє мусульманам. Рстория возникновения физики Сѓ арабов связана СЃ переводом РЅР° РёС… язык трудов античных греческих ученых. РќР° РёС… РѕСЃРЅРѕРІРµ мыслители востока сделали несколько собственных важных открытий. Рљ примеру, изобретатель Аль-Джазири описал первый коленчатый вал.
Европейский застой продлился вплоть до Ренессанса. За Средние века в Старом Свете изобрели очки и объяснили возникновение радуги. Немецкий философ XV века Николай Кузанский первым предположил, что Вселенная бесконечна, и тем самым далеко опередил свое время. Через несколько десятилетий Леонардо да Винчи стал первооткрывателем явления капиллярности и закона трения. Также он пытался создать вечный двигатель, но не справившись с этой задачей, начал теоретически доказывать неосуществимость подобного проекта.
В 1543 году польский астроном Николай Коперник опубликовал главный труд всей своей жизни «О вращении небесных тел». В этой книге впервые в христианском Старом Свете была произведена попытка защитить гелиоцентрическую модель мира, согласно которой Земля крутится вокруг Солнца, а не наоборот, как предполагала принятая церковью геоцентрическая модель Птолемея. Многие ученые физики и их открытия претендуют на звание великих, однако именно появление книги «О вращении небесных тел» считается началом научной революции, за которой последовало возникновение не только современной физики, но и современной науки в целом.
Другой знаменитый ученый Нового времени Галилео Галилей больше всего прославился изобретением телескопа (также ему принадлежит изобретение термометра). Кроме того, он сформулировал закон инерции и принцип относительности. Благодаря открытиям Галилея зародилась совершенно новая механика. Без него история изучения физики застопорилась бы еще на долгое время. Галилею, как и многим его широко мыслившим современникам, пришлось сопротивляться давлению церкви, из последних сил пытавшейся защитить старый порядок.
Набравший С…РѕРґ СЂРѕСЃС‚ интереса Рє науке продолжился Рё РІ XVII веке. Немецкий механик Рё математик Роганн Кеплер стал первооткрывателем законов движения планет РІ Солнечной системе (законов Кеплера). РЎРІРѕРё взгляды РѕРЅ изложил РІ РєРЅРёРіРµ «Новая астрономия», изданной РІ 1609 РіРѕРґСѓ. Кеплер оппонировал Птолемею, заключив, что планеты движутся РїРѕ эллипсам, Р° РЅРµ РїРѕ окружностям, как считалось еще РІ античности. Ртот же ученый внес значительный вклад РІ развитие оптики. РћРЅ исследовал дальнозоркость Рё близорукость, выяснив физиологические функции хрусталика глаза. Кеплер ввел понятия оптической РѕСЃРё Рё фокуса, сформулировал теорию линз.
Француз Рене Декарт создал новую научную дисциплину – аналитическую геометрию. Также он предложил закон преломления света. Главным трудом Декарта стала книга «Начала философии», изданная в 1644 году.
Немногие ученые-физики Рё РёС… открытия известны так, как англичанин Рсаак Ньютон. Р’ 1687 РіРѕРґСѓ РѕРЅ написал революционную РєРЅРёРіСѓ «Математические начала натуральной философии». Р’ ней исследователь изложил закон всемирного тяготения Рё три закона механики (также ставшие известными как законы Ньютона). Ртот ученый работал над теорией цвета, оптикой, интегральными Рё дифференциальными исчислениями. Рстория физики, история законов механики – РІСЃРµ это тесно связано СЃ открытиями Ньютона.
XVIII век подарил науке множество выдающихся имен. Особенно выделяется среди РЅРёС… Леонард Рйлер. Ртот швейцарский механик Рё математик написал более 800 работ РїРѕ физике Рё таким разделам, как математический анализ, небесная механика, оптика, теория музыки, баллистика Рё С‚. Рґ. Петербургская академия наук признала его СЃРІРѕРёРј академиком, РёР·-Р·Р° чего Рйлер значительную часть жизни провел РІ Р РѕСЃСЃРёРё. Рменно этот исследователь положил начало аналитической механике.
Рнтересно что история предмета физика сложилась такой, какой РјС‹ ее знаем, благодаря РЅРµ только профессиональным ученым, РЅРѕ Рё исследователям-любителям, гораздо больше известным РІ совершенно РґСЂСѓРіРѕРј качестве. Самым СЏСЂРєРёРј примером такого самоучки стал американский политик Бенджамин Франклин. РћРЅ изобрел громоотвод, внес большой вклад РІ изучение электричества Рё сделал предположение Рѕ его СЃРІСЏР·Рё СЃ явлением магнетизма.
Р’ конце XVIII столетия итальянец Алессандро Вольта создал «вольтов столб». Его изобретение стало первой электрической батарей РІ истории человечества. Ртот век также ознаменовался появлением ртутного термометра, создателем которого был Габриэль Фаренгейт. Другим важным событием изобретательства оказалось изобретение паровой машины, произошедшее РІ 1784 РіРѕРґСѓ. РћРЅРѕ породило новые средства производства Рё перестройку промышленности.
Если история начала физики развивалась исходя из того, что наука должна была объяснить причину природных явлений, то в XIX веке ситуация значительно изменилась. Теперь у нее появилось новое призвание. От физики стали требовать управления природными силами. В связи с этим стала ускоренно развиваться не только экспериментальная, но и прикладная физика. «Ньютон электричества» Андре-Мари Ампер ввел новое понятие электрического тока. В этой же области работал Майкл Фарадей. Он открыл явление электромагнитной индукции, законы электролиза, диамагнетизм и стал автором таких терминов, как анод, катод, диэлектрик, электролит, парамагнетизм, диамагнетизм и т. д.
Сложились новые разделы науки. Термодинамика, теория упругости, статистическая механика, статистическая физика, радиофизика, теория упругости, сейсмология, метеорология – все они формировали единую современную картину мира.
В XIX столетии возникли новые научные модели и понятия. Томас Юнг обосновал закон сохранения энергии, Джеймс Клерк Максвелл предложил собственную электромагнитную теорию. Русский химик Дмитрий Менделеев стал автором значительно повлиявшей на всю физику периодической системы элементов. Во второй половине века появилась электротехника и двигатель внутреннего сгорания. Они стали плодами прикладной физики, ориентированной на решение определенных технологических задач.
В XX веке история физики, кратко говоря, перешла к тому этапу, когда наступил кризис уже устоявшихся классических теоретических моделей. Старые научные формулы начали противоречить новым данным. К примеру, исследователи выяснили, что скорость света не зависит от, казалось бы, незыблемой системы отсчета. На рубеже столетий были открыты требовавшие подробного объяснения явления: электроны, радиоактивность, рентгеновские лучи.
Вследствие накопившихся загадок произошел пересмотр старой классической физики. Ключевым событием РІ этой очередной научной революции стало обоснование теории относительности. Ее автором был Альберт Рйнштейн, впервые поведывавший РјРёСЂСѓ Рѕ глубинной СЃРІСЏР·Рё пространства Рё времени. Р’РѕР·РЅРёРє новый раздел теоретической физики – квантовая физика. Р’ ее становлении приняли участие сразу несколько ученых СЃ мировым именем: Макс Планк, Макс Бон, РСЂРІРёРЅ Шредингер, Пауль Рренфест Рё РґСЂСѓРіРёРµ.
Р’Рѕ второй половине XX века история развития физики, хронология которой продолжается Рё сегодня, перешла РЅР° принципиально новый этап. Ртот период ознаменовался расцветом исследования РєРѕСЃРјРѕСЃР°. Небывалый скачок сделала астрофизика. Появились космические телескопы, межпланетные Р·РѕРЅРґС‹, детекторы внеземных излучений. Началось детальное изучение физических данных различных тел Солнечной планеты. РЎ помощью современной техники ученые обнаружили экзопланеты Рё новые светила, РІ том числе радиогалактики, пульсары Рё квазары.
РљРѕСЃРјРѕСЃ продолжает таить РІ себе множество неразгаданных загадок. Рзучаются гравитационные волны, темная энергия, темная материя, ускорение расширения Вселенной Рё ее структура. Дополняется теория Большого взрыва. Данные, которые можно получить РІ земных условиях, несоизмеримо малы РїРѕ сравнению СЃ тем, сколько работы Сѓ ученых есть РІ РєРѕСЃРјРѕСЃРµ.
Ключевые проблемы, стоящие перед физиками сегодня, включают в себя несколько фундаментальных вызовов: разработку квантового варианта гравитационной теории, обобщение квантовой механики, объединение в одну теорию всех известных сил взаимодействия, поиск «тонкой настройки Вселенной», а также точное определение явления темной энергии и темной материи.
fb.ru
Детство и начальное образование
Альберт Рйнштейн родился 14 марта 1879 РІ старинном немецком РіРѕСЂРѕРґРµ Ульме, РІ Германии РЅРѕ через РіРѕРґ семья переселилась РІ Мюнхен, РіРґРµ отец Альберта, Герман Рйнштейн, Рё РґСЏРґСЏ РЇРєРѕР± организовали небольшую компанию В«Рлектротехническая фабрика РЇ. Рйнштейна Рё К°». Вначале дела компании, занимавшейся усовершенствованием РїСЂРёР±РѕСЂРѕРІ РґСѓРіРѕРІРѕРіРѕ освещения, электроизмерительной аппаратурой Рё генераторами постоянного тока, шли довольно успешно. РќРѕ РІ 90-С… РіРі. 19 РІ., РІ СЃРІСЏР·Рё СЃ расширением строительства крупных электроцентралей Рё линий дальних электропередач, РІРѕР·РЅРёРє целый СЂСЏРґ мощных электротехнических фирм. Надеясь спасти компанию, братья Рйнштейны РІ 1894 перебрались РІ Милан, однако через РґРІР° РіРѕРґР°, РЅРµ выдержав конкуренции, компания прекратила СЃРІРѕРµ существование.
Дядя РЇРєРѕР± уделял РјРЅРѕРіРѕ времени маленькому племяннику. «Я РїРѕРјРЅСЋ, например, что теорема Пифагора была РјРЅРµ показана РјРѕРёРј дядей еще РґРѕ того, как РІ РјРѕРё СЂСѓРєРё попала священная книжечка РїРѕ геометрии», — так Рйнштейн РІ воспоминаниях, относящихся Рє 1945, РіРѕРІРѕСЂРёР» РѕР± учебнике евклидовой геометрии. Часто РґСЏРґСЏ задавал мальчику математические задачи, Рё тот «испытывал подлинное счастье, РєРѕРіРґР° справлялся СЃ РЅРёРјРёВ».
Родители отдали Альберта сначала РІ католическую начальную школу, Р° затем РІ мюнхенскую классическую гимназию Луитпольда, известную как прогрессивное Рё весьма либеральное учебное заведение, РЅРѕ которую РѕРЅ так Рё РЅРµ окончил, переехав вслед Р·Р° семьей РІ Милан. Р РІ школе, Рё РІ гимназии Альберт Рйнштейн приобрел РЅРµ лучшую репутацию. Чтение научно-популярных РєРЅРёРі породило Сѓ СЋРЅРѕРіРѕ Рйнштейна, РїРѕ его собственному выражению, «прямо-таки фантастическое свободомыслие». Р’ СЃРІРѕРёС… воспоминаниях физик-теоретик Макс Борн писал: «Уже РІ ранние РіРѕРґС‹ Рйнштейн показал неукротимую волю Рє независимости. РћРЅ ненавидел РёРіСЂСѓ РІ солдаты, потому что это означало насилие». Позже Рђ. Рйнштейн РіРѕРІРѕСЂРёР», что людям, которым доставляет удовольствие маршировать РїРѕРґ Р·РІСѓРєРё марша, головной РјРѕР·Рі достался Р·СЂСЏ, РѕРЅРё вполне могли Р±С‹ довольствоваться РѕРґРЅРёРј спинным.
Первый год в Швейцарии
Р’ октябре 1895 шестнадцатилетний Альберт Рйнштейн пешком отправился РёР· Милана РІ Цюрих, чтобы поступить РІ Федеральную высшую техническую школу — знаменитый Политехникум, для поступления РІ который РЅРµ требовалось свидетельства РѕР± окончании средней школы. Блестяще сдав вступительные экзамены РїРѕ математике, физике Рё С…РёРјРёРё, РѕРЅ, однако, СЃ треском провалился РїРѕ РґСЂСѓРіРёРј предметам. Ректор Политехникума, оценив незаурядные математические способности Рйнштейна, направил его для подготовки РІ кантональную школу РІ Аарау (РІ 20 милях Рє западу РѕС‚ Цюриха), которая РІ то время считалась РѕРґРЅРѕР№ РёР· лучших РІ Щвейцарии. Год, проведенный РІ этой школе, которой СЂСѓРєРѕРІРѕРґРёР» серьезный ученый Рё прекрасный педагог Рђ. Таухшмид, оказался Рё очень полезным, Рё — РїРѕ контрасту СЃ казарменной обстановкой РІ РџСЂСѓСЃСЃРёРё — приятным.
Учеба в Политехникуме
Выпускные экзамены РІ Аарау Альберт Рйнштейн сдал вполне успешно (РєСЂРѕРјРµ экзамена РїРѕ французскому языку), что дало ему право РЅР° зачисление РІ Политехникум РІ Цюрихе. Кафедру физики там возглавлял профессор Р’. Р“. Вебер, прекрасный лектор Рё талантливый экспериментатор, занимавшийся РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј вопросами электротехники. Поначалу РѕРЅ очень хорошо РїСЂРёРЅСЏР» Рйнштейна, РЅРѕ РІ дальнейшем отношения между РЅРёРјРё осложнились настолько, что после окончания учебы Рйнштейн некоторое время РЅРµ РјРѕРі устроиться РЅР° работу. Р’ какой-то мере это объяснялось чисто научными причинами. Отличаясь консерватизмом взглядов РЅР° электромагнитные явления, Вебер РЅРµ принимал теории Максвелла, представлений Рѕ поле Рё придерживался концепции дальнодействия. Его студенты узнавали прошлое физики, РЅРѕ РЅРµ ее настоящее Рё, тем более, будущее. Рйнштейн же изучал труды Максвелла, был убежден РІ существовании всепроникающего эфира Рё размышлял Рѕ том, как РЅР° него действуют различные поля (РІ частности, магнитное ) Рё как можно экспериментально обнаружить движение относительно эфира. РћРЅ тогда РЅРµ знал РѕР± опытах Майкельсона Рё независимо РѕС‚ него предложил СЃРІРѕСЋ интерференционную методику.
РќРѕ опыты, придуманные Альбертом Рйнштейном, СЃРѕ страстью работавшим РІ физическом практикуме, РЅРµ имели шансов осуществиться. Преподаватели недолюбливали строптивого студента. «Вы умный малый, Рйнштейн, очень умный малый, РЅРѕ Сѓ вас есть большой недостаток — РІС‹ РЅРµ терпите замечаний», — сказал ему как-то Вебер, Рё этим определялось РјРЅРѕРіРѕРµ.
Бюро патентов. Первые шаги к признанию
После окончания Политехникума (1900) молодой дипломированный преподаватель физики (Рйнштейну шел тогда двадцать второй РіРѕРґ) жил РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј Сѓ родителей РІ Милане Рё РґРІР° РіРѕРґР° РЅРµ РјРѕРі найти постоянной работы. Только РІ 1902 РѕРЅ получил наконец, РїРѕ рекомендации друзей, место эксперта РІ федеральном Бюро патентов РІ Берне. Незадолго РґРѕ этого Альберт Рйнштейн сменил гражданство Рё стал щвейцарским подданным. Через несколько месяцев после устройства РЅР° работу РѕРЅ женился РЅР° своей бывшей цюрихской однокурснице Милеве Марич, СЂРѕРґРѕРј РёР· Сербии, которая была РЅР° четыре РіРѕРґР° старше его. Р’ Бюро патентов, которое Рйнштейн называл «светским монастырем», РѕРЅ проработал семь СЃ лишним лет, считая эти РіРѕРґС‹ самыми счастливыми РІ жизни. Должность «патентного служки» постоянно занимала его СѓРј различными научными Рё техническими вопросами, РЅРѕ оставляла достаточно времени для самостоятельной творческой работы. Ее результаты Рє середине «счастливых бернских лет» составили содержание научных статей, которые изменили облик современной физики, принесли Рйнштейну РјРёСЂРѕРІСѓСЋ славу.
Броуновское движение
Первая РёР· этих статей — «О движении взвешенных РІ покоящейся жидкости частиц, вытекающем РёР· молекулярно-кинетической теории», вышедшая РІ 1905, — была посвящена теории Р±СЂРѕСѓРЅРѕРІСЃРєРѕРіРѕ движения. Рто явление (непрерывное беспорядочное зигзагообразное движение частичек цветочной пыльцы РІ жидкости), открытое РІ 1827 английским ботаником Робертом Броуном, уже получило тогда статистическое объяснение, РЅРѕ теория Рйнштейна (который РЅРµ знал предшествующих работ РїРѕ Р±СЂРѕСѓРЅРѕРІСЃРєРѕРјСѓ движению) имела законченную форму Рё открывала возможности количественных экспериментальных исследований. Р’ 1908 эксперименты Р–. Р‘. Перрена полностью подтвердили теорию Рйнштейна, что сыграло важную роль для окончательного становления молекулярно-кинетических представлений.
Кванты и фотоэффект
Р’ том же 1905 вышла Рё другая работа Рйнштейна — «Об РѕРґРЅРѕР№ эвристической точке зрения РЅР° возникновение Рё превращение света». Р—Р° пять лет РґРѕ этого Макс Планк показал, что спектральный состав излучения, испускаемого горячими телами, находит объяснение, если принять, что процесс излучения дискретен, то есть свет испускается РЅРµ непрерывно, Р° дискретными порциями определенной энергии. Рйнштейн выдвинул предположение, что Рё поглощение света РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ теми же порциями Рё что вообще «однородный свет состоит РёР· зерен энергии (световых квантов),… несущихся РІ пустом пространстве СЃРѕ скоростью света». Рта революционная идея позволила Рйнштейну объяснить законы фотоэффекта, РІ частности, факт существования «красной границы», то есть той минимальной частоты, ниже которой выбивания светом электронов РёР· вещества вообще РЅРµ РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚.
Рдея квантов была применена Альбертом Рйнштейном Рё Рє объяснению РґСЂСѓРіРёС… явлений, например, флуоресценции, фотоионизации, загадочных вариаций удельной теплоемкости твердых тел, которые РЅРµ могла описать классическая теория.
Работы Рйнштейна, посвященные квантовой теории света, были удостоены РІ 1921 Нобелевской премии.
Частная (специальная) теория относительности
Наибольшую известность Рђ. Рйнштейну РІСЃРµ же принесла теория относительности, изложенная РёРј впервые РІ 1905, РІ статье «К электродинамике движущихся тел». Уже РІ юности Рйнштейн пытался понять, что увидел Р±С‹ наблюдатель, если Р±С‹ бросился СЃРѕ скоростью света РІРґРѕРіРѕРЅРєСѓ Р·Р° световой волной. Теперь Рйнштейн решительно отверг концепцию эфира, что позволило рассматривать принцип равноправия всех инерциальных систем отсчета как универсальный, Р° РЅРµ только ограниченный рамками механики.
Рйнштейн выдвинул удивительный Рё РЅР° первый взгляд парадоксальный постулат, что скорость света для всех наблюдателей, как Р±С‹ РѕРЅРё РЅРё двигались, одинакова. Ртот постулат (РїСЂРё выполнении некоторых дополнительных условий) РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє полученным ранее Хендриком Лоренцом формулам для преобразований координат Рё времени РїСЂРё переходе РёР· РѕРґРЅРѕР№ инерциальной системы отсчета РІ РґСЂСѓРіСѓСЋ, движущуюся относительно первой. РќРѕ Лоренц рассматривал эти преобразования как вспомогательные, или фиктивные, РЅРµ имеющие непосредственного отношения Рє реальному пространству Рё времени. Рйнштейн РїРѕРЅСЏР» реальность этих преобразований, РІ частности, реальность относительности одновременности.
Таким образом, принцип относительности, установленный для механики еще Галилеем, был распространен РЅР° электродинамику Рё РґСЂСѓРіРёРµ области физики. Рто привело, РІ частности, Рє установлению важного универсального соотношения между массой Рњ, энергией Р• Рё импульсом Р : E2 = Рњ2 c4 + P2 СЃ2 (РіРґРµ СЃ — скорость света), которое можно назвать РѕРґРЅРѕР№ РёР· теоретических предпосылок использования внутриядерной энергии.
Профессорская деятельность. Приглашение в Берлин. Общая теория относительности
Р’ 1905 Альберту Рйнштейну было 26 лет, РЅРѕ его РёРјСЏ уже приобрело широкую известность. Р’ 1909 РѕРЅ избран профессором Цюрихского университета, Р° через РґРІР° РіРѕРґР° — Немецкого университета РІ Праге.
Р’ 1912 Рйнштейн возвратился РІ Цюрих, РіРґРµ занял кафедру РІ Политехникуме, РЅРѕ уже РІ 1914 РїСЂРёРЅСЏР» приглашение переехать РЅР° работу РІ Берлин РІ качестве профессора Берлинского университета Рё одновременно директора Рнститута физики. Германское подданство Рйнштейна было восстановлено. Рљ этому времени уже полным С…РѕРґРѕРј шла работа над общей теорией относительности. Р’ результате совместных усилий Рйнштейна Рё его бывшего студенческого товарища Рњ. Гроссмана РІ 1912 появилась статья «Набросок обобщенной теории относительности», Р° окончательная формулировка теории датируется 1915. Рта теория, РїРѕ мнению РјРЅРѕРіРёС… ученых, явилась самым значительным Рё самым красивым теоретическим построением Р·Р° РІСЃСЋ историю физики. Опираясь РЅР° всем известный факт, что «тяжелая» Рё «инертная» массы равны, удалось найти принципиально новый РїРѕРґС…РѕРґ Рє решению проблемы, поставленной еще Рсааком Ньютоном: каков механизм передачи гравитационного взаимодействия между телами Рё что является переносчиком этого взаимодействия.
Ответ, предложенный Рйнштейном, был ошеломляюще неожиданным: РІ роли такого посредника выступала сама «геометрия» пространства — времени. Любое массивное тело, РїРѕ Рйнштейну, вызывает РІРѕРєСЂСѓРі себя «искривление» пространства, то есть делает его геометрические свойства иными, чем РІ геометрии Евклида, Рё любое РґСЂСѓРіРѕРµ тело, движущееся РІ таком «искривленном» пространстве, испытывает воздействие первого тела.
Общая теория относительности привела к предсказанию эффектов, которые вскоре получили экспериментальное подтверждение. Она позволила также сформулировать принципиально новые модели, относящиеся ко всей Вселенной, в том числе и модели нестационарной (расширяющейся) Вселенной.
Рмиграция
Альберт Рйнштейн РЅРµ без колебаний РїСЂРёРЅСЏР» предложение переехать РІ Берлин. РќРѕ возможность общения СЃ крупнейшими немецкими учеными, РІ числе которых был Рё Планк, привлекала его.
Политическая Рё нравственная атмосфера РІ Германии делалась РІСЃРµ тягостнее, антисемитизм поднимал голову, Рё РєРѕРіРґР° власть захватили фашисты, Рйнштейн РІ 1933 навсегда РїРѕРєРёРЅСѓР» Германию. Впоследствии РІ знак протеста против фашизма РѕРЅ отказался РѕС‚ германского подданства Рё вышел РёР· состава РџСЂСѓСЃСЃРєРѕР№ Рё Баварской Академий наук. Р’ берлинский период, РєСЂРѕРјРµ общей теории относительности, Рйнштейном была разработана статистика частиц целого СЃРїРёРЅР°, введено понятие вынужденного излучения, играющего важную роль РІ лазерной физике, предсказано (совместно СЃ РґРµ Гаазом) явление возникновения вращательного импульса тел РїСЂРё РёС… намагничивании Рё РґСЂ. Однако, будучи РѕРґРЅРёРј РёР· создателей квантовой теории, Рйнштейн РЅРµ РїСЂРёРЅСЏР» вероятностной интерпретации квантовой механики, полагая, что фундаментальная физическая теория РЅРµ может быть статистической РїРѕ своему характеру. РћРЅ нередко повторял, что «Бог РЅРµ играет РІ кости» СЃРѕ Вселенной.
Переехав РІ РЎРЁРђ, Альберт Рйнштейн занял должность профессора физики РІ РЅРѕРІРѕРј институте фундаментальных исследований РІ Принстоне (штат РќСЊСЋ-Джерси). РћРЅ продолжал заниматься вопросами космологии, Р° также усиленно искал пути построения единой теории поля, которая Р±С‹ объединила гравитацию, электромагнетизм (Р° возможно, Рё остальное). Рхотя реализовать эту программу ему РЅРµ удалось, это РЅРµ поколебало репутации Рйнштейна как РѕРґРЅРѕРіРѕ РёР· величайших естествоиспытателей всех времен.
Р’ Принстоне Рйнштейн стал местной достопримечательностью. Его знали как физика СЃ мировым именем, РЅРѕ для всех РѕРЅ был скромным, приветливым Рё несколько эксцентричным человеком, СЃ которым можно было столкнуться РїСЂСЏРјРѕ РЅР° улице. Р’ часы РґРѕСЃСѓРіР° РѕРЅ любил музицировать. Начав учиться РёРіСЂРµ РЅР° СЃРєСЂРёРїРєРµ РІ шесть лет, Рйнштейн продолжал играть РІСЃСЋ жизнь, РёРЅРѕРіРґР° РІ ансамбле СЃ РґСЂСѓРіРёРјРё физиками. Ему нравился парусный СЃРїРѕСЂС‚, который, как РѕРЅ полагал, необыкновенно способствует размышлениям над физическими проблемами.
Среди многочисленных почестей, оказанных Рйнштейну, было предложение стать президентом Рзраиля, последовавшее РІ 1952, которое РѕРЅ РЅРµ РїСЂРёРЅСЏР».
Будучи последовательным сторонником СЃРёРѕРЅРёР·РјР°, Альберт Рйнштейн приложил немало усилий Рє созданию Еврейского университета РІ Рерусалиме РІ 1925.
Р’ умах РјРЅРѕРіРёС… людей РёРјСЏ Рйнштейна связано СЃ атомной проблемой. Действительно, понимая, какой трагедией для человечества могло Р±С‹ оказаться создание РІ фашистской Германии атомной Р±РѕРјР±С‹, РѕРЅ РІ 1939 направил президенту РЎРЁРђ РїРёСЃСЊРјРѕ, послужившее толчком для работ РІ этом направлении РІ Америке. РќРѕ уже РІ конце РІРѕР№РЅС‹ его отчаянные попытки удержать политиков Рё генералов РѕС‚ преступных Рё безумных действий оказались тщетными. Рто было самой большой трагедией его жизни.
Альберт Рйнштейн скончался 18 апреля 1955 РІ Принстоне, РЎРЁРђ, РѕС‚ аневризмы аорты.
Там, РіРґРµ РјРЅРѕРіРёРµ физики, пользовавшиеся теоретическими представлениями РѕР± электронах, взаимодействующих СЃ электромагнитным полем, РЅРµ видели проблемы. Рђ. Рйнштейн видел принципиальную методологическую трудность.
Теория Максвелла была логически и методологически неполна по меньшей мере в двухаспектах:
Таким образом, вопреки широко распространённой точки зрения есть основания утверждать, что надежда построить соответствующий раздел физики на основеэлектромагнитной картины мира не была осуществлена, хотя представления о такой картине мира активно обсуждались.
Революция РІ физике, вызванная теорией Максвелла, РІСЃС‘ же привела Рє рождению новойрелятивистской картины РјРёСЂР°. Важная роль РІ её создании Рё последовательном развитии принадлежит Рђ. Рйнштейну. Необходимость её создания диктовалосьтребованием обеспечить логическую согласованность теоретической системы, Р° также неодолимой силой опытных фактов. Недостающая внутренняя Рё внешняясогласованность теоретических представлений электродинамики РІ острой форме появилась СЃ возникновением РЅРµ устраненных физических парадоксов. Сегодня можнос уверенностью сказать, что РёС… обнаружение явилось признаком РєСЂРёР·РёСЃР° физической картины РјРёСЂР° Рё вместе СЃ тем начавшейся революцией РІ физике.
РћРґРёРЅ РёР· важных парадоксов состоит РІ следующем. РР· очень общих представлений освойствах пространства Рё времени, казавшихся очевидными РІ рамках механической картины РјРёСЂР°, непосредственно вытекали формулы преобразования координат отодной системы Рє РґСЂСѓРіРѕР№, движущейся относительно первой (преобразования Галилея, непосредственно связанные СЃ его принципом относительности).
Как выяснилось, уравнение Максвелла РЅРµ были инвариантными относительно преобразований Галилея, то есть Рє электромагнитным процессам галилеевскийпринцип относительности оказался РЅРµ применим. РР· этого следовал вывод, что РІ эксперименте можно выявить скорость равномерного прямолинейного движениеобъекта относительно поля (эфира). Однако сопоставление этих теоретических следствий СЃ экспериментальными данными обескураживал физиков: РІ РѕРґРЅРёС… опытах(например, РІ явлении абберации, то есть кажущиеся смещения наблюдаемых РІ телескоп звёзд РёР· – Р·Р° движения Земли) эфир следовала считать абсолютно неподвижным; РІРґСЂСѓРіРёС… (например, РІ опытах РїРѕ изменению скорости света РІ движущейся РІРѕРґРµ) – результат был таков, как если Р±С‹ эфир частично увлекался движением РІРѕРґС‹.
Р’ формулировке Рђ. Рйнштейна принцип относительности приобрёл более богатое физическое содержание: «Законы, РїРѕ которым изменяются состояния физическихсистем, РЅРµ зависят РѕС‚ того какой РёР· РґРІСѓС… координатных систем движущихся равномерно Рё прямолинейно относительно РґСЂСѓРі РґСЂСѓРіР°, отнесены эти изменениясостояния…».
Рђ. Рйнштейн РІ первой публикации РїРѕ основам специальной теории относительности РѕРЅРІРІРѕРґРёС‚ понятие физического события РІ качестве фундаментального элемента РЅРѕРІРѕР№ картины РјРёСЂР°, замещающего образ материальной точки.
Р’Рѕ всех последующих работах Рйнштейн будет пользоваться идеализацией точечногопространственного – временного физического события как элементарного объекта теории, представляющего РІ теоретических моделях физическую реальность.
Физическая картина РјРёСЂР° Галилея – Ньютона, РІ которой РјРёСЂ отображён как множествоматериальных точек, движущихся РІ пространстве СЃ течением времени, замещается РІ специальной теории относительности Рйнштейна картиной РјРёСЂР°, представленноймножеством точечных пространственно – временных материальных событий. Глубокое единство материи движения, движения, пространство, времени получило здесь концентрированное выражение: РЅР° место образов вещей ставились образы материальных процессов.
Специальная теория относительности предполагает существование материальных полей иматериальных частиц, но изображает в теоретических моделях не частицы и поля непосредственно, а отношение между происходящими с ними событиями. Всвязи с этим можно сказать, что смысл теории относительности, отражённый в её наименовании, состоит не в том, что некоторые физические величины меняютчисленное значение при переходе к другой системе отсчёта (такие величины были в классической механики), а скорее в том, что эта теория отражаетзакономерности отношений между событиями.
Переход к новой картине мира сопровождался достаточно мучительным процессом исключенияиз теории фиктивных образов, в первую очередь понятие эфира с механическими свойствами.
Образ эфира, понимавшегося РІ соответствии СЃ представлениями механической картинымира, был замещён образом полевых процессов, выраженным СЃ помощью идеализационных событий. РџРѕ убеждению Рђ. Рйнштейна, Рё специальная, Рё общаятеория относительности основывается РЅР° полевых представлениях (поле Рё есть «эфир» РІ РЅРѕРІРѕРј понимании).
Неклассическая наука
Подрыву классических представлений РІ естествознании способствовали некоторые идеи, которые зародились еще РІ середине XIX века, РєРѕРіРґР° классическая наука находилась РІ зените славы. Среди этих первых неклассических идей, РІ первую очередь, следует отметить эволюционную теорию Р§. Дарвина. Как известно, РІ соответствии СЃ этой теорией биологические процессы РІ РїСЂРёСЂРѕРґРµ протекают сложным, необратимым, зигзагообразным путем, который РЅР° индивидуальном СѓСЂРѕРІРЅРµ совершенно непредсказуем. РЇРІРЅРѕ РЅРµ вписывались РІ рамки классического детерминизма Рё первые попытки Дж. Максвелла Рё Р›. Больцмана применить вероятностно-статистические методы Рє исследованию тепловых явлений. Р“. Лоренц, Рђ. Пуанкаре Рё Р“. РњРёРЅРєРѕРІСЃРєРёР№ еще РІ конце XIX века начали развивать идеи релятивизма, подвергая критике устоявшиеся представления РѕР± абсолютном характере пространства Рё времени. Рти Рё РґСЂСѓРіРёРµ революционные СЃ точки зрения классической науки идеи привели РІ самом начале XX века Рє РєСЂРёР·РёСЃСѓ естествознания, коренной переоценке ценностей, доставшихся РѕС‚ классического наследия.
Научная революция, ознаменовавшая переход Рє неклассическому этапу РІ истории естествознания, РІ первую очередь, связана СЃ именами РґРІСѓС… великих ученых XX века — Рњ. Планком Рё Рђ. Рйнштейном. Первый ввел РІ науку представление Рѕ квантах электромагнитного поля, РЅРѕ РїРѕ истине революционный переворот РІ физической картине РјРёСЂР° совершил великий физик-теоретик Рђ. Рйнштейн (1879-1955), создавший специальную (1905) Рё общую (1916) теорию относительности.
Как РјС‹ РїРѕРјРЅРёРј РёР· предыдущего раздела, РІ механике Ньютона существуют РґРІРµ абсолютные величины — пространство Рё время. Пространство неизменно Рё РЅРµ связано СЃ материей. Время — абсолютно Рё никак РЅРµ связано РЅРё СЃ пространством, РЅРё СЃ материей. Рйнштейн отвергает эти положения, считая, что пространство Рё время органически связаны СЃ материей Рё между СЃРѕР±РѕР№. Тем самым задачей теории относительности становится определение законов четырехмерного пространства, РіРґРµ четвертая координата — время. Рйнштейн, приступая Рє разработке своей теории, РїСЂРёРЅСЏР» РІ качестве исходных РґРІР° положения: скорость света РІ вакууме неизменна Рё одинакова РІРѕ всех системах, движущихся прямолинейно Рё равномерно РґСЂСѓРі относительно РґСЂСѓРіР°, Рё для всех инерциальных систем РІСЃРµ законы РїСЂРёСЂРѕРґС‹ одинаковы, Р° понятие абсолютной скорости теряет значение, так как нет возможности ее обнаружить.
Кроме того, он построил математическую теорию броуновского движения, разработал квантовую концепцию света, а за открытие фотоэффекта в 1921г. ему была присуждена Нобелевская премия, дал физическое истолкование геометрии Н. Н. Лобачевского (1792-1856).
Буквально в течение первой четверти века был полностью перестроен весь фундамент естествознания, который в целом остается достаточно прочным и в настоящее время.
Что же принципиально нового в понимании природы принесло с собой неклассическое естествознание?
1. Прежде всего, следует иметь в виду, что решающие шаги в становлении новых представлений были сделаны в области атомной и субатомной физики, где человек попал в совершенно новую познавательную ситуацию. Те понятия (положение в пространстве, скорость, сила, траектория движения и т.п.), которые с успехом работали при объяснении поведения макроскопических природных тел, оказались неадекватными и, следовательно, непригодными для отображения явлений микромира. Рпричина этого заключалась в том, что исследователь непосредственно имел дело не с микрообъектами самими по себе, как он к этому привык в рамках представлений классической науки, а лишь с «проекциями» микрообъектов на макроскопические «приборы». В связи с этим в теоретический аппарат естествознания были введены понятия, которые не являются наблюдаемыми в эксперименте величинами, а лишь позволяют определить вероятность того, что соответствующие наблюдаемые величины будут иметь те или иные значения в тех или иных ситуациях. Более того, эти ненаблюдаемые теоретические объекты (например, y — функция Шредингера в квантовой механике или кварки в современной теории адронов) становятся ядром естественнонаучных представлений, именно для них записываются базовые соотношения теории.
2. Второй особенностью неклассического естествознания является преобладание же упомянутого вероятностно-статистического РїРѕРґС…РѕРґР° Рє природным явлениям Рё объектам, что фактически означает отказ РѕС‚ концепции детерминизма. Переход Рє статистическому описанию движения индивидуальных микрообъектов было, наверное, самым драматичным моментом РІ истории науки, РёР±Рѕ даже основоположники РЅРѕРІРѕР№ физики так Рё РЅРµ смогли смириться СЃ онтологической РїСЂРёСЂРѕРґРѕР№ такого описания («Бог РЅРµ играет РІ кости», — РіРѕРІРѕСЂРёР» Рђ. Рйнштейн), считая его лишь временным, промежуточным этапом естествознания.
3. Далеко за рамки естествознания вышла сформулированная Н. Бором и ставшая основой в неклассической физике идея дополнительности. В соответствии с этим принципом, получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым. Такими взаимно дополнительными величинами являются, например, координаты и импульсы, кинетическая и потенциальная энергия, напряженность электромагнитного поля и число фотонов и т.п. Таким образом, с точки зрения неклассического естествознания невозможно не только однозначное, но и всеобъемлющее предсказание поведения всех физических параметров, характеризующих динамику микрообъектов.
4. Для неклассического естествознания характерно объединение противоположных классических понятий и категорий. Например, в современной науке идеи непрерывности и дискретности уже не являются взаимоисключающими, а могут быть применены к одному и тому же объекту, в частности, к физическому полю или к микрочастице (корпускулярно-волновой дуализм). Другим примером может служить относительность одновременности: события, одновременные в одной системе отсчета, оказываются неодновременными в другой системе отсчета, движущейся относительно первой.
5. Произошла в неклассической науке и переоценка роли опыта и теоретического мышления в движении к новым результатам. Прежде всего, была зафиксирована и осознана парадоксальность новых решений с точки зрения «здравого смысла». В классической науке такого резкого расхождения науки со здравым смыслом не было. Основным средством движения к новому знанию стало не его построение снизу, отталкиваясь от фактической, эмпирической стороны дела, а сверху. Явное предпочтение методу математической гипотезы, усложнение математической символики все чаще стали выступать средствами создания новых теоретических конструкций, связь которых с опытом оказывается не прямой и не тривиальной.
www.ronl.ru
Р’РЛЬГЕЛЬМ РЕНТГЕН (1845—1923)Р’ январе 1896 РіРѕРґР° над Европой Рё Америкой прокатился тайфун газетных сообщений Рѕ сенсационном открытии профессора Вюрцбургского университета Вильгельма Конрада Рентгена. Казалось РЅРµ было газеты, которая Р±С‹ РЅРµ напечатала СЃРЅРёРјРѕРє кисти СЂСѓРєРё, принадлежащей, как выяснилось позже, Берте Рентген, жене профессора. Рђ профессор Рентген, запершись Сѓ себя РІ лаборатории, продолжал усиленно изучать свойства открытых РёРј лучей. Открытие рентгеновских лучей дало толчок новым исследованиям. РС… изучение привело Рє новым открытиям, РѕРґРЅРёРј РёР· которых явилось открытие радиоактивности.
Рсаак Ньютон родился РІ 1643 Рі. РІ местечке Вулсторп около РіРѕСЂРѕРґР° Грантема, расположенного РІ центре Британии, РІ семье небогатого фермера. Р’ 12 лет его отправили учиться РІ Рі. Грантем РІ королевскую школу. Р’Рѕ время учебы Рсаак мастерил сложные механические модели различных машин. РЎРІРѕРёРј первым физическим опытом Ньютон считал измерение силы ветра РІРѕ время Р±СѓСЂРё РІ 1658 Рі. РћСЃРЅРѕРІРЅСѓСЋ часть СЃРІРѕРёС… открытий Ньютон совершил РІ течение РґРІСѓС… лет (1665 – 1667) РїРѕ окончании Кембриджского университета. Р’ то время РєРѕРіРґР° РІ Англии свирепствовала чума, Ньютон, чтобы избежать заражения, уехал РІ СЂРѕРґРЅРѕР№ Вулсторп, РіРґРµ погрузился РІ научную работу. Рассказывают, что идея закона всемирного тяготения пришла Рє Ньютону РІ тот момент, РєРѕРіРґР°, СЃРёРґСЏ РІ саду, РѕРЅ наблюдал падение яблока РЅР° землю. Здесь же РѕРЅ РїРѕРЅСЏР», почему свет, преломившись РІ стеклянной РїСЂРёР·РјРµ, распадается РЅР° цветные лучи. Р’СЃСЋ дальнейшую жизнь Ньютон РїСЂРёРІРѕРґРёР» РІ РїРѕСЂСЏРґРѕРє Рё публиковал открытия, сделанные РёРј РІ Вулсторпе. Последние 25 лет жизни Ньютон был президентом Лондонского Королевского общества – английской академии наук. Рсаак Ньютон умер 20 марта 1727 Рі. РІ возрасте 84 лет. РџРѕ указу короля Генриха 1 его похоронили РІ усыпальнице королей – Вестминстерском аббатстве.
Рђ. РЎ. РџРѕРїРѕРІ (4 (16) марта 1859 Рі. - 31 декабря 1905 (13 января 1906))Александр Степанович РџРѕРїРѕРІ – СЂСѓСЃСЃРєРёР№ физик, изобретатель радио. Родился РІ Рї. РўСѓСЂСЊРёРЅСЃРєРёРµ СЂСѓРґРЅРёРєРё (ныне Рі. Краснотурьинск Свердловской области). Р’ 1877 Рі. поступил РЅР° физико-математический факультет Петербургского университета, РіРґРµ принимал активное участие РІ работе Физической лаборатории университета, стал прекрасным экспериментатором, увлекся электротехникой. После окончания университета работал РІ обществе В«Рлектротехника», Р° затем был приглашен преподавать физику Рё электротехнику РІ военных учебных заведениях. РЎ 1901 Рі. РџРѕРїРѕРІ стал заведовать кафедрой физики Петербургского электротехнического института. После опубликования РІ 1888 Рі. работ Р“. Герца РїРѕ получению электромагнитных волн начал изучать электромагнитные явления. Убежденный РІ возможности СЃРІСЏР·Рё без РїСЂРѕРІРѕРґРѕРІ РїСЂРё помощи электромагнитных волн, РџРѕРїРѕРІ построил первый РІ РјРёСЂРµ радиоприемник, применив РІ его схеме чувствительный элемент – когерер. 25 апреля (7 мая РїРѕ РЅРѕРІРѕРјСѓ стилю) 1895 Рі. РџРѕРїРѕРІ сделал научный доклад РѕР± изобретении РёРј системы СЃРІСЏР·Рё без РїСЂРѕРІРѕРґРѕРІ Рё продемонстрировал её работу. Р’Рѕ время опытов РїРѕ радиосвязи СЃ помощью РїСЂРёР±РѕСЂРѕРІ РџРѕРїРѕРІР° было впервые обнаружено отражение радиоволн РѕС‚ корабля. Признанием заслуг РџРѕРїРѕРІР° явилось постановление Совета Народных Комиссаров считать 7 мая Днем радио. Академией наук СССРустановлена золотая медаль РёРј. Рђ. РЎ. РџРѕРїРѕРІР°
Мария Склодовская-РљСЋСЂРё (7 РЅРѕСЏР±СЂСЏ 1867 Рі. - 4 июля 1934 Рі.)Склодовская-РљСЋСЂРё Мария - физик Рё С…РёРјРёРє. Родилась РІ Польше, РІ семье учителя, работала РІРѕ Франции.Мария Склодовская стала первой РІ истории РЎРѕСЂР±РѕРЅРЅС‹ женщиной-преподавателем. Р’ РЎРѕСЂР±РѕРЅРЅРµ РѕРЅР° встретила Пьера РљСЋСЂРё, также преподавателя, Р·Р° которого позже вышла замуж. Вместе РѕРЅРё занялись исследованием аномальных лучей (рентгеновских), которые испускали соли урана. РќРµ имея никакой лаборатории, Рё работая РІ сарае РЅР° улице Ломон РІ Париже, СЃ 1898 РїРѕ 1902 РіРѕРґС‹ РѕРЅРё переработали 8 тонн СЂСѓРґС‹ урана Рё выделили РѕРґРЅСѓ сотую грамма РЅРѕРІРѕРіРѕ вещества — радия. Позже был открыт полоний — элемент названный РІ честь СЂРѕРґРёРЅС‹ Марии РљСЋСЂРё. Р’ 1903 РіРѕРґСѓ Мария Рё Пьер РљСЋСЂРё получили Нобелевскую премию РїРѕ физике «за выдающиеся заслуги РІ совместных исследованиях явлений радиации». Будучи РЅР° церемонии награждения, СЃСѓРїСЂСѓРіРё задумываются создать собственную лабораторию, Рё даже институт радиоактивности. РС… затея была воплощена РІ жизнь, РЅРѕ гораздо позже.После трагической смерти мужа Пьера РљСЋСЂРё РІ 1906 РіРѕРґСѓ Мария Склодовская-РљСЋСЂРё унаследовала его кафедру РІ Парижском университете.Р’ 1910 Рі. ей удалось РІ сотрудничестве СЃ РђРЅРґСЂРµ Дебьерном выделить чистый металлический радий, Р° РЅРµ его соединений, как бывало прежде. Таким образом, был завершен 12-летний цикл исследований, РІ результате которого было доказано, что радий является самостоятельным химическим элементом. Р’ 1911 Рі. Склодовская-РљСЋСЂРё получила Нобелевскую премию РїРѕ С…РёРјРёРё «за выдающиеся заслуги РІ развитии С…РёРјРёРё: открытие элементов радия Рё полония, выделение радия Рё изучение РїСЂРёСЂРѕРґС‹ Рё соединений этого замечательного элемента». Склодовская-РљСЋСЂРё стала первым (Рё РЅР° сегодняшний день единственной женщиной РІ РјРёСЂРµ) дважды лауреатом Нобелевской премии.
Константин Рдуардович Циолковский 5 (17) сентября 1857 Рі. - 19 сентября 1935 Рі.)Константин Рдуардович Циолковский – СЂСѓСЃСЃРєРёР№ ученый, основоположник современной космонавтики. Начиная СЃ 1896 Рі. РѕРЅ занимался теорией движения реактивных аппаратов Рё предложил СЂСЏРґ схем ракет дальнего действия Рё ракет для межпланетных станций. Р’ 1903 Рі. была опубликована часть его статьи В«Рсследование мировых пространств реактивными приборами». Р’ этой статье, Р° также РІ работах 1911 Рё 1914 РіРі. РѕРЅ заложил РѕСЃРЅРѕРІС‹ теории ракет Рё жидкостного ракетного двигателя. РРј впервые была решена задача посадки космического аппарата РЅР° поверхность планет, лишенных атмосферы. Р’ 1926-1929 РіРі. Циолковский разработал теорию многоступенчатых ракет. РћРЅ первым решил задачу Рѕ движении ракет РІ гравитационном поле, рассмотрел влияние атмосферы РЅР° полет ракеты Рё вычислил необходимые запасы топлива для преодоления СЃРёР» сопротивления воздушной оболочки Земли. РРј же была высказана идея создания околоземных станций. Циолковский написал СЂСЏРґ работ, РІ которых уделил внимание использованию искусственных спутников Земли РІ народном хозяйстве.
Алессандро Вольта (18 февраля 1745 Рі. - 5 марта 1827 Рі.)Выдающийся итальянский физик Алессандро Вольта родился 18 февраля 1745 Рі. РІ Рі. РљРѕРјРѕ (возле Милана) РІ старинной знатной семье. Первое научное исследование Рђ. Вольта было посвящено лейденской банке. Р’ 1771 Рі. вышла РІ свет его работа В«Рмпирические исследования СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРІ возбуждения электричества Рё улучшение конструкции машин». Р’ 1774 Рі. Рђ. Вольта становится преподавателем физики РІ Рі. РљРѕРјРѕ, Р° РІ 1775 Рі. создает электрофор. Р’ 1779 РіРѕРґСѓ РѕРЅ стал профессором физики Павийского университета. Р’ 1780 Рі. ученый занялся проблемой атмосферного электричества Рё создал электроскоп СЃ конденсатором. Уже РІ 1792 Рі. РѕРЅ пришел Рє заключению, что металлы являются РЅРµ только совершенными проводниками, РЅРѕ Рё двигателями электричества. Р’ 1796 – 1797 РіРі. Рђ. Вольта установил закон напряжений, РїРѕ которому напряжение между крайними металлами цепи равно напряжению, возникающему РїСЂРё непосредственном контакте этих металлов. Р’ 1799 Рі. РѕРЅ добился значительного увеличения напряжения путем использования прокладок РёР· смоченного картона между парами металлов медь - цинк. Был создан «вольтов столб». Р’ 1815 – 1819 РіРі. Рђ. Вольта был директором философского факультета РІ Падуе, Р° затем ушел РёР· университета Рё переехал РЅР° СЂРѕРґРёРЅСѓ, РІ Рі. РљРѕРјРѕ. Последние РіРѕРґС‹ жизни ученого прошли очень СЃРєСЂРѕРјРЅРѕ. Его посещали РјРЅРѕРіРёРµ видные люди того времени. Алессандро Вольта умер 5 марта 1827 Рі. РћРЅ погребен РІ Рі. РљРѕРјРѕ РІ мавзолее.
Галилео Галилей(1564 Рі. – 1642 Рі.)Знаменитый итальянский ученый родился РІ 1564 Рі. Галилей был РѕРґРЅРёРј РёР· основателей точного естествознания, боролся против схоластики, считал РѕСЃРЅРѕРІРѕР№ познания опыт. Заложил РѕСЃРЅРѕРІС‹ современной механики: выдвинул идею РѕР± относительности движения, установил законы инерции, СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРіРѕ падения Рё движения тел РїРѕ наклонной плоскости, сложения движений; открыл изохронность колебаний маятника; первым исследовал прочность балок. Построил телескоп СЃ 32-кратным увеличением Рё открыл РіРѕСЂС‹ РЅР° Луне, четыре спутника Юпитера, фазы Венеры, пятна РЅР° Солнце. Активно защищал гелиоцентрическую систему РјРёСЂР°, Р·Р° что был подвергнут СЃСѓРґСѓ инквизиции (1633), вынудившей его отречься РѕС‚ учения Рќ. Коперника. Согласно легенде, Галилей после своего вынужденного отречения воскликнул: «А РІСЃРµ-таки РѕРЅР° вертится!»До конца жизни Галилей считался «узником инквизиции» Рё принужден был жить РЅР° своей вилле Арчетри близ Флоренции. Галилео Галилей умер РІ 1642 Рі. Р’ 1992 Рі. Папа Роанн-Павел II РѕР±СЉСЏРІРёР» решение СЃСѓРґР° инквизиции ошибочным Рё реабилитировал Галилея.
Людвиг Больцман, без сомнения, был величайшим ученым Рё мыслителем, которого дала РјРёСЂСѓ Австрия. Еще РїСЂРё жизни Больцман, несмотря РЅР° положение РёР·РіРѕСЏ РІ научных кругах, был признан великим ученым, его приглашали читать лекции РІРѕ РјРЅРѕРіРёРµ страны. Р, тем РЅРµ менее, некоторые его идеи остаются загадкой даже РІ наше время. Сам Больцман писал Рѕ себе: В«Рдеей, заполняющей РјРѕР№ разум Рё деятельность, является развитие теории». Рђ Макс Лауэ позднее эту мысль уточнит так: «Его идеал заключался РІ том, чтобы соединить РІСЃРµ физические теории РІ единой картине мира».
Людвиг Рдуард Больцман родился РІ Вене 20 февраля 1844 РіРѕРґР°, как раз РІ ночь СЃ последнего РґРЅСЏ масленицы РЅР° среду, СЃ которой начинался великий РїРѕСЃС‚. Больцман обычно РІ шутку РіРѕРІРѕСЂРёР», что РёР·-Р·Р° даты своего рождения РѕРЅ Рё получил характер, которому присущи резкие переходы РѕС‚ ликования Рє СЃРєРѕСЂР±Рё. Отец его, Людвиг Георг Больцман, работал РІ Рмперском министерстве финансов. РћРЅ умер РѕС‚ туберкулеза, РєРѕРіРґР° Людвигу было всего пятнадцать лет. Людвиг Больцман учился блестяще, Р° мать поощряла его разнообразные интересы, дав ему всестороннее воспитание Так, РІ Линце Больцман брал СѓСЂРѕРєРё РёРіСЂС‹ РЅР° фортепиано Сѓ знаменитого композитора Антона Брукнера. Р’СЃСЋ жизнь РѕРЅ любил музыку Рё часто устраивал РІ своем РґРѕРјРµ СЃ РґСЂСѓР·СЊСЏРјРё домашние концерты. Р’ 1863 РіРѕРґСѓ Больцман поступил РІ Венский университет, РіРґРµ изучал математику Рё физику.
Тогда максвелловская электродинамика представляла собой новейшее достижение теоретической физики. Не удивительно, что и первая статья Людвига была посвящена электродинамике. Однако уже во второй своей работе, опубликованной в 1866 году в статье «О механическом значении второго начала термодинамики», где он показал, что температура соответствует средней кинетической энергии молекул газа, определились научные интересы Больцмана.
Осенью 1866 РіРѕРґР°, Р·Р° РґРІР° месяца РґРѕ получения докторской степени, Больцман был РїСЂРёРЅСЏС‚ РІ Рнститут физики РЅР° должность профессора-ассистента. Р’ 1868 РіРѕРґСѓ Больцману было присвоено право чтения лекций РІ университетах, Р° РіРѕРґРѕРј позже РѕРЅ стал ординарным профессором математической физики РІ университете РІ Граце. Р’ этот период РѕРЅ РїРѕРјРёРјРѕ разработки СЃРІРѕРёС… теоретических идей занимался Рё экспериментальными исследованиями СЃРІСЏР·Рё между диэлектрической постоянной Рё показателем преломления СЃ целью получить подтверждение максвелловской единой теории электродинамики Рё оптики. Для СЃРІРѕРёС… экспериментов РѕРЅ дважды брал РІ университете краткий отпуск, чтобы поработать РІ лабораториях Бунзена Рё Кенигсбергера РІ Гейдельберге Рё Гельмгольца Рё Кирхгофа РІ Берлине. Результаты этих исследований были опубликованы РІ 1873-1874 годах.
Больцман принимал также активное участие в планировании новой физической лаборатории в Граце, директором которой он позже стал.
Рто был расцвет научной деятельности Больцмана. Однако ему РЅРµ хватало широкой аудитории, РѕРЅ чувствовал потребность делиться СЃРІРѕРёРјРё идеями РЅРµ только СЃРѕ студентами, жадно внимавшими молодому блестящему профессору, РЅРѕ Рё СЃРѕ СЃРІРѕРёРјРё коллегами-учеными. Рђ Грац для этого был слишком маленьким РіРѕСЂРѕРґРєРѕРј. Р’РѕС‚ почему РІ 1873 РіРѕРґСѓ Людвиг Больцман возвращается РІ Вену РІ качестве профессора математики. Незадолго РґРѕ отъезда РѕРЅ познакомился СЃ будущей женой Генриеттой фон Айгентлер.
Популярность Больцмана в Вене была невероятной. Для его лекций всегда выбирали самые большие аудитории, чаще всего актовые залы Рвсе равно все желающие попасть не могли.
Перед началом лекции служители вносили три черные доски. Самую большую ставили в центре, а две поменьше — по бокам. Рвыходил Больцман. Высокого роста, с массивной головой, увенчанной мелко вьющимися каштановыми волосами, широкоскулый, с жесткой, упрямой бородой, с глубоко спрятанными под толстыми круглыми очками глазами — смеющимися и печальными одновременно, он выходил на кафедру, сутулясь и смущаясь своей внешности, своего огромного, вечно красного носа.
РћРЅ РЅРµ отвечал РЅР° аплодисменты никак. Стоял Рє аудитории СЃРїРёРЅРѕР№ Рё ждал, РєРѕРіРґР° РІ зале наступит тишина. Р РІ этой тишине РѕРЅ СЃ трудом выдавливал РёР· себя ординарные, скучные Рё обязательные слова: В«Ртак, РІ прошлый раз РјС‹ остановились...В» Рпятнадцать РјРёРЅСѓС‚ РіСЂРѕРјРєРёРј голосом РѕР±СЉСЏСЃРЅСЏР» содержание предыдущей лекции, красивым, четким почерком выписывая РЅР° левой РґРѕСЃРєРµ итоговые формулы.
А читал он четырехгодичный курс, охватывающий механику, гидромеханику, учение об упругости, электричество, магнетизм, кинетическую теорию газов и... философию.
Покончив с прошлой лекцией, он возвращался на кафедру, снимал очки и несколько секунд стоял в молчании, склонив голову. Рвдруг в мертвой тишине раздавались слова, похожие на молитву: «Простите меня, если, прежде чем приступить к чтению лекций, я буду вас просить кое-что для себя лично, что мне важнее всего, — ваше доверие, ваше расположение вашу любовь, одним словом, самое большое, что вы способны дать, — вас самих...» Рначинал читать лекцию.
Его РёРјСЏ было окружено легендами. Да РѕРЅ Рё сам, своей детской непосредственностью Рё восторженностью перед самыми прозаическими вещами давал обильную пищу этим анекдотическим легендам. Р’РґСЂСѓРі однажды весь Грац был взбудоражен невероятной новостью: РіРѕСЃРїРѕРґРёРЅ профессор экспериментальной физики лично РєСѓРїРёР» РЅР° рынке РєРѕСЂРѕРІСѓ Рё торжественно Р·Р° веревку через весь РіРѕСЂРѕРґРѕРє провел ее РІ СЃРІРѕСЋ виллу. Затем, разместив «священное животное» СЃ подобающими почестями, профессор физики направился Рє профессору зоологии, Сѓ которой очень долго консультировался РїРѕ процессу доения. Рли РІРґСЂСѓРі рано утром Р·РёРјРѕР№ весь Грац сходился Рє катку, РЅР° котором Больцман вместе СЃ детьми осваивал катание РЅР° коньках.
Но самым неизменным увлечением профессора физики была музыка. В Венском театре оперы за Больцманом и его семьей была постоянно закреплена ложа; а дома профессор физики ежедневно устраивал вечера камерной музыки, причем сам неизменно исполнял партию на рояле.
РР· работ, выполненных Больцманом РІ Вене, РѕСЃРѕР±РѕРіРѕ внимания заслуживает статья «О теории упругости РїСЂРё внешних воздействиях» (1874), РіРґРµ РѕРЅ сформулировал теорию линейной вязкоупругости. РћРЅ описал это явление СЃ помощью интегральных уравнений, представляющих СЃРѕР±РѕР№ важный вклад РІ теоретическую реологию.
Увы, административная работа, которой в Вене было куда больше, чем в Граце, была для ученого тяжелым грузом. Его манила кафедра экспериментальной физики в Граце. Здесь он мог бы располагать собственной лабораторией и читать лекции по физике, а не по математике, как в Вене. Бюрократизма в Граце было меньше. Но, кроме того, Больцман собирался жениться. В Вене найти подходящую квартиру было очень трудно, а его будущая жена была из Граца. В 1876 году Больцман занял пост директора Физического института в Граце и оставался на этой должности четырнадцать лет.
Еще в 1871 году Больцман указал, что второй закон термодинамики может быть выведен из классической механики только с помощью теории вероятности. В 1877 году в «Венских сообщениях о физике» появилась знаменитая статья Больцмана о соотношении между энтропией и вероятностью термодинамического состояния. Ученый показал, что энтропия термодинамического состояния пропорциональна вероятности этого состояния и что вероятности состояний могут быть рассчитаны на основании отношения между численными характеристиками соответствующих этим состояниям распределений молекул.
То есть, если достаточно большую систему оставить без внешнего вмешательства на достаточно долгое время, то вероятность того, что мы найдем ее по истечении этого времени в равновесном состоянии, несравненно больше, чем вероятность того, что она будет в каком угодно неравновесном состоянии.
Рта так называемая «аштеорема» стала вершиной учения Больцмана Рѕ мироздании. Формула этого начала была позднее высечена РІ качестве эпитафии РЅР° памятнике над его могилой. Рта формула очень схожа РїРѕ своей сути СЃ законом естественного отбора Чарльза Дарвина. Только «Аштеорема» Больцмана показывает, как зарождается Рё протекает «жизнь» самой Вселенной.
Немецкий физик Р . Клаузиус, давший РІ 1850 РіРѕРґСѓ формулировку второго закона термодинамики, позднее, РІ 1865 РіРѕРґСѓ, введший понятие энтропии, РѕРґРЅРѕ время был весьма популярной фигурой. Выводы, сделанные РёРј РёР· второго начала Рѕ неизбежности тепловой смерти, были взяты РЅР° вооружение РЅРµ только РјРЅРѕРіРёРјРё физиками. Главным образом Рє РЅРёРј обратились философы, получившие мощные, казалось, неоспоримые аргументы РІ пользу идеалистических концепций Рѕ начале Рё конце РјРёСЂР°, РІ том числе Рё РІ пользу эмпириокритицизма, учения Р. Маха Рё «энергетического» учения Р’. Оствальда.
Своей «аш-теоремой» неукротимый Людвиг Больцман заявил: «Тепловая смерть — блеф. Никакого конца света не предвидится. Вселенная существовала и будет существовать вечно, ибо она состоит не из наших «чувственных представлений», как полагают эмпириокритики, и не из разного рода энергий, как полагают оствальдовцы, а из атомов и молекул, и второе начало термодинамики надо применять не по отношению к какому-то «эфиру», духу или энергетической субстанции, а к конкретным атомам и молекулам».
Вокруг «аш-теоремы» Людвига Больцмана мгновенно разгорелись не меньшие по накалу дискуссии, чем по тепловой смерти. «Аш-теорема» и выдвинутая на ее основе флуктуационная гипотеза были препарированы со всей тщательностью и скрупулезностью и, как и следовало ждать, обнаружили в себе зияющие, непростительные, казалось бы, для такого великого ученого, как Больцман, изъяны.
Оказалось, что если принять Р·Р° истину гипотезу Больцмана, то надо принять Р·Р° веру Рё такое чудовищное, РЅРµ укладывающееся РЅРё РІ какие рамки здравого смысла допущение: рано или РїРѕР·РґРЅРѕ, Р° точнее, уже сейчас, РіРґРµ-то РІРѕ Вселенной должны идти процессы РІ обратном второму началу направлении, то есть тепло должно переходить РѕС‚ более холодных тел Рє более горячим! Рто ли РЅРµ абсурд.
Больцман этот «абсурд» отстаивал, он был глубоко убежден, что такой ход развития Вселенной наиболее естественный, ибо он является неизбежным следствием ее атомного строения.
Вряд ли «аш-теорема» получила бы такую известность, если бы была выдвинута каким-нибудь другим ученым. Но ее выдвинул Больцман, умевший не только увидеть за занавесом скрытый от других мир, но умевший защищать его со всей страстью гения, вооруженного фундаментальными знаниями как физики, так и философии.
Кульминацией драматических коллизий между физиком-материалистом и махистами, видимо, следует считать съезд естествоиспытателей в Любеке в 1895 году, где Людвиг Больцман своим друзьям-врагам дал генеральное сражение. Он одержал победу, но в результате после съезда ощутил еще большую пустоту вокруг себя. В 1896 году Больцман написал статью «О неизбежности атомистики в физических науках», где выдвинул математические возражения против оствальдовского энергетизма.
Вплоть РґРѕ 1910 РіРѕРґР° само существование атомистики РІСЃРµ время оставалось РїРѕРґ СѓРіСЂРѕР·РѕР№. Больцман боролся РІ одиночку Рё боялся, что дело всей его жизни окажется РІ забвении. Р’ предисловии РєРѕ второй части СЃРІРѕРёС… лекций РїРѕ теории газов РѕРЅ писал РІ 1898 РіРѕРґСѓ: «По моему мнению, большой трагедией для науки будет, если (РїРѕРґРѕР±РЅРѕ тому, как это случилось СЃ волновой теорией света РёР·-Р·Р° авторитета Ньютона) хотя Р±С‹ РЅР° время теория газов окажется позабытой РёР·-Р·Р° того враждебного отношения Рє ней, которое воцарилось РІ данный момент. РЇ сознаю, что сейчас являюсь единственным, кто, хотя Рё слабо, пытается плыть против течения. Р, тем РЅРµ менее, СЏ РјРѕРіСѓ способствовать тому, чтобы, РєРѕРіРґР° теория газов СЃРЅРѕРІР° будет возвращена Рє жизни, РЅРµ пришлось делать слишком РјРЅРѕРіРѕ повторных открытий».
В 1890 году Больцман принял предложение занять кафедру теоретической физики в Мюнхенском университете и мог, наконец, заняться преподаванием своего любимого предмета. В течение того времени, что он преподавал здесь экспериментальную физику, он использовал для иллюстрации теоретических концепций наиболее наглядные механические модели. Множество студентов со всех концов мира приезжали в Мюнхен, чтобы пройти курс обучения под руководством Больцмана.
Единственная слабость его позиции заключалась в том, что баварское правительство в то время не выплачивало пенсии университетским профессорам; между тем у Больцмана все более ухудшалось зрение, и его беспокоило будущее семьи.
РЎРІРѕРёРјРё блестящими, отнюдь РЅРµ корректными, как это было принято РІ те время, выступлениями РІ научных РґРёСЃРєСѓСЃСЃРёСЏС… Больцман быстро приобрел репутацию человека СЃ беспокойным, трудным характером; РѕРЅ РЅРµ умел быть снисходительным даже Рє РґСЂСѓР·СЊСЏРј, РєРѕРіРґР° видел РёС… заблуждения хотя Рё страдал РѕС‚ своей резкости. Р’ науке для Больцмана РєРѕРјРїСЂРѕРјРёСЃСЃРѕРІ РЅРµ существовало. Ресли Сѓ него отнимали возможность честной Р±РѕСЂСЊР±С‹ РѕРЅ без сожалений расставался СЃ самыми почетными должностями. РР· Мюнхена Больцман возвращается РІ Венский университет, Р° через несколько лет переезжает РІ Лейпциг. Осенью 1902 РіРѕРґР° Больцман вернулся Вену. Рвезде, РІРѕ всех университетах РѕРЅ вел изматывающую Р±РѕСЂСЊР±Сѓ Р·Р° материалистическую физику, Р·Р° атомистику. Рто была, особенно РІ последний период его жизни, РїРѕ сути дела, Р±РѕСЂСЊР±Р° ученого-одиночки СЃ крупнейшими физиками того времени, главами самых влиятельных научных школ.
Р’ феврале 1904 РіРѕРґР° жена писала дочери РРґРµ, которая оставалась РІ Лейпциге Рё заканчивала там гимназию: «Отцу РІСЃРµ хуже СЃ каждым днем. РЇ потеряла веру РІ будущее. РЇ надеялась, РІ Вене наша жизнь будет лучше». Р—РґРѕСЂРѕРІСЊРµ Больцмана страдало РѕС‚ постоянных СЃРїРѕСЂРѕРІ СЃ противниками. Зрение его ухудшилось РґРѕ такой степени, что ему трудно стало читать; пришлось нанять сотрудницу, которая читала ему научные статьи; жена готовила его СЂСѓРєРѕРїРёСЃРё Рє печати.
Его слабое здоровье не могло в течение долгого времени выдерживать такую огромную преподавательскую нагрузку, которая сочеталась с научной работой. Даже отдых в Дуино, под Триестом, не принес ему облегчения в его мучительном заболевании. Больцман впал в глубокую депрессию и 5 сентября 1906 года покончил жизнь самоубийством.
Весьма прискорбно, что он не дожил до воскрешения атомизма и умер с мыслью, что о кинетической теории все забыли. Однако многие идеи Больцмана уже нашли свое разрешение в таких поразительных открытиях, как ультрамикроскоп, эффект Доплера, газотурбинные двигатели, освобождение энергии атомного ядра. Но это все частности в той картине мира, которую видел и описывал Больцман, отдельные следствия атомного строения мира.
Еще в статье 1872 года Больцман ввел представление о дискретных уровнях энергии, благодаря чему был открыт путь к созданию квантовой механики. Однако еще более важную роль в становлении современной физики сыграл его статистический метод. Как бы в предчувствии статистической интерпретации квантовой механики он писал в 1898 году в своих лекциях по теории газов: «Мне ещё надо упомянуть возможное, что фундаментальные уравнения движения отдельных молекул окажутся всего лишь приблизительными формулами, дающими средние значения... и получаемыми только в результате длительных серий наблюдений на основе теории вероятностей».
Много раз его искренность сталкивалась с вероломством, но Больцман, тем не менее, до конца жизни сохранил веру в дружбу и любовь.
Стихи и музыка были для него своего рода теми кирпичиками в единой теории мироздания, куда входили и законы физики, и учение Дарвина, которого Больцман боготворил, и любимая им философия.
«Судьбу Людвига Больцмана как РѕРґРЅРѕРіРѕ РёР· основоположников современной физики, — писал Р. Бода, — можно сравнить только СЃ СЃСѓРґСЊР±РѕР№ великого творца множеств — Георга Кантора. Рдеи РёС… РѕР±РѕРёС… РЅРµ были поняты Рё оценены надлежащим образом РїСЂРё жизни авторов, что трагически сказалось РЅР° судьбах этих гениальных людей».
Продолжение следует
druzzya.mirtesen.ru
Перенесемся мысленно РЅР° сто СЃ хвостиком лет назад Рё попробуем представить себе, каково было РІ то время положение РІ науке. Р’ физике шла тогда величайшая революция, вызванная удивительными открытиями конца позапрошлого века Рё начала прошлого. РћРґРЅРѕ Р·Р° РґСЂСѓРіРёРј следовали блестящие открытия, РІ свете которых материя представлялась РёРЅРѕР№, чем рисовалось ученым еще так недавно. РўРѕРіРґР° были открыты лучи Рентгена (1895), радиоактивность (Веккерель, 1896), электрон (РўРѕРјСЃРѕРЅ, 1897), радий (СЃСѓРїСЂСѓРіРё РљСЋСЂРё, 1899), создана теория радиоактивного распада атомов (Резерфорд Рё Содли, 1902). Рлектрон предстал РЅРµ только как мельчайшая частица отрицательного электричества, РЅРѕ Рё как общая составная часть всех атомов, как кирпичик всех атомных построек. РЎ этого момента идея неизменного, неделимого атома, идея вечных, РЅРµ превращающихся РґСЂСѓРі РІ РґСЂСѓРіР° химических элементов, которая РјРЅРѕРіРѕ веков господствовала РІ умах ученых, внезапно рухнула, причем окончательно Рё бесповоротно.
Одновременно начались открытия в области световых явлений. В 1900 году были сделаны два замечательных открытия в оптике. Планк открыл дискретный (атомистический) характер излучения и ввел понятие кванта действия; Лебедев измерил (а значит, экспериментально открыл) давление света. Отсюда логически следовало, что свет должен обладать массой.
Спустя еще несколько лет (РІ 1905 РіРѕРґСѓ) Рйнштейн создал теорию относительности (ее специальный принцип) Рё вывел РёР· нее фундаментальный закон современной физики — закон взаимосвязи массы Рё энергии. Одновременно РѕРЅ выдвинул понятие фотона (или «атома света»).
Рубеж XIX и XX веков был периодом глубочайшей ломки старых физических понятий. Рушилась вся старая, по сути дела, механистическая, картина мира. Ломались не только понятия атома и элемента, но и понятия массы и энергии, вещества и света, пространства и времени, движения и действия. На место понятия неизменной массы, не зависящей от скорости движения тела, пришло понятие массы, меняющейся по своей величине в зависимости от того, с какой скоростью движется тело. На место понятия непрерывного движения и действия пришло представление об их дискретном, квантовом характере. Если энергетические явления математически описывались раньше непрерывными функциями, то теперь пришлось вводить для их описания прерывисто меняющиеся величины.
Пространство и время выступили не как внешние по отношению к материи, к движению и друг к другу формы бытия, а как зависимые и от них и друг от друга. Вещество и свет, разделенные ранее абсолютной перегородкой, обнаружили общность своих свойств (наличие массы, хотя качественно и различной) и своего строения (дискретный, зернистый характер).
Но не только крушением устаревших представлений характеризовалось то время: на руинах старых принципов, подвергшихся всеобщему разгрому (по выражению Л. Пуанкаре) стали уже то тут, то там возводиться первые теоретические постройки, но они еще не были охвачены общим планом, не были сведены в общий архитектурный ансамбль научных представлений.
«От атома отошли», значит, перестали по-старому считать атом пределом познания, последней частицей материи, дальше которой двигаться нельзя, некуда. «До электрона не дошли», значит, еще не создали нового представления о строении атома из электронов (включая и представление о положительном заряде в атоме).
Создание новой электронной теории строения материи стало центральной задачей физиков. Для решения этой задачи необходимо было ответить, прежде всего, на следующие четыре вопроса.
Первый вопрос. Как распределен или где сосредоточен внутри атома положительный электрический заряд? Одни физики полагали, что он равномерно распределен по всему атому, другие считали, что он находится в центре атома, словно «нейтральное светило» миниатюрной солнечной системы, которую, по их предположению, представляет собой атом.
Второй вопрос. Как ведут себя электроны внутри атома? Одни ученые думали, что электроны наглухо закреплены в атоме, как бы вкраплены в него, и образуют статическую систему, другие же, напротив, допускали, что электроны с огромной скоростью движутся внутри атома по определенным орбитам.
Третий вопрос. Сколько электронов может быть в атоме того или иного химического элемента? На этот вопрос не давалось даже предположительного ответа.
Четвертый вопрос. Как распределяются электроны внутри атома: слоями или и виде хаотического роя? На этот вопрос нельзя было дать никакого ответа, по крайней мере, до тех пор, пока оставалось неустановленным общее число электронов в атоме.
Ответ РЅР° первый РІРѕРїСЂРѕСЃ был получен РІ 1911 РіРѕРґСѓ. Бомбардируя атомы положительно заряженными альфа-частицами, Резерфорд установил, что альфа-частицы СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕ пронизывали атом РІРѕ всех направлениях Рё РЅР° всех его участках, РєСЂРѕРјРµ центра. Близ центра частицы СЏРІРЅРѕ отклонялись РѕС‚ прямолинейного пути, как если Р±С‹ РѕРЅРё испытывали отталкивающее воздействие, исходящее РёР· центра атома. РљРѕРіРґР° же частицы оказывались направленными РїСЂСЏРјРѕ РІ центр атома, РѕРЅРё отскакивали назад, как если Р±С‹ РІ центре находилось чрезвычайно прочное, твердое зернышко. Рто свидетельствовало Рѕ том, что положительный заряд атома действительно сосредоточен РІ СЏРґСЂРµ атома, равно как Рё почти РІСЃСЏ масса атома. Резерфорд вычислил РЅР° основании полученных РёРј опытных данных, что РїРѕ СЃРІРѕРёРј размерам СЏРґСЂРѕ атома РІ сто тысяч раз меньше самого атома. (Диаметр атома около 10 СЃРј, диаметр СЏРґСЂР° около 10—13 СЃРј.)
Но если это так, то электроны не могут находиться в неподвижном состоянии внутри атома: их там ничто не может закрепить на одном месте. Напротив, они должны двигаться вокруг ядра, подобно тому как планеты движутся вокруг Солнца.
Так намечался ответ на второй вопрос. Однако окончательный ответ на него удалось добыть не сразу. Дело в том, что, согласно представлениям классической электродинамики, электрически заряженное тело, двигающееся в электромагнитном поле, должно непрерывно терять свою энергию. В результате этого электрон должен был постепенно приближаться к ядру и наконец, пасть на него. На деле же ничего подобного не происходит, атом ведет себя как вполне устойчивая система.
Не зная, как решить возникшую перед ними трудность, физики не могли дать определенного ответа на второй вопрос. Но пока продолжались поиски ответа па второй вопрос, неожиданно пришел ответ на третий.
…В конце XIX века РјРЅРѕРіРёРј ученым казалось, что ответ РЅР° РІРѕРїСЂРѕСЃ Рѕ том, каково же строение материи, даст периодический закон химических элементов. Так думал Рё сам Р”. Р. Менделеев. Физические открытия, сделанные РЅР° рубеже XIX Рё XX веков, казалось Р±С‹, никак РЅРµ были связаны СЃ этим законом Рё стояли РѕС‚ него РѕСЃРѕР±РЅСЏРєРѕРј.
В итоге сложились как бы две самостоятельные, изолированные друг от друга линии научного развития: одна — старая, начавшаяся еще в 1869 году (когда был открыт периодический закон) и продолжавшаяся в XX веке (это была, так сказать, химическая линия), другая — новая, возникшая в 1895 году, когда началась «новейшая революция в естествознании» (физическая линия).
Не связанность обеих линий научного развития усугублялась еще и тем, что многие химики представляли себе периодическую систему Менделеева как трактующую о неизменности химических элементов. Новая же физика, наоборот, исходила целиком из представлений о превращающихся и разрушающихся элементах.
Грандиозный бросок естествознания вперед стал возможным, прежде всего, благодаря тому, что две линии научного развития — «химическая» (идущая от периодического закона) и «физическая» (идущая от рентгеновых лучей, радиоактивности, электрона и кванта) — слились, взаимно обогатив друг друга.
В 1912 году в лаборатории Резерфорда появился молодой физик Мозли. Он выдвинул свою собственную тему, которую Резерфорд горячо одобрял. Мозли хотел выяснить зависимость между местом элементов (речь шла о металлах) в периодической системе Менделеева и характеристическим рентгеновским спектром того же элемента. Здесь была гениальна сама идея, сам замысел задуманной работы связать периодический закон с экспериментальными данными рентгеновского анализа. Как это нередко бывает в науке, правильная постановка проблемы дала сразу же ключ к ее решению.
Р’ 1913 РіРѕРґСѓ Мозли нашей решение проблемы. РР· математически обработанных Данных рентгеновского спектра того или РёРЅРѕРіРѕ химического элемента РїСЂРё помощи несложных операций РѕРЅ выводил некоторое целое число, специфичное для каждого элемента. Перенумеровав РІСЃРµ элементы РїРѕ РїРѕСЂСЏРґРєСѓ РёС… расположения РІ периодической системе, Мозли увидел, что найденное РёР· экспериментальных данных число N равняется РїРѕСЂСЏРґРєРѕРІРѕРјСѓ номеру элемента РІ системе Менделеева. Рто был решающий шаг Рє тому, чтобы ответить РЅР° третий РІРѕРїСЂРѕСЃ.
В самом деле. Каков физический смысл числа N? Почти одновременно несколько физиков ответили так: «Число N указывает величину положительного заряда атомного ядра (Z), а значит, и число электронов в оболочке нейтрального атома данного элемента». Такой ответ дали Нильс Вор, Мозли и голландский физик ван ден Брук.
Таким образом, начался прямой штурм одной из важнейших крепостей природы, еще не завоеванной к тому времени человеческим разумом, — электронного строения атома. Успех этого штурма обеспечивался начавшимся союзом идей химиков и физиков, своеобразным взаимодействием различных «родов войск».
В то время как Мозли открывал закон, носящий теперь его имя, сильная поддержка отряду науки, штурмующему вышеназванную крепость, пришла со стороны ученых, изучавших радиоактивные явления. В этой области были сделаны три важных открытия.
Во-первых, были установлены различные типы радиоактивного распада: альфа-распад, при котором из ядра вылетают альфа- частицы — ядра гелия: бета-распад (из ядра вылетают электроны) и гамма-распад (ядро испускает жесткое электромагнитное излучение). Во-вторых, оказалось, что существуют три различных радиоактивных ряда: урана, тория и актиния. В-третьих, было обнаружено, что при разных атомных весах некоторые члены одного ряда оказываются химически неотличимыми и неотделимыми от членов другого ряда.
Все эти явления требовали объяснения, и оно было дано в том же знаменательном 1913 году. Но об этом уже читайте в нашей следующей статье.
Автор: Б. Кедров.
P. S. Рћ чем еще РіРѕРІРѕСЂСЏС‚ британские ученые: Рѕ том, что для лучшего понимания РјРЅРѕРіРёС… физических открытий было Р±С‹ Р·РґРѕСЂРѕРІРѕ почитать труды ученых-первооткрывателей РІ оригинале – РЅР° английском языке. Для этого, пожалуй, РЅРµ стоит пренебрегать такими вещами как английский для детей РІ Рстре, ведь язык нужно учить смолоду, тем более если собираетесь РІ будущем читать РЅР° нем серьезные научные труды.
www.poznavayka.org
Закон падающего тела
РќР° протяжении более РґРІСѓС… тысяч лет люди считали, что тяжелые предметы падают быстрее легких. Рта классическая мудрость основывалась РЅР° наблюдениях древнегреческого философа Аристотеля. Люди верили ему, потому что его мысли казались правильными.
Но в 17 веке Галилео Галилей решил проверить закон Аристотеля. По легенде он сбрасывал в Пизанской башни шары разной массы.
Во время своих экспериментов Галилео обнаружил, что тяжелые предметы падают быстрее легких из-за меньшего воздушного сопротивления: воздух мешает легкому объекту сильнее, чем тяжелому.
Решение Галилея проверить закон Аристотеля стало поворотным моментом в науке, оно ознаменовало начало проверки всех общепринятых законов опытным путем. Опыты Галилея с падающими телами привели к нашему начальному пониманию ускорения под действием гравитации.
В
Всемирное тяготение
Рто открытие свершилось благодаря СЃСЌСЂСѓ Рсааку Ньютону, который родился РІ Англии РІ РіРѕРґ смерти Галилея.
Говорят, что однажды Ньютон сидел РїРѕРґ яблоней РІ саду Рё отдыхал. Р’РґСЂСѓРі РѕРЅ увидел, как СЃ ветки упало яблоко. Ртот простой инцидент заставил его задуматься, почему яблоко упало РІРЅРёР·, РІ то время, как Луна РІСЃРµ время оставалась РІ небе. Рменно РІ этот момент РІ РјРѕР·РіСѓ молодого Ньютона свершилось открытие: РѕРЅ РїРѕРЅСЏР», что РЅР° яблоко Рё Луну действует единая сила гравитации.
Ньютон представил себе, что на весь фруктовый сад действовала сила, которая притягивала к себе ветки и яблоки. Его более важно то, что он распространил эту силу до самой Луны. Ньютон понял, что сила притяжения есть везде, до него никто до этого не додумывался.
Ньютон предположил, что Луна, пытаясь лететь РїРѕ РїСЂСЏРјРѕР№ линии РІ РєРѕСЃРјРѕСЃРµ РјРёРјРѕ Земли, постоянно притягивается ей. РР·-Р·Р° этого Луна вращается РІРѕРєСЂСѓРі Земли. РќРѕ Рё сама Луна притягивает Землю РїСЂРё помощи собственной гравитации. Ньютон открыл закон всемирного тяготения.
Согласно этому закону, гравитация влияет на все тела во Вселенной, включая яблоки, луны и планеты. Сила притяжения такого крупного тела, как Луна, может провоцировать такие явления, как приливы и отливы океанов на Земле.
Вода в той части океана, которая находится ближе к Луне, испытывает большее притяжение, поэтому Луна, можно сказать, перетягивает воду из одной части океана в другую. А так, как Земля вращается в противоположном направлении, эта задержанная Луной вода оказывается дальше привычных берегов.
Понимание Ньютоном того, что у каждого предмета есть собственная сила притяжения, стало великим научным открытием. Однако, его дело было еще не завершено.
В
Законы движения
Ньютон для РјРЅРѕРіРёС… является олицетворением самой физики, ведь РѕРЅ, РїРѕРјРёРјРѕ прочего, открыл три закона движения, что стало его вторым великим открытием. Рто законы, которые РѕР±СЉСЏСЃРЅСЏСЋС‚ движение любого физического предмета.
Возьмем, например хоккей. Бьете клюшкой РїРѕ шайбе, Рё РѕРЅР° скользит РїРѕ льду. Рто первый закон: РїРѕРґ действием силы предмет движется. Если Р±С‹ РЅРµ было трения Рѕ лед, то шайба скользила Р±С‹ бесконечно долго. РљРѕРіРґР° РІС‹ бьете клюшкой РїРѕ шайбе, то придаете ей ускорение.
Второй закон гласит: ускорение прямо пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально массе тела.
А согласно третьему закону при ударе шайба действует на клюшку с такой же силой, как клюшка на шайбу, т.е. сила действия равна силе противодействия.
Законы движения Ньютона были смелым решением объяснять механику функционирования Вселенной, они стали основой классической физики.
В
Второй закон термодинамики
Наука о термодинамике – это наука о тепле, которая преобразуется в механическую энергию. От нее зависела вся техника во время промышленной революции.
Тепловая энергия может быть преобразована РІ энергию движения, например, путем вращения коленчатого вала или турбины. Важнее всего выполнить как можно больше работы, используя как можно меньше топлива. Рто наиболее экономически выгодно, поэтому люди стали изучать принципы работы паровых двигателей.
Среди тех, кто занимался этим вопросом, был немецкий ученый Рудольф Клаузиус. В 1865 году он сформулировал Второй закон термодинамики. Согласно этому закону, при любом энергетическом обмене, например, во время нагревания воды в паровом котле, часть энергии пропадает. Клаузиус ввел в оборот слово энтропия, объясняя с его помощью ограниченную эффективность паровых двигателей. Часть тепловой энергии теряется во время преобразования в механическую.
Рто утверждение изменило наше понимание того, как функционирует энергия. РќРµ существует теплового двигателя, который был Р±С‹ эффективен РЅР° 100%. РљРѕРіРґР° РІС‹ едете РЅР° машине, только 20% энергии бензина действительно тратится РЅР° движение. РљСѓРґР° девается остальная часть? РќР° нагревание РІРѕР·РґСѓС…Р°, асфальта Рё шин. Цилиндры РІ блоке цилиндров нагреваются Рё изнашиваются, Р° детали ржавеют. Грустно думать Рѕ том, насколько расточительны такие механизмы.
Хотя Второй закон термодинамики был основой промышленной революции, следующее великое открытие привело мир в новое, его современное состояние.
В
Рлектромагнетизм
Дамба Гувера – одно из величайших инженерных достижений современности. Ее высота 221 м, а масса 6,6 миллионов тонн. 17 генераторов вырабатывают электричество мощностью 3 миллиона лошадиных сил, и создается оно благодаря магнитному полю.
Ученые научились создавать магнитную силу с помощью электричества, когда пустили ток по завитому проводу. В результате получился электромагнит. Как только подается ток, возникает магнитное поле. Нет напряжения – нет поля.
В 1831 году переплетчик, интересующийся электричеством, по имени Майкл Фарадей, стал первым, кто смог запустить этот процесс в обратном направлении. Он использовал движущееся магнитное поле для создания электричества.
Рлектрогенератор РІ своей самой простейшей форме является витком проволоки между полюсами магнита. Майкл Фарадей обнаружил, что РєРѕРіРґР° магнит Рё проволока находятся РЅР° близком расстоянии, РїРѕ проволоке РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ ток. РџРѕ этому принципу работают РІСЃРµ электрогенераторы.
Фарадей вел записи о своих экспериментах, но шифровал их. Тем не менее они были по достоинству оценены физиком Джеймсом Клерком Максвеллом, который использовал их, чтобы еще лучше понять принципы электромагнетизма. Максвелл позволил человечеству понять, как электричество распределяется по поверхности проводника.
Если вы хотите знать, каким был бы мир без открытий Фарадея и Максвелла, то представьте себе, что электричество не существует: не было бы радио, телевидения, мобильных телефонов, спутников, компьютеров и всех средств связи. Представьте себе, что вы в 19 веке, потому что без электричества вы бы именно там и оказались.
Совершая открытия, Фарадей Рё Максвелл РЅРµ могли знать, что РёС… труд РІРґРѕС…РЅРѕРІРёР» РѕРґРЅРѕРіРѕ юношу РЅР° раскрытие тайн света Рё РЅР° РїРѕРёСЃРє его СЃРІСЏР·Рё СЃ величайшей силой Вселенной. Ртим юношей был Альберт Рйнштейн.
В
Теория относительности
Р’ 1905 РіРѕРґСѓ случился переворот РІ РјРёСЂРµ науки, произошло величайшее открытие. Молодой неизвестный ученый, работающий РІ Р±СЋСЂРѕ патентов РІ швейцарском РіРѕСЂРѕРґРµ Берн, сформулировал революционную теорию. Его звали Альберт Рйнштейн.
Рйнштейн однажды сказал, что РІСЃРµ теории нужно объяснять детям. Если РѕРЅРё РЅРµ РїРѕР№РјСѓС‚ объяснения, то значит теория бессмысленна. Будучи ребенком, Рйнштейн однажды прочитал детскую книжку РѕР± электричестве, тогда РѕРЅРѕ только появлялось, Рё простой телеграф казался чудом. Рта книжка была написана неким Бернштейном, РІ ней РѕРЅ предлагал читателю представить себя едущим внутри РїСЂРѕРІРѕРґР° вместе СЃ сигналом. Можно сказать, что тогда РІ голове Рйнштейна Рё зародилась его революционная теория.
Р’ юношестве, вдохновленный СЃРІРѕРёРј впечатлением РѕС‚ той РєРЅРёРіРё, Рйнштейн представлял себе, как РѕРЅ двигается вместе СЃ лучом света. РћРЅ обдумывал эту мысль 10 лет, включая РІ размышления понятие света, времени Рё пространства.
Он осознал, что теория Ньютона, согласно которой время и пространство неизменны, была неправильной, если ее применить к скорости света. С этого и началась формулировка того, что он назвал теорией относительности.
Р’ РјРёСЂРµ, который описывал Ньютон, время Рё пространство были отделены РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР°: РєРѕРіРґР° РЅР° Земле 10 часов утра, то такое же время было Рё РЅР° Венере, Рё РЅР° Юпитере, Рё РїРѕ всей Вселенной. Время было тем, что РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ отклонялось Рё РЅРµ останавливалось. РќРѕ Рйнштейн РїРѕ-РґСЂСѓРіРѕРјСѓ воспринимал время.
Время – это река, которая извивается вокруг звезд, замедляясь и ускоряясь. А если пространство и время могут изменяться, то меняются и наши представления об атомах, телах и вообще о Вселенной!
Рйнштейн демонстрировал СЃРІРѕСЋ теорию СЃ помощью так называемых мыслительных экспериментов. Самый известный РёР· РЅРёС… – это «парадокс близнецов». Ртак, Сѓ нас есть РґРІРѕРµ близнецов, РѕРґРёРЅ РёР· которых улетает РІ РєРѕСЃРјРѕСЃ РЅР° ракете. Так как РѕРЅР° летит почти СЃРѕ скоростью света, время внутри нее замедляется. После возвращения этого близнеца РЅР° Землю оказывается, что РѕРЅ моложе того, кто остался РЅР° планете. Ртак, время РІ разных частях Вселенной идет РїРѕ-разному. Рто зависит РѕС‚ скорости: чем быстрее РІС‹ движетесь, тем медленнее для вас идет время.
Ртот эксперимент РІ какой-то степени проводится СЃ космонавтами РЅР° орбите. Если человек находится РІ открытом РєРѕСЃРјРѕСЃРµ, то время для него идет медленней. РќР° космической станции время идет медленней. Ртот феномен затрагивает Рё спутники. Возьмем, например, спутники GPS: РѕРЅРё показывают ваше положение РЅР° планете СЃ точностью РґРѕ нескольких метров. Спутники движутся РІРѕРєСЂСѓРі Земли СЃРѕ скоростью 29000 РєРј/С‡, поэтому Рє РЅРёРј применимы постулаты теории относительности. Рто нужно учитывать, ведь если РІ РєРѕСЃРјРѕСЃРµ часы РёРґСѓС‚ медленнее, то синхронизация СЃ земным временем собьется Рё система GPS РЅРµ будет работать.
Через несколько месяцев после опубликования теории относительности Рйнштейн сделал следующее великое открытие: самое известное уравнение всех времен.
В
E=mc2
Вероятно, это самая известная РІ РјРёСЂРµ формула. Р’ теории относительности Рйнштейн доказал, что РїСЂРё достижении скорости света условия для тела меняются невообразимым образом: время замедляется, пространство сокращается, Р° масса растет. Чем выше скорость, тем больше масса тела. Только подумайте, энергия движения делает вас тяжелее. Масса зависит РѕС‚ скорости Рё энергии. Рйнштейн представил себе, как фонарик испускает луч света. Точно известно, сколько энергии выходит РёР· фонарика. РџСЂРё этом РѕРЅ показал, что фонарик стал легче, С‚.Рµ. РѕРЅ стал легче, РєРѕРіРґР° начал испускать свет. Значит E – энергия фонарика зависит РѕС‚ m – массы РІ пропорции, равной c2. Р’СЃРµ просто.
Рта формула показывала Рё РЅР° то, что РІ маленьком предмете может быть заключена огромная энергия. Представьте себе, что вам бросают бейсбольный РјСЏС‡ Рё РІС‹ его ловите. Чем сильнее его Р±СЂРѕСЃСЏС‚, тем большей энергией РѕРЅ будет обладать.
Теперь что касается состояния РїРѕРєРѕСЏ. РљРѕРіРґР° Рйнштейн выводил СЃРІРѕРё формулы, РѕРЅ обнаружил, что даже РІ состоянии РїРѕРєРѕСЏ тело обладает энергией. Посчитав это значение РїРѕ формуле, РІС‹ увидите, что энергия поистине РѕРіСЂРѕРјРЅР°.
Открытие Рйнштейна было огромным научным скачком. Рто был первый РІР·РѕСЂ РЅР° мощь атома. РќРµ успели ученые полностью осознать это открытие, как случилось следующее, которое РІРЅРѕРІСЊ повергло всех РІ шок.
В
Квантовая теория
Квантовый скачок – самый малый возможный скачок в природе, при этом его открытие стало величайшим прорывом научной мысли.
Субатомные частицы, например, электроны, могут передвигаться из одной точку в другую, не занимая пространство между ними. В нашем макромире это невозможно, но на уровне атома – это закон.
В субатомном мире атомы и их составляющие существуют согласно совсем иным законам, нежели крупные материальные тела. Немецкий ученый Макс Планк описал эти законы в своей квантовой теории.
Квантовая теория появилась в самом начале 20 века, когда случился кризис в классической физике. Было открыто множество феноменов, которые противоречили законам Ньютона. Мадам Кюри, например, открыла радий, который сам по себе светится в темноте, энергия бралась из ниоткуда, что противоречило закону сохранения энергии. В 1900 году люди считали, что энергия непрерывна, и что электричество и магнетизм можно было бесконечно делить на абсолютно любые части. А великий физик Макс Планк дерзко заявил, что энергия существует в определенных объемах – квантах.
Если представить себе, что свет существует только РІ этих объемах, то становятся понятны РјРЅРѕРіРёРµ феномены даже РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРµ атома. Рнергия выделяется последовательно Рё РІ определенном количестве, это называется квантовым эффектом Рё означает, что энергия волнообразна.
Тогда думали, что Вселенная была создана совсем по-другому. Атом представлялся чем-то, напоминающим шар для боулинга. А как может шар иметь волновые свойства?
Р’ 1925 РіРѕРґСѓ австрийский физик РСЂРІРёРЅ Шредингер, наконец, составил волновое уравнение, которое описывало движение электронов. Внезапно стало возможным заглянуть внутрь атома. Получается, что атомы одновременно являются Рё волнами, Рё частицами, РЅРѕ РїСЂРё этом непостоянными.
Р’СЃРєРѕСЂРµ Макс Борн, коллега Рйнштейна, сделал революционный шаг: РѕРЅ задался РІРѕРїСЂРѕСЃРѕРј – если вещество является волной, то что РІ ней меняется? Борн предположил, что меняется вероятность определения положения тела РІ данной точке.
Можно ли вычислить возможность того, что человек разделится РЅР° атомы, Р° потом материализуется РїРѕ РґСЂСѓРіСѓСЋ сторону стены? Звучит абсурдно. Как можно, проснувшись утром, оказаться РЅР° Марсе? Как можно пойти спать, Р° проснуться РЅР° Юпитере? Рто невозможно, РЅРѕ вероятность этого подсчитать вполне реально. Данная вероятность очень РЅРёР·РєР°. Чтобы это случилось, человеку нужно было Р±С‹ пережить Вселенную, Р° РІРѕС‚ Сѓ электронов это случается постоянно.
Р’СЃРµ современные «чудеса» РІСЂРѕРґРµ лазерных лучей Рё микрочипов работают РЅР° основании того, что электрон может находиться сразу РІ РґРІСѓС… местах. Как это возможно? РќРµ знаешь, РіРґРµ точно находится объект. Рто стало таким трудным препятствием, что даже Рйнштейн Р±СЂРѕСЃРёР» заниматься квантовой теорией, РѕРЅ сказал, что РЅРµ верит, что Господь играет РІРѕ Вселенной РІ кости.
Несмотря на всю странность и неопределенность, квантовая теория остается пока что лучшим нашим представлением о субатомном мире.
В
Природа света
Древние задавались вопросом: из чего состоит Вселенная? Они считали, что она состоит из земли, воды, огня и воздуха. Но если это так, то что же такое свет? Его нельзя поместить в сосуд, нельзя дотронуться до него, почувствовать, он бесформенный, но присутствует везде вокруг нас. Он одновременно везде и нигде. Все видели свет, но не знали, что это такое.
Физики пытались ответить РЅР° этот РІРѕРїСЂРѕСЃ РЅР° протяжении тысячи лет. над РїРѕРёСЃРєРѕРј РїСЂРёСЂРѕРґС‹ света работали величайшие СѓРјС‹, начиная СЃ Рсаака Ньютона. Сам Ньютон использовал солнечный свет, разделенный РїСЂРёР·РјРѕР№, чтобы показать РІСЃРµ цвета радуги РІ РѕРґРЅРѕРј луче. Рто значило, что белый свет состоит РёР· лучей всех цветов радуги.
Ньютон показал, что красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, СЃРёРЅРёР№ Рё фиолетовый цвета РјРѕРіСѓС‚ быть объединены РІ белый свет. Рто привело его Рє мысли, что свет делится РЅР° частицы, которые РѕРЅ назвал корпускулами. Так появилась первая световая теория – корпускулярная.
Однако, существовала и альтернативная теория, согласно которой свет был волной. Ученый Томас Юнг смог доказать некоторые волновые свойства света.
Представьте себе морские волны: любой человек знает, что когда одна из волн сталкивается с другой под определенным углом, обе волны смешиваются. Юнг проделал то же самое со светом. Он сделал так, чтобы свет от двух источников пересекался, и место пересечения было отчетливо видно.
Ртак, тогда было РІСЃРµ РґРІРµ световые теории: корпускулярная Сѓ Ньютона Рё волновая Сѓ Юнга. Ртогда Р·Р° дело взялся Рйнштейн, который сказал, что возможно, РѕР±Рµ теории имеют смысл. Ньютон показал, что Сѓ света есть свойства частиц, Р° Юнг доказал, что свет может иметь волновые свойства. Р’СЃРµ это – РґРІРµ стороны РѕРґРЅРѕРіРѕ Рё того же. Возьмем, например, слона: если РІС‹ возьмете его Р·Р° С…РѕР±РѕС‚, то подумаете, что это змея, Р° если обхватите его РЅРѕРіСѓ, то вам покажется, что это дерево, РЅРѕ РЅР° самом деле слон обладает качествами Рё того, Рё РґСЂСѓРіРѕРіРѕ. Рйнштейн ввел понятие дуализма света, С‚.Рµ. наличия Сѓ света свойств как частиц, так Рё волн.
Чтобы увидеть свет таким, каким мы знает его сегодня, потребовалась работа трех гениев на протяжении трех веков. Без их открытий мы, возможно, до сих пор жили бы в раннем Средневековье.
В
Нейтрон
Атом так мал, что его трудно себе представить. В одну песчинку помещается 72 квинтиллиона атомов. Открытие атома привело к другому открытию.
Рћ существовании атома люди знали уже 100 лет назад. РћРЅРё думали, что электроны Рё протоны равномерно распределены РІ нем. Рто назвали моделью типа «пудинг СЃ РёР·СЋРјРѕРјВ», потому что считалось, что электроны были распределены внутри атома как РёР·СЋРј внутри РїСѓРґРёРЅРіР°.
Р’ начале 20 века Ррнест Резерфорд провел эксперимент СЃ целью еще лучше исследовать структуру атома. РћРЅ направлял РЅР° золотую фольгу радиоактивные альфа-частицы. РћРЅ хотел узнать, что произойдет, РєРѕРіРґР° альфа-частицы ударятся Рѕ золото. Ничего особенного ученый РЅРµ ожидал, так как думал, что большинство альфа-частиц РїСЂРѕР№РґСѓС‚ СЃРєРІРѕР·СЊ золото, РЅРµ отражаясь Рё РЅРµ изменяя направление.
Однако, результат был неожиданным. РџРѕ его словам, это было то же самое, что выстрелить 380-РјРј снарядом РїРѕ РєСѓСЃРєСѓ материи, Рё РїСЂРё этом снаряд отскочил Р±С‹ РѕС‚ нее. Некоторые альфа-частицы сразу отскочили РѕС‚ золотой фольги. Рто могло произойти, только если Р±С‹ внутри атома было небольшое количество плотного вещества, РѕРЅРѕ РЅРµ распределено как РёР·СЋРј РІ РїСѓРґРёРЅРіРµ. Резерфорд назвал это небольшое количество вещества СЏРґСЂРѕРј.
Благодаря открытию Резерфорда, ученые узнали Рѕ том, что атом состоит РёР· СЏРґСЂР°, протонов Рё электронов. Рту картину довершил Джеймс Чедвик – ученик Резерфорда. РћРЅ открыл нейтрон.
Чедвик провел эксперимент, который показал, что ядро состоит из протонов и нейтронов. Для этого он использовал очень умный метод распознавания. Для перехвата частиц, которые выходили из радиоактивного процесса, Чедвик применял твердый парафин.
Открытие нейтрона стало величайшим научным достижением. Р’ 1939 РіРѕРґСѓ РіСЂСѓРїРїР° ученых РІРѕ главе СЃ РРЅСЂРёРєРѕ Ферми использовали нейтрон для расщепления атома, открыв дверь РІ век ядерных технологий.
В
Сверхпроводники
Лаборатория Ферми обладает РѕРґРЅРёРј РёР· крупнейших РІ РјРёСЂРµ ускорителем частиц. Рто 7-километровое подземное кольцо, РІ котором субатомные частицы ускоряются почти РґРѕ скорости света, Р° затем сталкиваются. Рто стало возможным только после того, как появились сверхпроводники.
Сверхпроводники были открыты примерно в 1909 году. Голландский физик по имени Хейке Камерлинг-Оннес стал первым, кто понял, как превратить гелий из газа в жидкость. После этого он мог использовать гелий в качестве морозильной жидкости, а ведь он хотел изучать свойства материалов при очень низких температурах. В то время людей интересовало то, как электрическое сопротивление металла зависит от температуры – растет она или падает.
РћРЅ использовал для опытов ртуть, которую РѕРЅ умел хорошо очищать. РћРЅ помещал ее РІ специальный аппарат, капая ей РІ жидкий гелий РІ морозильной камере, понижая температуру Рё измеряя сопротивление. РћРЅ обнаружил, что чем ниже температура, тем ниже сопротивление, Р° РєРѕРіРґР° температуры достигла РјРёРЅСѓСЃ 268 °С, сопротивление упало РґРѕ нуля. РџСЂРё такой температуре ртуть проводила Р±С‹ электричество без РІСЃСЏРєРёС… потерь Рё нарушений потока. Рто Рё называется сверхпроводимостью.
Сверхпроводники позволяют электропотоку двигаться без РІСЃСЏРєРёС… потерь энергии. Р’ лаборатории Ферми РѕРЅРё используются для создания сильного магнитного поля. Магниты нужны для того, чтобы протоны Рё антипротоны могли двигаться РІ фазотроне Рё РѕРіСЂРѕРјРЅРѕРј кольце. РС… скорость почти равняется скорости света.
Ускоритель частиц в лаборатории Ферми требует невероятно мощного питания. Каждый месяц на то, чтобы охладить сверхпроводники до температуры минус 270 °С, когда сопротивление становится равным нулю, тратится электричество на миллион долларов.
Теперь главная задача – найти сверхпроводники, которые бы работали при более высоких температурах и требовали бы меньше затрат.
Р’ начале 80-С… РіСЂСѓРїРїР° исследователей швейцарского отделения компании IBM обнаружила новый тип сверхпроводников, которые обладали нулевым сопротивлением РїСЂРё температуре РЅР° 100 °С выше, чем обычно. Конечно, 100 градусов выше абсолютно нуля – это РЅРµ та температура, что Сѓ вас РІ морозильнике. Нужно найти такой материал, который был Р±С‹ сверхпроводником РїСЂРё обычной комнатной температуре. Рто был Р±С‹ величайший прорыв, который стал Р±С‹ революцией РІ РјРёСЂРµ науки. Р’СЃРµ, что сейчас работает РЅР° электрическом токе, стало Р±С‹ гораздо эффективнее.
В
Кварк
Данное открытие – это поиск мельчайших частиц материи во Вселенной.
Сначала был открыт электрон, затем протон, а потом нейтрон. Теперь у науки была новая модель атома, из которых состоит любое тело.
С разработкой ускорителей, которые могли сталкивать субатомные частицы на скорости света, человек узнал о существовании десятков других частиц, на которые разбивались атомы. Физики стали называть все это «зоопарком частиц».
Американский физик Мюррей Гелл-Ман заметил закономерность в ряде новооткрытых частиц «зоопарка». Он делил частицы по группам в соответствии с обычными характеристиками. По ходу он изолировал мельчайшие компоненты ядра атома, из которых состоят сами протоны и нейтроны.
Он предполагал, что нейтрон или протон не являются элементарными частицами, как думали многие, а состоят из еще более мелких частиц – кварков – в необычными свойствами.
Открытые Гелл-Маном кварки были для субатомных частиц тем же, чем была периодическая таблица для химических элементов. За свое открытие в 1969 году Мюррею Гелл-Ману была присуждена Нобелевская премия в области физики. Его классификация мельчайших материальных частиц упорядочила весь их «зоопарк».
Хотя Гелл-Маном был уверен в существовании кварков, он не думал, что кто-то сможет их в действительности обнаружить. Первым подтверждением правильности его теорий были удачные эксперименты его коллег, проведенные на Стэнфордском линейном ускорителе. В нем электроны отделялись от протонов, и делался макроснимок протона. Оказалось, что в нем было три кварка.
В
Ядерные силы
Наше стремление найти ответы на все вопросы о Вселенной привело человека как внутрь атомов и кварков, так и за пределы галактики. Данное открытие – результат работы многих людей на протяжении столетий.
После открытий Рсаака Ньютона Рё Майкла Фарадея ученые считали, что Сѓ РїСЂРёСЂРѕРґС‹ РґРІРµ основные силы: гравитация Рё электромагнетизм. РќРѕ РІ 20 веке были открыты еще РґРІРµ силы, объединенные РѕРґРЅРёРј понятием – атомная энергия. Таким образом, природных СЃРёР» стало четыре.
Каждая сила действует в определенном спектре. Гравитация не дает нам улететь в космос со скоростью 1500 км/ч. Затем у нас есть электромагнитные силы – это свет, радио, телевидение и т.д. кроме этого существую еще две силы, поле действия которых сильно ограничено: есть ядерное притяжение, которое не дает ядру распасться, и есть ядерная энергия, которая излучает радиоактивность и заражает все подряд, а также, кстати, нагревает центр Земли, именно благодаря ей центр нашей планеты не остывает вот уже несколько миллиардов лет – это действие пассивной радиации, которая переходи в тепло.
Как обнаружить пассивную радиацию? Рто возможно благодаря счетчикам Гейгера. Частицы, которые высвобождаются, РєРѕРіРґР° расщепляется атом, попадают РІ РґСЂСѓРіРёРµ атомы, РІ результате чего создается небольшой электроразряд, который можно измерить. РџСЂРё его обнаружении счетчик Гейгера щелкает.
Как же измерить ядерное притяжение? Тут дело обстоит труднее, потому что именно эта сила не дает атому распасться. Здесь нам нужен расщепитель атома. Нужно буквально разбить атом на осколки, кто-то сравнил этот процесс со сбросом пианино с лестницы с целью разобраться в принципах его работы, слушая звуки, которые пианино издает, ударяясь о ступеньки.
Ртак, Сѓ нас есть четыре силы фундаментального взаимодействия: гравитация (gravity), электромагнетизм (electromagnetism), ядерное притяжение (weak force, слабое взаимодействие) Рё ядерная энергия (strong force, сильное взаимодействие). Последние РґРІРµ называются квантовыми силами, РёС… описание можно объединить РІ нечто РїРѕРґ названием стандартной модели. Возможно, это самая уродливая теория РІ истории науки, РЅРѕ РѕРЅР° действительно возможна РЅР° субатомном СѓСЂРѕРІРЅРµ. Теория стандартной модели претендует РЅР° то, чтобы стать высшей, РЅРѕ РѕС‚ этого РѕРЅР° РЅРµ перестает быть уродливой. РЎ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны, Сѓ нас есть гравитация – великолепная, прекрасная система, РѕРЅР° красива РґРѕ слез – физики буквально плачут, РІРёРґСЏ формулы Рйнштейна. РћРЅРё стремятся объединить РІСЃРµ силы РїСЂРёСЂРѕРґС‹ РІ РѕРґРЅСѓ теорию Рё назвать ее «теория всего». РћРЅР° объединила Р±С‹ РІСЃРµ четыре силы РІ РѕРґРЅСѓ суперсилу, которая существует СЃ начала времен.
Неизвестно, сможем ли мы когда-нибудь открыть суперсилу, которая включала бы в себя все четыре основные силы Природы и сможем ли создать физическую теорию Всего. Но одно известно точно: каждое открытие ведет к новым исследованиям, а люди – самый любопытный вид на планете – никогда не перестанут стремиться понимать, искать и открывать.
Вinteresnik.com