авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«1 Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ...»

-- [ Страница 2 ] --

9. Мастеров, В.Ф. Физические свойства фуллеренов [Текст] / В.Ф. Мастеров // Интернет: Соросовского Образовательного журнала «Русский переплет» в текстовом формате. – 1997. – Режим доступа:

http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/247.html 10. Маринин, Д.В. Перспективы развития и применения нанотехнологий.

Углеродные нанотрубки – революция в сфере технологии наночастиц [Текст] / По мат. сайта: http://nezachetovnet.ru/free/himiya/?id=f 11. Нанотрубки или графен: битва за будущее электроники [Текст] // Круглый стол "ИКТ в ТЭК 2010: проблемы и решения" 28 сентября. – Режим доступа:

http://www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2006/04/03/ 12. Рамбиди, Н.Г. Физические и химические основы нанотехнологий [Текст] / Н.Г. Рамбиди, А.В. Березкин: учебник. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – с.

13. Рыбалкина, М.А. Нанотехнологии для всех [Текст] / М.А. Рыбалкина. М.: Издательский центр «Эдиториал УРСС», 2005. - 520 с.

14. Тиходеев, С.Г. С60 – футбольный мяч для физиков и химиков [Текст] / С.Г. Тиходеев // Наука и жизнь. – 1992. – №7. – С. 8-11.

15. Шудегов, В.Е. Наноструктуры, наноматериалы и нанотехнологии. Пути применения в промышленности [Текст] / В.Е. Шудегов, Ю.С. Митрохин // Нанотехнологии. Экология. Производство. – 2009. – №2. – С. 110-114.

Заключение В настоящее время нанотехнология – без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники. Возможности её поражают воображение, мощь – вселяет страх. Видимо будущее развитие технологии будет основываться на балансе между созиданием и разрушением.

Нанотехнология в корне изменит нашу жизнь. Появятся новые возможности, идеи, вопросы и ответы.

Следовательно, необходимы и новые образовательные технологии, одна из которых основана на совместном применении многомерно-деятельностного подхода и учения об ориентировочных основах действий, с опорой на визуальный графический каркас когнитивных карт с мультикодовым представлением информации. Что позволяет формировать системные познавательные умения студентов технического вуза, выполняя при этом необходимые для будущей работы процедуры инженерной деятельности и системно аккумулируя весь опыт, накопленный за годы развития научной мысли.

Поскольку Россия хронически отстает в производстве наукоемкой продукции от развитых стран и для выхода из сложившейся ситуации ей потребуются новые кадры – не люди с опытом челноков и агентов по продажам и даже не инженеры, получившие устаревшие технологические знания. Нужны специалисты нового поколения, способные ликвидировать отставание страны и развить новые технологии.

Поэтому данное исследование не претендует на исчерпывающее решение затронутых в нем аспектов преподавания нанотехнологий. Результаты исследования показали перспективность дальнейшей разработки проблемы, в частности, использование гипертекстовой мультимедийной технологии в когнитивных картах как навигаторах знаний, адаптацию результатов исследования для различных категорий студентов.

Приложение 11 Рентген, Вильгельм Конрад (1845 1923 гг.) Вильгельм Конрад Рентген родился в Линнепе (современное название Ремшайд в Германии). Отец был купцом и производителем одежды. Мать, Шарлотта Констанца, была родом из Амстердама. В марте 1848 года, семья переезжает в Апельдорн (Голландия). Первое образование Вильгельм получает в частной школе Мартинуса фон Дорна. С 1861 он посещает Утрехтскую Техническую школу, однако в 1863 его отчисляют из-за несогласия выдать нарисовавшего карикатуру на одного из преподавателей. В 1865 году Рентген пытается поступить в Утрехтский университет, несмотря на то, что по правилам он не мог быть студентом этого университета. Затем он сдаёт экзамены в Федеральный политехнический институт Цюриха, и становится студентом отделения механической инженерии, после чего в 1869 году выпускается со степенью доктора философии.

Однако, поняв, что его больше интересует физика, Рентген решил перейти учиться в университет. После успешной защиты диссертации он приступает к работе в качестве ассистента на кафедре физики в Цюрихе, а потом в Гиссене. В период с 1871 по 1873 год Вильгельм работал в Вюрцбургском университете, а затем вместе со своим профессором Августом Адольфом Кундтом перешёл в Страсбургский университет в 1874 году, в котором проработал пять лет в качестве лектора (до 1876 года), а затем в качестве профессора (с 1876 года). Так же в 1875 году Вильгельм становится профессором Академии Сельского Хозяйства в Каннингеме (Виттенберг). Уже в 1879 году он был назначен на кафедру физики в университете Гиссена, которую впоследствии возглавил. С 1888 года Рентген возглавил кафедру физики в Университете Вюрцбурга, позже, в 1894 году, его избирают ректором этого университета. В 1900 году Рентген стал руководителем кафедры физики университета Мюнхена – она стала последним местом его работы. Позже, по достижении предусмотренного правилами предельного возраста, он передал кафедру Вильгельму Вину, но всё равно продолжал работать до самого конца жизни. Рентген исследовал пьезоэлектрические и пироэлектрические свойства кристаллов, установил взаимосвязь электрических и оптических явлений в кристаллах, проводил исследования по магнетизму, которые послужили одним из оснований электронной теории Хендрик Антон Лоренца.

Открытие лучей: Несмотря на то, что Вильгельм Рентген был трудолюбивым человеком и будучи руководителем физического института Вюрцбургского университета, имел обыкновение допоздна засиживаться в лаборатории, главное открытие в своей жизни – икс-излучение, он совершил когда ему было уже 50 лет. 8 ноября 1895 года, когда его ассистенты уже ушли домой, Рентген продолжал работать. Он снова включил ток в катодной трубке, закрытой со всех сторон плотной чёрной бумагой. Кристаллы платиноцианистого бария, лежавшие неподалёку, начали светиться зеленоватым цветом. Учёный выключил ток – свечение кристаллов прекратилось. При повторной подаче напряжения на катодную трубку, свечение в кристаллах, никак не связанных с прибором, возобновилось.

В результате дальнейших исследований учёный пришёл к выводу, что из трубки исходит неизвестное излучение, названное им впоследствии икс лучами. Эксперименты Рентгена показали, что икс-лучи возникают в месте столкновения катодных лучей с преградой внутри катодной трубки. Учёный сделал трубку специальной конструкции — антикатод был плоским, что обеспечивало интенсивный поток икс-лучей. Благодаря этой трубке, он изучил и описал основные свойства ранее неизвестного излучения, которое получило название – рентгеновское. Как оказалось, икс-излучение способно проникать сквозь многие непрозрачные материалы;

при этом оно не отражается и не преломляется. Рентгеновское излучение ионизирует окружающий воздух и засвечивает фото-пластины. Также Рентгеном были сделаны первые снимки с помощью рентгеновского излучения.

Открытие немецкого учёного очень сильно повлияло на развитие науки.

Эксперименты и исследования с использованием рентгеновских лучей помогли получить новые сведения о строении вещества, которые вместе с другими открытиями того времени заставили пересмотреть целый ряд положений классической физики. Через короткий промежуток времени рентгеновские трубки нашли применение в медицине и различных областях техники.

К Рентгену не раз обращались представители промышленных фирм с предложениями о выгодной покупке прав на использование изобретения. Но Вильгельм отказался запатентовать открытие, так как не считал свои исследования источником дохода.

К 1919 году рентгеновские трубки получили широкое распространение и применялись во многих странах. Благодаря им появились новые направления науки и техники – рентгенология, рентгенодиагностика, рентгенометрия, рентгеноструктурный анализ и др.

Рентген был честным и очень скромным человеком. Когда принц-регент Баварии за достижения в науке наградил учёного высоким орденом, дававшим право на дворянский титул и соответственно на прибавление к фамилии частицы «фон», Рентген не счёл для себя возможным притязать на дворянское звание. В честь учёного названа внесистемная единица дозы гамма-излучения Рентген.

12 Уильям Генри Брегг (1862-1942) Брэгг учился в колледже короля Вильгельма на острове Мэн и по окончании – в колледже Тринити в Кембриджском университете который закончил в 1884 году (магистр гуманитарных наук). В 1886 г.

в возрасте 24 лет он становится профессором в Аделаидском университете в южной Австралии, где возглавляет кафедру математики и физики. В 1906 г. становится членом королевского научного общества. После 20 лет жизни в Австралии возвращается в 1909 г. в Англию и получает место профессора в университете Лидса. Спустя 6 лет, в 1915 г., Брэгг становится профессором физики в университете Лондона.

Во время первой мировой войны Брэгг работал на Британское Адмиралтейство. В 1920 г. Брэгг посвящается в рыцари, становится президентом физического общества и почётным членом колледжа Тринити (honorary fellow). С 1923 г. Брэгг работал профессором химии в королевском учреждении в Лондоне. С 1935 по 1940 гг. возглавлял королевское научное общество.

В честь Уильяма Генри Брэгга и его сына Уильяма Лоренса назван Институт Брэгга (англ. Bragg Institute) — австралийская группа по исследованию рассеивания нейтронного и рентгеновского излучения.

Достижения: В своих научных работах Брэгг занимался явлениями радиоактивности и рентгеновского излучения. В 1913 г. совместно с сыном Брэгг занялся изучением дифракции рентгеновских лучей, годом ранее открытой М. фон Лауэ. Предположив, что атомы в кристаллах образуют семейства параллельных плоскостей, отец и сын предложили формулу, связывающую длину волну излучения, расстояние между параллельными плоскостями кристалла и угол, под которым наблюдается дифракционный максимум. Это же условие в том же году было независимо получено русским кристаллографом Ю.В. Вульфом и в отечественной научной литературе получило название уравнения Вульфа-Брэггов (в западной литературе имя Вульфа не используется). Это уравнение легло в основу рентгеноструктурного анализа. Помимо уравнения, описывающего закон дифракции, Брэгг создал первый прибор для регистрации дифракционной картины и вместе с сыном разработал основы метода определения структуры кристаллов по дифракционной картине рентгеновских лучей. Использование этого прибора позволило Брэггам установить структуру многих простых кристаллов, первым из которых был NaCl.

За эту работу У. Г. Брэгг, совместно со своим сыном У. Л. Брэггом, получил в 1915 г. Нобелевскую премию по физике «за заслуги в исследовании кристаллов с помощью рентгеновских лучей».

13 Макс Карл Эрнст Людвиг Планк (1858-1947) Выдающийся немецкий физик. Как основатель квантовой теории предопределил основное направление развития физики с начала XX века. Родился в семье юристов и учёных, много внимания уделявшей развитию способностей детей. Его прадед (Готлиб Якоб Планк, 1751—1833) и дед (Генрих Людвиг Планк (1785—1831)) были профессорами теологии в Гёттингене. Отец был профессором правознания в Мюнхене и Киле. Окончил гимназию в Мюнхене, где наряду с высокой одарённостью по многим дисциплинам показал высокую прилежность и работоспособность. Решение стать физиком далось непросто — наряду с естественными дисциплинами привлекали музыка и философия, тем более что один из его преподавателей, Филипп Жолли утверждал, что в физике нельзя открыть ничего нового. Физику изучал в Берлине и Мюнхене.

После защиты диссертации преподавал с 1885 г. по 1889 г. в Киле, а затем с 1889 г. по 1926 г. в Берлине. С 1930 г. по 1937 г. Планк возглавлял Общество кайзера Вильгельма (с 1948 г преобразовано в Общество Макса Планка).

Свои исследования Планк посвящал в основном вопросам термодинамики. Известность он приобрёл после объяснения в 1900 году спектра так называемого «абсолютно чёрного тела», заложившей основу развития квантовой физики. Абсолютно черным телом называют некий предмет, чьё излучение зависит только от температуры и видимой площади поверхности. В противоположность физическим представлениям о непрерывности всех процессов, что являлось основой физической картины мира, построенной Ньютоном и Лейбницем, Планк ввёл представление о квантовой природе излучения. А именно, согласно его теории излучение испускается и поглощается квантами с энергией каждого кванта, равной где — частота излучения в Гц, а h — постоянная Планка, Джc.

В результате введения этого, применив более или менее стандартную для статистической физики теоретическую технику, Планк получил правильную формулу спектральной плотности излучения чёрного тела, нагретого до температуры T, (сводящуюся к распределению Планка в нынешней терминологии):

Вклад Планка в современную физику не исчерпывается открытием кванта и постоянной, носящей ныне его имя. Сильное впечатление на него произвела специальная теория относительности Эйнштейна, опубликованная в 1905 г.

Полная поддержка, оказанная Планком новой теории, в немалой мере способствовала принятию специальной теории относительности физиками.

Планк внёс существенный вклад и в дальнейшее развитие квантовой теории в начале века, в том числе и применяя релятивистские методы. Так, ему принадлежит такое ключевое теоретическое открытие, как введение представления об импульсе фотона (исходя из того, что энергия фотона, открытая к этому времени Эйнштейном, и его импульс должны быть компонентами единого вектора).

Обобщенное впоследствии де Бройлем на все частицы это представление стало одним из фундаментальных представлений квантовой механики.

Участвовал Планк и в разработке квантовой теории в направлении, позволившем впоследствии выявить структуру классической механики (особенно в гамильтоновой ее форме) как предельного случая квантовой, а также и в формировании квазиклассических теорий первой четверти XX века.

Важнейшую роль Планк сыграл в обсуждениях проблем современной физики, участвуя, в числе прочего, в Сольвеевских конгрессах.

К числу других его достижений относится предложенный им вывод уравнения Фоккера — Планка, описывающего поведение системы частиц под действием небольших случайных импульсов. Макс Планк получил Нобелевскую премию в 1918 году за вклад в развитие квантовой физики.

Во время Второй мировой войны Макс Планк пытался убедить Гитлера сохранить жизни евреям. В то же время он продолжал служить в различных научных обществах Германии в надежде сохранить остатки немецкой науки и иметь возможность помогать другим ученым.

Макс Планк умер 4 октября 1947. На его могильной плите выбиты только имя и фамилия ученого и численное значение постоянной Планка.

Памятник Максу Планку работы Бернхарда Хайлигера во дворе Берлинского университета Решив заниматься теоретической физикой, Планк сообщил об этом своему семидесятилетнему преподавателю в Мюнхенском университете Ф.

Жолли. Жолли попытался отговорить студента, объясняя, что изучение теоретической физики завершено и не стоит заниматься бесперспективным направлением.

14 Альберт Эйнштейн (1879-1955) Немецко-швейцарско-американский физик Альберт Эйнштейн родился в Ульме, средневековом городе королевства Вюртемберг (ныне земля Баден-Вюртенберг в Германии), в семье Германа Эйнштейна и Паулины Эйнштейн, урожденной Кох. Вырос он в Мюнхене, где у его отца и дяди был небольшой электрохимический завод.

Эйнштейн был тихим, рассеянным мальчиком, который питал склонность к математике, но терпеть не мог школу с ее механической зубрежкой и казарменной дисциплиной. В унылые годы, проведенные в мюнхенской гимназии Луитпольда, Эйнштейн самостоятельно читал книги по философии, математике, научно-популярную литературу. Большое впечатление произвела на него идея о космическом порядке.

В Цюрихе Эйнштейн изучал физику, больше полагаясь на самостоятельное чтение, чем на обязательные курсы. Сначала он намеревался преподавать физику, но после окончания Федерального института в 1901 г. и получения швейцарского гражданства не смог найти постоянной работы. В 1902 г. Эйнштейн стал экспертом Швейцарского патентного бюро в Берне, в котором прослужил семь лет. Для него это были счастливые и продуктивные годы. Он опубликовал одну работу о капиллярности (о том, что может произойти с поверхностью жидкости, если ее заключить в узкую трубку). Хотя жалованья едва хватало, работа в патентном бюро не была особенно обременительной и оставляла Эйнштейну достаточно сил и времени для теоретических исследований. Его первые работы были посвящены силам взаимодействия между молекулами и приложениям статистической термодинамики. Одна из них – «Новое определение размеров молекул» – была принята в качестве докторской диссертации Цюрихским университетом, и в 1905 г. Эйнштейн стал доктором наук.

В другой работе предлагалось объяснение фотоэлектрического эффекта – испускания электронов металлической поверхностью под действием электромагнитного излучения в ультрафиолетовом или каком-либо другом диапазоне. Филипп фон Ленард высказал предположение, что свет выбивает электроны с поверхности металла. Предположил он и то, что при освещении поверхности более ярким светом электроны должны вылетать с большей скоростью. Но эксперименты показали, что прогноз Ленарда неверен. Между тем в 1900 г. Максу Планку удалось описать излучение, испускаемое горячими телами. Он принял радикальную гипотезу о том, что энергия испускается не непрерывно, а дискретными порциями, которые получили название квантов. Физический смысл квантов оставался неясным, но величина кванта равна произведению некоторого числа (постоянной Планка) и частоты излучения.

Идея Эйнштейна состояла в том, чтобы установить соответствие между фотоном (квантом электромагнитной энергии) и энергией выбитого с поверхности металла электрона. Каждый фотон выбивает один электрон. Кинетическая энергия электрона (энергия, связанная с его скоростью) равна энергии, оставшейся от энергии фотона за вычетом той ее части, которая израсходована на то, чтобы вырвать электрон из металла. Чем ярче свет, тем больше фотонов и больше число выбитых с поверхности металла электронов, но не их скорость. Более быстрые электроны можно получить, направляя на поверхность металла излучение с большей частотой, так как фотоны такого излучения содержат больше энергии. Эйнштейн выдвинул еще одну смелую гипотезу, предположив, что свет обладает двойственной природой. Как показывают проводившиеся на протяжении веков оптические эксперименты, свет может вести себя как волна, но, как свидетельствует фотоэлектрический эффект, и как поток частиц. Правильность предложенной Эйнштейном интерпретации фотоэффекта была многократно подтверждена экспериментально, причем не только для видимого света, но и для рентгеновского и гамма-излучения. Работы Эйнштейна позволили объяснить флуоресценцию, фотоионизацию и загадочные вариации удельной теплоемкости твердых тел при различных температурах.

Третья, поистине замечательная работа Эйнштейна, опубликованная все в том же 1905 г. – специальная теория относительности, революционизировавшая все области физики. В то время большинство физиков полагало, что световые волны распространяются в эфире – загадочном веществе, которое, как принято было думать, заполняет всю Вселенную.

Однако обнаружить эфир экспериментально никому не удавалось.

Поставленный в 1887 г. Альбертом А. Майкельсоном и Эдвардом Морли эксперимент по обнаружению различия в скорости света, распространяющегося в гипотетическом эфире вдоль и поперек направления движения Земли, дал отрицательный результат.

Релятивистские эффекты, как правило, пренебрежимо малые при обычных скоростях, становятся значительными только при больших, характерных для атомных и субатомных частиц. Потеря массы, связанная с испусканием света, чрезвычайно мала и обычно не поддается измерению даже с помощью самых чувствительных химических весов. Однако специальная теория относительности позволила объяснить такие особенности процессов, происходящих в атомной и ядерной физике, которые до того оставались непонятными. Почти через сорок лет после создания теории относительности физики, работавшие над созданием атомной бомбы, сумели вычислить количество выделяющейся при ее взрыве энергии на основе дефекта (уменьшения) массы при расщеплении ядер урана.

15 Бор, Нильс(1885-1962) Нильс Бор родился в семье профессора физиологии Копенгагенского университета Христиана Бора (1858— 1911). В школе Нильс проявлял явную склонность к физике и математике, а также к философии. В 1903 году Нильс Бор поступил в Копенгагенский университет, где изучал физику, химию, астрономию, математику. В университете Нильс Бор выполнил свои первые работы по исследованию колебаний струи жидкости для более точного определения величины поверхностного натяжения воды.

Теоретическое исследование в 1906 году было отмечено золотой медалью Датского королевского общества.

В 1910 Бор получил степень магистра, а в мае 1911 защитил докторскую диссертацию по классической электронной теории металлов[7]. В своей диссертационной работе Бор, развивая идеи Лоренца, доказал важную теорему классической статистической механики, согласно которой магнитный момент любой совокупности элементарных электрических зарядов, движущихся по законам классической механики в постоянном магнитном поле, в стационарном состоянии равен нулю.

В 1911 Резерфорд по итогам своих опытов опубликовал планетарную модель атома. Бор активно включился в работу по этой тематике, чему способствовали многочисленные обсуждения с работавшим тогда в Манчестере известным химиком Георгом Хевеши и с самим Резерфордом. Исходной идеей было то, что свойства элементов определяются целым числом — атомным номером, в роли которого выступает заряд ядра, который может изменяться в процессах радиоактивного распада. Первым применением резерфордовской модели атома для Бора стало рассмотрение в последние месяцы своего пребывания в Англии процессов взаимодействия альфа- и бета-лучей с веществом.

В теории Бора можно выделить два основных компонента: общие утверждения (постулаты) о поведении атомных систем, сохраняющие своё значение и всесторонне проверенные, и конкретная модель строения атома, представляющая в наши дни лишь исторический интерес. Постулаты Бора содержат предположения о существовании стационарных состояний и об излучательных переходах между ними в соответствии с представлениями Планка о квантовании энергии вещества. Модельная теория атома Бора исходит из предположения о возможности описания движения электронов в атоме, находящемся в стационарном состоянии, на основе классической физики, на которое накладываются дополнительные квантовые условия (например, квантование углового момента электрона). Теория Бора сразу же позволила обосновать испускание и поглощение излучения в сериальных спектрах водорода, а также объяснить (с поправкой на приведённую массу электрона) наблюдавшиеся ранее Чарлзом Пикерингом и Альфредом Фаулером водородоподобные спектры с полуцелыми квантовыми числами как принадлежащие ионизированному гелию. Блестящим успехом теории Бора стало теоретическое получение значения постоянной Ридберга.

В 1918 в статье «О квантовой теории линейчатых спектров» Бор сформулировал количественно так называемый принцип соответствия, связывающий квантовую теорию с классической физикой. Впервые идея соответствия возникла ещё в 1913, когда Бор использовал мысль о том, что переходы между стационарными орбитами с большими квантовыми числами должны давать излучение с частотой, совпадающей с частотой обращения электрона[26]. Начиная с 1918, принцип соответствия стал в руках Бора мощным средством для получения новых результатов: он позволил, следуя представлениям о коэффициентах Эйнштейна, определить вероятности переходов и, следовательно, интенсивности спектральных линий;

получить правила отбора (в частности, для гармонического осциллятора);

дать интерпретацию числу и поляризации компонент штарковского и зеемановского расщеплений. Впоследствии Бор дал чёткую формулировку принципу соответствия, согласно которому наличие переходов между стационарными состояниями, сопровождающихся излучением, связано с гармоническими компонентами колебания в движении атома, определяющими в классической теории свойства излучения, испускаемого вследствие движения частицы.

Принцип соответствия сыграл огромную роль и при построении последовательной квантовой механики. Именно из него исходил в 1925 Вернер Гейзенберг при построении своей матричной механики. В общефилософском смысле этот принцип, связывающий новые знания с достижениями прошлого, является одним из основных методологических принципов современной науки.

Однако было очевидно, что теория Бора в своей основе содержала внутреннее противоречие, поскольку она механически объединяла классические понятия и законы с квантовыми условиями. Кроме того, она была неполной, недостаточно универсальной, так как не могла быть использована для количественного объяснения всего многообразия явлений атомного мира.

Например, Бору совместно с его ассистентом Хендриком Крамерсом так и не удалось решить задачу о движении электронов в атоме гелия (простейшей двухэлектронной системе), которой они занимались с 1916. Бор отчётливо понимал ограниченность существующих подходов (так называемой «старой квантовой теории») и необходимость построения теории, основанной на совершенно новых принципах.

21 Луи де Бройль (1892-1987) Луи де Бройль — французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике, пожизненный секретарь Французской Академии наук. Один из основоположников квантовой механики.

Один из создателей квантовой механики Луи де Бройль – всемирно известный ученый, чьи работы в области теоретической физики, а также выдающийся литературный талант глубоко изменили современную физику и поставили его в один ряд с самыми выдающимися учеными нашего времени.

Де Бройль родился в Дьеппе (Франция) в 1892 г. в одной из самых аристократических семей. Он окончил лицей в Париже и в 1909 г. получил степень бакалавра истории в Парижском университете. Однако, проявив склонность к точным наукам, он отказался от карьеры историка и палеонтолога и в 1913 г. получил в том же Парижском университете степень бакалавра точных наук.

После службы в армии в годы первой мировой войны он работал в лаборатории, созданной его братом Морисом де Бройлем, где занимался экспериментальным изучением самых высокочастотных излучений, которые только были доступны спектроскопическому исследованию и где проблема выбора между корпускулярной и волновой трактовкой оптических явлений стояла особенно остро. В 1924 г. Луи де Бройль защитил свою докторскую диссертацию на тему «Исследования в области квантовой теории», в которой он попытался перебросить мост между этими противоположными теориями. Де Бройль связал с каждой движущейся частицей волну определенной длины.

Однако в случае частиц со значительной массой, с которыми имеет дело классическая механика, почти полностью преобладают корпускулярные свойства. Волновые же свойства являются определяющими у частиц атомных размеров. Отступив на первых порах от глубокого революционного содержания своей теории, де Бройль пытался сохранить с помощью различных гипотез традиционную детерминистическую интерпретацию классической физики.

Однако, столкнувшись с огромными математическими трудностями, он вынужден был согласиться с вероятностной и индетерминистской интерпретацией, в которой классическая механика становилась просто частным случаем более общей волновой механики.

Экспериментальное подтверждение этих теорий было получено четыре года спустя американскими физиками, сотрудниками лаборатории «Белл телефон», обнаружившими, что атомные частицы, такие, как электроны и протоны, благодаря связанной с ними волне могут, подобно свету и рентгеновским лучам, испытывать дифракцию. Позднее эти идеи получили практическое осуществление при разработке магнитных линз, служащих основой электронного микроскопа.

Лауреат Нобелевской премии в области физики 1929 г. Луи де Бройль в том же году получил от Французской Академии Наук впервые учрежденную медаль Анри Пуанкаре. В 1933 г. он был избран действительным членом Французской Академии Наук, а в 1942, сменив Эмилия Пикара, стал одним из ее постоянных секретарей.

Наконец, с 1926 г. он много занимается вопросами образования и научного руководства. В 1928 г., прочитав несколько лекций и курсов в Сорбонне, Париже и Гамбургском университете, де Бройль получил кафедру теоретической физики в Институте имени Анри Пуанкаре, где организовал центр по изучению современной теоретической физики. В 1943 г., занимаясь решением проблем, возникших из-за недостаточной связи науки с производством, он основал в Институте имени Пуанкаре отдел исследований по прикладной механике. Этот интерес к практическому приложению науки нашел свое отражение в его последних работах, посвященных ускорителям заряженных частиц, волноводам, атомной энергии и кибернетике.

Луи де Бройль совместно со своим братом опубликовал важные научные работы по физике атомных частиц и оптике, примыкающие к его ранним работам, а также, в связи с фундаментальными исследованиями по волновой механике, работы по физике рентгеновских и -лучей.

В своих лекциях и популярных книгах он обсуждает философские стороны проблем, возникающих в этих новых теориях. Самая последняя его работа в этой области – «История развития современной физики от Первого Солвеевского Конгресса физиков 1911 г. до настоящего времени».

За свою литературную работу он был удостоен избрания в 1945 г. во Французскую Академию. Он является почетным президентом Французской Ассоциации писателей-ученых и в 1952 г. получил первую премию Калинга за высокое качество научных работ.

Когда в 1945 г. французское правительство образовало Высшую Комиссию по атомной энергии, Луи де Бройль был назначен ее техническим советником, а после реорганизации Комиссии в 1951 г. он стал членом ее Ученого совета.

22 Вернер Гейзенберг (1901 1976) Вернер Гейзенберг родился в г. в Вюрцбурге в семье профессора византийской истории Августа Гейзенберга. В юности Вернер Гейзенберг был новым скаутом. Изучал физику в Мюнхене под руководством А.

Зоммерфельда. Окончил университет за минимальное разрешённое время — три года. Защитил диссертацию по теме «О стабильности и турбулентности потоков жидкости». В 1924 году — ассистент Макса Борна в Гёттингене. Работал с Нильсом Бором в Копенгагене. В последующие годы основал, совместно с Максом Борном и Паскуалем Йорданом, квантовую механику. В 1927 г., в лет, стал профессором в Лейпцигском университете. В 1932 г. получил Нобелевскую премию по физике. С 1942 по 1945 г. руководил институтом физики общества Кайзера Вильгельма в Далеме и преподавал в качестве профессора в Берлинском университете, где участвовал в урановом проекте армейского оружейного ведомства 3-го рейха. С 1945 по непродолжительное интернирование в Англии, после чего становится директором института физики общества Макса Планка в Мюнхене.

Гейзенберг был одним из тех учёных, работы которых сформировали облик физики XX-го столетия. Своим определением одновременно неизмеряемых величин как некоммутирующих операторов он произвёл окончательный перелом в классической физике и положил основу непротиворечивой формулировке квантовой механики. Кроме того, Гейзенберг внёс вклад в ядерную физику (ввёл понятие изоспина) и в физику элементарных частиц (теория матрицы рассеяния). Автор работ по структуре атомного ядра, в которых раскрыт обменный характер взаимодействия нуклонов в ядре, а также работ по релятивистской квантовой механике и единой теории поля — нелинейной теории, ставящей задачей дать единую теорию поля всех существующих физических полей.

В 1925 совместно с Н. Бором разработал матричную механику — первый вариант квантовой механики, давший возможность вычислить интенсивность спектральных линий, испускаемых простейшей квантовой системой — линейным осциллятором. Произвёл квантовомеханический расчёт атома гелия, показав возможность его существования в двух различных состояниях.

В 1927 сформулировал соотношение неопределённостей, выражающее связь между импульсом и координатой микрочастицы, обусловленную её корпускулярно-волновой природой. За достижения в квантовой механике, а именно за количественное объяснение спектра водорода, он получил в 1932 г.

Нобелевскую премию по физике. В 1933 г. ему присуждена медаль имени Макса Планка.

После начала второй мировой войны он, как и другие физики (напр. Отто Ганн и Карл Вайцзеккер), был призван в армейское оружейное ведомство 3-го рейха. Задачей, в рамках уранового проекта, было поставлено: найти возможность военного применения деления ядра. Но Гейзенберг осознавал, что создать атомную бомбу во время войны не удастся, хотя бы из-за того, что это потребует гигантских денежных затрат, которые Германия во время войны просто напросто не сможет себе позволить, разработка ядерных реакторов потребует на порядки меньше денежных средств (но гораздо больше усилий) и это не связано с оружием массового поражения, поэтому группа ученых во главе с Гейзенбергом и стали заниматься этой проблемой. Существует ошибочное мнение, что Гейзенберг разрабатывал атомную бомбу и поэтому остался в Германии во время войны.

Во времена нацизма Гейзенберг вступил в конфликт с «арийскими физиками», прежде всего с И. Штарком. Они («арийские физики») подвергали нападкам его теории под предлогом того, что они являются теоретическим формализмом и «духом от духа Эйнштейна». И. Штарк опубликовал в 1937 г. в газете СС «Чёрный корпус» статью «Белые евреи в науке», в которой нападал на Гейзенберга.

В сентябре 1941 года Гейзенберг приезжает в оккупированный нацистами Копенгаген. Гейзенберг возглавлял в то время ядерную программу Германии. В датской столице Гейзенберг встречается со старым другом и учителем Бором.

Ученые встречались с глазу на глаз, и ничего достоверно не известно о содержании их беседы. После этой встречи от былой дружбы между Бором и Гейзенбергом не осталось и следа. По мотивам этого разговора М. Фрэйн написал в 1998 г. пьесу «Копенгаген», в которой различные размышления о содержании разговора произносятся и анализируются с точки зрения его участников (Гейзенберга, Бора и жены Бора).

Гейзенберг и многие его коллеги были арестованы после войны и провели несколько месяцев в плену в Англии.

Позже он стал директором общества Макса Планка по физике и был очень активен как советник по научной политике правительства ФРГ.

Гейзенберг был членом Саксонской академии наук в Лейпциге. Лев Ландау считал Гейзенберга первым физиком-теоретиком мира.

В апреле 1957 г. Гейзенберг вместе с 17 ядерными физиками Германии выступил против вооружения ядерным оружием армии Германии.

23 Эрвин Шрёдингер (1887 1961) Эрвин Шрёдингер родился в Вене в семье Рудольфа Шрёдингера и Георгины Эмили Бренды. В 1898 поступил в Академическую гимназию. После окончания классической гимназии c по 1910 учился в Венском университете, который к этому времени, благодаря И.

Лошмидту, И. Стефану и Л. Больцману, стал видным центром теоретической и экспериментальной физики. Именно там под влиянием крупных физиков, учеников Л. Больцмана – Ф. Газенорля и Франца Экснера, сформировалось научное мировоззрение Шрёдингера.

Наиболее интересной для Шрёдингера областью стала термодинамика в вероятностной интерпретации, развитой Больцманом. «Круг этих идей, говорил Э. Шрёдингер в 1929 г.,- стал для меня как бы первой любовью в науке, ничто другое меня так не захватывало и, пожалуй, уже никогда не захватит». В качестве докторской диссертации Шрёдингер защищает экспериментальную работу по электрической проводимости на поверхности изоляторов во влажном воздухе, выполненную им в лаборатории Экснера.

После окончания университета Шрёдингер работает ассистентом Экснера, с 1914 г.- приват-доцентом. С 1910 г. появляются первые публикации Шрёдингера, посвящённые диэлектрикам, кинетической теории магнетизма, атмосферному электричеству (премия Гайтингера), теории аномальной электрической дисперсии, интерференционным явлениям, теории эффекта Дебая и др.

Мировую славу Шрёдингеру принесли его работы по квантовой теории 1926 г. «Что существует более выдающегося в теоретической физике, чем его первые шесть работ по волновой механике?» — говорил впоследствии Макс Борн. Идея Л. де Бройля об электронных волнах, укладывающихся на орбитах целое число раз, привела Шрёдингера к пониманию дискретных состояний как собственных колебаний. Проблема квантования, таким образом, сводилась к поиску собственных значений и собственных функций. Введя понятие функции, описывающей состояние микрообъекта, Шрёдингер получает знаменитое «волновое уравнение» материи – уравнение Шрёдингера, играющее в атомной физике такую же фундаментальную роль, как ньютоновские уравнения в классической механике и уравнения Максвелла в классической электродинамике. Зная функцию в один из моментов времени, можно, решив уравнение Шрёдингера, получить её и для любого другого момента времени.

Сама функция описывает лишь вероятностное распределение состояний микрочастицы. Вскоре после создания волновой механики Шрёдингер показал её формальную эквивалентность квантовой механике Гейзенберга – Борна – Йордана. Однако в принципиальном вопросе – интерпретации квантовой теории – Шрёдингер разошёлся с копенгагенской школой, которая отбрасывала устоявшиеся классические понятия. Воспоминания о дискуссиях со Шрёдингером, в процессе которых фактически формировалась новая физика, сохранил В. Гейзенберг в своей книге «Часть и целое» («Физика и философия.

Часть и целое». М., 1989). Эти дискуссии способствовали более глубокому осмыслению квантовой теории, открытию Н. Бором и В. Гейзенбергом её фундаментальных принципов. Шрёдингер же пришёл к убеждению о неполноте квантовой теории и позднее воплотил суть копенгагенской интерпретации в парадоксальной форме «кота Шредингера», который одновременно является с определенной вероятностью и живым, и мертвым.

Шрёдингер опубликовал около 100 статей на общенаучные и философские темы. Важнейшим для Шрёдингера вслед за Платоном является понятие Единого. В греческой, китайской, индийской философии — системе взглядов на природу в её единстве он пытается «отыскать утерянные крупицы мудрости», которые помогли бы преодолеть кризис понятийного аппарата фундаментальных наук и раскол современного знания на множество отдельных дисциплин. В сущности, и в его сугубо научных исследованиях по единой теории поля воплощалось его стремление к единству физической картины мира. Исходным для его философского мировоззрения было четкое осознание того, что «ценность только в рамках своего культурного окружения, только при контакте со всеми теми, кто ныне, а также кто будет в будущем предан делу обогащения духовной культуры и знания». Поэтому обращение Шрёдингера к наследию древнеиндийской и античной философии оказывается для него необходимым при обсуждении вопроса о том, что такое «объективная реальность», сводима ли она к данным наблюдения и измерения или к совокупности интерсубъективных, общезначимых значений? Сдвиг, который произошёл с квантовой механикой в понимании объективности и объективного описания, потребовал философского осмысления зависимости объективной действительности от способа наблюдения и описания. Существенно то, что все создатели квантовой механики, в том числе и Э. Шрёдингер, наряду с естественнонаучными исследованиями вынуждены были размышлять над философскими проблемами, поставленными новой физикой, что новая естественнонаучная проблематика привела их к переосмыслению фундаментальных философских понятий, таких, как «реальность», «мир», «действительность», «сознание», «познающий субъект», «нравственный закон»

и др.

24 Энрико Ферми (1901 1957) Ферми родился в 1901 году в Риме в семье железнодорожного служащего и учительницы. В году он успешно закончил Высшую Нормальную Школу в Пизе и Пизанский Университет и был направлен на стажировку к М. Борну в Гёттингенский университет. По возвращении в Италию Ферми оказался на распутье и даже подумывал об уходе из науки. Однако в 1924 году по просьбе П. Эренфеста его отыскал в Риме Г. Уленбек и пригласил в Лейден. Это стало поворотным моментом в карьере Ферми и заставило его поверить в свои силы. В 1925 году он преподавал в Флорентийском и Римском университетах.

В декабре 1925 года он независимо от П. Дирака разработал статистику частиц с полуцелым спином, подчиняющихся принципу Паули, которые позднее назвали фермионами.

В 1926 году Ферми был назначен на должность профессора Римского университета, что стало началом плодотворного периода его жизни. В году он развил предложенный Л. Томасом метод определения основных состояний многоэлектронных атомов (теория Томаса — Ферми). В 1929- годах Ферми внес принципиальный вклад в становление квантовой электродинамики, разработав канонические правила квантования электромагнитного поля, отличные от подхода Гейзенберга – Паули. После 1933 года Ферми целиком погрузился в проблемы ядерной физики. В 1934 году он создал теорию бета-распада. Суть её состояла в том, что при бета-распаде, кроме электрона, испускается ещё нейтрино. Эта теория Ферми явилась прототипом современной теории слабых взаимодействий элементарных частиц.

В 1934 году Ферми выполнил первые крупные экспериментальные работы в области ядерной физики, связанные с облучением элементов нейтронами. Сразу же после открытия Ф. Жолио-Кюри искусственной радиоактивности Ферми пришёл к выводу, что нейтроны, поскольку они не имеют заряда и не будут отталкиваться ядрами, должны быть наиболее эффективным орудием для получения радиоактивных элементов, в том числе трансурановых. Это оригинальное решение оказалось очень плодотворным — было получено более 60 новых радиоактивных изотопов и открыто замедление нейтронов (эффект Ферми), в 1936 году было открыто селективное поглощение нейтронов.

Работа группы Ферми получила очень высокую оценку в научном мире, она явилась началом нейтронной физики. Эффект Ферми оказался востребован в атомной технике. За серию работ по получению радиоактивных элементов путём нейтронной бомбардировки и за открытие ядерных реакций под действием медленных нейтронов в 1938 году Энрико Ферми была присуждена Нобелевская премия по физике.

В 1939 году он разработал теорию потерь энергии заряженными частицами на ионизацию вещества с учётом его поляризации. В январе году Ферми высказал мысль, что при делении урана следует ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов будет больше, чем число поглощенных, путь к цепной реакции будет открыт (до него это теоретически предсказал, но не смог получить Силард Лео). Поставленный эксперимент подтвердил наличие быстрых нейтронов, хотя их число на один акт деления осталось не очень определённым.

В это время Ферми начал работать над теорией цепной реакции в уран графитовой системе. К весне 1941 года эта теория была разработана, и летом началась серия экспериментов, главной задачей которых являлось измерение нейтронного потока. Было сделано (совместно с Г. Андерсоном) около тридцати опытов, и в июне 1942 году был получен коэффициент размножения нейтронов больше единицы. Это означало возможность получения цепной реакции в достаточно большой решетке из урана и графита и послужило началом разработки конструкции реактора. Ферми сделал поправку к полученному значению коэффициента размножения и учел это в размерах планируемого котла, разработал метод определения критических размеров системы. Кроме того, боясь, что атмосферный азот будет хорошо поглощать нейтроны, Ферми настоял на том, чтобы все огромное устройство было помещено в гигантскую палатку из материи для оболочек аэростатов. Так появилась возможность поддерживать соответствующий состав атмосферы, окружающей реактор. Постройка реактора началась в Металлургической лаборатории Чикагского университета в октябре, а закончилась 2 декабря года. В самодельной лаборатории под стадионом Stagg Field Stadium на этом реакторе был проведен поистине эпохальный эксперимент, продемонстрировавший первую самоподдерживающуюся цепную реакцию.

Одной из особенностей физических идей Ферми является их долголетие.

Ряд последних работ великого ученого был оценён лишь после его смерти.

Одной из них является совместная работа Ферми и Ч. Янга по составным моделям элементарных частиц, в которой в качестве основных частиц рассматривались нуклоны и антинуклоны (модель Ферми — Янга). Когда она появилась, то многие, даже маститые физики-теоретики были удивлены её «бессодержательностью». Но прошло время, и на основе работы Ферми — Янга появились новые модельные схемы, сыгравшие большую роль в развитии физики элементарных частиц. Одной из последних таких моделей является модель кварков.

25 Вольфганг Паули (1869— 1955) Вольфганг Паули родился в Вене в семье врача и профессора химии Вольфганга Йозефа Паули, родом из видной пражской еврейской семьи Пасхелес-Утиц, в 1898 году. Мать Вольфганга Паули — фельетонист Берта Камилла Паули (урождённая Шютц, 1878—1927) — была дочерью известного еврейского литератора Фридриха Шютца (1844—1908). Младшая сестра Паули — Херта Паули (1906—1973) — также стала литератором. Второе имя Паули получил в честь своего крёстного дяди, физика Эрнста Маха.

Вольфганг учился в Мюнхенском университете у Арнольда Зоммерфельда. Там по просьбе Зоммерфельда 20-летний Паули написал обзор для «Физической энциклопедии», посвящённый общей теории относительности, и эта монография до сих пор остаётся классической. Позже он преподавал в Гёттингене, Копенгагене, Гамбурге, Принстонском университете (США) и в Цюрихской высшей электротехнической школе (Швейцария). С именем Паули связано такое фундаментальное понятие квантовой механики, как спин элементарной частицы, он предсказал существование нейтрино и сформулировал «принцип запрета» — принцип Паули, за что был удостоен Нобелевской премии по физике за 1945 год. В году награждён медалью имени Макса Планка, позже в том же году Вольфганг Паули умирает от рака в Цюрихе.

Научные достижения: Паули внёс существенный вклад в современную физику, особенно в области квантовой механики. Он редко публиковал свои работы, предпочитая этому интенсивный обмен письмами со своими коллегами, в особенности с Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом, с которыми он крепко дружил. По этой причине многие из его идей встречаются только в этих письмах, которые часто передавались далее и копировались.

Паули, судя по всему, мало заботило то, что по причине малого числа публикаций большая часть его работы была почти не известна широкой общественности. Все же некоторые факты стали известны:

1924 год: Паули вводит в квантовую механику новую степень свободы, чтобы устранить имевшуюся несостоятельность в интерпретации наблюдаемых молекулярных спектров. Эта степень свободы была в 1925 г. идентифицирована Г. Уленбеком и С. Гаудсмитом как спин электрона. При этом Паули формулирует свой принцип запрета, который, по-видимому, стал его главным вкладом в квантовую механику.

1926 год: Вскоре после опубликования Гейзенбергом матричного представления квантовой механики, Паули применяет эту теорию для описания наблюдаемого спектра водорода. Это служит значительным доводом для признания теории Гейзенберга.

1927 год: Паули вводит спиноры для описания спина электрона.

1930 год: Паули постулирует нейтрино. Он осознал, что при бета-распаде нейтрона на протон и электрон законы сохранения энергии и импульса могут выполняться, только если при этом испускается ещё одна, до тех пор неизвестная частица. Так как в тот момент времени доказать существование этой частицы было невозможно, Паули постулировал существование неизвестной частицы. Итальянский физик Энрико Ферми назвал позже эту частицу «нейтрончик»: нейтрино. Экспериментальное доказательство существования нейтрино появилось только в 1954 г.

В области физики Паули был известен как перфекционист. При этом он не ограничивался только своими работами, но и безжалостно критиковал ошибки своих коллег. Он стал «совестью физики», часто отзывался о работах как о «совсем неверных», либо комментировал примерно так: «Это не только неправильно, это даже не дотягивает до ошибочного!» В кругах его коллег ходила по этому поводу такая шутка: «После смерти Паули удостаивается аудиенции у Бога. Паули спрашивает Бога, почему постоянная тонкой структуры равна 1/137. Бог кивает, идёт к доске и начинает со страшной скоростью писать уравнение за уравнением. Паули смотрит сначала с большой удовлетворённостью, но вскоре начинает сильно и решительно отрицательно качать головой.»

В Вене Паули учился в федеральной гимназии № 19 по адресу Гимназиумштрассе 83, 1190 Вена. Его одноклассником был будущий лауреат нобелевской премии Рихард Кун, получивший в 1938 году нобелевскую премию по химии. Рассказывают также, что однажды на уроке физики учитель сделал на доске ошибку, которую не смог найти даже после долгого поиска. К великой радости учеников он в отчаянии взывает: «Паули, ну скажите наконец то, в чём ошибка. Вы наверняка давно уже её нашли.»

Диалог Паули — Юнг: Менее известная область его деятельности, которая пристально изучается только с 1990 г., возникла из сотрудничества с психологом Карлом Густавом Юнгом. Из их переписки, которую оба учёных вели с 1932 до 1958 г., становится ясным, что Паули принадлежит большая часть понятия синхроничности, которое ввёл К. Г. Юнг, и, кроме того, часть уточнения понятий коллективного бессознательного и архетипов, которые имеют первостепенное значение для работ Юнга.


Существенную часть этого диалога составляет и сегодня ещё не решённая психофизическая проблема, объединение коллективного психо с материей, глубинных корней внутреннего мира человека с внешним миром, что Юнг обозначал как unus mundus (единый мир) и Паули как психофизическую действительность единения.

31 Хидэки Юкава (1907-1981) Хидэки рос в культурной и интеллектуальной атмосфере. В 3-й школе в Киото, которую он окончил в 1926 г., он увлекался литературой, философией и математикой, но больше всего его привлекала современная физика, с которой он познакомился, прочитав книги по теории относительности и квантовой механике на японском языке, имевшиеся в школьной библиотеке. Окончив школу, Хидэки поступил в Киотский императорский университет, где изучал физику по ускоренной программе и выделялся тем, что проводил высокоточные эксперименты в лаборатории Кадзюро Тамаки.

Написав диссертацию о свойствах уравнения П.А.М. Дирака, где теория относительности применяется к квантовой механике при описании движения атомных частиц, он получил степень магистра в 1929 г. Хидэки оставался в лаборатории Тамаки в качестве ассистента. Он беседовал с Вернером Гейзенбергом и Дираком, когда они приезжали в Киото, а также познакомился с Ёсио Нисиной, который работал с Нильсом Бором в Копенгагене.

Именно в Осаке Ю. начал всерьез размышлять над проблемой, которая два последних десятилетия занимала умы физиков: почему ядро атома не раскалывается на части? Какое-то время уже было известно, что ядро содержит плотно упакованные положительно заряженные частицы (протоны).

Поскольку одноименные электрические заряды отталкиваются друг от друга, а сила отталкивания быстро возрастает при уменьшении расстояния между зарядами, сцепление протонов казалось загадкой. Открытие Джеймсом Чедвиком в 1932 г. нейтрона, незаряженной частицы с массой, почти равной массе протона, еще более все запутало. Нейтрон, вскоре признанный еще одним обитателем ядра, объяснил существование изотопов, элементов с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов. Однако проблема связи протонов оставалась, осложненная необходимостью объяснить связь нейтронов друг с другом и с протонами. Гравитация, взаимное притяжение всех масс, слишком слаба, чтобы оказывать значительное влияние на внутриядерное сцепление.

Некоторые видные физики, включая Гейзенберга, предлагали свои теории ядра, но, ни одна из них не выдерживала критики. Было ясно, что существует неизвестная ядерная сила, но она должна быть необыкновенно сильной и действовать на коротких расстояниях. Более того, специалисты по квантовой физике должны были прийти к тому, чтобы рассматривать известные силы как силы, действующие через обмен частичками, содержащими единицы энергии сил поля, называемых квантами. В случае электромагнитного поля такой частицей является фотон, квант электромагнитной энергии. У фотона нет массы покоя – свет или движется, или не существует.

В 1935 г. Юкава предположил, что большая сила, удерживающая ядро от распада, связана с обменной частицей, имеющей большую массу. Он опубликовал сложную, но содержательную теорию, которая позволила ему подсчитать массу (примерно в 200 раз больше массы электрона) гипотетической частицы. Он также показал, что ее невозможно обнаружить при обычных ядерных реакциях, поскольку ее большая масса эквивалентна очень большой энергии, но можно было бы поискать при столкновении космических лучей с атомными ядрами.

Американский физик Карл Д. Андерсон открыл позитрон в 1932 г., изучая фотографии треков, полученных при прохождении космических лучей через ионизационную камеру. В 1937 г., очевидно не зная о гипотезе Юкава, Андерсон обнаружил треки ранее неизвестной частицы с массой, аналогичной той, что была у гипотетической частицы Юкава. Сначала она была названа мезотроном, а затем мезоном (от греческого «мезо», что значит «средний», поскольку масса частиц была промежуточной между массами электрона и протона). Это открытие принесло известность предсказанию Юкава, и западные физики стали исследовать возможные связи. Однако спустя несколько лет они поняли, что частицы Андерсона и Юкава – это разные частицы. В частности, наблюдаемый мезон слабо взаимодействовал с ядром (Юкава постулировал сильное взаимодействие), а время его жизни было более чем в 100 раз длиннее, чем предсказанная одна стомиллионная доля секунды.

В 1942 г. два его сотрудника, Ясутака Таникава и Сойти Саката, предположили, что существует два вида мезонов, более тяжелый и более легкий, и что Андерсон обнаружил более легкий тип в космических лучах на уровне моря. Было, похоже, что более тяжелая частица Ю. может быть обнаружена только в верхних слоях атмосферы, где первозданные космические лучи впервые взаимодействуют с атомными ядрами. Затем частица быстро распадается на более легкий тип мезонов, большее время жизни которых позволяет им достигать меньших высот.

В 1947 г. Сесил Ф. Пауэлл обнаружил частицу Ю. с помощью ионизационной камеры, помещенной на больших высотах. Почти наверняка он не был знаком с работой Таникавы и Сакаты, но, похоже, ему была известна двухмезонная гипотеза, предложенная Робертом Е. Маршаком и Хансом А.

Бете в 1947 г. В 1948 г. мезоны были искусственно получены в лаборатории Калифорнийского университета в Беркли.

Частица Юкава стала известна как пи-мезон, затем просто пион.

Более легкая частица Андерсона получила название мю-мезон, а затем мюон.

На самом деле пионы бывают трех видов: один – электрически нейтральный, другой несет положительный заряд и третий заряжен отрицательно.

32 Игорь Евгеньевич Тамм (1895 1971) Игорь Евгеньевич Тамм — советский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике (совместно с П. А. Черенковым и И.

М. Франком, 1958), дважды лауреат Сталинской премии, Герой Социалистического Труда (1953).

Игорь Евгеньевич Тамм родился 8 июля 1895 во Владивостоке в семье инженера Евгения Фёдоровича Тамма и Ольги Михайловны Давыдовой. В 1898 году его семья переехала в Елизаветград (впоследствии Кировоград, Украина), где отец Игоря, Евгений Фёдорович, много лет проработал «городским инженером»: руководил водоснабжением и строительством городской электростанции. После окончания гимназии в Елизаветграде Тамм учился в университете г. Эдинбурга. Перед началом I мировой войны перевёлся на физико-математический факультет Московского университета, который и окончил в 1918 г. с дипломом по физике.

Уходил добровольцем на фронт в качестве «брата милосердия». После кратковременного увлечения политикой (член партии меньшевиков, депутат 1го Съезда Советов от Елизаветграда) начинает академическую карьеру.

Преподает в различных научных учреждениях: Таврическом университете (Симферополь) (1919—1920 гг.), с 1920 г. сотрудничает с Л. И.

Мандельштамом, преподаёт в Одесском политехническом институте (с года Одесский национальный политехнический университет) (1921—1922), где Л. И. Мандельштам заведовал кафедрой.

С 1922 года (с двумя краткими перерывами) и до конца карьеры деятельность Тамма протекает в Москве. В течение многих лет он руководит кафедрой теоретической физики Московского инженерно-физического института (МИФИ). Становится доцентом и профессором. С 1934 г. работает в Физическом институте им. Лебедева АН СССР, основывает и возглавляет там теоретический отдел, который оказал большое влияние на научную работу.

Тамма 1 февраля 1933 года избирают членом-корреспондентом АН СССР по отделению математических и естественных наук, а 23 октября 1953 года Игорь Евгеньевич становится академиком АН СССР по отделению физико математических наук. Получает из рук самого Сталина Сталинскую премию.

Научная деятельность: И. Е. Тамм — выдающийся физик-теоретик.

Основные направления научного творчества Тамма относятся к квантовой механике, физике твердого тела, теории излучения, ядерной физике, физике элементарных частиц, а также к решению ряда прикладных задач. Совместно с И. М. Франком описал движение частиц в среде со скоростью, превышающей скорость света в этой среде (эффект Вавилова — Черенкова), за что в 1958 г. получил Нобелевскую премию. Лауреат Сталинской премии первой степени (1946). В 1967 году был награждён Большой золотой медалью имени М. В. Ломоносова за выдающиеся достижения в теории элементарных частиц и других областях теоретической физики.

Совместно с А. Д. Сахаровым разработал принципы удержания плазмы в токамаке. В 1955 году подписал «Письмо трёхсот». В 1960-х годах И. Е. Тамм был активным участником Пагуошского движения ученых.

Среди его учеников — С. П. Шубин, Е. Л. Фейнберг, В. Л. Гинзбург, Л. В.

Келдыш, Д. И. Блохинцев, М. А. Марков, А. Д. Сахаров, В. Г. Кадышевский, С.

А. Альтшулер.

Работы Альтшулера посвящены в основном радиоспектроскопии и парамагнетизму, в частности ядерному магнетизму. В 1934 он совместно с И.Е.

Таммом предсказал существование магнитного момента у нейтрона, при этом верно оценил его знак и величину. Для того времени это был довольно парадоксальный результат (нейтрон не обладает электрическим зарядом), однако впоследствии он был экспериментально подтвержден. В довоенный период Альтшулер также активно участвует (вместе с Б.М. Козыревым и Е.К.

Завойским) в экспериментальных поисках сигнала ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на протонах воды. Считается, что в июне 1941 года им удалось наблюдать сигнал ЯМР, однако, сигнал наблюдался спорадически и плохо воспроизводился. Начавшаяся война помешала дальнейшим исследованиям.

В 1948 им было обнаружено (совместно с Б.М. Козыревым и С.Г.

Салиховым) влияние сверхтонких магнитных взаимодействий на спектры электронного парамагнитного резонанса. Эта работа позволила рассматривать ЭПР как новый метод исследования конденсированных сред. В Альтшулер предсказал и развил теоретически идею акустического парамагнитного резонанса. Этот результат принес ему широкую известность и лег в основу нового направления – квантовой акустики.


Альтшулером был предложен метод получения сверхнизких температур при помощи адиабатического размагничивания ядерных спинов так называемых ван-флековских парамагнетиков. Это позволило увеличить производительность получения сверхнизких температур магнитными методами в десятки раз.

Совместно с другими исследователями Альтшулер воспользовался методом рассеяния Мандельштама-Бриллюэна для изучения неравновесных фононов в парамагнитных кристаллах. В частности, ими было обнаружено явление лавинного излучения фононов.

33 Лев Давидович Ландау (1908 1968) Родился в семье инженера-нефтяника Давида Львовича Ландау и его жены Любови Вениаминовны в Баку 22 января 1908.

С 1916 года учился в бакинской еврейской гимназии, где его мать – Любовь Вениаминовна Ландау (урожд. Гаркави) – была преподавателем естествознания.

Необыкновенно одарённый математически, Ландау, шутя, говорил о себе: «Интегрировать научился лет в 13, а дифференцировать умел всегда». В четырнадцать лет поступил в Бакинский университет, где обучался одновременно на двух факультетах: физико математическом и химическом. За особые успехи был переведен в Ленинградский университет. Окончив в 1927 г. физическое отделение Ленинградского университета, Ландау стал аспирантом, а в дальнейшем сотрудником Ленинградского физико-технического института, в 1926— годах опубликовал первые работы по теоретической физике. В 1929 году был в научной командировке для продолжения образования в Германии, в Дании у Нильса Бора, в Англии и Швейцарии. Там он работал вместе с ведущими физиками-теоретиками, в том числе с Нильсом Бором, которого с тех пор считал своим единственным учителем. В 1932 году возглавил теоретический отдел Украинского физико-технического института в Харькове. С 1937 г. в Институте физических проблем АН СССР.

Академик Ландау считается легендарной фигурой в истории отечественной и мировой науки. Квантовая механика, физика твердого тела, магнетизм, физика низких температур, физика космических лучей, гидродинамика, квантовая теория поля, физика атомного ядра и физика элементарных частиц, физика плазмы — вот далеко не полный перечень областей, в разное время привлекавших внимание Ландау. Про него говорили, что в «огромном здании физики XX века для него не было запертых дверей».

С 1932 по 1937 работал в УФТИ;

после увольнения из Харьковского университета и последовавшей за ней забастовки физиков Ландау в феврале 1937 г. принял приглашение Петра Капицы занять должность руководителя теоретического отдела только что построенного Института физических проблем (ИФП) и переехал в Москву. После отъезда Ландау начинается разгром УФТИ органами областного НКВД, арестовываются иностранные специалисты А.Вайсберг, Ф.Хоутерманс, в августе-сентябре 1937 арестованы и в ноябре расстреляны физики Л. В. Розенкевич (соавтор Ландау), Л. В.

Шубников, В. С. Горский («дело УФТИ»). В апреле 1938 г. Ландау в Москве редактирует написанную М. А. Корецем листовку, призывающую к свержению сталинского режима, в которой Сталин называется фашистским диктатором.

Текст листовки был передан антисталинской группе студентов ИФЛИ для распространения по почте перед первомайскими праздниками. Это намерение было раскрыто органами госбезопасности СССР, и Ландау, Кореца и Ю. Б.

Румера арестовали за антисоветскую агитацию. В тюрьме Ландау провёл год и был выпущен благодаря письму в защиту от Нильса Бора и вмешательству Капицы, взявшего Ландау «на поруки». После освобождения, до самой смерти в 1968 г., Ландау был сотрудником ИФП. В 1955 году подписал «Письмо трёхсот».

Единственной не физической теорией Ландау была теория счастья. Он считал, что каждый человек должен и даже обязан быть счастливым. Для этого он вывел простую формулу, которая содержала три параметра: Работа. Любовь.

Общение с людьми.

Учениками Ландау считались физики, которые смогли сдать Льву Давидовичу (а впоследствии уже его ученикам) 9 теоретических экзаменов, так называемый теоретический минимум Ландау. Сначала принималась математика, а затем экзамены по физике: два экзамена по математике;

механика;

теория поля;

квантовая механика;

статистическая физика;

механика сплошных сред;

электродинамика сплошных сред;

квантовая электродинамика.

Ландау требовал от своих учеников знания основ всех разделов теоретической физики. После войны для подготовки к сдаче экзаменов лучше всего было использовать курс теоретической физики Ландау и Лифшица, однако первые ученики сдавали экзамены по лекциям Ландау или по рукописным конспектам. Первыми из сдавших теоретический минимум Ландау Ландау были: Александр Соломонович Компанеец (1933 год);

Евгений Михайлович Лифшиц (1934);

Александр Ильич Ахиезер (1935);

Исаак Яковлевич Померанчук (1935);

Леонид Моисеевич Пятигорский (сдал теорминимум пятым, но не указан в списке, представленном Ландау);

Ласло Тисса (1935);

Вениамин Григорьевич Левич (1937).

Помимо науки, Ландау известен как шутник. Его вклад в научный юмор довольно велик. Обладая тонким, острым умом и прекрасным красноречием, Ландау всячески поощрял юмор в коллегах. Он породил термин так говорил Ландау, а также стал героем различных юмористических историй. Характерно, что шутки не обязательно связаны с физикой и математикой.

У Ландау была своя классификация женщин. По Ландау девушки делятся: на красивых, хорошеньких и интересных.

34 Николай Геннадиевич Басов (1922-2001) Басов родился в деревне Усмань (ныне городе Липецкой области). Его родители — Геннадий Фёдорович Басов и Зинаида Андреевна Молчанова. В 1927 году семья переехала из Усмани в Воронеж. В 1941 году Басов окончил воронежскую школу № 13, после школы прошел подготовку на ассистента врача в Куйбышевской военной медицинской академии. В 1943 году он ушёл на фронт, служил ассистентом врача на украинском фронте. После войны Басов поступил в МИФИ, защитил диплом в 1950 году.

С 1948 года он работал лаборантом в Физическом институте имени Лебедева АН СССР (ФИАН), где и продолжил работу после получения диплома под руководством М.А. Леонтовича и А.М.

Прохорова. В 1953 году Басов защитил кандидатскую, а в 1956 году — докторскую диссертацию. В 1958—1972 годах Басов являлся заместителем директора ФИАН, а с 1973 по 1989 годы был директором этого института.

Здесь в 1963 году он организовал Лабораторию квантовой радиофизики, которую возглавлял до своей смерти.

Работы Басова посвящены квантовой электронике и ее применениям.

Вместе с А.М. Прохоровым он установил принцип усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами, что позволило в создать первый квантовый генератор (мазер) на пучке молекул аммиака. В следующем году была предложена трехуровневая схема создания инверсной населенности уровней, нашедшая широкое применение в мазерах и лазерах.

Эти работы (а также исследования американского физика Ч. Таунса) легли в основу нового направления в физике — квантовой электроники. Совместно с Ю.М. Поповым и Б.М. Вулом Басов предложил идею создания различных типов полупроводниковых лазеров: в 1962 был создан первый инжекционный лазер, затем лазеры, возбуждаемые электронным пучком, а в 1964 — полупроводниковые лазеры с оптической накачкой. Басов также провел исследования по мощным газовым и химическим лазерам, были созданы фторводородный и йодный лазеры, а затем эксимерный лазер.

Ряд работ Басова посвящен вопросам распространения и взаимодействия мощных лазерных импульсов с веществом. Ему принадлежит идея использования лазеров для управления термоядерным синтезом (1961), предложил методы лазерного нагрева плазмы, проанализировал процессы стимулирования химических реакций лазерным излучением, разработал физические основы создания квантовых стандартов частоты, выдвинул идеи новых применений лазеров в оптоэлектронике.

35 Брайан Дэвид Джозефсон (1940) Родился в еврейской семье, в Кардиффе, Великобритания. Окончил в 1960 году Тринити-колледж Кембриджского университета. В этом же колледже Джозефсон получил ученые степени магистра и доктора философии (1964). С 1962 — младший научный сотрудник Колледжа. В 1967-1972 гг.

Джозефсон работает заместителем директора по научным исследованиям в Кембридже. В 1972-1974 гг. – лектор Кембриджского университета. С 1974 – профессор физики Кембриджского университета.

С 1962 года Джозефсон изучает свойства сверхпроводимости. Будучи аспирантом, в двадцать два года, теоретически предсказал явление прохождения электронов через тонкий слой диэлектрика, помещенный между двумя сверхпроводящими металлами (Стационарный эффект Джозефсона). Был открыт экспериментально в 1963 г. Он предположил также, что если к контакту приложить разность потенциалов, то через него пойдет осциллирующий ток с частотой, зависящей только от величины приложенного напряжения (Нестационарный эффект Джозефсона). Оба эффекта очень чувствительны к магнитному полю в области контакта.

Открытие эффектов Джозефсона оказало существенное влияние на современную физику. Они позволили уточнить величину постоянной Планка, способствовали созданию принципиально нового квантового стандарта напряжения, используемого ныне во многих национальных бюро стандартов.

Они способствовали также конструированию сверхчувствительных датчиков магнитного поля (СКВИД), применяемых для измерения магнитных полей живых организмов и обнаружения объектов, скрытых под поверхностью. На основе эффектов Джозефсона были изготовлены чувствительные детекторы очень слабых измерений напряжения. В перспективе — применение быстродействующих компьютерных сетей с очень низким потреблением энергии, построенных на базе эффекта Джозефсона.

В настоящее время является профессором Кембриджского университета, где возглавляет проект по объединению материи и разума в области теории конденсированных сред. Также он является членом колледжа Тринити в Кембридже.

41 Петр Леонидович Капица (1894-1984) Петр Леонидович Капица родился в Кронштадте, где служил его отец Леонид Петрович Капица, генерал-лейтенант инженерного корпуса. Мать Капицы Ольга Иеронимовна Капица (Стебницкая) была известным педагогом и собирательницей фольклора.

По окончании гимназии в Кронштадте Капица поступил на факультет инженеров-электриков Петербургского политехнического института, который окончил в 1918 году.

Следующие три года он преподавал в том же институте. Под руководством А.

Ф. Иоффе, первым в России приступившего к исследованиям в области атомной физики, Капица вместе со своим однокурсником Николаем Семеновым разработал метод измерения магнитного момента атома в неоднородном магнитном поле, который в 1921 году был усовершенствован Отто Штерном. В 1921 году Капице позволили выехать в Англию, где он стал сотрудником Эрнеста Резерфорда, работавшего в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Капица быстро завоевал уважение Резерфорда и стал его другом.

Первые исследования, проведенные Капицей в Кембридже, были посвящены отклонению испускаемых радиоактивными ядрами альфа- и бета частиц в магнитном поле. Эксперименты подтолкнули его к созданию мощных электромагнитов. Разряжая электрическую батарею через небольшую катушку из медной проволоки (при этом происходило короткое замыкание), Капице удалось получить магнитные поля, в 6-7 раз превосходившие все прежние.

Разряд не приводил к перегреву или механическому разрушению прибора, т.к.

продолжительность его составляла всего лишь около 0,01 секунды.

Создание уникального оборудования для измерения температурных эффектов, связанных с влиянием сильных магнитных полей на свойства вещества, например на магнитное сопротивление, привело Капицу к изучению проблем физики низких температур. Чтобы достичь таких температур, необходимо было располагать большим количеством сжиженных газов.

Разрабатывая принципиально новые холодильные машины и установки, Капица использовал весь свой недюжинный талант физика и инженера. Вершиной его творчества в этой области явилось создание в 1934 году необычайно производительной установки для сжижения гелия, который кипит (переходит из жидкого состояния в газообразное) или сжижается (переходит из газообразного состояния в жидкое) при температуре около 4,3 К. Сжижение этого газа считалось наиболее трудным. Впервые жидкий гелий был получен в 1908 году голландским физиком Хайке Каммерлинг-Оннесом. Но установка Капицы была способна производить 2 л жидкого гелия в час, тогда как по методу Каммерлинг-Оннеса на получение небольшого его количества с примесями требовалось несколько дней. В установке Капицы гелий подвергается быстрому расширению и охлаждается прежде, чем тепло окружающей среды успевает согреть его;

затем расширенный гелий поступает в машину для дальнейшей обработки. Капице удалось преодолеть и проблему замерзания смазки движущихся частей при низких температурах, использовав для этих целей сам жидкий гелий.

В 1938 году Капица возобновил свои исследования по физике низких температур, в том числе свойств жидкого гелия. Он проектировал установки для сжижения других газов. Капица усовершенствовал небольшую турбину, очень эффективно сжижавшую воздух. Ему удалось обнаружить необычайное уменьшение вязкости жидкого гелия при охлаждении до температуры ниже 2,17 К, при которой он переходит в форму, называемую гелием-2. Утрата вязкости позволяет ему беспрепятственно вытекать через мельчайшие отверстия и даже взбираться по стенкам контейнера, как бы "не чувствуя" действия силы тяжести. Отсутствие вязкости сопровождается также увеличением теплопроводности. Капица назвал открытое им новое явление сверхтекучестью.

Построенные Капицей установки для сжижения газов нашли широкое применение в промышленности. Использование кислорода, извлеченного из жидкого воздуха, для кислородного дутья произвело подлинный переворот в советской сталелитейной промышленности.

1976. 5 мая – за 10 лет до Чернобыля в докладе «Глобальные проблемы и энергия», прочитанном в Стокгольмском университете, предупреждает о грозящей опасности. Рассказав об аварии на американской АЭС «Браунс Ферри», отмечает: «…Авария показала, что математические методы расчетов вероятности такого рода происшествий неприменимы, поскольку, как было в данном случае, не учитываются вероятности того, что происходит из-за ошибок в поведении людей». Пытается напечатать этот доклад в журнале «Наука и жизнь», который выходил тогда трехмиллионным тиражом. Редакция статью отвергает, объясняя свой отказ нежеланием «пугать людей». Отказывается публиковать доклад и шведский журнал «Амбио», ссылаясь на отсутствие средств на перевод с русского на английский. Все материалы об аварии на «Браунс Ферри», которые Капица получает от знакомых американских физиков, он тут же передает президенту Академии наук и директору Института атомной энергии А. П. Александрову.

42 Клаус фон Клитцинг (1943) Немецкий физик Клаус Олаф фон Клитцинг родился в городе Шрода, в то время входившего в состав Германии. В 1948 г. семья переехала в Ольденбург, а затем в 1951 г. - в Эссен. Клитцинг получил среднее образование в Артланд-гимназии города Квахенбрюна, что позволило ему специализироваться по физике в Техническом университете Брауншвейга, куда он поступил в 1962 г.

В Брауншвейге Клитцинг сначала познакомился с проблемами физики полупроводников. Проявлял он интерес и к рентгеновской спектроскопии, и даже ездил в Дармштадт, чтобы пройти курс программирования для компьютеров, имея в виду использование компьютерных методов в спектроскопии. Но его внимание привлек метод измерения люминисценции. Он воспользовался им для определения времени жизни носителей тока в полупроводнике антимониде индия и изложил полученные результаты в диссертации, написанной под руководством Ф. Р. Кесслера в 1969 г. Затем Клитцинг перешел в университет Вюрцбурга, где некоторое время преподавал технику лабораторного эксперимента студентам-медикам. Последующие десять лет он занимался исследованием полупроводников.

Почти весь 1975 г. Клитцинг провел в Оксфорде, где в то время изготавливались лучшие сверхпроводящие магниты. Для Клитцинга они представляли особый интерес, так как сильные однородные магнитные поля являются важным инструментом исследования поведения электронов в полупроводниках. В поисках еще более сильных магнитных полей К. в г. покидает Вюрцбург и отправляется на работу в лабораторию сильных магнитных полей в Гренобле. В 1980 г. он получает новое назначение и становится профессором Технического университета в Мюнхене. На этом посту он пребывает до 1985 г., когда его утверждают директором Института физики твердого тела Макса Планка в Штутгарте. Комбинация низких температур и сильных магнитных полей, которые он смог изучать в Гренобле, сыграла важную роль в его открытиях, связанных с эффектом Холла.

Это явление, впервые наблюдавшееся в 1880 г. американским физиком Эдвином X. Холлом, ранее рассматривалось лишь как весьма несовершенное средство измерения концентрации электронов в полупроводниках. При измерениях на основе этого эффекта электрический ток пропускается через образец, помещенный в магнитное поле, которое приложено в перпендикулярном направлении. На образце возникает напряжение в направлении, перпендикулярном и току, и магнитному полю. Величина этого напряжения Холла обычно пропорциональна магнитному полю и обратно пропорциональна концентрации электронов. Однако выводы, которые можно сделать на основе этих измерений, обладают, как правило, погрешностью порядка 10%, т.к. имеется множество разного рода взаимодействий между электронами и атомами кристаллической решетки полупроводника.

В Гренобле, работая в сотрудничестве с Майклом Пеппером из Кавендишской лаборатории Кембриджского университета и Герхардом Дордой из научно-исследовательских лабораторий корпорации "Сименс" в Мюнхене, Клитцинг провел эксперимент, отличавшийся от традиционных измерений главным образом природой образца. Кремний, который Клитцинг выбрал для эксперимента, составлял часть транзистора, в котором подвижные электроны могли перемещаться только в очень тонком слое вблизи одной из поверхностей устройства.

Поэтому электроны могли двигаться лишь в двух измерениях, а не в трех, как в однородном образце. Поведение таких "двухмерных" электронов под действием приложенного напряжения существенно отличалось от поведения электронов в объемном образце. Наиболее удивительной особенностью эксперимента Клитцинга было отклонение напряжения Холла от обычно плавного поведения при изменении приложенного магнитного поля и концентрации электронов. При плавном увеличении числа электронов в двухмерном слое напряжение Холла сначала непрерывно спадало, затем какое то время оставалось постоянным, затем снова спадало до следующей горизонтальной ступеньки и т. д. Разделив величину напряжения Холла, соответствующую каждой такой ступеньке, на величину пропускаемого через образец тока, мы получим величину электрического сопротивления. Сравнивая серию полученных сопротивлений, Клитцинг заметил, что все они составляют выражаемые простыми дробями доли одной и той же величины:

сопротивления в 25,183 Ом. Это сопротивление можно представить в виде отношения двух фундаментальных констант природы - постоянной Планка, управляющей всеми квантовомеханическими явлениями, и квадрата электрического заряда электрона.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.