Великие физики XX века. Самые известные физики мира
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.
Древность
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.
В то же время в Древнем Египте научились измерять длину, вес и угол. Эти знания были необходимы архитекторам при строительстве монументальных пирамид и храмов. Развивалась прикладная механика. Сильны в ней были и вавилоняне. Они же, основываясь на своих 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.
Античность
Античная история физики больше всего известна благодаря греческим философам. Их исследования основывались на геометрических и алгебраических познаниях. Например, пифагорейцы первыми объявили о том, что природа подчиняется универсальным законам математики. Эту закономерность греки видели в оптике, астрономии, музыке, механике и других дисциплинах.
История развития физики с трудом представляется без трудов Аристотеля, Платона, Архимеда, Лукреция Кара и Герона. Их сочинения сохранились до наших времен в достаточно целостном виде. Греческие философы отличались от современников из других стран тем, что они объясняли физические законы не мифическими понятиями, а строго с научной точки зрения. В то же время у эллинов случались и крупные ошибки. К ним можно отнести механику Аристотеля. История развития физики как науки многим обязана мыслителям Эллады уже хотя бы тем, что их натурфилософия оставалась основой международной науки до XVII столетия.
Вклад александрийских греков
Демокрит сформулировал теорию атомов, согласно которой все тела состоят из неделимых и крохотных частиц. Эмпедокл предложил закон сохранения материи. Архимед заложил основы гидростатики и механики, изложив теорию рычага и подсчитав величину выталкивающей силы жидкости. Он же стал автором термина «центр тяжести».
Александрийский грек Герон считается одним из величайших инженеров в человеческой истории. Он создал паровую турбину, обобщил знания об упругости воздуха и сжимаемости газов. История развития физики и оптики продолжилась благодаря Евклиду, исследовавшему теорию зеркал и законы перспективы.
Средневековье
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.
На этом фоне первенство в естественных науках перешло к мусульманам. История возникновения физики у арабов связана с переводом на их язык трудов античных греческих ученых. На их основе мыслители востока сделали несколько собственных важных открытий. К 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.
Ренессанс
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.
XVII столетие
Набравший ход рост интереса к науке продолжился и в XVII веке. Немецкий механик и математик стал первооткрывателем в Солнечной системе Свои взгляды он изложил в книге «Новая астрономия», изданной в 1609 году. Кеплер оппонировал Птолемею, заключив, что планеты движутся по эллипсам, а не по окружностям, как считалось еще в античности. Этот же ученый внес значительный вклад в развитие оптики. Он исследовал дальнозоркость и близорукость, выяснив физиологические функции хрусталика глаза. Кеплер ввел понятия оптической оси и фокуса, сформулировал теорию линз.
Француз Рене Декарт создал новую научную дисциплину - аналитическую геометрию. Также он предложил Главным трудом Декарта стала книга «Начала философии», изданная в 1644 году.
Немногие ученые-физики и их открытия известны так, как англичанин Исаак Ньютон. В 1687 году он написал революционную книгу «Математические начала натуральной философии». В ней исследователь изложил закон всемирного тяготения и три закона механики (также ставшие известными как Этот ученый работал над теорией цвета, оптикой, интегральными и дифференциальными исчислениями. История физики, история законов механики - все это тесно связано с открытиями Ньютона.
Новые рубежи
XVIII век подарил науке множество выдающихся имен. Особенно выделяется среди них Леонард Эйлер. Этот швейцарский механик и математик написал более 800 работ по физике и таким разделам, как математический анализ, небесная механика, оптика, теория музыки, баллистика и т. д. Петербургская академия наук признала его своим академиком, из-за чего Эйлер значительную часть жизни провел в России. Именно этот исследователь положил начало аналитической механике.
Интересно что история предмета физика сложилась такой, какой мы ее знаем, благодаря не только профессиональным ученым, но и исследователям-любителям, гораздо больше известным в совершенно другом качестве. Самым ярким примером такого самоучки стал американский политик Бенджамин Франклин. Он изобрел громоотвод, внес большой вклад в изучение электричества и сделал предположение о его связи с явлением магнетизма.
В конце XVIII столетия итальянец Алессандро Вольта создал «вольтов столб». Его изобретение стало первой электрической батарей в истории человечества. Этот век также ознаменовался появлением ртутного термометра, создателем которого был Габриэль Фаренгейт. Другим важным событием изобретательства оказалось изобретение паровой машины, произошедшее в 1784 году. Оно породило новые средства производства и перестройку промышленности.
Прикладные открытия
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. обосновал закон сохранения энергии, Джеймс Клерк Максвелл предложил собственную электромагнитную теорию. 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.
Переосмысление науки
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 в этой очередной научной революции стало обоснование теории относительности. Ее автором был Альберт Эйнштейн, впервые поведывавший миру о глубинной связи пространства и времени. Возник новый раздел теоретической физики - квантовая физика. В ее становлении приняли участие сразу несколько ученых с мировым именем: Макс Планк, Макс Бон, Пауль Эренфест и другие.
Современные вызовы
Во второй половине XX века история развития физики, хронология которой продолжается и сегодня, перешла на принципиально новый этап. Этот период ознаменовался расцветом исследования космоса. Небывалый скачок сделала астрофизика. Появились космические телескопы, межпланетные зонды, детекторы внеземных излучений. Началось детальное изучение физических данных различных тел Солнечной планеты. С помощью современной техники ученые обнаружили экзопланеты и новые светила, в том числе радиогалактики, пульсары и квазары.
Космос продолжает таить в себе множество неразгаданных загадок. Изучаются темная энергия, темная материя, ускорение расширения Вселенной и ее структура. Дополняется теория Большого взрыва. Данные, которые можно получить в земных условиях, несоизмеримо малы по сравнению с тем, сколько работы у ученых есть в космосе.
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.
Презентация на тему "Физики 18–20 веков" по физике в формате powerpoint. В данной презентации для школьников рассказывается об ученых 18-20 веков, внесших наибольший вклад в развитие физики. Автор презентации: Кравченко Иван Иванович, учитель физики и информатики.
Фрагменты из презентации
Физики 18 века
Томас Юнг
Дата рождения 13 июня 1773, - английский физик, врач, астроном и востоковед, один из создателей волновой теории света. Наиболее важные направления его работ - оптика, механика, физиология зрения. Высказал гипотезу о поперечности световых колебаний,разработал также теорию цветного зрения. Исследовал деформациию сдвига, ввёл числовую характеристику упругости при растяжении и сжатии - так называемый модуль Юнга. Он впервые рассмотрел механическую работу как величину, пропорциональную энергии (термин ввёл Юнг), под которой понимал величину, пропорциональную массе и квадрату скорости тела.
Майкл Фарадей
Дата рождения 22 сентября 1791 - английский физик, химик и физико-химик, основоположник учения об электромагнитном поле, В 1832 году открыл электрохимические законы, которые легли в основу нового раздела науки - электрохимии, имеющего сегодня огромное количество технологических приложений. Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и магнетизмом. Он поставил задачу «Превратить магнетизм в электричество» и через 10 лет нашёл решение этой проблемы.
Физики начала 19 века
Джеймс Клерк Максвелл
Дата рождения 13 июня 1831 - британский физик и математик. Заложил основы современной классической электродинамики (уравнения Максвелла), ввёл в физику понятия тока смещения и электромагнитного поля, получил ряд следствий из своей теории (предсказание электромагнитных волн, электромагнитная природа света, давление света и другие). Один из основателей кинетической теории газов, получил ряд важных результатов в молекулярной физике и термодинамике. Пионер теории цветов и теории упругости.
Дмитрий Иванович Менделеев
Дата рождения 27 января 1834- русский учёный-энциклопедист: химик, физикохимик, физик, метролог, экономист, технолог, геолог, метеоролог, педагог, воздухоплаватель, приборостроитель. Профессор Санкт-Петербургского университета; член-корреспондент по разряду «физический» Императорской Санкт-Петербургской Академии наук. Среди наиболее известных открытий - периодический закон химических элементов, один из фундаментальных законов мироздания, неотъемлемый для всего естествознания.
Антуан Анри Беккерель
Дата рождения 15 декабря 1852 - французский физик, В 1896 г. Беккерель случайно открыл радиоактивность во время работ по исследованию фосфоресценции в солях урана. В 1903 г. он получил совместно с Пьером и Марией Кюри Нобелевскую премию по физике «В знак признания его выдающихся заслуг, выразившихся в открытии самопроизвольной радиоактивности».
Генрих Рудольф Герц
Дата рождения - 22 февраля 1857 - немецкий физик. Основное достижение - экспериментальное подтверждение электромагнитной теории света Джеймса Максвелла. Герц доказал существование электромагнитных волн. Исследовал отражение, интерференцию, дифракцию и поляризацию электромагнитных волн, доказал, что свет – это разновидность электромагнитных волн. Герц впервые наблюдал и дал описание внешнего фотоэффекта.
Физики второй половины 19 века
Константин Эдуардович Циолковский
Дата рождения 5 сентября 1857- российский и советский учёный-самоучка, исследователь, школьный учитель. Один из пионеров космонавтики. Обосновал вывод уравнения реактивного движения, пришёл к выводу о необходимости использования «ракетных поездов» - прототипов многоступенчатых ракет. Автор работ по аэродинамике, воздухоплаванию и другим наукам. Сторонник и пропагандист идей освоения космического пространства. Предлагал заселить космическое пространство с использованием орбитальных станций, выдвинул идею поездов на воздушной подушке
Александр Степанович Попов
- Дата рождения 4 марта 1859 - русский физик и электротехник, профессор, изобретатель радио.
- Впервые он представил своё изобретение 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества. С 1897 года Попов проводил опыты по радиотелеграфированию на кораблях Балтийского флота. Летом 1901 года Попов модифицировал свой приёмник, поставив вместо чувствительного реле телефонные трубки, после этого фирмой Дюкрете, уже выпускавшей в 1898 году приёмники его конструкции, был налажен выпуск телефонных приёмников.
Эрнест Резерфорд
Дата рождения 30 августа 1871- британский физик. Известен как «отец» ядерной физики, создал планетарную модель атома. Открыл альфа- и бета-излучение, короткоживущий изотоп радона и множество изотопов. Объяснил на основе свойств радона радиоактивность тория, открыл и объяснил радиоактивное превращение химических элементов, создал теорию радиоактивного распада, расщепил атом азота, обнаружил протон. Доказал, что альфа-частица - ядро гелия. вывел формулу Резерфорда. Первым открыл образование новых химических элементов при распаде тяжелых химических радиоактивных элементов.
Фредерик Содди
Дата рождения 2 сентября 1877 - английский радиохимик, член Лондонского королевского общества (1910), лауреат Нобелевской премии по химии (1921). Совместно с Резерфордом предложил теорию радиоактивного распада В 1903 Резерфорд и Содди установили, что радиоактивный распад протекает по закону, описывающему ход мономолекулярной реакции. Всего им было опубликовано более 70 статей по химии.
Физики начала 20 века
Альберт Эйнштейн
Эйнштейн - автор более 300 научных работ по физике. Он разработал несколько значительных физических теорий: Специальная теория относительности (1905), Общая теория относительности, Квантовая теория фотоэффекта, Квантовая теория теплоёмкости, Квантовая статистика Бозе - Эйнштейна, Статистическая теория броуновского движения, Теория индуцированного излучения, Теория рассеяния света на термодинамических флуктуациях в среде. Эйнштейн способствовал пересмотру понимания физической сущности пространства и времени и построению новой теории гравитации. Вместе с Планком, заложил основы квантовой теории.
Отто Ган
Дата рождения 8 марта 1879 - немецкий химик, учёный-новатор в области радиохимии, открывший ядерную изомерию (Уран Z) и расщепление урана. В 1920-х годах разработал метод применения радиоизотопов в химии, включая выращивание кристаллов и использование меченых атомов в химических реакциях и создал тем самым новую область химии - прикладную радиохимию. Решительно выступал против применения ядерной энергии в военных целях. Он считал такое использование его открытия злоупотреблением и даже преступлением.
Джеймс Чедвик
Дата рождения 20 октября 1891 - английский физик, известный по открытие нейтрона, Ученик Э.Резерфорда. В 1920 году экспериментально подтвердил равенство заряда ядра порядковому номеру элемента. Изучал искусственное превращение элементов под действием альфа-частиц (совместно с Резерфордом). В 1943-1945 гг. возглавлял группу английских учёных, работавших в Лос-Аламосской лаборатории (США) над проектом атомной бомбы.
Физики второй половины 20 века
Энрико Ферми
Дата рождения 29 сентября 1901 - итало-американский физик, внёсший большой вклад в развитие современной теоретической и экспериментальной физики, один из основоположников квантовой физики. Разработал статистику частиц с полуцелым спином (фермионов). Разработал правила квантования электромагнитного поля. Создал теорию бета-распада, прототип теории слабых взаимодействий элементарных частиц. Пришёл к выводу, что нейтроны должны быть наиболее эффективным орудием для получения радиоактивных элементов. Открыл более 60 изотопов и замедление нейтронов (эффект Ферми), селективное поглощение нейтронов.
Вернер Гейзенберг
Дата рождения 5 декабря 1901 - немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Автор ряда фундаментальных результатов в квантовой теории: заложил основы матричной механики, сформулировал соотношение неопределённостей, применил формализм квантовой механики к проблемам ферромагнетизма, аномального эффекта Зеемана и прочим. Участвовал в развитии квантовой электродинамики (теория Гейзенберга - Паули) и квантовой теории поля, предпринимал попытки создания единой теории поля. Ведущий теоретик немецкого ядерного проекта. Изучал физику космических лучей, теорию турбулентности.
Фриц Штрассман
Дата рождения 22 февраля 1902 - немецкий химик и физик. Изучал процессы ядерного деления, свойства радиоактивных изотопов урана и тория. В 1938 совместно с О. Ганом открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами, химическими методами доказал факт деления.
Поль Адриен Морис Дирак
Дата рождения 8 августа 1902 - английский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Работы Дирака посвящены квантовой физике, теории элементарных частиц, общей теории относительности. Автор трудов по квантовой механике, квантовой электродинамике и квантовой теории поля. Предложил релятивистское уравнение электрона, что объяснило спин, Ввел представление об античастицах. К другим известным результатам Дирака относятся статистическое распределение для фермионов, концепция магнитного монополя, гипотеза больших чисел, гамильтонова формулировка теории гравитации.
Дата рождения 29 июля 1904 - советский физик-теоретик. Работы относятся к ядерной физике, теории поля, синхротронному излучению, единой теории поля, теории гравитации, истории физики. Большинство работ выполнены совместно с крупнейшими физиками первой половины XX-го века. С Г. Гамовым вывел уравнение Шредингера, исходя из модели 5-мерного пространства. С Ландау рассматривал уравнение Клейна - Гордона, статистику Ферми - Дирака и геометрию Иваненко - Ландау - Кэлера. Рассматривал теорию мировых констант, предложил протон-нейтронную модель ядра
Игорь Васильевич Курчатов
Дата рождения 12 января 1903 - русский советский физик, «отец» советской атомной бомбы. Основатель и первый директор Института атомной энергии, главный научный руководитель атомной проблемы в СССР, один из основоположников использования ядерной энергии в мирных целях. Под его руководством был произведён взрыв первой советской атомной бомбы, разработана первая в мире водородная бомба и термоядерная бомба АН602 (Царь-бомба) рекордной мощности 52 000 кт. Занимался проблемой управляемого термоядерного синтеза. Руководил разработкой и строительством первой в мире атомной электростанцией.
Сергей Павлович Королев
Дата рождения 12 января 1907 - советский учёный, конструктор и организатор производства ракетно-космической техники и ракетного оружия СССР, основоположник практической космонавтики. Крупнейшая фигура XX века в области космического ракетостроения и кораблестроения. Создатель советской ракетно-космической техники, обеспечившей стратегический паритет и сделавшей СССР передовой ракетно-космической державой, ключевая фигура в освоении человеком космоса, создатель практической космонавтики. Осуществил запуск первого искусственного спутника Земли и первого космонавта Юрия Гагарина.
Подведем теперь итоги сложного и бурного, поистине революционного" развития физики в двадцатом столетии. Накануне нового столетия у физиков было чувство некоторой самоуспокоенности. Им казалось, что физика покоится на прочных основаниях, что основные факты физического мира уже открыты и предстоит только некоторое уточнение "за пределами шестого десятичного знака". У. Томсон (Кельвин) указывал, что на этом общем благополучном фоне есть только два легких облачка: опыт Майкельсона и проблема теплового излучения. Достаточно только справиться с этими в общем незначительными затруднениями - и физика достигнет полного благополучия, картина мира будет полностью ясна и понятна. А "понимание" физики в общем совпадало с "пониманием" в обычном житейском смысле этого слова. Еще в 1909 г. О. Лодж писал: "Под физическим "объяснением" понимают ясное определение факта или закона при помощи чего-либо такого, с чем нас познакомила повседневная жизнь" (курсив мой.- П. К.).
Он продолжает: "Все мы ближе всего знакомы, с самого юного возраста, с двумя, по-видимому, простыми вещами, с движением и силой. (Разрядка Лоджа.) Для каждой из этих вещей у нас есть непосредственное чувство... Движение и сила - это первые объекты нашего опыта и сознания; и посредством их все другие, менее знакомые вещи, с которыми нам приходится сталкиваться, могут быть понятно определены и охвачены. Всякий раз, когда вещь может быть таким способом ясно и определенно установлена, про нее говорят, что она объяснена или понятна (разрядка Лоджа), и считают, что мы обладаем "динамической теорией" ее... Динамическая теория признается в одно и то же время необходимой и достаточной" (разрядка моя.- П. К.).
Итак, понимание физики XIX столетия - это механическое понимание. Оно требует принципиальной наглядности физической теории, ее совпадения с чувственными образами, создаваемыми нашим сознанием в процессе повседневного опыта.
Первый итог равития физики XX столетия состоит в том, что она покончила с этим представлением о механическом миропонимании. В том же 1909 г., когда Лодж писал эти строки, В. И. Ленин в своей книге "Материализм и эмпириокритицизм" убедительно показал, что механический материализм является для физики пройденным этапом, что она вступила в новую, высшую фазу диалектико-материалистического понимания природы.
Ленин указывал, что новая физика лежит в родах диалектико-материалистического мировоззрения. Он первым увидел, что физика вступила в новую эпоху неисчерпаемого атома и электрона и переживает подлинную революцию, сопровождающуюся кризисом старого мировоззрения физиков!
История физики XX столетия - это история небывалой по своим масштабам научной революции.
Первый подготовительный этап этой революции приходится на начало века. В 1901-1917 гг. внешний ход развития физики, каким он рисуется по журнальной литературе того времени, еще сравнительно спокоен. Физика развивается темпами XIX столетия, физические работы классифицируются по разделам, установленным еще в этом столетии. Знаменитая работа Эйнштейна "К электродинамике движущихся сред" идет в реферативных журналах под рубрикой "Электромагнитная индукция". Но в этой привычной картине плавного хода физической науки и сказывалась революция.
В этот период создается специальная и общая теория относительности, опрокинувшая представления о пространстве, времени, тяготении, укоренившиеся со времен Ньютона. Вместе с тем эта теория завершала построение здания макроскопической классической физики. "Теорию относительности,- писал известный физик XX столетия М. Борн,- справедливо можно рассматривать как кульминационный пункт физики XIX столетия. Но она является также главной движущей силой современной физики, так как отвергает традиционные метафизические аксиомы, предположенные Ньютоном о природе пространства и времени, и утверждает право ученого строить свои идеи, включая философские концепции, согласно эмпирической ситуации. Таким образом, новая эра физической науки началась актом освобождения, подобным тому, который подорвал авторитет Платона и Аристотеля со времен Ренессанса".
Следующий революционный шаг этого периода - проникновение в мир атома. В 1911 г. Э. Резерфорд открыл ядерную структуру атома, в 1912 г. Лауэ, отец и сын Брегги доказали волновую природу рентгеновских лучей и открыли метод рентгенографического анализа структуры кристаллов. В 1913 г. Бор дал квантовую теорию атома водорода и нашел ключ к расшифровке таинственных спектральных закономерностей. Революционные идеи Бора о существовании квантованных уровней энергии в атоме были подтверждены в 1914 г. опытами Франка и Герца. В 1915 г. Зоммерфельд обобщил правила квантования Бора на эллиптические орбиты и с помощью идеи пространственного квантования истолковал эффект Зеемана. В 1917 г. Эйнштейн дал замечательный вывод формулы Планка, основанный на идее квантовых переходов, и окончательно остановился на квантовой теории света.
Создание теории относительности и квантовой модели атома - важнейшие итоги развития физики в начале XX столетия, определившие дальнейший ход ее истории.
К достижениям в области классической физики следует прибавить замечательные итоги экспериментальной физики.
Развитие физики низких температур отмечается открытием нового термодинамического закона Нернстом (1907) и открытием сверхпроводимости Камерлинг-Оннесом в 1911 г. Атомная и электронная физика также обогатились новыми достижениями, из которых прежде всего следует отметить классические опыты Милликена по определению заряда электрона (1909), изобретение счетчика Гейгера (1908), камеры Вильсона (1911), метода парабол Томсона (1913). Электронная лампа диод была изобретена Флемингом в 1904 г., триод - де Форестом в 1907 г. Катодный генератор незатухающих колебаний был изобретен Мейсснером в 1913 г. Наступала революция в физическом эксперименте, связанная с широким внедрением электроники.
Затем следует кратковременный период 1918-1925 гг. Это был период восстановления нормальной научной работы, нарушенной войной, восстановления международных научных связей, период становления советской физики. Внутренняя жизнь физики характеризуется дальнейшим прогрессом квантовой теории. Установление Бором принципа соответствия (1918) имело важное значение для всего последующего развития этой теории. Истолкование тонкой структуры спектральных линий и аномального эффекта Зеемана было дано в 1921 г. Ланде на основе формальной векторной модели. В этом же 1921 г. Штерн и Герлах провели свой замечательный опыт с молекулярными пучками по доказательству наличия магнитного момента у атомов. В эти же годы Бор разрабатывал теорию периодической системы и показал теоретически, что за группой редкоземельных элементов должен быть новый элемент. Этот элемент - гафний - был открыт в 1922 г. Хевеши и Костером.
В 1923 г. Комптон открыл эффект, носящий его имя, который получил наглядное теоретическое истолкование им самим и Дебаем с помощью идеи о фотоне как частице с определенной энергией и импульсом. Это открытие укрепило позиции квантовой теории света, но вместе с тем с еще большей остротой поставило вопрос о сочетании волновых и корпускулярных свойств света. В 1924 г. Де Бройль выдвинул идею о существовании волн материи. В том же 1924 г. Паули ввел новое квантовое "внутреннее" число, которое после введения в 1925 г. Юленбеком и Гаудсмитом гипотезы о вращающемся электроне получило значение "спинового" квантового числа. 1924 г. был также годом рождения новой квантовой статистики Бозе-Эйнштейна
Не менее важные события происходили в ядерной физике. В 1919 г. Резерфорд открывает первую ядерную реакцию. В том же году Астон, продолжая в Кембридже прерванные войной исследования, с помощью своего масс-спектрографа открывает изотопы стабильных элементов. Бомбардируя α-частицами легкие элементы, Резерфорд и Чедвик в 1921-1924 гг. получили реакции с ядрами всех элементов от бора до калия, за исключением углерода и кислорода. Все эти реакции были типа (α, р), т. е. ядра бомбардируемых атомов поглощали α-частицу и испускали протон. В ходе этих исследований Резерфорд пришел к выводу о существовании нейтрона и тяжелого водорода. Он полагал, что если бы удалось получить в массовом количестве частицы, обладающие энергией, сравнимой с энергией α-частиц или превосходящей ее, то дело расщепления ядер атома, "новая алхимия", как назвал ее Резерфорд, двинулось бы небывалыми темпами.
Крупные успехи выпали на долю радиоэлектроники. В 1918 г. Армстронг изобрел супергетеродин. Радиотехника начала осваивать коротковолновый диапазон. Триод стал ведущим прибором в электронной радиофизике. Теория этого прибора успешно разрабатывалась Баркгаузеном, Лэнгмюром, Иккльсоми другими в 1918-1920 гг.
С 1918 г. в России развивается электронная радиотехника. Большую роль при этом сыграла организованная в 1918 г. по указанию В. И. Ленина Нижегородская лаборатория. Здесь работали организаторы советской радиотехники - М. А. Бонч-Бруевич, Д. А. Рожанский, В. К. Лебединский, А. Ф. Шорин и другие. М. А. Бонч-Бруевич, применив водяное охлаждение анода, создал в 1920 г. мощные лампы. Мощность ламп повышалась из года в год и к 1923 г. составила 30 квт . В 1924 г. началось советское радиовещание.
Период 1918-1925 гг. был в полной мере периодом накопления сил перед решающим штурмом. Мировая физика пополнилась новым мощным отрядом советских физиков.
В полную силу работали такие физики, как Резерфорд, Бор, Эйнштейн, Планк, Зоммерфельд, Эренфест, Лауэ, Ланжевен, А. Ф. Иоффе, Д. С. Рождественский, на плечи которых лег переход к новой физике. В науку пришли молодые силы: Паули, Гейзенберг, Дирак, которые наряду с физиками более старшего возраста: Де Бройлем, Шредингером, Борном и в особенности Бором - совершили переворот в физическом мировоззрении.
Период 1926-1939 гг. был особенно важным в истории научной революции XX в. Уже в 1925 г. появилась первая работа Гейзенберга по новой квантовой механике и работа Дирака. В 1926 г. появились новые работы Гейзенберга и Дирака, первые статьи Шредингера, работы Борна и Иордана по разработке математического аппарата новой механики. Затем последовала работа по физическому осмысливанию квантовой механики. В результате были открыты статистическая интерпретация волновой функции Борном, принцип неопределенности Гейзенбергом и принцип дополнительности Бором.
Осенью 1927 г. на Сольвеевском конгрессе состоялась дискуссия тю основным проблемам квантовой механики. Оппонентами копенгагенской теории были Лорентц и Эйнштейн. Особенно острой была дискуссия между Бором и Эйнштейном. Эти дискуссии отражали тот факт, что в физику вторгалось новое мышление, в корне противоположное классическому миропониманию. И не удивительно, что такие представители классической физики, как Лорентц и Эйнштейн, не могли принять новых воззрений, в которых представители новой физики видели огромное достижение человеческой мысли. "Открытие принципа неопределенности,- говорил академик Л. Д. Ландау,- является, как мне кажется, одним из величайших триумфов человеческого ума. Этот принцип противоречит всему тому, во что мы привыкли верить на основании своих ощущений, к чему мы привыкли с раннего детства. Мы привыкли к большим масштабам - атома же никто из нас не видел своими глазами. Поэтому мы не можем ощутить своим внутренним чутьем, как происходит движение в атоме, и тем не менее изучить это движение научными методами оказывается возможным. Открытие принципа неопределенности показало, что человек в процессе познания природы может оторваться от своего воображения, он может открыть и осознать даже то, что ему не под силу представить. В этом - величайшая заслуга принципа неопределенности".
Вот как далеко ушла физика от лоджевского идеала понимания!
Приведем еще одно из высказываний Бора по поводу перемены в теоретических воззрениях физиков:
"Как известно,- пишет Бор,- поразительное развитие искусства физического экспериментирования не только устранило последние следы старого представления о том, что грубость наших чувств будто бы навсегда лишает нас возможности получить непосредственную информацию об индивидуальных атомах, но и достигло большего. Эти опыты показали, что сами атомы состоят из еще более мелких частиц, которые можно изолировать и чьи свойства можно исследовать в отдельности. В этом захватывающем поле исследований мы в то же время научились, однако, и тому, что известные до сих пор законы природы, составляющие великое здание классической физики, годятся, только если мы имеем дело с телами, состоящими из практически бесконечного числа атомов..."
"Насколько радикальна вызванная этим развитием физики перемена в наших взглядах на описание природы, видно яснее всего из того факта, что даже принцип причинности, до сих пор считавшийся непременной основой для всех толкований явлений природы, оказался слишком узким для того, чтобы охватить своеобразные закономерности, управляющие индивидуальными атомными процессами".
Бор указывает на ограниченность механического понимания причинности, такого, которое было дано еще Лапласом и которое, как правильно указывает Бор, считалось непременной основой объяснения природы, как его понимал, скажем, Лодж.
Атомные закономерности подчиняются другим причинным связям, существенно отличающимся от механической причинности. Представление о мире как гигантской машине, ход которой определен раз и навсегда, рухнуло и заменилось новым, неизмеримо более сложным пониманием мира, в котором статистическая закономерность играет основную роль.
На новом пути физика достигла огромных успехов. Полное описание спектральных закономерностей, прогресс в квантовой теории твердого тела, теории магнетизма, понимании химических связей и т. д. стали возможными только на основе квантовой механики. Замечательным достижением была теория электрона Дирака (1928), давшая теоретическое истолкование спина и постоянной тонкой структуры, содержащее в себе, как оказалось, предсказание существования античастиц. Дирак развил также теорию испускания, поглощения и рассеяния электромагнитного излучения. Отсюда началась квантовая электродинамика, первый этап которой связан с именами Ферми, Гейзенберга, Паули, Венцеля и других. Вместе с Ферми Дирак развил новую, квантовую статистику для частиц с полуцелым спином (1926). Новая теория экспериментально подтверждалась не только в известных уже явлениях (спектры атомов и молекул, дисперсия, электропроводность металлов, ферромагнетизм, α-распад и т. д.), но и в открытии новых фактов. К числу таких фактов относится открытие дифракции микрочастиц. Дифракция электронов была открыта в 1927-1928 гг. (Дэвиссон и Джермер в США, Д. П. Томпсон в Англии, П. С. Тартаковский в СССР), дифракция атомов гелия, атомов и молекул водорода - О. Штерном в 1929 г. и Джонсоном в 1931 г. На этой почве возникла электронная микроскопия (Кноль и Руска, 1931). Первые промышленные микроскопы появились в 1939 г.
Новый оптический эффект - комбинационное рассеяние света - был открыт Раманом в Индии и Мандельштамом и Ландсбергом в СССР в 1928 г. Другое явление - эффект Черепкова-Вавилова было открыто в лаборатории академика С. И. Вавилова в 1934 г. Период 1926-1939 гг. был периодом становления не только квантовой механики, но и ядерной физики. До 1932 г. процессы, происходящие в ядре, описывались на основе протонно-электронной модели Резерфорда - М. Кюри. Исходя из этой модели, Гамов, Кондон и Гэрни в 1928 г. дали теорию α-распада, основанную на применении "туннельного эффекта" квантовой механики. Теория α-распада удовлетворительно объяснила эмпирическое правило Гейгера-Нуттола (1912), связавшего длину пробега, а следовательно, и энергию α-частиц с периодом полураспада. Однако β-распад представлял непреодолимые трудности для протонно-электронной модели. Это прежде всего трудности с моделью ядра азота, которая должна быть нечетной по существующей теории, в то время как эксперимент показывает ее четность ("азотная катастрофа"). Другая трудность - сплошной спектр γ-частиц, не удовлетворяющий закону сохранения энергии. Для преодоления этой трудности Паули предложил гипотезу нейтрино, на основе которой Ферми в 1934 г. развил теорию β-распада.
1930 г. был годом создания ускорителей. В этом году Кокрофт и Уолтон, используя идею умножения напряжения, предложенную Грейнахером в 1920 г., построили каскадный генератор. С протонами, ускоренными на этом ускорителе, они получили в этом году замечательную реакцию по расщеплению ядра лития. В этом же году Лоуренс нашел принцип циклотрона, первая модель которого была построена Лоуренсом и Ливингстоном в 1931 г. В 1931 г. был создан и ускоритель Ван-дер-Граафа. В 1928 г. Видероэ построил линейный ускоритель. Таким образом, тридцатые годы были годами возникновения техники ускорителей.
Но пока еще принципиальные открытия делались со старой техникой. В 1930 г. Боте и Беккер открыли проникающее излучение бериллия, возникающее при бомбардировке его α-частицами. Исследование этого явления супругами Ирэн и Фредериком Жолио-Кюри показало, что это излучение способно выбивать из водородосодержащих веществ протоны высокой энергии. Правильную интерпретацию этих опытов дал Чедвик, показавший, что это проникающее излучение представляет собой нейтроны (1932).
В том же, 1932 г. Д. Д. Иваненко и В. Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра, ставшую прочной базой ядерной физики.
В 1932 г. была открыта и первая античастица - позитрон. Она была открыта Андерсоном в США с помощью метода, предложенного Д. В. Скобельцыным: космические частицы фотографировались в камере Вильсона, помещенной в магнитном поле. В том же году Блэкстт и Оккиалини, применив камеру, автоматически действующую с помощью счетчиков, работающих по методу совпадений, не только подтвердили открытие Андерсона, но и зарегистрировали образование электронно-позитронных пар и ливней космических частиц.
Очень важным для развития ядерной физики оказался 1934 г. В этом году супруги Жолио-Кюри открыли искусственную радиоактивность, а Ферми начал свои знаменитые опыты по бомбардировке тяжелых элементов, и прежде всего урана нейтронами. В этом же году И. Е. Тамм и Д. Д. Иваненко предложили обменную теорию ядерных сил. Расчеты И. Е. Тамма показали, что обмен электронами не обеспечивает необходимой величины сил. В следующем году Юкава ввел гипотезу мезонного поля, предположив, что ядерные силы обусловлены обменом частицами с массой, промежуточной между массой электрона и протона. В 1937 г. Андерсон и Неддермейер открыли в космических лучах "μ-мезоны. Следует отметить, что со времен открытия позитрона до открытия антипротона в 1955 г. источником открытий новых частиц были космические лучи.
В 1936 г. появилась фундаментальная работа Б о р а о захвате нуклона ядром. Вместе с тем шло интенсивное обсуждение противоречивых результатов опытов Ферми по бомбардировке тяжелых ядер нейтронами. Дискуссия вокруг открытия так называемых "заурановых элементов" завершилась открытием в 1938-1939 гг. Ганом и Штрассманом деления урана. Начиналась эпоха атомной энергии.
Итак, в 1930-1939 гг. в ядерной физике произошли крупнейшие события. Были открыты нейтрон, позитрон, мезон, утвердилась гипотеза нейтрино. Были созданы первые ускорители частиц, открыта искусственная радиоактивность, деление урана. Были сделаны первые шаги в построении теории ядерных сил, создана капельная модель ядра, на основе которой было объяснено деление урана. Наука подошла вплотную к практическому использованию ядерной энергии.
Расцвет квантовой и ядерной физики не означает, что классическая физика перестала интенсивно развиваться. На базе успехов радиотехники сложилась и развилась новая отрасль классической физики - теория нелинейных колебаний. Работы А. М. Ляпунова по устойчивости движения и А. Пуанкаре по качественной теории дифференциальных уравнений получили новое мощное развитие. Л. И. Мандельштам, Н. Д. Папалекси, А. А. Андронов и другие советские физики и математики создали теорию нелинейных колебаний, ставшую прочной теоретической базой радиотехники и автоматики. Развивались и такие старые отрасли физики, как акустика, магнетизм, оптика. Существенную роль в их развитии сыграли новые экспериментальные средства электроники и такие новые отрасли науки и техники, как звуковое кино. Новая физика начала свой выход в технику. Звуковое кино, телевидение, фотоэлементы, фотоумножители, генераторы высокочастотных колебаний возникли в этот период.
В этот период с особенной силой выявилось общественное значение физики. Физические теории: теория относительности и квантовая механика - стали предметом широких философских дискуссий. В Советском Союзе шла напряженная работа по философскому осмысливанию результатов новой физики с позиций диалектического материализма. В фашистской Германии реакционеры типа Ленарда и Штарка объявили новую физику "неарийской". Таким образом, новая физика сделалась предметом острой идеологической борьбы. Особую роль в истории мировой физики играла советская физика. В годы первых пятилеток в СССР шло интенсивное строительство физических институтов и университетов. Реорганизованная Академия наук превратилась в штаб советской науки. Советская физика стала наукой сплошного фронта и уверенно вышла на передовые позиции. Работы А. Ф. Иоффе, П. Л. Капицы, И. В. Курчатова, Д. С. Рождественского, Л. Д. Ландау, Л. И. Мандельштама, И. Е. Тамма, С. И. Вавилова и многих других получили мировое признание. Таким образом, период 1926-1934 гг. был периодом создания квантовой механики, периодом становления ядерной физики, интенсивного развития классической (макроскопической) физики. Вместе с тем это был период повышения общественного значения физики, усиления ее роли в техническом прогрессе и в идеологии.
Следующий период, 1940-1955 гг., характеризуется прежде всего событиями второй мировой войны, оказавшей огромное влияние на ход мировой истории и на научно-технический прогресс. Во время мировой войны решилась проблема использования энергии деления урана и плутония. Вся работа по ядерной физике велась в обстановке строгой секретности, и это наложило отпечаток на всю историю военной и послевоенной физики. Только в 1955 г. на первой Женевской международной конференции по мирному использованию атомной энергии были рассекречены некоторые проблемы ядерной физики и техники. Таким образом, период 1940-1955 гг.- это период развития науки в обстановке секретности, отсутствия исчерпывающей международной научной информации, в обстановке милитаризации науки.
Вторая особенность этого периода - переход к индустриальным методам в развитии ядерной физики и физики элементарных частиц. В этот период были созданы исследовательские реакторы и мощные ускорители. Первый реактор мощностью 200 вт , работающий на естественном уране с графитовым замедлителем, был пущен группой Ферми в Чикаго в 1942 г. В 1943 г. были построены реакторы в Чикаго и Ок-Ридже. Советский реактор мощностью 350-600 квт был пущен в 1949 г. Во Франции Жолио-Кюри создал реактор "ЗОЭ" в 1948 г. В том же году в Английском атомном центре в Хэруэлле был пущен реактор на 4000 квт с графитовым замедлителем и воздушным охлаждением. К 1955 г. в мире работало уже около 50 реакторов исследовательского типа. В 1954 г. в СССР была построена первая электростанция, работающая на ядерном горючем, которая стала своеобразной исследовательской лабораторией для разработки реакторов.
Наряду с реакторами в экспериментальную технику вводились машины для получения частиц высоких энергий: электронные синхротроны и бетатроны, синхроциклотроны и синхрофазотроны. В 1946 г. был пущен синхрофазотрон в Калифорнийском университете в Беркли, ускоряющий протоны до 350 Мэв. В 1949 г. вступил в строй советский синхроциклотрон (ныне синхроциклотрон Объединенного института ядерных исследований в Дубне), ускоряющий протоны до 680 Мэв. Это была крупнейшая машина такого типа. К 1955 г. в мире работало 20 синхроциклотронов и 10 электронных синхротронов. В 1952 г. вступил в строй Бринзавенский синхрофазотрон (космотрон),ускоряющий протоны до 3 Бэв (миллиардов электроновольт). В 1954 г. вступил в строй синхрофазотрон Калифорнийского университета, ускоряющий протоны до 6,2 Бэв. На этом синхрофазотроне в 1955 г. были получены антипротоны. Советский синхрофазотрон на 10 Бэв вступил в строй в 1957 г. Посетив Дубну в 1961 г., Н. Бор в следующих словах выразил свое впечатление от перехода старой, "ремесленной" физики к новой, "индустриальной":
"Это было действительно настоящим событием, что, я смог 50 лет назад наблюдать зарождение ядерной физики. Мне посчастливилось тогда присоединиться к группе вдохновляемых Резерфордом молодых ученых из многих стран. Я приехал в Манчестер спустя всего несколько месяцев после открытия атомного ядра.
Почти невозможно рассказать о той разнице, которая существует между физической наукой тех времен и наукой наших дней. Там, где раньше работали с очень примитивными приборами, теперь вследствие развития техники созданы такие сложные установки, какие есть в вашем большом институте. Удивительно видеть, как вместо очень простых теоретических средств в наши дни возникла замечательная математическая техника, позволившая накопить столь большие знания".
Оценивая гигантские ускорительные установки в Дубне, Бор сказал:
"Особенно глубокое впечатление произвели на меня замечательные гигантские установки. Их проектирование и строительство потребовали проникновения в самую суть вещей и, я бы даже сказал,- мужества".
В приведенном выше высказывании Бор упоминает о математической технике. Индустриализация проникла в такую, казалось бы, отвлеченную область, как математика. Электронные счетные машины, выполняющие логические операции, возникли из военных потребностей. Необходимо было разработать быстродействующие устройства, ведущие управление огнем зенитной артиллерии. Вследствие больших скоростей самолетов старые методы управления не годились. Американский математик Норберт Винер сформулировал в 1940 г. условия, которым должны удовлетворять такие машины:
- Эти машины должны быть цифровыми, как в обычном арифмометре.
- Эти устройства должны состоять не из механических частей, а электронных ламп. Это необходимо, чтобы обеспечить достаточно быстрое действие.
- В них должна использоваться двоичная, а не десятичная система счисления.
- Последовательность действия должна планироваться самой машиной так, чтобы человек не вмешивался в процесс решения задачи, с момента введения исходных данных до съема окончательных результатов. Все логические операции, необходимые для этого, должна выполнять сама машина.
- Машина должна содержать устройство для записывания данных. Это устройство должно быстро их записывать, надежно хранить до стирания, быстро считывать, быстро стирать их и немедленно подготавливать к записыванию нового материала.
Во время войны Пенсильванский университет в Филадельфии построил первую электронную вычислительную машину "Эниак" для вооруженных сил. Она была впервые публично продемонстрирована после войны в феврале 1946 г. Пенсильванский университет построил и вторую электронную вычислительную машину "ЭДВАК".
В 1948 г. вышла книга Винера, содержащая основы новой научной дисциплины,- кибернетики, выросшей из проблем, возникающих при устройстве "думающих" машин.
Работа над радиолокаторами ("радар") во время войны и электронными счетными машинами привела к полному перевороту в электронике. Уже к 1939 г. были построены генераторы колебаний сверхвысокой частоты: клистроны и магнетроны.
Применение сверхвысокой частоты потребовало разработки теории волноводов и новых типов антенн. На этой базе возникли радиоастрономия и радиоспектроскопия. Наконец, большое распространение получили полупроводниковые приборы.
На основе этих технических достижений появились успехи и в теоретической науке. Были открыты новые частицы π-мезоны, χ-мезоны, гипероны. Возникла новая отрасль физики - физика элементарных частиц. Открытие сдвига уровней в водородном спектре и дополнительного магнитного момента электрона стимулировали развитие квантовой электродинамики. Создание ускорителей вызвало к жизни физику высоких энергий, выдвинувшую проблемы структуры нуклонов и множественности рождения частиц. В конце периода возникла квантовая радиофизика. Поток новых открытий в науке и технике не оставлял сомнений в том, что мир вступил в полосу небывалой по своему размаху и социальным последствиям научно-технической революции. Важнейшее достижение этого периода - начало космической эры.
Дальнейшее развитие получила ядерная физика. Разработка проблемы управляемой термоядерной реакции привела к возникновению новых отраслей физики - физики плазмы и магнитной гидродинамики. Интенсивно развивается физика элементарных частиц.
Открытие несохранения четности было одним из фундаментальных открытий последнего периода. Но физиков не оставляет предчувствие, что они находятся еще только на пороге фундаментальных открытий. Существующие теории еще не в состоянии справиться с лавиной новых экспериментальных фактов.
Колоссально выросло общественное значение физики. Она превращается в могучую производительную силу. Ее достижения могут принести человечеству процветание, но они способны и уничтожить человечество. Человечество стоит перед дилеммой: идти по пути прогресса и процветания или погибнуть.
Люди науки лучше всех понимают грозную опасность, возникшую в связи с грандиозными открытиями физики. Отвечая на новогоднюю анкету журнала "Техника - молодежи", Э. Шредингер писал за несколько дней до своей смерти:
"Для меня существует сейчас только одна величайшая "проблема человечества": как сохранить мир и помешать новому применению адского оружия" ("Техника-молодежи", № 1, 1961). Н. Бор также отвечал в "Технике-молодежи" в августе 1961 г. на вопрос о проблеме № 1: "Наиболее важная проблема современности - это проблема исключения войны из взаимоотношений между людьми. С древних времен люди пытались войной решать свои судьбы. Мы пришли к такому положению, когда все главные проблемы могут и должны решаться мирно". И далее в своей статье "Единство человеческого знания" Бор писал: "Быстрый прогресс науки и техники в наши дни, представляющий одновременно и благо и угрозу общей безопасности, поставил перед человечеством новые проблемы. Всякое достижение в науке и технике увеличивает ответственность, но в настоящий момент, когда судьбы всех народов неразрывно связаны, сотрудничество и взаимопонимание необходимы более чем когда-либо в истории человечества".
Коммунистическая партия Советского Союза ведет неутомимую борьбу за мир, за исключение войны из жизни общества, за мирное сосуществование между народами. Эта политика отвечает чаяниям всего человечества.
Достижения физики 20 — 21 века открыли познания об элементарных частицах и их взаимодействии. До конца второй мировой войны только несколько частиц были известны, не было систематической теории, объясняющей их разнообразие и их свойства. Несмотря на успехи, достигнутые в 1930 даже ядерная физика была еще в зачаточном состоянии во многих отношениях. Ничего не было известно о составе нейтронов и протонов. Измерительные приборы были очень грубы с ограниченным диапазоном измерений.
Открытия новых частиц
За последние время был обнаружен целый «зоопарк» новых частиц, некоторые очень недолговечны. Для того чтобы исследовать такие частицы необходимо ускорение и разбиение их на другие частицы. Разработка новых ускорителей частиц, действующих при гораздо более высоких энергиях, было решающим фактором стремительного прогресса в физике элементарных частиц.
Для того чтобы отслеживать частицы до и после их взаимодействия с другими частицами в начале 1950-х годов был разработан ускоритель. Другие типы приборов обнаружения, как искровая камера или многопроволочная пропорциональная камера как детектор элементарных частиц, были разработаны и усовершенствованы позднее. Для того чтобы обнаруживать и измерять нейтрино, которые вряд ли вообще взаимодействуют с веществом, огромные помещения были построены глубоко под землей для устранения всех нежелательных излучений.
Физики-теоретики добились существенного прогресса в раскрытии принципов, регулирующих их взаимодействие. В начале 1960-х годов была разработана теория кварков (элементарных частиц входящих в состав протонов и нейтронов). Это открытие может объяснить многие из закономерностей более тяжелых частиц. Возможно открыто самое главное: новые принципы упорядочения частиц считаются основополагающими в физике.
В начале 21 века началось строительство ускорителя заряженных частиц адронного коллайдера.В настоящее время ученые с помощью коллайдера фиксируют результаты столкновения частиц на рекордных энергиях. С помощью этого ускорителя открыт бозон Хиггса.
Существование антиматерии
Еще один прорыв как достижения физики 20 века была экспериментальная демонстрация существования антиматерии. Материя и антиматерия быстро распадаются в чистую энергию. Это было предсказано, как теоретическое основание и предоставляет доказательства текущей теории фундаментальных законов природы.
Не следует забывать что, несмотря на прогресс в фундаментальной физике, все еще существует большой пробел в наших знаниях — разрыв, который необходимо заполнить.
Два главных столпа физики XX века: квантовая механика и общая теория относительности Эйнштейна, они взаимно несовместимы .
Их совместимость является абсолютно необходимым для последовательной физики, которая является целью дальнейшего теоретического прогресса. Эта цель может быть достигнута путем изменения, по крайней мере, одной из этих теорий существенным образом. Никто не знает к чему эта проблема может привести.
Ядерная физика
В 20 — 21 веке физика имеет огромное технологическое воздействие.
В результате развития атомной бомбы и как следствие увеличение знаний ядерной физики, были разработаны реакторы для производства электрической энергии путем использования тепла при реакции ядерного деления. С 1950 по это время мирное использование ядерной энергии было принято во всем мире. Многие промышленно развитые страны и некоторые развивающиеся страны сейчас используют ядерную энергию для производства электроэнергии.
Будущее ядерной энергии, однако, представляется несколько неопределенным из-за потенциально опасных радиоактивных отходов , которые она производит. Дальнейшие события в ядерной физике включают производство или обнаружение новых элементов, помимо уже известных.
Физическая оптика
Гигантские и фундаментальные шаги были сделаны в оптике. Это привело к разработке первого мощного электронного микроскопа в начале 1950-х годов. За ним последовал ионный микроскоп и сканирующий электронный микроскоп. Электронные микроскопы высокого разрешения обеспечивают проницательность в атомные структуры твердых тел.
В 1980-х годах был изобретен сканирующий микроскоп туннелирования. Это прототип сканирующего зондового микроскопа привел к разработке инструментов, которые позволяют визуализировать один атом. Родилась новая область технологии.
Сверхпроводимость
Сверхпроводимость была обнаружена в 1911.
При чрезвычайно низких температурах некоторые материалы теряют электрическое сопротивление. Таким образом, они могут проводить электричество без малейших потерь. Совершенно очевидно, что это явление имеет множество потенциальных технических приложений как, например, в чрезвычайно мощных магнитах. Но явление сверхпроводимости ученые не могли объяснить вплоть до второй половины 20 века.
В 1980-х впечатляющие успехи были достигнуты в производстве керамических материалов, которые демонстрируют сверхпроводимость при значительно более высоких температурах, чем ранее считалось возможным.
Изобретение лазера
В 1960 году был изобретен лазер. Он производит когерентный свет, который может быть направлен узким лучом. У лазеров оказались несметные технологические приложения. Они включают целый ряд различных измерительных приборов, таких как детекторы загрязнения воздуха, высокоскоростная фотография, новые запоминающие устройства для компьютеров, хирургические инструменты различных видов.
Открытие полупроводников
Возможно, наиболее распространенной научной инновацией и самым было открытие полупроводников.
Полупроводники, кристаллы, которые сочетают свойства электрических проводников и изоляторов. Исследования этих свойств привели к открытию транзистора в конце 1940-х.
Транзистор постепенно заменил вакуумные лампы и, в конце концов, в начале 1960-х годов, привел к интегральным микросхемам и микропроцессорам малого размера. Микропроцессоры имели огромное влияние на электротехнику. Их поразительная эффективность и размер вызвал множество приложений в самых различных областях. Чрезвычайно быстрое развитие компьютеров со значительно расширенной памятью стало возможным с появлением транзисторов, интегрированных в микропроцессорах. Практически все сегодняшние вычислительные и коммуникационные устройства основаны на этой технологии. Стоимость и размер вычислительной мощности была сокращена на несколько порядков. Кроме того при разработке и внедрении Интернета, который соединяет миллионы компьютеров сегодня, позволяет получить доступ к информации из всех уголков земного шара на беспрецедентном уровне и скорости. Масштабы потенциального воздействия современных информационных и коммуникационных технологий на общество могут быть сопоставимы с изобретением печатного станка.
Современные компьютеры и привели также к захватывающим достижениям в рамках фундаментальной науки, например в области искусственного интеллекта.
Еще одним событием, вытекающих из исследования полупроводников было изобретение фотоэлектрических ячеек , с помощью которых можно конвертировать свет в электрическую энергию. Они приносят надежду, что большую часть энергии необходимо будет преобразовывать непосредственно от солнца без значительного загрязнения.