Російські вчені фізики та їх відкриття. Вчені-фізики та їх винаходи
Опис презентації з окремих слайдів:
1 слайд
Опис слайду:
Великі фізики та їх відкриття. Підготувала учениця 7 «А» класу МБОУ ЗОШ №1 Сиром'ятнікова Юлія
2 слайд
Опис слайду:
Ісаак Ньютон (фізик) Народився: 4 січня 1643 р. Помер: 31 березня 1727 р. (84 роки) Англійський фізик, математик, механік і астроном, один із творців класичної фізики. Автор фундаментальної праці «Математичні засади натуральної філософії», в якому він виклав закон всесвітнього тяжіння та три закони механіки, що стали основою класичної механіки. Розробив диференціальне та інтегральне обчислення, теорію кольору, заклав основи сучасної фізичної оптики, створив багато інших математичних та фізичних теорій.
3 слайд
Опис слайду:
Відкриття І. Ньютона Ісаак Ньютон першим науково пояснив природу кольорових смуг, що виходять під час розкладання сонячного світла оптичною призмою. Він вважав, що біле сонячне світло є сумою світлових променів, що мають різну силу заломлення. Кожен такий світловий промінь викликає властиве лише йому враження. При проходженні білого світла через скляні призми він розкладається на прості кольорові промені. При проходженні через лінзу, що збирає, розкладені призмою кольорові промені збираються і знову утворюють біле світло. Нарешті, пропустивши кольорові промені через другу призму, Ньютон виявив, що вони далі не розкладаються. Ньютон був першим, хто розташував кольори спектра у формі кола. Він розрізняв у спектрі сім областей аналогічно семи щаблям октави. Термінологія, що вживалася Ньютоном позначення явищ кольору, була дуже точною. Він говорив, наприклад, не про червоні або зелені промені, а про світлові промені, які викликають відчуття червоного або зеленого кольору. Слід зазначити, що після відкриттів Ньютона оптика почала розвиватись дуже швидко. Він зумів узагальнити такі відкриття своїх попередників, як дифракція, подвійне заломлення променя та визначення швидкості світла. Але найвідомішим відкриттям Ньютона став закон всесвітнього тяжіння. Також він зміг довести, що сили гравітації поширюються як на земні, а й у небесні тіла. Ці закони були описані в 1687 після видання книги Ньютона, присвяченої використанню математичних методів у фізиці.
4 слайд
Опис слайду:
Галілео Галілей (астроном) Народився: 15 лютого 1564 р., Італія, Піза. Помер: 8 січня 1642 р., (77 років), Арчетрі. Італійський фізик, механік, астроном, філософ і математик, який вплинув на науку свого часу. Він першим використав телескоп для спостереження небесних тіл і зробив низку видатних астрономічних відкриттів. Галілей – засновник експериментальної фізики. Своїми експериментами він переконливо спростував умоглядну метафізику Аристотеля та заклав фундамент класичної механіки. За життя був відомий як активний прихильник геліоцентричної системи світу, що призвело Галілея до серйозного конфлікту з католицькою церквою.
5 слайд
Опис слайду:
Відкриття Г. Галілея Першим став використовувати поняття інертність. Вивів перетворення координат, які назвали його ім'ям. менш відповідну модель сонячної системи
6 слайд
Опис слайду:
Альберт Ейнштейн (фізик) Народився: 14 березня 1879 р. Помер: 18 квітня 1955 р. (76 років) Фізик-теоретик, один із засновників сучасної теоретичної фізики, лауреат Нобелівської премії з фізики 1921 року, громадський діяч. Жив у Німеччині, Швейцарії та США. Почесний доктор близько 20 провідних університетів світу, член багатьох Академій наук, зокрема іноземний почесний член АН СРСР.
7 слайд
Опис слайду:
Відкриття А. Ейнштейна Захоплення фізикою та математикою, постійні дослідження призводять до публікації низки статей зі статичної механіки, фізики молекул. Найбільш відомим вченням Ейнштейна є теорія відносності. Ця теорія була розвинена з урахуванням геометричної теорії відносності Лобачевського. До інших найбільших відкриттів вченого відносять роботи з фотоефекту, броунівського руху. Використовуючи квантову статистику Ейнштейн разом із фізиком Бозе відкрив п'ятий стан речовини, названий на їхню честь конденсатом Бозе-Ейнштейна.
8 слайд
Опис слайду:
Ломоносов Михайло Васильович (російський вчений) Народився: 19 листопада 1711 р., село Мишанінська (нині - село Ломоносове) Помер: 15 квітня 1765 р. (53 роки) Перший російський вчений-природознавець світового значення, енциклопедист, хімік і фізик; він увійшов у науку як перший хімік, який дав фізичній хімії визначення, дуже близьке до сучасного, і накреслив велику програму фізико-хімічних досліджень; його молекулярно-кінетична теорія тепла багато в чому передбачила сучасне уявлення про будову матерії та багато фундаментальних законів, серед яких одне з початків термодинаміки; заклав основи науки про скло. Астроном, приладобудівник, географ, металург, геолог, поет, філолог, художник, історик та генеалог, поборник розвитку вітчизняної освіти, науки та економіки. Розробив проект Московського університету, який згодом названий на його честь.
9 слайд
Опис слайду:
Відкриття М. Ломоносова Особливо Ломоносова приваблювала хімія та фізика. Російському вченому належить перше місце у світі історія закону збереження енергії та маси. Саме Ломоносов у 1748 році у своїй новій лабораторії відкрив один із основоположних законів природи – закон збереження матерії. Опубліковано цей закон було лише через 12 років. Ломоносов першим сформулював основи кінетичної теорії газів, хоча сьогодні багато хто пов'язує це відкриття з ім'ям Бернуллі. Михайло Васильович стверджував, що будь-яке тіло складається з найдрібніших частинок – атомів та молекул, які при охолодженні рухаються повільніше, а при нагріванні – швидше. Ломоносов відкрив таємницю гроз, природу північних сяйв і навіть зміг оцінити їхню висоту. Йому належить здогад про вертикальні атмосферні течії та оригінальна теорія кольорів.
10 слайд
Опис слайду:
Вавилов Микола Іванович (вчений) Народився: 25 листопада 1887 р., Москва Помер: 26 січня 1943 р. (55 років) Російський та радянський учений-генетик, ботанік, селекціонер, географ, академік АН СРСР, АН УРСР та ВАСГНІЛ. Президент, віце-президент ВАСГНІЛ, президент Всесоюзного географічного товариства, засновник та незмінний до моменту арешту директор Всесоюзного інституту рослинництва, директор Інституту генетики АН СРСР, член Експедиційної комісії АН СРСР, член колегії Наркомзему СРСР, член президії Всесоюзної асоціації сходознавства. У 1926-1935 рр. член Центрального виконавчого комітету СРСР, у 1927-1929 рр. - член Всеросійського Центрального Виконавчого Комітету, член Імператорського Православного Палестинського Товариства.
11 слайд
Опис слайду:
Відкриття Н. Вавілова Творець навчань про світові центри походження культурних рослин та про імунітет рослин, закону гомологічних рядів у спадковій мінливості організмів, мережі наукових установ з біології та суміжних наук
12 слайд
Опис слайду:
Марія Склодовська-Кюрі (фізик – хімік) Народилася: 7 листопада 1867 р., Варшава Померла: 4 липня 1934 р. (66 років) Французький вчений-експериментатор польського походження, педагог, громадський діяч. Удостоєна Нобелівської премії: з фізики та хімії, перший двічі нобелівський лауреат в історії. Заснувала Інститути Кюрі у Парижі та у Варшаві. Дружина П'єра Кюрі, разом із ним займалася дослідженням радіоактивності. Спільно з чоловіком відкрила елементи радій та полоній.
13 слайд
Опис слайду:
Відкриття М. Склодовської-Кюрі Марія Склодовська-Кюрі виділила чисту металеву радію, довівши, що це самостійний хімічний елемент. Вона отримала Нобелівську премію з хімії за це відкриття і стала єдиною жінкою у світі з двома Нобелівськими преміями.
14 слайд
Опис слайду:
Блез Паскаль (фізик - математик) Народився: 19 червня 1623 р., Клермон-Ферран Помер: 19 серпня 1662 р. (39 років) Французький математик, механік, фізик, літератор та філософ. Класик французької літератури, один із засновників математичного аналізу, теорії ймовірностей та проективної геометрії, творець перших зразків лічильної техніки, автор основного закону гідростатики.
15 слайд
Опис слайду:
Відкриття Б. Паскаля Дванадцять років свого короткого життя Паскаль віддає створенню лічильної машини (1640—1652). У неї він вклав усі свої знання з математики, механіки, фізики, таланту винахідника. За словами сестри Паскаля Жільберти, "ця робота дуже втомлювала брата, але не через напруження розумової діяльності і не через механізми, винахід яких не викликав у нього особливих зусиль, а через те, що робітники погано розуміли його". Паскалю нерідко самому доводилося братися за напильник і молоток або ламати голову над тим, як змінити відповідно до кваліфікації майстра складну конструкцію.
Аристотель (384-322 до н. Е..)
Аристотель – давньогрецький вчений енциклопедист, філософ та логік, засновник класичної (формальної) логіки. Вважається одним із найбільших геніїв в історії та найвпливовішим філософом давнини. Зробив величезний внесок у розвиток логіки та природничих наук, особливо астрономії, фізики та біології. Хоча багато його наукових теорій були спростовані, вони значно сприяли пошуку нових гіпотез їх пояснення.
Архімед (287–212 до н. е.)
Архімед - давньогрецький математик, винахідник, астроном, фізик та інженер. Як правило, вважається найбільшим математиком усіх часів і одним із провідних вчених класичного періоду античності. Серед його вкладу у галузі фізики - фундаментальні принципи гідростатики, статики та пояснення принципу дії на важіль. Йому приписують винахід новаторських механізмів, включаючи облогові машини та гвинтовий насос, названий на його честь. Архімед також винайшов спіраль, яка носить його ім'я, формули для розрахунку обсягів поверхонь обертання та оригінальну систему для вираження дуже великих чисел.
Галілео (1564–1642)
На восьмому місці в рейтингу найбільших вчених в історії світу знаходиться Галілео - італійський фізик, астроном, математик та філософ. Був названий «батьком спостережної астрономії» та «батьком сучасної фізики». Галілео став першим, хто використав телескоп для спостереження за небесними тілами. Завдяки цьому він зробив низку видатних астрономічних відкриттів, таких як відкриття чотирьох найбільших супутників Юпітера, сонячних плям, обертання Сонця, а також встановив, що Венера змінює фази. Ще він винайшов перший термометр (без шкали) та пропорційний циркуль.
Майкл Фарадей (1791-1867)
Майкл Фарадей – англійський фізик та хімік, насамперед відомий за відкриття електромагнітної індукції. Фарадей також відкрив хімічну дію струму, діамагнетизм, дію магнітного поля світла, закони електролізу. Ще він винайшов перший, хоч і примітивний електричний двигун, і перший трансформатор. Ввів терміни катод, анод, іон, електроліт, діамагнетизм, діелектрик, парамагнетизм та ін. У 1824 відкрив хімічні елементи бензол та ізобутилен. Деякі історики вважають Майкла Фарадея найкращим експериментатором в історії науки.
Томас Алва Едісон (1847-1931)
Томас Алва Едісон - американський винахідник та бізнесмен, засновник престижного наукового журналу Science. Вважається одним із найплодючіших винахідників свого часу з рекордною кількістю виданих патентів на його ім'я – 1093 у США та 1239 в інших країнах. Серед його винаходів - створення 1879 року електричної лампи розжарювання, системи розподілу електроенергії споживачам, фонографа, удосконалення телеграфу, телефону, кіноапаратури тощо.
Марі Кюрі (1867-1934)
Марія Склодовська-Кюрі – французький фізик та хімік, педагог, громадський діяч, піонер у галузі радіології. Єдина жінка лауреат Нобелівської премії у двох різних галузях науки - фізики та хімії. Перша жінка професор викладає в університеті Сорбонна. Її досягнення включають розробку теорії радіоактивності, методи поділу радіоактивних ізотопів та відкриття двох нових хімічних елементів – радію та полонію. Марі Кюрі є одним із винахідників, які загинули від своїх винаходів.
Луї Пастер (1822-1895)
Луї Пастер - французький хімік та біолог, один із засновників мікробіології та імунології. Відкрив мікробіологічну суть бродіння та багатьох хвороб людини. Ініціював новий відділ хімії – стереохімії. Найбільш важливим досягненням Пастера вважаються роботи з бактеріології та вірусології, в результаті яких були створені перші вакцини проти сказу та сибірки. Його ім'я широко відоме завдяки створеній ним та названій пізніше на його честь технології пастеризації. Усі роботи Пастера стали яскравим прикладом поєднання фундаментальних та прикладних досліджень у галузі хімії, анатомії та фізики.
Сер Ісаак Ньютон (1643–1727)
Ісаак Ньютон – англійський фізик, математик, астроном, філософ, історик, дослідник Біблії та алхімік. Є першовідкривачем законів руху. Сер Ісаак Ньютон відкрив закон всесвітнього тяжіння, заклав основи класичної механіки, сформулював принцип збереження імпульсу, заклав основи сучасної фізичної оптики, побудував перший телескоп-рефлектор і розвинув теорію кольору, сформулював емпіричний закон теплообміну, побудував теорію багато інших математичних та фізичних теорій. Ньютон також став першим, хто математично описав явище припливів.
Альберт Ейнштейн (1879-1955)
Друге місце у списку найбільших вчених в історії світу займає Альберт Ейнштейн - німецький фізик єврейського походження, один із найбільших фізиків-теоретиків ХХ століття, творець загальної та спеціальної теорії відносності, відкрив закон взаємозв'язку маси та енергії, а також багатьох інших значних фізичних теорій. Переможець Нобелівської премії з фізики у 1921 році за відкриття закону фотоелектричного ефекту. Автор понад 300 наукових праць з фізики та 150 книг та статей у галузі історії, філософії, публіцистики та ін.
Нікола Тесла (1856–1943)
Під час своїх експериментів Галілео виявив, що важкі предмети падають швидше за легені через менший повітряний опір: повітря заважає легкому об'єкту сильніше, ніж тяжкому.
Рішення Галілея перевірити закон Аристотеля стало поворотним моментом у науці, воно ознаменувало початок перевірки всіх загальноприйнятих законів досвідченим шляхом. Досліди Галілея з тілами, що падають, призвели до нашого початкового розуміння прискорення під дією гравітації.
Всесвітнє тяжіння
Кажуть, одного разу Ньютон сидів під яблунею в саду і відпочивав. Раптом він побачив, як з гілки впало яблуко. Цей простий інцидент змусив його задуматися, чому яблуко впало вниз, коли Місяць весь час залишався в небі. Саме в цей момент у мозку молодого Ньютона відбулося відкриття: він зрозумів, що на яблуко і Місяць діє єдина сила гравітації.
Ньютон уявив, що на весь фруктовий сад діяла сила, яка притягувала до себе гілки та яблука. Його важливіше те, що він поширив цю силу аж до Місяця. Ньютон зрозумів, що сила тяжіння є скрізь, до нього ніхто до цього не здогадувався.
Відповідно до цього закону, гравітація впливає на всі тіла у Всесвіті, включаючи яблука, місяці та планети. Сила тяжіння такого великого тіла, як Місяць, може провокувати такі явища, як припливи та відпливи океанів Землі.
Вода в тій частині океану, яка знаходиться ближче до Місяця, відчуває більше тяжіння, тому Місяць, можна сказати, перетягує воду з частини океану в іншу. А так, як Земля обертається у протилежному напрямку, ця затримана Місяцем вода виявляється далі за звичні береги.
Розуміння Ньютоном того, що кожен предмет має власну силу тяжіння, стало великим науковим відкриттям. Однак його справа була ще не завершена.
Закони руху
Візьмемо, наприклад, хокей. Б'єте ключкою по шайбі, і вона ковзає по льоду. Це перший закон: під впливом сили предмет рухається. Якби не було тертя об лід, то шайба ковзала б нескінченно довго. Коли ви б'єте ключкою по шайбі, надаєте їй прискорення.
Другий закон свідчить: прискорення прямо пропорційно доданої силі і обернено пропорційно масі тіла.
А відповідно до третього закону при ударі шайба діє ключку з такою ж силою, як ключка на шайбу, тобто. сила дії дорівнює силі протидії.
Закони руху Ньютона були сміливим рішенням пояснювати механіку Всесвіту, вони стали основою класичної фізики.
Другий закон термодинаміки
Наука про термодинаміку – це наука про тепло, яка перетворюється на механічну енергію. Від неї залежала вся техніка під час промислової революції.
Теплова енергія може бути перетворена на енергію руху, наприклад, шляхом обертання колінчастого валу або турбіни. Найважливіше виконати якнайбільше роботи, використовуючи якнайменше палива. Це найбільш економічно вигідно, тому люди почали вивчати принципи роботи парових двигунів.
Серед тих, хто займався цим питанням, був німецький вчений. У 1865 році він сформулював Другий закон термодинаміки. Відповідно до цього закону, за будь-якого енергетичного обміну, наприклад, під час нагрівання води в паровому котлі, частина енергії пропадає. Клаузіус ввів в обіг слово ентропія, пояснюючи за його допомогою обмежену ефективність парових двигунів. Частина теплової енергії втрачається під час перетворення на механічну.
Це твердження змінило наше розуміння того, як функціонує енергія. Не існує теплового двигуна, який був би ефективним на 100%. Коли ви їдете машиною, тільки 20% енергії бензину дійсно витрачається на рух. Куди подіється решта? На нагрівання повітря, асфальту та шин. Циліндри в блоці циліндрів нагріваються та зношуються, а деталі іржавіють. Сумно думати про те, наскільки марнотратні такі механізми.
Хоча Другий закон термодинаміки був основою промислової революції, наступне велике відкриття привело світ у новий, його сучасний стан.
Електромагнетизм
Вчені навчилися створювати магнітну силу за допомогою електрики, коли пустили струм із завитого дроту. В результаті вийшов електромагніт. Як тільки подається струм, виникає магнітне поле. Немає напруження – немає поля.
Електрогенератор у своїй найпростішій формі є витком дроту між полюсами магніту. Майкл Фарадей виявив, що коли магніт та дріт знаходяться на близькій відстані, по дроту проходить струм. За цим принципом працюють усі електрогенератори.
Фарадей вів записи про свої експерименти, але шифрував їх. Проте вони були гідно оцінені фізиком Джеймсом Клерком Максвеллом, який використав їх, щоб ще краще зрозуміти принципи електромагнетизму. Максвелл дозволив людству зрозуміти, як електрика розподіляється на поверхні провідника.
Якщо ви хочете знати, яким був би світ без відкриттів Фарадея і Максвелла, уявіть собі, що електрика не існує: не було б радіо, телебачення, мобільних телефонів, супутників, комп'ютерів і всіх засобів зв'язку. Уявіть собі, що ви в 19 столітті, бо без електрики ви саме там і опинилися б.
Здійснюючи відкриття, Фарадей і Максвелл не могли знати, що їхня праця надихнула одного юнака на розкриття таємниць світла і на пошук його зв'язку з найбільшою силою Всесвіту. Цим юнаком був Альберт Ейнштейн.
Теорія відносності
Ейнштейн одного разу сказав, що всі теорії слід пояснювати дітям. Якщо вони не зрозуміють пояснення, то теорія безглузда. Будучи дитиною, Ейнштейн якось прочитав дитячу книжку про електрику, тоді вона тільки з'являлася, і простий телеграф здавався дивом. Ця книжка була написана якимсь Бернштейном, в ній він пропонував читачеві уявити себе їде всередині дроту разом із сигналом. Можна сміливо сказати, що у голові Ейнштейна і зародилася його революційна теорія.
У юнацтві, натхненний своїм враженням від тієї книги, Ейнштейн уявляв, як він рухається разом із променем світла. Він обмірковував цю думку 10 років, включаючи в роздуми поняття світла, часу та простору.
У світі, який описував Ньютон, час і простір були відокремлені один від одного: коли на Землі 10 годин ранку, такий час був і на Венері, і на Юпітері, і по всьому Всесвіту. Час був тим, що ніколи не відхилявся і не зупинявся. Але Ейнштейн по-іншому сприймав час.
Час – це річка, яка звивається навколо зірок, сповільнюючись та прискорюючись. А якщо простір і час можуть змінюватися, то змінюються і наші уявлення про атоми, тіла і взагалі про Всесвіт!
Ейнштейн демонстрував свою теорію за допомогою так званих розумових експериментів. Найвідоміший із них – це «парадокс близнюків». Отже, ми маємо двох близнюків, один з яких відлітає в космос на ракеті. Так як вона летить майже зі швидкістю світла, час усередині неї сповільнюється. Після повернення цього близнюка на Землю виявляється, що він молодший від того, хто залишився на планеті. Отже, час у різних частинах Всесвіту йде по-різному. Це залежить від швидкості: чим швидше ви рухаєтеся, тим повільніше для вас іде час.
Цей експеримент певною мірою проводиться з космонавтами на орбіті. Якщо людина знаходиться у відкритому космосі, то час для неї йде повільніше. На космічній станції час іде повільніше. Цей феномен торкається і супутників. Візьмемо, наприклад, супутники GPS: вони показують ваше становище на планеті з точністю до кількох метрів. Супутники рухаються навколо Землі зі швидкістю 29000 км/год, тому до них можна застосувати постулати теорії відносності. Це потрібно враховувати, адже якщо в космосі годинник іде повільніше, то синхронізація із земним часом зіб'ється і система GPS не працюватиме.
E=mc 2
Ймовірно, це найвідоміша у світі формула. Теоретично відносності Ейнштейн довів, що з досягненні швидкості світла умови для тіла змінюються неймовірно: час сповільнюється, простір скорочується, а маса зростає. Чим вища швидкість, тим більша маса тіла. Тільки подумайте, енергія руху робить вас важчою. Маса залежить від швидкості та енергії. Ейнштейн уявив собі, як ліхтарик випромінює промінь світла. Достеменно відомо, скільки енергії виходить із ліхтарика. У цьому він показав, що ліхтарик став легшим, тобто. він став легшим, коли почав випромінювати світло. Значить E – енергія ліхтарика залежить від m – маси у пропорції, що дорівнює c 2 . Все просто.
Ця формула свідчила про те, що у маленькому предметі може бути укладена величезна енергія. Уявіть собі, що вам кидають бейсбольний м'яч, і ви його ловите. Чим сильніше його покинуть, тим більшою енергією він матиме.
Тепер щодо стану спокою. Коли Ейнштейн виводив свої формули, він виявив, що навіть у стані спокою тіло має енергію. Порахувавши це значення за формулою, ви побачите, що енергія воістину величезна.
Відкриття Ейнштейна було величезним науковим стрибком. То справді був перший погляд на потужність атома. Не встигли вчені повністю усвідомити це відкриття, як трапилося наступне, яке знову шокувало всіх.
Квантова теорія
Квантовий стрибок – найменший можливий стрибок у природі, причому його відкриття стало найбільшим проривом наукової думки.
Субатомні частинки, наприклад, електрони, можуть пересуватися з однієї точки до іншої, не займаючи простір між ними. У нашому макросвіті це неможливо, але лише на рівні атома – це закон.
Квантова теорія з'явилася на початку 20 століття, коли сталася криза в класичній фізиці. Було відкрито багато феноменів, які суперечили законам Ньютона. Мадам Кюрі, наприклад, відкрила радій, який сам собою світиться в темряві, енергія бралася з нізвідки, що суперечило закону збереження енергії. У 1900 році люди вважали, що енергія безперервна, і що електрику та магнетизм можна було нескінченно ділити на будь-які частини. А великий фізик Макс Планк зухвало заявив, що енергія існує у певних обсягах – квантах.
Якщо уявити, що світло існує тільки в цих обсягах, то стає зрозумілим багато феноменів навіть на рівні атома. Енергія виділяється послідовно та у певній кількості, це називається квантовим ефектомі означає, що енергія хвилеподібна.
Тоді думали, що Всесвіт був створений зовсім по-іншому. Атом уявлявся чимось, що нагадує кулю для боулінгу. А як може мати мати хвильові властивості?
У 1925 році австрійський фізик нарешті склав хвильове рівняння, яке описувало рух електронів. Несподівано стало можливим зазирнути всередину атома. Виходить, що атоми одночасно є і хвилями і частинками, але при цьому непостійними.
Чи можна визначити можливість того, що людина розділиться на атоми, а потім матеріалізується з іншого боку стіни? Звучить абсурдно. Як можна, прокинувшись уранці, опинитися на Марсі? Як можна піти спати, а прокинутися на Юпітері? Це неможливо, але ймовірність цього підрахувати цілком реально. Ця можливість дуже низька. Щоб це сталося, людині треба було б пережити Всесвіт, а ось у електронів це трапляється постійно.
Всі сучасні «чудеса» на кшталт лазерних променів та мікрочіпів працюють на підставі того, що електрон може знаходитись одразу у двох місцях. Як це можливо? Не знаєш, де точно знаходиться об'єкт. Це стало такою складною перешкодою, що навіть Ейнштейн кинув займатися квантовою теорією, він сказав, що не вірить, що Господь грає у Всесвіті в кістці.
Незважаючи на всю дивність і невизначеність, квантова теорія залишається поки що найкращим уявленням про субатомний світ.
Природа світла
Давні запитували: з чого складається Всесвіт? Вони вважали, що вона складається із землі, води, вогню та повітря. Але якщо це так, то що таке світло? Його не можна помістити в посудину, не можна доторкнутися до нього, відчути, він безформний, але скрізь навколо нас. Він одночасно скрізь і ніде. Усі бачили світло, але не знали, що це таке.
Фізики намагалися відповісти на це запитання упродовж тисячі років. над пошуком природи світла працювали найбільші уми, починаючи з Ісака Ньютона. Сам Ньютон використав сонячне світло, розділене призмою, щоб показати всі кольори веселки в одному промені. Це означало, що біле світло складається з променів усіх кольорів веселки.
Ньютон показав, що червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій та фіолетовий кольори можуть бути об'єднані у біле світло. Це спричинило його думку, що світло ділиться на частинки, які він назвав корпускулами. Так з'явилася перша світлова теорія- Корпукулярна.
Уявіть морські хвилі: будь-яка людина знає, що коли одна з хвиль стикається з іншою під певним кутом, обидві хвилі змішуються. Юнг зробив те саме зі світлом. Він зробив так, щоб світло від двох джерел перетиналося, і місце перетину було чітко видно.
Отже, тоді було всі дві світлові теорії: корпускулярна Ньютона і хвильова Юнга . І тоді за справу взявся Ейнштейн, який сказав, що, можливо, обидві теорії мають сенс. Ньютон показав, що світло має властивості частинок, а Юнг довів, що світло може мати хвильові властивості. Все це – дві сторони одного й того самого. Візьмемо, наприклад, слона: якщо ви візьмете його за хобот, то подумаєте, що це змія, а якщо обхопите його ногу, то вам здасться, що це дерево, але насправді слон має властивості і того, і іншого. Ейнштейн увів поняття дуалізму світла, тобто. наявності у світла властивостей як частинок, і хвиль.
Щоб побачити світ таким, яким ми знаємо його сьогодні, знадобилася робота трьох геніїв упродовж трьох століть. Без їхніх відкриттів ми, можливо, досі жили в ранньому Середньовіччі.
Нейтрон
Атом такий малий, що його важко собі уявити. В одну піщинку міститься 72 квінтильйони атомів. Відкриття атома призвело до іншого відкриття.
Про існування атома люди знали вже сто років тому. Вони думали, що електрони і протони поступово розподілені у ньому. Це назвали моделлю типу «пудинг із родзинками», тому що вважалося, що електрони були розподілені всередині атома як родзинки всередині пудингу.
На початку 20 століття провів експеримент із метою ще краще дослідити структуру атома. Він спрямовував на золоту фольгу радіоактивні альфа-частинки. Він хотів дізнатися, що станеться, коли альфа-частинки вдаряться об золото. Нічого особливого вчений не очікував, бо думав, що більшість альфа-часток пройдуть крізь золото, не відбиваючись і не змінюючи напряму.
Проте результат був несподіваним. За його словами, це було те саме, що вистрілити 380-мм снарядом шматком матерії, і при цьому снаряд відскочив би від неї. Деякі альфа-частинки одразу відскочили від золотої фольги. Це могло статися, тільки якби всередині атома була невелика кількість щільної речовини, вона не розподілена як родзинки в пудингу. Резерфорд назвав цю невелику кількість речовини ядром.
Чедвік провів експеримент, який показав, що ядро складається з протонів та нейтронів. І тому він використовував дуже розумний метод розпізнавання. Для перехоплення частинок, що виходили з радіоактивного процесу, Чедвік використовував твердий парафін.
Надпровідники
Лабораторія Фермі має один з найбільших у світі прискорювачів частинок. Це 7-кілометрове підземне кільце, в якому субатомні частинки прискорюються майже до швидкості світла, а потім стикаються. Це стало можливим лише після того, як з'явилися надпровідники.
Надпровідники були відкриті приблизно 1909 року. Голландський фізик на ім'я став першим, хто зрозумів, як перетворити гелій із газу на рідину. Після цього він міг використовувати гелій як морозильну рідину, адже він хотів вивчати властивості матеріалів при дуже низьких температурах. На той час людей цікавило те, як електричний опір металу залежить від температури – росте вона чи падає.
Він використав для дослідів ртуть, яку він умів добре очищати. Він поміщав її у спеціальний апарат, капаючи їй у рідкий гелій у морозильній камері, знижуючи температуру та вимірюючи опір. Він виявив, що чим нижча температура, тим нижчий опір, а коли температура досягла мінус 268 ° С, опір впав до нуля. За такої температури ртуть проводила б електрику без жодних втрат і порушень потоку. Це і називається надпровідністю.
Надпровідники дозволяють електропотоку рухатися без жодних втрат енергії. У лабораторії Фермі використовуються для створення сильного магнітного поля. Магніти потрібні для того, щоб протони та антипротони могли рухатися у фазотроні та величезному кільці. Їхня швидкість майже дорівнює швидкості світла.
Прискорювач частинок у лабораторії Фермі потребує неймовірно потужного живлення. Щомісяця на те, щоб охолодити надпровідники до температури мінус 270 °С, коли опір стає рівним нулю, витрачається електрика на мільйон доларів.
Тепер головне завдання – знайти надпровідники, які б працювали за більш високих температур і вимагали менше витрат.
На початку 80-х група дослідників швейцарського відділення компанії IBM виявила новий тип надпровідників, які мали нульовий опір при температурі на 100 ° С вище, ніж зазвичай. Звичайно, 100 градусів вище за абсолютно нуль – це не та температура, що у вас у морозильнику. Потрібно знайти такий матеріал, який був би надпровідником за нормальної кімнатної температури. Це був би найбільший прорив, який став би революцією у світі науки. Все, що зараз працює на електричному струмі, стало б набагато ефективнішим.З розробкою прискорювачів, які могли зіштовхувати субатомні частинки швидкості світла, людина дізналася про існування десятків інших частинок, куди розбивалися атоми. Фізики почали називати все це "зоопарком частинок".
Американський фізик Мюррей Гелл-Ман помітив закономірність у низці нововідкритих частинок «зоопарку». Він ділив частки по групам відповідно до звичайних характеристик. По ходу він ізолював найдрібніші компоненти ядра атома, у тому числі складаються самі протони і нейтрони.
Відкриті Гелл-Маном кварки були для субатомних частинок тим самим, чим була періодична таблиця для хімічних елементів. За своє відкриття у 1969 році Мюррею Гелл-Ману було присуджено Нобелівську премію в галузі фізики. Його класифікація найдрібніших матеріальних частинок упорядкувала весь їхній «зоопарк».
Хоча Гелл-Маном був упевнений у існуванні кварків, він не думав, що хтось зможе їх насправді виявити. Першим підтвердженням правильності його теорій були успішні експерименти його колег, проведені на Стенфордському лінійному прискорювачі. У ньому електрони відокремлювалися від протонів, і робився макрознімок протона. Виявилось, що в ньому було три кварки.
Ядерні сили
Наше прагнення знайти відповіді на всі питання про Всесвіт привело людину як до атомів і кварків, так і за межі галактики. Це відкриття – результат роботи багатьох людей протягом століть.
Після відкриттів Ісаака Ньютона та Майкла Фарадея вчені вважали, що у природи дві основні сили: гравітація та електромагнетизм. Але в 20 столітті було відкрито ще дві сили, об'єднані одним поняттям – атомна енергія. Таким чином, природних сил стало чотири.
Кожна сила діє у певному спектрі. Гравітація не дає нам відлетіти в космос зі швидкістю 1500 км/год. Потім у нас є електромагнітні сили – це світло, радіо, телебачення тощо. крім цього існую ще дві сили, поле дії яких дуже обмежене: є ядерне тяжіння, яке не дає ядру розпастися, і є ядерна енергія, яка випромінює радіоактивність і заражає все підряд, а також, до речі, нагріває центр Землі, саме завдяки їй центр нашої планети не остигає ось уже кілька мільярдів років – це дія пасивної радіації, яка переходь у тепло.
Як виявити пасивну радіацію? Це можливо завдяки лічильникам Гейгера. Частинки, які вивільняються, коли розщеплюється атом, потрапляють до інших атомів, у результаті створюється невеликий електророзряд, який можна виміряти. При виявленні лічильник Гейгера клацає.
Як виміряти ядерне тяжіння? Тут справа важча, тому що саме ця сила не дає атому розпастися. Тут нам потрібний розщеплювач атома. Потрібно буквально розбити атом на уламки, хтось порівняв цей процес зі скиданням піаніно зі сходів з метою розібратися в принципах його роботи, слухаючи звуки, які видає піаніно, ударяючись про сходинки.(weak force, слабка взаємодія) та ядерна енергія (strong force, сильна взаємодія). Останні дві називаються квантовими силами, їх опис можна поєднати у щось під назвою стандартної моделі. Можливо, це найпотворніша теорія в історії науки, але вона справді можлива на субатомному рівні. Теорія стандартної моделі претендує на те, щоб стати найвищою, але від цього вона не перестає бути потворною. З іншого боку, у нас є гравітація – чудова, чудова система, вона гарна до сліз – фізики буквально плачуть, бачачи формули Ейнштейна. Вони прагнуть об'єднати всі сили природи в одну теорію і назвати її "теорією всього". Вона об'єднала б усі чотири сили в одну суперсилу, яка існує від початку часів.
Невідомо, чи зможемо ми колись відкрити суперсилу, яка включала б у себе всі чотири основні сили Природи і чи зможемо створити фізичну теорію Усього. Але одне відомо точно: кожне відкриття веде до нових досліджень, а люди – найцікавіший вид на планеті – ніколи не перестануть прагнути розуміти, шукати та відкривати.
Однією з найдавніших і найважливіших наукових дисциплін є фізика - наука, що вивчає властивості матерії, основа всього природознавства.
Саме тому фізика вважається фундаментальною наукою. Інші природничі науки (біологія, хімія, геологія та ін) описують окремі класи матеріальних систем, які зрештою підпорядковуються фізичним законам.
Джеймс Ватт (1736 – 1819), шотландський фізик-винахідник, народився в Англії 19 січня 1736 року. Автор першого універсального парового двигуна, він не мав спеціальної освіти, спочатку він був кваліфікованим і талановитим майстром-інструментальником і служив при університеті в Глазго.
Дорога Ватта до світової слави починалася зі звичайної, рутинної роботи. Якось йому доручили відремонтувати модель парової машини Ньюкомена. Він ніяк не міг упоратися, доки не зрозумів, що причина не в поломці моделі, а в принципах, що лежать у її основі. Одного разу, під час прогулянки, Ватту прийшла ідея розділити конденсатор для охолодження пари та робочого циліндра. Використовуючи цей принцип, Ватт створює свою модель парового двигуна, яка досі зберігається в лондонському музеї. Завдяки своїй економічності, парова машина Ватта набула широкого поширення і мала велике значення при переході на машинне виробництво. У 1800-ті роки частка енергії, що виробляється в британській промисловості, значною мірою забезпечувалась паровими двигунами Ватта.
Джеймсом Ваттом введена перша одиниця потужності – кінська сила. Їм були сконструйовані також поширені надалі прилади: ртутний вакуумметр, відкритий ртутний манометр, водомірне скло для котлів, індикатор тиску. Також їм було винайдено копіювальне чорнило (1780), встановлено склад води (1781).
Олександр Грейам Белл (1847–1922) народився в Единбурзі, Шотландії. Він є винахідником телефону. Сім'я Белла із Шотландії переїхала до Канади, а пізніше до США. Белл не був за освітою ні фізиком, ні інженером-електриком. Він починав як помічник вчителя музики та ораторської майстерності, а пізніше працював з людьми, які втратили слух або страждали на дефекти мови.
Белл дуже прагнув допомогти цим людям. Велика любов до дівчини, яка втратила слух після хвороби, спонукала його сконструювати прилади та пристрої, за допомогою яких він демонстрував глухим артикуляцію мови. У Бостоні він відкрив навчальний заклад, де готував викладачів для глухих. У 1893 р. А. Белл отримує звання професора фізіології органів мовлення університету Бостона. Згодом він поглиблено вивчає фізику людської мови, акустику і незабаром починає ставити досліди, використовуючи апарат, у якому мембрана передає звукові коливання. Він поступово підходив до ідеї створення телефону, який дозволить передачу різних звуків, якщо вдасться викликати коливання електричного струму, які відповідають інтенсивності коливань повітря, виробленим цим звуком.
Незабаром А. Белл змінює напрямок своєї діяльності і розпочинає роботу над створенням телеграфу, який мав би можливість передавати кілька текстів одночасно. Під час цієї роботи випадковість допомогла відкрити явище, завдяки якому було винайдено телефон.
Одного разу помічник Белла витягував платівку в пристрої, що передає. У приймальному пристрої в цей час Белл почув деренчання. Як з'ясувалося, цією платівкою замикався і розмикався електричний ланцюг. Белл поставився дуже уважно до цього спостереження. Через кілька днів було зроблено перший телефонний апарат, який складався з невеликої мембрани, зробленої з барабанної шкіри, та сигнального ріжка для посилення звуку. Саме цей апарат і став прабатьком усіх телефонних апаратів.
Однією з основних наук нашої планети є фізика та її закони. Щодня ми користуємося благами вчених фізиків, які вже багато років працюють для того, щоб життя людей ставало комфортнішим і кращим. Існування всього людства побудовано на законах фізики, хоча ми про це й не замислюємось. Завдяки кому у нас у будинках горить світло, ми можемо літати на літаках небом і плавати безкрайніми морями і океанами. Про вчених, що присвятили себе науці, ми й поговоримо. Хто ж найвідоміші фізики, чиї роботи змінили наше життя назавжди. Великих фізиків безліч в історії людства. Про сім із них ми й розповімо.
Альберт Ейнштейн (Швейцарія) (1879-1955)
Альберт Ейнштейн один із найбільших фізиків людства народився 14 березня 1879 року в німецькому місті Ульм. Великого фізика-теоретика можна назвати людиною світу, йому довелося жити у лихоліття для всього людства під час двох світових воєн і часто переїжджати з однієї країни в іншу.
Ейнштейн написав понад 350 робіт з фізики. Є творцем спеціальної (1905) та загальної теорії відносності (1916), принципу еквівалентності маси та енергії (1905). Розробив безліч наукових теорій: квантового фотоефекту та квантової теплоємності. Разом з Планком, розробив основи квантової теорії, які є основою сучасної фізики. Ейнштейн має велику кількість премій за свою працю в галузі науки. Вінцем усіх нагород виступає Нобелівська премія з фізики, отримана Альбертом у 1921 році.
Нікола Тесла (Сербія) (1856-1943)
Народився відомий фізик-винахідник у невеликому селі Смілян 10 липня 1856 року. Роботи Тесли набагато випередили час, коли жив учений. Миколу називають батьком сучасної електрики. Він зробив безліч відкриттів, і винаходів отримавши понад 300 патентів на свої твори у всіх країнах, де працював. Нікола Тесла був не тільки фізиком теоретиком, а й блискучим інженером, який створював і випробовував свої винаходи.
Тесла відкрив змінний струм, бездротову передачу енергії, електрики, його роботи призвели до відкриття рентгена, створив машину, яка викликала коливання поверхні землі. Нікола передбачав настання ери роботів, здатних виконувати будь-яку роботу. Через свою екстравагантну манеру поведінки не здобув визнання за життя, але без його робіт важко уявити повсякденне життя сучасної людини.
Ісаак Ньютон (Англія) (1643-1727)
Один із батьків класичної фізики народився 4 січня 1643 року в містечку Вулсторп у Великій Британії. Був спочатку учасником, а згодом головою королівського товариства Великобританії. Ісаак сформував та довів головні закони механіки. Обґрунтував рух планет Сонячної системи навколо Сонця, а також настання припливів та відливів. Ньютон створив фундамент для сучасної оптики. З величезного списку робіт великого вченого, фізика, математика і астронома виділяються дві роботи одна з яких була написана в 1687 і «Оптика», що вийшла з-під пера в 1704 році. Верхом його робіт є відомий навіть десятирічному малюкові закон всесвітнього тяжіння.
Стівен Хокінг (Англія)
Найвідоміший фізик сучасності з'явився на нашій планеті 8 січня 1942 в Оксфорді. Освіта Стівен Хокінг отримував в Оксфорді та Кембриджі, де й викладав надалі, також працював у Канадському Інституті теоретичної фізики. Головні роботи його життя пов'язані з квантовою гравітацією та космологією.
Хокінг досліджував теорію виникнення світу внаслідок Великого вибуху. Розробив теорію зникнення чорних дірок, внаслідок явища, що отримав на його честь назву-випромінювання Хокінга. Вважається основоположником квантової космології. Член найстарішого наукового товариства, до якого входив ще Ньютон, Лондонського королівського товариства протягом довгих років, вступивши до нього в 1974 році, і вважається одним із наймолодших членів прийнятих у суспільство. Усіми силами долучає до науки сучасників за допомогою своїх книг та беручи участь у телепередачах.
Марія Кюрі-Склодовська(Польща, Франція)(1867-1934)
Найвідоміша жінка фізик з'явилася на світ 7 листопада 1867 року в Польщі. Закінчила престижний університет Сорбонна, в якому вивчала фізику та хімію, а згодом стала першою жінкою-викладачем в історії Альма-матер. Разом зі своїм чоловіком П'єром та відомим фізиком Антуаном Анрі Беккерелем вивчали взаємодію солей урану та сонячного світла, внаслідок експериментів отримали нове випромінювання, яке було назване радіоактивністю. За це відкриття разом зі своїми колегами здобула Нобелівську премію з фізики 1903 року. Марія складалася в багатьох наукових товариствах по всій земній кулі. Назавжди увійшла в історію як перша людина, яка отримала Нобелівську премію, за двома номінаціями хімії в 1911 і фізикою.
Вільгельм Конрад Рентген (Німеччина) (1845-1923)
Рентген уперше побачив наш світ місті Леннеп, у Німеччині 27 березня 1845 року. Викладав у Вюрцбурзькому університеті, де 8 листопада 1985 року та зробив відкриття, яке змінило життя всього людства назавжди. Йому вдалося відкрити ікс-випромінювання, яке згодом отримало назву на честь вченого — рентгенівське. Його відкриття стало поштовхом до появи цілого ряду нових течій у науці. Вільгельм Конрад увійшов до історії як перший володар Нобелівської премії з фізики.
Андрій Дмитрович Сахаров (СРСР, Росія)
21 травня 1921 року народився майбутній творець водневої бомби. Сахаров написав чимало наукових праць на тему елементарних частинок та космології, з магнітної гідродинаміки та астрофізики. Але головним його досягненням є створення водневої бомби. Сахаров був геніальним фізиком історія не лише величезної країни СРСР, а й світу.
