История физики ХХ века



Заключение

Прошедший век, равно как и начало нынешнего характеризуется выдающими результатами достигнутыми в физике. Но количество нерешённых физических проблем по-прежнему велико, и это стимулирует деятельность физиков по дальнейшему развитию данной науки.

Приведем перечень основных проблем физики, составленный академиком Виталием Лазаревичем Гинзбургом. (Коментарии Виталия Лазаревича и библиографию см. в его нобелевской лекции - УФН, 174 (11), С.1240, 2004)

В.Л. Гинзбург. Список особенно важных и интересных проблем физики.

Макрофизика

Управляемый ядерный синтез.

Высокотемпературная и комнатнотемпературная сверхпроводимость.

Металлический водород. Другие экзотические вещества.

Двумерная электронная жидкость (аномальный эффект Холла и некоторые другие эффекты).

Некоторые вопросы физики твердого тела (гетероструктуры в полупроводниках, переходы металл--диэлектрик, волны зарядовой и спиновой плотности, мезоскопика).

Фазовые переходы второго рода и родственные им. Некоторые примеры таких переходов. Охлаждение (в частности, лазерное) до сверхнизких температур. Бозе-эйнштейновская конденсация в газах.

Физика поверхности. Кластеры.

Жидкие кристаллы. Сегнетоэлектрики.

Фуллерены. Нанотрубки.

Поведение вещества в сверхсильных магнитных полях.

Нелинейная физика. Турбулентность. Солитоны. Хаос. Странные аттракторы.

Разеры, гразеры, сверхмощные лазеры.

Сверхтяжелые элементы. Экзотические ядра.

Микрофизика

Спектр масс. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамика. Кварк-глюонная плазма.

Единая теория слабого и электромагнитного взаимодействия. W-+- и Z0-бозоны. Лептоны.

Стандартная модель. Великое объединение. Суперобъединение. Распад протона. Масса нейтрино. Магнитные монополи.

Фундаментальная длина. Взаимодействие частиц при высоких и сверхвысоких энергиях. Коллайдеры.

Несохранение СР-инвариантности.

Нелинейные явления в вакууме и в сверхсильных электромагнитных полях. Фазовые переходы в вакууме.

Струны. М-теория.

Астрофизика

Экспериментальная проверка общей теории относительности.

Гравитационные волны, их детектирование.

Космологическая проблема. Инфляция. L-член. Связь между космологией и физикой высоких энергий.

Нейтронные звезды и пульсары. Сверхновые звезды.

Черные дыры. Космические струны(?).

Квазары и ядра галактик. Образование галактик.

Проблема темной материи (скрытой массы) и ее детектирования.

Происхождение космических лучей со сверхвысокой энергией.

Гамма-всплески. Гиперновые.

Нейтринная физика и астрономия. Нейтринные осцилляции.

Три великих проблемы. Для известной полноты картины хочу упомянуть еще о трех проблемах (или круге вопросов), которые остались за пределами изложенного.

Во-первых, речь идет о возрастании энтропии, необратимости и «стреле времени». Во-вторых, это проблема интерпретации и понимания квантовой механики. И в-третьих, это вопрос о связи физики с биологией и, конкретно, проблема редукционизма.

Что касается «стрелы времени», не вижу каких-то новых экспериментов, могущих способствовать прогрессу в понимании. Интуитивно думаю, что важно несохранение СР, а тем самым и Т-инвариантности. Но все это еще недостаточно исследовано и осознано.

Хочу отметить, что обсуждение основ нерелятивистской квантовой механики сохраняет известную актуальность и не следует им пренебрегать. Значительная, если не подавляющая часть критиков квантовой механики не удовлетворены вероятностным характером части ее предсказаний. Они хотели бы, видимо, вернуться и при анализе микроявлений к классическому детерминизму и, наглядно говоря, узнать в конце концов, куда именно попадает каждый электрон в известных дифракционных опытах. Сейчас надеяться на это нет никаких оснований.

Теперь о связи физики с биологией. С конца XIX века и примерно до 60-х или 70-х годов XX века физика была, можно сказать, первой наукой, главной, доминирующей. Конечно, всякие ранги в науке условны, и речь идет лишь о том, что достижения физики в указанный период были особенно яркими и, главное, в значительной мере определяли пути и возможности развития всего естествознания. Развитие физики привело в середине XX века к известной кульминации -- овладению ядерной энергией и, к великому сожалению, созданию атомных и водородных бомб. Полупроводники, сверхпроводники, лазеры -- все это тоже физика, определяющая лицо современной техники и тем самым, в значительной мере, современной цивилизации. Но дальнейшее развитие фундаментальной физики, основ физики и, конкретно, создание кварковой модели строения вещества -- это уже физические проблемы, для биологии и других естественных наук непосредственного значения не имеющие. В то же время биология, используя в основном все более совершенные физические методы, быстро прогрессировала и, после расшифровки в 1953 году генетического кода, начала особенно бурно развиваться. Сегодня именно биология, особенно молекулярная биология, заняла место лидирующей науки. Можно не соглашаться с подобной терминологией и маловажным, по существу, распределением «мест» в науке. Я хочу лишь подчеркнуть факты, не всеми физиками, особенно в России, понимаемые. Для нас физика остается делом жизни, молодой и прекрасной, но для человеческого общества и его развития место физики заняла биология.

Мы полагаем в настоящее время, что знаем, из чего устроено все живое -- из электронов, атомов и молекул. Знаем строение атомов и молекул, а также управляющие ими и излучением законы. Поэтому естественна гипотеза о редукции -- возможности все живое объяснить на основе физики, уже известной физики. Конкретно, основными являются вопросы о происхождении жизни и появлении сознания (мышления). Образование в условиях, царивших на Земле несколько миллиардов лет назад, сложных органических молекул уже прослежено, понято и смоделировано. Казалось бы, переход от таких молекул и их комплексов к простейшим организмам, к их воспроизводству можно себе представить. Но здесь имеется какой-то скачок, фазовый переход. Проблема не решена, и я склонен думать, будет безоговорочно решена только после создания «жизни в пробирке».

О будущем нельзя не думать с завистью -- сколь много важного и интересного мы узнаем даже в ближайшие лет десять! Думаю, что в пределах 20-30 лет мы получим ответы на все упомянутые выше вопросы, за исключением, быть может, фундаментальных проблем физики элементарных частиц (суперструны и т. д.) и квантовой космологии вблизи классических сингулярностей. В этих двух направлениях я просто не берусь ничего предвидеть.

И еще. Распространенные в последние годы довольно пессимистические прогнозы в отношении развития физики и астрофизики в обозримое время представляются мне плодом недостаточной информированности, некомпетентности или просто недоразумения.

Приложение.

Рекомендуемые темы рефератов:

1. Физика Аристотеля.

2. Представления о строении вещества в античном мире.

3. Галилей: основные открытия.

4. Работы Ньютона по механике.

5. Развитие взглядов на природу света: от Гюйгенса до Эйнштейна.

6. Принцип относительности Галилея и трудности его обобщения на электродинамику и оптику.

7. Развитие волновой оптики в первой половине Х1Х века.

8. Работы Фарадея по электродинамике. Принцип близкодействия.

9. Теория электромагнитного поля Максвелла и ее экспериментальная проверка.

10. Гипотеза эфира: от Декарта до Эйнштейна.

11. Эйнштейн и специальная теория относительности.

12. Общая теория относительности: история возникновения и экспериментальные подтверждения.

13. История развития космологических представлений в 20-30-ые годы ХХ века.

14. Современные космологические представления и подтверждающие их факты.

15. Реликтовое излучение.

16. Развитие представлений о природе теплоты от Галилея до середины Х1Х века.

17. Развитие молекулярно-кинетической теории в Х1Х веке.

18. Открытие электрона.

19. Открытие рентгеновского излучение и исследование его природы.

20. Открытие радиоактивности: от Беккереля до Марии Кюри.

21. Развитие ядерной физики: от 1900 до 1920 года.

22. Открытие планетарной модели атома и модель Бора.

23. Исследования спектра излучения абсолютно черного тела и работы Планка 1900 года.

24. Гипотеза Эйнштейна о фотонной природе света и ее экспериментальная проверка.

25. Развитие ядерной физики: от 1920 до 1940 года. Модели атомного ядра.

26. История развития ядерной энергетики.

27. Развитие нерелятивистской квантовой физики: от Бора до Дирака.

28. Попытки построения релятивистской квантовой механики и причина их неудачи.

29. История создания квантовой электродинамики и изменение взглядов на природу вакуума.

30. Развитие физики элементарных частиц: от 1930 до 1970 годов.

31. Создание теории электрослабых взаимодействий и квантовой хромодинамики.

Вопросы к зачету:

Античная физика

Основание классической физики.

Классическая физика XIX века.

Основание современной физики

Теория относительности

Квантовая механика

Квантовая теория поля

Физика ядра

Физика элементарных частиц

Физика твердого тела

Атомные конденсаты

Нанотехнологии

Сверхпроводимость

Основные этапы развития квантовой оптики и квантовой электроники

Создание квантовых усилителей и квантовых генераторов.

Наиболее распространенные типы лазеров.

История развития вычислительной техники.

Проблемы современной физики

Управляемый термоядерный синтез.

Стандарты частоты и Великая Гребенка



Литература

1. Кудрявцев П. С. Курс истории физики. -- 2-е изд. -- М., 1982.

2. Кудрявцев П. С. История физики: В 3 т. -- М., 1956-- 1971.

3. Спасский Б. И. Курс истории физики: В 2 т. -- М., 1977.

4. Ильин В.Н. История физики: учебное пособие. - М.: Издательский центр «Академия», 2003.

5. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики: В 2 т. -- М., 1974-- 1979.

6. Голин Г. М., Филоновин С. Р. Классики физической науки: Хрестоматия. -- М., 1989.

7. Храмов Ю.А. Физики: Биографический справочник. -- М., 1983.

8. Храмов Ю.А. Биография физики: Хронологический справочник. -- Киев, 1983.

9. Храмов Ю.А. Научные школы в физике. -- Киев, 1987.

10. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. -- М., 1992.

11. Великие ученые XX века / Сост. Г. А. Булыка и др. -- М., 2001.

12. Шпольский Э. В. Очерки развития советской физики. -- М., 1967.

13. Очерки по истории развития ядерной физики в СССР. -- Киев, 1982.

14. Капица П.Л. Эксперимент, теория, практика. -3-е изд., доп. -- М., 1981.

15. Капица, Тамм, Семенов / В очерках и письмах. М. Вагриус, Природа, 1998.

16. Асташенков П. Т. Академик И. В. Курчатов. -- М., 1971.

17. Гамов Дж. Моя мировая линия: неформальная биография. -- М., 1994.

18. Павлова Г. Е., Федоров А. С. Михаил Васильевич Ломоносов. М., 1988.

19. Соминский М. С. Абрам Федорович Иоффе. -- М.; Л., 1965.

20. Соминский М. С. А. Г. Столетов. -- Л., 1970.

21. Хокинг С. Краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр. -- СПб., 2001.

22. Горобец Б. С. Круг Ландау. -- М., СПб,: «Летний сад», 2006.

23. Андроникашвили Э.Л. Воспоминания о жидком гелии. -Тбилиси, 1982.

24. Лауэ М. История физики. М. 1950.

25. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М. 1965.

26. Тригг Дж. Физика ХХ века: ключевые эксперименты. М., «Мир», 1978.

27. Steven Weinberg, “To Explain the World: The Discovery of Modern Science”, Harper Collins, 2015.

28. Сборник документов: Атомный проект СССР. // Под ред. Л.Д.Рябева//. Атомная бомба. 1945-1954. Т.2, кн.5. М.,2005, 976 с. Водородная бомба. 1945-1956. Т.3, кн.2. М., 2009. 602 с.

29. Кирюшкин В.Д. Правда о «Кузькиной матери».-Снежинск: Изд-во РФЯЦ ВНИИТФ. 2015. - 68 с.: ил.

30. Кирюшкин В.Д. РФЯЦ-ВНИИТФ в становлении атомной артиллерии СССР. - Снежинск: Изд-во РФЯЦ ВНИИТФ, 2011.- 204 с.: ил.

31. Широкорад А.Б. Атомный таран ХХ века. М.: Вече, 2005.-352 с.: ил.

32. Книжные серии: ЖЗЛ, «Люди науки», «Творцы науки и техники».

33. Сайт www//http.wikipedia.org/wiki. ru

34. Сайт www//http.delfi.ru

35. Сайт www//http.n-t.ru

36. Сайт www//http.elementy.ru

Размещено на Allbest.ru

...