Aronov R.A., Shemyakinsky V.M. Dva pristupa problemu odnosa geometrije i fizike // Filozofija znanosti. Vol. 7: Formiranje moderne prirodoslovne paradigme - M.: , 2001

U suvremenoj fizici prevladavajuće mišljenje najjasnije je izrazio W. Heisenberg u članku “Razvoj pojmova u fizici dvadesetog stoljeća”: Einsteinov pristup problemu odnosa između geometrije i fizike “precijenio je mogućnosti geometrije”. gledište. Zrnasta struktura materije posljedica je kvantne teorije, a ne geometrije; kvantna teorija tiče se vrlo temeljnog svojstva našeg opisa prirode, koje nije bilo sadržano u Einsteinovoj geometrizaciji polja sile.”

Naravno, može se raspravljati je li Einsteinov pristup precijenio mogućnosti geometrijskog gledišta ili ih nije precijenio. Ali čini se sigurnim da je Heisenbergova izjava: "granularna struktura materije posljedica kvantne teorije, a ne geometrije" netočna. Materija ima strukturu prije, izvan i neovisno o bilo kojoj teoriji. Što se tiče geometrije, iako je iz konteksta Heisenbergova članka nejasno o čemu točno govorimo - o epistemološkom aspektu problema (o geometriji kao fragmentu matematike ili o ontološkom (o geometriji realnog prostora), ipak, u oba slučaja struktura materije nije posljedica geometrije. U prvom, iz istog razloga iz kojeg nije posljedica kvantne teorije, jer je sama geometrija realnog prostora jedan od aspekata struktura materije.

Istina je, naravno, da kvantna teorija odražava takva svojstva prirode, informacije o kojima nisu bile sadržane u Einsteinovoj geometrizaciji polja sile. Ali geometrijska točka gledišta i specifičan oblik u kojem je predstavljena u Einsteinovom pokušaju geometriziranja polja sila nikako nisu ista stvar. U konačnici, upravo je potonja okolnost presudila da je uspješna implementacija geometrijskog gledišta u općoj teoriji relativnosti (OTR) potaknula potragu za fizikalnom teorijom koja bi, temeljena na metričkim i topološkim svojstvima realnog prostora i vremena, , mogao bi ponovno stvoriti (a time i objasniti) ponašanje i svojstva elementarnih čestica.

kvantne pojave. Većina fizičara nedvojbeno će odgovoriti odlučnim "ne", jer vjeruju da se kvantni problem mora riješiti na bitno drugačiji način. Bilo kako bilo, kao utjeha nam ostaju Lessingove riječi: “Želja za istinom vrednija je, vrjednija od njezinog pouzdanog posjedovanja.”

Dapače, matematičke poteškoće same po sebi ne mogu poslužiti kao argument protiv smjera razvoja fizike kojeg je slijedio Einstein. Druga područja suočavaju se sa sličnim poteškoćama, jer (kao što je primijetio Einstein) fizika nužno prelazi s linearnih teorija na suštinski nelinearne. Glavni problem je može li geometrizirana slika polja fizičkog svijeta objasniti atomsku strukturu materije i zračenja, kao i kvantne fenomene, te može li ona, načelno, biti dovoljna osnova za adekvatnu refleksiju kvantnih fenomena. Čini nam se da povijesna, znanstvena i filozofska analiza potencijala sadržanih u pristupima Poincaréa i Einsteina može rasvijetliti neke aspekte ovog problema.

Opće je poznata prekrasna rečenica P.S. Laplacea da ljudski um nailazi na manje poteškoća kada ide naprijed nego kada ide dublje u sebe. Ali kretanje naprijed nekako je povezano s produbljivanjem uma u sebe, s promjenom temelja, stila i metoda, s revizijom vrijednosti i svrhe znanstvenog znanja, s prijelazom s uobičajene paradigme na novu, više kompleksan i upravo zbog toga sposoban obnoviti izgubljenu korespondenciju razuma i stvarnosti.

Jedan od prvih koraka na tom putu, kao što znamo, bilo je neempirijsko opravdanje neeuklidskih geometrija koje je dao “Erlangenski program” F. Kleina, što je bio jedan od preduvjeta za oslobađanje fizičkog mišljenja od okova prostornog. sliku svijeta i razumijevanje geometrijskog opisa ne kao opisa arene fizičkih procesa, već kao adekvatnog objašnjenja dinamike fizičkog svijeta. Ovo ponovno promišljanje uloge geometrije u fizičkoj spoznaji u konačnici je dovelo do izgradnje programa za geometrizaciju fizike. Međutim, put do ovog programa ležao je kroz konvencionalizam Poincaréa, koji je proširio Kleinovu metodu invarijantnih grupa na fiziku.

U rješavanju problema odnosa geometrije i fizike, Poincaré se oslanjao na koncept “Erlangenskog programa”, koji se temelji na ideji geometrije kao apstraktne znanosti, koja sama po sebi

ne odražava zakone vanjskog svijeta za sebe: “Matematičke teorije nemaju za cilj otkriti nam pravu prirodu stvari; takva bi tvrdnja bila nepromišljena. Njihova jedina svrha je sistematizirati fizičke zakone koje učimo iz iskustva, ali koje ne bismo mogli ni izraziti bez pomoći matematike.”

S ovim pristupom, geometrija očito izmiče eksperimentalnoj provjeri: “Ako je geometrija Lobačevskog valjana, tada će paralaksa vrlo udaljene zvijezde biti konačna; ako je Riemannova geometrija valjana, onda će biti negativna. Čini se da su ovi rezultati podložni eksperimentalnoj provjeri; i nadali su se da bi astronomska promatranja mogla odlučiti o izboru između tri geometrije. Ali ono što se u astronomiji naziva ravnom linijom jednostavno je putanja svjetlosne zrake. Ako bi, dakle, iznad očekivanja bilo moguće otkriti negativne paralakse ili dokazati da su sve paralakse veće od poznate granice, tada bi se ponudio izbor između dva zaključka: mogli bismo ili napustiti euklidsku geometriju ili promijeniti zakone optike i priznajte da svjetlost ne putuje točno pravocrtno."

Poincaré tumači početnu premisu fizikalnog znanja - fizika proučava materijalne procese u prostoru i vremenu - ne kao investicijski odnos (prostor i vrijeme su, prema Newtonu, spremnici materijalnih procesa), već kao odnos između dvije klase pojmova: geometrijskog , koji nisu izravno provjereni u iskustvu, a zapravo fizikalni, logički ovisni o geometrijskim, ali usporedivi s rezultatima pokusa. Za Poincaréa, jedini predmet fizičkog znanja su materijalni procesi, a prostor se tumači kao apstraktna raznolikost, predmet matematičkog istraživanja. Kao što sama geometrija ne proučava vanjski svijet, tako ni fizika ne proučava apstraktni prostor. Ali bez odnosa prema geometriji nemoguće je razumjeti fizičke procese. Geometrija je preduvjet fizičke teorije, neovisno o svojstvima objekta koji se opisuje.

U eksperimentu se zajedno ispituju samo geometrija (G) i fizikalni zakoni (F), pa je stoga unutar istih eksperimentalnih činjenica moguća proizvoljna podjela na (G) i (F). Otuda Poincaréov konvencionalizam: neodređeni odnos geometrije prema iskustvu dovodi do nijekanja ontološkog statusa i geometrije i fizikalnih zakona i njihovog tumačenja kao uvjetovanih konvencija.

Prilikom konstruiranja specijalne teorije relativnosti (STR) Einstein je polazio od kritičkog stava prema klasičnom konceptu materije kao tvari. Ovakav pristup odredio je tumačenje konstantnosti brzine svjetlosti kao atributne karakteristike polja. S Einsteinove točke gledišta, načelo postojanosti nije

brzina svjetlosti zahtijeva mehaničko opravdanje i tjera na kritičku reviziju koncepata klasične mehanike. Ovakva epistemološka formulacija problema dovela je do spoznaje proizvoljnosti pretpostavki o apsolutnom prostoru i vremenu, na kojima se temelji kinematika klasične mehanike. Ali ako je za Poincaréa proizvoljnost ovih pretpostavki očita, onda je za Einsteina ona posljedica ograničenja svakodnevnog iskustva na kojem se te pretpostavke temelje. Za Einsteina nema smisla govoriti o prostoru i vremenu bez osvrta na te fizičke procese koji im sami daju određeni sadržaj. Stoga bi fizikalni procesi koji se ne mogu objasniti na temelju uobičajenih klasičnih pojmova prostora i vremena bez dodatnih umjetnih hipoteza trebali dovesti do revizije tih pojmova.

Dakle, iskustvo je uključeno u rješavanje Poincaréova problema: „Upravo one okolnosti koje su nam prije stvarale bolne poteškoće vode nas na pravi put nakon što steknemo veću slobodu djelovanja napuštanjem tih proizvoljnih pretpostavki. Pokazalo se da upravo ta dva, na prvi pogled, nespojiva postulata na koja nam ukazuje iskustvo, a to su: načelo relativnosti i načelo konstantnosti brzine svjetlosti, dovode do vrlo određenog rješenja problema transformacija koordinata. i vrijeme.” Dakle, ne svođenje na poznato, nego kritički odnos prema njemu, nadahnut iskustvom, uvjet je ispravnog rješenja fizičkog problema. Upravo je takav pristup omogućio Einsteinu da Lorentzovim transformacijama da odgovarajuće fizičko značenje, koje ni Lorentz ni Poincaré nisu primijetili: prvi je bio sputan epistemološkim stavom metafizičkog materijalizma, utemeljenim na nekritičkom odnosu prema fizičkoj stvarnosti, drugi - konvencionalizam, koji kombinira kritički stav prema prostorno-vremenskim prikazima klasične mehanike s nekritičkim stavom prema njezinom konceptu materije.

“Oslobađanje pojma polja od pretpostavke njegove povezanosti s mehaničkim nositeljem odrazilo se na psihološki najzanimljivije procese u razvoju fizičke misli”, napisao je Einstein 1952. godine, prisjećajući se procesa nastanka SRT-a. Počevši od radova M. Faradaya i J. C. Maxwella pa sve do radova Lorentza i Poincaréa, svjesni cilj fizičara bila je želja za jačanjem mehaničke osnove fizike, iako je objektivno taj proces doveo do formiranja samostalnog koncepta fizike. Polje.

Riemannov koncept geometrije s promjenjivom metrikom. Riemannova ideja o povezanosti metrike i fizičkih uzroka sadržavala je stvarnu mogućnost konstruiranja fizikalne teorije koja isključuje ideju praznog prostora koji ima zadanu metriku i može utjecati na materijalne procese, a da ne bude podložan suprotnom učinku.

Izravno utjelovljujući ovu Riemannovu ideju u fizikalnoj teoriji, koristeći se Riemannovom geometrijom, koja isključuje fizičko značenje koordinata, GTR precizno daje fizikalnu interpretaciju Riemannove metrike: “Prema općoj teoriji relativnosti, metrička svojstva prostora- vrijeme je uzročno neovisno o tome čime je ovo prostor-vrijeme ispunjeno, ali je određeno ovim posljednjim." Ovim je pristupom prostor kao nešto fizičko s unaprijed određenim geometrijskim svojstvima potpuno isključen iz fizičke reprezentacije stvarnosti. Ukidanje uzročne veze između materije i prostora i vremena oduzelo je “prostoru i vremenu posljednji ostatak fizičke objektivnosti”. Ali to nije značilo poricanje njihove objektivnosti: “Prostor i vrijeme bili su lišeni... ne svoje stvarnosti, već svoje kauzalne apsolutnosti (utjecajne, ali ne i pod utjecajem)”. Opća teorija relativnosti dokazala je objektivnost prostora i vremena, uspostavivši nedvosmislenu vezu između geometrijskih karakteristika prostora i vremena i fizikalnih karakteristika gravitacijskih interakcija.

Konstrukcija Opće teorije relativnosti bitno se temelji na filozofskom stavu o primatu materije u odnosu na prostor i vrijeme: “U skladu s klasičnom mehanikom i posebnom teorijom relativnosti, prostor (prostor-vrijeme) postoji neovisno o materiji ( tj. supstanca - R.A., V.Sh.) ili polja... S druge strane, prema općoj teoriji relativnosti, prostor ne postoji zasebno, kao nešto suprotno od “onoga što ispunjava prostor”... Prazan prostor, tj. prostor bez polja ne postoji. Prostor-vrijeme ne postoji sam za sebe, već samo kao strukturno svojstvo polja." Dakle, Einsteinovo poricanje praznog prostora ima konstruktivnu ulogu, jer je povezano s uvođenjem prikaza polja u fizičku sliku svijeta. Stoga Einstein naglašava da je tok misli koji je doveo do konstrukcije opće relativnosti "u suštini temeljen na konceptu polja kao neovisnog koncepta". Ovaj pristup autora GR razlikuje se ne samo

U rješavanju problema odnosa geometrije i fizike u okvirima konvencionalizma treba razlikovati dva aspekta. S jedne strane, jezik geometrije je neophodan za formuliranje fizikalnih zakona. S druge strane, geometrijska struktura ne ovisi o svojstvima fizičke stvarnosti. Za Poincaréa nije važno koja je geometrija korištena u fizici; važno je samo to da je bez toga nemoguće izraziti fizikalne zakone. Ovakvo shvaćanje uloge geometrije u fizici dovodi do negiranja njezine kognitivne funkcije, a to je za Einsteina neprihvatljivo. Za njega je izbor geometrije pri izgradnji fizikalne teorije podređen najvišem cilju fizike – spoznaji materijalnog svijeta. Prijelaz s euklidske geometrije na geometriju Minkowskog, te s potonje na Riemannovu geometriju tijekom prijelaza s klasične mehanike na SRT, a potom na OTO, nije bio posljedica samo i ne toliko svijesti o bliskoj povezanosti geometrije korištene u fizika s problemom fizičke stvarnosti. S Einsteinova gledišta, geometrija u fizici ne samo da određuje strukturu fizikalne teorije, već je određena i strukturom fizičke stvarnosti. Samo zajedničko obavljanje ovih dviju funkcija fizikalnom geometrijom omogućuje nam izbjegavanje konvencionalizma.

“Zbog prirodnog odabira”, napisao je Poincaré, “naš se um prilagodio uvjetima vanjskog svijeta, usvojio je geometriju koja je najkorisnija za vrstu, ili, drugim riječima, najprikladnija... Geometrija nije istinita; , ali samo od koristi.” Ljudski se um, doista, prilagodio uvjetima vanjskog svijeta, uključujući metrička svojstva stvarnog prostora i vremena u odgovarajućem području vanjskog svijeta, i stoga je stekao geometriju koja se pokazala primjerenom stvarnosti i samo kao rezultat ovoga pogodniji. Geometrija kao element teorije je druga stvar. Može odražavati metrička svojstva stvarnog prostora i vremena, ili ih ne mora odražavati, već biti geometrija nekog apstraktnog prostora, uz pomoć kojega se svojstva materijalnih interakcija rekreiraju u teoriji. U prvom slučaju odlučuje se o njegovoj istinitosti ili lažnosti, u drugom - o njegovoj isplativosti. Apsolutizacija drugog rješenja, svođenje na njega problematike odnosa geometrije i stvarnosti posljedica je protuzakonitog poistovjećivanja apstraktnog prostora i realnog prostora i vremena (jedna od manifestacija onoga što je kasnije postalo poznato kao Pitagorin sindrom – poistovjećivanje).

pojedini elementi matematičkog aparata teorije s pripadajućim elementima stvarnosti koji postoje prije, izvan i neovisno o svakoj teoriji).

U biti, upravo o tome piše Einstein u svom članku “Geometrija i iskustvo”, napominjući da Poincaréov pristup problemu odnosa između geometrije i fizike polazi od činjenice da “geometrija (G) ne govori ništa o ponašanju stvarnih stvari ”, u njemu je “izravna veza između geometrije i fizičke stvarnosti uništena.” Sve druge prosudbe su da je "ovo ponašanje opisano samo geometrijom zajedno sa skupom fizikalnih zakona (F)... da je samo zbroj (G) + (F) podložan eksperimentalnoj provjeri", da se "može proizvoljno odabrati kao (G ), te pojedinačni dijelovi (F)” – kao što je lako razumjeti, proizlaze iz ovih početnih premisa. Međutim, oba su lažna. Geometrija stvarnog prostora "govori" o ponašanju stvarnih stvari; metrička svojstva prostora i vremena i svojstva odgovarajućih materijalnih interakcija međusobno su povezana u objektivnoj stvarnosti. U fizičkoj teoriji, prema metričkim svojstvima prostora i vremena određenog prostorno-vremenskog područja objektivne stvarnosti, prosuđuje se odgovarajuća svojstva materijalnih interakcija dominantnih u ovom području; prema (G) se prosuđuje fizika (G). F).

Međutim, proces ponovnog stvaranja svojstava materijalnih interakcija korištenjem odgovarajućih metričkih svojstava prostora i vremena nije eksperimentalni, već čisto teorijski postupak. Kao čisto teorijski postupak, on se, u načelu, ne razlikuje od procesa ponovnog stvaranja u teoriji istih svojstava materijalnih interakcija korištenjem metričkih svojstava ne stvarnog prostora i vremena, već prikladno organiziranih apstraktnih prostora. Otuda, s jedne strane, a) iluzija da je samo zbroj (G) i (F) predmet eksperimentalne provjere, da teoretičar može proizvoljno odabrati geometriju kao pozadinu za proučavanje međudjelovanja materijala; s druge strane, b) racionalno zrno koncepta odnosa između geometrije i Poincaréove fizike: geometrije kao komponente teorije, uz pomoć kojih teoretičar rekreira svojstva materijalnih interakcija, doista mogu biti različite, au u tom smislu teorija sadrži element konvencionalnosti.

proizvoljno odabrati geometriju u teoriji, uvijek je biramo na takav način da, uz pomoć odgovarajuće geometrije (G), možemo u teoriji ponovno stvoriti svojstva stvarnih interakcija (F). Drugo, jer pitanje koja od geometrija, uz pomoć kojih se svojstva materijalnih međudjelovanja rekreiraju u teoriji, adekvatno predstavlja metrička svojstva realnog prostora i vremena u njemu, ne može se riješiti unutar teorije; ide dalje od teorije u područje eksperimenta. I to je cijela poanta.

Pozivanje na ideju "nevjerojatne jednostavnosti", nakon detaljnijeg ispitivanja, pokazuje se kao vrlo složen argument. Već je Einstein, kritizirajući Poincaréov princip jednostavnosti, kojim je opravdao izbor euklidske geometrije pri konstruiranju fizikalne teorije, primijetio da “ono što je važno nije da je sama geometrija strukturirana na najjednostavniji način, nego da je sva fizika strukturirana na najjednostavniji način (uključujući geometriju)".

U članku Ya.B.Zeldovicha i L.P.Grischuka “Gravitacija, opća relativnost i alternativne teorije” naglašava se da je glavni motiv koji je doveo Logunova da negira Einsteinov pristup problemu odnosa između geometrije i fizike - bez obzira na subjektivne namjere RTG autor, - ne toliko fizičke, koliko psihičke prirode. Uistinu, temelj kritičkog pristupa autora RTG-a općoj teoriji relativnosti jest želja da se ostane u okvirima poznatog (a time i jednostavnog)

stil razmišljanja. Ali stroga veza između poznatog i jednostavnog, opravdanje jednostavnosti poznatim ideal je psihološkog stila mišljenja.

Evolucija fizike uvjerljivo dokazuje da ono što je poznato i jednostavno za jednu generaciju fizičara može biti nerazumljivo i složeno za drugu generaciju. Hipoteza o mehaničkom eteru najbolji je primjer za to. Odbacivanje poznatog i jednostavnog neizbježna je popratna pojava proširivanja iskustva, ovladavanja novim područjima prirode i znanja. Svaki veći napredak u znanosti bio je popraćen gubitkom poznatog i jednostavnog, a potom i promjenom same ideje o njima. Ukratko, poznato i jednostavno su povijesne kategorije. Stoga, ne svođenje na poznato, već želja za razumijevanjem stvarnosti najviši je cilj znanosti: „Naš stalni cilj je sve bolje i bolje razumijevanje stvarnosti... Što su naše pretpostavke jednostavnije i fundamentalnije, to je matematička složenija alat našeg rasuđivanja; put od teorije do opažanja postaje dulji, tanji i složeniji. Iako zvuči paradoksalno, možemo reći: moderna je fizika jednostavnija od stare fizike, pa se stoga čini težom i zbunjujućom."

Glavni nedostatak psihološkog stila mišljenja povezan je s ignoriranjem epistemološkog aspekta znanstvenih problema, u okviru kojeg je moguć samo kritički odnos prema intelektualnim navikama, što isključuje jasno razdvajanje podrijetla i suštine znanstvenih ideja. Doista, klasična mehanika prethodi kvantnoj mehanici i STR, a potonja prethodi nastanku OTO. Ali to ne znači da su prethodne teorije nadmoćne u odnosu na sljedeće u jasnoći i jasnoći, kao što se pretpostavlja u okviru psihološkog stila mišljenja. S epistemološkog gledišta, STR i kvantna mehanika su jednostavnije i razumljivije od klasične mehanike, a GR je jednostavnija i razumljivija od SRT. Zato “na znanstvenim seminarima... nejasno mjesto u nekom klasičnom pitanju netko odjednom ilustrira poznatim kvantnim primjerom i pitanje postaje potpuno “prozirno”.

Zato nas “divljine Riemannove geometrije” približavaju adekvatnom razumijevanju fizičke stvarnosti, dok nas “nevjerojatno jednostavan prostor Minkowskog” od nje udaljava. Einstein i Hilbert su "ušli" u te "divljine" i u njih "povukli" "naredne generacije fizičara" upravo zato što ih je zanimalo ne samo i ne toliko koliko su jednostavni ili složeni

metrička svojstva apstraktnog prostora, uz pomoć kojih se realni prostor i vrijeme mogu teorijski opisati, koliko god da su metrička svojstva ovih potonjih. U konačnici, upravo je to razlog zašto je Logunov prisiljen pribjeći "efektivnom" prostoru Riemannove geometrije za opisivanje gravitacijskih učinaka uz prostor Minkowskog koji se koristi u RTG-u, budući da samo prvi od ova dva prostora adekvatno predstavlja stvarne u RTG-u (kao kao iu općoj teoriji relativnosti) prostor i vrijeme.

Lako se otkrivaju epistemološke pogreške RTG-a s filozofskim pristupom. Logunov piše da "čak i nakon eksperimentalnog otkrića Riemannove geometrije, ne treba žuriti s izvođenjem zaključaka o strukturi geometrije, koja se mora koristiti kao temelj teorije." Ovo razmišljanje slično je Poincaréovom razmišljanju: kao što je utemeljitelj konvencionalizma inzistirao na očuvanju euklidske geometrije bez obzira na rezultate pokusa, tako i autor RTG-a inzistira na očuvanju dane geometrije Minkowskog kao temelja svake fizikalne teorije. Osnova ovog pristupa u konačnici je Pitagorin sindrom, Minkowskijeva ontologizacija apstraktnog prostora.

Više ne govorimo o tome da postojanje prostor-vremena kao spremnika događaja, koji ima čudnu sposobnost izazivanja inercijskih učinaka u materiji, a da ne bude podvrgnut suprotnom učinku, postaje neizbježan postulat. Takav koncept u svojoj artificijelnosti nadilazi čak i hipotezu mehaničkog etera, na koju smo već upozorili gore, uspoređujući klasičnu mehaniku i STR. To je, u načelu, u suprotnosti s OTR-om, budući da je “jedno od postignuća opće teorije relativnosti, koje je, koliko nam je poznato, izmaklo pozornosti fizičara,” da “odvojeni koncept prostora... postaje suvišan. . U ovoj teoriji prostor nije ništa više od četverodimenzionalnog polja, a ne nešto što postoji samo po sebi.” Opisivati ​​gravitaciju iz geometrije Minkowskog i istodobno koristiti Riemannovu geometriju za Einsteina znači pokazati nedosljednost: „Ostati uz užu skupinu i istodobno uzeti složeniju strukturu polja (istu kao u općoj teoriji relativnosti ) znači naivnu nedosljednost. Grijeh ostaje grijeh, čak i ako ga počine ljudi koji su inače ugledni.”

Opća teorija relativnosti, u kojoj su svojstva gravitacijskih interakcija rekreirana korištenjem metričkih svojstava Riemannova zakrivljenog prostor-vremena, oslobođena je ovih epistemoloških nedosljednosti: “Prekrasno

elegancija opće teorije relativnosti... proizlazi izravno iz geometrijske interpretacije. Zahvaljujući geometrijskom opravdanju, teorija je dobila određen i neuništiv oblik... Iskustvo je ili potvrđuje ili opovrgava... Tumačeći gravitaciju kao djelovanje polja sila na materiju, oni određuju samo vrlo opći referentni okvir, a ne jedan teorija. Moguće je konstruirati mnoge općenito kovarijantne varijacijske jednadžbe i... samo opažanja mogu ukloniti takve apsurde kao što je teorija gravitacije temeljena na vektorskom i skalarnom polju ili na dva tenzorska polja. Nasuprot tome, u okviru Einsteinove geometrijske interpretacije takve se teorije od samog početka pokazuju apsurdnima. Oni su eliminirani filozofskim argumentima na kojima se temelji ovo tumačenje." Psihološko povjerenje u istinitost GTR-a ne temelji se na nostalgiji za uobičajenim stilom mišljenja, već na njegovom monizmu, cjelovitosti, izoliranosti, logičkoj dosljednosti i odsutnosti epistemoloških pogrešaka karakterističnih za RTG.

Jedna od glavnih epistemoloških pogrešaka RTG-a je, po našem dubokom uvjerenju, njezina početna epistemološka pozicija prema kojoj su unutarteorijski kriteriji dovoljni da se riješi pitanje koji od apstraktnih prostora teorije adekvatno predstavlja stvarni prostor i vrijeme u njemu. . Ovaj epistemološki stav, nespojiv s onim koji je u osnovi GTR-a, uz laganu Heisenbergovu ruku, pripisuje se ... Einsteinu, koji ga je u razgovoru s njim u proljeće 1926. u Berlinu formulirao u još općenitijem obliku. kao izjavu da nije eksperiment, već teorija ta koja određuje što je vidljivo.

U međuvremenu, koliko god to na prvi pogled izgledalo paradoksalno, suprotno mišljenju koje prevladava u znanstvenoj zajednici (uključujući i mišljenje samog Heisenberga), Einstein mu je zapravo govorio ne o ovome, već o nečemu sasvim drugom. Reproducirajmo odgovarajući odlomak iz izvješća “Sastanci i razgovori s Albertom Einsteinom” (koji je napravio Heisenberg 27. srpnja 1974. u Ulmu), u kojem se Heisenberg prisjeća ovog razgovora s Einsteinom, tijekom kojeg se usprotivio načelu opažljivosti koje je formulirao Heisenberg: “Svako opažanje, tvrdio je, pretpostavlja nedvosmisleno fiksiranu vezu između fenomena koji razmatramo i osjetilnog osjeta koji se javlja u našoj svijesti. No, o toj povezanosti možemo pouzdano govoriti samo ako poznajemo zakone prirode kojima je ona određena. Ako - što je očito slučaj u modernom atomskom

fizike - sami zakoni su dovedeni u pitanje, tada koncept "promatranja" također gubi svoje jasno značenje. U takvoj situaciji, teorija prvo mora odrediti što je vidljivo."

Početna epistemološka postavka RTG Logunova posljedica je relativno jednostavnog paralogizma - poistovjećivanja nužnog uvjeta za primjerenost teorijskih struktura objektivne stvarnosti s njezinim dovoljnim uvjetom. Kao što nije teško razumjeti, ovo u konačnici objašnjava logičke i epistemološke pogreške koje leže u osnovi RTG-a i njegove suprotnosti s GTR-om - korištenje samo intrateorijskih kriterija u odlučivanju koji od apstraktnih prostora teorije adekvatno predstavlja stvarni prostor i vrijeme u njemu, i njegovo nezakonito poistovjećivanje s njima u biti su iste logičke i epistemološke pogreške koje leže u osnovi Poincaréova pristupa problemu odnosa između geometrije i fizike.

Što god se moglo reći o Einsteinovom pristupu problemu odnosa geometrije i fizike, naša analiza pokazuje da pitanje mogućnosti ovog pristupa u oblikovanju moderne prirodoslovne paradigme ostaje otvoreno. Ostaje otvoreno dok se ne dokaže

postojanje svojstava materijalnih pojava koja nisu ni u kakvoj vezi sa svojstvima prostora i vremena. I naprotiv, povoljni izgledi Einsteinova pristupa u konačnici su posljedica činjenice da se sve više otkriva veza između metričkih i topoloških svojstava prostora i vremena s različitim neprostorno-vremenskim svojstvima materijalnih pojava. Istodobno, povijesna, znanstvena i filozofska analiza Poincaréova pristupa problemu odnosa geometrije i fizike dovodi do zaključka da je on beskoristan kao alternativa Einsteinovom pristupu. O tome svjedoči i analiza pokušaja njezina oživljavanja, poduzeta u radovima Logunova i njegovih kolega.

Bilješke

Aronov R.A. O problemu prostora i vremena u fizici elementarnih čestica // Philosophical problems of Elementary Particle physics. M., 1963. Str. 167; On je isti. Problem prostorno-vremenske strukture mikrosvijeta // Philosophical questions of quantum physics. M., 1970., str. 226; On je isti. O pitanju logike mikrosvijeta // Vopr. filozofija. 1970. br. 2. str. 123; On je isti. Opća relativnost i fizika mikrosvijeta // Klasična i kvantna teorija gravitacije. Mn., 1976. Str. 55; Aronov R.A. Do filozofskih temelja programa superujedinjenja // Logika, metodologija i filozofija znanosti. Moskva, 1983. S. 91.

Cm.: Aronov R.A. O problemu odnosa prostora, vremena i materije // Vopr. filozofija. 1978. br. 9. str. 175; To je on. O metodi geometrizacije u fizici. Mogućnosti i granice // Metode znanstvene spoznaje i fizika. M., 1985., str. 341; Aronov R.A., Knyazev V.N.. O problemu odnosa geometrije i fizike // Dijalektički materijalizam i filozofska pitanja prirodnih znanosti. M., 1988. S. 3.

Cm.: Aronov R.A. Razmišljanja o fizici // Pitanja povijesti prirodnih znanosti i tehnike. 1983. br. 2. str. 176; To je on. Dva pristupa procjeni filozofskih pogleda A. Poincaréa // Dijalektički materijalizam i filozofska pitanja prirodnih znanosti. M., 1985. S. 3; Aronov R.A., Shemyakinsky V.M. Filozofsko opravdanje programa geometrizacije fizike // Dijalektički materijalizam i filozofska pitanja prirodnih znanosti. M., 1983. S. 3; Oni su. O temeljima geometrizacije fizike // Filozofski problemi moderne prirodne znanosti. Kijev, 1986. V. 61. S. 25.

Heisenberg V. Razvoj pojmova u fizici dvadesetog stoljeća // Vopr. filozofija. 1975. br. 1. str. 87.

Ispod je popis neriješeni problemi moderne fizike. Neki od ovih problema su teoretski. To znači da postojeće teorije ne mogu objasniti određene opažene pojave ili eksperimentalne rezultate. Ostali problemi su eksperimentalni, što znači da postoje poteškoće u stvaranju eksperimenta za testiranje predložene teorije ili za detaljnije proučavanje fenomena. Sljedeći problemi su ili temeljni teorijski problemi ili teorijske ideje za koje ne postoje eksperimentalni dokazi. Neki od ovih problema usko su međusobno povezani. Na primjer, dodatne dimenzije ili supersimetrija mogu riješiti problem hijerarhije. Vjeruje se da je cjelovita teorija kvantne gravitacije sposobna odgovoriti na većinu navedenih pitanja (osim na problem otoka stabilnosti).

• 1. Kvantna gravitacija. Mogu li se kvantna mehanika i opća teorija relativnosti spojiti u jednu samodosljednu teoriju (možda kvantnu teoriju polja)? Je li prostorvrijeme kontinuirano ili je diskretno? Hoće li samodosljedna teorija koristiti hipotetski graviton ili će on u potpunosti biti proizvod diskretne strukture prostorvremena (kao u petljastoj kvantnoj gravitaciji)? Postoje li odstupanja od predviđanja opće relativnosti za vrlo mala ili vrlo velika mjerila ili druge ekstremne okolnosti koje proizlaze iz teorije kvantne gravitacije?
• 2. Crne rupe, nestanak informacija u crnoj rupi, Hawkingovo zračenje. Proizvode li crne rupe toplinsko zračenje kao što teorija predviđa? Sadrži li ovo zračenje informacije o njihovoj unutarnjoj strukturi, kao što sugerira dualnost invarijantnosti mjerača gravitacije, ili ne, kao što implicira Hawkingov izvorni izračun? Ako ne, a crne rupe mogu kontinuirano isparavati, što se onda događa s informacijama pohranjenim u njima (kvantna mehanika ne predviđa uništavanje informacija)? Ili će zračenje prestati u nekom trenutku kada od crne rupe ostane malo? Postoji li neki drugi način proučavanja njihove unutarnje strukture, ako takva struktura uopće postoji? Je li zakon o održanju barionskog naboja istinit unutar crne rupe? Dokaz principa kozmičke cenzure, kao i točna formulacija uvjeta pod kojima se ona ispunjava, nepoznati su. Ne postoji potpuna i cjelovita teorija magnetosfere crnih rupa. Točna formula za izračunavanje broja različitih stanja sustava, čiji kolaps dovodi do nastanka crne rupe sa zadanom masom, kutnim momentom i nabojem, nije poznata. Ne postoji poznati dokaz u općem slučaju "teorema bez kose" za crnu rupu.
• 3. Dimenzija prostor-vremena. Postoje li dodatne dimenzije prostor-vremena u prirodi osim četiri koje poznajemo? Ako da, koji je njihov broj? Je li dimenzija “3+1” (ili viša) apriorno svojstvo Svemira ili je rezultat drugih fizičkih procesa, kao što sugerira, na primjer, teorija kauzalne dinamičke triangulacije? Možemo li eksperimentalno “promatrati” više prostorne dimenzije? Je li istinit holografski princip prema kojem je fizika našeg “3+1”-dimenzionalnog prostor-vremena ekvivalentna fizici na hiperpovršini s “2+1” dimenzijom?
• 4. Inflatorni model svemira. Je li teorija kozmičke inflacije istinita, i ako jest, koji su detalji ove faze? Koje je hipotetsko polje inflacije odgovorno za rastuću inflaciju? Ako se inflacija dogodila u jednom trenutku, je li to početak samoodrživog procesa uslijed inflacije kvantno mehaničkih oscilacija, koji će se nastaviti na sasvim drugom mjestu, udaljenom od ove točke?
• 5. Multiverzum. Postoje li fizički razlozi za postojanje drugih svemira koji su fundamentalno nevidljivi? Na primjer: postoje li kvantno mehaničke "alternativne povijesti" ili "mnogi svjetovi"? Postoje li "drugi" svemiri s fizikalnim zakonima koji proizlaze iz alternativnih načina razbijanja prividne simetrije fizičkih sila pri visokim energijama, koji su možda nevjerojatno daleko zbog kozmičke inflacije? Mogu li drugi svemiri utjecati na naš, uzrokujući, na primjer, anomalije u raspodjeli temperature kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja? Je li opravdano koristiti se antropičkim načelom za rješavanje globalnih kozmoloških dilema?
• 6. Načelo kozmičke cenzure i hipoteza zaštite kronologije. Mogu li singularnosti koje nisu skrivene iza horizonta događaja, poznate kao "gole singularnosti", proizaći iz realnih početnih uvjeta ili se može dokazati neka verzija "hipoteze kozmičke cenzure" Rogera Penrosea koja sugerira da je to nemoguće? Nedavno su se pojavile činjenice u prilog nekonzistentnosti hipoteze kozmičke cenzure, što znači da bi se goli singulariteti trebali pojavljivati ​​puno češće nego samo kao ekstremna rješenja Kerr-Newmanovih jednadžbi, no konačni dokazi za to još nisu prezentirani. Isto tako, postojat će zatvorene vremenske krivulje koje se pojavljuju u nekim rješenjima jednadžbi opće relativnosti (i koje impliciraju mogućnost putovanja kroz vrijeme unatrag) isključene teorijom kvantne gravitacije, koja ujedinjuje opću relativnost s kvantnom mehanikom, kao što sugerira Stephenova "nagađanje o zaštiti kronologije" Hawking?
• 7. Vremenska os.Što nam pojave koje se međusobno razlikuju kretanjem naprijed i nazad u vremenu mogu reći o prirodi vremena? Kako se vrijeme razlikuje od prostora? Zašto se kršenja CP-a opažaju samo u nekim slabim interakcijama i nigdje drugdje? Jesu li poremećaji CP invarijantnosti posljedica drugog zakona termodinamike ili su oni zasebna os vremena? Postoje li iznimke od načela uzročnosti? Je li prošlost jedina moguća? Je li sadašnji trenutak fizički drugačiji od prošlosti i budućnosti ili je to jednostavno rezultat karakteristika svijesti? Kako su ljudi naučili pregovarati što je sadašnji trenutak? (Vidi također ispod Entropija (vremenska os)).
• 8. Mjesto. Postoje li nelokalni fenomeni u kvantnoj fizici? Ako postoje, imaju li ograničenja u prijenosu informacija ili: mogu li se energija i materija kretati i nelokalnom putanjom? Pod kojim uvjetima se promatraju nelokalne pojave? Što prisutnost ili odsutnost nelokalnih pojava podrazumijeva za temeljnu strukturu prostor-vremena? Kako se to odnosi na kvantnu isprepletenost? Kako se to može protumačiti sa stajališta ispravne interpretacije temeljne prirode kvantne fizike?
• 9. Budućnost Svemira. Ide li svemir prema velikom smrzavanju, velikom rascjepu, velikom krckanju ili velikom odskoku? Je li naš Svemir dio cikličkog obrasca koji se beskrajno ponavlja?
• 10. Problem hijerarhije. Zašto je gravitacija tako slaba sila? Ona postaje velika tek na Planckovoj skali, za čestice s energijama reda 10 19 GeV, što je puno više od elektroslabe skale (u fizici niskih energija dominantna energija je 100 GeV). Zašto se ove ljestvice toliko razlikuju jedna od druge? Što sprječava elektroslabe veličine, kao što je masa Higgsovog bozona, da prime kvantne korekcije na skalama reda Planckovih? Je li supersimetrija, dodatne dimenzije ili samo antropičko fino podešavanje rješenje za ovaj problem?
• 11. Magnetski monopol. Jesu li čestice - nositelji "magnetskog naboja" - postojale u nekim prošlim razdobljima s višim energijama? Ako je tako, ima li ih danas na raspolaganju? (Paul Dirac je pokazao da prisutnost određenih vrsta magnetskih monopola može objasniti kvantizaciju naboja.)
• 12. Raspad protona i veliko ujedinjenje. Kako možemo ujediniti tri različite kvantnomehaničke temeljne interakcije kvantne teorije polja? Zašto je najlakši barion, a to je proton, apsolutno stabilan? Ako je proton nestabilan, koje mu je vrijeme poluraspada?
• 13. Supersimetrija. Je li supersimetrija prostora ostvarena u prirodi? Ako je tako, koji je mehanizam za kršenje supersimetrije? Stabilizira li supersimetrija elektroslabu ljestvicu, sprječavajući visoke kvantne korekcije? Sastoji li se tamna tvar od svijetlih supersimetričnih čestica?
• 14. Generacije materije. Postoje li više od tri generacije kvarkova i leptona? Je li broj generacija povezan s dimenzijom prostora? Zašto uopće postoje generacije? Postoji li teorija koja bi mogla objasniti prisutnost mase u nekim kvarkovima i leptonima u pojedinim generacijama na temelju prvih principa (Yukawa teorija interakcije)?
• 15. Fundamentalna simetrija i neutrini. Kakva je priroda neutrina, koja je njihova masa i kako su oblikovali evoluciju svemira? Zašto je sada u svemiru otkriveno više materije nego antimaterije? Koje su nevidljive sile bile prisutne u zoru svemira, ali su nestale iz vidokruga kako se svemir razvijao?
• 16. Kvantna teorija polja. Jesu li principi relativističke lokalne kvantne teorije polja kompatibilni s postojanjem netrivijalne matrice raspršenja?
• 17. Čestice bez mase. Zašto bezmasene čestice bez spina ne postoje u prirodi?
• 18. Kvantna kromodinamika. Koja su fazna stanja tvari u snažnoj interakciji i kakvu ulogu imaju u prostoru? Kakva je unutarnja struktura nukleona? Koja svojstva tvari u snažnoj interakciji predviđa QCD? Što kontrolira prijelaz kvarkova i gluona u pi-mezone i nukleone? Koja je uloga gluona i gluonske interakcije u nukleonima i jezgrama? Što definira ključne značajke QCD-a i kakav je njihov odnos s prirodom gravitacije i prostorvremena?
• 19. Atomska jezgra i nuklearna astrofizika. Kakva je priroda nuklearnih sila koje vežu protone i neutrone u stabilne jezgre i rijetke izotope? Koji je razlog zašto se jednostavne čestice spajaju u složene jezgre? Kakva je priroda neutronskih zvijezda i guste nuklearne materije? Koje je podrijetlo elemenata u prostoru? Koje su nuklearne reakcije koje pokreću zvijezde i uzrokuju njihovu eksploziju?
• 20. Otok stabilnosti. Koja je najteža stabilna ili metastabilna jezgra koja može postojati?
• 21. Kvantna mehanika i princip korespondencije (ponekad zvan kvantni kaos). Postoje li preferirana tumačenja kvantne mehanike? Kako kvantni opis stvarnosti, koji uključuje elemente kao što su kvantna superpozicija stanja i kolaps valne funkcije ili kvantna dekoherencija, vodi do stvarnosti koju vidimo? Ista se stvar može formulirati korištenjem problema mjerenja: koje je "mjerenje" koje uzrokuje kolaps valne funkcije u određeno stanje?
• 22. Fizičke informacije. Postoje li fizički fenomeni, poput crnih rupa ili kolapsa valne funkcije, koji trajno uništavaju informacije o njihovim prethodnim stanjima?
• 23. Teorija svega ("Velike ujedinjene teorije"). Postoji li teorija koja objašnjava vrijednosti svih temeljnih fizikalnih konstanti? Postoji li teorija koja objašnjava zašto je mjerna invarijantnost standardnog modela takva kakva jest, zašto vidljivo prostorvrijeme ima 3+1 dimenziju i zašto su zakoni fizike takvi kakvi jesu? Mijenjaju li se "temeljne fizičke konstante" tijekom vremena? Jesu li neke od čestica u standardnom modelu fizike čestica zapravo sastavljene od drugih čestica koje su tako čvrsto povezane da se ne mogu promatrati pri trenutnim eksperimentalnim energijama? Postoje li fundamentalne čestice koje još nisu opažene, i ako postoje, koje su to i koja su njihova svojstva? Postoje li neopažene temeljne sile koje teorija sugerira da objašnjavaju druge neriješene probleme u fizici?
• 24. Invarijantnost mjerila. Postoje li doista ne-Abelove teorije baždarnosti s prazninom u spektru mase?
• 25. CP simetrija. Zašto CP simetrija nije očuvana? Zašto je sačuvan u većini promatranih procesa?
• 26. Fizika poluvodiča. Kvantna teorija poluvodiča ne može točno izračunati niti jednu konstantu poluvodiča.
• 27. Kvantna fizika. Točno rješenje Schrödingerove jednadžbe za višeelektronske atome nije poznato.
• 28. Pri rješavanju problema raspršenja dva snopa na jednoj prepreci presjek raspršenja ispada beskonačno velik.
• 29. Feynmanium: Što će se dogoditi s kemijskim elementom čiji je atomski broj veći od 137, zbog čega će se 1s 1 elektron morati kretati brzinom većom od brzine svjetlosti (prema Bohrovom modelu atoma) ? Je li Feynmanium posljednji kemijski element koji može fizički postojati? Problem se može pojaviti oko elementa 137, gdje širenje raspodjele nuklearnog naboja doseže svoju konačnu točku. Pogledajte članak Prošireni periodni sustav elemenata i odjeljak Relativistički učinci.
• 30. Statistička fizika. Ne postoji sustavna teorija ireverzibilnih procesa koja omogućuje izvođenje kvantitativnih izračuna za bilo koji fizički proces.
• 31. Kvantna elektrodinamika. Postoje li gravitacijski učinci uzrokovani oscilacijama nulte točke elektromagnetskog polja? Ne zna se kako istovremeno zadovoljiti uvjete konačnosti rezultata, relativističke invarijantnosti i zbroja svih alternativnih vjerojatnosti jednakog jedinici pri proračunu kvantne elektrodinamike u visokofrekventnom području.
• 32. Biofizika. Ne postoji kvantitativna teorija za kinetiku konformacijske relaksacije proteinskih makromolekula i njihovih kompleksa. Ne postoji potpuna teorija prijenosa elektrona u biološkim strukturama.
• 33. Supravodljivost. Nemoguće je teoretski predvidjeti, poznavajući strukturu i sastav tvari, hoće li ona s padom temperature prijeći u supravodljivo stanje.

Ministarstvo obrazovanja i znanosti Ruske Federacije Federalna agencija za obrazovanje Jaroslavski država sveučilište ih.<...>S.P. Zimin © Jaroslavski država sveučilište, 2007. 2 Sadržaj O PITANJU OCJENE KVALITETE RESTAURIRANO SLIKE 7 <...>T.K. Artjomova, A.S. Gvozdarev, E.A. Kuznetsov.................................. 14 O UTJECAJU ELEKTRIČNOG NABOJA NA UVJETE RAZVOJA TOPLINSKA KONVEKCIJA IN TEKUĆINA SLOJ SA SLOBODNOM POVRŠINOM<...>A.A. Abdulloev, E.Yu. Sautov∗ Sažetak Razmatra se pitanje ocjene kvalitete obnovljena slike. <...>Trenutno je najpopularnija objektivna mjera vrh stav signal-šum (SNR).<...>P.G. Demidova MODELIRANJE OBJEKTA U BLIZINI RADIOLOGRAFIJA PREMA SVOM BISTATIČKOM DIJAGRAMU RASPRŠENJA<...>T.K. Artjomova, A.S. Gvozdarev, E.A. Kuznetsov Sažetak Proučavana je mogućnost identifikacije objekta pomoću polja koje je njime raspršeno zadaci blizu radio holografija. <...>gdje su (ψ~hs ) novi koeficijenti širenja, ahs su tenzor raspršivanje, a bazne funkcije (H hs ) su odabrane tako da rezultirajuće polje zadovoljava Sommerfeldov uvjet zračenja: 16 lim<...>Uzimajući u obzir da se cilindar smatra savršeno vodljivim, tenzor raspršivanje može se prikazati kao dijagonalna matrica:  a ρ Ar 0 0   hs<...>P.G. Demidova O UTJECAJU ELEKTRIČNOG NABOJA NA UVJETE RAZVOJA TOPLINSKE KONVEKCIJE U TEKUĆINA SLOJ SA SLOBODNOM POVRŠINOM<...>Uvod Pitanje utvrđivanja uvjeta za razvoj toplinske konvekcije u a tekućina sloj više puta je proučavan u različitim formulacijama, uključujući one koje uzimaju u obzir mogućnost razvoja deformacije oblika slobodne površine tekućine.<...>gibanja u tekućini s poljem brzine U (x, t) i valnim izobličenjem reljefa slobodne površine tekućine ξ (x, t), a imaju iste narudžba malo, kao ξ , naime: T ~ ρ ~ ​​​​p ~ U ~ ξ ~ kT γ .<...>E = − grad (Φ 0 (z) + Φ(x, z, t)), gdje je mala korekcija Φ(x, z, t) povezana s valnom deformacijom slobodne površine<...>

Aktualni_problemi_fizike._Broj_6_Zbornik_znanstvenih_radova_mladih_znanstvenika,_diplomanata_i_studenata.pdf

Ministarstvo obrazovanja i znanosti Ruske Federacije Federalna agencija za obrazovanje Yaroslavl State University nazvana po. P.G. Demidova Aktualni problemi fizike Zbornik znanstvenih radova mladih znanstvenika, diplomiranih studenata i studenata Broj 6 Yaroslavl 2007 1

Stranica 1

UDK 53 BBK V3ya43 A 44 Preporuka Uredničkog i nakladničkog vijeća Sveučilišta kao znanstvena publikacija. Plan za 2005. Aktualni problemi fizike: sub. znanstveni tr. mladi znanstvenici, diplomirani studenti i studenti. Broj 6 / Rep. po broju Doktor fizike i matematike znanosti S.P. Zimin; Yarosl. država sveuč. – Yaroslavl: YarSU, 2007. –262 str. Zbirka predstavlja članke o različitim područjima fizike, koje su napisali mladi znanstvenici, diplomirani studenti i studenti Fizičkog fakulteta Jaroslavskog državnog sveučilišta. P.G. Demidova. UDK 53 BBK V3ya43 Za izdanje odgovoran doktor fizikalno-matematičkih znanosti S.P. Zimin © Jaroslavsko državno sveučilište, 2007. 2

stranica 2

Sadržaj O PITANJU OCJENE KVALITETE RESTAURIRANIH SLIKA 7 A.A. Abdulloev, E.Yu. Sautov................................................. ....... ............... 7 MODELIRANJE OBJEKTA U NEAR RADIOLOGRAFIJI PREMA NJEGOVOM BISTATIČKOM DIJAGRAMU RASPRŠENJA T.K. Artjomova, A.S. Gvozdarev, E.A. Kuznetsov.................................. 14 O UTJECAJU ELEKTRIČNOG NABOJA NA UVJETE ZA RAZVOJ TOPLINSKA KONVEKCIJA U TEKUĆEM SLOJU SA SLOBODNOM POVRŠINOM D.F. Belonožko, A.V. Kozin................................................ . .............. 22 ISTRAŽIVANJE SVOJSTVA RASPRŠENJA PASIVNO UPRAVLJANOG REFLEKTORA ZA RADIOLOGIJSKE PROBLEME FOKUSIRANIH SLIKA M.A. Bokov, A.S. Leontjev..................................................... ......... 31 NELINEARNE NEOSOSIMETRIČNE OSCILACIJE NABIJENOG MLAZA DIELEKTRIČNE TEKUĆINE N.V. Voronina..................................................... .............................. 39 PRIMJENA APARATA MARKOVIH LANACA ZA PROUČAVANJE CIKLIČKOG SINKRONIZACIJSKOG SUSTAVA U OFDM SUSTAVIMA I.A.Denezhkin, V.A.Chvalo................................................. .... ............................... 48 INSTALACIJA MIKROKONTROLERA ZA DOBIVANJE HODOGRAFA IZLAZNOG NAPONA EDY PRETVARAČA STRUJE A.E. Gladun................................................. ......................................................... .... 59 PRORAČUN RAČUNALNO UPRAVLJANOG LABORATORIJSKOG MAGNETA S.A. Golyzina................................................. ....... ....................................... 65 OBILJEŽJA MIKRORELJEFA EPITAKSIJALNIH PbSe FILMOVA NAKON TRETMANA U ARGONSKOJ PLAZMI E.S. Gorlačev, S.V. Kutrovskaja................................................ . ......... 72 3

stranica 3

VISOKO POUZDANI OPTIČKI LASERSKI SUSTAV TRIKANGULACIJE.................................................. ....................... ....... 78 E.V. Davidenko................................................. ......................................................... ........ 78 APSORPCIJA ELEKTROMAGNETSKOG ZRAČENJA OD LJUDSKOG RAMENA U FREKVENCIJSKIM PODRUČJIMA STANIČNIH I RADIO-RELEJNIH KOMUNIKACIJA V.V. Deryabina, T.K. Artjomova................................................. ....... ............ 86 UTJECAJ ZAKRIVLJENOSTI FAZNOG FRONTA NA SLABLJENJE POLJA TIJEKOM DIFRAKCIJE SKUPOM APSORBIRNIH ZASLONA A.V. Dymov.................................................. .............................................. 94 UTJECAJ TEMPERATURE UVJETI NA OSCILACIJE MJEHUR U TEKUĆINI I.G. Žarova..................................................... ..................................................... 102 OPTIMIZACIJA FRAKTALNOG ALGORITMA ZA KOMPRESIJU STATIČKIH SLIKA D.A.Zaramensky............................................ .................................. 110 ANALIZA UČINKOVITOSTI PROCJENE FREKVENCIJE NOSAČA I POČETNE FAZE NA PREPOZNAVANJE KONSTELACIJA FAZNE MANIPULACIJE O. IN. Karavan................................................. ....................................... 118 NELINEARNI PERIODIČNI VALOVI U TANKOM SLOJU VISKOZNE TEKUĆINE A. IN. Klimov, A.V. Prisjažnjuk................................................. ....... .......... 124 KLASIFIKACIJA KODOVA OTPORNIH NA SMETNJE U SUSTAVIMA ZA PRIJENOS INFORMACIJA O.O. Kozlova..................................................... ..................................................... 133 PROUČAVANJE NA MEHANIČKA SVOJSTVA TEKUĆINE PRIMJENOM OPTIČKE METODE E.N. Kokomova..................................................... ....... ................................... 138 ALGORITAM ZA PREPOZNAVANJE NAREDBI SA LIMITED RJEČNIK A.V. Konovalov................................................. ......................................................... 144 4

stranica 4

ANALIZA FAZNE KAOTIČNE SINKRONIZACIJE SPORENIH PLL SUSTAVA KORIŠĆENJEM KONTINUIRANE VALIČNE TRANSFORMACIJE Yu.N. Konovalova, A.A. Kotochigov, A.V. Khodunin.............................. 151 OBRAČUNAVANJE UTJECAJA ROTACIJE MAGNETRONA Yu.V. Kostrikina................................................. ........ ..................................... 159 NELINEARNE OSCILACIJE A NABIJENI SLOJ IDEALNE TEKUĆINE NA POVRŠINI ČVRSTE SFERIČNE JEZGRE U POLJU SILA FLUKTUACIJE O.S.Kryuchkov................................. ............................ ..................... .......................... 164 ISTRAŽIVANJE OPTIČKIH SVOJSTAVA Crox/Si STRUKTUR M. Yu Kurashov ........ ................................................ .. ................................ 172 GREŠKE U PROJEKTIRANJU ELEMENATA ZA FOKUSIRANJE I NJIHOV UTJECAJ NA KVALITETU RADIO SLIKE A.S. Leontjev..................................................... ............................. 176 PRIJENOS STREAMINGA VIDEO PREKO IP MREŽE SA ZNAČAJNIM OPTEREĆENJEM KANALA POMOĆU ALGORITMA OPORAVKA QoS V.G. Medvedev, V.V. Tupitsyn, E.V. Davydenko................................ 181 UKLANJANJE ŠUMA SA SLIKA TEMELJENOM VALIČNOM TRANSFORMACIJOM A.A. Mojsejev, V.A. Volohov.................................................. .............. 189 SINTEZA ALGORITMA ZA PROCJENU FRAKCIONALNE INTERFERENCIJE U SPEKTRU SIGNALA ΔΣ-SINTEZIZATORA VISOKIH STABILNIH FREKVENCIJA M.V. Nazarov, V.G. Šuškov..................................................... ..... 198 STATISTIČKA DINAMIKA IMPULSNOG PLL PRSTENA SA STROBOSKOPSKIM FAZNIM DETEKTOROM V.Yu. Novikov, A.S. Teperev, V.G. Šuškov................................................. .. 209 PRIMJENA USPOREĐENIH JEDNODIMENZIONALNIH VALNIH FILTERA U PROBLEMU PREPOZNAVANJA GOVORNIH SIGNALA S.A. Novoselov................................................. ....... ................................... 217 5

Stranica 5

PROUČAVANJE NEHOMOGENOSTI U TEKUĆINAMA A.V. Perminov................................................. ....... ..................................... 224 DIGITALNA TOPLOTNA KAMERA TEMELJENA NA UREĐAJ ZA PRIJEM FOTOGRAFIJA FUR-129L A.I. Topnikov, A.N. Popov, A.A. Selifontov.................................. 231 FLUKTUACIJE MILIMETARSKIH VALOVA U TURBULENTNOJ APSORBIONOJ ATMOSFERI ZEMLJA-ZEMLJA E.N. Turkina................................................. ....... ............................................ 239 KORIŠTENJE PREPOZNAVANJA GOVORA I ALGORITAMA SINTEZE ZA STVARANJE UČINKOVITOG GOVORNOG KODEKA S.V. Uldinovich................................................. ....... .................................. 246 PARAMETRIJSKA ELEKTROSTATIČKA NESTABILNOST SUČELJA DVA OKOLIŠI S.V. Chernikova, A.S. Golovanov................................................. ......... 253 6

Stranica 6

O PITANJU OCJENE KVALITETE RESTAURIRANIH SLIKA A.A. Abdulloev, E.Yu. Sautov∗ Sažetak Razmatra se pitanje ocjene kvalitete rekonstruiranih slika. Za procjenu vizualne distorzije predlaže se korištenje univerzalnog indeksa kvalitete. Za razliku od sličnih algoritama temeljenih na kriteriju srednje kvadratne pogreške, predloženi pristup uzima u obzir izobličenja svjetline i kontrasta, kao i stupanj korelacije između referentne i rekonstruirane slike. Rezultati simulacije pokazuju dobru korelaciju ovog kriterija s vizualno percipiranom kvalitetom slika. Uvod Do sada se najpouzdanijom ocjenom kvalitete slike smatrala prosječna stručna procjena. Ali zahtijeva kontinuirani rad nekoliko ljudi i stoga je skup i prespor za praktičnu upotrebu. U tom smislu, objektivni (algoritamski) kriteriji kvalitete slike su poželjniji, omogućujući automatske procjene. Trenutačno se objektivnim mjerama kvalitete nameću sljedeći zahtjevi. Prvo, ove metrike bi trebale biti vizualno što pouzdanije, tj. dobro se slagati s rezultatima subjektivnih procjena. Drugo, moraju imati nisku računsku složenost, što povećava njihov praktični značaj. Treće, poželjno je da ove metrike imaju jednostavan analitički oblik i da se mogu koristiti kao kriteriji optimalnosti pri izboru parametara za sustav za obradu slike. Trenutno najpopularnija objektivna mjera je vršni omjer signala i šuma (PSNR). Obično se koristi za usporedbu različitih algoritama obrade. ∗ Rad je izveden pod vodstvom V.V. Hrjaščov. 7

• Prijevod

Naš standardni model elementarnih čestica i međudjelovanja nedavno je postao onoliko potpun koliko se moglo poželjeti. Svaka pojedinačna elementarna čestica - u svim mogućim oblicima - stvorena je u laboratoriju, izmjerena i određena su im svojstva. Oni najdugovječniji, top kvark, antikvark, tau neutrino i antineutrino, te konačno Higgsov bozon, postali su žrtve naših sposobnosti.

A potonji - Higgsov bozon - riješio je i stari problem u fizici: konačno možemo pokazati odakle elementarnim česticama masa!

Sve je to cool, ali znanost ne prestaje kada završite s rješavanjem ove zagonetke. Naprotiv, postavlja važna pitanja, a jedno od njih je “što dalje?” Što se tiče standardnog modela, možemo reći da još ne znamo sve. A za većinu fizičara jedno je pitanje posebno važno - da bismo ga opisali, prvo razmotrimo sljedeće svojstvo Standardnog modela.

S jedne strane, slabe, elektromagnetske i jake sile mogu biti vrlo važne, ovisno o njihovim energijama i udaljenostima na kojima dolazi do međudjelovanja. Ali to nije slučaj s gravitacijom.

Možemo uzeti bilo koje dvije elementarne čestice - bilo koje mase i podložne bilo kakvim interakcijama - i otkriti da je gravitacija 40 redova veličine slabija od bilo koje druge sile u Svemiru. To znači da je sila teže 10 40 puta slabija od tri preostale sile. Na primjer, iako nisu fundamentalni, ako uzmete dva protona i odvojite ih za jedan metar, elektromagnetsko odbijanje između njih bit će 10 40 puta jače od gravitacijskog privlačenja. Ili, drugim riječima, trebamo povećati silu gravitacije za faktor od 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 da bismo bili jednaki bilo kojoj drugoj sili.

U ovom slučaju, ne možete jednostavno povećati masu protona za 10 20 puta tako da ih gravitacija povuče zajedno, nadjačavajući elektromagnetsku silu.

Umjesto toga, kako bi se reakcije kao što je gore ilustrirana dogodile spontano kada protoni nadvladaju svoje elektromagnetsko odbijanje, trebate okupiti 10 56 protona. Samo udruživanjem i prepuštanjem sili gravitacije mogu nadvladati elektromagnetizam. Ispada da 10 56 protona čini najmanju moguću masu zvijezde.

Ovo je opis kako svemir funkcionira - ali ne znamo zašto funkcionira tako kako funkcionira. Zašto je gravitacija toliko slabija od drugih interakcija? Zašto je "gravitacijski naboj" (tj. masa) toliko slabiji od električnog ili boje, ili čak slabiji?

To je problem hijerarhije, i to je, iz mnogo razloga, najveći neriješeni problem u fizici. Ne znamo odgovor, ali ne možemo reći da smo potpune neznalice. U teoriji, imamo nekoliko dobrih ideja za pronalaženje rješenja i alat za pronalaženje dokaza njihove ispravnosti.

Do sada je Large Hadron Collider — sudarač s najvećom energijom — dosegao neviđene razine energije u laboratoriju, prikupio hrpe podataka i rekonstruirao što se dogodilo na točkama sudara. To uključuje stvaranje novih, do sada neviđenih čestica (kao što je Higgsov bozon), te pojavu starih, dobro poznatih čestica Standardnog modela (kvarkovi, leptoni, mjerni bozoni). Također je sposoban, ako postoje, proizvesti bilo koje druge čestice koje nisu uključene u standardni model.

Postoje četiri moguća načina za koja znam - to jest, četiri dobre ideje - za rješavanje problema hijerarhije. Dobra vijest je da ako je priroda izabrala jednog od njih, LHC će ga pronaći! (A ako ne, potraga će se nastaviti).

Osim Higgsovog bozona, pronađenog prije nekoliko godina, u LHC-u nisu pronađene nove fundamentalne čestice. (Štoviše, uopće nisu uočeni intrigantni kandidati za nove čestice). Pa ipak, pronađena čestica u potpunosti je odgovarala opisu Standardnog modela; nisu viđeni statistički značajni nagovještaji nove fizike. Ne na kompozitne Higgsove bozone, ne na više Higgsovih čestica, ne na nestandardne raspade, ništa slično.

Ali sada smo počeli dobivati ​​podatke iz još viših energija, dvaput od prethodnih, do 13-14 TeV, kako bismo pronašli nešto drugo. I koja su moguća i razumna rješenja problema hijerarhije u tom smislu?

1) Supersimetrija ili SUSY. Supersimetrija je posebna simetrija koja može uzrokovati da se normalne mase bilo koje čestice dovoljno velike da gravitacija može usporediti s drugim utjecajima međusobno poništavaju s visokim stupnjem preciznosti. Ova simetrija također sugerira da svaka čestica u standardnom modelu ima superčestičnog partnera, te da postoji pet Higgsovih čestica i njihovih pet superpartnera. Ako takva simetrija postoji, ona mora biti prekinuta ili bi superpartneri imali iste mase kao obične čestice i bili bi davno pronađeni.

Ako SUSY postoji na skali prikladnoj za rješavanje problema hijerarhije, tada bi LHC, dosežući energije od 14 TeV, trebao pronaći barem jednog superpartnera, kao i drugu Higgsovu česticu. Inače će postojanje vrlo teških superpartnera samo po sebi dovesti do još jednog hijerarhijskog problema koji neće imati dobro rješenje. (Zanimljivo je da bi nepostojanje SUSY čestica pri svim energijama opovrglo teoriju struna, budući da je supersimetrija nužan uvjet za teorije struna koje sadrže standardni model elementarnih čestica).

Ovo je prvo moguće rješenje problema hijerarhije, koje trenutno nema dokaza.

Moguće je stvoriti sićušne super ohlađene nosače ispunjene piezoelektričnim kristalima (koji proizvode elektricitet kada se deformiraju), s udaljenostima između njih. Ova nam tehnologija omogućuje nametanje ograničenja od 5-10 mikrona na "velika" mjerenja. Drugim riječima, gravitacija djeluje prema predviđanjima opće teorije relativnosti na skalama mnogo manjim od milimetra. Dakle, ako postoje velike dodatne dimenzije, one su na energetskim razinama nedostupnim LHC-u i, što je još važnije, ne rješavaju problem hijerarhije.

Naravno, za problem hijerarhije može postojati potpuno drugačije rješenje koje se ne može naći na modernim sudaračima ili ga uopće nema; to bi moglo biti svojstvo prirode bez ikakvog objašnjenja za to. Ali znanost neće napredovati bez pokušaja, a to je ono što ove ideje i potrage pokušavaju učiniti: pogurati naše znanje o svemiru naprijed. I, kao i uvijek, s početkom drugog rada LHC-a, veselim se vidjeti što bi se tamo moglo pojaviti, osim već otkrivenog Higgsovog bozona!

Oznake:

• gravitacija
• temeljne interakcije
• tenk

Esej

u fizici

na temu:

« Problemi moderne fizike»

Počnimo s problemom koji sada privlači najveću pozornost fizičara, na kojem možda radi najveći broj istraživača i istraživačkih laboratorija diljem svijeta – to je problem atomske jezgre, a posebno, kao njezinog najvećeg. relevantan i važan dio – tzv. problem urana.

Bilo je moguće ustanoviti da se atomi sastoje od relativno teške pozitivno nabijene jezgre okružene određenim brojem elektrona. Pozitivni naboj jezgre i negativni naboji elektrona koji je okružuju međusobno se poništavaju. Općenito, atom se čini neutralnim.

Od 1913. do gotovo 1930. fizičari su pažljivo proučavali svojstva i vanjske manifestacije atmosfere elektrona koji okružuju atomsku jezgru. Ta su istraživanja dovela do jedinstvene, cjelovite teorije koja je otkrila nove zakone gibanja elektrona u atomu, dosad nepoznate nama. Ova teorija se naziva kvantna, ili valna, teorija materije. Na to ćemo se vratiti kasnije.

Otprilike od 1930. glavni fokus bio je na atomskoj jezgri. Jezgra nas posebno zanima jer je u njoj koncentrirana gotovo sva masa atoma. A masa je mjera rezerve energije koju određeni sustav posjeduje.

Svaki gram bilo koje tvari sadrži točno poznatu energiju, štoviše, vrlo značajnu. Na primjer, čaša čaja koja teži otprilike 200 g sadrži količinu energije za koju bi bilo potrebno sagorjeti oko milijun tona ugljena da bi se dobila.

Ta energija nalazi se upravo u atomskoj jezgri, jer je 0,999 ukupne energije, ukupne mase tijela, sadržano u jezgri, a samo manje od 0,001 ukupne mase može se pripisati energiji elektrona. Kolosalne rezerve energije koje se nalaze u jezgrama neusporedive su ni s jednom oblik energije kakav smo do sada poznavali.

Naravno, nada u posjed ove energije je primamljiva. Ali da biste to učinili, prvo ga morate proučiti, a zatim pronaći načine kako ga koristiti.

No, osim toga, kernel nas zanima iz drugih razloga. Jezgra atoma u potpunosti određuje njegovu cjelokupnu prirodu, određuje njegova kemijska svojstva i njegovu individualnost.

Ako se željezo razlikuje od bakra, od ugljika, od olova, onda je ta razlika upravo u atomskim jezgrama, a ne u elektronima. Sva tijela imaju iste elektrone, a svaki atom može izgubiti dio svojih elektrona, do te mjere da se svi elektroni iz atoma mogu ogoliti. Sve dok je atomska jezgra sa svojim pozitivnim nabojem netaknuta i nepromijenjena, uvijek će privlačiti onoliko elektrona koliko je potrebno da kompenzira svoj naboj. Ako jezgra srebra ima 47 naboja, tada će na sebe uvijek vezati 47 elektrona. Dakle, dok ciljam na jezgru, imamo posla s istim elementom, s istom tvari. Čim se promijeni jezgra, jedan kemijski element postaje drugi. Tek tada bi se ostvario dugogodišnji i davno napušteni san alkemije – pretvaranje jednih elemenata u druge. U sadašnjoj fazi povijesti taj se san ostvario, ne baš u obliku i ne s rezultatima koje su alkemičari očekivali.

Što znamo o atomskoj jezgri? Jezgra se pak sastoji od još manjih komponenti. Ove komponente predstavljaju najjednostavnije jezgre koje su nam poznate u prirodi.

Najlakša i stoga najjednostavnija jezgra je jezgra atoma vodika. Vodik je prvi element periodnog sustava s atomskom težinom od oko 1. Vodikova jezgra dio je svih ostalih jezgri. No, s druge strane, lako je vidjeti da se sve jezgre ne mogu sastojati samo od jezgri vodika, kao što je Prout pretpostavio davno, prije više od 100 godina.

Jezgre atoma imaju određenu masu, koja je dana atomskom težinom, i određeni naboj. Nuklearni naboj određuje broj koji određeni element zauzima V Mendeljejevljev periodni sustav.

Vodik u ovom sustavu je prvi element: ima jedan pozitivan naboj i jedan elektron. Drugi element po redu ima jezgru s dvostrukim nabojem, treći - s trostrukim nabojem itd. sve do posljednjeg i najtežeg od svih elemenata, urana, čija jezgra ima 92 pozitivna naboja.

Mendeljejev je, sistematizirajući ogroman eksperimentalni materijal na području kemije, stvorio periodni sustav. On, naravno, tada nije sumnjao u postojanje jezgri, ali nije mislio da je poredak elemenata u sustavu koji je stvorio određen samo nabojem jezgre i ničim više. Ispostavilo se da ove dvije karakteristike atomskih jezgri - atomska težina i naboj - ne odgovaraju onome što bismo očekivali na temelju Proutove hipoteze.

Dakle, drugi element - helij ima atomsku težinu 4. Ako se sastoji od 4 jezgre vodika, onda bi njegov naboj trebao biti 4, ali u međuvremenu njegov naboj je 2, jer je to drugi element. Dakle, trebate misliti da u heliju postoje samo 2 jezgre vodika. Vodikove jezgre nazivamo protonima. Ali na Osim toga, u jezgri helija postoje još 2 jedinice mase koje nemaju naboj. Druga komponenta jezgre mora se smatrati nenabijenom jezgrom vodika. Moramo razlikovati jezgre vodika koje imaju naboj, odnosno protone, i jezgre koje nemaju nikakav električni naboj, neutralne, zovemo ih neutroni.

Sve jezgre sastoje se od protona i neutrona. Helij ima 2 protona i 2 neutrona. Dušik ima 7 protona i 7 neutrona. Kisik ima 8 protona i 8 neutrona, ugljik C ima protone i 6 neutrona.

Ali onda je ta jednostavnost donekle narušena, broj neutrona postaje sve veći u usporedbi s brojem protona, au posljednjem elementu - uranu postoje 92 naboja, 92 protona, a njegova atomska težina je 238. Posljedično, još jedan Na 92 protona dodaje se 146 neutrona.

Naravno, ne može se misliti da je ono što znamo 1940. godine već iscrpan odraz stvarnog svijeta i da raznolikost prestaje s tim česticama koje su elementarne u doslovnom smislu te riječi. Pojam elementarnosti označava samo određeni stupanj u našem prodiranju u dubinu prirode. U ovoj fazi, međutim, znamo sastav atoma samo do ovih elemenata.

Ovu jednostavnu sliku zapravo nije bilo tako lako razumjeti. Morali smo prevladati cijeli niz poteškoća, cijeli niz proturječja, koja su se čak i u trenutku njihova poistovjećivanja činila beznadnom, ali koja su se, kao i uvijek u povijesti znanosti, pokazala samo različitim stranama općenitije slike. , što je bila sinteza onoga što se činilo proturječjem, i prešli smo na sljedeće, dublje razumijevanje problema.

Najvažnija od tih poteškoća pokazala se sljedećom: na samom početku našeg stoljeća već je bilo poznato da b-čestice (ispostavilo se da su jezgre helija) i b-čestice (elektroni) lete iz dubina radioaktivni atomi (o jezgri se tada još nije sumnjalo). Činilo se da ono što leti iz atoma je ono od čega se sastoji. Posljedično, činilo se da se jezgre atoma sastoje od jezgri helija i elektrona.

Pogreška prvog dijela ove izjave je jasna: očito je da je nemoguće sastaviti jezgru vodika od četiri puta teže jezgre helija: dio ne može biti veći od cjeline.

I drugi dio ove izjave pokazao se netočnim. Elektroni se doista izbacuju tijekom nuklearnih procesa, a ipak u jezgrama nema elektrona. Čini se da ovdje postoji logična kontradikcija. Je li tako?

Znamo da atomi emitiraju svjetlost, svjetlosne kvante (fotone).

Zašto su ti fotoni pohranjeni u atomu u obliku svjetlosti i čekaju trenutak da budu oslobođeni? Očito ne. Emisiju svjetlosti shvaćamo na način da električni naboji u atomu, prelazeći iz jednog stanja u drugo, oslobađaju određenu količinu energije, koja prelazi u oblik energije zračenja, šireći se prostorom.

Slična razmatranja mogu se napraviti u vezi s elektronom. Iz više razloga, elektron se ne može locirati u atomskoj jezgri. Ali ne može se stvoriti u jezgri, poput fotona, jer ima negativan električni naboj. Čvrsto je utvrđeno da električni naboj, kao energija i materija općenito, ostaje nepromijenjen; ukupna količina električne energije se nigdje ne stvara i nigdje ne nestaje. Posljedično, ako se negativni naboj odnese, tada jezgra dobiva jednak pozitivan naboj. Proces emisije elektrona prati promjena naboja jezgre. Ali jezgra se sastoji od protopopsa i neutrona, što znači da se jedan od nenabijenih neutrona pretvorio u pozitivno nabijen proton.

Pojedinačni negativni elektron se ne može niti pojaviti niti nestati. Ali dva suprotna naboja mogu se, ako se dovoljno približe jedan drugome, poništiti ili čak potpuno nestati, oslobađajući svoju zalihu energije u obliku energije zračenja (fotona).

Koji su to pozitivni naboji? Bilo je moguće ustanoviti da se, uz negativne elektrone, u prirodi opažaju i pomoću laboratorija i tehnologije mogu stvoriti pozitivni naboji, koji su po svim svojim svojstvima: po masi, po veličini naboja, sasvim u skladu s elektronima, ali imaju samo pozitivan naboj. Takav naboj nazivamo pozitron.

Tako razlikujemo elektrone (negativne) i pozitrone (pozitivne), koji se razlikuju samo po suprotnom predznaku naboja. U blizini jezgri mogu se dogoditi oba procesa spajanja pozitrona s elektronima i cijepanje na elektron i pozitron, pri čemu elektron napušta atom, a pozitron ulazi u jezgru, pretvarajući neutron u proton. Istovremeno s elektronom odlazi i nenabijena čestica, neutrino.

Uočavaju se i procesi u jezgri u kojima elektron prenosi svoj naboj na jezgru, pretvarajući proton u neutron, a pozitron izleti iz atoma. Kada se elektron emitira iz atoma, naboj na jezgri se povećava za jedan; Kada se emitira pozitron ili proton, naboj i broj u periodnom sustavu smanjuju se za jednu jedinicu.

Sve jezgre građene su od nabijenih protona i nenabijenih neutrona. Pitanje je kojim se silama oni zadržavaju u atomskoj jezgri, što ih povezuje, što određuje izgradnju raznih atomskih jezgri od tih elemenata?

Slično pitanje o povezanosti jezgre i elektrona u atomu dobilo je jednostavan odgovor. Pozitivni naboj jezgre prema osnovnim zakonima elektriciteta privlači k sebi negativne elektrone, kao što Sunce gravitacijskim silama k sebi privlači Zemlju i druge planete. Ali u atomskoj jezgri jedan od sastavnih dijelova je neutralan. Kako se povezuje s pozitivno nabijenim protonom i drugim neutronima? Eksperimenti su pokazali da su sile koje vežu dva neutrona zajedno približno iste veličine kao sile koje vežu neutron s protonom i čak 2 protona jedan s drugim. To nisu gravitacijske sile, niti električne ili magnetske interakcije, već sile posebne prirode koje proizlaze iz kvantne, odnosno valne, mehanike.

Jedan od sovjetskih znanstvenika, I.E. "Gamm je pretpostavio da vezu između neutrona i protona osiguravaju električni naboji - elektroni i pozitroni. Njihova emisija i apsorpcija doista bi trebale dati neke sile veze između protona i neutrona. Ali, kako su proračuni pokazali, te sile su višestruko slabiji od onih koji stvarno postoje u jezgri i daju joj snagu.

Zatim je japanski fizičar Yukawa pokušao postaviti problem na sljedeći način: budući da interakcija putem elektrona i pozitrona nije dovoljna da objasni nuklearne sile, koje su onda čestice koje bi dale dovoljne sile? I izračunao je da ako se negativne i pozitivne čestice s masom 200 puta većom od pozitrona i elektrona nađu u jezgri, tada bi te čestice dale ispravnu relevantnost sila interakcije.

Nakon kratkog vremena te su čestice otkrivene u kozmičkim zrakama koje, dolazeći iz svemira, prodiru u atmosferu i promatraju se na zemljinoj površini, na visinama Elbrusa, pa čak i pod zemljom na prilično velikoj dubini. Ispostavilo se da kozmičke zrake, ulazeći u atmosferu, stvaraju negativno i pozitivno nabijene čestice čija je masa otprilike 200 puta veća od mase elektrona. Te su čestice istovremeno 10 puta lakše od protona i neutrona (koji su oko 2000 puta teži od elektrona). Dakle, radi se o nekim česticama “prosječne” težine. Zbog toga su nazvani mezotroni ili skraćeno mezoni. Njihovo postojanje kao dijela kozmičkih zraka u zemljinoj atmosferi sada je izvan sumnje.

Isti I.E. Tamm je nedavno proučavao zakone gibanja mezona. Ispostavilo se da imaju neobična svojstva, u mnogim aspektima ne slična svojstvima elektrona i pozitrona. Na temelju teorije o mezonima, on je zajedno s L.D. Landau je stvorio izuzetno zanimljivu teoriju nastanka neutrona i protona.

Tamm i Landau zamišljaju da je neutron proton povezan s negativnim mezonom. Pozitivno nabijen proton s negativnim elektronom tvori atom vodika, što nam je dobro poznato. Ali ako umjesto negativnog elektrona postoji negativni mezon, 200 puta teža čestica, s posebnim svojstvima, tada takva kombinacija zauzima mnogo manje prostora i po svim svojim svojstvima blisko odgovara onome što znamo o neutronu.

Prema ovoj hipotezi, vjeruje se da je neutron proton spregnut na negativni mezon, i obrnuto, proton je neutron spregnut na pozitivni mezon.

Tako se “elementarne” čestice - protoni i neutroni - pred našim očima ponovno počinju razdvajati i otkrivaju svoju složenu strukturu.

No možda je još zanimljivije to što nas takva teorija opet vraća na električnu teoriju materije, poremećenu pojavom neutrona. Sada se ponovno može ustvrditi da su svi elementi atoma i njegove jezgre koji su nam dosad poznati u osnovi električnog podrijetla.

Međutim, ne treba misliti da se u jezgri jednostavno radi o ponavljanju svojstava istog atoma.

Krećući se od iskustva skupljenog u astronomiji i mehanici do mjerila atoma, do 100 milijuntih dijelova centimetra, nalazimo se u novom svijetu u kojem se pojavljuju dosad nepoznata nova fizikalna svojstva atomske fizike. Ova svojstva objašnjava kvantna mehanika.

Sasvim je prirodno očekivati, a očito nam iskustvo to već pokazuje, da kada prijeđemo na sljedeći stupanj, na atomsku jezgru, a atomska jezgra je još uvijek 100 tisuća puta manja od atoma, onda ovdje otkrivamo čak i nove, specifične zakonitosti nuklearnih procesa koji se ne očituju primjetno ni u atomu ni u velikim tijelima.

Ta kvantna mehanika, koja nam savršeno opisuje sva svojstva atomskih sustava, pokazuje se nedostatnom i mora se dopunjavati i ispravljati u skladu s pojavama koje se nalaze u atomskoj jezgri.

Svaki takav kvantitativni stupanj popraćen je manifestacijom kvalitativno novih svojstava. Sile koje povezuju proton i neutron s mezonom nisu sile elektrostatskog privlačenja, već su Coulombovi zakoni, koji povezuju jezgru vodika s njezinim elektronom, sile složenije prirode, opisane Tammovom teorijom.

Ovako nam sada izgleda struktura atomske jezgre. Supružnici Pierre i Marie Curie 1899. otkrio radij i proučavao njegova svojstva. Ali put promatranja, neizbježan u prvom stupnju, budući da drugoga nismo imali, krajnje je neučinkovit put za razvoj znanosti.

Brzi razvoj osigurava mogućnost aktivnog utjecaja na predmet koji se proučava. Počeli smo prepoznavati atomsku jezgru kada smo je naučili aktivno modificirati. Ovo je odvažno. prije otprilike 20 godina poznatom engleskom fizičaru Rutherfordu.

Odavno je poznato da kada se dvije atomske jezgre susretnu, moglo bi se očekivati ​​da će jezgre utjecati jedna na drugu. Ali kako provesti takav sastanak? Uostalom, jezgre su pozitivno nabijene. Kada se približavaju jedna drugoj, one se međusobno odbijaju; Atomska energija je potrebna da se nadvladaju te sile i natjera jedna jezgra da se susreće s drugom. Da bi se akumulirala takva energija, bilo je potrebno prisiliti jezgre da prođu kroz potencijalnu razliku reda veličine 1 milijun V. I tako, kada su 1930. godine dobivene šuplje cijevi u kojima je bilo moguće stvoriti potencijalne razlike veće od 0,5 milijuna V, odmah su korišteni za utjecaj na atomske jezgre.

Mora se reći da takve cijevi nije dobila fizika atomske jezgre, već elektrotehnika u vezi s problemom prijenosa energije na velike udaljenosti.

Dugogodišnji san visokonaponske elektrotehnike je prijelaz s izmjenične na istosmjernu struju. Da biste to učinili, morate biti u mogućnosti pretvoriti visokonaponske izmjenične struje u istosmjerne i obrnuto.

Upravo u tu svrhu, još uvijek nedostignutu, stvorene su cijevi u kojima su jezgre vodika prolazile preko 0,5 milijuna V i dobivale visoku kinetičku energiju. Ovo tehničko dostignuće odmah je korišteno, te se na Cambridgeu pokušalo te brze čestice usmjeriti u jezgre raznih atoma.

Naravno, bojeći se da međusobno odbijanje ne bi omogućilo susret jezgri, uzeli su jezgre s najmanjim nabojem. Najmanji naboj ima proton. Stoga je u šupljoj cijevi tok vodikovih jezgri prošao kroz potencijalnu razliku do 700 tisuća V. U budućnosti dopustite da se energija koju naboj elektrona ili protona dobije nakon prolaska 1 V zove elektron volt. Protoni, koji su primili energiju od oko 0,7 milijuna eV, bili su usmjereni na pripravak koji je sadržavao litij.

Litij zauzima treće mjesto u periodnom sustavu. Njegova atomska težina je 7; ima 3 protona i 4 neutrona. Kada još jedan proton uđe u jezgru litija i pridruži joj se, dobit ćemo sustav od 4 protona i 4 neutrona, t.j. četvrti element je berilij s atomskom težinom 8. Takva se jezgra berilija raspada na dvije polovice od kojih svaka ima atomsku težinu 4 i naboj 2, t.j. je jezgra helija.

Doista, to je ono što je uočeno. Kad je litij bombardiran protonima, jezgre helija su izbačene; Štoviše, može se ustanoviti da 2 b-čestice s energijom od 8,5 milijuna eV svaka odlijeću u suprotnim smjerovima u isto vrijeme.

Iz ovog iskustva možemo izvući dva zaključka. Prvo, helij smo dobili iz vodika i litija. Drugo, potrošivši jedan proton s energijom od 0,5 milijuna eV (i tada se 70 000 eV pokazalo dovoljnim), dobili smo 2 čestice od kojih svaka ima 8,5 milijuna eV, tj. 17 milijuna eV.

U tom procesu smo, dakle, izvršili reakciju praćenu oslobađanjem energije iz atomske jezgre. Nakon što smo potrošili samo 0,5 milijuna eV, dobili smo 17 milijuna - 35 puta više.

Ali odakle dolazi ta energija? Naravno, zakon održanja energije nije prekršen. Kao i uvijek, bavimo se transformacijom jedne vrste energije u drugu. Iskustvo pokazuje da nema potrebe tražiti tajanstvene, još nepoznate izvore.

Već smo vidjeli da masa mjeri količinu energije pohranjene u tijelu. Ako smo oslobodili energiju od 17 milijuna eV, tada treba očekivati ​​da se smanjila rezerva energije u atomima, a time i njihova težina (masa).

Prije sudara imali smo jezgru litija čija je točna atomska težina 7,01819 i vodika čija je atomska težina 1,00813; dakle, prije susreta je bio zbroj atomskih težina 8,02632, a nakon sudara otpuštene su 2 čestice helija čija je atomska težina bila 4,00389. To znači da dvije jezgre helija imaju atomsku težinu 8,0078. Usporedimo li te brojeve, ispada da umjesto zbroja atomskih težina 8,026 ostaje 8,008; masa se smanjila za 0,018 jedinica.

Ova bi masa trebala dati energiju od 17,25 milijuna eV, ali zapravo je izmjereno 17,13 milijuna. Ne možemo očekivati ​​bolju podudarnost.

Možemo li reći da smo riješili problem alkemije - pretvaranja jednog elementa u drugi - i problem dobivanja energije iz unutaratomskih rezervi?

Ovo p je točno i netočno. Pogrešno u praktičnom smislu riječi. Uostalom, kada govorimo o mogućnosti transformacije elemenata, očekujemo da se dobiju takve količine tvari s kojima se može nešto učiniti. Isto vrijedi i za energiju.

Iz jedne jezgre zapravo smo dobili 35 puta više energije nego što smo potrošili. Ali možemo li ovaj fenomen učiniti osnovom za tehničko korištenje unutarnuklearnih rezervi energije?

Nažalost ne. Od cjelokupnog toka protona, otprilike jedan od milijun naići će na svom putu na jezgru litija; 999 999 drugih protopopa pada u jezgru i troši svoju energiju. Činjenica je da naše "topništvo ispaljuje" struje protona u jezgre atoma bez "nišana". Zato će od milijun samo jedan pasti u jezgru; ukupna bilanca je neprofitabilna. Za “bombardiranje” jezgre koristi se ogroman stroj koji troši veliku količinu električne energije, a rezultat je nekoliko izbačenih atoma čija se energija ne može iskoristiti ni za malu igračku.

Ovako je stajalo prije 9 godina. Kako se dalje razvijala nuklearna fizika? Otkrićem neutrona imamo projektil koji može doprijeti do bilo koje jezgre, budući da između njih nema odbojnih sila. Zahvaljujući tome, sada je moguće provoditi reakcije kroz periodni sustav pomoću neutrona. Ne postoji niti jedan element koji ne možemo pretvoriti u drugi. Možemo, primjerice, pretvoriti živu u zlato, ali u neznatnim količinama. Otkriveno je da postoji mnogo različitih kombinacija protona i neutrona.

Mendeljejev je zamislio da postoje 92 različita atoma, da svaka stanica odgovara jednoj vrsti atoma. Uzmimo 17. ćeliju, koju zauzima klor; dakle, klor je element čija jezgra ima 17 naboja; broj u njemu može biti 18 ili 20; sve će to biti različito građene jezgre s različitim atomskim težinama, ali budući da su im naboji isti, to su jezgre istog kemijskog elementa. Nazivamo ih izotopima klora. Kemijski se izotopi ne mogu razlikovati; zato je Mendeljejev posumnjao u njihovo postojanje. Broj različitih jezgri je stoga puno veći od 92. Sada znamo za oko 350 različitih stabilnih jezgri, koje se nalaze u 92 ćelije periodnog sustava, i, osim toga, oko 250 radioaktivnih jezgri, koje pri raspadu emitiraju zrake - protoni, neutroni, pozitroni, elektroni, g-zrake (fotoni) itd.

Osim onih radioaktivnih tvari koje postoje u prirodi (to su najteži elementi periodnog sustava), sada imamo priliku umjetno proizvesti bilo koje radioaktivne tvari, koje se sastoje od lakih atoma i srednjih i teških. Konkretno, možemo dobiti radioaktivni natrij ako jedemo kuhinjsku sol, koja sadrži radioaktivni natrij, tada možemo pratiti kretanje atoma radioaktivnog natrija po tijelu. Radioaktivni atomi su označeni, emitiraju zrake koje možemo detektirati i uz njihovu pomoć pratiti put određene tvari u bilo kojem živom organizmu.

Na isti način, uvođenjem radioaktivnih atoma u kemijske spojeve, možemo pratiti cjelokupnu dinamiku procesa, kinetiku kemijske reakcije. Prethodne metode određivale su konačni rezultat reakcije, ali sada možemo promatrati njezin cijeli tijek.

Ovo pruža moćan alat za daljnja istraživanja u polju kemije, biologije i geologije; u poljoprivredi će se moći pratiti kretanje vlage u tlu, kretanje hranjiva, njihov prijenos do korijena biljaka itd. Ono što do sada nismo mogli izravno vidjeti postaje dostupno.

Vratimo se na pitanje je li moguće dobiti energiju iz intranuklearnih rezervi?

Prije dvije godine to se činilo kao beznadan zadatak. Istina, bilo je jasno da iza granica onoga što je bilo poznato prije dvije godine postoji ogromno područje nepoznatog, ali

Nismo vidjeli nikakve specifične načine korištenja nuklearne energije.

Krajem prosinca 1938. otkrivena je pojava koja je potpuno promijenila situaciju problema. Ovo je fenomen raspada urana.

Raspad urana oštro se razlikuje od drugih dosad poznatih procesa radioaktivnog raspada, u kojem neka čestica - proton, pozitron, elektron - izleti iz jezgre. Kada neutron pogodi jezgru urana, može se reći da se jezgra raspada na 2 dijela. Tijekom tog procesa, kako se pokazalo, iz jezgre se emitira još nekoliko neutrona. A to dovodi do sljedećeg zaključka.

Zamislimo da je neutron uletio u masu urana, susreo se s nekom njegovom jezgrom, razdvojio je, oslobađajući ogromnu količinu energije, do oko 160 milijuna eV, a osim toga izlete i 3 neutrona, koji će se susresti sa susjednim uranom jezgre, cijepajući ih, svaka će opet osloboditi 160 milijuna eV i opet dati 3 neutrona.

Lako je zamisliti kako će se taj proces razvijati. Jedna fisirana jezgra će proizvesti 3 neutrona. Oni će uzrokovati cijepanje tri nova, od kojih će svaki dati još 3, pojavit će se 9, zatim 27, pa 81 itd. neutroni. I u beznačajnom djeliću sekunde ovaj će se proces proširiti na cjelokupnu masu jezgri urana.

Kako bih usporedio energiju koja se oslobađa tijekom kolapsa urana s energijama koje poznajemo, dopustite mi da napravim ovu usporedbu. Svaki atom zapaljive ili eksplozivne tvari oslobađa približno 10 eV energije, ali ovdje jedna jezgra oslobađa 160 milijuna eV. Posljedično, energija je ovdje 16 milijuna puta veća od eksplozivnih ispuštanja. To znači da će doći do eksplozije čija je snaga 16 milijuna puta veća od eksplozije najjačeg eksploziva.

Često se, osobito u naše vrijeme, kao neizbježna posljedica imperijalističkog stadija razvoja kapitalizma, znanstvena dostignuća koriste u ratu za istrebljenje ljudi. Ali prirodno je da razmišljamo o njihovoj upotrebi za dobrobit čovjeka.

Takve koncentrirane rezerve energije mogu se koristiti kao pokretačka snaga za svu našu tehnologiju. Kako to učiniti je, naravno, potpuno nejasan zadatak. Novi izvori energije nemaju gotovu tehnologiju. Morat ćemo ga ponovno stvoriti. Ali prije svega morate naučiti kako proizvesti energiju. Na putu do toga još postoje nesavladane poteškoće.

Uran je na 92. mjestu u periodnom sustavu, ima 92 naboja, ali postoji nekoliko izotopa. Jedan ima atomsku težinu 238, drugi - 234, treći - 235. Od svih ovih različitih urana, lavina energije može se razviti samo u uranu 235, ali samo 0,7% toga · Gotovo 99% je uran-238, koji ima svojstvo presretanja neutrona na putu. Neutron emitiran iz jezgre urana-235 prije nego što stigne do druge jezgre urana-235 bit će presretnut od strane jezgre urana-238. Lavina neće rasti. Ali takav se zadatak ne može lako napustiti. Jedan od izlaza je proizvodnja urana koji sadrži gotovo samo uran-235.

Do sada je, međutim, izotope bilo moguće razdvojiti samo u količinama od djelića miligrama, a da bi se pokrenula lavina potrebno je imati nekoliko tona urana-235. Od djelića miligrama do nekoliko tona, put je toliki da izgleda kao znanstvena fantastika, a ne kao stvarni zadatak. No čak i ako trenutno ne znamo za jeftine i raširene načine odvajanja izotopa, to ne znači da su svi putovi do toga zatvoreni. Stoga i sovjetski i strani znanstvenici sada marljivo rade na metodama odvajanja izotopa.

No, moguć je i drugi način miješanja urana s tvari koja malo apsorbira, ali snažno raspršuje i usporava neutrone. Činjenica je da spore neutrone, koji cijepaju uran-235, ne zaustavlja uran-238. Situacija je trenutno takva da se jednostavnim pristupom ne dolazi do cilja, ali ipak postoje različite mogućnosti, vrlo složene, teške, ali ne i beznadne. Da je jedan od tih putova doveo do cilja, onda bi, vjerojatno, proizveo revoluciju u cjelokupnoj tehnici, koja bi po svom značenju nadmašila pojavu parnog stroja i elektriciteta.

Stoga nema razloga vjerovati da je problem riješen, da sve što trebamo učiniti je naučiti koristiti energiju i sva stara tehnologija može biti bačena u smeće. Ništa slično ovome. Prvo, još ne znamo kako izvući energiju iz urana, i, drugo, ako bi se p mogao izvući, tada bi njegovo korištenje zahtijevalo puno vremena i rada. Budući da ove kolosalne rezerve energije postoje u jezgrama, moglo bi se pomisliti da će se prije ili kasnije pronaći načini za njihovo korištenje.

Na putu proučavanja problema urana, u Uniji je napravljeno izuzetno zanimljivo istraživanje. Ovo je djelo dvojice mladih sovjetskih znanstvenika - komsomolca Flerova i mladog sovjetskog fizičara Petrzhaka. Proučavajući fenomen fisije urana, primijetili su da se uran raspada sam od sebe bez ikakvog vanjskog utjecaja. Od 10 milijuna alfa zraka koje uran emitira, samo 6 odgovara fragmentima njegovog raspada. Bilo je moguće primijetiti ove 0 čestica među 10 milijuna drugih samo uz veliko promatranje i izvanrednu eksperimentalnu umjetnost.

Dva mlada fizičara stvorila su opremu koja je bila 40 puta osjetljivija od bilo čega do sada poznatog, a istovremeno toliko precizna da su s pouzdanjem mogli dodijeliti stvarnu vrijednost ovih 6 točaka od 10 milijuna. Zatim sekvencijalno I Sustavno su provjeravali svoje zaključke i čvrsto utvrdili novi fenomen spontanog raspada urana.

Ovaj rad je izvanredan ne samo po svojim rezultatima, po svojoj ustrajnosti, već i po suptilnosti eksperimenta, ali i po domišljatosti autora. S obzirom da jedan od njih ima 27, a drugi 32 godine, onda od njih možete puno očekivati. Ovo djelo je predano za Staljinovu nagradu.

Fenomen koji su otkrili Flerov i Pietrzak pokazuje da je element 92 nestabilan. Istina, trebat će 1010 godina da se polovica svih dostupnih jezgri urana uruši. Ali postaje jasno zašto periodni sustav završava ovim elementom.

Teži elementi bit će još nestabilniji. Oni su brže uništeni i stoga nisu preživjeli do nas. Da je tomu tako, opet je potvrdilo neposredno iskustvo. Možemo proizvoditi 93 - th i element 94, ali imaju vrlo kratak životni vijek, manje od 1000 godina.*

Stoga je, kao što vidite, ovaj rad od temeljne važnosti. Ne samo da je otkrivena nova činjenica, nego je razjašnjena i jedna od misterija periodnog sustava elemenata.

Proučavanje atomske jezgre otvorilo je izglede za korištenje unutaratomskih rezervi, ali do sada tehnologiji nije dalo ništa stvarno. Izgleda tako. No zapravo, sva energija koju koristimo u tehnologiji je nuklearna energija. Zapravo, odakle nam energija iz ugljena, nafte, odakle hidroelektranama energija?

Znate dobro da se energija sunčevih zraka, koju apsorbira zeleno lišće biljaka, pohranjuje u obliku ugljena, sunčeve zrake, isparavajući vodu, podižu je i izlijevaju u obliku kiše na visinama, u u obliku planinskih rijeka isporučuju energiju hidroelektranama.

Sve vrste energije koje koristimo dobivamo od Sunca. Sunce emitira ogromnu količinu energije ne samo prema Zemlji, već u svim smjerovima, i imamo razloga misliti da Sunce postoji već stotinama milijardi godina. Ako izračunate koliko je energije emitirano za to vrijeme, postavlja se pitanje - odakle dolazi ta energija, gdje je njen izvor?

Sve što smo prije mogli smisliti pokazalo se nedostatnim, a čini se da smo tek sada dobili pravi odgovor. Izvor energije ne samo sa Sunca, već i iz drugih zvijezda (naše Sunce se po tome ne razlikuje od drugih zvijezda) su nuklearne reakcije. U središtu zvijezde, zahvaljujući silama gravitacije, postoji kolosalan pritisak i vrlo visoka temperatura - 20 milijuna stupnjeva. U takvim uvjetima jezgre atoma često se sudaraju jedna s drugom, a tijekom tih sudara dolazi do nuklearnih reakcija, jedan od primjera je bombardiranje litija protonima.

Jezgra vodika sudara se s jezgrom ugljika atomske težine 12, proizvodeći dušik 13, koji se pretvara u ugljik 13, emitirajući pozitivan pozitron. Zatim se novi ugljik 13 sudara s drugom jezgrom vodika, i tako dalje. Ono što na kraju dobijete je isti ugljik 12 koji je pokrenuo stvari. Ugljik je ovdje samo prolazio kroz različite faze i sudjelovao samo kao katalizator. Ali umjesto 4 jezgre vodika, na kraju reakcije pojavila se nova jezgra helija i dva dodatna pozitivna naboja.

Unutar svih zvijezda, raspoložive rezerve vodika se takvim reakcijama pretvaraju u helij, a ovdje jezgre postaju složenije. Od najjednostavnijih jezgri vodika nastaje sljedeći element - helij. Količina energije koja se u ovom slučaju oslobađa, kako pokazuju izračuni, točno odgovara energiji koju emitira zvijezda. Zato se zvijezde ne hlade. Oni stalno nadopunjuju zalihe energije, naravno, sve dok ima zaliha vodika.

Kod raspada urana radi se o kolapsu teških jezgri i njihovoj transformaciji u puno lakše.

U ciklusu prirodnih pojava vidimo tako dvije krajnje karike - one najteže se raspadaju, one najlakše spajaju, dakako, u sasvim drugim uvjetima.

Ovdje smo napravili prvi korak prema problemu evolucije elemenata.

Vidite da umjesto toplinske smrti, koju je predviđala fizika prošlog stoljeća, predviđala, kako je Engels istaknuo, bez dovoljno temelja, samo na temelju zakona toplinskih pojava, nakon 80 godina pojavili su se mnogo snažniji procesi koji ukazuju na nam nekakav energetski ciklus u prirodi, do toga da na nekim mjestima dolazi do komplikacije, a na drugim mjestima do raspada materije.

Prijeđimo sada s atomske jezgre na njezinu ljusku, a zatim na velika tijela koja se sastoje od ogromnog broja atoma.

Kada su prvi put saznali da se atom sastoji od jezgre p elektrona, činilo se da su elektroni najelementarniji, najjednostavniji od svih tvorevina, čija su masa i naboj bili poznati količina materije, već količina energije koju tvar posjeduje.

Dakle, znali smo naboj elektrona, znali smo njegovu masu, a budući da nismo znali ništa drugo o njemu, činilo se da nema više što znati. Da bi mu se pripisao raspoređen oblik, kubičan, izdužen ili ravan, morali su imati neki razlozi, ali ih nije bilo. Stoga se smatralo da je lopta dimenzija 2 x 10"" 2 cm. Nije bilo jasno kako se taj naboj nalazi: na površini lopte ili ispunjava njen volumen?

Kad smo se stvarno približili elektronima u atomu i počeli proučavati njihova svojstva, ova prividna jednostavnost počela je nestajati.

Svi smo čitali prekrasnu Lenjinovu knjigu “Materijalizam i empiriokriticizam”, napisanu 1908. godine, tj. u vrijeme kada se činilo da su elektroni najjednostavniji i najnedjeljiviji elementarni naboji. Tada je Lenjin istaknuo da elektron ne može biti posljednji element u našem poznavanju prirode, da će se u elektronu s vremenom otkriti nova varijanta, nama i tada nepoznata. Ovo predviđanje, kao i sva druga predviđanja V.I. Lenjin je u ovoj divnoj knjizi već opravdan. Elektron ima magnetski moment. Ispostavilo se da elektron nije samo naboj, već i magnet. Također je utvrđeno da ima rotacijski moment, takozvani spin. Nadalje, pokazalo se da iako se elektron kreće oko jezgre, poput planeta oko Sunca, ali se, za razliku od planeta, može kretati samo duž dobro definiranih kvantnih orbita, može imati dobro definirane energije i ne posredne.

Ispostavilo se da je to rezultat činjenice da samo kretanje elektrona u atomu vrlo nejasno nalikuje kretanju lopte u njegovoj orbiti. Zakoni gibanja elektrona bliži su zakonima prostiranja valova, poput svjetlosnih valova.

Pokazalo se da se kretanje elektrona pokorava zakonima valnog gibanja, koji čine sadržaj valne mehanike. Ne pokriva samo kretanje elektrona, već i sve vrste prilično malih čestica.

Već smo vidjeli da se elektron male mase može pretvoriti u mezon 200 puta veće mase, i obrnuto, mezon se raspadne i pojavi se elektron 200 puta manje mase. Vidite da je jednostavnost elektrona nestala.

Ako elektron može biti u dva stanja: s niskom i s visokom energijom, onda to nije tako jednostavno tijelo. Posljedično, jednostavnost elektrona 1908. bila je prividna jednostavnost, odražavajući nepotpunost našeg znanja. Ovo je zanimljivo kao jedan od primjera briljantnog predviđanja ispravne znanstvene filozofije koje je izrazio tako izvanredan majstor koji je ovladao dijalektičkom metodom kao što je Lenjin.

No, imaju li zakoni gibanja elektrona u atomu veličine 100 milijuntih dijelova centimetra praktično značenje?

Elektronička optika razvijena posljednjih godina odgovara na to. Budući da se kretanje elektrona odvija prema zakonima prostiranja svjetlosnih valova, tokovi elektrona trebali bi se širiti približno na isti način kao i svjetlosne zrake. Doista, takva su svojstva otkrivena u elektrodama.

Na tom putu posljednjih je godina moguće riješiti vrlo važan praktični problem - stvoriti elektronski mikroskop. Optički mikroskop dao je čovjeku rezultat od ogromne važnosti. Dovoljno je podsjetiti da se cijelo učenje o mikrobima i bolestima koje oni uzrokuju, svi načini njihova liječenja temelje na onim činjenicama koje se mogu promatrati pod mikroskopom. Posljednjih godina pojavilo se više razloga za mišljenje da organski svijet nije ograničen samo na mikrobe, da postoje neke žive tvorevine koje su svojim dimenzijama mnogo manje od mikroba. I tu smo naišli na naizgled nepremostivu prepreku.

Mikroskop koristi svjetlosne valove. Uz pomoć svjetlosnih valova, bez obzira koji sustav leća koristili, nemoguće je proučavati objekte koji su višestruko manji od svjetlosnog vala.

Valna duljina svjetlosti je vrlo mala vrijednost, mjeri se u desetinkama mikrona. Mikron je tisućinka milimetra. To znači da se vrijednosti od 0,0002 - 0,0003 mm mogu vidjeti u dobrom mikroskopu, ali ni manje se ne mogu vidjeti. Mikroskop je tu beskoristan, ali samo zato što mi ne znamo napraviti dobre mikroskope, već zato što je takva priroda svjetlosti.

Koji je najbolji izlaz? Potrebna je svjetlost kraće valne duljine. Što je valna duljina kraća, to manje objekte možemo vidjeti. Brojni su nas razlozi potaknuli na pomisao da postoje mali organizmi koji su nedostupni mikroskopu, a unatoč tome imaju veliku važnost u biljnom i životinjskom svijetu, uzročnici niza bolesti. To su takozvani virusi, koji se mogu filtrirati i koji se ne mogu filtrirati. Nisu ih otkrili svjetlosni valovi.

Tokovi elektrona nalikuju svjetlosnim valovima. Mogu se koncentrirati na isti način, poput svjetlosnih zraka, i stvoriti potpuni privid optike. Naziva se elektronska optika. Konkretno, također je moguće implementirati elektronski mikroskop, t.j. isti uređaj koji će pomoću elektrona stvoriti jako uvećanu sliku malih objekata. Ulogu naočala igrat će električna i magnetska polja, koja djeluju na kretanje elektrona, poput leće na svjetlosne zrake. Ali duljina elektronskih valova je 100 puta kraća od duljine svjetlosnih valova i, stoga, uz pomoć elektronskog mikroskopa možete vidjeti tijela 100 puta manja, ne 10 tisućinki milimetra, nego milijunti dio milimetra, i milijunti dio milimetar je već veličina velikih molekula.

Druga razlika je u tome što očima vidimo svjetlost, ali ne možemo vidjeti elektron. Ali to nije tako veliki nedostatak. Ako ne vidimo elektrone, onda se jasno vide mjesta gdje padaju. Oni uzrokuju sjaj zaslona ili crnjenje fotografske ploče, te možemo proučavati fotografiju predmeta. Izgrađen je elektronski mikroskop i dobili smo mikroskop s povećanjem ne 2000-3000, nego 150-200 tisuća puta, označavajući objekte 100 puta manje od onih koji su dostupni optičkom mikroskopu. Virusi su se odmah pretvorili iz hipoteze u činjenicu. Možete proučavati njihovo ponašanje. Možete čak vidjeti i obrise složenih molekula. Tako smo dobili novi moćan alat za proučavanje prirode.

Poznato je kolika je bila golema uloga mikroskopa u biologiji, kemiji i medicini. Pojava novog oružja možda će učiniti još značajniji iskorak i otvoriti nova, dosad nepoznata područja za nas. Teško je predvidjeti što će se otkriti u ovom svijetu milijuntog djelića milimetra, ali može se pomisliti da je ovo nova etapa u prirodnim znanostima, elektrotehnici i mnogim drugim područjima znanja.

Kao što vidite, od pitanja valne teorije materije s njezinim čudnim, neobičnim odredbama, brzo smo prešli na stvarne i praktično važne rezultate.

Elektronska optika se koristi ne samo za stvaranje nove vrste mikroskopa. Njegova vrijednost izuzetno brzo raste. Međutim, ograničit ću se samo na razmatranje primjera njegove primjene.

Budući da govorim o najsuvremenijim problemima fizike, neću izlagati teoriju atoma, koja je dovršena 1930. godine: to je prije jučerašnji problem.

Sada nas zanima kako se atomi spajaju u fizička tijela koja se mogu izvagati na vagi, osjetiti njihova toplina, veličina ili tvrdoća, a s kojima imamo posla u životu, tehnologiji itd.

Kako se svojstva atoma očituju u čvrstim tijelima? Prije svega, pokazalo se da kvantni zakoni koji su otkriveni u pojedinačnim atomima zadržavaju svoju punu primjenjivost na cijela tijela. I u pojedinačnim atomima i u cijelom tijelu, elektroni zauzimaju samo vrlo određene položaje i imaju samo određene, vrlo određene energije.

Elektron u atomu može biti samo u određenom stanju gibanja, štoviše, u svakom takvom stanju može postojati samo jedan elektron. Ne mogu postojati dva elektrona u atomu koji su u istim stanjima. Ovo je također jedna od glavnih odredbi atomske teorije.

Dakle, kada se atomi spajaju u ogromnim količinama, tvoreći čvrsto tijelo - kristal, onda u tako velikim tijelima ne mogu postojati dva elektrona koji bi zauzeli isto stanje.

Ako je broj stanja dostupnih elektronima točno jednak broju elektrona, tada je svako stanje zauzeto jednim elektronom i nema preostalih slobodnih stanja. U takvom tijelu elektroni su vezani. Da bi se počeli kretati u određenom smjeru, stvarajući protok elektriciteta, odnosno električne struje, kako bi, drugim riječima, tijelo provodilo električnu struju, potrebno je da elektroni promijene svoje stanje. Prije su se pomicali udesno, ali sada se moraju pomaknuti, na primjer, ulijevo; Pod utjecajem električnih sila energija se mora povećati. Posljedično, stanje gibanja elektrona se mora promijeniti, a za to je potrebno prijeći u drugo stanje, različito od prethodnog, ali to je nemoguće, jer su sva stanja već zauzeta. Takva tijela ne pokazuju nikakva električna svojstva. To su izolatori u kojima ne može teći nikakva struja unatoč činjenici da postoji ogromna količina elektrona.

Uzmite drugi slučaj. Broj slobodnih mjesta mnogo je veći od broja elektrona koji se tamo nalaze. Tada su elektroni slobodni. Elektroni u takvom tijelu, iako ih nema više nego u izolatoru, mogu mijenjati svoja stanja, slobodno se kretati udesno ili ulijevo, povećavati ili smanjivati ​​svoju energiju itd. Takva tijela su metali.

Tako dobivamo vrlo jednostavnu definiciju koja tijela provode električnu struju, a koja su izolatori. Ova razlika pokriva sva fizikalna i fizikalno-kemijska svojstva krutine.

U metalu energija slobodnih elektrona prevladava nad toplinskom energijom njegovih atoma. Elektroni teže prijeći u stanje s najnižom mogućom energijom. To određuje sva svojstva metala.

Stvaranje kemijskih spojeva, na primjer vodene pare iz vodika i kisika, događa se u strogo određenim omjerima, određenim valencijom - jedan atom kisika spaja se s dva atoma vodika, dvije valencije atoma kisika zasićene su s dvije valencije dva atoma vodika.

Ali u metalu je situacija drugačija. Legure dvaju metala ne tvore spojeve kada su njihove količine u odnosu na njihove valencije, nego kada je, na primjer, kada je omjer broja elektrona u danom metalu prema broju atoma u tom metalu 21:13. Ne postoji ništa slično valenciji u ovim spojevima; spojevi nastaju kada elektroni dobivaju najmanje energije, tako da su kemijski spojevi u metalima u mnogo većoj mjeri određeni stanjem elektrona nego valentnim silama atoma. Na potpuno isti način, stanje elektrona određuje sva elastična svojstva, čvrstoću i optiku metala.

Osim dva ekstremna slučaja: metala, čiji su svi elektroni slobodni, i izolatora, u kojima su sva stanja ispunjena elektronima i nema promjena u njihovoj raspodjeli, postoji i ogromna raznolikost tijela koja ne provode električnu struju. kao i metal, ali također ne oni to ne izvode u potpunosti. To su poluvodiči.

Poluvodiči su vrlo široko i raznoliko područje tvari. Cijeli anorganski dio prirode oko nas, svi minerali, sve su to poluvodiči.

Kako se dogodilo da ovo cijelo ogromno područje znanja još nitko nije proučavao? Prošlo je samo 10 godina otkako smo počeli raditi na poluvodičima. Zašto? Jer, uglavnom, nisu imali primjenu u tehnologiji. Ali prije otprilike 10 godina poluvodiči su prvi put ušli u elektrotehniku ​​i od tada su se počeli koristiti izuzetnom brzinom u najrazličitijim granama elektrotehnike.

Razumijevanje poluvodiča u potpunosti se temelji na samoj kvantnoj teoriji koja se pokazala tako plodnom u proučavanju pojedinačnog atoma.

Dopustite mi da vam skrenem pozornost na jednu zanimljivu stranu ovih materijala. Ranije je čvrsto tijelo bilo predstavljeno u ovom obliku. Atomi su spojeni u jedan sustav, nisu spojeni nasumično, nego je svaki atom spojen sa susjednim atomom na takvim pozicijama, na takvim udaljenostima, na kojima bi njihova energija bila minimalna.

Ako to vrijedi za jedan atom, onda vrijedi i za sve ostale. Dakle, cijelo tijelo kao cjelina opetovano ponavlja iste rasporede atoma na strogo određenoj udaljenosti jedan od drugog, tako da se dobije rešetka pravilno smještenih atoma. Rezultat je kristal s dobro definiranim rubovima i definiranim kutovima između rubova. Ovo je manifestacija unutarnjeg reda u rasporedu pojedinačnih atoma.

Međutim, ova slika je samo približna. Zapravo, toplinsko kretanje i stvarni uvjeti rasta kristala dovode do činjenice da se pojedinačni atomi trgaju sa svojih mjesta na druga mjesta, neki od atoma izlaze i uklanjaju se u okoliš. To su izolirani poremećaji na izoliranim mjestima, ali oni dovode do važnih rezultata.

Ispostavilo se da je dovoljno povećati količinu kisika sadržanu u bakrovom oksidu ili smanjiti količinu bakra za 1%, tako da se električna vodljivost poveća milijun puta, a sva ostala svojstva dramatično se promijene. Dakle, male promjene u strukturi tvari povlače za sobom ogromne promjene u njezinim svojstvima.

Naravno, proučavanjem ovog fenomena možemo ga koristiti za svjesnu promjenu poluvodiča u željenom smjeru, za promjenu njihove električne vodljivosti, toplinskih, magnetskih i drugih svojstava koliko je potrebno za rješavanje zadanog problema.

Na temelju kvantne teorije i učenja iz našeg laboratorija i iskustva u proizvodnom pogonu, pokušavamo riješiti tehničke probleme povezane s poluvodičima.

U tehnici su poluvodiči prvi put korišteni u izmjeničnim ispravljačima. Ako se bakrena ploča oksidira na visokoj temperaturi, stvarajući na njoj bakreni oksid, tada takva ploča ima vrlo zanimljiva svojstva. Kada struja prolazi u jednom smjeru, njen otpor je mali, a dobiva se značajna struja. Kada struja prolazi u suprotnom smjeru, stvara se ogroman otpor, a struja u suprotnom smjeru ispada zanemariva.

Ovo je svojstvo iskoristio američki inženjer Grondahl za “ispravljanje” izmjenične struje. Izmjenična struja mijenja svoj smjer 100 puta u sekundi; Ako postavite takvu ploču na putanju struje, tada će primjetna struja teći samo u jednom smjeru. To je ono što nazivamo strujnim ispravljanjem.

U Njemačkoj su se u tu svrhu počele koristiti željezne ploče obložene selenom. Ovdje su reproducirani rezultati dobiveni u Americi i Njemačkoj; razvijena je tehnologija za tvorničku proizvodnju svih ispravljača koje koristi američka i njemačka industrija. Ali, naravno, to nije bio glavni zadatak. Bilo je potrebno, koristeći naše znanje o poluvodičima, pokušati stvoriti bolje ispravljače.

Uspjeli smo donekle. B.V. Kurchatov i Yu.A. Dunaev je uspio stvoriti novi ispravljač koji ide puno dalje od onoga što je poznato u inozemnoj tehnologiji. Ispravljač od bakrenog oksida, koji je ploča široka približno 80 mm i duga 200 mm, ispravlja struje reda veličine 10-15 A.

Bakar je skup i rijedak materijal, ali ispravljači zahtijevaju mnogo, mnogo tona bakra.

Kurčatovljev ispravljač je mala aluminijska čašica u koju se ulije pola grama bakrenog sulfida i koja se zatvori metalnim čepom s izolacijom od tinjca. To je sve. Takav ispravljač ne treba zagrijavati u pećnicama, a ispravlja struje reda veličine 60 A. Lakoća, praktičnost i niska cijena daju mu prednost u odnosu na vrste koje postoje u inozemstvu.

Godine 1932. Lange u Njemačkoj primijetio je da isti bakreni oksid ima svojstvo stvaranja električne struje kada se osvijetli. Ovo je čvrsta fotoćelija. Za razliku od drugih, stvara struju bez ikakvih baterija. Dakle, električnu energiju primamo od svjetlosti – fotoelektričnog stroja, ali je primljena količina električne energije vrlo mala. U tim solarnim ćelijama samo se 0,01-0,02% svjetlosne energije pretvara u energiju električne struje, no ipak je Lange napravio mali motor koji se okreće kada je izložen suncu.

Nekoliko godina kasnije, u Njemačkoj je proizvedena fotoćelija od selena, koja proizvodi približno 3-4 puta veću struju od ćelije od bakrenog oksida, a učinkovitost doseže 0,1%.

Pokušali smo napraviti još napredniju fotoćeliju, što je B.T. Kolomiets i Yu.P. Maslakovets. Njihova fotoćelija proizvodi struju 60 puta veću od bakrovog oksida i 15-20 puta veću od selena. Zanimljiv je i u smislu da proizvodi struju iz nevidljivih infracrvenih zraka. Osjetljivost mu je tolika da se pokazalo zgodnim koristiti ga za zvučno kino umjesto do sada korištenih vrsta fotoćelija.

Postojeće solarne ćelije imaju bateriju koja stvara struju čak i bez osvjetljenja; To uzrokuje često pucketanje i buku u zvučniku što smanjuje kvalitetu zvuka. Naša fotoćelija ne zahtijeva nikakvu bateriju; elektromotorna sila se stvara osvjetljenjem; Ako nema svjetla, onda struja nema odakle. Stoga zvučne instalacije napajane ovim fotoćelijama proizvode čist zvuk. Instalacija je prikladna i na druge načine. Budući da nema baterije, nema potrebe za spajanjem žica, eliminiran je niz dodatnih uređaja, kaskada foto pojačala itd.

Očito ove fotoćelije nude neke prednosti za kino. Otprilike godinu dana takva je instalacija radila u pokaznom kinu u Lenjingradskoj kući kina, a sada, nakon toga, glavna kina na Nevskom prospektu - "Titan", "Listopad", "Aurora" prelaze na ova. fotoćelije.

Dopustite mi da ova dva primjera dodam treći, koji još uopće nije dovršen, - korištenje poluvodiča za termoelemente.

Dugo vremena koristimo termoparove. Izrađeni su od metala za mjerenje temperature i energije zračenja svjetlećih ili zagrijanih tijela; ali obično su struje iz tih termoelemenata izrazito slabe, mjere se galvanometrima. Poluvodiči proizvode puno veću emf od običnih metala, te stoga predstavljaju posebne prednosti za termoelemente koji su daleko od upotrebe.

Sada pokušavamo iskoristiti poluvodiče koje proučavamo za termoelemente i postigli smo određeni uspjeh. Ako zagrijete jednu stranu male ploče koju smo napravili za 300-400°, ona daje struju od oko 50 A i napon od oko 0,1 V.

Odavno je poznato da se iz termoelemenata mogu dobiti velike struje, ali u usporedbi s onim što je u tom smjeru postignuto u inozemstvu, primjerice u Njemačkoj, naši poluvodiči daju puno više.

Tehničko značenje poluvodiča nije ograničeno na ova tri primjera. Poluvodiči su glavni materijali na kojima se grade automatizacija, alarmni sustavi, daljinsko upravljanje itd. Kako automatizacija raste, tako rastu i različite primjene poluvodiča. No, iz ova tri primjera čini mi se da se vidi da se razvoj teorije pokazuje izuzetno povoljnim za praksu.

Ali teorija je dobila tako značajan razvoj samo zato što smo je razvili na temelju rješavanja praktičnih problema, držeći korak s tvornicama. Ogromni razmjeri tehničke proizvodnje, hitne potrebe koje proizvodnja nameće, izuzetno potiču teorijski rad, tjeraju nas da se pod svaku cijenu izvučemo iz poteškoća i riješimo probleme koji bi bez njega vjerojatno bili napušteni.

Ako pred sobom nemamo tehnički problem, mi, proučavajući fizički fenomen koji nas zanima, pokušavamo ga razumjeti, provjeravajući svoje ideje laboratorijskim pokusima; u isto vrijeme, ponekad je moguće pronaći prava rješenja i uvjeriti se da su točna. Zatim tiskamo znanstveni rad, smatrajući svoj zadatak obavljenim. Ako? Kad god neka teorija nije opravdana ili se otkriju novi fenomeni koji se u nju ne uklapaju, nastojimo teoriju razviti i modificirati. Nije uvijek moguće pokriti cijeli raspon eksperimentalnog materijala. Tada rad smatramo promašenim i ne objavljujemo svoje istraživanje. Često se, međutim, u tim fenomenima koje ne razumijemo krije nešto novo što se ne uklapa u teoriju, što zahtijeva njeno napuštanje i zamjenu potpuno drugačijim pristupom problematici i drugačijom teorijom.

Masovna proizvodnja ne tolerira nedostatke. Pogreška će odmah utjecati na pojavu nedoumica u proizvodnji. Sve dok se neki aspekti stvari ne razumiju, tehnički proizvod nije dobar i ne može se pustiti u promet. Pod svaku cijenu moramo saznati sve i obuhvatiti one procese koji još nisu objašnjeni u fizikalnoj teoriji. Ne možemo stati dok ne pronađemo objašnjenje, a onda imamo kompletnu, mnogo dublju teoriju.

Za spoj teorije i prakse, za procvat znanosti, nigdje nema tako povoljnih uvjeta kao u prvoj zemlji socijalizma.