Aronovs R.A., Šemjakinskis V.M. Divas pieejas ģeometrijas un fizikas attiecību problēmai // Zinātnes filozofija. Vol. 7: Mūsdienu dabaszinātņu paradigmas veidošanās - M.: , 2001

Mūsdienu fizikā valdošo viedokli visskaidrāk pauž V. Heizenbergs rakstā “Jēdzienu attīstība divdesmitā gadsimta fizikā”: Einšteina pieeja ģeometrijas un fizikas attiecību problēmai “pārvērtēja ģeometriskās spējas. viedoklis. Vielas granulētā struktūra ir kvantu teorijas, nevis ģeometrijas sekas; kvantu teorija attiecas uz ļoti fundamentālu mūsu dabas apraksta īpašību, kas nebija ietverta Einšteina spēka lauku ģeometrizācijā.

Protams, var strīdēties, vai Einšteina pieeja pārvērtēja ģeometriskā skatpunkta iespējas vai arī nepārvērtēja. Taču šķiet skaidrs, ka Heizenberga apgalvojums: “materiāla granulētā struktūra ir kvantu teorijas, nevis ģeometrijas sekas” ir neprecīzs. Matērijai ir struktūra pirms, ārpus tās un neatkarīgi no jebkuras teorijas. Kas attiecas uz ģeometriju, lai gan no Heizenberga raksta konteksta nav skaidrs, par ko tieši ir runa - par problēmas epistemoloģisko aspektu (par ģeometriju kā matemātikas fragmentu vai ontoloģisko (par reālās telpas ģeometriju), tomēr abos gadījumos matērijas struktūra nav ģeometrijas sekas. Pirmajā gadījumā tā paša iemesla dēļ tā nav kvantu teorijas sekas. Otrajā gadījumā, jo pati reālās telpas ģeometrija ir viens no aspektiem. matērijas struktūra.

Protams, ir taisnība, ka kvantu teorija atspoguļo tādas dabas īpašības, par kurām informācija nebija ietverta Einšteina spēka lauku ģeometrizācijā. Taču ģeometriskais skatījums un īpašā forma, kādā tas tiek pasniegts Einšteina mēģinājumā ģeometrizēt spēka laukus, nekādā ziņā nav viens un tas pats. Galu galā tieši pēdējais apstāklis ​​noteica, ka veiksmīga ģeometriskā viedokļa ieviešana vispārējā relativitātes teorijā (GTR) stimulēja fizikālās teorijas meklējumus, kas, pamatojoties uz reālās telpas un laika metriskajām un topoloģiskām īpašībām. , varētu atjaunot (un tādējādi izskaidrot) elementārdaļiņu uzvedību un īpašības.

kvantu parādības. Lielākā daļa fiziķu neapšaubāmi atbildēs ar pārliecinošu “nē”, jo uzskata, ka kvantu problēma ir jāatrisina principiāli citādā veidā. Lai kā arī būtu, mums kā mierinājumu paliek Lesinga vārdi: “Tā tieksme pēc patiesības ir daudz vērtīgāka, vērtīgāka par pārliecību par to.

Patiešām, matemātiskās grūtības pašas par sevi nevar kalpot par argumentu pret fizikas attīstības virzienu, kuru Einšteins ievēroja. Citas jomas saskaras ar līdzīgām grūtībām, jo ​​(kā atzīmēja Einšteins) fizika noteikti pāriet no lineārām teorijām uz būtībā nelineārām. Galvenā problēma ir, vai ģeometrizēts fiziskās pasaules lauka attēls var izskaidrot matērijas un starojuma atomu uzbūvi, kā arī kvantu parādības, un vai tas principā var būt pietiekams pamats kvantu parādību adekvātai atspoguļošanai. Mums šķiet, ka Puankarē un Einšteina pieejās ietverto iespēju vēsturiskā, zinātniskā un filozofiskā analīze var izgaismot dažus šīs problēmas aspektus.

P.S. Laplasa brīnišķīgā frāze ir plaši zināma, ka cilvēka prātam ir mazāk grūtību, kad tas virzās uz priekšu, nekā tad, kad tas iedziļinās sevī. Bet virzība uz priekšu kaut kādā veidā ir saistīta ar prāta padziļināšanu sevī, ar pamatu, stila un metožu maiņu, ar zinātnisko zināšanu vērtības un mērķa pārskatīšanu, ar pāreju no ierastās paradigmas uz jaunu, vairāk. sarežģīts un tieši tāpēc spēj atjaunot zaudēto korespondences jēgu un realitāti.

Viens no pirmajiem soļiem šajā ceļā, kā zināms, bija F. Kleina “Erlangenas programmas” dotais ne-eiklīda ģeometriju neempīriskais pamatojums, kas bija viens no priekšnoteikumiem fiziskās domāšanas atbrīvošanai no telpiskās važām. pasaules attēlu un ģeometriskā apraksta izpratni nevis kā fizisko procesu arēnas aprakstu, bet gan kā adekvātu fiziskās pasaules dinamikas skaidrojumu. Šī ģeometrijas lomas pārdomāšana fiziskajā izziņā galu galā noveda pie fizikas ģeometrizācijas programmas izveides. Tomēr ceļš uz šo programmu veda caur Puankarē konvencionālismu, kurš Kleina nemainīgo grupu metodi attiecināja uz fiziku.

Atrisinot ģeometrijas un fizikas attiecību problēmu, Puankarē balstījās uz Erlangenas programmas koncepciju, kuras pamatā ir ideja par ģeometriju kā abstraktu zinātni, kas pati par sevi

neatspoguļo sev ārējās pasaules likumus: “Matemātikas teoriju mērķis nav atklāt mums lietu patieso būtību; šāda prasība būtu neapdomīga. To vienīgais mērķis ir sistematizēt fiziskos likumus, kurus mēs mācāmies no pieredzes, bet kurus mēs pat nevarētu izteikt bez matemātikas palīdzības.

Izmantojot šo pieeju, ģeometrija nepārprotami izvairās no eksperimentālās verifikācijas: “Ja Lobačevska ģeometrija ir derīga, tad ļoti tālu zvaigznes paralakse būs ierobežota; ja ir derīga Rīmaņa ģeometrija, tad tā būs negatīva. Šķiet, ka šie rezultāti ir pakļauti eksperimentālai pārbaudei; un tika cerēts, ka astronomiskie novērojumi varētu izšķirt izvēli starp trim ģeometrijām. Bet tas, ko astronomijā sauc par taisnu līniju, ir vienkārši gaismas stara trajektorija. Ja tāpēc bez cerībām izdotos atklāt negatīvas paralakses vai pierādīt, ka visas paralakses ir lielākas par zināmo robežu, tad būtu iespēja izvēlēties starp diviem secinājumiem: mēs varētu vai nu atteikties no Eiklīda ģeometrijas, vai mainīt optikas likumus. un atzīst, ka gaisma nepārvietojas tieši taisnā līnijā."

Puankarē sākotnējo fizisko zināšanu priekšnoteikumu - fizika pēta materiālos procesus telpā un laikā - interpretē nevis kā investīciju attiecību (telpa un laiks, pēc Ņūtona domām, ir materiālu procesu konteineri), bet gan kā attiecības starp divām jēdzienu klasēm: ģeometrisko. , kas nav tieši pārbaudīti pieredzē, un faktiski fiziski, loģiski atkarīgi no ģeometriskiem, bet salīdzināmi ar eksperimentu rezultātiem. Puankarē vienīgais fizisko zināšanu objekts ir materiālie procesi, un telpa tiek interpretēta kā abstrakta dažādība, kas ir matemātiskā pētījuma priekšmets. Tāpat kā pati ģeometrija nepēta ārējo pasauli, tā arī fizika nepēta abstrakto telpu. Bet bez attiecībām ar ģeometriju nav iespējams saprast fiziskos procesus. Ģeometrija ir fizikālās teorijas priekšnoteikums, kas nav atkarīgs no aprakstītā objekta īpašībām.

Eksperimentā kopā tiek pārbaudīta tikai ģeometrija (G) un fizikālie likumi (F), un tāpēc tajos pašos eksperimentālajos faktos ir iespējama patvaļīga sadalīšana (G) un (F). No šejienes izriet Puankarē konvencionālisms: nenoteiktā ģeometrijas saistība ar pieredzi noved pie gan ģeometrijas, gan fizisko likumu ontoloģiskā statusa noliegšanas un to kā konvencionālu konvenciju interpretācijas.

Konstruējot speciālo relativitātes teoriju (STR), Einšteins balstījās uz kritisku attieksmi pret klasisko matērijas kā vielas jēdzienu. Šī pieeja noteica gaismas ātruma noturības interpretāciju kā lauka atribūtīvu raksturlielumu. No Einšteina viedokļa pastāvības princips nav

gaismas ātrumam ir vajadzīgs mehānisks pamatojums, un tas liek kritiski pārskatīt klasiskās mehānikas jēdzienus. Šis epistemoloģiskais problēmas formulējums noveda pie pieņēmumu par absolūto telpu un laiku patvaļas apzināšanās, uz kuras balstās klasiskās mehānikas kinemātika. Bet, ja Puankarē šo pieņēmumu patvaļība ir acīmredzama, tad Einšteinam tās ir ikdienas pieredzes ierobežojumu sekas, uz kurām šie pieņēmumi ir balstīti. Einšteinam nav jēgas runāt par telpu un laiku, neatsaucoties uz tiem fiziskajiem procesiem, kas vien tiem dod konkrētu saturu. Tāpēc fiziskiem procesiem, kurus nevar izskaidrot, pamatojoties uz parastajiem klasiskajiem telpas un laika jēdzieniem bez papildu mākslīgām hipotēzēm, vajadzētu novest pie šo jēdzienu pārskatīšanas.

Līdz ar to Puankarē problēmas risināšanā tiek iesaistīta pieredze: “Tieši tie apstākļi, kas mums iepriekš sagādāja sāpīgas grūtības, ved mūs uz pareizā ceļa pēc tam, kad, atsakoties no šiem patvaļīgajiem pieņēmumiem, iegūstam lielāku rīcības brīvību. Izrādās, ka tieši tie divi, no pirmā acu uzmetiena nesaderīgie postulāti, uz kuriem mums norāda pieredze, proti: relativitātes princips un gaismas ātruma noturības princips, noved pie ļoti noteikta koordinātu transformāciju problēmas risinājuma. un laiks." Līdz ar to nevis reducēšanās uz pazīstamo, bet kritiska, pieredzes iedvesmota attieksme pret to ir fiziskas problēmas pareiza risinājuma nosacījums. Tieši šī pieeja ļāva Einšteinam piešķirt Lorenca transformācijām adekvātu fizisku nozīmi, ko nepamanīja ne Lorencs, ne Puankarē: pirmo kavēja metafiziskā materiālisma epistemoloģiskā attieksme, kas balstījās uz nekritisku attieksmi pret fizisko realitāti, otrā. - konvencionālisms, apvienojot kritisku attieksmi pret klasiskās mehānikas telpas-laika priekšstatiem ar nekritisku attieksmi pret tās matērijas koncepciju.

“Lauka jēdziena emancipācija no pieņēmuma par tā saistību ar mehānisko nesēju atspoguļojās psiholoģiski interesantākajos fiziskās domas attīstības procesos,” 1952. gadā rakstīja Einšteins, atgādinot par SRT veidošanās procesu. Sākot ar M. Faradeja un Dž. K. Maksvela darbiem un beidzot ar Lorenca un Puankarē darbiem, fiziķu apzinātais mērķis bija vēlme nostiprināt fizikas mehānisko bāzi, lai gan objektīvi šis process noveda pie neatkarīgas fizikas koncepcijas veidošanās. lauks.

Rīmaņa ģeometrijas jēdziens ar mainīgu metriku. Rīmaņa ideja par saikni starp metriku un fiziskajiem cēloņiem ietvēra reālu iespēju izveidot fizikālu teoriju, kas izslēdza ideju par tukšu telpu, kurai ir noteikta metrika un kas spēj ietekmēt materiālos procesus, nepakļaujoties pretējai iedarbībai.

Tieši iemiesojot šo Rīmaņa ideju fizikālajā teorijā, izmantojot Rīmaņa ģeometriju, kas izslēdz koordinātu fizisko nozīmi, GTR precīzi sniedz fizisku Rīmaņa metrikas interpretāciju: “Saskaņā ar vispārējo relativitātes teoriju, telpas metriskās īpašības. laiks ir cēloņsakarīgi neatkarīgi no tā, ko šī telpa ir piepildīta, bet to nosaka pēdējais. Izmantojot šo pieeju, telpa kā kaut kas fizisks ar iepriekš noteiktām ģeometriskām īpašībām tiek pilnībā izslēgts no realitātes fiziskā attēlojuma. Cēloņsakarības likvidēšana starp matēriju un telpu un laiku atņēma no "telpas un laika pēdējās fiziskās objektivitātes paliekas". Bet tas nenozīmēja viņu objektivitātes noliegšanu: "Telpai un laikam tika atņemta... nevis to realitāte, bet gan cēloņsakarības absolūtums (ietekmīgs, bet ne ietekmēts)." Vispārējā relativitāte pierādīja telpas un laika objektivitāti, izveidojot nepārprotamu saikni starp telpas un laika ģeometriskajiem raksturlielumiem un gravitācijas mijiedarbības fiziskajām īpašībām.

Vispārējās relativitātes teorijas konstruēšana būtībā balstās uz filozofisko nostāju par matērijas prioritāti attiecībā pret telpu un laiku: “Saskaņā ar klasisko mehāniku un īpašo relativitātes teoriju telpa (telpa-laiks) pastāv neatkarīgi no matērijas ( t.i., viela - R.A ., V.Sh.) vai lauki... Savukārt telpa pēc vispārējās relativitātes teorijas atsevišķi neeksistē, kā kaut kas pretējs tam “kas aizpilda telpu”... Tukša telpa, t.i. telpa bez lauka nepastāv. Telplaiks neeksistē pats par sevi, bet tikai kā lauka strukturāla īpašība." Tādējādi Einšteina tukšās telpas noliegumam ir konstruktīva loma, jo tas ir saistīts ar lauka reprezentācijas ieviešanu pasaules fiziskajā attēlā. Tāpēc Einšteins uzsver, ka domu gājiens, kas noveda pie vispārējās relativitātes teorijas konstruēšanas, “būtībā balstās uz lauka kā neatkarīga jēdziena jēdzienu”. Šī GR autora pieeja atšķiras ne tikai

Risinot ģeometrijas un fizikas attiecību problēmu konvencionālisma ietvaros, jāizšķir divi aspekti. No vienas puses, ģeometrijas valoda ir nepieciešama fizikālo likumu formulēšanai. No otras puses, ģeometriskā struktūra nav atkarīga no fiziskās realitātes īpašībām. Puankarē nav svarīgi, kāda ir fizikā izmantotā ģeometrija; svarīgi ir tikai tas, ka bez tā nav iespējams izteikt fiziskos likumus. Šāda izpratne par ģeometrijas lomu fizikā noved pie tās kognitīvās funkcijas noliegšanas, un tas ir nepieņemami Einšteinam. Viņam ģeometrijas izvēle, konstruējot fizikālo teoriju, ir pakārtota augstākajam fizikas mērķim - materiālās pasaules zināšanām. Pāreja no Eiklīda ģeometrijas uz Minkovska ģeometriju un no pēdējās uz Rīmaņa ģeometriju, pārejot no klasiskās mehānikas uz SRT un pēc tam uz GTR, bija saistīta ne tikai un ne tik daudz ar apziņu par ģeometrijā izmantotās ģeometrijas ciešo saistību. fizika ar fiziskās realitātes problēmu. No Einšteina viedokļa ģeometrija fizikā nosaka ne tikai fizikālās teorijas struktūru, bet to nosaka arī fiziskās realitātes struktūra. Tikai šo divu funkciju kopīga izpilde pēc fiziskās ģeometrijas ļauj mums izvairīties no konvencionālisma.

"Dabiskās atlases dēļ," rakstīja Puankarē, "mūsu prāts ir pielāgojies ārējās pasaules apstākļiem; tas ir pieņēmis sugai visizdevīgāko vai, citiem vārdiem sakot, ērtāko ģeometriju... Ģeometrija nav patiesa. , bet tikai izdevīgi." Cilvēka prāts patiešām ir pielāgojies ārējās pasaules apstākļiem, tostarp reālās telpas un laika metriskajām īpašībām attiecīgajā ārējās pasaules reģionā, un tāpēc ir ieguvis ģeometriju, kas izrādījās adekvāta realitātei un tikai kā rezultātā tas ir ērtāk. Ģeometrija kā teorijas elements ir cits jautājums. Tā var atspoguļot reālās telpas un laika metriskās īpašības vai arī tās neatspoguļot, bet būt kādas abstraktas telpas ģeometrija, ar kuras palīdzību teorētiski tiek atjaunotas materiālu mijiedarbības īpašības. Pirmajā gadījumā tiek izlemts jautājums par tā patiesumu vai nepatiesību, otrajā - par tā ienesīgumu. Otrā risinājuma absolutizācija, ģeometrijas un realitātes attiecību problēmas reducēšana uz to ir abstraktas telpas un reālās telpas un laika nelikumīgas identificēšanas sekas (viena no izpausmēm tam, kas vēlāk kļuva pazīstams kā Pitagora sindroms - identifikācija

atsevišķi teorijas matemātiskā aparāta elementi ar atbilstošiem realitātes elementiem, kas pastāv pirms, ārpus un neatkarīgi no jebkuras teorijas).

Būtībā tas ir tieši tas, par ko Einšteins raksta savā rakstā “Ģeometrija un pieredze”, norādot, ka Puankarē pieeja ģeometrijas un fizikas saistību problēmai izriet no tā, ka “ģeometrija (G) neko nesaka par reālu lietu uzvedību. ”, tajā “tiek iznīcināta tiešā saikne starp ģeometriju un fizisko realitāti”. Visi pārējie spriedumi ir tādi, ka "šo uzvedību apraksta tikai ģeometrija kopā ar fizisko likumu kopumu (F)... ka tikai summa (G) + (F) ir pakļauta eksperimentālai pārbaudei", ka "var patvaļīgi izvēlēties kā (G ), un atsevišķas daļas (F)” – kā viegli saprotams, izriet no šīm sākotnējām premisām. Tomēr abi ir nepatiesi. Reālās telpas ģeometrija “runā” par reālu lietu uzvedību, telpas un laika metriskās īpašības un atbilstošās materiālu mijiedarbības īpašības objektīvajā realitātē ir savstarpēji saistītas. Fizikālajā teorijā pēc noteikta objektīvās realitātes telpas-laika apgabala telpas un laika metriskajām īpašībām var spriest par šajā jomā dominējošo materiālu mijiedarbības atbilstošām īpašībām; pēc ģeometrijas spriež par fiziku; pēc (G) spriež ( F).

Tomēr materiālu mijiedarbības īpašību atjaunošanas process, izmantojot atbilstošās telpas un laika metriskās īpašības, nav eksperimentāla, bet gan tīri teorētiska procedūra. Kā tīri teorētiska procedūra, tā principā neatšķiras no procesa, kurā teorētiski tiek atjaunotas tādas pašas materiālu mijiedarbības īpašības, izmantojot nevis reālās telpas un laika, bet gan atbilstoši organizētu abstraktu telpu metriskās īpašības. Līdz ar to, no vienas puses, a) ilūzija, ka tikai (G) un (F) summa ir eksperimentālas pārbaudes priekšmets, ka teorētiķis var patvaļīgi izvēlēties ģeometriju kā fonu materiālu mijiedarbības izpētei; no otras puses, b) ģeometrijas un Puankarē fizikas saistību jēdziena racionālais grauds: ģeometrijas kā teorijas sastāvdaļas, ar kuru palīdzību teorētiķis atjauno materiālu mijiedarbības īpašības, patiešām var būt dažādas, un šajā ziņā teorija satur konvencionalitātes elementu.

patvaļīgi izvēlamies ģeometriju teorētiski, mēs to vienmēr izvēlamies tā, lai ar atbilstošās ģeometrijas (G) palīdzību varētu teorijā atjaunot reālās mijiedarbības īpašības (F). Otrkārt, tāpēc, ka jautājums par to, kura no ģeometrijām, ar kuru palīdzību teorijā tiek atjaunotas materiālu mijiedarbības īpašības, adekvāti reprezentē tajā reālās telpas un laika metriskās īpašības, nevar atrisināt teorijas ietvaros; tas pārsniedz teoriju un pārsniedz eksperimentu jomu. Un tā ir visa būtība.

Apelācija uz ideju par "apbrīnojamo vienkāršību", rūpīgāk izpētot, izrādās ļoti sarežģīts arguments. Jau Einšteins, kritizējot Puankarē vienkāršības principu, ko viņš izmantoja, lai pamatotu Eiklīda ģeometrijas izvēli, veidojot fizikālo teoriju, atzīmēja, ka “svarīgi ir nevis tas, ka ģeometrija vien ir strukturēta visvienkāršākajā veidā, bet gan tas, ka visa fizika ir strukturēta vienkāršākais veids (ieskaitot ģeometriju)".

Ja.B.Zeldoviča un L.P.Griščuka rakstā “Gravitācija, vispārējā relativitātes teorija un alternatīvās teorijas” uzsvērts, ka galvenais motīvs, kas lika Logunovam noliegt Einšteina pieeju ģeometrijas un fizikas attiecību problēmai – neatkarīgi no subjektīvajiem nodomiem. RTG autora, - ne tik daudz fiziska, bet psiholoģiska rakstura. Patiešām, RTG autora kritiskās pieejas vispārējai relativitātei pamatā ir vēlme palikt pazīstamā (un līdz ar to vienkārša) ietvaros.

domāšanas stils. Bet stingra saikne starp pazīstamo un vienkāršo, vienkāršības attaisnošana ar pazīstamo ir psiholoģiskā domāšanas stila ideāls.

Fizikas evolūcija pārliecinoši pierāda, ka tas, kas vienai fiziķu paaudzei ir pazīstams un vienkāršs, citai paaudzei var būt nesaprotams un sarežģīts. Mehāniskā ētera hipotēze ir lielisks piemērs tam. Pazīstamā un vienkāršā noraidīšana ir neizbēgama pieredzes paplašināšanas, jaunu dabas un zināšanu jomu apgūšanas pieredze. Katrs nozīmīgs zinātnes sasniegums ir saistīts ar pazīstamā un vienkāršā zaudēšanu un pēc tam paša priekšstata par tiem izmaiņām. Īsāk sakot, pazīstamais un vienkāršais ir vēsturiskas kategorijas. Tāpēc nevis reducēšana uz pazīstamo, bet vēlme izprast realitāti ir zinātnes augstākais mērķis: “Mūsu pastāvīgais mērķis ir arvien labāka realitātes izpratne... Jo vienkāršāki un fundamentālāki kļūst mūsu pieņēmumi, jo sarežģītāk ir matemātiskais. mūsu spriešanas instruments; ceļš no teorijas līdz novērojumam kļūst garāks, plānāks un sarežģītāks. Lai gan tas izklausās paradoksāli, mēs varam teikt: mūsdienu fizika ir vienkāršāka nekā vecā fizika, un tāpēc tā šķiet grūtāka un mulsinošāka.

Galvenais psiholoģiskā domāšanas stila trūkums ir saistīts ar zinātnisko problēmu epistemoloģiskā aspekta ignorēšanu, kuras ietvaros iespējama tikai kritiska attieksme pret intelektuālajiem ieradumiem, kas izslēdz skaidru zinātnisko ideju izcelsmes un būtības nošķiršanu. Patiešām, klasiskā mehānika ir pirms kvantu mehānikas un STR, un pēdējā ir pirms GTR rašanās. Bet tas nenozīmē, ka iepriekšējās teorijas ir pārākas par nākamajām skaidrības un atšķirīguma ziņā, kā tas tiek pieņemts domāšanas psiholoģiskā stila ietvaros. No epistemoloģiskā viedokļa STR un kvantu mehānika ir vienkāršāka un saprotamāka nekā klasiskā mehānika, un GR ir vienkāršāka un saprotamāka nekā SRT. Tāpēc “zinātniskos semināros... neskaidru vietu kādā klasiskā jautājumā kāds pēkšņi ilustrē, izmantojot labi zināmu kvantu piemēru, un jautājums kļūst pilnīgi “caurspīdīgs”.

Tāpēc “Rīmaņa ģeometrijas meži” tuvina adekvātai fiziskās realitātes izpratnei, savukārt “apbrīnojami vienkāršā Minkovska telpa” attālina no tās. Einšteins un Hilberts "iegāja" šajos "savvaļās" un "ievilka" tajos "nākamās fiziķu paaudzes" tieši tāpēc, ka viņus interesēja ne tikai un ne tik daudz, cik vienkārši vai sarežģīti.

abstraktās telpas metriskās īpašības, ar kuru palīdzību teorētiski var aprakstīt reālo telpu un laiku, kā arī to, kādas ir šo pēdējo metriskās īpašības. Galu galā tieši tāpēc Logunovs ir spiests izmantot Rīmaņa ģeometrijas “efektīvo” telpu, lai aprakstītu gravitācijas efektus papildus RTG izmantotajai Minkovska telpai, jo tikai pirmā no šīm divām telpām adekvāti atspoguļo reālās RTG (kā kā arī vispārējā relativitātes teorijā).telpa un laiks .

RTG epistemoloģiskās kļūdas ar filozofisku pieeju tam ir viegli atklājamas. Logunovs raksta, ka "pat eksperimentāli atklājot Rīmaņa ģeometriju, nevajadzētu steigties izdarīt secinājumus par ģeometrijas struktūru, kas ir jāizmanto par teorijas pamatu." Šis arguments ir līdzīgs Puankarē prātojumam: tāpat kā konvencionālisma pamatlicējs uzstāja uz Eiklīda ģeometrijas saglabāšanu neatkarīgi no eksperimentu rezultātiem, tā RTG autors uzstāj uz dotās Minkovska ģeometrijas saglabāšanu kā jebkuras fizikālās teorijas pamatu. Šīs pieejas pamatā galu galā ir Pitagora sindroms, Minkovska abstraktās telpas ontoloģizācija.

Mēs vairs nerunājam par to, ka par neizbēgamu postulātu kļūst telpas-laika kā notikumu konteinera esamība, kam piemīt dīvaina spēja izraisīt inerciālus efektus matērijā, nepakļaujoties pretējai iedarbībai. Šāds jēdziens savā mākslīgumā pārspēj pat mehāniskā ētera hipotēzi, uz kuru mēs jau pievērsām uzmanību iepriekš, salīdzinot klasisko mehāniku un SRT. Tas principā ir pretrunā ar GTR, jo "viens no vispārējās relativitātes teorijas sasniegumiem, kas, cik zināms, ir atstājis fiziķu uzmanību", ir tas, ka "atsevišķais telpas jēdziens... kļūst lieks. . Šajā teorijā telpa nav nekas vairāk kā četrdimensiju lauks, nevis kaut kas tāds, kas pastāv pats par sevi. Aprakstīt gravitāciju no Minkovska ģeometrijas un tajā pašā laikā izmantot Rīmaņa ģeometriju attiecībā uz Einšteinu nozīmē parādīt nekonsekvenci: “Palikt šaurākai grupai un tajā pašā laikā ņemt sarežģītāku lauka struktūru (tā pati kā vispārējā relativitātes teorijā). ) nozīmē naivu nekonsekvenci. Grēks paliek grēks, pat ja to izdarījuši cilvēki, kas citādi ir cienījami.

Vispārējā relativitāte, kurā gravitācijas mijiedarbības īpašības tiek atjaunotas, izmantojot Rīmaņa izliektā laiktelpas metriskās īpašības, ir brīva no šīm epistemoloģiskām neatbilstībām: “Skaisti

vispārējās relativitātes teorijas elegance... tieši izriet no ģeometriskās interpretācijas. Pateicoties ģeometriskajam pamatojumam, teorija ieguva noteiktu un neiznīcināmu formu... Pieredze to vai nu apstiprina, vai atspēko... Interpretējot gravitāciju kā spēka lauku iedarbību uz vielu, tie nosaka tikai ļoti vispārīgu atskaites sistēmu, nevis vienu teoriju. Ir iespējams izveidot daudzus vispārīgus kovariantu variācijas vienādojumus un... tikai novērojumi var novērst tādas absurdas kā gravitācijas teorija, kas balstīta uz vektoru un skalāro lauku vai diviem tenzoru laukiem. Turpretim Einšteina ģeometriskās interpretācijas ietvaros šādas teorijas jau no paša sākuma izrādās absurdas. Tos novērš filozofiskie argumenti, uz kuriem balstās šī interpretācija." Psiholoģiskā pārliecība par GTR patiesumu balstās nevis uz nostalģiju pēc ierastā domāšanas stila, bet gan uz tā monismu, integritāti, izolāciju, loģisko konsekvenci un RTG raksturīgo epistemoloģisko kļūdu neesamību.

Viena no galvenajām RTG epistemoloģiskajām kļūdām, mūsu dziļā pārliecībā, ir tās sākotnējā epistemoloģiskā pozīcija, saskaņā ar kuru pietiek ar iekšteorētiskajiem kritērijiem, lai atrisinātu jautājumu par to, kura no teorijas abstraktajām telpām adekvāti reprezentē tajā reālo telpu un laiku. . Šī epistemoloģiskā attieksme, kas nav savienojama ar to, kas ir GTR pamatā, ar Heizenberga vieglo roku, tiek attiecināta uz Einšteinu, kurš sarunā ar viņu 1926. gada pavasarī Berlīnē to formulēja vēl vispārīgākā formā. kā apgalvojumu, ka novērojamo nosaka nevis eksperiments, bet teorija.

Tikmēr, lai cik paradoksāli tas liktos no pirmā acu uzmetiena, pretēji zinātnieku aprindās valdošajam viedoklim (arī paša Heizenberga viedoklim), Einšteins viņam patiesībā stāstīja nevis par to, bet gan par kaut ko pavisam citu. Atveidosim atbilstošo fragmentu no ziņojuma “Tikšanās un sarunas ar Albertu Einšteinu” (Heizenbergs veidojis 1974. gada 27. jūlijā Ulmā), kurā Heizenbergs atgādināja šo sarunu ar Einšteinu, kuras laikā viņš iebilda pret novērojamības principu, ko formulēja. Heizenbergs: “Katrs novērojums, viņš apgalvoja, paredz nepārprotami fiksētu saikni starp fenomenu, kuru mēs aplūkojam, un maņu sajūtu, kas rodas mūsu apziņā. Taču par šo saistību varam droši runāt tikai tad, ja zinām dabas likumus, pēc kuriem to nosaka. Ja - kas nepārprotami tā ir mūsdienu atomā

fizika - tiek apšaubīti paši likumi, tad arī jēdziens “novērojums” zaudē savu skaidru nozīmi. Šādā situācijā teorijai vispirms ir jānosaka, kas ir novērojams."

Sākotnējais RTG Logunova epistemoloģiskais uzstādījums ir samērā vienkārša paraloģisma sekas - objektīvās realitātes teorētisko struktūru atbilstības nepieciešamā nosacījuma identificēšana ar tās pietiekamu stāvokli. Kā tas ir viegli saprotams, tas galu galā izskaidro loģiskās un epistemoloģiskās kļūdas, kas ir pamatā RTG un tā pretestībai GTR - tikai intrateorētisku kritēriju izmantošana, lai izlemtu, kura no teorijas abstraktajām telpām adekvāti atspoguļo tajā reālo telpu un laiku, un viņa nelikumīga identificēšanās ar tiem būtībā ir tās pašas loģiskās un epistemoloģiskās kļūdas, kas ir Puankarē pieejas ģeometrijas un fizikas attiecību problēmai pamatā.

Lai ko arī teiktu par Einšteina pieeju ģeometrijas un fizikas saistību problēmai, mūsu analīze liecina, ka jautājums par šīs pieejas iespējām mūsdienu dabaszinātņu paradigmas veidošanā paliek atklāts. Tas paliek atvērts, līdz tas ir pierādīts

materiālo parādību īpašību esamība, kas nekādi nav saistītas ar telpas un laika īpašībām. Gluži pretēji, Einšteina pieejas labvēlīgās izredzes galu galā ir saistītas ar faktu, ka arvien vairāk tiek atklāta saikne starp telpas un laika metrisko un topoloģiskajām īpašībām ar dažādām materiālo parādību netelpiskām īpašībām. Tajā pašā laikā Puankarē pieejas ģeometrijas un fizikas attiecību problēmai vēsturiskā, zinātniskā un filozofiskā analīze liek secināt, ka tā ir veltīga kā alternatīva Einšteina pieejai. Par to liecina arī Logunova un viņa kolēģu darbos veiktā to atdzīvināšanas mēģinājumu analīze.

Piezīmes

Aronovs R.A. Par telpas un laika problēmu elementārdaļiņu fizikā // Elementāro daļiņu fizikas filozofiskās problēmas. M., 1963. 167. lpp.; Viņš ir tāds pats. Mikropasaules telpas-laika struktūras problēma // Kvantu fizikas filozofiskie jautājumi. M., 1970. 226. lpp.; Viņš ir tāds pats. Par jautājumu par mikropasaules loģiku // Vopr. filozofija. 1970. Nr.2. 123.lpp.; Viņš ir tāds pats. Mikropasaules vispārējā relativitāte un fizika // Gravitācijas klasiskā un kvantu teorija. Mn., 1976. 55. lpp.; Aronovs R.A. Pie superunifikācijas programmas filozofiskajiem pamatiem // Loģika, metodoloģija un zinātnes filozofija. Maskava, 1983. 91. lpp.

cm: Aronovs R.A. Par telpas, laika un matērijas attiecību problēmu // Vopr. filozofija. 1978. Nr. 9. 175. lpp.; Tas ir viņš. Par ģeometrizācijas metodi fizikā. Iespējas un robežas // Zinātnisko zināšanu un fizikas metodes. M., 1985. 341. lpp.; Aronovs R.A., Kņazevs V.N.. Par ģeometrijas un fizikas attiecību problēmu // Dialektiskais materiālisms un dabaszinātņu filozofiskie jautājumi. M., 1988. 3. lpp.

cm: Aronovs R.A. Pārdomas par fiziku // Dabaszinātņu un tehnikas vēstures jautājumi. 1983. Nr.2. 176.lpp.; Tas ir viņš. Divas pieejas A. Puankarē filozofisko uzskatu novērtēšanai // Dialektiskais materiālisms un dabaszinātņu filozofiskie jautājumi. M., 1985. 3. lpp.; Aronovs R.A., Šemjakinskis V.M. Filozofisks pamatojums fizikas ģeometrizācijas programmai // Dialektiskais materiālisms un dabaszinātņu filozofiskie jautājumi. M., 1983. S. 3; Viņi ir. Par fizikas ģeometrizācijas pamatiem // Mūsdienu dabaszinātņu filozofiskās problēmas. Kijeva, 1986. V. 61. 25. lpp.

Heizenbergs V. Jēdzienu attīstība divdesmitā gadsimta fizikā // Vopr. filozofija. 1975. Nr.1. 87.lpp.

Zemāk ir saraksts mūsdienu fizikas neatrisinātās problēmas. Dažas no šīm problēmām ir teorētiskas. Tas nozīmē, ka esošās teorijas nespēj izskaidrot noteiktas novērotās parādības vai eksperimentālos rezultātus. Citas problēmas ir eksperimentālas, kas nozīmē, ka ir grūtības izveidot eksperimentu, lai pārbaudītu piedāvāto teoriju vai izpētītu parādību sīkāk. Sekojošās problēmas ir vai nu fundamentālas teorētiskas problēmas, vai teorētiskas idejas, kurām nav eksperimentālu pierādījumu. Dažas no šīm problēmām ir savstarpēji cieši saistītas. Piemēram, papildu izmēri vai supersimetrija var atrisināt hierarhijas problēmu. Tiek uzskatīts, ka pilnīga kvantu gravitācijas teorija spēj atbildēt uz lielāko daļu no uzskaitītajiem jautājumiem (izņemot stabilitātes salas problēmu).

• 1. Kvantu gravitācija. Vai kvantu mehāniku un vispārējo relativitāti var apvienot vienā paškonsekventā teorijā (varbūt kvantu lauka teorijā)? Vai telpas laiks ir nepārtraukts vai diskrēts? Vai paškonsekventā teorija izmantos hipotētisku gravitonu, vai arī tas būs tikai telpas laika diskrētās struktūras produkts (kā kvantu gravitācijas cilpas gadījumā)? Vai ir novirzes no vispārējās relativitātes prognozēm ļoti maziem vai ļoti lieliem mērogiem vai citiem ārkārtējiem apstākļiem, kas izriet no kvantu gravitācijas teorijas?
• 2. Melnie caurumi, informācijas pazušana melnajā caurumā, Hokinga starojums. Vai melnie caurumi rada termisko starojumu, kā prognozē teorija? Vai šis starojums satur informāciju par to iekšējo struktūru, kā liecina gravitācijas mērinstrumentu invariances dualitāte, vai nē, kā norādīts Hokinga sākotnējais aprēķins? Ja nē, un melnie caurumi var nepārtraukti iztvaikot, tad kas notiek ar tajos uzkrāto informāciju (kvantu mehānika neparedz informācijas iznīcināšanu)? Vai arī radiācija apstāsies kādā brīdī, kad no melnā cauruma būs palicis maz? Vai ir kāds cits veids, kā izpētīt to iekšējo struktūru, ja tāda vispār pastāv? Vai melnajā caurumā ir spēkā bariona lādiņa saglabāšanas likums? Kosmiskās cenzūras principa pierādījums, kā arī precīzs nosacījumu formulējums, saskaņā ar kuriem tas tiek izpildīts, nav zināms. Nav pilnīgas un pilnīgas melno caurumu magnetosfēras teorijas. Precīza formula dažādu sistēmas stāvokļu skaita aprēķināšanai, kuru sabrukšanas rezultātā rodas melnais caurums ar noteiktu masu, leņķisko impulsu un lādiņu, nav zināma. Nav zināms pierādījums melnā cauruma teorēmai bez matiem.
• 3. Telpas-laika dimensija. Vai dabā ir papildu telpas-laika dimensijas bez mums zināmajām četrām? Ja jā, kāds ir viņu numurs? Vai dimensija “3+1” (vai augstāka) ir Visuma a priori īpašība vai arī tā ir citu fizisku procesu rezultāts, kā to ierosina, piemēram, kauzālās dinamiskās triangulācijas teorija? Vai mēs varam eksperimentāli “novērot” augstākas telpiskās dimensijas? Vai ir patiess hologrāfiskais princips, saskaņā ar kuru mūsu “3+1” dimensiju laiktelpas fizika ir līdzvērtīga fizikai uz hipervirsmas ar “2+1” dimensiju?
• 4. Visuma inflācijas modelis. Vai kosmiskās inflācijas teorija ir patiesa, un, ja tā, tad kādas ir šī posma detaļas? Kāds ir hipotētiskais inflācijas lauks, kas ir atbildīgs par inflācijas pieaugumu? Ja inflācija notika vienā brīdī, vai tas ir pašpietiekama procesa sākums kvantu mehānisko svārstību inflācijas dēļ, kas turpināsies pavisam citā vietā, tālu no šī punkta?
• 5. Multiverse. Vai citu Visumu pastāvēšanai ir fiziski iemesli, kas būtībā nav novērojami? Piemēram: vai pastāv kvantu mehāniskās “alternatīvās vēstures” vai “daudz pasaules”? Vai ir “citi” Visumi ar fiziskiem likumiem, kas izriet no alternatīviem veidiem, kā izjaukt šķietamo fizisko spēku simetriju pie augstām enerģijām, kas kosmiskās inflācijas dēļ atrodas, iespējams, neticami tālu? Vai citi Visumi varētu ietekmēt mūsējos, izraisot, piemēram, anomālijas kosmiskā mikroviļņu fona starojuma temperatūras sadalījumā? Vai ir pamatoti izmantot antropisko principu, lai atrisinātu globālās kosmoloģiskās dilemmas?
• 6. Kosmiskās cenzūras princips un hronoloģijas aizsardzības hipotēze. Vai singularitātes, kas nav paslēptas aiz notikumu horizonta, sauktas par "kailām singularitātēm", var rasties reālistisku sākotnējo apstākļu rezultātā, vai arī var pierādīt kādu Rodžera Penrouza "kosmiskās cenzūras hipotēzes" versiju, kas liek domāt, ka tas nav iespējams? Pēdējā laikā ir parādījušies fakti par labu kosmiskās cenzūras hipotēzes nekonsekvencei, kas nozīmē, ka plikām singularitātēm vajadzētu būt daudz biežāk nekā tikai Kerra-Ņūmena vienādojumu ekstrēmiem risinājumiem, tomēr pārliecinoši pierādījumi tam vēl nav sniegti. Tāpat būs slēgtas laikam līdzīgas līknes, kas rodas dažos vispārējās relativitātes vienādojumu risinājumos (un kas ietver atpakaļceļošanas iespēju laikā), ko izslēdz kvantu gravitācijas teorija, kas apvieno vispārējo relativitāti ar kvantu mehāniku, kā ierosina Stīvens. "hronoloģijas aizsardzības minējums" Hokings?
• 7. Laika ass. Ko par laika būtību var pastāstīt parādības, kas viena no otras atšķiras, virzoties laikā uz priekšu un atpakaļ? Kā laiks atšķiras no telpas? Kāpēc CP pārkāpumi tiek novēroti tikai dažās vājās mijiedarbībās un nekur citur? Vai CP invariances pārkāpumi ir otrā termodinamikas likuma sekas, vai arī tie ir atsevišķa laika ass? Vai ir izņēmumi no cēloņsakarības principa? Vai pagātne ir vienīgā iespējamā? Vai pašreizējais brīdis fiziski atšķiras no pagātnes un nākotnes, vai arī tas ir vienkārši apziņas īpašību rezultāts? Kā cilvēki iemācījās sarunāties par pašreizējo brīdi? (Skatīt arī zemāk Entropija (laika ass)).
• 8. Vieta. Vai kvantu fizikā ir nelokālas parādības? Ja tie pastāv, vai tiem ir ierobežojumi informācijas nodošanā, vai: vai enerģija un matērija var pārvietoties arī pa nelokālu ceļu? Kādos apstākļos tiek novērotas nelokālas parādības? Ko nelokālu parādību esamība vai neesamība nozīmē laika telpas pamatstruktūrai? Kā tas ir saistīts ar kvantu sapīšanu? Kā to var interpretēt no pareizas kvantu fizikas būtības interpretācijas viedokļa?
• 9. Visuma nākotne. Vai Visums virzās uz lielu sasalšanu, lielu plīsumu, lielu sabrukumu vai lielu atlēcienu? Vai mūsu Visums ir daļa no bezgalīgi atkārtota cikliskā modeļa?
• 10. Hierarhijas problēma. Kāpēc gravitācija ir tik vājš spēks? Tas kļūst liels tikai pēc Planka skalas, daļiņām ar enerģijām 10 19 GeV, kas ir daudz augstāka nekā elektrovājā skala (zemas enerģijas fizikā dominējošā enerģija ir 100 GeV). Kāpēc šie svari tik ļoti atšķiras viens no otra? Kas neļauj elektrovāja mēroga lielumiem, piemēram, Higsa bozona masai, saņemt kvantu korekcijas mērogos Planka secībā? Vai šīs problēmas risinājums ir supersimetrija, papildu izmēri vai vienkārši antropiska precizēšana?
• 11. Magnētiskais monopols. Vai daļiņas - "magnētiskā lādiņa" nesēji - pastāvēja kādos pagātnes laikmetos ar augstāku enerģiju? Ja jā, vai šodien tādas ir pieejamas? (Pols Diraks parādīja, ka dažu veidu magnētisko monopolu klātbūtne varētu izskaidrot lādiņu kvantēšanu.)
• 12. Protonu sabrukšana un Lielā apvienošanās. Kā mēs varam apvienot trīs dažādas kvantu lauka teorijas kvantu mehāniskās fundamentālās mijiedarbības? Kāpēc vieglākais barions, kas ir protons, ir absolūti stabils? Ja protons ir nestabils, tad kāds ir tā pussabrukšanas periods?
• 13. Supersimetrija. Vai telpas supersimetrija tiek realizēta dabā? Ja jā, kāds ir supersimetrijas pārrāvuma mehānisms? Vai supersimetrija stabilizē elektrisko vājo skalu, novēršot lielas kvantu korekcijas? Vai tumšā viela sastāv no vieglām supersimetriskām daļiņām?
• 14. Matērijas paaudzes. Vai pastāv vairāk nekā trīs kvarku un leptonu paaudzes? Vai paaudžu skaits ir saistīts ar telpas dimensiju? Kāpēc paaudzes vispār pastāv? Vai ir kāda teorija, kas varētu izskaidrot masas klātbūtni dažos kvarkos un leptonos atsevišķās paaudzēs, pamatojoties uz pirmajiem principiem (Yukawa mijiedarbības teorija)?
• 15. Fundamentālā simetrija un neitrīno. Kāda ir neitrīno būtība, kāda ir to masa un kā tie veidoja Visuma evolūciju? Kāpēc tagad Visumā tiek atklāts vairāk matērijas nekā antimatērija? Kādi neredzamie spēki pastāvēja Visuma rītausmā, bet pazuda no redzesloka, Visumam attīstoties?
• 16. Kvantu lauka teorija. Vai relativistiskās lokālās kvantu lauka teorijas principi ir saderīgi ar netriviālas izkliedes matricas esamību?
• 17. Bezmasas daļiņas. Kāpēc dabā nepastāv bezmasas daļiņas bez spina?
• 18. Kvantu hromodinamika. Kādi ir spēcīgi mijiedarbojošo vielu fāzes stāvokļi un kādu lomu tie spēlē kosmosā? Kāda ir nukleonu iekšējā struktūra? Kādas spēcīgas mijiedarbības vielas īpašības paredz QCD? Kas kontrolē kvarku un gluonu pāreju pi-mezonos un nukleonos? Kāda ir gluonu un gluonu mijiedarbības loma nukleonos un kodolos? Kas nosaka QCD galvenās iezīmes un kāda ir to saistība ar gravitācijas un telpas laika raksturu?
• 19. Atomu kodols un kodola astrofizika. Kāda ir kodolspēku būtība, kas saista protonus un neitronus stabilos kodolos un retos izotopos? Kāds ir iemesls, kāpēc vienkāršas daļiņas apvienojas sarežģītos kodolos? Kāda ir neitronu zvaigžņu un blīvās kodolvielas būtība? Kāda ir elementu izcelsme kosmosā? Kādas ir kodolreakcijas, kas virza zvaigznes un izraisa to eksploziju?
• 20. Stabilitātes sala. Kāds ir smagākais stabilais vai metastabilais kodols, kāds var pastāvēt?
• 21. Kvantu mehānika un atbilstības princips (dažreiz saukts par kvantu haosu). Vai ir vēlamās kvantu mehānikas interpretācijas? Kā realitātes kvantu apraksts, kas ietver tādus elementus kā stāvokļu kvantu superpozīcija un viļņu funkcijas sabrukums vai kvantu dekoherence, noved pie realitātes, ko mēs redzam? To pašu var formulēt, izmantojot mērīšanas problēmu: kas ir “mērījums”, kas izraisa viļņu funkcijas sabrukumu noteiktā stāvoklī?
• 22. Fiziskā informācija. Vai pastāv fiziskas parādības, piemēram, melnie caurumi vai viļņu funkcijas sabrukums, kas neatgriezeniski iznīcina informāciju par to iepriekšējiem stāvokļiem?
• 23. Visa teorija (“Lielās vienotās teorijas”). Vai ir teorija, kas izskaidro visu pamata fizisko konstantu vērtības? Vai ir kāda teorija, kas izskaidro, kāpēc standarta modeļa gabarītu invariance ir tāda, kāda tā ir, kāpēc novērojamajam telpas laikam ir 3+1 dimensijas un kāpēc fizikas likumi ir tādi, kādi tie ir? Vai “fiziskās pamatkonstantes” laika gaitā mainās? Vai kāda no daļiņām daļiņu fizikas standarta modelī patiešām sastāv no citām daļiņām, kas ir tik cieši saistītas, ka tās nevar novērot pie pašreizējām eksperimentālajām enerģijām? Vai ir fundamentālas daļiņas, kas vēl nav novērotas, un, ja jā, tad kādas tās ir un kādas ir to īpašības? Vai ir nenovērojami fundamentālie spēki, uz kuriem liecina teorija un kas izskaidro citas neatrisinātas problēmas fizikā?
• 24. Mērinstrumentu invariance. Vai tiešām ir tādas teorijas, kas nav Ābeli mērierīces ar plaisu masu spektrā?
• 25. CP simetrija. Kāpēc netiek saglabāta CP simetrija? Kāpēc tas saglabājas vairumā novēroto procesu?
• 26. Pusvadītāju fizika. Pusvadītāju kvantu teorija nevar precīzi aprēķināt vienu pusvadītāja konstanti.
• 27. Kvantu fizika. Precīzs Šrēdingera vienādojuma risinājums daudzelektronu atomiem nav zināms.
• 28. Risinot divu staru izkliedes uzdevumu uz viena šķēršļa, izkliedes šķērsgriezums izrādās bezgalīgi liels.
• 29. Feinmānijs: Kas notiks ar ķīmisko elementu, kura atomu skaits ir lielāks par 137, kā rezultātā 1s 1 elektronam būs jāpārvietojas ar ātrumu, kas pārsniedz gaismas ātrumu (pēc atoma Bora modeļa) ? Vai Feynmanium ir pēdējais ķīmiskais elements, kas spēj fiziski pastāvēt? Problēma var parādīties ap elementu 137, kur kodollādiņa sadalījuma paplašināšanās sasniedz savu pēdējo punktu. Skatiet rakstu paplašinātā elementu periodiskā tabula un sadaļu Relativistiskie efekti.
• 30. Statistiskā fizika. Nav sistemātiskas neatgriezenisku procesu teorijas, kas ļautu veikt kvantitatīvus aprēķinus jebkuram konkrētam fiziskam procesam.
• 31. Kvantu elektrodinamika. Vai pastāv gravitācijas efekti, ko izraisa elektromagnētiskā lauka nulles punkta svārstības? Nav zināms, kā, aprēķinot kvantu elektrodinamiku augstfrekvences apgabalā, vienlaikus izpildīt rezultāta galīguma, relativistiskās invariances un visu alternatīvo varbūtību summas nosacījumus, kas vienādi ar vienotību.
• 32. Biofizika. Proteīna makromolekulu un to kompleksu konformācijas relaksācijas kinētikai nav kvantitatīvās teorijas. Nav pilnīgas teorijas par elektronu pārnesi bioloģiskajās struktūrās.
• 33. Supravadītspēja. Nav iespējams teorētiski paredzēt, zinot vielas struktūru un sastāvu, vai tā nonāks supravadītājā stāvoklī, temperatūrai pazeminoties.

Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrija Federālā izglītības aģentūra Jaroslavskis Valsts universitāte viņiem.<...>S.P. Zimins © Jaroslavskis Valsts universitāte, 2007 2 Saturs PAR KVALITĀTES NOVĒRTĒŠANAS JAUTĀJUMU ATJAUNOTS ATTĒLI 7 <...>T.K. Artjomova, A.S. Gvozdarevs, E.A. Kuzņecovs................................... TERMĀLĀ KONVEKCIJA IEEJĀ ŠĶIDRUMS SLĀNIS AR BRĪVU VIRSMU<...>A.A. Abdulļjevs, E. Ju. Sautov∗ Abstract Aplūkots kvalitātes novērtēšanas jautājums atjaunota attēlus. <...>Šobrīd populārākais objektīvais mērs ir virsotne attieksme signāls-troksnis (SNR).<...>P.G. Demidova MODELĒ OBJEKTU TUVUMĀ RADIOLOGRĀFIJA PĒC TĀ BISTATISKĀS IZKLĀDES DIAGRAMMAS<...>T.K. Artjomova, A.S. Gvozdarevs, E.A. Kuzņecova kopsavilkums Tika pētīta iespēja identificēt objektu pēc tā izkliedētā lauka. uzdevumus tuvumā radio hologrāfija. <...>kur (ψ~hs ) ir jauni izplešanās koeficienti, ahs ir tenzors izkliedēšana, un bāzes funkcijas (H hs ) ir izvēlētas tā, lai iegūtais lauks atbilstu Zommerfelda starojuma nosacījumam: 16 lim<...>Ņemot vērā, ka cilindrs tiek uzskatīts par nevainojami vadošu, tenzors izkliedēšana var attēlot kā diagonālo matricu:  a ρ Ar 0 0   hs<...>P.G. Demidova PAR ELEKTRISKĀS LĀDES IETEKMI UZ TERMĀLĀS KONVEKCIJAS ATTĪSTĪBAS NOSACĪJUMIEM ŠĶIDRUMS SLĀNIS AR BRĪVU VIRSMU<...>Ievads Jautājums par termiskās konvekcijas attīstības nosacījumu noteikšanu a šķidrums slānis ir vairākkārt pētīta dažādos sastāvos, tostarp tajos, kas ņem vērā šķidruma brīvās virsmas formas deformācijas iespējamību.<...>kustība šķidrumā ar ātruma lauku U (x, t) un šķidruma brīvās virsmas reljefa viļņu kropļojumu ξ (x, t), un tiem ir tāds pats pasūtījums mazliet, kā ξ , proti: T ~ ρ ~ ​​​​p ~ U ~ ξ ~ kT γ .<...>E = − grad (Φ 0 (z) + Φ(x, z, t)), kur mazā korekcija Φ(x, z, t), kas saistīta ar brīvās virsmas viļņu deformāciju<...>

Aktuālās_fizikas_problēmas._Izdevums_6_Zinātnisko_darbu_jauno_zinātnieku_kolekcija,_absolventi_un_studenti.pdf

Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrija Jaroslavļas Valsts universitātes vārdā. P.G. Demidova Aktuālās fizikas problēmas Jauno zinātnieku, maģistrantu un studentu zinātnisko darbu krājums 6. izdevums Jaroslavļa 2007 1

1. lapa

UDC 53 BBK V3ya43 A 44 Universitātes redakcijas un izdevējdarbības padome iesaka kā zinātnisku publikāciju. Plāns 2005. gadam Aktuālās problēmas fizikā: Sest. zinātnisks tr. jaunajiem zinātniekiem, maģistrantiem un studentiem. 6. izdevums / Rep. katram numuram Fizikas un matemātikas doktors Zinātnes S.P. Zimins; Yarosl. Valsts univ. – Jaroslavļa: YarSU, 2007. –262 lpp. Krājumā ir ietverti raksti par dažādām fizikas jomām, ko rakstījuši jaunie zinātnieki, maģistrantūras studenti un Jaroslavļas Valsts universitātes Fizikas fakultātes studenti. P.G. Demidova. UDC 53 BBK V3ya43 Atbildīgais par šo jautājumu ir fizisko un matemātikas zinātņu doktors S.P. Zimins © Jaroslavļas Valsts universitāte, 2007 2

2. lapa

Saturs PAR JAUTĀJUMU PAR ATJAUNOTO ATTĒLU KVALITĀTES NOVĒRTĒŠANU 7 A.A. Abdulļjevs, E. Ju. Sautovs.................................................. ....... ............... 7 OBJEKTA MODELĒŠANA TUVU RADIOLOGRĀFIJĀ PĒC TĀ BISTATISKĀS IZKLAIDES DIAGRAMMAS T.K. Artjomova, A.S. Gvozdarevs, E.A. Kuzņecovs................................... TERMĀLĀ KONVEKCIJA ŠĶIDRĀ SLĀNĪ AR BRĪVU VIRSMU D.F. Belonožko, A.V. Kozin................................................. . .............. 22 PASĪVI VADĪTA ATSTAROTĀJA IZkliedes ĪPAŠĪBU IZPĒTE FOKUSĒTO ATTĒLU RADIOLOGRĀFIJAS PROBLĒMĀM M.A. Bokovs, A.S. Ļeontjevs.................................................. ........ .................. 31 DIELEKTRISKĀ ŠĶIDRUMA UZLĀDĒTAS STRŪRAS NELINEĀRAS NEAKSIMETRISKĀS SVARĪBAS N.V. Voroņina................................................................ .............................. 39 MARKOVA ĶĒDES APARĀTA PIELIETOJUMS CIKLISKĀS SINHRONIZĀCIJAS SISTĒMAS IZPĒTEI OFDM SISTĒMĀS I.A.Deņežkins, V.A.Čvalo................................................ .... ................................... 48 MIKROKONTROLLERA UZSTĀDĪŠANA EDY STRĀVAS PĀRVEIDOŠANAS IZZES SPRIEGUMA HODOGRĀFIJU IEGŪŠANAI A.E. Gladuna.................................................. ...................................................... .... 59 DATORVADĪBAS LABORATORIJAS MAGNETA APRĒĶINS S.A. Golyzina.................................................. ............................................................ 65 EPITAKSĀLO PbSe PĀRVĒJU MIKROREELFIJAS ĪPAŠĪBAS PĒC APSTRĀDES ARGONA PLAZMĀ E.S. Gorlačovs, S.V. Kutrovskaja................................................................ ......... 72 3

3. lapa

AUGSTAS UZTICAMĪBAS OPTISKĀ LĀZERA TRIANGULĀCIJAS SISTĒMA................................................ .................. ....... 78 E.V. Davidenko ................................................... ...................................................... ........ 78 CILVĒKA PLECA ELEKTROMAGNĒTISKĀ STAROJUMA ABORBCIJĀ ŠŪNU UN RADIORELEJU SAKARU FREKVENČU DARBĪBAS V.V. Derjabina, T.K. Artjomova.................................................. ....... ............ 86 FĀZES PRIEKŠĒJĀS IZliekuma IETEKME UZ LAUKA VĀJINĀŠANĀS DIFRAKCIJAS LAIKĀ AR ABSORBĒJOŠU EKRĀNU KOMPLEKTU A.V. Dimovs.................................................. ...................................................... ..... 94 TEMPERATŪRAS APSTĀKĻU IETEKME UZ ŠĶIDRUMA SVĀRSTĪBU BURBULIS I.G. Žarova.................................................. .............................................. 102 OPTIMIZĀCIJA OF FRAKTĀLAIS ALGORITMS STATISKO ATTĒLU SASPIEŠANAI D.A .Zaramensky........................................ ..................................... 110 PĀRVADĀTĀJA FREKVENCES NOVĒRTĒŠANAS EFEKTIVITĀTES ANALĪZE UN KONTELĀCIJAS ATZĪŠANAS SĀKOTNĒJĀ FĀZE OF PHASE MANIPULATION O. IN. Karavāna ................................................... ....................................... 118 NELINEĀRI PERIODISKI VIĻŅI PLĀNĀ VISKOZA ŠĶIDRUMA SLĀNĪ A. IN. Klimovs, A.V. Prisjažņuks.................................................. ....... .......... 124 INFORMĀCIJAS PĀRRAIDES SISTĒMĀS INFORMĀCIJAS IZTURĪTO KODU KLASIFIKĀCIJA O.O. Kozlova.................................................. .............................................. 133 PĒTĪJUMS PAR ŠĶIDRUMA MEHĀNISKĀS ĪPAŠĪBAS, IZMANTOJOT OPTISKO METODI E.N. Kokomova.................................................. .............................................. 138 ALGORITMS KOMANDU ATZĪŠANAI AR IEROBEŽOTĀM VĀRDNĪCA A.V. Konovalovs.................................................. .............................................. 144 4

4. lpp

SAVIENOTĀS PLL SISTĒMAS FĀZES HAOTISKĀS SINHRONIZĀCIJAS ANALĪZE, IZMANTOJOT NEPĀRTRAUKTU VIĻŅU TRANSFORMĀCIJU Yu.N. Konovalova, A.A. Kotočigovs, A.V. Khodunin........................ 151 MAGNETRONA ROTĀCIJAS IETEKMES UZSKAITE Yu.V. Kostrikina.................................................. ........ .................................. 159 A NELINEĀRĀS Svārstības IDEĀLA ŠĶIDRUMA UZLĀDĒTS SLĀNIS UZ CIETĀ Sfēriska serdeņa VIRSMAS FLUKTUĀCIJAS SPĒKU LAUKĀ O.S. Krjučkovs................................ .............................................................. .......................... 164 CrOx/Si STRUKTŪRU OPTISKO ĪPAŠĪBU IZPĒTE M. Ju.Kurašovs ........ ................................................ .. ................................ 172 FOKUSĒJO ELEMENTU KONSTRUKCIJAS KĻŪDAS UN TO IETEKME UZ RADIO ATTĒLA KVALITĀTI A.S. Ļeontjevs.................................................. ...................................................... 176 straumēšanas VIDEO TRASĒŠANA OVER IP TĪKLS AR NOZĪMĪGU KANĀLA SLODI, IZMANTOJOT ATGŪŠANAS ALGORITMU QoS V.G. Medvedevs, V.V. Tupitsins, E.V. Davidenko................................ 181 TROKŠŅA NOŅEMŠANA NO ATTĒLĒM, PAMATOJOTIES UZ VILNĪTES TRANSFORMĀCIJAS A.A. Moisejevs, V.A. Volohovs.................................................. ....... ............... 189 ALGORITMA SINTĒZE FRAKCIONĀLO TRAUCĒJUMU NOVĒRTĒŠANAI AUGSTAS STABILITĀTES FREKVENČU ΔΣ-SINTEZIZĒTĀJA SIGNĀLA SPEKTRĀ M.V. Nazarovs, V.G. Šuškovs................................................. ............. 198 IMPULSU PLL GREDZENA STATISTISKĀ DINAMIKA AR STROBOSKOPISKĀS FĀZES DETEKTORU V.Yu. Novikovs, A.S. Teperevs, V.G. Šuškovs................................................ 209 SASKAŅOTU VIENDIMENSIJAS VIĻŅU FILTRU LIETOŠANA RUNAS SIGNĀLA ATZĪŠANAS PROBLĒMA S.A. Novoselovs.................................................. .............................................. 217 5

5. lpp

ŠĶIDRUMU NEHOMOGENITĀTES PĒTĪJUMS A.V. Perminovs.................................................. .............................................. 224 DIGITĀLAIS TERMATĒLAIS ATTĒLS, PAMATOTIES UZ FOTO UZŅĒMĒJA IERĪCE FUR-129L A.I. Topņikovs, A.N. Popovs, A.A. Selifontovs................................ 231 MILIMMETRU VIĻŅU SVĪRĪBAS ZEME-ZEMES TURBULENTU ABSORBĒJOŠĀ ATMOSFĒRĀ E.N. Turkina.................................................. .............................................. 239 RUNAS PAZĪŠANAS IZMANTOŠANA UN SINTĒZES ALGORITMI EFEKTĪVA RUNAS KODEKU IZVEIDOŠANAI S.V. Uldinovičs ................................................... ....... .................................. 246 DIVU SARFEJNES PARAMETRISKĀ ELEKTROSTATISKĀ NESTABILITĀTE VIDES S.V. Čerņikova, A.S. Golovanovs.................................................. ........ 253 6

6. lpp

PAR JAUTĀJUMU PAR ATJAUNOTO ATTĒLU KVALITĀTES NOVĒRTĒŠANU A.A. Abdulļjevs, E. Ju. Sautov∗ Kopsavilkums Tiek apskatīts jautājums par rekonstruēto attēlu kvalitātes novērtēšanu. Lai novērtētu vizuālos traucējumus, tiek piedāvāts izmantot universālu kvalitātes indeksu. Atšķirībā no līdzīgiem algoritmiem, kuru pamatā ir vidējās kvadrātiskās kļūdas kritērijs, piedāvātā pieeja ņem vērā spilgtuma un kontrasta izkropļojumus, kā arī korelācijas pakāpi starp atsauces un rekonstruētajiem attēliem. Simulācijas rezultāti parāda labu šī kritērija korelāciju ar vizuāli uztveramo attēlu kvalitāti. Ievads Līdz šim par visdrošāko attēla kvalitātes novērtējumu tiek uzskatīts vidējais ekspertu vērtējums. Bet tas prasa nepārtrauktu vairāku cilvēku darbu, tāpēc tas ir dārgs un pārāk lēns praktiskai lietošanai. Šajā ziņā priekšroka dodama objektīviem (algoritmiskiem) attēla kvalitātes kritērijiem, kas ļauj veikt automātisku novērtējumu. Šobrīd objektīviem kvalitātes pasākumiem tiek izvirzītas šādas prasības. Pirmkārt, šiem rādītājiem jābūt pēc iespējas vizuāli uzticamākiem, t.i., labi jāsaskan ar subjektīvo vērtējumu rezultātiem. Otrkārt, tiem jābūt ar zemu skaitļošanas sarežģītību, kas palielina to praktisko nozīmi. Treškārt, vēlams, lai šiem rādītājiem būtu vienkārša analītiska forma un lai tos varētu izmantot kā optimāluma kritērijus, izvēloties parametrus attēlu apstrādes sistēmai. Pašlaik vispopulārākais objektīvais rādītājs ir maksimālā signāla un trokšņa attiecība (PSNR). To parasti izmanto, lai salīdzinātu dažādus apstrādes algoritmus. ∗ Darbs tika veikts V.V. vadībā. Hrjaščovs. 7

• Tulkošana

Mūsu standarta elementārdaļiņu un mijiedarbības modelis nesen ir kļuvis tik pilnīgs, cik vien varētu vēlēties. Katra elementārdaļiņa - visās tās iespējamajās formās - tika izveidota laboratorijā, izmērīta un noteiktas to īpašības. Visilgāk noturīgie, augšējais kvarks, antikvarks, tau neitrīno un antineitrīno un visbeidzot Higsa bozons, kļuva par mūsu spēju upuriem.

Un pēdējais - Higsa bozons - atrisināja arī senu fizikas problēmu: beidzot mēs varam parādīt, no kurienes elementārdaļiņas iegūst savu masu!

Tas viss ir forši, taču zinātne nebeidzas, kad pabeidzat šīs mīklas atrisināšanu. Gluži pretēji, tas rada svarīgus jautājumus, un viens no tiem ir "kas tālāk?" Runājot par standarta modeli, mēs varam teikt, ka mēs vēl nezinām visu. Un lielākajai daļai fiziķu viens jautājums ir īpaši svarīgs - lai to aprakstītu, vispirms apsvērsim šādu standarta modeļa īpašību.

No vienas puses, vājie, elektromagnētiskie un spēcīgie spēki var būt ļoti svarīgi atkarībā no to enerģijas un attāluma, kādā notiek mijiedarbība. Bet gravitācijas gadījumā tas tā nav.

Mēs varam ņemt jebkuras divas elementārdaļiņas - ar jebkuru masu un pakļautas jebkādai mijiedarbībai - un konstatēt, ka gravitācija ir par 40 kārtām vājāka nekā jebkurš cits spēks Visumā. Tas nozīmē, ka gravitācijas spēks ir 10 40 reizes vājāks nekā trīs atlikušie spēki. Piemēram, lai gan tie nav fundamentāli, ja paņem divus protonus un atdala tos par metru, elektromagnētiskā atgrūšanās starp tiem būs 10 40 reizes spēcīgāka nekā gravitācijas pievilkšanās. Vai, citiem vārdiem sakot, mums ir jāpalielina gravitācijas spēks par koeficientu 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000, lai tas būtu vienāds ar jebkuru citu spēku.

Šajā gadījumā jūs nevarat vienkārši palielināt protona masu 10 20 reizes, lai gravitācija tos savilktu kopā, pārvarot elektromagnētisko spēku.

Tā vietā, lai reakcijas, piemēram, iepriekš ilustrētā, notiktu spontāni, kad protoni pārvar savu elektromagnētisko atgrūšanos, jums ir jāapvieno 10 56 protoni. Tikai sanākot kopā un pakļaujoties gravitācijas spēkam, viņi var pārvarēt elektromagnētismu. Izrādās, ka 10 56 protoni veido minimālo iespējamo zvaigznes masu.

Tas ir apraksts par to, kā darbojas Visums, taču mēs nezinām, kāpēc tas darbojas tā, kā tas darbojas. Kāpēc gravitācija ir tik daudz vājāka nekā citas mijiedarbības? Kāpēc "gravitācijas lādiņš" (ti, masa) ir tik daudz vājāks par elektrisko vai krāsu, vai pat vājāks?

Tā ir hierarhijas problēma, un daudzu iemeslu dēļ tā ir lielākā neatrisinātā fizikas problēma. Mēs nezinām atbildi, bet mēs nevaram teikt, ka esam pilnīgi nezinoši. Teorētiski mums ir dažas labas idejas risinājuma atrašanai un rīks, lai atrastu pierādījumus par to pareizību.

Līdz šim lielais hadronu paātrinātājs — vislielākās enerģijas paātrinātājs — ir sasniedzis vēl nebijušu enerģijas līmeni laboratorijā, savācis daudz datu un rekonstruējis sadursmes vietās notikušo. Tas ietver jaunu, līdz šim neredzētu daļiņu (piemēram, Higsa bozona) radīšanu un veco, labi zināmo Standarta modeļa daļiņu (kvarku, leptoni, mērbozonu) parādīšanos. Tas spēj arī radīt jebkuras citas daļiņas, kas nav iekļautas standarta modelī, ja tādas ir.

Ir četri iespējamie veidi, ko es zinu, tas ir, četras labas idejas, kā atrisināt hierarhijas problēmu. Labā ziņa ir tā, ka, ja daba izvēlēsies kādu no tiem, LHC to atradīs! (Un, ja nē, meklēšana turpināsies).

Izņemot pirms vairākiem gadiem atrasto Higsa bozonu, LHC nav atrastas jaunas fundamentālas daļiņas. (Turklāt nekādi intriģējoši jauni daļiņu kandidāti netiek novēroti). Un tomēr atrastā daļiņa pilnībā atbilda Standarta modeļa aprakstam; netika novēroti statistiski nozīmīgi mājieni par jaunu fiziku. Ne uz saliktiem Higsa bozoniem, ne uz vairākām Higsa daļiņām, ne uz nestandarta sabrukšanu, nekas tamlīdzīgs.

Bet tagad mēs esam sākuši iegūt datus no vēl augstākām enerģijām, divreiz vairāk nekā iepriekšējās, līdz 13-14 TeV, lai atrastu kaut ko citu. Un kādi ir iespējamie un saprātīgi risinājumi hierarhijas problēmai šajā virzienā?

1) Supersimetrija jeb SUSY. Supersimetrija ir īpaša simetrija, kas var izraisīt jebkuras daļiņu parastās masas, kas ir pietiekami lielas, lai gravitācija būtu salīdzināma ar citām ietekmēm, lai viena otru izslēgtu ar augstu precizitātes pakāpi. Šī simetrija arī liecina, ka katrai daļiņai standarta modelī ir superdaļiņu partneris un ka ir piecas Higsa daļiņas un to pieci superpartneri. Ja šāda simetrija pastāv, tā ir jāsalauž, pretējā gadījumā superpartneriem būtu tāda pati masa kā parastajām daļiņām un tie būtu atrasti jau sen.

Ja SUSY eksistē mērogā, kas piemērots hierarhijas problēmas risināšanai, tad LHC, sasniedzot enerģijas 14 TeV, jāatrod vismaz viens superpartneris, kā arī otra Higsa daļiņa. Pretējā gadījumā ļoti smagu superpartneru esamība pati par sevi novedīs pie citas hierarhijas problēmas, kurai nebūs laba risinājuma. (Interesanti, ka SUSY daļiņu neesamība visās enerģijās atspēko stīgu teoriju, jo supersimetrija ir nepieciešams nosacījums stīgu teorijām, kas satur elementārdaļiņu standarta modeli).

Šeit ir pirmais iespējamais hierarhijas problēmas risinājums, kuram pašlaik nav pierādījumu.

Ir iespējams izveidot sīkus īpaši atdzesētus kronšteinus, kas piepildīti ar pjezoelektriskiem kristāliem (kas deformējoties rada elektrību), norādot attālumus starp tiem. Šī tehnoloģija ļauj mums noteikt 5-10 mikronu ierobežojumus “lieliem” mērījumiem. Citiem vārdiem sakot, gravitācija darbojas saskaņā ar vispārējās relativitātes teorijas prognozēm uz svariem, kas ir daudz mazāki par milimetru. Tātad, ja ir lieli papildu izmēri, tie atrodas enerģijas līmeņos, kas nav pieejami LHC, un, vēl svarīgāk, neatrisina hierarhijas problēmu.

Protams, hierarhijas problēmai var būt pavisam cits risinājums, ko nevar atrast mūsdienu kolaideros, vai arī risinājuma nav vispār; tā vienkārši varētu būt dabas īpašība bez jebkāda izskaidrojuma. Taču zinātne netiks uz priekšu bez mēģinājumiem, un tieši to šīs idejas un meklējumi cenšas darīt: virzīt mūsu zināšanas par Visumu uz priekšu. Un kā vienmēr, sākoties LHC otrajam braucienam, ar nepacietību gaidu, kas tur varētu parādīties, bez jau atklātā Higsa bozona!

Tagi:

• smagums
• fundamentālas mijiedarbības
• tvertne

Eseja

fizikā

par tēmu:

« Mūsdienu fizikas problēmas»

Sāksim ar problēmu, kas šobrīd piesaista vislielāko fiziķu uzmanību un pie kuras strādā, iespējams, vislielākais skaits pētnieku un pētniecības laboratoriju visā pasaulē - tā ir atoma kodola problēma un jo īpaši tās lielākā daļa. būtiskā un svarīgā daļa – tā sauktā urāna problēma.

Bija iespējams konstatēt, ka atomi sastāv no relatīvi smaga pozitīvi lādēta kodola, ko ieskauj noteikts skaits elektronu. Kodola pozitīvais lādiņš un to apkārtējo elektronu negatīvie lādiņi viens otru izslēdz. Kopumā atoms šķiet neitrāls.

No 1913. gada līdz gandrīz 1930. gadam fiziķi rūpīgi pētīja elektronu atmosfēras īpašības un ārējās izpausmes, kas ieskauj atoma kodolu. Šie pētījumi noveda pie vienas, pilnīgas teorijas, kas atklāja jaunus elektronu kustības likumus atomā, kas mums iepriekš nebija zināmi. Šo teoriju sauc par matērijas kvantu jeb viļņu teoriju. Mēs pie tā atgriezīsimies vēlāk.

Apmēram no 1930. gada galvenā uzmanība tika pievērsta atoma kodolam. Kodols mūs īpaši interesē, jo tajā ir koncentrēta gandrīz visa atoma masa. Un masa ir noteiktas sistēmas enerģijas rezerves mērs.

Katrs jebkuras vielas grams satur precīzi zināmu enerģiju un turklāt ļoti nozīmīgu enerģiju. Piemēram, glāze tējas, kas sver aptuveni 200 g, satur enerģijas daudzumu, kura iegūšanai būtu jāsadedzina aptuveni miljons tonnu ogļu.

Šī enerģija atrodas tieši atoma kodolā, jo 0,999 no kopējās enerģijas, visa ķermeņa masas, atrodas kodolā un tikai mazāk par 0,001 no kopējās masas var attiecināt uz elektronu enerģiju. Kolosālās enerģijas rezerves, kas atrodas kodolos, ir nesalīdzināmas ar jebkādām enerģijas forma, kā mēs to zinām līdz šim.

Protams, cerība iegūt šo enerģiju ir vilinoša. Bet, lai to izdarītu, vispirms tas ir jāizpēta un tad jāatrod veidi, kā to izmantot.

Bet turklāt kodols mūs interesē citu iemeslu dēļ. Atoma kodols pilnībā nosaka visu tā dabu, nosaka tā ķīmiskās īpašības un individualitāti.

Ja dzelzs atšķiras no vara, no oglekļa, no svina, tad šī atšķirība slēpjas tieši atomu kodolos, nevis elektronos. Visiem ķermeņiem ir vienādi elektroni, un jebkurš atoms var zaudēt daļu no saviem elektroniem līdz tādam līmenim, ka visus elektronus no atoma var atdalīt. Kamēr atoma kodols ar savu pozitīvo lādiņu ir neskarts un nemainīgs, tas vienmēr piesaistīs tik daudz elektronu, cik nepieciešams, lai kompensētu tā lādiņu. Ja sudraba kodolam ir 47 lādiņi, tad tas vienmēr pievienos sev 47 elektronus. Tāpēc, kamēr es mērķēju uz kodolu, mums ir darīšana ar vienu un to pašu elementu, ar vienu un to pašu vielu. Tiklīdz tiek mainīts kodols, viens ķīmiskais elements kļūst par citu. Tikai tad piepildītos senais un sen pamestais sapnis par alķīmiju – dažu elementu pārtapšana citos. Pašreizējā vēstures posmā šis sapnis ir piepildījies, ne gluži tādās formās un ne ar rezultātiem, kādus gaidīja alķīmiķi.

Ko mēs zinām par atoma kodolu? Kodols savukārt sastāv no vēl mazākām sastāvdaļām. Šīs sastāvdaļas pārstāv vienkāršākos mums zināmos kodolus dabā.

Vieglākais un līdz ar to vienkāršākais kodols ir ūdeņraža atoma kodols. Ūdeņradis ir pirmais periodiskās tabulas elements ar atommasu aptuveni 1. Ūdeņraža kodols ir daļa no visiem pārējiem kodoliem. Bet, no otras puses, ir viegli saprast, ka visi kodoli nevar sastāvēt tikai no ūdeņraža kodoliem, kā Prouts pieņēma jau sen, vairāk nekā pirms 100 gadiem.

Atomu kodoliem ir noteikta masa, ko dod atoma svars, un noteikts lādiņš. Kodollādiņš norāda skaitu, ko konkrētais elements aizņem V Mendeļejeva periodiskā sistēma.

Ūdeņradis šajā sistēmā ir pirmais elements: tam ir viens pozitīvs lādiņš un viens elektrons. Otrajam elementam pēc kārtas ir kodols ar dubultu lādiņu, trešais - ar trīskāršu lādiņu utt. līdz pat pēdējam un smagākajam no visiem elementiem – urānam, kura kodolam ir 92 pozitīvi lādiņi.

Mendeļejevs, sistematizējot milzīgo eksperimentālo materiālu ķīmijas jomā, izveidoja periodisko tabulu. Viņam, protams, toreiz nebija aizdomas par kodolu esamību, taču viņš nedomāja, ka viņa izveidotajā sistēmā elementu secību nosaka vienkārši kodola lādiņš un nekas vairāk. Izrādās, ka šīs divas atomu kodolu īpašības – atoma svars un lādiņš – neatbilst tam, ko mēs varētu sagaidīt, balstoties uz Prouta hipotēzi.

Tātad otrajam elementam - hēlijam ir atomsvars 4. Ja tas sastāv no 4 ūdeņraža kodoliem, tad tā lādiņam jābūt 4, bet tikmēr tā lādiņam ir 2, jo tas ir otrais elements. Tādējādi jums jādomā, ka hēlijā ir tikai 2 ūdeņraža kodoli. Mēs saucam ūdeņraža kodolus par protoniem. Bet plkst Turklāt hēlija kodolā ir vēl 2 masas vienības, kurām nav lādiņa. Kodola otrā sastāvdaļa jāuzskata par neuzlādētu ūdeņraža kodolu. Mums ir jānošķir ūdeņraža kodoli, kuriem ir lādiņš, jeb protoni, un kodoli, kuriem nav elektriskā lādiņa, neitrālie, mēs tos saucam par neitroniem.

Visi kodoli sastāv no protoniem un neitroniem. Hēlijam ir 2 protoni un 2 neitroni. Slāpeklī ir 7 protoni un 7 neitroni. Skābeklī ir 8 protoni un 8 neitroni, ogleklim C ir protoni un 6 neitroni.

Bet tālāk šī vienkāršība tiek nedaudz pārkāpta, neitronu skaits kļūst arvien vairāk, salīdzinot ar protonu skaitu, un pašā pēdējā elementā - urānā ir 92 lādiņi, 92 protoni, un tā atomsvars ir 238. Līdz ar to vēl viens 92 protoniem tiek pievienoti 146 neitroni.

Protams, nevar domāt, ka tas, ko mēs zinām 1940. gadā, jau ir izsmeļošs reālās pasaules atspoguļojums un daudzveidība beidzas ar šīm daļiņām, kas ir elementāras vārda tiešā nozīmē. Elementaritātes jēdziens nozīmē tikai noteiktu posmu mūsu iekļūšanā dabas dzīlēs. Tomēr šajā posmā mēs zinām atoma sastāvu tikai līdz šiem elementiem.

Šo vienkāršo attēlu patiesībā nebija tik viegli saprast. Mums bija jāpārvar vesela virkne grūtību, vesela virkne pretrunu, kas pat to identificēšanas brīdī šķita bezcerīgas, bet kuras, kā vienmēr zinātnes vēsturē, izrādījās tikai dažādas vispārīgāka attēla puses. , kas bija šķita pretrunas sintēze, un mēs pārgājām pie nākamās, dziļākas problēmas izpratnes.

Būtiskākās no šīm grūtībām izrādījās šādas: mūsu gadsimta pašā sākumā jau bija zināms, ka no dzīlēm izlido b-daļiņas (tie izrādījās hēlija kodoli) un b-daļiņas (elektroni). radioaktīvie atomi (par kodolu tobrīd vēl nebija aizdomas). Likās, ka tas, kas izlido no atoma, ir tas, no kā tas sastāv. Līdz ar to šķita, ka atomu kodoli sastāv no hēlija kodoliem un elektroniem.

Šī apgalvojuma pirmās daļas maldība ir skaidra: ir acīmredzams, ka no četrreiz smagākiem hēlija kodoliem nav iespējams izveidot ūdeņraža kodolu: daļa nevar būt lielāka par visu.

Arī šī apgalvojuma otrā daļa izrādījās nepareiza. Elektroni patiešām tiek izmesti kodolprocesu laikā, un tomēr kodolos nav elektronu. Šķiet, ka šeit ir loģiska pretruna. Vai tā ir?

Mēs zinām, ka atomi izstaro gaismu, gaismas kvantus (fotonus).

Kāpēc šie fotoni tiek glabāti atomā gaismas veidā un gaida brīdi, kad tie tiks atbrīvoti? Acīmredzot nē. Gaismas emisiju mēs saprotam tā, ka elektriskie lādiņi atomā, pārvietojoties no viena stāvokļa uz otru, atbrīvo noteiktu enerģijas daudzumu, kas pārvēršas starojuma enerģijas formā, izplatoties telpā.

Līdzīgus apsvērumus var izdarīt attiecībā uz elektronu. Vairāku iemeslu dēļ elektronu nevar atrasties atoma kodolā. Bet to nevar izveidot kodolā, piemēram, fotonu, jo tam ir negatīvs elektriskais lādiņš. Ir stingri noteikts, ka elektriskais lādiņš, tāpat kā enerģija un matērija kopumā, paliek nemainīgs; kopējais elektrības daudzums nekur nerodas un nekur nepazūd. Līdz ar to, ja tiek aiznests negatīvs lādiņš, tad kodols saņem vienādu pozitīvu lādiņu. Elektronu emisijas procesu pavada kodola lādiņa izmaiņas. Bet kodols sastāv no protopopiem un neitroniem, kas nozīmē, ka viens no neuzlādētajiem neitroniem pārvērtās par pozitīvi lādētu protonu.

Atsevišķs negatīvs elektrons nevar ne parādīties, ne pazust. Bet divi pretēji lādiņi, ja tie pietiekami tuvojas viens otram, var viens otru izslēgt vai pat pilnībā izzust, atbrīvojot savu enerģijas piegādi starojuma enerģijas (fotonu) veidā.

Kādi ir šie pozitīvie lādiņi? Varēja konstatēt, ka dabā papildus negatīvajiem elektroniem ir novērojami un ar laboratoriju un tehnoloģiju palīdzību var radīt arī pozitīvi lādiņi, kas visās savās īpašībās: pēc masas, lādiņa lieluma diezgan saskan ar elektroniem, bet ir tikai pozitīvs lādiņš. Mēs šādu lādiņu saucam par pozitronu.

Tādējādi mēs izšķiram elektronus (negatīvus) un pozitronus (pozitīvos), kas atšķiras tikai ar pretēju lādiņa zīmi. Kodolu tuvumā var notikt abi pozitronu savienošanās ar elektroniem un sadalīšanās elektronā un pozitronā procesi, kad elektrons atstāj atomu un pozitrons nonāk kodolā, neitronu pārvēršot protonā. Vienlaikus ar elektronu aiziet arī neuzlādēta daļiņa, neitrīno.

Kodolā tiek novēroti arī procesi, kuros elektrons pārnes savu lādiņu uz kodolu, pārvēršot protonu par neitronu, un pozitrons izlido no atoma. Kad no atoma izdalās elektrons, kodola lādiņš palielinās par vienu; Kad tiek emitēts pozitrons vai protons, lādiņš un skaitlis periodiskajā tabulā samazinās par vienu vienību.

Visi kodoli ir veidoti no uzlādētiem protoniem un neuzlādētiem neitroniem. Jautājums ir, ar kādiem spēkiem tie tiek aizturēti atoma kodolā, kas tos savieno viens ar otru, kas nosaka dažādu atomu kodolu uzbūvi no šiem elementiem?

Līdzīgs jautājums par savienojumu starp kodolu un elektroniem atomā saņēma vienkāršu atbildi. Kodola pozitīvais lādiņš piesaista sev negatīvos elektronus pēc elektrības pamatlikumiem, tāpat kā Saule ar gravitācijas spēkiem pievelk Zemi un citas planētas. Bet atoma kodolā viena no sastāvdaļām ir neitrāla. Kā tas savienojas ar pozitīvi lādētu protonu un citiem neitroniem? Eksperimenti ir parādījuši, ka spēki, kas saista kopā divus neitronus, pēc lieluma ir aptuveni tādi paši kā spēki, kas saista neitronu ar protonu un pat 2 protonus savā starpā. Tie nav gravitācijas spēki, nevis elektriskā vai magnētiskā mijiedarbība, bet gan īpaša rakstura spēki, kas rodas no kvantu jeb viļņu mehānikas.

Viens no padomju zinātniekiem I.E. "Gamms izvirzīja hipotēzi, ka savienojumu starp neitronu un protonu nodrošina elektriskie lādiņi - elektroni un pozitroni. To emisijai un absorbcijai patiešām vajadzētu dot zināmus protonu un neitronu savienojuma spēkus. Bet, kā liecina aprēķini, šie spēki ir daudzkārt vājāks par tiem, kas patiesībā pastāv kodolā un nodrošina tā spēku.

Tad japāņu fiziķis Jukava mēģināja izvirzīt problēmu šādi: tā kā ar elektronu un pozitronu mijiedarbību nepietiek, lai izskaidrotu kodolspēkus, tad kuras ir tās daļiņas, kas nodrošinātu pietiekamus spēkus? Un viņš aprēķināja, ka, ja kodolā tiktu atrastas negatīvas un pozitīvas daļiņas, kuru masa ir 200 reizes lielāka par pozitronu un elektronu, tad šīs daļiņas nodrošinātu pareizu mijiedarbības spēku atbilstību.

Pēc neilga laika šīs daļiņas tika atklātas kosmiskajos staros, kas, nākot no kosmosa, iekļūst atmosfērā un tiek novēroti gan uz zemes virsmas, gan Elbrusa augstumos un pat pazemē diezgan lielā dziļumā. Izrādās, ka kosmiskie stari, nonākot atmosfērā, rada negatīvi un pozitīvi lādētas daļiņas, kuru masa ir aptuveni 200 reizes lielāka par elektrona masu. Šīs daļiņas tajā pašā laikā ir 10 reizes vieglākas par protonu un neitronu (kas ir aptuveni 2000 reižu smagāki par elektronu). Tādējādi šīs ir dažas daļiņas ar “vidējo” svaru. Tāpēc tos sauca par mezoroniem vai saīsināti mezoniem. To esamība kā daļa no kosmiskajiem stariem zemes atmosfērā tagad nav apšaubāma.

Tas pats I.E. Tamms nesen pētīja mezona kustības likumus. Izrādās, ka tiem piemīt savdabīgas īpašības, kas daudzējādā ziņā nav līdzīgas elektronu un pozitronu īpašībām. Pamatojoties uz mezonu teoriju, viņš kopā ar L.D. Landau radīja ārkārtīgi interesantu neitronu un protonu veidošanās teoriju.

Tamms un Landau iedomājas, ka neitrons ir protons, kas savienots ar negatīvu mezonu. Pozitīvi lādēts protons ar negatīvu elektronu veido mums labi zināmo ūdeņraža atomu. Bet, ja negatīvā elektrona vietā ir negatīvs mezons, 200 reižu smagāka daļiņa ar īpašām īpašībām, tad šāda kombinācija aizņem daudz mazāk vietas un visās savās īpašībās cieši sakrīt ar to, ko mēs zinām par neitronu.

Saskaņā ar šo hipotēzi tiek uzskatīts, ka neitrons ir protons, kas savienots ar negatīvu mezonu, un otrādi, protons ir neitrons, kas savienots ar pozitīvu mezonu.

Tādējādi “elementārās” daļiņas - protoni un neitroni - mūsu acu priekšā atkal sāk atdalīties un atklāj to sarežģīto struktūru.

Bet varbūt vēl interesantāk ir tas, ka šāda teorija atkal atgriež mūs pie matērijas elektriskās teorijas, ko izjauc neitronu parādīšanās. Tagad atkal var apgalvot, ka visi mums līdz šim zināmie atoma un tā kodola elementi būtībā ir elektriskas izcelsmes.

Tomēr nevajadzētu domāt, ka kodolā mums vienkārši ir darīšana ar viena un tā paša atoma īpašību atkārtošanos.

Pārejot no astronomijā un mehānikā uzkrātās pieredzes uz atoma mērogu, uz 100 miljonajām centimetru daļām, mēs nonākam jaunā pasaulē, kurā parādās līdz šim nezināmas jaunas atomu fizikas fizikālās īpašības. Šīs īpašības izskaidro kvantu mehānika.

Ir pilnīgi dabiski sagaidīt, un, acīmredzot, pieredze jau mums to rāda, ka tad, kad mēs pārejam uz nākamo posmu, uz atoma kodolu, un atoma kodols joprojām ir 100 tūkstošus reižu mazāks par atomu, tad šeit mēs atklājam pat jauni, specifiski likumi kodolprocesi, kas manāmi neizpaužas ne atomā, ne lielos ķermeņos.

Ka kvantu mehānika, kas mums lieliski apraksta visas atomu sistēmu īpašības, izrādās nepietiekama un ir jāpapildina un jālabo atbilstoši parādībām, kas sastopamas atoma kodolā.

Katru šādu kvantitatīvo posmu pavada kvalitatīvi jaunu īpašību izpausme. Spēki, kas savieno protonu un neitronu ar mezonu, nav elektrostatiskās pievilkšanās spēki, bet Kulona likumi, kas savieno ūdeņraža kodolu ar tā elektronu, ir sarežģītākas dabas spēki, ko apraksta Tamma teorija.

Tā mums tagad šķiet atoma kodola uzbūve. Laulātie Pjērs un Marija Kirī 1899. gadā. atklāja rādiju un pētīja tā īpašības. Bet novērošanas ceļš, kas pirmajā posmā bija neizbēgams, jo mums nebija cita, ir ārkārtīgi neefektīvs zinātnes attīstības ceļš.

Strauju attīstību nodrošina iespēja aktīvi ietekmēt pētāmo objektu. Mēs sākām atpazīt atoma kodolu, kad iemācījāmies to aktīvi modificēt. Šī ir uzdrīkstēšanās. apmēram pirms 20 gadiem slavenajam angļu fiziķim Rezerfordam.

Jau sen ir zināms, ka tad, kad satiekas divi atomu kodoli, varētu sagaidīt, ka kodoli ietekmēs viens otru. Bet kā īstenot šādu tikšanos? Galu galā kodoli ir pozitīvi uzlādēti. Tuvojoties viens otram, tie atgrūž viens otru; to izmēri ir tik mazi, ka atgrūšanas spēki sasniedz milzīgus lielumus. Atomenerģija ir nepieciešama, lai pārvarētu šos spēkus un piespiestu vienu kodolu satikt otru. Lai uzkrātu šādu enerģiju, bija nepieciešams piespiest kodolus iziet cauri potenciālu starpībai, kas bija 1 miljons V. Un tā, kad 1930. gadā tika iegūtas dobas caurules, kurās bija iespējams radīt potenciālu atšķirības, kas lielākas par 0,5 miljonos V, tos nekavējoties izmantoja, lai ietekmētu atomu kodolus.

Jāteic, ka šādas caurules nav ieguvusi atoma kodola fizika, bet gan elektrotehnika saistībā ar enerģijas pārnešanas problēmu lielos attālumos.

Ilgstošs sapnis par augstsprieguma elektrotehniku ​​ir pāreja no maiņstrāvas uz līdzstrāvu. Lai to izdarītu, jums jāspēj pārveidot augstsprieguma maiņstrāvas līdzstrāvās un otrādi.

Tieši šim mērķim, kas vēl joprojām nav sasniegts, tika izveidotas caurules, kurās ūdeņraža kodoli šķērsoja vairāk nekā 0,5 miljonus V un saņēma augstu kinētisko enerģiju. Šis tehniskais sasniegums tika nekavējoties izmantots, un Kembridžā tika mēģināts šīs ātrās daļiņas novirzīt dažādu atomu kodolos.

Dabiski, baidoties, ka savstarpējā atgrūšanās neļaus kodoliem satikties, viņi paņēma kodolus ar zemāko lādiņu. Protonam ir mazākais lādiņš. Tāpēc dobā caurulē ūdeņraža kodolu plūsma izgāja caur potenciālu starpību līdz 700 tūkstošiem V. Nākotnē ļaujiet enerģiju, ko elektronu vai protonu lādiņš saņem pēc 1 V caurlaides, saukt par elektronvoltu. Protoni, kas saņēma aptuveni 0,7 miljonu eV enerģiju, tika novirzīti uz preparātu, kas satur litiju.

Litijs periodiskajā tabulā ieņem trešo vietu. Tā atomu svars ir 7; tajā ir 3 protoni un 4 neitroni. Kad litija kodolā iekļūst cits protons un pievienosies tam, mēs iegūsim 4 protonu un 4 neitronu sistēmu, t.i. ceturtais elements ir berilijs ar atommasu 8. Šāds berilija kodols sadalās divās daļās, no kurām katras atommasa ir 4 un lādiņš 2, t.i. ir hēlija kodols.

Patiešām, tas tika novērots. Kad litijs tika bombardēts ar protoniem, hēlija kodoli tika izmesti; Turklāt var konstatēt, ka 2 b-daļiņas ar 8,5 miljonu eV enerģiju vienlaikus izlido pretējos virzienos.

No šīs pieredzes varam izdarīt divus secinājumus. Pirmkārt, mēs ieguvām hēliju no ūdeņraža un litija. Otrkārt, iztērējot vienu protonu ar enerģiju 0,5 miljoni eV (un tad izrādījās pietiekami 70 000 eV), mēs saņēmām 2 daļiņas, no kurām katrai ir 8,5 miljoni eV, t.i. 17 miljoni eV.

Tāpēc šajā procesā mēs esam veikuši reakciju, ko pavada enerģijas izdalīšanās no atoma kodola. Iztērējot tikai 0,5 miljonus eV, mēs saņēmām 17 miljonus - 35 reizes vairāk.

Bet no kurienes nāk šī enerģija? Protams, enerģijas nezūdamības likums netiek pārkāpts. Kā vienmēr, mums ir darīšana ar viena veida enerģijas pārveidošanu citā. Pieredze rāda, ka nav jāmeklē noslēpumaini, vēl nezināmi avoti.

Mēs jau esam redzējuši, ka masa mēra organismā uzkrātās enerģijas daudzumu. Ja mēs atbrīvotu enerģiju 17 miljonu eV, tad vajadzētu sagaidīt, ka atomos ir samazinājies enerģijas rezerve, un līdz ar to ir samazinājies to svars (masa).

Pirms sadursmes mums bija litija kodols, kura precīzs atomsvars ir 7,01819, un ūdeņradis, kura atomsvars ir 1,00813; tāpēc pirms sapulces atommasu summa bija 8,02632, un pēc sadursmes izdalījās 2 hēlija daļiņas, kuru atomsvars bija 4,00389. Tas nozīmē, ka divu hēlija kodolu atomu svars ir 8,0078. Ja salīdzina šos skaitļus, izrādās, ka atomsvaru summas vietā paliek 8,026, 8,008; masa samazinājās par 0,018 vienībām.

Šai masai vajadzētu dot enerģiju 17,25 miljonu eV, bet patiesībā tika izmērīti 17,13 miljoni.. Mēs nevaram gaidīt labāku sakritību.

Vai mēs varam teikt, ka esam atrisinājuši alķīmijas problēmu - viena elementa pārveidošanu citā - un enerģijas iegūšanas problēmu no atomu iekšējām rezervēm?

Šis p ir patiess un nepatiess. Nepareizs vārda praktiskajā nozīmē. Galu galā, runājot par elementu pārveidošanas iespēju, mēs sagaidām, ka tiek iegūti tādi vielas daudzumi, ar kuriem var kaut ko darīt. Tas pats attiecas uz enerģiju.

No viena kodola mēs faktiski saņēmām 35 reizes vairāk enerģijas nekā iztērējām. Bet vai mēs varam padarīt šo parādību par pamatu kodolenerģijas iekšējo rezervju tehniskai izmantošanai?

Diemžēl nē. No visas protonu plūsmas aptuveni viens no miljona ceļā sastapsies ar litija kodolu; 999 999 citi protopopi iekrīt kodolā un tērē savu enerģiju. Fakts ir tāds, ka mūsu “artilērija šauj” protonu plūsmas atomu kodolos bez “redzes”. Tāpēc no miljona tikai viens iekritīs kodolā; kopējā bilance ir nerentabla. Kodola “bombardēšanai” tiek izmantota milzīga mašīna, kas patērē lielu daudzumu elektrības, un rezultātā tiek izmesti vairāki atomi, kuru enerģiju nevar izmantot pat mazai rotaļlietai.

Tā tas viss bija pirms 9 gadiem. Kā kodolfizika attīstījās tālāk? Atklājot neitronus, mums ir šāviņš, kas var sasniegt jebkuru kodolu, jo starp tiem nav atgrūdošu spēku. Pateicoties tam, tagad ir iespējams veikt reakcijas visā periodiskajā tabulā, izmantojot neitronus. Nav neviena elementa, ko mēs nevarētu pārveidot par citu. Mēs, piemēram, varam pārvērst dzīvsudrabu zeltā, bet nenozīmīgos daudzumos. Tika atklāts, ka ir daudz dažādu protonu un neitronu kombināciju.

Mendeļejevs iedomājās, ka ir 92 dažādi atomi, ka katra šūna atbilst vienam atoma tipam.Ņemsim 17. šūnu, ko aizņem hlors; tāpēc hlors ir elements, kura kodolam ir 17 lādiņi; cipars tajā var būt 18 vai 20; tie visi būs atšķirīgi konstruēti kodoli ar dažādu atomu svaru, bet, tā kā to lādiņi ir vienādi, tie ir viena ķīmiskā elementa kodoli. Mēs tos saucam par hlora izotopiem. Ķīmiski izotopi nav atšķirami; tāpēc Mendeļejevam radās aizdomas par to esamību. Līdz ar to dažādu kodolu skaits ir daudz lielāks par 92. Tagad zinām ap 350 dažādu stabilu kodolu, kas atrodas 92 periodiskās tabulas šūnās, un papildus vēl ap 250 radioaktīvo kodolu, kuri, sadaloties, izstaro starus - protoni, neitroni, pozitroni, elektroni, g-stari (fotoni) utt.

Papildus tām radioaktīvajām vielām, kas pastāv dabā (tie ir periodiskās tabulas smagākie elementi), tagad mums ir iespēja mākslīgi ražot jebkuras radioaktīvās vielas, kas sastāv gan no vieglajiem atomiem, gan no vidēji smagajiem atomiem. Jo īpaši mēs varam iegūt radioaktīvo nātriju.Ja mēs ēdam galda sāli, kas satur radioaktīvo nātriju, tad varam sekot līdzi radioaktīvo nātrija atomu kustībai visā organismā. Radioaktīvie atomi ir iezīmēti, tie izstaro starus, kurus varam atklāt un ar to palīdzību izsekot konkrētas vielas ceļam jebkurā dzīvā organismā.

Tādā pašā veidā, ievadot radioaktīvos atomus ķīmiskajos savienojumos, mēs varam izsekot visai procesa dinamikai, ķīmiskās reakcijas kinētikai. Iepriekšējās metodes noteica reakcijas gala rezultātu, bet tagad mēs varam novērot visu tās gaitu.

Tas nodrošina spēcīgu instrumentu turpmākiem pētījumiem ķīmijas, bioloģijas un ģeoloģijas jomā; lauksaimniecībā būs iespējams uzraudzīt mitruma kustību augsnē, barības vielu kustību, to pārnesi uz augu saknēm u.c. Tas, ko mēs līdz šim nevarējām tieši redzēt, kļūst pieejams.

Atgriezīsimies pie jautājuma, vai ir iespējams iegūt enerģiju no intranukleārajām rezervēm?

Pirms diviem gadiem tas šķita bezcerīgs uzdevums. Tiesa, bija skaidrs, ka aiz tā robežām, kas bija zināms pirms diviem gadiem, bija milzīga nezināmā zona, taču

Mēs neesam redzējuši nekādus konkrētus veidus, kā izmantot kodolenerģiju.

1938. gada decembra beigās tika atklāta parādība, kas pilnībā mainīja jautājuma situāciju. Tā ir urāna sabrukšanas parādība.

Urāna sabrukšana krasi atšķiras no citiem iepriekš zināmiem radioaktīvās sabrukšanas procesiem, kuros kāda daļiņa - protons, pozitrons, elektrons - izlido no kodola. Kad neitrons ietriecas urāna kodolā, var teikt, ka kodols sadalās 2 daļās. Šī procesa laikā, kā izrādās, no kodola izdalās vēl vairāki neitroni. Un tas noved pie šāda secinājuma.

Iedomājieties, ka neitrons ielidoja urāna masā, sastapa dažus tā kodolus, sadalīja to, atbrīvojot milzīgu enerģijas daudzumu, līdz aptuveni 160 miljoniem eV, un papildus izlido arī 3 neitroni, kas tiksies ar kaimiņu urānu. kodoli, tos sadalot, katrs atkal atbrīvos 160 miljonus eV un atkal dos 3 neitronus.

Ir viegli iedomāties, kā šis process attīstīsies. Viens sašķelts kodols radīs 3 neitronus. Tie izraisīs trīs jaunu sadalīšanu, no kuriem katrs dos vēl 3, parādīsies 9, tad 27, tad 81 utt. neitroni. Un nenozīmīgā sekundes daļā šis process izplatīsies uz visu urāna kodolu masu.

Lai salīdzinātu enerģiju, kas izdalās urāna sabrukšanas laikā, ar mums zināmajām enerģijām, ļaujiet man veikt šo salīdzinājumu. Katrs degošas vai sprādzienbīstamas vielas atoms izdala aptuveni 10 eV enerģijas, bet šeit viens kodols izdala 160 miljonus eV. Līdz ar to enerģija šeit ir 16 miljonus reižu lielāka nekā sprāgstvielu izplūdes. Tas nozīmē, ka notiks sprādziens, kura spēks ir 16 miljonus reižu lielāks nekā visspēcīgākās sprāgstvielas sprādziens.

Bieži, it īpaši mūsu laikos, kā neizbēgams kapitālisma imperiālistiskā attīstības posma rezultāts, zinātnes sasniegumi tiek izmantoti karā cilvēku iznīcināšanai. Bet mums ir dabiski domāt par to izmantošanu cilvēka labā.

Šādas koncentrētas enerģijas rezerves var izmantot kā visu mūsu tehnoloģiju virzītājspēku. Kā to izdarīt, protams, ir pilnīgi neskaidrs uzdevums. Jaunajiem enerģijas avotiem nav gatavas tehnoloģijas. Mums tas būs jāizveido vēlreiz. Bet vispirms jums jāiemācās ražot enerģiju. Ceļā uz to joprojām ir nepārvaramas grūtības.

Urāns ierindojas 92. vietā periodiskajā tabulā, tajā ir 92 lādiņi, bet ir vairāki izotopi. Viena atommasa ir 238, cita - 234, trešā - 235. No visiem šiem dažādajiem urāniem enerģijas lavīna var attīstīties tikai urānā 235, bet tikai 0,7% no tā · Gandrīz 99% ir urāns-238, kas ir īpašība pārtvert neitronus ceļā. Neitrons, kas izstarots no urāna-235 kodola, pirms tas sasniedz citu urāna-235 kodolu, tiks pārtverts ar urāna-238 kodolu. Lavīna neaugs. Bet šādu uzdevumu nevar viegli pamest. Viena izeja ir ražot urānu, kas satur gandrīz tikai urānu-235.

Tomēr līdz šim izotopus bija iespējams atdalīt tikai miligramu frakciju daudzumā, un, lai veiktu lavīnu, ir nepieciešamas vairākas tonnas urāna-235. No miligrama daļām līdz vairākām tonnām ceļš ir tik tālu, ka tas izskatās pēc zinātniskās fantastikas, nevis īsts uzdevums. Bet pat ja mēs šobrīd nezinām par lētiem un plaši izplatītiem izotopu atdalīšanas līdzekļiem, tas nenozīmē, ka visi ceļi uz to ir slēgti. Tāpēc gan padomju, gan ārvalstu zinātnieki tagad cītīgi strādā pie izotopu atdalīšanas metodēm.

Taču ir iespējams arī cits veids, kā sajaukt urānu ar vielu, kas maz absorbē, bet spēcīgi izkliedē un palēnina neitronus. Fakts ir tāds, ka lēnos neitronus, kas sadala urānu-235, neaptur urāns-238. Situācija šobrīd ir tāda, ka vienkārša pieeja līdz mērķim nenoved, bet vēl ir dažādas iespējas, ļoti sarežģītas, grūtas, bet ne bezcerīgas. Ja kāds no šiem ceļiem būtu novedis pie mērķa, tad, domājams, tas būtu radījis revolūciju visās tehnoloģijās, kas pēc savas nozīmes būtu pārsniegušas tvaika dzinēja un elektrības parādīšanos.

Tāpēc nav pamata uzskatīt, ka problēma ir atrisināta, ka mums atliek tikai iemācīties izmantot enerģiju un visas vecās tehnoloģijas var tikt izmestas miskastē. Nekas tamlīdzīgs. Pirmkārt, mēs vēl nezinām, kā no urāna iegūt enerģiju, un, otrkārt, ja p varētu iegūt, tad tā izmantošana prasītu daudz laika un darba. Tā kā šīs kolosālās enerģijas rezerves pastāv kodolos, varētu domāt, ka agri vai vēlu tiks atrasti veidi, kā tos izmantot.

Ceļā uz urāna problēmas izpēti Savienībā tika veikts ārkārtīgi interesants pētījums. Tas ir divu jauno padomju zinātnieku - komjaunatnes biedra Flerova un jaunā padomju fiziķa Petržaka darbs. Pētot urāna skaldīšanas fenomenu, viņi pamanīja, ka urāns sadalās pats no sevis bez jebkādas ārējas ietekmes. Pa 10 miljoniem alfa staru, ko izstaro urāns, tikai 6 atbilst tā sabrukšanas fragmentiem. Šīs 0 daļiņas starp 10 miljoniem citu bija iespējams pamanīt tikai ar lielisku novērojumu un neparastu eksperimentālu mākslu.

Divi jauni fiziķi radīja iekārtas, kas bija 40 reizes jutīgākas par jebko līdz šim zināmo, un tajā pašā laikā tik precīzas, ka varēja droši piešķirt reālu vērtību šiem 6 punktiem no 10 miljoniem. Pēc tam secīgi Un Viņi sistemātiski pārbaudīja savus secinājumus un stingri noteica jauno urāna spontānas sabrukšanas fenomenu.

Šis darbs ir ievērojams ne tikai ar rezultātiem, ar savu neatlaidību, bet ar eksperimenta smalkumu, bet ar autoru atjautību. Ņemot vērā, ka vienam no viņiem ir 27 gadi, bet otram 32, tad no viņiem var gaidīt daudz. Šis darbs tika iesniegts Staļina balvai.

Flerova un Pjetrzaka atklātais fenomens parāda, ka 92. elements ir nestabils. Tiesa, paies 1010 gadi, līdz puse no visiem pieejamajiem urāna kodoliem sabruks. Bet kļūst skaidrs, kāpēc periodiskā tabula beidzas ar šo elementu.

Smagāki elementi būs vēl nestabilāki. Tie tiek iznīcināti ātrāk un tāpēc mums neizdzīvoja. To, ka tas tā ir, atkal apstiprinājusi tiešā pieredze. Mēs varam ražot 93 - th un elementu 94, bet viņi dzīvo ļoti īsu mūžu, mazāk nekā 1000 gadus.*

Tāpēc, kā redzat, šim darbam ir būtiska nozīme. Tika atklāts ne tikai jauns fakts, bet arī noskaidrots viens no periodiskās tabulas noslēpumiem.

Atomu kodola izpēte ir pavērusi perspektīvas atomu iekšējo rezervju izmantošanai, taču līdz šim tehnoloģijai neko reālu nav devusi. Tā šķiet. Bet patiesībā visa enerģija, ko mēs izmantojam tehnoloģijās, ir kodolenerģija. Patiesībā, kur mēs iegūstam enerģiju no oglēm, naftas, kur hidroelektrostacijas iegūst enerģiju?

Jūs labi zināt, ka saules staru enerģija, ko absorbē augu zaļās lapas, tiek uzkrāta ogļu veidā, saules stari, iztvaicējot ūdeni, paceļ to un izlej lietus veidā augstumā, kalnu upju veidā tās piegādā enerģiju hidroelektrostacijām.

Visu veidu enerģija, ko mēs izmantojam, tiek iegūta no Saules. Saule izstaro milzīgu enerģijas daudzumu ne tikai pret Zemi, bet visos virzienos, un mums ir pamats domāt, ka Saule pastāv jau simtiem miljardu gadu. Ja parēķina, cik daudz enerģijas tika izdalīts šajā laikā, rodas jautājums – no kurienes šī enerģija nāk, kur ir tās avots?

Viss, ko varējām izdomāt iepriekš, izrādījās par maz, un tikai tagad šķiet, ka saņemam pareizo atbildi. Enerģijas avots ne tikai no Saules, bet arī no citām zvaigznēm (mūsu Saule šajā ziņā neatšķiras no citām zvaigznēm) ir kodolreakcijas. Zvaigznes centrā, pateicoties gravitācijas spēkiem, ir kolosāls spiediens un ļoti augsta temperatūra – 20 miljoni grādu. Šādos apstākļos atomu kodoli bieži saduras viens ar otru, un šo sadursmju laikā notiek kodolreakcijas, kuru viens piemērs ir litija bombardēšana ar protoniem.

Ūdeņraža kodols saduras ar oglekļa kodolu ar atommasu 12, veidojot slāpekli 13, kas pārvēršas par oglekli 13, izstarojot pozitīvu pozitronu. Tad jaunais ogleklis 13 saduras ar citu ūdeņraža kodolu utt. Jūs galu galā iegūstat to pašu oglekli 12, ar kuru viss sākās. Ogleklis šeit tikai izgāja cauri dažādiem posmiem un piedalījās tikai kā katalizators. Bet 4 ūdeņraža kodolu vietā reakcijas beigās parādījās jauns hēlija kodols un divi papildus pozitīvi lādiņi.

Visās zvaigznēs pieejamās ūdeņraža rezerves šādu reakciju rezultātā tiek pārvērstas hēlijā, un šeit kodoli kļūst sarežģītāki. No vienkāršākajiem ūdeņraža kodoliem veidojas nākamais elements – hēlijs. Enerģijas daudzums, kas šajā gadījumā izdalās, kā liecina aprēķini, precīzi atbilst enerģijai, ko izstaro zvaigzne. Tāpēc zvaigznes neatdziest. Viņi pastāvīgi papildina savu enerģijas krājumu, protams, ja vien ir ūdeņraža krājums.

Urāna sabrukšanas laikā mēs saskaramies ar smago kodolu sabrukšanu un to pārtapšanu daudz vieglākos.

Dabas parādību ciklā tātad redzam divas galējās saites - smagākās sabrūk, vieglākās savienojas, protams, pavisam citos apstākļos.

Šeit mēs esam spēruši pirmo soli ceļā uz elementu evolūcijas problēmu.

Jūs redzat, ka termiskās nāves vietā, ko paredzēja pagājušā gadsimta fizika, paredzēja, kā norādīja Engelss, bez pietiekama pamata, balstoties tikai uz termisko parādību likumiem, pēc 80 gadiem parādījās daudz spēcīgāki procesi, kas liecina par mums kaut kāds enerģijas cikls dabā, uz to, ka dažviet notiek sarežģījumi, bet citur matērijas sabrukšana.

Tagad pāriesim no atoma kodola uz tā apvalku un pēc tam uz lieliem ķermeņiem, kas sastāv no milzīga skaita atomu.

Kad viņi pirmo reizi uzzināja, ka atoms sastāv no p elektronu kodola, elektroni šķita visvienkāršākais un vienkāršākais no visiem veidojumiem. Tie bija negatīvi elektriskie lādiņi, kuru masa un lādiņš bija zināmi. Ņemiet vērā, ka masa nenozīmē vielas daudzums, bet gan enerģijas daudzums, kas vielai piemīt.

Tātad, mēs zinājām elektrona lādiņu, mēs zinājām tā masu, un, tā kā neko citu par to nezinājām, šķita, ka nekas vairāk nav jāzina. Lai tai piešķirtu izkliedētu formu, kubisku, iegarenu vai plakanu, bija nepieciešami daži iemesli, bet nebija iemeslu. Tāpēc tā tika uzskatīta par lodi, kuras izmēri ir 2 x 10"" 2 cm. Nebija skaidrs, kā šis lādiņš atrodas: uz bumbas virsmas vai aizpildot tās tilpumu?

Kad mēs faktiski pietuvojāmies elektroniem atomā un sākām pētīt to īpašības, šī šķietamā vienkāršība sāka pazust.

Mēs visi esam lasījuši brīnišķīgo Ļeņina grāmatu “Materiālisms un empīriskā kritika”, kas sarakstīta 1908. gadā, t.i. laikā, kad elektroni šķita vienkāršākie un nedalāmākie elementārie lādiņi. Tad Ļeņins norādīja, ka elektrons nevar būt pēdējais elements mūsu zināšanās par dabu, ka elektronā ar laiku atklāsies jauna, pat tad mums nezināma šķirne. Šis pareģojums, tāpat kā visi citi V.I. Ļeņins šajā brīnišķīgajā grāmatā jau ir attaisnojies. Elektronam ir magnētiskais moments. Izrādījās, ka elektrons ir ne tikai lādiņš, bet arī magnēts. Tika arī konstatēts, ka tai ir rotācijas moments, tā sauktais spin. Turklāt izrādījās, ka, lai gan elektrons pārvietojas ap kodolu, tāpat kā planētas ap Sauli, taču atšķirībā no planētām tas var pārvietoties tikai pa labi definētām kvantu orbītām, tam var būt precīzi noteiktas enerģijas un nav starpposma.

Tas izrādījās rezultāts tam, ka pati elektronu kustība atomā ļoti neskaidri atgādina bumbiņas kustību tās orbītā. Elektronu kustības likumi ir tuvāki viļņu, piemēram, gaismas viļņu, izplatīšanās likumiem.

Elektronu kustība, izrādās, pakļaujas viļņu kustības likumiem, kas veido viļņu mehānikas saturu. Tas aptver ne tikai elektronu kustību, bet arī visu veidu diezgan mazas daļiņas.

Mēs jau redzējām, ka elektrons ar mazu masu var pārvērsties par mezonu, kura masa ir 200 reizes lielāka, un, otrādi, mezons sadalās un parādās elektrons ar masu 200 reizes mazāku. Jūs redzat, ka elektrona vienkāršība ir zudusi.

Ja elektrons var būt divos stāvokļos: ar zemu un ar lielu enerģiju, tad tas nav tik vienkāršs ķermenis. Līdz ar to elektrona vienkāršība 1908. gadā bija šķietama vienkāršība, kas atspoguļoja mūsu zināšanu nepilnības. Tas ir interesants kā viens no piemēriem spožai pareizas zinātniskās filozofijas tālredzībai, ko izteicis tik ievērojams meistars, kurš apguvis dialektisko metodi kā Ļeņins.

Bet vai elektronu kustības likumiem atomā, kura izmērs ir 100 miljondaļas centimetru, ir praktiska nozīme?

Pēdējos gados izstrādātā elektroniskā optika reaģē uz to. Tā kā elektronu kustība notiek saskaņā ar gaismas viļņu izplatīšanās likumiem, elektronu plūsmām vajadzētu izplatīties aptuveni tādā pašā veidā kā gaismas stariem. Patiešām, šādas īpašības tika atklātas elektrodos.

Šajā ceļā pēdējos gados izdevies atrisināt ļoti svarīgu praktisku problēmu – izveidot elektronu mikroskopu. Optiskais mikroskops deva cilvēkam ārkārtīgi svarīgu rezultātu. Pietiek atgādināt, ka visa mācība par mikrobiem un to izraisītajām slimībām, visas to ārstēšanas metodes ir balstītas uz tiem faktiem, ko var novērot mikroskopā. Pēdējos gados ir parādījušies vairāki iemesli uzskatīt, ka organiskā pasaule neaprobežojas tikai ar mikrobiem, ka ir daži dzīvi veidojumi, kuru izmēri ir daudz mazāki par mikrobiem. Un tieši šeit mēs saskārāmies ar šķietami nepārvaramu šķērsli.

Mikroskops izmanto gaismas viļņus. Ar gaismas viļņu palīdzību neatkarīgi no tā, kādu lēcu sistēmu mēs izmantojam, nav iespējams izpētīt objektus, kas ir daudzkārt mazāki par gaismas vilni.

Gaismas viļņa garums ir ļoti mazs lielums, ko mēra mikronu desmitdaļās. Mikrons ir milimetra tūkstošdaļa. Tas nozīmē, ka labā mikroskopā var redzēt vērtības no 0,0002 līdz 0,0003 mm, bet vēl mazākas nav redzamas. Mikroskops šeit ir bezjēdzīgs, bet tikai tāpēc, ka mēs nemākam izgatavot labus mikroskopus, bet tāpēc, ka tāda ir gaismas daba.

Kāda ir labākā izeja? Nepieciešama gaisma ar īsāku viļņa garumu. Jo īsāks ir viļņa garums, jo mazākus objektus mēs varam redzēt. Vairāki iemesli lika mums domāt, ka ir mazi organismi, kas nav pieejami mikroskopam un tomēr tiem ir liela nozīme augu un dzīvnieku pasaulē, izraisot vairākas slimības. Tie ir tā sauktie vīrusi, filtrējami un nefiltrējami. Tos neuztvēra gaismas viļņi.

Elektronu plūsmas atgādina gaismas viļņus. Tos var koncentrēt tāpat kā gaismas starus un radīt pilnīgu optikas līdzību. To sauc par elektronu optiku. Jo īpaši ir iespējams ieviest arī elektronu mikroskopu, t.i. tā pati ierīce, kas, izmantojot elektronus, radīs ļoti palielinātu mazu objektu attēlu. Briļļu lomu pildīs elektriskie un magnētiskie lauki, kas iedarbojas uz elektronu kustību, kā lēca uz gaismas stariem. Bet elektronu viļņu garums ir 100 reižu īsāks par gaismas viļņiem, un tāpēc ar elektronu mikroskopa palīdzību var redzēt 100 reižu mazākus ķermeņus, nevis 10 tūkstošdaļas no milimetra, bet milimetra miljondaļu un miljono daļu milimetrs jau ir lielu molekulu izmērs.

Otra atšķirība ir tā, ka mēs redzam gaismu ar acīm, bet mēs nevaram redzēt elektronu. Bet tas nav tik liels defekts. Ja mēs neredzam elektronus, tad vietas, kur tie nokrīt, ir skaidri redzamas. Tie izraisa ekrāna spīdumu vai fotoplates nomelnošanu, un mēs varam izpētīt objekta fotoattēlu. Tika uzbūvēts elektronu mikroskops, un mēs ieguvām mikroskopu ar palielinājumu nevis 2000-3000, bet 150-200 tūkstošus reižu, iezīmējot objektus, kas 100 reizes mazāki par tiem, kas ir pieejami optiskajam mikroskopam. Vīrusi uzreiz no hipotēzes pārvērtās par faktu. Jūs varat izpētīt viņu uzvedību. Jūs pat varat redzēt sarežģītu molekulu kontūras. Tādējādi esam saņēmuši jaunu jaudīgu instrumentu dabas izpētei.

Ir zināms, cik liela bija mikroskopa loma bioloģijā, ķīmijā un medicīnā. Jauna ieroča parādīšanās varbūt izraisīs vēl būtiskāku soli uz priekšu un pavērs mums jaunas, līdz šim nezināmas jomas. Grūti paredzēt, kas tiks atklāts šajā milimetra miljono daļu pasaulē, taču var domāt, ka šis ir jauns posms dabaszinātnēs, elektrotehnikā un daudzās citās zināšanu jomās.

Kā redzat, no jautājumiem par matērijas viļņu teoriju ar tās dīvainajiem, neparastajiem noteikumiem mēs ātri pārgājām uz reāliem un praktiski svarīgiem rezultātiem.

Elektronu optika tiek izmantota ne tikai jauna veida mikroskopa radīšanai. Tā vērtība pieaug ārkārtīgi strauji. Tomēr es aprobežošos ar tā pielietojuma piemēru.

Tā kā es runāju par vismodernākajām fizikas problēmām, es neizklāstu atoma teoriju, kas tika pabeigta 1930. gadā: tā drīzāk ir vakardienas problēma.

Mūs tagad interesē, kā atomi apvienojas, veidojot fiziskus ķermeņus, kurus var nosvērt uz svariem, sajust to siltumu, izmēru vai cietību un ar kuriem mēs saskaramies dzīvē, tehnoloģijās utt.

Kā atomu īpašības izpaužas cietās vielās? Pirmkārt, izrādās, ka kvantu likumi, kas tika atklāti atsevišķos atomos, saglabā savu pilnīgu piemērojamību veseliem ķermeņiem. Gan atsevišķos atomos, gan visā ķermenī elektroni ieņem tikai ļoti noteiktas pozīcijas un tiem ir tikai noteiktas, ļoti noteiktas enerģijas.

Elektrons atomā var atrasties tikai noteiktā kustības stāvoklī, turklāt katrā šādā stāvoklī var būt tikai viens elektrons. Atomā nevar būt divi elektroni, kas atrodas vienādos stāvokļos. Tas ir arī viens no galvenajiem atoma teorijas noteikumiem.

Tātad, kad atomi apvienojas milzīgos daudzumos, veidojot cietu ķermeni - kristālu, tad tik lielos ķermeņos nevar būt divi elektroni, kas ieņemtu vienādu stāvokli.

Ja elektroniem pieejamais stāvokļu skaits ir tieši vienāds ar elektronu skaitu, tad katru stāvokli aizņem viens elektrons un brīvo stāvokļu vairs nepaliek. Šādā ķermenī elektroni ir saistīti. Lai tie sāktu kustēties noteiktā virzienā, radot elektrības plūsmu jeb elektrisko strāvu, lai, citiem vārdiem sakot, ķermenis vadītu elektrisko strāvu, ir nepieciešams, lai elektroni mainītu savu stāvokli. Iepriekš viņi pārvietojās pa labi, bet tagad viņiem jāpārvietojas, piemēram, pa kreisi; Elektrisko spēku ietekmē enerģijai jāpalielinās. Līdz ar to elektrona kustības stāvoklim ir jāmainās, un šim nolūkam ir jāpāriet uz citu stāvokli, kas atšķiras no iepriekšējā, taču tas nav iespējams, jo visi stāvokļi jau ir aizņemti. Šādiem korpusiem nav elektrisku īpašību. Tie ir izolatori, kuros nevar plūst strāva, neskatoties uz to, ka ir milzīgs elektronu daudzums.

Paņem citu lietu. Brīvo vietu skaits ir daudz lielāks nekā tur esošo elektronu skaits. Tad elektroni ir brīvi. Elektroni šādā ķermenī, lai gan to nav vairāk kā izolatorā, var mainīt savus stāvokļus, brīvi pārvietoties pa labi vai pa kreisi, palielināt vai samazināt savu enerģiju utt. Šādi ķermeņi ir metāli.

Tādējādi mēs iegūstam ļoti vienkāršu definīciju, kuri ķermeņi vada elektrisko strāvu un kuri ir izolatori. Šī atšķirība aptver visas cietas vielas fizikālās un fizikāli ķīmiskās īpašības.

Metālā brīvo elektronu enerģija dominē pār tā atomu siltumenerģiju. Elektroniem ir tendence nonākt stāvoklī ar zemāko iespējamo enerģiju. Tas nosaka visas metāla īpašības.

Ķīmisko savienojumu, piemēram, ūdens tvaiku veidošanās no ūdeņraža un skābekļa, notiek stingri noteiktās attiecībās, ko nosaka valence - viens skābekļa atoms apvienojas ar diviem ūdeņraža atomiem, divas skābekļa atoma valences ir piesātinātas ar divām divu ūdeņraža atomu valencēm.

Bet metālā situācija ir atšķirīga. Divu metālu sakausējumi veido savienojumus nevis tad, kad to daudzumi ir attiecībā pret to valencēm, bet, piemēram, kad elektronu skaita attiecība dotajā metālā pret atomu skaitu šajā metālā ir 21:13. Šajos savienojumos nav nekā līdzīga valencei; savienojumi veidojas, kad elektroni saņem vismazāko enerģiju, tāpēc metālos ķīmiskos savienojumus daudz lielākā mērā nosaka elektronu stāvoklis, nevis atomu valences spēki. Tieši tādā pašā veidā elektronu stāvoklis nosaka visas metāla elastīgās īpašības, stiprību un optiku.

Papildus diviem galējiem gadījumiem: metāliem, kuru elektroni visi ir brīvi, un izolatoriem, kuros visi stāvokļi ir piepildīti ar elektroniem un netiek novērotas izmaiņas to sadalījumā, ir arī ļoti daudz dažādu ķermeņu, kas nevada elektrisko strāvu. kā arī metāls, bet arī ne viņi to pilnībā neveic. Tie ir pusvadītāji.

Pusvadītāji ir ļoti plašs un daudzveidīgs vielu lauks. Visa mums apkārt esošās dabas neorganiskā daļa, visi minerāli, tie visi ir pusvadītāji.

Kā tas notika, ka visu šo plašo zināšanu jomu vēl neviens nav pētījis? Ir pagājuši tikai 10 gadi, kopš mēs sākām strādāt pie pusvadītājiem. Kāpēc? Jo galvenokārt tiem nebija pielietojuma tehnoloģijā. Taču pirms aptuveni 10 gadiem pusvadītāji pirmo reizi ienāca elektrotehnikā, un kopš tā laika tos ar neparastu ātrumu sāka izmantot visdažādākajās elektrotehnikas nozarēs.

Izpratne par pusvadītājiem pilnībā balstās uz pašu kvantu teoriju, kas ir izrādījusies tik auglīga, pētot atsevišķu atomu.

Ļaujiet man vērst jūsu uzmanību uz vienu interesantu šo materiālu pusi. Iepriekš šajā formā tika attēlots ciets ķermenis. Atomi ir apvienoti vienā sistēmā, tie nav saistīti nejauši, bet katrs atoms ir savienots ar blakus esošo atomu tādās pozīcijās, tādos attālumos, pie kuriem to enerģija būtu minimāla.

Ja tas attiecas uz vienu atomu, tad tas attiecas uz visiem pārējiem. Tāpēc viss ķermenis kopumā atkārtoti atkārto vienus un tos pašus atomu izkārtojumus stingri noteiktā attālumā viens no otra, tādējādi iegūstot regulāri sakārtotu atomu režģi. Rezultāts ir kristāls ar labi definētām malām un noteiktiem leņķiem starp malām. Tā ir iekšējās kārtības izpausme atsevišķu atomu izkārtojumā.

Tomēr šis attēls ir tikai aptuvens. Faktiski termiskā kustība un reālie kristālu augšanas apstākļi noved pie tā, ka atsevišķi atomi tiek saplēsti no savām vietām uz citām vietām, daži no atomiem izplūst un tiek izvadīti vidē. Tie ir atsevišķi traucējumi izolētās vietās, taču tie rada svarīgus rezultātus.

Izrādās, ka pietiek palielināt vara oksīda sastāvā esošā skābekļa daudzumu vai samazināt vara daudzumu par 1%, lai elektrovadītspēja pieaugtu miljons reižu un krasi mainītos visas pārējās īpašības. Tādējādi nelielas izmaiņas vielas struktūrā rada milzīgas izmaiņas tās īpašībās.

Protams, izpētot šo fenomenu, mēs varam to izmantot, lai apzināti mainītu pusvadītājus sev vēlamajā virzienā, lai mainītu to elektrovadītspēju, siltuma, magnētiskās un citas īpašības, kas nepieciešamas, lai atrisinātu doto problēmu.

Balstoties uz kvantu teoriju un mācīšanos gan no mūsu laboratorijas, gan ražotnes pieredzes, mēs cenšamies atrisināt tehniskas problēmas, kas saistītas ar pusvadītājiem.

Tehnoloģijā pusvadītājus vispirms izmantoja maiņstrāvas taisngriežos. Ja vara plāksne tiek oksidēta augstā temperatūrā, radot uz tās vara oksīdu, tad šādai plāksnei ir ļoti interesantas īpašības. Kad strāva iet vienā virzienā, tās pretestība ir maza un tiek iegūta ievērojama strāva. Kad strāva iet pretējā virzienā, tā rada milzīgu pretestību, un strāva pretējā virzienā izrādās niecīga.

Šo īpašību izmantoja amerikāņu inženieris Grondāls, lai “labotu” maiņstrāvu. Maiņstrāva maina virzienu 100 reizes sekundē; Ja jūs novietojat šādu plāksni strāvas ceļā, tad pamanāma strāva plūst tikai vienā virzienā. To mēs saucam par pašreizējo labošanu.

Vācijā šim nolūkam sāka izmantot dzelzs plāksnes, kas pārklātas ar selēnu. Šeit tika reproducēti Amerikā un Vācijā iegūtie rezultāti; tika izstrādāta tehnoloģija visu Amerikas un Vācijas rūpniecībā izmantoto taisngriežu rūpnīcas ražošanai. Bet, protams, tas nebija galvenais uzdevums. Bija nepieciešams, izmantojot mūsu zināšanas par pusvadītājiem, mēģināt izveidot labākus taisngriežus.

Zināmā mērā mums tas izdevās. B.V. Kurčatovs un Yu.A. Dunajevam izdevās izveidot jaunu taisngriezi, kas sniedzas daudz tālāk par ārzemju tehnoloģijām zināmo. Vara oksīda taisngriezis, kas ir aptuveni 80 mm plata un 200 mm gara plāksne, iztaisno strāvu 10-15 A robežās.

Varš ir dārgs un trūcīgs materiāls, bet taisngriežiem ir vajadzīgas daudzas jo daudzas tonnas vara.

Kurčatova taisngriezis ir maza alumīnija kauss, kurā ielej pusgramu vara sulfīda un kas ir noslēgts ar metāla aizbāzni ar vizlas izolāciju. Tas ir viss. Šāds taisngriezis nav jāsilda krāsnīs, un tas iztaisno strāvu apmēram 60 A. Vieglums, ērtības un zemās izmaksas dod tam priekšrocības salīdzinājumā ar ārzemēs esošajiem veidiem.

1932. gadā Lange Vācijā pamanīja, ka tam pašam vara oksīdam piemīt īpašība radīt elektrisko strāvu, kad tas tiek apgaismots. Šis ir ciets fotoelements. Atšķirībā no citiem, tas rada strāvu bez baterijām. Tādējādi mēs elektrisko enerģiju saņemam no gaismas - fotoelektriskās iekārtas, bet saņemtais elektroenerģijas daudzums ir ļoti mazs. Šajās saules baterijās tikai 0,01-0,02% gaismas enerģijas tiek pārvērstas elektriskās strāvas enerģijā, taču Lange tomēr uzbūvēja nelielu motoru, kas griežas, pakļaujoties saulei.

Dažus gadus vēlāk Vācijā tika ražots selēna fotoelements, kas rada aptuveni 3-4 reizes lielāku strāvu nekā vara oksīda šūna un kura efektivitāte sasniedz 0,1%.

Mēs mēģinājām izveidot vēl modernāku fotoelementu, ko B.T. izdevās panākt. Kolomiets un Yu.P. Maslakoveca. To fotoelements rada 60 reizes lielāku strāvu nekā vara oksīds un 15-20 reizes vairāk nekā selēns. Tas ir arī interesants tādā ziņā, ka tas rada strāvu no neredzamiem infrasarkanajiem stariem. Tā jutība ir tik liela, ka izrādījās ērti to izmantot skaņu kino, nevis līdz šim izmantoto fotoelementu veidus.

Esošajām saules baterijām ir akumulators, kas rada strāvu pat bez apgaismojuma; Tas izraisa biežu sprakšķēšanu un trokšņus skaļrunī, tādējādi sabojājot skaņas kvalitāti. Mūsu fotoelementam nav nepieciešams akumulators, elektromotora spēku rada apgaismojums; Ja nav gaismas, tad straumei nav no kurienes nākt. Tāpēc skaņas instalācijas, ko darbina šie fotoelementi, rada skaidru skaņu. Uzstādīšana ir ērta arī citos veidos. Tā kā nav akumulatora, nav jāpievieno vadi, tiek likvidētas vairākas papildu ierīces, foto pastiprināšanas kaskāde utt.

Acīmredzot šie fotoelementi piedāvā dažas priekšrocības kino. Apmēram gadu šāda instalācija darbojās demonstrācijas teātrī Ļeņingradas Kino namā, un tagad, pēc tam, galvenie Ņevas prospekta kinoteātri - "Titāns", "Oktobris", "Aurora" pāriet uz šiem. fotoelementi.

Ļaujiet man šiem diviem piemēriem pievienot trešo, kas vēl nav pabeigts, - pusvadītāju izmantošana termoelementiem.

Mēs jau ilgu laiku izmantojam termopāri. Tie ir izgatavoti no metāliem, lai izmērītu gaismas vai apsildāmu ķermeņu temperatūru un starojuma enerģiju; bet parasti strāvas no šiem termoelementiem ir ārkārtīgi vājas, tās mēra ar galvanometriem. Pusvadītāji rada daudz augstāku emf nekā parastie metāli, un tāpēc tie sniedz īpašas priekšrocības termoelementiem, kuri vēl nav izmantoti.

Mēs tagad cenšamies izmantot pusvadītājus, kurus pētām termoelementiem, un esam guvuši zināmus panākumus. Ja jūs uzsildāt vienu mūsu izgatavotās mazās plāksnes pusi par 300-400 °, tā dod strāvu aptuveni 50 A un spriegumu aptuveni 0,1 V.

Jau sen zināms, ka no termoelementiem var iegūt lielas strāvas, taču, salīdzinot ar ārzemēs šajā virzienā sasniegto, piemēram, Vācijā mūsu pusvadītāji sniedz daudz vairāk.

Pusvadītāju tehniskā nozīme neaprobežojas tikai ar šiem trim piemēriem. Pusvadītāji ir galvenie materiāli, uz kuriem tiek būvēta automatizācija, signalizācijas sistēmas, televadība utt. Pieaugot automatizācijai, pieaug arī pusvadītāju daudzveidīgie pielietojumi. Taču no šiem trim piemēriem man šķiet, ka var redzēt, ka teorijas attīstība izrādās ārkārtīgi labvēlīga praksei.

Bet teorija ieguva tik nozīmīgu attīstību tikai tāpēc, ka mēs to izstrādājām, balstoties uz praktisku problēmu risināšanu, ejot kopsolī ar rūpnīcām. Milzīgie tehniskās ražošanas apmēri, neatliekamās vajadzības, ko izvirza ražošana, ārkārtīgi stimulē teorētisko darbu, liekot mums par katru cenu izkļūt no grūtībām un risināt problēmas, kuras bez tā, iespējams, būtu pamestas.

Ja mūsu priekšā nav tehniskas problēmas, mēs, pētot mūs interesējošo fizikālo parādību, cenšamies to izprast, pārbaudot savas idejas ar laboratorijas eksperimentiem; tajā pašā laikā dažreiz ir iespējams atrast pareizos risinājumus un pārliecināties, ka tie ir pareizi. Pēc tam drukājam zinātnisko darbu, uzskatot, ka mūsu uzdevums ir izpildīts. Ja? Ikreiz, kad teorija nav pamatota vai tiek atklātas jaunas parādības, kas tai neiekļaujas, mēs cenšamies teoriju attīstīt un modificēt. Ne vienmēr ir iespējams aptvert visu eksperimentālo materiālu klāstu. Tad mēs uzskatām darbu par neveiksmīgu un nepublicējam savus pētījumus. Taču nereti šajās mums neizprotamajās parādībās slēpjas kaut kas jauns, kas neiekļaujas teorijā, kas prasa no tās atteikties un aizstāt ar pavisam citu pieeju jautājumam un citu teoriju.

Masveida ražošana necieš defektus. Kļūda nekavējoties ietekmēs kaprīžu parādīšanos ražošanā. Kamēr nav izprasts kāds lietas aspekts, tehniskais produkts nav labs un to nevar izlaist. Par katru cenu mums viss ir jānoskaidro un jāaptver tie procesi, kas fizikālajā teorijā vēl nav izskaidroti. Mēs nevaram apstāties, kamēr neatrodam skaidrojumu, un tad mums ir pilnīga, daudz dziļāka teorija.

Teorijas un prakses savienošanai, zinātnes uzplaukumam nekur nav tik labvēlīgi apstākļi kā pirmajā sociālisma valstī.