Aronov R.A., Šemjakinski V.M. Dva pristopa k problemu odnosa med geometrijo in fiziko // Filozofija znanosti. vol. 7: Oblikovanje sodobne naravoslovne paradigme - M.: , 2001

V sodobni fiziki je prevladujoče mnenje najbolj jasno izrazil W. Heisenberg v članku "Razvoj konceptov v fiziki dvajsetega stoletja": Einsteinov pristop k problemu odnosa med geometrijo in fiziko "je precenil zmožnosti geometrije" mnenje. Zrnata struktura snovi je posledica kvantne teorije, ne geometrije; kvantna teorija se nanaša na zelo temeljno lastnost našega opisa narave, ki ni bila vsebovana v Einsteinovi geometrizaciji polj sile.«

Seveda lahko trdimo, ali je Einsteinov pristop precenil možnosti geometrijskega zornega kota ali pa jih ni precenil. Vendar se zdi gotovo, da je Heisenbergova izjava: "zrnata struktura snovi je posledica kvantne teorije, ne geometrije," netočna. Materija ima strukturo pred, zunaj in neodvisno od katere koli teorije. Kar se tiče geometrije, čeprav iz konteksta Heisenbergovega članka ni jasno, o čem točno govorimo – o epistemološkem vidiku problema (o geometriji kot fragmentu matematike ali o ontološkem (o geometriji realnega prostora), pa vendarle). v obeh primerih struktura materije ni posledica geometrije, v drugem iz istega razloga, ker je sama geometrija realnega prostora eden od vidikov struktura snovi.

Seveda je res, da kvantna teorija odraža takšne lastnosti narave, informacije o katerih Einsteinova geometrizacija polj sile ni vsebovala. Toda geometrijsko stališče in specifična oblika, v kateri je predstavljena v Einsteinovem poskusu geometrizacije polj sile, nikakor nista ista stvar. Navsezadnje je prav slednja okoliščina odločilna, da je uspešna implementacija geometrijskega vidika v splošno teorijo relativnosti (GTR) spodbudila iskanje fizikalne teorije, ki bi na podlagi metričnih in topoloških lastnosti realnega prostora in časa , lahko poustvari (in s tem razloži) obnašanje in lastnosti osnovnih delcev.

kvantni pojavi. Večina fizikov bo nedvomno odgovorila z odločnim "ne", saj menijo, da je treba kvantni problem rešiti na bistveno drugačen način. Kakor koli že, v tolažbo nam ostajajo Lessingove besede: »Želja po resnici je vrednejša, vrednejša od samozavestnega posedovanja le-te.«

Dejansko matematične težave same po sebi ne morejo služiti kot argument proti smeri razvoja fizike, ki se je je držal Einstein. Druga področja se soočajo s podobnimi težavami, saj (kot je ugotovil Einstein) fizika nujno prehaja od linearnih teorij k v bistvu nelinearnim. Glavni problem je, ali lahko geometrizirana poljska slika fizičnega sveta pojasni atomsko strukturo snovi in ​​sevanja ter kvantne pojave in ali je načeloma lahko zadostna osnova za ustrezno refleksijo kvantnih pojavov. Zdi se nam, da lahko zgodovinska, znanstvena in filozofska analiza potencialov, ki jih vsebujejo pristopi Poincaréja in Einsteina, osvetli nekatere vidike tega problema.

Splošno znana je čudovita fraza P.S. Laplacea, da se človeški um srečuje z manj težavami, ko gre naprej, kot ko se poglablja vase. A premikanje naprej je nekako povezano s poglabljanjem uma vase, s spremembo temeljev, sloga in metod, z revizijo vrednosti in namena znanstvenega znanja, s prehodom iz običajne paradigme v novo, bolj kompleksen in prav zaradi tega sposoben obnoviti izgubljeno korespondenco razuma in realnosti.

Eden od prvih korakov na tej poti, kot vemo, je bila neempirična utemeljitev neevklidskih geometrij, ki jo je podal F. Kleinov »Erlangenski program«, kar je bil eden od predpogojev za osvoboditev fizikalnega mišljenja iz spon prostorskega. slike sveta in razumevanja geometrijskega opisa ne kot opisa arene fizičnih procesov, temveč kot ustrezne razlage dinamike fizičnega sveta. Ta ponovni razmislek o vlogi geometrije v fizičnem spoznavanju je na koncu pripeljal do konstrukcije programa za geometrizacijo fizike. Vendar je pot do tega programa ležala skozi Poincaréjev konvencionalnizem, ki je razširil Kleinovo invariantno skupinsko metodo na fiziko.

Pri reševanju problema odnosa med geometrijo in fiziko se je Poincaré opiral na koncept »Erlangenovega programa«, ki temelji na ideji geometrije kot abstraktne znanosti, ki sama

sam sebi ne odseva zakonov zunanjega sveta: »Matematične teorije nimajo za cilj, da bi nam razkrile pravo naravo stvari; taka trditev bi bila nepremišljena. Njihov edini namen je sistematizacija fizikalnih zakonov, ki se jih učimo iz izkušenj, a jih brez pomoči matematike ne bi mogli niti izraziti.”

S tem pristopom se geometrija očitno izmika eksperimentalnemu preverjanju: »Če je geometrija Lobačevskega veljavna, potem bo paralaksa zelo oddaljene zvezde končna; če je Riemannova geometrija veljavna, potem bo negativna. Zdi se, da so ti rezultati predmet eksperimentalnega preverjanja; in upali so, da bodo astronomska opazovanja odločila o izbiri med tremi geometrijami. Toda tisto, kar v astronomiji imenujemo ravna črta, je preprosto pot svetlobnega žarka. Če bi bilo torej mogoče nad pričakovanji odkriti negativne paralakse ali dokazati, da so vse paralakse večje od znane meje, bi bila predstavljena izbira med dvema sklepoma: lahko bi opustili evklidsko geometrijo ali spremenili zakone optike in priznajte, da svetloba ne potuje ravno v ravni črti."

Poincaré razlaga izhodiščno premiso fizikalnega znanja - fizika proučuje materialne procese v prostoru in času - ne kot investicijsko razmerje (prostor in čas sta po Newtonu vsebnika materialnih procesov), ampak kot razmerje med dvema razredoma konceptov: geometrijskim , ki niso neposredno izkustveno preverjeni, ampak dejansko fizikalni, logično odvisni od geometrijskih, a primerljivi z rezultati eksperimentov. Za Poincaréja so edini predmet fizikalnega znanja materialni procesi, prostor pa je interpretiran kot abstraktna raznolikost, ki je predmet matematičnih raziskav. Tako kot sama geometrija ne preučuje zunanjega sveta, tudi fizika ne preučuje abstraktnega prostora. Toda brez odnosa do geometrije je nemogoče razumeti fizične procese. Geometrija je predpogoj fizikalne teorije, neodvisno od lastnosti predmeta, ki ga opisujemo.

V eksperimentu se skupaj preizkušajo samo geometrija (G) in fizikalni zakoni (F), zato je znotraj istih eksperimentalnih dejstev možna poljubna delitev na (G) in (F). Od tod Poincaréjev konvencionalizem: nedoločen odnos geometrije do izkušnje vodi do zanikanja ontološkega statusa tako geometrije kot fizikalnih zakonov in njihove interpretacije kot pogojnih konvencij.

Pri gradnji posebne teorije relativnosti (STR) je Einstein izhajal iz kritičnega odnosa do klasičnega pojmovanja materije kot substance. Ta pristop je določil razlago konstantnosti svetlobne hitrosti kot atributne značilnosti polja. Z Einsteinovega vidika načelo konstantnosti ni

svetlobna hitrost zahteva mehansko utemeljitev in sili v kritično revizijo konceptov klasične mehanike. Ta epistemološka formulacija problema je privedla do spoznanja o poljubnosti predpostavk o absolutnem prostoru in času, na katerih temelji kinematika klasične mehanike. Toda če je za Poincaréja arbitrarnost teh predpostavk očitna, potem je za Einsteina posledica omejitev vsakdanjih izkušenj, na katerih te predpostavke temeljijo. Za Einsteina nima smisla govoriti o prostoru in času brez sklicevanja na tiste fizične procese, ki jima edino dajejo specifično vsebino. Zato bi morali fizikalni procesi, ki jih ni mogoče razložiti na podlagi običajnih klasičnih konceptov prostora in časa brez dodatnih umetnih hipotez, voditi v revizijo teh konceptov.

Tako je pri reševanju Poincaréjevega problema udeležena izkušnja: »Prav tiste okoliščine, ki so nam prej povzročale boleče težave, nas vodijo na pravo pot, potem ko z opustitvijo teh samovoljnih predpostavk pridobimo več svobode delovanja. Izkazalo se je, da ravno tista na prvi pogled nezdružljiva postulata, na katera nas opozarjajo izkušnje, namreč: načelo relativnosti in načelo konstantnosti svetlobne hitrosti, vodita do zelo dokončne rešitve problema transformacij koordinat. in čas." Posledično je pogoj za pravilno rešitev fizikalnega problema ne redukcija na znano, temveč kritičen odnos do njega, ki ga navdihuje izkušnja. Prav ta pristop je omogočil, da je Einstein Lorentzovim transformacijam dal ustrezen fizični pomen, ki pa ga ne Lorentz ne Poincaré nista opazila: prvega je ovirala epistemološka drža metafizičnega materializma, ki temelji na nekritičnem odnosu do fizične realnosti, drugega - konvencionalizem, ki združuje kritičen odnos do prostorsko-časovnih predstav klasične mehanike z nekritičnim odnosom do njenega koncepta materije.

»Osvoboditev pojma polja od predpostavke o njegovi povezanosti z mehanskim nosilcem se je odrazila v psihološko najzanimivejših procesih v razvoju fizične misli,« je leta 1952 zapisal Einstein in se spominjal procesa nastajanja SRT. Začenši z delom M. Faradaya in J. C. Maxwella ter konča z delom Lorentza in Poincaréja, je bil zavestni cilj fizikov želja po krepitvi mehanske osnove fizike, čeprav je objektivno ta proces vodil do oblikovanja neodvisnega koncepta fizike. polje.

Riemannov koncept geometrije s spremenljivo metriko. Riemannova ideja o povezavi med metriko in fizikalnimi vzroki je vsebovala resnično možnost konstruiranja fizikalne teorije, ki je izključevala idejo o praznem prostoru, ki ima dano metriko in je sposoben vplivati ​​na materialne procese, ne da bi bil podvržen nasprotnemu učinku.

Neposredno utelešenje te Riemannove ideje v fizikalni teoriji z uporabo Riemannove geometrije, ki izključuje fizični pomen koordinat, GTR natančno daje fizično razlago Riemannove metrike: »V skladu s splošno teorijo relativnosti so metrične lastnosti prostora- čas je vzročno neodvisen od tega, s čim je ta prostor-čas napolnjen, vendar ga določa slednje." S tem pristopom je prostor kot nekaj fizičnega z vnaprej določenimi geometrijskimi lastnostmi popolnoma izločen iz fizične reprezentacije realnosti. Odprava vzročne zveze med materijo in prostorom ter časom je »prostoru in času« odvzela še zadnji ostanek fizične objektivnosti. A to ni pomenilo zanikanja njihove objektivnosti: »Prostor in čas sta bila prikrajšana ... ne za svojo realnost, temveč za svojo vzročno absolutnost (vplivna, a ne vplivana).« Splošna relativnost je dokazala objektivnost prostora in časa ter vzpostavila nedvoumno povezavo med geometrijskimi značilnostmi prostora in časa ter fizikalnimi značilnostmi gravitacijskih interakcij.

Konstrukcija splošne teorije relativnosti v bistvu temelji na filozofskem stališču o primatu materije glede na prostor in čas: »V skladu s klasično mehaniko in v skladu s posebno teorijo relativnosti prostor (prostor-čas) obstaja neodvisno od materije ( t.j. substanca - R.A., V.Sh.) ali polja... Po drugi strani pa po splošni teoriji relativnosti prostor ne obstaja ločeno, kot nekaj nasprotnega temu, kar napolnjuje prostor... Prazen prostor, tj. prostor brez polja ne obstaja. Prostor-čas ne obstaja sam po sebi, ampak le kot strukturna lastnost polja." Tako ima Einsteinovo zanikanje praznega prostora konstruktivno vlogo, saj je povezano z uvedbo predstave polja v fizično sliko sveta. Zato Einstein poudarja, da tok misli, ki je pripeljal do konstrukcije splošne teorije relativnosti, "v bistvu temelji na konceptu polja kot neodvisnega koncepta." Ta pristop avtorja GR se razlikuje ne samo

Pri reševanju problematike razmerja med geometrijo in fiziko v okviru konvencionalizma je treba ločiti dva vidika. Po eni strani je jezik geometrije nujen za oblikovanje fizikalnih zakonov. Po drugi strani pa geometrijska struktura ni odvisna od lastnosti fizične realnosti. Za Poincaréja ni pomembno, kakšna je geometrija, ki se uporablja v fiziki; pomembno je le to, da brez tega ni mogoče izraziti fizikalnih zakonov. To razumevanje vloge geometrije v fiziki vodi v zanikanje njene kognitivne funkcije, kar je za Einsteina nesprejemljivo. Zanj je izbira geometrije pri gradnji fizikalne teorije podrejena najvišjemu cilju fizike – spoznavanju materialnega sveta. Prehod iz evklidske geometrije v geometrijo Minkowskega in iz slednje v Riemannovo geometrijo med prehodom iz klasične mehanike v SRT in nato v OTR ni bil posledica samo in ne toliko zavedanja o tesni povezanosti geometrije, ki se uporablja v fizika s problemom fizične realnosti. Z Einsteinovega vidika geometrija v fiziki ne določa samo strukture fizikalne teorije, ampak je določena tudi s strukturo fizične realnosti. Samo skupno izvajanje teh dveh funkcij s fizično geometrijo nam omogoča, da se izognemo konvencionalnizmu.

»Zaradi naravne selekcije,« je zapisal Poincaré, »se je naš um prilagodil razmeram zunanjega sveta in sprejel geometrijo, ki je najbolj koristna za vrsto ali, z drugimi besedami, najbolj priročna ... Geometrija ni resnična; , ampak samo koristno.« Človeški um se je namreč prilagodil razmeram zunanjega sveta, vključno z metričnimi lastnostmi realnega prostora in časa v ustreznem območju zunanjega sveta, in je zato pridobil geometrijo, ki se je izkazala za ustrezno realnosti in samo kot rezultat tega bolj priročno. Geometrija kot element teorije je druga stvar. Lahko odraža metrične lastnosti realnega prostora in časa ali pa jih ne odraža, ampak je geometrija nekega abstraktnega prostora, s pomočjo katerega se v teoriji poustvarijo lastnosti materialnih interakcij. V prvem primeru se odloča o njegovi resničnosti ali lažnosti, v drugem - o njegovi donosnosti. Absolutizacija druge rešitve, redukcija nanjo problematike razmerja med geometrijo in realnostjo je posledica protipravnega poistovetenja abstraktnega prostora z realnim prostorom in časom (ena od manifestacij tega, kar je kasneje postalo znano kot pitagorejski sindrom – identifikacija).

nekateri elementi matematičnega aparata teorije z ustreznimi elementi realnosti, ki obstajajo pred, zunaj in neodvisno od katere koli teorije).

V bistvu je točno to tisto, o čemer piše Einstein v svojem članku "Geometrija in izkušnje", pri čemer ugotavlja, da Poincaréjev pristop k problemu razmerja med geometrijo in fiziko izhaja iz dejstva, da "geometrija (G) ne pove ničesar o obnašanju resničnih stvari ,« je v njem »uničena neposredna povezava med geometrijo in fizično realnostjo«. Vse druge sodbe so, da "to vedenje opisuje samo geometrija skupaj z nizom fizikalnih zakonov (F) ... da je le vsota (G) + (F) predmet eksperimentalnega preverjanja", da "lahko poljubno izbiramo kot (G ), in posamezni deli (F)« – kot je lahko razumeti, sledijo iz teh začetnih premis. Vendar sta oba lažna. Geometrija realnega prostora »govori« o obnašanju realnih stvari, metrične lastnosti prostora in časa ter lastnosti ustreznih materialnih interakcij so med seboj povezane v objektivni realnosti. V fizikalni teoriji se po metričnih lastnostih prostora in časa določene prostorsko-časovne regije presoja o ustreznih lastnostih materialnih interakcij, ki prevladujejo na tem področju; po (G) se presoja fizika (G). F).

Vendar pa postopek poustvarjanja lastnosti materialnih interakcij z uporabo ustreznih metričnih lastnosti prostora in časa ni eksperimentalni, ampak čisto teoretični postopek. Kot čisto teoretični postopek se načeloma ne razlikuje od procesa poustvarjanja istih lastnosti materialnih interakcij v teoriji z uporabo metričnih lastnosti ne realnega prostora in časa, temveč ustrezno organiziranih abstraktnih prostorov. Od tod po eni strani a) iluzija, da je le vsota (G) in (F) predmet eksperimentalnega preverjanja, da si lahko teoretik poljubno izbere geometrijo kot ozadje za proučevanje materialnih interakcij; po drugi strani pa b) racionalno zrno koncepta odnosa med geometrijo in Poincaréjevo fiziko: geometrije kot sestavine teorije, s pomočjo katerih teoretik poustvarja lastnosti materialnih interakcij, so namreč lahko različne in v v tem smislu teorija vsebuje element konvencionalnosti.

poljubno izberemo geometrijo v teoriji, jo vedno izberemo tako, da lahko s pomočjo ustrezne geometrije (G) v teoriji poustvarimo lastnosti realnih interakcij (F). Drugič, ker vprašanja, katera izmed geometrij, s pomočjo katerih so v teoriji poustvarjene lastnosti materialnih interakcij, ustrezno predstavlja metrične lastnosti realnega prostora in časa v njem, znotraj teorije ni mogoče rešiti; presega teorijo v področje eksperimenta. In to je bistvo.

Sklicevanje na idejo "osupljive preprostosti" se ob natančnejšem pregledu izkaže za zelo zapleten argument. Že Einstein, ko je kritiziral Poincaréjevo načelo enostavnosti, ki ga je uporabil za utemeljitev izbire evklidske geometrije pri gradnji fizikalne teorije, je opozoril, da »ni pomembno, da je geometrija sama strukturirana na najpreprostejši način, ampak da je vsa fizika strukturirana v najenostavnejši način (vključno z geometrijo).

Članek Ya.B.Zeldoviča in L.P.Grischuka "Gravitacija, splošna relativnost in alternativne teorije" poudarja, da je glavni motiv, ki je Logunova vodil k zanikanju Einsteinovega pristopa k problemu odnosa med geometrijo in fiziko - ne glede na subjektivne namene Avtor RTG, - ne toliko fizične, ampak psihične narave. Osnova kritičnega pristopa avtorja RTG do splošne teorije relativnosti je namreč želja ostati v okvirih znanega (in s tem preprostega)

stil razmišljanja. Toda stroga povezava med znanim in preprostim, utemeljitev preprostosti z znanim je ideal psihološkega stila razmišljanja.

Razvoj fizike prepričljivo dokazuje, da je lahko tisto, kar je eni generaciji fizikov znano in preprosto, drugi generaciji nerazumljivo in zapleteno. Hipoteza o mehanskem etru je odličen primer tega. Zavračanje znanega in preprostega je neizogiben spremljevalec širjenja izkušenj, osvajanja novih področij narave in znanja. Vsak večji napredek v znanosti je spremljala izguba znanega in preprostega, nato pa sprememba same predstave o njih. Skratka, znano in preprosto sta zgodovinski kategoriji. Zato je najvišji cilj znanosti ne redukcija na znano, temveč želja po razumevanju realnosti: »Naš stalni cilj je vse boljše in boljše razumevanje realnosti ... Čim bolj enostavne in temeljne postajajo naše predpostavke, tem bolj zapletena je matematika. orodje našega sklepanja; pot od teorije do opazovanja postane daljša, tanjša in kompleksnejša. Čeprav se sliši paradoksalno, lahko rečemo: sodobna fizika je enostavnejša od stare fizike, zato se zdi bolj težka in zmedena.«

Glavna pomanjkljivost psihološkega stila razmišljanja je povezana z ignoriranjem epistemološkega vidika znanstvenih problemov, v okviru katerega je možen le kritičen odnos do intelektualnih navad, ki izključuje jasno ločitev izvora in bistva znanstvenih idej. Klasična mehanika je namreč pred kvantno mehaniko in STR, slednja pa pred nastankom GTR. Vendar to ne pomeni, da so prejšnje teorije boljše od naslednjih v jasnosti in razločnosti, kot se domneva v okviru psihološkega stila razmišljanja. Z epistemološkega vidika sta STR in kvantna mehanika enostavnejša in razumljivejša od klasične mehanike, GR pa enostavnejša in razumljivejša od SRT. Zato »na znanstvenih seminarjih ... nejasno mesto v nekem klasičnem vprašanju nekdo kar naenkrat ponazori z znanim kvantnim primerom in vprašanje postane povsem »transparentno«.

Zato nas »divjine Riemannove geometrije« približajo ustreznemu razumevanju fizične realnosti, medtem ko nas »osupljivo preprost prostor Minkowskega« od nje oddalji. Einstein in Hilbert sta »vstopila« v te »divjine« in vanje »potegnila« »naslednje generacije fizikov« prav zato, ker ju ni zanimalo samo in ne toliko, kako preprosta oz.

metrične lastnosti abstraktnega prostora, s pomočjo katerih je mogoče teoretično opisati realni prostor in čas, kolikor so metrične lastnosti slednjih. Navsezadnje je ravno to razlog, zakaj se je Logunov prisiljen zateči k »učinkovitemu« prostoru Riemannove geometrije za opisovanje gravitacijskih učinkov poleg prostora Minkowskega, ki se uporablja v RTG, saj samo prvi od teh dveh prostorov ustrezno predstavlja resnične prostore v RTG (kot tudi v splošni relativnosti prostor in čas).

Epistemološke napake RTG s filozofskim pristopom do nje zlahka zaznamo. Logunov piše, da "tudi če smo eksperimentalno odkrili Riemannovo geometrijo, ne bi smeli hiteti sklepati o strukturi geometrije, ki jo je treba uporabiti kot osnovo teorije." To razmišljanje je podobno Poincaréjevemu razmišljanju: tako kot je utemeljitelj konvencionalizma vztrajal pri ohranitvi evklidske geometrije ne glede na rezultate poskusov, tako avtor RTG vztraja pri ohranitvi dane geometrije Minkowskega kot osnove vsake fizikalne teorije. Osnova tega pristopa je nenazadnje Pitagorejski sindrom, Minkowskijeva ontologizacija abstraktnega prostora.

Ne govorimo več o tem, da postane neizogiben postulat obstoj prostora-časa kot vsebnika dogodkov, ki ima nenavadno sposobnost povzročanja inercijskih učinkov v materiji, ne da bi bil podvržen nasprotnemu učinku. Tak koncept po svoji izumetničenosti presega celo hipotezo o mehanskem etru, na katero smo opozorili že zgoraj, ko primerjamo klasično mehaniko in STR. Načeloma je v nasprotju z GTR, saj je »eden od dosežkov splošne teorije relativnosti, ki je, kolikor vemo, ušel pozornosti fizikov«, da »ločeni koncept prostora ... postane odvečen. . V tej teoriji prostor ni nič drugega kot štiridimenzionalno polje in ne nekaj, kar obstaja samo po sebi.« Opisovati gravitacijo iz geometrije Minkowskega in hkrati uporabljati Riemannovo geometrijo za Einsteina pomeni pokazati nedoslednost: »Ostati pri ožji skupini in hkrati vzeti kompleksnejšo strukturo polja (enako kot v splošni teoriji relativnosti ) pomeni naivno nedoslednost. Greh ostane greh, tudi če ga storijo sicer ugledni ljudje.«

Splošna teorija relativnosti, v kateri so lastnosti gravitacijskih interakcij poustvarjene z metričnimi lastnostmi Riemannovega ukrivljenega prostora-časa, je brez teh epistemoloških nedoslednosti: »Čudovita

eleganca splošne teorije relativnosti... izhaja neposredno iz geometrijske interpretacije. Zahvaljujoč geometrijski utemeljitvi je teorija dobila dokončno in neuničljivo obliko ... Izkušnje jo potrdijo ali ovržejo ... Če gravitacijo razlagajo kot delovanje polj sile na snov, določajo le zelo splošen referenčni okvir in ne enega samega. teorija. Možno je sestaviti veliko splošno kovariantnih variacijskih enačb in ... samo opazovanja lahko odstranijo takšne nesmiselnosti, kot je teorija gravitacije, ki temelji na vektorskem in skalarnem polju ali na dveh tenzorskih poljih. Nasprotno pa se v okviru Einsteinove geometrijske interpretacije takšne teorije že v samem začetku izkažejo za absurdne. Odpravljajo jih filozofski argumenti, na katerih temelji ta razlaga.« Psihološko zaupanje v resničnost GTR ne temelji na nostalgiji po običajnem slogu razmišljanja, temveč na njegovem monizmu, celovitosti, izoliranosti, logični doslednosti in odsotnosti epistemoloških napak, značilnih za RTG.

Ena glavnih epistemoloških napak RTG je po našem globokem prepričanju njeno izhodiščno epistemološko stališče, po katerem so znotrajteoretski kriteriji zadostni za rešitev vprašanja, kateri od abstraktnih prostorov teorije ustrezno predstavlja realni prostor in čas v njem. . To epistemološko držo, nezdružljivo s tisto, ki je osnova GTR, z lahkotno roko Heisenberga pripisujejo ... Einsteinu, ki jo je v pogovoru z njim spomladi 1926 v Berlinu oblikoval v še bolj splošni obliki. kot izjavo, da ni eksperiment, ampak teorija tista, ki določa, kaj je opazljivo.

Medtem pa, kot se na prvi pogled zdi paradoksalno, v nasprotju s prevladujočim mnenjem v znanstveni skupnosti (vključno z mnenjem samega Heisenberga), mu Einstein dejansko ni povedal o tem, ampak o nečem povsem drugem. Naj ponovimo ustrezen odlomek iz poročila »Srečanja in pogovori z Albertom Einsteinom« (ki ga je Heisenberg naredil 27. julija 1974 v Ulmu), v katerem se je Heisenberg spomnil tega pogovora z Einsteinom, med katerim je nasprotoval načelu opazljivosti, ki ga je oblikoval Heisenberg: »Vsako opazovanje, je trdil, predpostavlja nedvoumno določeno povezavo med pojavom, ki ga obravnavamo, in čutnim občutkom, ki se pojavi v naši zavesti. Vendar pa lahko o tej povezavi z gotovostjo govorimo le, če poznamo naravne zakone, ki jo določajo. Če - kar očitno velja za sodobno atomsko

fizika - sami zakoni so postavljeni pod vprašaj, potem tudi koncept "opazovanja" izgubi svoj jasen pomen. V takšnih razmerah mora teorija najprej ugotoviti, kaj je opazno."

Izhodiščna epistemološka postavitev RTG Logunova je posledica razmeroma enostavnega paralogizma - identifikacije nujnega pogoja za ustreznost teoretičnih struktur objektivne resničnosti z njenim zadostnim pogojem. Kot ni težko razumeti, to navsezadnje pojasnjuje logične in epistemološke napake, ki so podlaga za RTG in njegovo nasprotovanje GTR – uporabo le intrateoretskih kriterijev pri odločanju, kateri od abstraktnih prostorov teorije ustrezno predstavlja realni prostor in čas v njej, in njegova nezakonita identifikacija z njimi so v bistvu iste logične in epistemološke napake, ki so podlaga za Poincaréjev pristop k problemu odnosa med geometrijo in fiziko.

Karkoli že lahko rečemo o Einsteinovem pristopu k problemu razmerja med geometrijo in fiziko, naša analiza kaže, da vprašanje o možnostih tega pristopa pri oblikovanju sodobne naravoslovne paradigme ostaja odprto. Ostaja odprto, dokler se ne dokaže

obstoj lastnosti materialnih pojavov, ki niso v nobeni zvezi z lastnostmi prostora in časa. In nasprotno, ugodne perspektive Einsteinovega pristopa so navsezadnje posledica dejstva, da se vedno bolj odkriva povezava med metričnimi in topološkimi lastnostmi prostora in časa z različnimi neprostorsko-časovnimi lastnostmi materialnih pojavov. Istočasno pa zgodovinska, znanstvena in filozofska analiza Poincaréjevega pristopa k problemu razmerja med geometrijo in fiziko vodi do zaključka, da je kot alternativa Einsteinovemu pristopu jalov. To dokazuje tudi analiza poskusov njegove oživitve, ki so se jih lotili v delih Logunova in njegovih sodelavcev.

Opombe

Aronov R.A. O problemu prostora in časa v fiziki osnovnih delcev // Filozofski problemi fizike elementarnih delcev. M., 1963. Str. 167; On je isti. Problem prostorsko-časovne strukture mikrosveta // Filozofska vprašanja kvantne fizike. M., 1970. Str. 226; On je isti. O vprašanju logike mikrosveta // Vopr. filozofija. 1970. št. 2. str. 123; On je isti. Splošna relativnost in fizika mikrosveta // Klasična in kvantna teorija gravitacije. Mn., 1976. Str. 55; Aronov R.A. K filozofskim temeljem programa superzdružitve // ​​Logika, metodologija in filozofija znanosti. Moskva, 1983. Str. 91.

Cm.: Aronov R.A. O problemu razmerja med prostorom, časom in materijo // Vopr. filozofija. 1978. št. 9. str. 175; To je on. O metodi geometrizacije v fiziki. Priložnosti in meje // Metode znanstvenega spoznanja in fizike. M., 1985. Str. 341; Aronov R.A., Knyazev V.N.. O problemu odnosa med geometrijo in fiziko // Dialektični materializem in filozofska vprašanja naravoslovja. M., 1988. Str. 3.

Cm.: Aronov R.A. Razmišljanja o fiziki // Vprašanja zgodovine naravoslovja in tehnike. 1983. št. 2. str. 176; To je on. Dva pristopa k oceni filozofskih pogledov A. Poincaréja // Dialektični materializem in filozofska vprašanja naravoslovja. M., 1985. S. 3; Aronov R.A., Šemjakinski V.M. Filozofska utemeljitev programa geometrizacije fizike // Dialektični materializem in filozofska vprašanja naravoslovja. M., 1983. S. 3; So. O temeljih geometrizacije fizike // Filozofski problemi sodobne naravoslovja. Kijev, 1986. V. 61. S. 25.

Heisenberg V. Razvoj konceptov v fiziki dvajsetega stoletja // Vopr. filozofija. 1975. št. 1. str. 87.

Spodaj je seznam nerešeni problemi sodobne fizike. Nekatere od teh težav so teoretične. To pomeni, da obstoječe teorije ne morejo pojasniti določenih opazovanih pojavov ali eksperimentalnih rezultatov. Druge težave so eksperimentalne, kar pomeni, da obstajajo težave pri ustvarjanju eksperimenta za preizkušanje predlagane teorije ali za podrobnejšo študijo pojava. Naslednji problemi so bodisi temeljni teoretični problemi bodisi teoretične ideje, za katere ni eksperimentalnih dokazov. Nekatere od teh težav so med seboj tesno povezane. Na primer, dodatne dimenzije ali supersimetrija lahko rešijo problem hierarhije. Menijo, da je popolna teorija kvantne gravitacije sposobna odgovoriti na večino naštetih vprašanj (razen problema otoka stabilnosti).

• 1. Kvantna gravitacija. Ali je mogoče kvantno mehaniko in splošno relativnost združiti v eno samokonsistentno teorijo (morda kvantno teorijo polja)? Ali je prostor-čas zvezen ali je diskreten? Ali bo samokonsistentna teorija uporabila hipotetični graviton ali bo v celoti produkt diskretne strukture prostora-časa (kot v zanki kvantni gravitaciji)? Ali obstajajo odstopanja od napovedi splošne teorije relativnosti za zelo majhne ali zelo velike lestvice ali druge ekstremne okoliščine, ki izhajajo iz teorije kvantne gravitacije?
• 2. Črne luknje, izginotje informacij v črni luknji, Hawkingovo sevanje. Ali črne luknje proizvajajo toplotno sevanje, kot napoveduje teorija? Ali to sevanje vsebuje informacije o njihovi notranji strukturi, kot nakazuje dvojnost nespremenljivosti merilnika gravitacije, ali ne, kot nakazuje Hawkingov prvotni izračun? Če ne in črne luknje lahko nenehno izhlapevajo, kaj se potem zgodi z informacijami, shranjenimi v njih (kvantna mehanika ne predvideva uničenja informacij)? Ali pa se bo sevanje ustavilo na neki točki, ko bo od črne luknje ostalo le malo? Ali obstaja še kakšen način za preučevanje njihove notranje strukture, če taka sploh obstaja? Ali zakon o ohranitvi barionskega naboja velja znotraj črne luknje? Dokaz načela kozmične cenzure, kot tudi natančna formulacija pogojev, pod katerimi je izpolnjena, nista znana. Popolne in popolne teorije o magnetosferi črnih lukenj ni. Natančna formula za izračun števila različnih stanj sistema, katerega kolaps povzroči nastanek črne luknje z dano maso, vrtilno količino in nabojem, ni znana. Za črno luknjo v splošnem primeru ni znanega dokaza "teorema brez las".
• 3. Razsežnost prostor-čas. Ali poleg štirih, ki jih poznamo, v naravi obstajajo še dodatne dimenzije prostora-časa? Če da, kakšno je njihovo število? Ali je dimenzija »3+1« (ali višja) apriorna lastnost vesolja ali je rezultat drugih fizičnih procesov, kot nakazuje na primer teorija vzročne dinamične triangulacije? Ali lahko eksperimentalno »opazujemo« višje prostorske dimenzije? Ali drži holografski princip, po katerem je fizika našega »3+1«-dimenzionalnega prostora-časa enakovredna fiziki na hiperpovršini z »2+1« dimenzijo?
• 4. Inflacijski model vesolja. Ali je teorija kozmične inflacije resnična in če je, kakšne so podrobnosti te stopnje? Kakšno je hipotetično inflatonsko polje, ki je odgovorno za naraščajočo inflacijo? Če je do inflacije prišlo na eni točki, ali je to začetek samovzdrževalnega procesa zaradi inflacije kvantnomehanskih nihanj, ki se bo nadaljeval na povsem drugem mestu, oddaljenem od te točke?
• 5. Multiverse. Ali obstajajo fizični razlogi za obstoj drugih vesolj, ki jih v osnovi ni mogoče opazovati? Na primer: ali obstajajo kvantnomehanske »alternativne zgodovine« ali »številni svetovi«? Ali obstajajo »druga« vesolja s fizikalnimi zakoni, ki izhajajo iz alternativnih načinov prekinitve navidezne simetrije fizičnih sil pri visokih energijah, ki se nahajajo morda neverjetno daleč stran zaradi kozmične inflacije? Ali bi lahko druga vesolja vplivala na naše in povzročila na primer anomalije v porazdelitvi temperature kozmičnega mikrovalovnega sevanja ozadja? Ali je za reševanje globalnih kozmoloških dilem upravičeno uporabljati antropični princip?
• 6. Načelo kozmične cenzure in hipoteza zaščite kronologije. Ali lahko singularnosti, ki niso skrite za obzorjem dogodkov, znane kot "gole singularnosti", izhajajo iz realističnih začetnih pogojev ali pa je mogoče dokazati neko različico "hipoteze kozmične cenzure" Rogerja Penrosa, ki nakazuje, da je to nemogoče? V zadnjem času so se pojavila dejstva v prid nedoslednosti hipoteze o kozmični cenzuri, kar pomeni, da bi se morale gole singularnosti pojavljati veliko pogosteje kot zgolj kot ekstremne rešitve Kerr-Newmanovih enačb, vendar prepričljivih dokazov za to še ni bilo. Podobno bodo obstajale zaprte časovne krivulje, ki se pojavljajo v nekaterih rešitvah enačb splošne relativnosti (in nakazujejo možnost potovanja nazaj v času), ki jih teorija kvantne gravitacije izključuje, ki združuje splošno relativnost s kvantno mehaniko, kot nakazuje Stephenova "domneva o zaščiti kronologije" Hawking?
• 7. Časovna os. Kaj lahko o naravi časa povedo pojavi, ki se med seboj razlikujejo po premikanju naprej in nazaj v času? Kako se čas razlikuje od prostora? Zakaj so kršitve CP opažene le pri nekaterih šibkih interakcijah in nikjer drugje? Ali so kršitve invariantnosti CP posledica drugega zakona termodinamike ali gre za ločeno časovno os? Ali obstajajo izjeme od načela vzročne zveze? Je preteklost edina možna? Ali se sedanji trenutek fizično razlikuje od preteklosti in prihodnosti ali je le posledica značilnosti zavesti? Kako so se ljudje naučili pogajati, kaj je sedanji trenutek? (Glej tudi spodaj Entropija (časovna os)).
• 8. Kraj. Ali v kvantni fiziki obstajajo nelokalni pojavi? Če obstajajo, ali imajo omejitve pri prenosu informacij oziroma: ali se lahko energija in snov gibljeta tudi po nelokalni poti? Pod kakšnimi pogoji opazimo nelokalne pojave? Kaj pomeni prisotnost ali odsotnost nelokalnih pojavov za temeljno strukturo prostora-časa? Kako je to povezano s kvantno prepletenostjo? Kako si lahko to razlagamo s stališča pravilne interpretacije temeljne narave kvantne fizike?
• 9. Prihodnost vesolja. Ali se vesolje usmerja proti velikemu zmrzovanju, velikemu raztrganju, velikemu škrtanju ali velikemu odskoku? Je naše vesolje del neskončno ponavljajočega se cikličnega vzorca?
• 10. Problem hierarhije. Zakaj je gravitacija tako šibka sila? Velika postane le na Planckovi lestvici, za delce z energijami reda 10 19 GeV, kar je veliko več od elektrošibke lestvice (v nizkoenergijski fiziki je prevladujoča energija 100 GeV). Zakaj se te lestvice med seboj tako razlikujejo? Kaj preprečuje, da bi elektrošibke količine, kot je masa Higgsovega bozona, prejele kvantne popravke na lestvicah Planckovega reda? Ali je rešitev tega problema supersimetrija, dodatne dimenzije ali samo antropična fina nastavitev?
• 11. Magnetni monopol. Ali so delci - nosilci "magnetnega naboja" - obstajali v kakšnih preteklih obdobjih z višjimi energijami? Če je tako, ali so danes na voljo? (Paul Dirac je pokazal, da lahko prisotnost določenih vrst magnetnih monopolov pojasni kvantizacijo naboja.)
• 12. Razpad protona in Velika združitev. Kako lahko poenotimo tri različne kvantnomehanske temeljne interakcije kvantne teorije polja? Zakaj je najlažji barion, ki je proton, absolutno stabilen? Če je proton nestabilen, kakšna je potem njegova razpolovna doba?
• 13. Supersimetrija. Ali je v naravi realizirana supersimetrija prostora? Če je tako, kakšen je mehanizem za prekinitev supersimetrije? Ali supersimetrija stabilizira elektrošibko lestvico in preprečuje visoke kvantne popravke? Ali je temna snov sestavljena iz svetlih supersimetričnih delcev?
• 14. Generacije snovi. Ali obstajajo več kot tri generacije kvarkov in leptonov? Ali je število generacij povezano z dimenzijo prostora? Zakaj generacije sploh obstajajo? Ali obstaja teorija, ki bi lahko pojasnila prisotnost mase v nekaterih kvarkih in leptonih v posameznih generacijah na podlagi prvih principov (Yukawa interakcijska teorija)?
• 15. Osnovna simetrija in nevtrini. Kakšna je narava nevtrinov, kakšna je njihova masa in kako so oblikovali razvoj vesolja? Zakaj je zdaj v vesolju odkritih več snovi kot antimaterije? Katere nevidne sile so bile prisotne ob zori vesolja, a so izginile iz vidnega polja, ko se je vesolje razvijalo?
• 16. Kvantna teorija polja. Ali so načela relativistične lokalne kvantne teorije polja združljiva z obstojem netrivialne matrike sipanja?
• 17. Brezmasni delci. Zakaj brezmasni delci brez spina ne obstajajo v naravi?
• 18. Kvantna kromodinamika. Kakšna so fazna stanja močno medsebojno delujoče snovi in ​​kakšno vlogo imajo v prostoru? Kakšna je notranja struktura nukleonov? Katere lastnosti močno medsebojno delujoče snovi napoveduje QCD? Kaj nadzira prehod kvarkov in gluonov v pi-mezone in nukleone? Kakšna je vloga gluonov in gluonske interakcije v nukleonih in jedrih? Kaj opredeljuje ključne značilnosti QCD in kakšen je njihov odnos do narave gravitacije in prostor-časa?
• 19. Atomsko jedro in jedrska astrofizika. Kakšna je narava jedrskih sil, ki vežejo protone in nevtrone v stabilna jedra in redke izotope? Kaj je razlog, zakaj se enostavni delci združijo v kompleksna jedra? Kakšna je narava nevtronskih zvezd in goste jedrske snovi? Kakšen je izvor elementov v vesolju? Katere so jedrske reakcije, ki poganjajo zvezde in povzročajo njihovo eksplozijo?
• 20. Otok stabilnosti. Katero je najtežje stabilno ali metastabilno jedro, ki lahko obstaja?
• 21. Kvantna mehanika in princip korespondence (včasih imenovan kvantni kaos). Ali obstajajo prednostne interpretacije kvantne mehanike? Kako kvantni opis realnosti, ki vključuje elemente, kot so kvantna superpozicija stanj in kolaps valovne funkcije ali kvantna dekoherenca, vodi do realnosti, ki jo vidimo? Isto stvar lahko formuliramo z uporabo merilnega problema: kakšna je "meritev", ki povzroči kolaps valovne funkcije v določeno stanje?
• 22. Fizične informacije. Ali obstajajo fizični pojavi, kot so črne luknje ali kolaps valovne funkcije, ki trajno uničijo informacije o njihovih prejšnjih stanjih?
• 23. Teorija vsega (»Grand Unified Theories«). Ali obstaja teorija, ki pojasnjuje vrednosti vseh osnovnih fizikalnih konstant? Ali obstaja teorija, ki pojasnjuje, zakaj je merilna invariantnost standardnega modela takšna, kot je, zakaj ima opazovani prostor-čas 3+1 dimenzijo in zakaj so zakoni fizike takšni, kot so? Ali se »temeljne fizikalne konstante« s časom spreminjajo? Ali je kateri od delcev v standardnem modelu fizike delcev dejansko sestavljen iz drugih delcev, ki so med seboj tako tesno povezani, da jih ni mogoče opazovati pri trenutnih eksperimentalnih energijah? Ali obstajajo temeljni delci, ki še niso bili opaženi, in če da, kaj so in kakšne so njihove lastnosti? Ali obstajajo neopazne temeljne sile, ki jih teorija predlaga in ki pojasnjujejo druge nerešene probleme v fiziki?
• 24. Merilna invariantnost. Ali res obstajajo neabelske merilne teorije z vrzeljo v masnem spektru?
• 25. CP simetrija. Zakaj CP simetrija ni ohranjena? Zakaj se ohranja v večini opazovanih procesov?
• 26. Fizika polprevodnikov. Kvantna teorija polprevodnikov ne more natančno izračunati ene same konstante polprevodnika.
• 27. Kvantna fizika. Natančna rešitev Schrödingerjeve enačbe za večelektronske atome ni znana.
• 28. Pri reševanju problema sipanja dveh žarkov na eni oviri se izkaže, da je presek sipanja neskončno velik.
• 29. Feynmanium: Kaj se bo zgodilo s kemičnim elementom, katerega atomsko število je večje od 137, zaradi česar se bo moral 1s 1 elektron gibati s hitrostjo, ki presega svetlobno hitrost (po Bohrovem modelu atoma) ? Ali je Feynmanium zadnji kemični element, ki lahko fizično obstaja? Težava se lahko pojavi okoli elementa 137, kjer razširitev porazdelitve jedrskega naboja doseže končno točko. Oglejte si članek Razširjeni periodni sistem elementov in razdelek Relativistični učinki.
• 30. Statistična fizika. Ne obstaja sistematična teorija ireverzibilnih procesov, ki bi omogočala izvajanje kvantitativnih izračunov za kateri koli fizični proces.
• 31. Kvantna elektrodinamika. Ali obstajajo gravitacijski učinki, ki jih povzročajo nihanja ničelne točke elektromagnetnega polja? Ni znano, kako pri izračunu kvantne elektrodinamike v visokofrekvenčnem območju hkrati zadostiti pogojem končnosti rezultata, relativistične invariantnosti in vsote vseh alternativnih verjetnosti, enake enoti.
• 32. Biofizika. Za kinetiko konformacijske relaksacije beljakovinskih makromolekul in njihovih kompleksov ni kvantitativne teorije. Popolne teorije o prenosu elektronov v bioloških strukturah ni.
• 33. Superprevodnost. Nemogoče je teoretično napovedati, če poznamo zgradbo in sestavo snovi, ali bo z nižanjem temperature prešla v superprevodno stanje.

Ministrstvo za izobraževanje in znanost Ruske federacije Zvezna agencija za izobraževanje Jaroslavski država univerza njim.<...>S.P. Zimin © Jaroslavski država univerza, 2007 2 Vsebina K VPRAŠANJU OCENJEVANJA KAKOVOSTI OBNOVLJENO SLIKE 7 <...>T.K. Artjomova, A.S. Gvozdarev, E.A. Kuznetsov..................................... 14 O VPLIVU ELEKTRIČNEGA NABOJA NA POGOJE RAZVOJA TOPLOTNA KONVEKCIJA V TEKOČINA PLAST S PROSTO POVRŠINO<...>A.A. Abdulloev, E.Yu. Sautov∗ Povzetek Obravnavana je problematika ocene kakovosti obnovljeno slike. <...>Trenutno je najbolj priljubljen objektivni ukrep vrhunec odnos signal proti šumu (SNR).<...>P.G. Demidova MODELIRANJE OBJEKTA V BLIŽINI RADIOLOGRAFIJA GLEDE NA SVOJ BISTATIČNI SIPALNI DIAGRAM<...>T.K. Artjomova, A.S. Gvozdarev, E.A. Kuznetsov Izvleček Proučevali so možnost prepoznavanja predmeta s poljem, ki ga razprši naloge blizu radijska holografija. <...>kjer so (ψ~hs ) novi ekspanzijski koeficienti, ahs so tenzor razpršenost, bazne funkcije (H hs ) pa so izbrane tako, da nastalo polje izpolnjuje Sommerfeldov pogoj sevanja: 16 lim<...>Upoštevajoč, da velja, da je valj popolnoma prevoden, tenzor razpršenost lahko predstavimo kot diagonalno matriko:  a ρ Ar 0 0   hs<...>P.G. Demidova O VPLIVU ELEKTRIČNEGA NABOJA NA POGOJE RAZVOJA TOPLOTNE KONVEKCIJE V TEKOČINA PLAST S PROSTO POVRŠINO<...>Uvod Vprašanje določanja pogojev za razvoj toplotne konvekcije v a tekočina plast je bil večkrat preučen v različnih formulacijah, vključno s tistimi, ki upoštevajo možnost razvoja deformacije oblike proste površine tekočine.<...>gibanje v tekočini s hitrostnim poljem U (x, t) in valovno popačenje reliefa proste površine tekočine ξ (x, t) in imajo enako naročilo malo, kot ξ , in sicer: T ~ ρ ~ ​​​​p ~ U ~ ξ ~ kT γ .<...>E = − grad (Φ 0 (z) + Φ(x, z, t)), kjer je majhen popravek Φ(x, z, t), povezan z valovno deformacijo proste površine<...>

Aktualni_problemi_fizike._Številka_6_Zbirka_znanstvenih_del_mladih_znanstvenikov,_diplomantov_in_študentov.pdf

Ministrstvo za izobraževanje in znanost Ruske federacije Zvezna agencija za izobraževanje Yaroslavl State University poimenovana po. P.G. Demidova Aktualni problemi fizike Zbirka znanstvenih del mladih znanstvenikov, podiplomskih študentov in študentov Številka 6 Yaroslavl 2007 1

stran 1

UDK 53 BBK V3ya43 A 44 Priporočeno s strani Uredniško-založniškega sveta Univerze kot znanstvena publikacija. Načrt za leto 2005 Aktualni problemi fizike: sob. znanstveni tr. mladih znanstvenikov, podiplomskih študentov in študentov. Številka 6 / Rep. na številko Doktorica fizike in matematike Sciences S.P. Zimin; Yarosl. država univ. – Yaroslavl: YarSU, 2007. –262 str. Zbirka predstavlja članke o različnih področjih fizike, ki so jih napisali mladi znanstveniki, podiplomski študenti in študenti Fakultete za fiziko Jaroslavske državne univerze. P.G. Demidova. UDC 53 BBK V3ya43 Nosilec izdaje je doktor fizikalnih in matematičnih znanosti S.P. Zimin © Yaroslavl State University, 2007 2

stran 2

Vsebina K VPRAŠANJU OCENJEVANJA KAKOVOSTI RESTAVRIRANIH SLIK 7 A.A. Abdulloev, E.Yu. Sautov................................................. ....... ............... 7 MODELIRANJE OBJEKTA V BLIŽNJI RADIOLOGIJI GLEDE NA NJEGOV BISTATIČNI SIPALNI DIAGRAM T.K. Artjomova, A.S. Gvozdarev, E.A. Kuznetsov..................................... 14 O VPLIVU ELEKTRIČNEGA NABOJA NA POGOJE ZA RAZVOJ TOPLOTNA KONVEKCIJA V PLASTI TEKOČINE S PROSTO POVRŠINO D.F. Belonožko, A.V. Kozin.................................................. .............. 22 RAZISKAVA SIPALNIH LASTNOSTI PASIVNO KRMILJENEGA REFLEKTORJA ZA RADIOLOGIJSKE TEŽAVE FOKUSIRANIH SLIK M.A. Bokov, A.S. Leontjev..................................................... ......... 31 NELINEARNO NEOSOSIMETRIČNO NIHANJE NABLJENEGA CURKA DIELEKTRIČNE TEKOČINE N.V. Voronina..................................................... .............................. 39 UPORABA APARATA MARKOVSKIH VERIG ZA PREUČEVANJE CIKLIČNEGA SINHRONIZACIJSKEGA SISTEMA V OFDM SISTEMIH I.A.Denezhkin, V.A.Chvalo................................................. .... ............................... 48 MIKROKONTROLERSKA INSTALACIJA ZA PRIDOBIVANJE HODOGRAFOV IZHODNE NAPETOSTI TOKOVNEGA PRETVORNIKA EDY A.E. Gladun................................................. ......................................................... .... 59 IZRAČUN RAČUNALNIŠKO VODENEGA LABORATORIJSKEGA MAGNETA S.A. Golyzina................................................. ....... ....................................... 65 ZNAČILNOSTI MIKRORELIEFA EPITAKSILNIH FILMOV PbSe PO OBDELAVI V ARGONSKI PLAZMI E.S. Gorlačev, S.V. Kutrovskaja................................................. ......... 72 3

stran 3

VISOKO ZANESLJIV OPTIČNI LASERSKI TRINGULACIJSKI SISTEM................................................. ....................... 78 E.V. Davidenko................................................. ......................................................... ........ 78 ABSORPCIJA ELEKTROMAGNETNEGA SEVANJA NA ČLOVEŠKI RAMI V FREKVENČNIH OBMOČJIH CELIČNIH IN RADIORELEJSKIH KOMUNIKACIJ V.V. Deryabina, T.K. Artjomova................................................. ....... ............ 86 VPLIV UKRIVLJENOSTI FAZNEGA FRONTA NA OSLABLJENJE POLJA MED UDOMOM S KOMPLETOM ABSORBIRNIH ZASLONOV A.V. Dymov.................................................. .............................................. 94 VPLIV TEMPERATURE POGOJI NA OSCILACIJE MEHURČKA V TEKOČINI I.G. Žarova..................................................... ..................................................... 102 OPTIMIZACIJA FRAKTALNEGA ALGORITMA ZA STISKANJE STATIČNIH SLIK D.A.Zaramensky............................................ .................................. 110 ANALIZA UČINKOVITOSTI OCENE NOSILNE FREKVENCE IN ZAČETNE FAZE NA PREPOZNAVANJE KONSTELACIJ FAZNE MANIPULACIJE O. IN. Prikolica................................................. ....................................... 118 NELINEARNO PERIODIČNO VALOVANJE V TANKI PLASTI VISKOZNE TEKOČINE A. IN. Klimov, A.V. Prisjažnjuk................................................. ....... .......... 124 KLASIFIKACIJA PROTI INTERFERENCEM ODPORNIH KOD V SISTEMIH ZA PRENOS INFORMACIJ O.O. Kozlova..................................................... ......................................................... 133 ŠTUDIJA O MEHANSKE LASTNOSTI TEKOČINE Z OPTIČNO METODO E.N. Kokomova..................................................... ....... ................................... 138 ALGORITEM ZA PREPOZNAVANJE UKAZOV Z LIMITED SLOVAR A.V. Konovalov................................................. ...................................................... 144 4

stran 4

ANALIZA FAZNE KAOTIČNE SINHRONIZACIJE SKLEPLJENIH SISTEMOV PLL Z UPORABO KONTINUIRNE VALOVNE TRANSFORMACIJE Yu.N. Konovalova, A.A. Kotochigov, A.V. Khodunin.............................. 151 UPOŠTEVANJE VPLIVA ROTACIJE MAGNETRONA Yu.V. Kostrikina................................................. ........ ..................................... 159 NELINEARNA NIHANJA A NABLJENA PLAST IDEALNE TEKOČINE NA POVRŠINI TRDNEGA SFERIČNEGA JEDRA V POLJU FLUKUTACIJSKIH SIL O.S.Kryuchkov................................. ................................. ..................... .......................... 164 RAZISKAVE OPTIČNIH LASTNOSTI STRUKTUR Crox/Si M. Yu Kurashov ........ ................................................ .. ................................ 172 NAPAKE PRI PROJEKTIRANJU FOKUSIRNIH ELEMENTOV IN NJIHOV VPLIV NA KAKOVOST RADIJSKE SLIKE A.S. Leontjev..................................................... ............................. 176 PRENOS PRETOČNEGA VIDEA PREKO OMREŽJA IP Z ZNAČAJNO OBREMENITVIJO KANALA Z UPORABO OBNOVILNEGA ALGORITMA QoS V.G. Medvedjev, V.V. Tupitsyn, E.V. Davydenko................................. 181 ODSTRANITEV ŠUMA IZ SLIK NA PODLAGI VALOVNE TRANSFORMACIJE A.A. Moiseev, V.A. Volohov.................................................. .............. 189 SINTEZA ALGORITMA ZA OCENJEVANJE DELOM INTERFERENC V SPEKTRU SIGNALA ΔΣ-SINTEZIZATORJA VISOKO STABILNIH FREKVENC M.V. Nazarov, V.G. Šuškov..................................................... ..... 198 STATISTIČNA DINAMIKA IMPULZNEGA PLL OBROČA S STROBOSKOPSKIM FAZNIM DETEKTORJEM V.Yu. Novikov, A.S. Teperev, V.G. Šuškov................................................. .. 209 UPORABA UJEMNIH ENODIMENZIONALNIH WAVELET FILTROV V PROBLEMU PREPOZNAVANJA GOVORNIH SIGNALOV S.A. Novoselov................................................. ....... ................................... 217 5

stran 5

ŠTUDIJA NEHOMOGENOSTI V TEKOČINAH A.V. Perminov................................................. ....... ..................................... 224 DIGITALNA TERMOKAMERA NA OSNOVI FOTO-SPREJEMNIK FUR-129L A.I. Topnikov, A.N. Popov, A.A. Selifontov.................................. 231 FLUKTUACIJE MILIMETRSKIH VALOV V TURBULENTNI ABSORBIRNI ATMOSFERI TLO-TLO E.N. Turkina................................................. ......................................................... 239 UPORABA PREPOZNAVANJA GOVORA IN ALGORITMI SINTEZE ZA USTVARJANJE UČINKOVITEGA GOVORNEGA KODEKA S.V. Uldinovič................................................. ....... .................................. 246 PARAMETRIČNA ELEKTROSTATIČNA NESTABILNOST VMESNIKA DVEH OKOLJA S.V. Černikova, A.S. Golovanov................................................. ......... 253 6

stran 6

K VPRAŠANJU OCENJEVANJA KAKOVOSTI RESTAVRIRANIH SLIK A.A. Abdulloev, E.Yu. Sautov∗ Povzetek Obravnava se vprašanje ocenjevanja kakovosti rekonstruiranih slik. Za oceno vidnega popačenja je predlagana uporaba univerzalnega indeksa kakovosti. Za razliko od podobnih algoritmov, ki temeljijo na kriteriju srednje kvadratne napake, predlagani pristop upošteva popačenja svetlosti in kontrasta ter stopnjo korelacije med referenčno in rekonstruirano sliko. Rezultati simulacije kažejo dobro korelacijo tega kriterija z vizualno zaznano kakovostjo slik. Uvod Do sedaj je za najbolj zanesljivo oceno kakovosti slike veljala povprečna strokovna ocena. Vendar zahteva neprekinjeno delo več ljudi, zato je drago in prepočasi za praktično uporabo. V tem smislu so bolj zaželena objektivna (algoritemska) merila kakovosti slike, ki omogočajo samodejno ocenjevanje. Trenutno veljajo naslednje zahteve za objektivna merila kakovosti. Prvič, te metrike bi morale biti čim bolj vizualno zanesljive, tj. dobro se ujemati z rezultati subjektivnih ocen. Drugič, imeti morajo nizko računsko zahtevnost, kar poveča njihov praktični pomen. Tretjič, zaželeno je, da imajo te metrike preprosto analitično obliko in da jih je mogoče uporabiti kot kriterije optimalnosti pri izbiri parametrov za sistem za obdelavo slik. Trenutno je najbolj priljubljena objektivna mera razmerje med najvišjim signalom in šumom (PSNR). Običajno se uporablja za primerjavo različnih algoritmov obdelave. ∗ Delo je potekalo pod vodstvom V.V. Hrjaščov. 7

• Prevajanje

Naš standardni model osnovnih delcev in interakcij je nedavno postal popoln, kot bi si lahko želeli. Vsak posamezen elementarni delec – v vseh možnih oblikah – je bil ustvarjen v laboratoriju, izmerjen in za vse so bile določene lastnosti. Najdlje obstojni, top kvark, antikvark, tau nevtrino in antinevtrino ter končno Higgsov bozon, so postali žrtev naših zmožnosti.

In slednji - Higgsov bozon - je rešil tudi star problem fizike: končno lahko pokažemo, od kod osnovnim delcem masa!

Vse to je kul, vendar se znanost ne konča, ko končate z reševanjem te uganke. Nasprotno, odpira pomembna vprašanja in eno izmed njih je "kaj pa?" Glede standardnega modela lahko rečemo, da še ne vemo vsega. In za večino fizikov je eno vprašanje še posebej pomembno - da bi ga opisali, najprej razmislimo o naslednji lastnosti standardnega modela.

Po eni strani so lahko šibke, elektromagnetne in močne sile zelo pomembne, odvisno od njihovih energij in razdalj, na katerih pride do interakcije. Vendar to ne velja za gravitacijo.

Vzamemo lahko katera koli dva osnovna delca – katere koli mase in podvržena kakršnim koli interakcijam – in ugotovimo, da je gravitacija za 40 velikostnih redov šibkejša od katere koli druge sile v vesolju. To pomeni, da je gravitacijska sila 10 40-krat šibkejša od treh preostalih sil. Na primer, čeprav nista temeljna, če vzamete dva protona in ju ločite za meter, bo elektromagnetni odboj med njima 10 40-krat močnejši od gravitacijske privlačnosti. Ali z drugimi besedami, silo težnosti moramo povečati za faktor 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000, da bo enaka kateri koli drugi sili.

V tem primeru ne morete preprosto povečati mase protona za 10 20-krat, tako da ju gravitacija potegne skupaj in premaga elektromagnetno silo.

Namesto tega morate združiti 10 56 protonov, da se spontano pojavijo reakcije, kot je prikazana zgoraj, ko protoni premagajo svoj elektromagnetni odboj. Le tako, da se združijo in podležejo gravitacijski sili, lahko premagajo elektromagnetizem. Izkazalo se je, da 10 56 protonov predstavlja najmanjšo možno maso zvezde.

To je opis delovanja vesolja – vendar ne vemo, zakaj deluje tako, kot deluje. Zakaj je gravitacija toliko šibkejša od drugih interakcij? Zakaj je "gravitacijski naboj" (tj. masa) toliko šibkejši od električnega ali barvnega ali celo šibkejši?

To je problem hierarhije in je iz več razlogov največji nerešen problem v fiziki. Odgovora ne poznamo, ne moremo pa reči, da smo popolnoma nevedni. V teoriji imamo nekaj dobrih idej za iskanje rešitve in orodje za iskanje dokazov o njihovi pravilnosti.

Doslej je veliki hadronski trkalnik – trkalnik z najvišjo energijsko vrednostjo – v laboratoriju dosegel nivoje energije brez primere, zbral množico podatkov in rekonstruiral, kaj se je zgodilo na točkah trka. To vključuje ustvarjanje novih, doslej nevidenih delcev (kot je Higgsov bozon) in pojav starih, dobro znanih delcev standardnega modela (kvarkov, leptonov, merilnih bozonov). Prav tako je sposoben, če obstajajo, proizvesti vse druge delce, ki niso vključeni v standardni model.

Obstajajo štirje možni načini, ki jih poznam – to so štiri dobre ideje – za rešitev problema hierarhije. Dobra novica je, da če je narava izbrala enega od njih, ga bo LHC našel! (In če ne, se bo iskanje nadaljevalo).

Razen Higgsovega bozona, ki so ga našli pred nekaj leti, na LHC niso našli novih osnovnih delcev. (Poleg tega sploh ni opaziti zanimivih novih kandidatov za delce). In vendar je najdeni delec popolnoma ustrezal opisu standardnega modela; ni bilo videti nobenih statistično pomembnih namigov nove fizike. Ne do sestavljenih Higgsovih bozonov, ne do več Higgsovih delcev, ne do nestandardnih razpadov, nič takega.

Toda zdaj smo začeli pridobivati ​​podatke iz še višjih energij, dvakrat večjih od prejšnjih, do 13-14 TeV, da bi našli nekaj drugega. In kakšne so možne in razumne rešitve problema hierarhije v tem smislu?

1) Supersimetrija ali SUSY. Supersimetrija je posebna simetrija, ki lahko povzroči, da se običajne mase delcev, ki so dovolj veliki, da je gravitacija primerljiva z drugimi vplivi, med seboj izničijo z visoko stopnjo natančnosti. Ta simetrija tudi nakazuje, da ima vsak delec v standardnem modelu partnerja superdelca in da obstaja pet Higgsovih delcev in njihovih pet superpartnerjev. Če takšna simetrija obstaja, jo je treba porušiti, sicer bi imeli superpartnerji enake mase kot navadni delci in bi jih že zdavnaj našli.

Če SUSY obstaja na lestvici, ki je primerna za rešitev problema hierarhije, potem bi moral LHC, ki dosega energije 14 TeV, najti vsaj enega superpartnerja, pa tudi drugi Higgsov delec. V nasprotnem primeru bo obstoj zelo težkih superpartnerjev sam po sebi vodil do še enega hierarhičnega problema, ki ne bo imel dobre rešitve. (Zanimivo je, da bi odsotnost delcev SUSY pri vseh energijah ovrgla teorijo strun, saj je supersimetrija nujen pogoj za teorije strun, ki vsebujejo standardni model osnovnih delcev).

Tukaj je prva možna rešitev problema hierarhije, ki trenutno nima dokazov.

Možno je ustvariti majhne super ohlajene nosilce, napolnjene s piezoelektričnimi kristali (ki proizvajajo elektriko, ko so deformirani), z razdaljami med njimi. Ta tehnologija nam omogoča, da določimo omejitve 5-10 mikronov pri "velikih" meritvah. Z drugimi besedami, gravitacija deluje v skladu z napovedmi splošne teorije relativnosti na lestvicah, veliko manjših od milimetra. Torej, če obstajajo velike dodatne dimenzije, so na energijskih ravneh, ki so LHC nedostopne in, kar je še pomembneje, ne rešujejo problema hierarhije.

Seveda lahko za problem hierarhije obstaja povsem drugačna rešitev, ki je na sodobnih trkalnikih ni mogoče najti ali pa je sploh ni; lahko je samo lastnost narave brez kakršne koli razlage za to. Toda znanost ne bo napredovala brez poskusov, in to je tisto, kar poskušajo doseči te ideje in prizadevanja: pospešiti naše znanje o vesolju. In kot vedno, z začetkom druge vožnje LHC, se veselim, da vidim, kaj se lahko pojavi tam, poleg že odkritega Higgsovega bozona!

Oznake:

• gravitacija
• temeljne interakcije
• rezervoar

Esej

v fiziki

na temo:

« Problemi sodobne fizike»

Začnimo s problemom, ki zdaj vzbuja največ pozornosti fizikov, s katerim se ukvarja morda največ raziskovalcev in raziskovalnih laboratorijev po vsem svetu - to je problem atomskega jedra in še posebej kot njegove najbolj pomemben in pomemben del – tako imenovani problem urana.

Ugotoviti je bilo mogoče, da so atomi sestavljeni iz relativno težkega pozitivno nabitega jedra, obdanega z določenim številom elektronov. Pozitivni naboj jedra in negativni naboji elektronov, ki ga obkrožajo, se med seboj izničijo. Na splošno je atom videti nevtralen.

Od leta 1913 do skoraj leta 1930 so fiziki natančno preučevali lastnosti in zunanje manifestacije atmosfere elektronov, ki obdajajo atomsko jedro. Te študije so vodile do ene same popolne teorije, ki je odkrila nove zakone gibanja elektronov v atomu, ki nam jih prej nismo poznali. Ta teorija se imenuje kvantna ali valovna teorija materije. K temu se bomo vrnili kasneje.

Od približno leta 1930 je bil glavni poudarek na atomskem jedru. Jedro je za nas še posebej zanimivo, ker je v njem skoncentrirana skoraj vsa masa atoma. In masa je merilo zaloge energije, ki jo ima določen sistem.

Vsak gram katere koli snovi vsebuje natančno znano energijo in poleg tega zelo pomembno. Na primer, kozarec čaja, ki tehta približno 200 g, vsebuje količino energije, za pridobitev katere bi bilo potrebno zgoreti približno milijon ton premoga.

Ta energija se nahaja ravno v atomskem jedru, saj je 0,999 celotne energije, celotne mase telesa, vsebovane v jedru in le manj kot 0,001 celotne mase lahko pripišemo energiji elektronov. Ogromne zaloge energije v jedrih so neprimerljive oblika energije, kot smo jo poznali do sedaj.

Seveda je upanje na posedovanje te energije vabljivo. Toda za to ga morate najprej preučiti in nato najti načine, kako ga uporabiti.

Toda poleg tega nas jedro zanima iz drugih razlogov. Jedro atoma v celoti določa njegovo celotno naravo, določa njegove kemične lastnosti in njegovo individualnost.

Če se železo razlikuje od bakra, od ogljika, od svinca, potem je ta razlika ravno v atomskih jedrih in ne v elektronih. Vsa telesa imajo enake elektrone in vsak atom lahko izgubi del svojih elektronov, do te mere, da se atomu lahko odvzamejo vsi elektroni. Dokler je atomsko jedro s svojim pozitivnim nabojem nedotaknjeno in nespremenjeno, bo vedno pritegnilo toliko elektronov, kolikor jih je potrebno za kompenzacijo njegovega naboja. Če ima srebrovo jedro 47 nabojev, bo nase vedno vezalo 47 elektronov. Torej, ko ciljam na jedro, imamo opravka z istim elementom, z isto snovjo. Takoj ko se jedro spremeni, en kemični element postane drug. Šele takrat bi se uresničile dolgoletne in dolgo opuščene sanje o alkimiji – preobrazba enih elementov v druge. Na sedanji stopnji zgodovine so se te sanje uresničile, ne ravno v obliki in ne z rezultati, kot so jih alkimisti pričakovali.

Kaj vemo o atomskem jedru? Jedro pa je sestavljeno iz še manjših komponent. Te komponente predstavljajo najenostavnejša jedra, ki jih poznamo v naravi.

Najlažje in zato najenostavnejše jedro je jedro vodikovega atoma. Vodik je prvi element periodnega sistema z atomsko maso približno 1. Vodikovo jedro je del vseh drugih jeder. Toda po drugi strani je lahko videti, da vsa jedra ne morejo biti sestavljena samo iz vodikovih jeder, kot je predvideval Prout že davno, pred več kot 100 leti.

Jedra atomov imajo določeno maso, ki je podana z atomsko težo, in določen naboj. Jedrski naboj določa število, ki ga dani element zaseda V Mendelejev periodni sistem.

Vodik v tem sistemu je prvi element: ima en pozitiven naboj in en elektron. Drugi element po vrstnem redu ima jedro z dvojnim nabojem, tretji - s trojnim nabojem itd. vse do zadnjega in najtežjega od vseh elementov, urana, katerega jedro ima 92 pozitivnih nabojev.

Mendelejev je sistematiziral ogromen eksperimentalni material na področju kemije in ustvaril periodični sistem. Takrat seveda ni sumil o obstoju jeder, vendar ni mislil, da je vrstni red elementov v sistemu, ki ga je ustvaril, določen zgolj z nabojem jedra in nič več. Izkazalo se je, da ti dve značilnosti atomskih jeder – atomska teža in naboj – ne ustrezata tistemu, kar bi pričakovali na podlagi Proutove hipoteze.

Torej, drugi element - helij ima atomsko maso 4. Če je sestavljen iz 4 vodikovih jeder, potem bi moral biti njegov naboj 4, medtem ko je njegov naboj 2, ker je drugi element. Zato morate misliti, da sta v heliju samo 2 vodikovi jedri. Vodikovim jedrom pravimo protoni. Ampak pri Poleg tega sta v helijevem jedru še 2 enoti mase, ki nimata naboja. Drugo komponento jedra je treba obravnavati kot nenabito vodikovo jedro. Razlikovati moramo med vodikovimi jedri, ki imajo naboj, oziroma protoni, in jedri, ki nimajo električnega naboja, nevtralna, imenujemo jih nevtroni.

Vsa jedra so sestavljena iz protonov in nevtronov. Helij ima 2 protona in 2 nevtrona. Dušik ima 7 protonov in 7 nevtronov. Kisik ima 8 protonov in 8 nevtronov, ogljik C ima protone in 6 nevtronov.

Toda potem je ta preprostost nekoliko porušena, število nevtronov postaja vedno večje v primerjavi s številom protonov in v zadnjem elementu - uranu je 92 nabojev, 92 protonov, njegova atomska teža pa je 238. Posledično je še en element 92 protonom je dodanih 146 nevtronov.

Seveda si ne moremo misliti, da je to, kar poznamo leta 1940, že izčrpen odraz realnega sveta in se raznolikost konča pri teh delcih, ki so elementarni v dobesednem pomenu besede. Pojem elementarnosti pomeni le določeno stopnjo našega prodiranja v globine narave. Na tej stopnji pa poznamo sestavo atoma le do teh elementov.

Te preproste slike pravzaprav ni bilo tako lahko razumeti. Premagati smo morali celo vrsto težav, celo vrsto protislovij, ki so se že v trenutku njihove identifikacije zdela brezupna, a so se, kot vedno v zgodovini znanosti, izkazala le za različne plati splošnejše slike. , ki je bila sinteza tega, kar se je zdelo protislovje, in prešli smo na naslednje, globlje razumevanje problema.

Najpomembnejša od teh težav se je izkazala za naslednjo: na samem začetku našega stoletja je bilo že znano, da b-delci (izkazalo se je, da so helijeva jedra) in b-delci (elektroni) letijo iz globin radioaktivni atomi (takrat o jedru še niso slutili). Zdelo se je, da tisto, kar leti iz atoma, je tisto, iz česar je sestavljen. Posledično se je zdelo, da so jedra atomov sestavljena iz helijevih jeder in elektronov.

Napaka prvega dela te izjave je jasna: očitno je, da je nemogoče sestaviti vodikovo jedro iz štirikrat težjih jeder helija: del ne more biti večji od celote.

Tudi drugi del te izjave se je izkazal za napačnega. Med jedrskimi procesi se res izločajo elektroni, pa vendar v jedrih ni elektronov. Zdi se, da je tukaj logično protislovje. Ali je tako?

Vemo, da atomi oddajajo svetlobo, svetlobne kvante (fotone).

Zakaj so ti fotoni shranjeni v atomu v obliki svetlobe in čakajo na trenutek, da se sprostijo? Očitno ne. Emisijo svetlobe razumemo tako, da električni naboji v atomu, ki se premikajo iz enega stanja v drugo, sprostijo določeno količino energije, ki se spremeni v obliko sevalne energije, ki se širi po prostoru.

Podobno lahko razmišljamo o elektronu. Zaradi številnih razlogov se elektron ne more nahajati v atomskem jedru. Ne more pa nastati v jedru, kot foton, ker ima negativen električni naboj. Trdno je ugotovljeno, da električni naboj, tako kot energija in snov na splošno, ostaja nespremenjen; skupna količina električne energije se nikjer ne ustvari in nikamor ne izgine. Posledično, če se negativni naboj odnese, potem jedro prejme enak pozitivni naboj. Proces oddajanja elektronov spremlja sprememba naboja jedra. Toda jedro je sestavljeno iz protopopov in nevtronov, kar pomeni, da se je eden od nenabitih nevtronov spremenil v pozitivno nabit proton.

Posamezni negativni elektron se ne more niti pojaviti niti izginiti. Toda dva nasprotna naboja se lahko, če se dovolj približata drug drugemu, izničita ali celo popolnoma izgineta in sprostita svojo zalogo energije v obliki sevalne energije (fotonov).

Kaj so ti pozitivni naboji? Ugotoviti je bilo mogoče, da poleg negativnih elektronov v naravi opazimo pozitivne naboje, ki jih je mogoče ustvariti s pomočjo laboratorijev in tehnologije, ki so po vseh svojih lastnostih: po masi, velikosti naboja povsem skladni z elektroni, vendar imajo samo pozitiven naboj. Takšen naboj imenujemo pozitron.

Tako ločimo med elektroni (negativni) in pozitroni (pozitivni), razlikujejo se le po nasprotnem predznaku naboja. V bližini jeder lahko pride do obeh procesov združevanja pozitronov z elektroni in cepitve na elektron in pozitron, pri čemer elektron zapusti atom in pozitron vstopi v jedro ter spremeni nevtron v proton. Hkrati z elektronom odide tudi nenaelektren delec, nevtrino.

Opazimo tudi procese v jedru, pri katerih elektron prenese svoj naboj na jedro, pri čemer se proton spremeni v nevtron, pozitron pa odleti iz atoma. Ko se elektron izpusti iz atoma, se naboj jedra poveča za ena; Ko izseva pozitron ali proton, se naboj in število v periodnem sistemu zmanjšata za eno enoto.

Vsa jedra so zgrajena iz nabitih protonov in nenabitih nevtronov. Vprašanje je, s kakšnimi silami jih zadržujejo v atomskem jedru, kaj jih povezuje, kaj določa gradnjo različnih atomskih jeder iz teh elementov?

Podobno vprašanje o povezavi med jedrom in elektroni v atomu je dobilo preprost odgovor. Pozitivni naboj jedra po osnovnih zakonitostih elektrike privlači k sebi negativne elektrone, tako kot Sonce z gravitacijskimi silami k sebi privlači Zemljo in druge planete. Toda v atomskem jedru je eden od sestavnih delov nevtralen. Kako se poveže s pozitivno nabitim protonom in drugimi nevtroni? Poskusi so pokazali, da so sile, ki vežejo dva nevtrona skupaj, po velikosti približno enake silam, ki vežejo nevtron s protonom in celo 2 protona med seboj. To niso gravitacijske sile, ne električne ali magnetne interakcije, temveč sile posebne narave, ki izhajajo iz kvantne ali valovne mehanike.

Eden od sovjetskih znanstvenikov I.E. "Gamm je domneval, da povezavo med nevtronom in protonom zagotavljajo električni naboji - elektroni in pozitroni. Njihova emisija in absorpcija bi morali res dati nekaj sil povezave med protonom in nevtronom. Toda, kot so pokazali izračuni, so te sile velikokrat šibkejši od tistih, ki dejansko obstajajo v jedru in zagotavljajo njegovo moč.

Nato je japonski fizik Yukawa poskušal zastaviti problem tako: ker interakcija preko elektronov in pozitronov ni dovolj za razlago jedrskih sil, kateri so potem delci, ki bi zagotovili zadostne sile? In izračunal je, da če bi v jedru našli negativne in pozitivne delce z maso, 200-krat večjo od pozitrona in elektrona, bi ti delci zagotovili pravilno relevantnost medsebojnih sil.

Po kratkem času so bili ti delci odkriti v kozmičnih žarkih, ki prihajajo iz vesolja, prodrejo v atmosfero in jih opazimo na zemeljski površini, na višini Elbrusa in celo pod zemljo na precej veliki globini. Izkazalo se je, da kozmični žarki, ki vstopajo v ozračje, ustvarjajo negativno in pozitivno nabite delce z maso približno 200-krat večjo od mase elektrona. Ti delci so hkrati 10-krat lažji od protona in nevtrona (ki sta približno 2000-krat težja od elektrona). Gre torej za delce »povprečne« teže. Zato so jih imenovali mezotroni ali krajše mezoni. Njihov obstoj kot del kozmičnih žarkov v zemeljski atmosferi je zdaj brez dvoma.

Isti I.E. Tamm je pred kratkim preučeval zakone gibanja mezonov. Izkazalo se je, da imajo svojevrstne lastnosti, v mnogih pogledih niso podobne lastnostim elektronov in pozitronov. Na podlagi teorije mezonov je skupaj z L.D. Landau je ustvaril izjemno zanimivo teorijo o nastanku nevtronov in protonov.

Tamm in Landau si predstavljata, da je nevtron proton, povezan z negativnim mezonom. Pozitivno nabit proton z negativnim elektronom tvori atom vodika, kar nam je dobro znano. Če pa je namesto negativnega elektrona negativni mezon, 200-krat težji delec s posebnimi lastnostmi, potem takšna kombinacija zavzame veliko manj prostora in se po vseh svojih lastnostih zelo ujema s tem, kar vemo o nevtronu.

V skladu s to hipotezo se domneva, da je nevtron proton, sklopljen z negativnim mezonom, in obratno, proton je nevtron, sklopljen s pozitivnim mezonom.

Tako se »elementarni« delci - protoni in nevtroni - pred našimi očmi ponovno začnejo ločevati in razkrivajo svojo kompleksno strukturo.

Morda pa je še bolj zanimivo to, da nas takšna teorija spet vrača k električni teoriji materije, ki jo je zmotil pojav nevtronov. Ponovno lahko trdimo, da so vsi elementi atoma in njegovega jedra, ki so nam doslej znani, v bistvu električnega izvora.

Vendar ne smemo misliti, da imamo v jedru opravka le s ponavljanjem lastnosti istega atoma.

Če preidemo od izkušenj, nabranih v astronomiji in mehaniki, do merila atoma, do 100 milijonink centimetra, se znajdemo v novem svetu, kjer se pojavljajo prej neznane nove fizikalne lastnosti atomske fizike. Te lastnosti pojasnjuje kvantna mehanika.

Popolnoma naravno je pričakovati, in očitno nam izkušnje to že kažejo, da ko preidemo na naslednjo stopnjo, k atomskemu jedru, in je atomsko jedro še vedno 100 tisočkrat manjše od atoma, potem tukaj odkrijemo celo nove, specifične zakonitosti jedrskih procesov, ki se ne manifestirajo opazno niti v atomu niti v velikih telesih.

Da se kvantna mehanika, ki nam odlično opiše vse lastnosti atomskih sistemov, izkaže za nezadostno in jo je treba dopolniti in popraviti v skladu s pojavi, ki jih najdemo v atomskem jedru.

Vsako takšno kvantitativno stopnjo spremlja manifestacija kvalitativno novih lastnosti. Sile, ki povezujejo proton in nevtron z mezonom, niso sile elektrostatične privlačnosti, temveč so Coulombovi zakoni, ki povezujejo vodikovo jedro z njegovim elektronom, sile bolj kompleksne narave, ki jih opisuje Tammova teorija.

Tako se nam zdaj zdi struktura atomskega jedra. Zakonca Pierre in Marie Curie leta 1899. odkril radij in proučeval njegove lastnosti. Toda pot opazovanja, ki je bila na prvi stopnji neizogibna, saj druge nismo imeli, je izjemno neučinkovita pot za razvoj znanosti.

Hiter razvoj je zagotovljen z možnostjo aktivnega vpliva na preučevani predmet. Atomsko jedro smo začeli prepoznavati, ko smo se ga naučili aktivno spreminjati. To je drzno. pred približno 20 leti slavnemu angleškemu fiziku Rutherfordu.

Že dolgo je znano, da lahko pričakujemo, da bosta jedri med seboj vplivali, ko se srečata dve atomski jedri. Toda kako izpeljati takšno srečanje? Navsezadnje so jedra pozitivno nabita. Ko se približujejo drug drugemu, so njihove velikosti tako majhne, ​​da dosežejo odbojne sile ogromne velikosti. Atomska energija je potrebna, da premaga te sile in prisili eno jedro, da se sreča z drugim. Za kopičenje takšne energije je bilo treba jedra prisiliti, da gredo skozi potencialno razliko reda 1 milijona V. In tako, ko so leta 1930 pridobili votle cevi, v katerih je bilo mogoče ustvariti potencialne razlike več kot 0,5 milijonov V, so jih takoj uporabili za vplivanje na atomska jedra.

Povedati je treba, da takšnih cevi ni pridobila fizika atomskega jedra, temveč elektrotehnika v povezavi s problemom prenosa energije na velike razdalje.

Dolgoletne sanje visokonapetostne elektrotehnike so prehod iz izmeničnega na enosmerni tok. Če želite to narediti, morate biti sposobni pretvoriti visokonapetostne izmenične tokove v enosmerne in obratno.

V ta namen, še danes nedosežen, so bile ustvarjene cevi, v katerih so vodikova jedra prešla skozi več kot 0,5 milijona V in prejela visoko kinetično energijo. Ta tehnični dosežek so takoj uporabili in v Cambridgeu poskušali te hitre delce usmeriti v jedra različnih atomov.

Seveda so v strahu, da medsebojno odbijanje ne bi omogočilo srečanja jeder, vzeli jedra z najmanjšim nabojem. Najmanjši naboj ima proton. Zato je v votli cevi tok vodikovih jeder prešel skozi potencialno razliko do 700 tisoč V. V prihodnosti dovolite, da se energija, ki jo prejme naboj elektrona ali protona po prehodu 1 V, imenuje elektronski volt. Protoni, ki so prejeli energijo približno 0,7 milijona eV, so bili usmerjeni v pripravek, ki je vseboval litij.

Litij zaseda tretje mesto v periodnem sistemu. Njegova atomska teža je 7; ima 3 protone in 4 nevtrone. Ko v jedro litija vstopi še en proton in se mu pridruži, bomo dobili sistem 4 protonov in 4 nevtronov, tj. četrti element je berilij z atomsko maso 8. Takšno berilijevo jedro razpade na dve polovici, od katerih ima vsaka atomsko maso 4 in naboj 2, tj. je helijevo jedro.

Dejansko je bilo to opaziti. Ko je bil litij obstreljen s protoni, so bila helijeva jedra izvržena; Poleg tega lahko ugotovimo, da 2 b-delca z energijo 8,5 milijona eV vsak odletita v nasprotni smeri hkrati.

Iz te izkušnje lahko potegnemo dva zaključka. Najprej smo dobili helij iz vodika in litija. Drugič, ko smo porabili en proton z energijo 0,5 milijona eV (in potem se je 70.000 eV izkazalo za dovolj), smo prejeli 2 delca, od katerih ima vsak 8,5 milijona eV, tj. 17 milijonov eV.

V tem procesu smo torej izvedli reakcijo, ki jo spremlja sproščanje energije iz atomskega jedra. Po porabi le 0,5 milijona eV smo prejeli 17 milijonov - 35-krat več.

Toda od kod ta energija? Seveda zakon o ohranitvi energije ni kršen. Kot vedno imamo opravka s pretvorbo ene vrste energije v drugo. Izkušnje kažejo, da ni treba iskati skrivnostnih, še neznanih virov.

Videli smo že, da masa meri količino energije, shranjene v telesu. Če smo sprostili energijo 17 milijonov eV, potem bi morali pričakovati, da se je zaloga energije v atomih zmanjšala, zato se je zmanjšala njihova teža (masa).

Pred trkom smo imeli jedro litija, katerega natančna atomska masa je 7,01819, in vodika, katerega atomska masa je 1,00813; torej je bila pred srečanjem vsota atomskih mas 8,02632, po trku pa sta se sprostila 2 delca helija, katerih atomska masa je bila 4,00389. To pomeni, da imata dve jedri helija atomsko težo 8,0078. Če te številke primerjamo, se izkaže, da namesto vsote atomskih mas 8,026 ostane 8,008; masa se je zmanjšala za 0,018 enote.

Ta masa naj bi dala energijo 17,25 milijona eV, v resnici pa je bila izmerjena 17,13 milijona. Boljšega sovpadanja ne moremo pričakovati.

Ali lahko rečemo, da smo rešili problem alkimije – pretvorbo enega elementa v drugega – in problem pridobivanja energije iz znotrajatomskih zalog?

Ta p je resničen in napačen. Narobe v praktičnem pomenu besede. Konec koncev, ko govorimo o možnosti preoblikovanja elementov, pričakujemo, da dobimo takšne količine snovi, s katerimi se lahko nekaj naredi. Enako velja za energijo.

Iz enega samega jedra smo dejansko dobili 35-krat več energije, kot smo jo porabili. Toda ali lahko ta pojav postane osnova za tehnično uporabo znotrajjedrskih zalog energije?

Žal ne. Od celotnega toka protonov bo približno eden od milijona na poti naletel na jedro litija; 999.999 drugih protopopov pade v jedro in zapravi svojo energijo. Dejstvo je, da naša »artiljerija strelja« tokove protonov v jedra atomov brez »merka«. Zato bo od milijona le eden padel v jedro; celotna bilanca je nedonosna. Za »bombardiranje« jedra se uporablja ogromen stroj, ki porabi veliko električne energije, rezultat pa je več izpuščenih atomov, katerih energije ni mogoče porabiti niti za majhno igračo.

Tako je stalo pred 9 leti. Kako se jedrska fizika razvijala naprej? Z odkritjem nevtronov imamo izstrelek, ki lahko doseže vsako jedro, saj med njimi ni odbojnih sil. Zahvaljujoč temu je zdaj mogoče izvajati reakcije v celotnem periodnem sistemu z uporabo nevtronov. Ni enega elementa, ki ga ne bi mogli spremeniti v drugega. Živo srebro lahko na primer spremenimo v zlato, vendar v neznatnih količinah. Ugotovljeno je bilo, da obstaja veliko različnih kombinacij protonov in nevtronov.

Mendelejev si je predstavljal, da obstaja 92 različnih atomov, da vsaka celica ustreza eni vrsti atoma. Vzemimo 17. celico, ki jo zaseda klor; torej je klor element, katerega jedro ima 17 nabojev; število v njem je lahko 18 ali 20; vsa ta bodo različno zgrajena jedra z različnimi atomskimi masami, a ker so njihovi naboji enaki, so to jedra istega kemičnega elementa. Imenujemo jih izotopi klora. Kemično se izotopi ne razlikujejo; zato je Mendelejev posumil v njihov obstoj. Število različnih jeder je torej veliko večje od 92. Zdaj poznamo približno 350 različnih stabilnih jeder, ki se nahajajo v 92 celicah periodnega sistema, poleg tega pa še okoli 250 radioaktivnih jeder, ki pri razpadanju oddajajo žarke – protoni, nevtroni, pozitroni, elektroni, g-žarki (fotoni) itd.

Poleg tistih radioaktivnih snovi, ki obstajajo v naravi (to so najtežji elementi periodnega sistema), imamo zdaj možnost, da umetno proizvedemo vse radioaktivne snovi, sestavljene iz lahkih atomov ter srednjih in težkih. Zlasti lahko dobimo radioaktivni natrij, če uživamo kuhinjsko sol, ki vsebuje radioaktivni natrij, potem lahko sledimo gibanju radioaktivnih natrijevih atomov po telesu. Radioaktivni atomi so označeni, oddajajo žarke, ki jih lahko zaznamo in z njihovo pomočjo izsledimo pot določene snovi v kateremkoli živem organizmu.

Na enak način lahko z vnašanjem radioaktivnih atomov v kemične spojine sledimo celotni dinamiki procesa, kinetiki kemijske reakcije. Prejšnje metode so določale končni rezultat reakcije, zdaj pa lahko opazujemo njen celoten potek.

To zagotavlja močno orodje za nadaljnje raziskave na področju kemije, biologije in geologije; v poljedelstvu bo mogoče spremljati gibanje vlage v tleh, gibanje hranil, njihov prenos do korenin rastlin itd. Tisto, česar do sedaj nismo mogli neposredno videti, postane dostopno.

Vrnimo se k vprašanju, ali je mogoče pridobivati ​​energijo iz intranuklearnih rezerv?

Pred dvema letoma se je to zdelo kot brezupna naloga. Res je bilo jasno, da je onkraj meja znanega pred dvema letoma ogromno območje neznanega, a

Nismo videli nobenih posebnih načinov za uporabo jedrske energije.

Konec decembra 1938 je bil odkrit pojav, ki je popolnoma spremenil situacijo problematike. To je pojav razpada urana.

Razpad urana se močno razlikuje od drugih doslej znanih procesov radioaktivnega razpada, pri katerem kakšen delec - proton, pozitron, elektron - odleti iz jedra. Ko nevtron zadene jedro urana, lahko rečemo, da jedro razpade na 2 dela. Med tem procesom, kot se izkaže, se iz jedra izpusti več nevtronov. In to vodi do naslednjega zaključka.

Predstavljajte si, da je nevtron priletel v gmoto urana, se srečal z nekaterimi njegovimi jedri, ga razcepil, pri čemer se je sprostila ogromna količina energije, do okoli 160 milijonov eV, poleg tega pa ven odletijo še 3 nevtroni, ki se bodo srečali s sosednjim uranom. jedra, ki jih cepi, bo vsako ponovno sprostilo 160 milijonov eV in ponovno dalo 3 nevtrone.

Zlahka si je predstavljati, kako se bo ta proces razvijal. Eno cepljeno jedro bo proizvedlo 3 nevtrone. Povzročili bodo razdelitev treh novih, od katerih bo vsak dal še 3, pojavilo se jih bo 9, nato 27, nato 81 itd. nevtroni. In v nepomembnem delčku sekunde se bo ta proces razširil na celotno maso uranovih jeder.

Za primerjavo energije, ki se sprosti pri propadu urana, z energijami, ki jih poznamo, naj naredim to primerjavo. Vsak atom vnetljive ali eksplozivne snovi sprosti približno 10 eV energije, pri tem pa eno jedro sprosti 160 milijonov eV. Posledično je energija tukaj 16-milijonkrat večja od izpustov eksploziva. To pomeni, da bo prišlo do eksplozije, katere moč bo 16-milijonkrat večja od eksplozije najmočnejšega eksploziva.

Pogosto, zlasti v našem času, kot neizogibna posledica imperialistične stopnje razvoja kapitalizma, se znanstveni dosežki uporabljajo v vojni za iztrebljanje ljudi. Vendar je naravno, da razmišljamo o njihovi uporabi v dobrobit človeka.

Takšne koncentrirane zaloge energije lahko uporabimo kot gonilno silo za vso našo tehnologijo. Kako to narediti, je seveda povsem nejasna naloga. Novi viri energije nimajo pripravljene tehnologije. Ponovno ga bomo morali ustvariti. Toda najprej se morate naučiti proizvajati energijo. Na poti do tega so še nepremagljive težave.

Uran je na 92. mestu periodnega sistema, ima 92 nabojev, vendar je več izotopov. Eden ima atomsko težo 238, drugi - 234, tretji - 235. Od vseh teh različnih uranov se lahko plaz energije razvije samo v uranu 235, vendar le 0,7% tega · Skoraj 99% je uran-238, ki ima lastnost prestrezanja nevtronov na poti. Nevtron, ki ga izpusti jedro urana-235, preden doseže drugo jedro urana-235, bo prestreglo jedro urana-238. Plaz ne bo narasel. Toda takšne naloge ni mogoče zlahka opustiti. Eden od izhodov je proizvodnja urana, ki vsebuje skoraj samo uran-235.

Doslej pa je bilo mogoče izotope ločiti le v količinah miligrama, za sprožitev plazu pa je treba imeti več ton urana-235. Od delcev miligrama do več ton je pot tako daleč, da je videti kot znanstvena fantastika in ne prava naloga. A tudi če trenutno ne poznamo poceni in razširjenih načinov ločevanja izotopov, to ne pomeni, da so vse poti do tega zaprte. Zato tako sovjetski kot tuji znanstveniki zdaj pridno delajo na metodah ločevanja izotopov.

Možen pa je tudi drug način mešanja urana s snovjo, ki malo absorbira, vendar močno razprši in upočasnjuje nevtrone. Dejstvo je, da počasnih nevtronov, ki cepijo uran-235, uran-238 ne ustavi. Situacija je trenutno taka, da preprost pristop ne pripelje do cilja, so pa še različne možnosti, zelo kompleksne, težke, a ne brezupne. Če bi ena od teh poti vodila do cilja, potem bi verjetno povzročila revolucijo v vsej tehniki, ki bi po svojem pomenu presegla pojav parnega stroja in elektrike.

Zato ni nobenega razloga, da bi verjeli, da je problem rešen, da se moramo le naučiti uporabljati energijo in vso staro tehnologijo vržemo v smeti. Nič takega. Prvič, še ne vemo, kako pridobiti energijo iz urana, in drugič, če bi p lahko pridobili, bi njegova uporaba zahtevala veliko časa in dela. Ker te ogromne zaloge energije obstajajo v jedrih, bi lahko mislili, da se bodo prej ali slej našli načini za njihovo uporabo.

Na poti k proučevanju problematike urana je bila v Uniji narejena izjemno zanimiva študija. To je delo dveh mladih sovjetskih znanstvenikov - komsomolca Flerova in mladega sovjetskega fizika Petržaka. Pri proučevanju pojava cepitve urana so opazili, da uran razpade sam od sebe brez zunanjega vpliva. Od 10 milijonov alfa žarkov, ki jih oddaja uran, jih le 6 ustreza drobcem iz njegovega razpada. Teh 0 delcev je bilo mogoče opaziti med 10 milijoni drugih le z velikim opazovanjem in izjemno eksperimentalno umetnostjo.

Dva mlada fizika sta ustvarila opremo, ki je bila 40-krat bolj občutljiva od vsega doslej znanega, hkrati pa tako natančna, da sta lahko z gotovostjo pripisala resnično vrednost tem 6 točkam od 10 milijonov. Nato zaporedno in Svoje zaključke so sistematično preverjali in trdno uveljavili nov pojav spontanega razpada urana.

To delo ni izjemno samo zaradi rezultatov, vztrajnosti, temveč tudi zaradi subtilnosti eksperimenta, ampak tudi zaradi iznajdljivosti avtorjev. Glede na to, da je eden star 27 let, drugi pa 32, potem lahko od njiju pričakujete veliko. To delo je bilo predloženo za Stalinovo nagrado.

Pojav, ki sta ga odkrila Flerov in Pietrzak, kaže, da je element 92 nestabilen. Res je, da bo trajalo 1010 let, da se zruši polovica vseh razpoložljivih uranovih jeder. Vendar postane jasno, zakaj se periodni sistem konča s tem elementom.

Težji elementi bodo še bolj nestabilni. Uničijo se hitreje in zato niso preživeli do nas. Da je temu tako, so spet potrdile neposredne izkušnje. Lahko izdelujemo 93 - th in element 94, vendar imata zelo kratko življenjsko dobo, manj kot 1000 let.*

Zato je, kot vidite, to delo temeljnega pomena. Ne samo, da je bilo odkrito novo dejstvo, ampak je bila razjasnjena tudi ena od skrivnosti periodnega sistema.

Preučevanje atomskega jedra je odprlo možnosti za uporabo intraatomskih rezerv, vendar doslej tehnologiji ni dalo nič resničnega. Tako se zdi. Toda v resnici je vsa energija, ki jo uporabljamo v tehnologiji, vsa jedrska energija. Pravzaprav, kje dobimo energijo iz premoga, nafte, kje hidroelektrarne?

Dobro veste, da se energija sončnih žarkov, ki jo absorbirajo zeleni listi rastlin, shrani v obliki premoga, sončni žarki, izhlapevanje vode, jo dvignejo in izlijejo v obliki dežja v višino, v obliki gorskih rek dovajajo energijo hidroelektrarnam.

Vse vrste energije, ki jih uporabljamo, pridobivamo iz Sonca. Sonce oddaja ogromno energije ne le proti Zemlji, ampak v vse smeri in upravičeno domnevamo, da Sonce obstaja že stotine milijard let. Če izračunate, koliko energije je bilo v tem času oddane, se pojavi vprašanje - od kod prihaja ta energija, kje je njen vir?

Vse, kar smo si lahko izmislili prej, se je izkazalo za premalo in šele zdaj se zdi, da smo dobili pravi odgovor. Vir energije ne samo iz Sonca, ampak tudi iz drugih zvezd (naše Sonce se v tem pogledu ne razlikuje od drugih zvezd) so jedrske reakcije. V središču zvezde je zaradi gravitacijskih sil ogromen pritisk in zelo visoka temperatura - 20 milijonov stopinj. V takšnih razmerah jedra atomov pogosto trčijo med seboj, med temi trki pa pride do jedrskih reakcij, eden od primerov tega je obstreljevanje litija s protoni.

Jedro vodika trči z jedrom ogljika z atomsko maso 12, pri čemer nastane dušik 13, ki se spremeni v ogljik 13 in oddaja pozitivni pozitron. Nato novi ogljik 13 trči z drugim vodikovim jedrom itd. Kar na koncu dobite, je isti ogljik 12, ki je začel stvari. Ogljik je tukaj le prešel skozi različne stopnje in je sodeloval le kot katalizator. Toda namesto 4 vodikovih jeder se je na koncu reakcije pojavilo novo jedro helija in dva dodatna pozitivna naboja.

Znotraj vseh zvezd se razpoložljive zaloge vodika s takimi reakcijami pretvorijo v helij in tu postanejo jedra bolj kompleksna. Iz najpreprostejših vodikovih jeder nastane naslednji element - helij. Količina energije, ki se v tem primeru sprosti, kot kažejo izračuni, natančno ustreza energiji, ki jo oddaja zvezda. Zato se zvezde ne ohladijo. Svojo zalogo energije nenehno dopolnjujejo, seveda dokler je zaloga vodika.

Pri razpadu urana imamo opravka s sesedanjem težkih jeder in njihovim preoblikovanjem v veliko lažja.

V ciklu naravnih pojavov tako vidimo dva skrajna člena - najtežji razpadejo, najlažji se združijo, seveda pod popolnoma drugačnimi pogoji.

Tu smo naredili prvi korak k problemu evolucije elementov.

Vidite, da so se namesto toplotne smrti, ki jo je napovedovala fizika prejšnjega stoletja, napovedovala, kot je poudaril Engels, neutemeljeno, le na podlagi zakonov toplotnih pojavov, po 80 letih veliko močnejši procesi, ki kažejo na nam nekakšen energijski cikel v naravi, do tega, da ponekod pride do zapleta, drugje pa do razpada snovi.

Pojdimo zdaj od atomskega jedra do njegove lupine in nato do velikih teles, sestavljenih iz ogromnega števila atomov.

Ko so prvič izvedeli, da je atom sestavljen iz jedra p elektronov, se je zdelo, da so elektroni najbolj elementarne, najpreprostejše tvorbe, katerih masa in naboj sta bila znana količino snovi, temveč količino energije, ki jo snov premore.

Torej, poznali smo naboj elektrona, poznali smo njegovo maso in ker o njem nismo vedeli ničesar drugega, se je zdelo, da ni bilo ničesar več za vedeti. Da bi mu pripisali porazdeljeno obliko, kubično, podolgovato ali ploščato, je bilo treba imeti nekaj razlogov, a jih ni bilo. Zato je veljala za kroglo velikosti 2 x 10"" 2 cm. Ni bilo jasno, kako se ta naboj nahaja: na površini krogle ali zapolnjuje njen volumen?

Ko smo se dejansko približali elektronom v atomu in začeli preučevati njihove lastnosti, je ta navidezna preprostost začela izginjati.

Vsi smo prebrali čudovito Leninovo knjigo »Materializem in empiriokritika«, napisano leta 1908, tj. v času, ko se je zdelo, da so elektroni najpreprostejši in najbolj nedeljivi osnovni naboji. Nato je Lenin poudaril, da elektron ne more biti zadnji element v našem poznavanju narave, da se bo v elektronu sčasoma razkrila nova sorta, ki nam je še takrat neznana. Ta napoved, tako kot vse druge napovedi V.I. Lenin v tej čudoviti knjigi je bil že upravičen. Elektron ima magnetni moment. Izkazalo se je, da elektron ni samo naboj, ampak tudi magnet. Ugotovljeno je bilo tudi, da ima rotacijski moment, tako imenovani spin. Nadalje se je izkazalo, da čeprav se elektron giblje okoli jedra, kot planeti okoli Sonca, se lahko za razliko od planetov giblje le po točno določenih kvantnih orbitah, ima lahko natančno definirane energije in nima vmesnih.

Izkazalo se je, da je to posledica dejstva, da samo gibanje elektronov v atomu zelo nejasno spominja na gibanje krogle v njegovi orbiti. Zakoni gibanja elektronov so bližje zakonom širjenja valov, na primer svetlobnih valov.

Izkazalo se je, da se elektroni gibljejo po zakonih valovnega gibanja, ki tvorijo vsebino valovne mehanike. Ne zajema le gibanja elektronov, temveč tudi vse vrste dokaj majhnih delcev.

Videli smo že, da se elektron z majhno maso lahko spremeni v mezon z 200-krat večjo maso, in obratno, mezon razpade in pojavi se elektron z 200-krat manjšo maso. Vidite, da je preprostost elektrona izginila.

Če je lahko elektron v dveh stanjih: z nizko in z visoko energijo, potem ni tako preprosto telo. Posledično je bila preprostost elektrona leta 1908 navidezna preprostost, ki je odražala nepopolnost našega znanja. To je zanimivo kot eden od primerov sijajnega predvidevanja pravilne znanstvene filozofije, ki ga je izrazil tako izjemen mojster, ki je obvladal dialektično metodo, kot je Lenin.

Toda ali imajo zakoni gibanja elektronov v atomu, velikem 100 milijonink centimetra, praktičen pomen?

Na to se odziva elektronska optika, razvita v zadnjih letih. Ker gibanje elektrona poteka v skladu z zakoni širjenja svetlobnih valov, bi se morali tokovi elektronov širiti na približno enak način kot svetlobni žarki. Dejansko so bile takšne lastnosti odkrite pri elektrodah.

Na tej poti je bilo v zadnjih letih mogoče rešiti zelo pomemben praktični problem - ustvariti elektronski mikroskop. Optični mikroskop je dal človeku rezultat ogromnega pomena. Dovolj je spomniti se, da celotno učenje o mikrobih in boleznih, ki jih povzročajo, vse metode njihovega zdravljenja temeljijo na tistih dejstvih, ki jih je mogoče opazovati pod mikroskopom. V zadnjih letih se je pojavilo več razlogov za mnenje, da organski svet ni omejen na mikrobe, da obstajajo nekatere žive tvorbe, katerih dimenzije so veliko manjše od mikrobov. In tu smo naleteli na na videz nepremostljivo oviro.

Mikroskop uporablja svetlobne valove. S pomočjo svetlobnih valov, ne glede na to, kateri sistem leč uporabljamo, je nemogoče preučevati objekte, ki so mnogokrat manjši od svetlobnega vala.

Valovna dolžina svetlobe je zelo majhna vrednost, merjena v desetinkah mikrona. Mikron je tisočinka milimetra. To pomeni, da so v dobrem mikroskopu vidne vrednosti 0,0002 - 0,0003 mm, manjše pa ne. Mikroskop je tu neuporaben, a samo zato, ker ne znamo narediti dobrih mikroskopov, ampak ker je taka narava svetlobe.

Kaj je najboljši izhod? Potrebna je svetloba s krajšo valovno dolžino. Čim krajša je valovna dolžina, tem manjše predmete lahko vidimo. Številni razlogi so nas dali misliti, da obstajajo majhni organizmi, ki so mikroskopu nedostopni, a so kljub temu velikega pomena v rastlinskem in živalskem svetu ter povzročajo številne bolezni. To so tako imenovani virusi, filtrirni in nefiltrirni. Svetlobni valovi jih niso zaznali.

Tokovi elektronov so podobni svetlobnim valovom. Lahko se koncentrirajo na enak način, kot svetlobni žarki, in ustvarijo popolno podobo optike. Imenuje se elektronska optika. Predvsem je možno izvesti tudi elektronski mikroskop, t.j. ista naprava, ki bo ustvarila močno povečano sliko majhnih predmetov z uporabo elektronov. Vlogo očal bodo imela električna in magnetna polja, ki delujejo na gibanje elektronov, kot leča na svetlobne žarke. Toda dolžina elektronskih valov je 100-krat krajša od svetlobnih valov, zato lahko s pomočjo elektronskega mikroskopa vidite 100-krat manjša telesa, ne 10 tisočink milimetra, ampak milijoninko milimetra in milijoninko. milimeter je že velikost velikih molekul.

Druga razlika je, da z očmi vidimo svetlobo, ne moremo pa videti elektrona. A to ni tako velika napaka. Če elektronov ne vidimo, se jasno vidijo mesta, kamor padajo. Povzročijo, da zaslon zasije ali fotografska plošča počrni, mi pa lahko proučujemo fotografijo predmeta. Zgrajen je bil elektronski mikroskop in dobili smo mikroskop s povečavo ne 2000-3000, ampak 150-200 tisočkrat, ki označuje predmete, 100-krat manjše od tistih, ki so dostopni optičnemu mikroskopu. Virusi so iz hipoteze takoj postali dejstvo. Lahko preučujete njihovo vedenje. Vidite lahko celo obrise kompleksnih molekul. Tako smo dobili novo močno orodje za preučevanje narave.

Znano je, kako velikanska vloga je bila mikroskopa v biologiji, kemiji in medicini. Pojav novega orožja bo morda naredil še pomembnejši korak naprej in nam odprl nova, prej neznana področja. Težko je napovedati, kaj se bo odkrilo v tem svetu milijonink milimetra, vendar si lahko mislimo, da gre za novo stopnjo v naravoslovju, elektrotehniki in mnogih drugih področjih znanja.

Kot lahko vidite, smo od vprašanj valovne teorije materije z njenimi čudnimi, nenavadnimi določbami hitro prešli na resnične in praktično pomembne rezultate.

Elektronska optika se ne uporablja le za ustvarjanje nove vrste mikroskopa. Njegova vrednost izjemno hitro raste. Vendar se bom omejil le na primer njegove uporabe.

Ker govorim o najsodobnejših problemih fizike, ne bom razlagal teorije o atomu, ki je bila dokončana leta 1930: to je prej problem včerajšnjega dne.

Sedaj nas zanima, kako se atomi združujejo v fizična telesa, ki jih lahko stehtamo na tehtnici, čutimo njihovo toploto, velikost ali trdoto in s katerimi imamo opravka v življenju, tehniki itd.

Kako se lastnosti atomov kažejo v trdnih snoveh? Najprej se izkaže, da kvantni zakoni, ki so bili odkriti v posameznih atomih, ohranjajo svojo polno uporabnost za cela telesa. Tako v posameznih atomih kot v celem telesu zavzemajo elektroni le zelo določene položaje in imajo samo določene, zelo določene energije.

Elektron v atomu je lahko le v določenem stanju gibanja, poleg tega pa je v vsakem takem stanju lahko samo en elektron. V atomu ne moreta biti dva elektrona, ki sta v enakih stanjih. To je tudi ena glavnih določb atomske teorije.

Torej, ko se atomi združijo v ogromnih količinah in tvorijo trdno telo - kristal, potem v tako velikih telesih ne moreta obstajati dva elektrona, ki bi zasedla isto stanje.

Če je število stanj, ki so na voljo elektronom, natančno enako številu elektronov, potem vsako stanje zasede en elektron in ni več prostih stanj. V takem telesu so elektroni vezani. Da se začnejo premikati v določeni smeri in ustvarjajo tok elektrike oziroma električnega toka, torej da telo prevaja električni tok, je potrebno, da elektroni spremenijo svoje stanje. Prej so se premikali v desno, zdaj pa se morajo premakniti na primer v levo; Pod vplivom električnih sil se mora energija povečati. Posledično se mora spremeniti stanje gibanja elektrona, za to pa je potrebno preiti v drugo stanje, ki se razlikuje od prejšnjega, vendar je to nemogoče, saj so vsa stanja že zasedena. Takšna telesa ne kažejo nobenih električnih lastnosti. To so izolatorji, v katerih ne more teči tok kljub ogromni količini elektronov.

Vzemite drug primer. Število prostih mest je veliko večje od števila elektronov, ki se tam nahajajo. Takrat so elektroni prosti. Elektroni v takem telesu, čeprav jih ni več kot v izolatorju, lahko spreminjajo svoja stanja, se prosto gibljejo v desno ali levo, povečujejo ali zmanjšujejo svojo energijo itd. Takšna telesa so kovine.

Tako dobimo zelo preprosto definicijo, katera telesa prevajajo električni tok in katera so izolatorji. Ta razlika zajema vse fizikalne in fizikalno-kemijske lastnosti trdne snovi.

V kovini energija prostih elektronov prevladuje nad toplotno energijo njenih atomov. Elektroni težijo k temu, da gredo v stanje z najmanjšo možno energijo. To določa vse lastnosti kovine.

Tvorba kemičnih spojin, na primer vodne pare iz vodika in kisika, poteka v strogo določenih razmerjih, ki jih določa valenca - en atom kisika se združi z dvema atomoma vodika, dve valenci atoma kisika sta nasičeni z dvema valencama dveh atomov vodika.

Toda v kovini je situacija drugačna. Zlitine dveh kovin tvorijo spojine ne takrat, ko so njihove količine povezane z njunimi valencami, ampak takrat, ko je na primer razmerje med številom elektronov v določeni kovini in številom atomov v tej kovini 21:13. V teh spojinah ni nič podobnega valentnosti; spojine nastanejo, ko elektroni prejmejo najmanj energije, tako da so kemične spojine v kovinah v veliko večji meri določene s stanjem elektronov kot z valenčnimi silami atomov. Na povsem enak način stanje elektronov določa vse elastične lastnosti, trdnost in optiko kovine.

Poleg dveh skrajnih primerov: kovin, katerih vsi elektroni so prosti, in izolatorjev, pri katerih so vsa stanja zapolnjena z elektroni in ni opaziti sprememb v njihovi porazdelitvi, obstaja tudi ogromno teles, ki ne prevajajo električnega toka. kot tudi kovina, vendar tudi ne izvajajo v celoti. To so polprevodniki.

Polprevodniki so zelo široko in raznoliko področje snovi. Ves anorganski del narave okoli nas, vsi minerali, vse to so polprevodniki.

Kako se je zgodilo, da tega celotnega obsežnega področja znanja še nihče ni preučil? Minilo je šele 10 let, odkar smo začeli delati na polprevodnikih. Zakaj? Ker v glavnem niso imeli uporabe v tehnologiji. Toda pred približno 10 leti so polprevodniki prvič vstopili v elektrotehniko in od takrat so se začeli z izjemno hitrostjo uporabljati v najrazličnejših vejah elektrotehnike.

Razumevanje polprevodnikov v celoti temelji na sami kvantni teoriji, ki se je izkazala za tako plodno pri preučevanju posameznega atoma.

Naj vas opozorim na eno zanimivo stran teh materialov. Prej je bilo trdno telo predstavljeno v tej obliki. Atomi so združeni v en sistem, niso povezani naključno, ampak je vsak atom združen s sosednjim atomom na takih položajih, na takih razdaljah, na katerih bi bila njihova energija minimalna.

Če to velja za en atom, potem velja za vse ostale. Zato celotno telo kot celota večkrat ponavlja iste razporeditve atomov na strogo določeni razdalji drug od drugega, tako da dobimo mrežo pravilno nameščenih atomov. Rezultat je kristal z dobro definiranimi robovi in ​​definiranimi koti med robovi. To je manifestacija notranjega reda v razporeditvi posameznih atomov.

Vendar je ta slika le približna. Pravzaprav toplotno gibanje in resnični pogoji rasti kristalov vodijo do tega, da se posamezni atomi raztrgajo s svojih mest na druga mesta, nekateri atomi pridejo ven in se odstranijo v okolje. To so izolirane motnje na izoliranih mestih, vendar vodijo do pomembnih rezultatov.

Izkazalo se je, da je dovolj povečati količino kisika v bakrovem oksidu ali zmanjšati količino bakra za 1%, tako da se električna prevodnost poveča milijonkrat in vse druge lastnosti se dramatično spremenijo. Tako majhne spremembe v strukturi snovi povzročijo ogromne spremembe v njenih lastnostih.

Seveda, ko preučimo ta pojav, ga lahko uporabimo za zavestno spreminjanje polprevodnikov v želeno smer, za spreminjanje njihove električne prevodnosti, toplotnih, magnetnih in drugih lastnosti, kot je potrebno za rešitev danega problema.

Na podlagi kvantne teorije in učenja iz naših laboratorijskih in proizvodnih izkušenj poskušamo rešiti tehnične probleme, povezane s polprevodniki.

V tehniki so bili polprevodniki najprej uporabljeni v AC usmernikih. Če bakreno ploščo oksidiramo pri visoki temperaturi in na njej ustvarimo bakrov oksid, potem ima taka plošča zelo zanimive lastnosti. Ko tok teče v eno smer, je njegov upor majhen in dobi se pomemben tok. Ko tok teče v nasprotni smeri, ustvari ogromen upor, tok v nasprotni smeri pa se izkaže za zanemarljiv.

To lastnost je uporabil ameriški inženir Grondahl za »popravljanje« izmeničnega toka. Izmenični tok spremeni svojo smer 100-krat na sekundo; Če postavite takšno ploščo na pot toka, potem opazen tok teče samo v eno smer. Temu pravimo popravljanje toka.

V Nemčiji so v ta namen začeli uporabljati železne plošče, prevlečene s selenom. Tu so bili reproducirani rezultati, pridobljeni v Ameriki in Nemčiji; razvita je bila tehnologija za tovarniško proizvodnjo vseh usmernikov, ki jih uporablja ameriška in nemška industrija. A to seveda ni bila glavna naloga. Z našim znanjem o polprevodnikih je bilo treba poskušati ustvariti boljše usmernike.

Do neke mere nam je uspelo. B.V. Kurchatov in Yu.A. Dunaev je uspel ustvariti nov usmernik, ki gre veliko dlje od tistega, kar pozna tuja tehnologija. Usmernik iz bakrovega oksida, ki je plošča široka približno 80 mm in dolga 200 mm, usmerja tokove reda 10-15 A.

Baker je drag in redek material, vendar usmerniki zahtevajo veliko, veliko ton bakra.

Kurčatov usmernik je majhna aluminijasta skodelica, v katero se vlije pol grama bakrovega sulfida in je zaprta s kovinskim čepom z izolacijo iz sljude. To je vse. Takšnega usmernika ni treba segrevati v pečicah in usmerja tokove reda 60 A. Lahkotnost, priročnost in nizki stroški mu dajejo prednost pred tipi, ki obstajajo v tujini.

Leta 1932 je Lange v Nemčiji opazil, da ima isti bakrov oksid lastnost, da ob osvetlitvi ustvari električni tok. To je trdna fotocelica. Za razliko od drugih proizvaja tok brez baterij. Tako prejemamo električno energijo iz svetlobe – fotoelektričnega stroja, vendar je količina prejete elektrike zelo majhna. V teh sončnih celicah se le 0,01-0,02 % svetlobne energije pretvori v energijo električnega toka, vendar je Lange vseeno zgradil majhen motor, ki se vrti, ko je izpostavljen soncu.

Nekaj ​​let kasneje so v Nemčiji izdelali selenovo fotocelico, ki proizvede približno 3-4 krat več toka kot celica iz bakrovega oksida in katere učinkovitost doseže 0,1%.

Poskušali smo izdelati še naprednejšo fotocelico, kar je B.T. Kolomiets in Yu.P. Maslakovets. Njihova fotocelica proizvaja 60-krat več toka kot bakrov oksid in 15-20-krat več kot selen. Zanimiva je tudi v smislu, da proizvaja tok iz nevidnih infrardečih žarkov. Njegova občutljivost je tako velika, da se je izkazalo, da ga je priročno uporabljati za zvočni kinematograf namesto vrst fotocelic, ki so se uporabljale do sedaj.

Obstoječe sončne celice imajo baterijo, ki ustvarja tok tudi brez osvetlitve; To povzroča pogosto prasketanje in hrup v zvočniku, ki poslabša kakovost zvoka. Naša fotocelica ne potrebuje nobene baterije; elektromotorna sila se ustvari z osvetlitvijo; Če ni svetlobe, potem tok nima od kod. Zato zvočne instalacije, ki jih napajajo te fotocelice, proizvajajo čist zvok. Namestitev je priročna tudi na druge načine. Ker ni baterije, ni potrebe po povezovanju žic, odpadejo številne dodatne naprave, kaskada za ojačevanje fotografij itd.

Očitno te fotocelice ponujajo nekaj prednosti za kino. Približno eno leto je taka instalacija delovala v demonstracijskem gledališču v Leningradski hiši kina, zdaj pa po tem glavni kinematografi na Nevskem prospektu - "Titan", "Oktober", "Aurora" prehajajo na te fotocelice.

Naj k tema dvema primeroma dodam še tretjega, ki sploh še ni dokončan, - uporabo polprevodnikov za termoelemente.

Termočlene uporabljamo že dolgo časa. Narejeni so iz kovin za merjenje temperature in sevalne energije svetlečih ali segretih teles; vendar so običajno tokovi iz teh termoelementov izjemno šibki, merijo se z galvanometri. Polprevodniki proizvajajo veliko večjo emf kot navadne kovine in zato predstavljajo posebne prednosti za termoelemente, ki še zdaleč niso v uporabi.

Zdaj poskušamo polprevodnike, ki jih preučujemo, uporabiti za termoelemente in dosegli smo nekaj uspeha. Če eno stran plošče, ki smo jo naredili, segrejemo za 300-400°, dobimo tok približno 50 A in napetost približno 0,1 V.

Že dolgo je znano, da je mogoče iz termoelementov pridobiti visoke tokove, a v primerjavi s tem, kar je bilo v tej smeri doseženo v tujini, na primer v Nemčiji, naši polprevodniki dajejo veliko več.

Tehnični pomen polprevodnikov ni omejen na te tri primere. Polprevodniki so glavni materiali, na katerih so zgrajeni avtomatizacija, alarmni sistemi, daljinsko vodenje itd. Z rastjo avtomatizacije rastejo tudi raznolike aplikacije polprevodnikov. Iz teh treh primerov pa se mi zdi, da se vidi, da se razvoj teorije izkaže za izredno ugoden za prakso.

Toda teorija je dobila tako pomemben razvoj samo zato, ker smo jo razvili na podlagi reševanja praktičnih problemov in v koraku s tovarnami. Ogromen obseg tehnične proizvodnje, nujne potrebe, ki jih proizvodnja postavlja, izredno spodbujajo teoretično delo in nas silijo, da se za vsako ceno izvijemo iz težav in rešimo probleme, ki bi jih brez tega verjetno opustili.

Če pred seboj nimamo tehničnega problema, ga s preučevanjem fizikalnega pojava, ki nas zanima, poskušamo razumeti in svoje ideje preizkušamo z laboratorijskimi poskusi; hkrati pa je včasih mogoče najti prave rešitve in se prepričati, da so pravilne. Nato znanstveno delo natisnemo, saj je naša naloga opravljena. če? Kadarkoli teorija ni upravičena ali se odkrijejo novi pojavi, ki vanjo ne sodijo, skušamo teorijo razvijati in spreminjati. Ni vedno mogoče zajeti celotnega obsega eksperimentalnega materiala. Potem menimo, da je delo neuspešno in naše raziskave ne objavimo. Pogosto pa se v teh pojavih, ki jih ne razumemo, skriva nekaj novega, kar ne sodi v teorijo, kar zahteva opustitev in nadomestitev s povsem drugačnim pristopom k problematiki in drugačno teorijo.

Masovna proizvodnja ne dopušča napak. Napaka bo takoj vplivala na pojav nenormalnosti v proizvodnji. Dokler ne razumemo nekega vidika zadeve, tehnični izdelek ni dober in ga ni mogoče izdati. Za vsako ceno moramo ugotoviti vse in zajeti tiste procese, ki v fizikalni teoriji še niso pojasnjeni. Ne moremo se ustaviti, dokler ne najdemo razlage, potem pa imamo popolne, veliko globlje teorije.

Za spoj teorije in prakse, za razcvet znanosti ni nikjer tako ugodnih pogojev kot v prvi državi socializma.