1900 g.- M. Planck sformuloval kvantovú hypotézu a zaviedol fundamentálnu konštantu (Planckova konštanta), ktorá má rozmer akcie, čím položila základy kvantovej teórie.
- M. Planck (14.12.) navrhol nový vzorec rozloženia energie v spektre žiarenia absolútne čierneho telesa (Planckov zákon).
- Experimentálne potvrdenie Planckovho zákona žiarenia (G. Rubens, F. Kurlbaum).
- J. Rayleigh odvodil zákon rozloženia energie v žiarení absolútne čierneho telesa, ktorý v roku 1905 vypracoval J. Jeans (Rayleighov-Jeansov zákon). Experimentálne potvrdené v roku 1901 G. Rubensmom a F. Kurlbaumom pre dlhé vlny.

1900-02- G. Rubens a E. Hagen uskutočnili merania odrazivosti kovov, ktoré potvrdili Maxwellovu elektromagnetickú teóriu svetla.

1900 g.- P. Villard objavil gama lúče.
- J. Townsend vytvoril teóriu vodivosti v plynoch a vypočítal difúzne koeficienty nabitých častíc.

1901 g.- J. Perrin predložil hypotézu o planetárnej štruktúre atómu (Perrinov model).
- Objavil fyziologický účinok rádioaktívneho žiarenia (A. Becquerel, P. Curie).
- O. Richardson stanovil závislosť hustoty saturačného prúdu termiónovej emisie od teploty povrchu katódy (Richardsonov zákon).

1902 g.- Bolo zistené vychýlenie kanálových lúčov v elektrických a magnetických poliach (V. Vin).
- Prvýkrát experimentálne dokázal závislosť hmotnosti elektrónu od rýchlosti (V. Kaufman).
- F. Lenard stanovil rovnicu fotoelektrického javu, v ktorej dal závislosť energie fotoelektrónov od frekvencie svetla.

1902-03... - E. Rutherford a F. Soddy vytvorili teóriu rádioaktívneho rozpadu a sformulovali zákon rádioaktívnych premien.
- Zavedenie pojmu elektromagnetický impulz a získanie vzorca pre elektromagnetickú hmotnosť elektrónu (M. Abrahám).

1902 g.- Vyšla kniha J. Gibbsa „Elementárne princípy štatistickej mechaniky“, ktorá zavŕšila výstavbu klasickej štatistickej fyziky.

1903 g.- J.J. Thomson vyvinul model atómu pomenovaného po ňom (Thomsonov model).
- Pozorovanie kontinuálneho uvoľňovania tepla soľami rádia a meranie uvoľnenej energie za 1 s (P. Curie, A. Laborde).
- P. Curie navrhol použiť polčas rozpadu rádioaktívneho prvku ako časový štandard na určenie absolútneho veku zemských hornín.
- W. Ramsay a F. Soddy experimentálne dokázali vznik hélia z radónu.
- E. Rutherford dokázal, že lúče alfa sú zložené z kladne nabitých častíc. M. Sklodowska-Curie ako prvá poukázala v roku 1900 na korpuskulárny charakter alfa lúčov.
- Objav scintilačného efektu a jeho využitie na registráciu nabitých častíc (W. Crookes, G. Geitel, J. Elster).
- A. A. Eichenwald ukázal, že polarizované nemagnetické dielektrikum sa počas pohybu zmagnetizuje (Eichenwaldov experiment).

1904 g.- H. Lorentz našiel relativistické transformácie priestorových súradníc a času, pričom ponechal nezmenené elektromagnetické javy s rovnomerným pohybom referenčných sústav (Lorentzove transformácie). V roku 1900 tieto transformácie prijal J. Larmor av roku 1887 použil podobné typové transformácie W. Voigt.
- H. Lorentz získal výraz pre závislosť hmotnosti od rýchlosti v prípade elektrónu. Platnosť tohto relativistického vzorca potvrdili experimenty A. Bucherera (1908) a iných.
- J. Dk. Thomson predstavil myšlienku, že elektróny v atóme sú rozdelené do skupín, ktoré tvoria rôzne konfigurácie, ktoré určujú periodicitu prvkov. Prvé myšlienky o vnútornej štruktúre atómu vyjadril už v roku 1898.
- Realizovaná polarizácia röntgenového žiarenia (C. Barkla).

1904 g.- Vynašiel dvojelektródovú elektronickú lampu - diódu (J. Fleming).

1905 g.- A. Einstein v článku „O elektrodynamike pohyblivých médií“ (do redakcie časopisu 30. júna), hlboko analyzujúcom koncept simultánnosti udalostí, dokázal zachovanie tvaru Maxwellových rovníc vzhľadom na Lorentzove transformácie, sformuloval špeciálny princíp relativity a princíp stálosti rýchlosti svetla a na ich základe vytvoril špeciálnu teóriu relativity. (Nemennosť tvaru rovníc elektrodynamiky vzhľadom na Lorentzove transformácie dokázal aj A. Poincaré v správe na zasadnutí parížskej akadémie vied 5. júna, v ktorej zdôraznil univerzálnosť princípu tzv. relativity a predpovedali konečnosť rýchlosti šírenia svetla.) Spolu s kvantovou teóriou tvorila špeciálna teória relativity základ fyziky 20. storočia.
- A. Einstein objavil zákon o vzťahu hmoty a energie (v roku 1906 tento zákon stanovil aj P. Langevin).
- A. Einstein predložil hypotézu o kvantovej povahe svetelného žiarenia (fotónová teória svetla). Fotón predpokladaný Einsteinom objavil v roku 1922 A. Compton. Termín zaviedol v roku 1929 G. Lewis.
- A. Einsteinovo vysvetlenie zákonitostí fotoelektrického javu na základe existencie kvánt svetla, čiže fotónov.
- E. Schweidler stanovil štatistický charakter zákona premeny chemických prvkov, experimentálne potvrdený E. Regenerom v roku 1908.
- Objavil Dopplerov jav v kanálových lúčoch (I. Stark).
- Vývoj klasickej teórie dia- a paramagnetizmu P. Langevinom.

1905-06- A. Einstein a M. Smoluchowski podali konzistentné vysvetlenie Brownovho pohybu na základe molekulárnej kinetickej teórie, pričom rozvíjali teóriu fluktuácií.

1906 g.- M. Planck odvodil rovnice relativistickej dynamiky, pričom získal výrazy pre energiu a hybnosť elektrónu.
- A. Poincaré vyvinul prvú Lorentzovu kovariantnú teóriu gravitácie.
- T. Lyman objavil spektrálny rad v ultrafialovej časti vodíkového spektra (Lymanov rad).
- C. Barcla objavil charakteristické röntgenové lúče.
- V. Nernst uviedol, že entropia chemicky homogénneho tuhého alebo kvapalného telesa pri absolútnej nulovej teplote sa rovná nule (teorém. Nernst). Experimentálne dokázal W. Jiok, po ktorom sa stal známym ako tretí termodynamický zákon.
- Predpoveď V. Nernsta o účinku „degenerácie plynu“.
- vynájdená trióda (L. di Forest)

1907 g.- A. Einstein postuloval ekvivalenciu gravitácie a zotrvačnosti (Einsteinov princíp ekvivalencie) a začal rozvíjať relativistickú teóriu gravitácie.
- Zistilo sa, že izotopy olova sú konečným produktom rádioaktívnej série (B. Boluud).
- Vývoj prvej kvantovej teórie tepelnej kapacity pevných látok A. Einsteinom. Predstavil mu myšlienku šírenia monochromatických zvukových (elastických) vĺn v kryštáli.
- M. Planck zovšeobecnil termodynamiku v rámci špeciálnej teórie relativity, položil základy relativistickej termodynamiky.
- P. Weiss stanovil (nezávisle od P. Curieho, 1895) teplotnú závislosť magnetickej susceptibility paramagnetov (Curie-Weissov zákon).
- Bola vyslovená hypotéza o existencii oblastí spontánnej magnetizácie vo feromagnetikách a bola vyvinutá prvá štatistická teória feromagnetizmu (P. Weiss). Podobnú myšlienku vyjadril už v roku 1892 BL Rosing.
- Objav E. Cottona a A. Moutona fenoménu dvojlomu v látkach umiestnených v magnetickom poli, keď sa svetlo šíri v smere kolmom na pole (Cotton-Moutonov efekt).

1908 g.- G. Minkowski, po A. Poincaré, rozvinul myšlienku spojenia troch dimenzií priestoru a času do jedného štvorrozmerného pseudoeuklidovského priestoru (Minkowského priestor) a vyvinul moderný štvorrozmerný aparát špeciálnej teórie relativity .
- A. Bucherer uskutočnil experiment, ktorý napokon potvrdil správnosť relativistického Lorentzovho vzorca pre závislosť hmotnosti elektrónu od rýchlosti.
- W. Ritz zdokonalil približný vzorec pre frekvencie spektrálnych radov prvkov navrhnutý v roku 1890 I. Rydbergom, pričom stanovil jeden zo základných princípov systematiky atómových spektier - princíp kombinácie (Rydberg-Ritzov princíp).
- F. Paschen objavil spektrálny rad atómu vodíka v infračervenej oblasti (Paschenov rad).
- G. Geiger a E. Rutherford navrhli zariadenie na registráciu jednotlivých nabitých častíc. V roku 1928 ho Geiger zdokonalil W. Müllerom (počítadlo Geiger-Müller).
- Príjem tekutého hélia G. Kamerling-Onnes a meranie jeho teploty.
- J. Perrin uskutočnil pokusy o štúdiu Brownovho pohybu, ktoré napokon dokázali reálnosť existencie molekúl a potvrdili atómovo-molekulárnu teóriu štruktúry hmoty a kinetickú teóriu tepla.
- E. Gruneisen zistil, že pomer koeficientu tepelnej rozťažnosti kovu k jeho špecifickému teplu nezávisí od teploty (Gruneisenov zákon).

1909 g.- Je dokázané, že častice alfa sú dvojnásobne ionizované atómy hélia (E. Rutherford, J. Royds).

1909–10- G. Geiger a E. Marsden uskutočnili pokusy o rozptyle častíc alfa v tenkých kovových filmoch, ktoré zohrali rozhodujúcu úlohu pri objavení atómového jadra E. Rutherfordom a pri stanovení planetárneho modelu atómu.

1909 g.- A Einstein zvážil kolísanie energie rovnovážneho žiarenia a získal vzorec pre kolísanie energie.
- Objav súvislostí medzi elastickými a optickými vlastnosťami pevných látok (E. Madelung).
- G. Kamerling-Onnes dostal teplotu 1,04 K.
- Vyšla kniha V. I. Lenina "Materializmus a empiriokritika", v ktorej podal hlboký výklad nových vedeckých údajov konca 19. - začiatku 20. storočia. v popredných odvetviach prírodných vied sa ukazuje revolučný zmysel týchto zásadných objavov. Leninova myšlienka o nevyčerpateľnosti hmoty sa stala všeobecným princípom prírodovedného poznania.

1910 g.- A. Haas navrhol modus „l atómu, v ktorom bol po prvýkrát urobený pokus spojiť kvantovú povahu žiarenia so štruktúrou atómu.

1910-14- Experimentálne bola dokázaná diskrétnosť elektrického náboja a po prvýkrát bola celkom presne zmeraná veľkosť náboja elektrónu (R. Milliken).

Hoci sa história fyziky ako samostatnej vedy začala až v 17. storočí, jej počiatky siahajú až do najstarších čias, keď si ľudia začali systematizovať prvé poznatky o svete okolo seba. Až do novoveku patrili do prírodnej filozofie a zahŕňali informácie o mechanike, astronómii a fyziológii. Skutočná história fyziky sa začala vďaka experimentom Galilea a jeho študentov. Základ tejto disciplíny položil Newton.

V 18. a 19. storočí sa objavili kľúčové pojmy: energia, hmotnosť, atómy, hybnosť atď.. V 20. storočí sa ukázali obmedzenia klasickej fyziky (okrem nej kvantová fyzika, teória relativity, teória mikročastice atď.). Prírodovedné poznatky sa dnes dopĺňajú, keďže výskumníkom zostáva veľa nevyriešených problémov a otázok o povahe nášho sveta a celého vesmíru.

Antika

Mnohé pohanské náboženstvá starovekého sveta boli založené na astrológii a znalostiach astrológov. Vďaka ich štúdiám nočnej oblohy došlo k formovaniu optiky. Hromadenie astronomických poznatkov nemohlo ovplyvniť rozvoj matematiky. Starovekí ľudia však nedokázali teoreticky vysvetliť príčiny prírodných javov. Kňazi pripisovali blesky a zatmenia slnka božskému hnevu, čo nemalo nič spoločné s vedou.

V tom istom čase sa staroveký Egypt naučil merať dĺžku, hmotnosť a uhol. Tieto znalosti boli potrebné pre architektov pri stavbe monumentálnych pyramíd a chrámov. Vyvinutá aplikovaná mechanika. Silní v nej boli aj Babylončania. Tí na základe svojich astronomických vedomostí začali využívať deň na meranie času.

Staroveká čínska história fyziky sa začala v 7. storočí pred naším letopočtom. NS. Nahromadené skúsenosti v remeslách a stavebníctve boli podrobené vedeckej analýze, ktorej výsledky boli uvedené vo filozofických spisoch. Za ich najznámejšieho autora sa považuje Mo-tzu, ktorý žil v IV storočí pred naším letopočtom. NS. Urobil prvý pokus sformulovať základný zákon zotrvačnosti. Už vtedy boli Číňania prví, ktorí vynašli kompas. Objavili zákony geometrickej optiky a vedeli o existencii camery obscury. Počiatky teórie hudby a akustiky sa objavili v Nebeskej ríši, o ktorej Západ dlho netušil.

Antika

Staroveká história fyziky je najlepšie známa pre gréckych filozofov. Ich výskum bol založený na geometrických a algebraických poznatkoch. Napríklad Pythagorejci boli prví, ktorí vyhlásili, že príroda sa riadi univerzálnymi zákonmi matematiky. Gréci videli tento vzor v optike, astronómii, hudbe, mechanike a iných disciplínach.

Dejiny vývoja fyziky je ťažké si predstaviť bez diel Aristotela, Platóna, Archimeda, Lucretia Kara a Herona. Ich diela prežili až do našich čias v celkom ucelenej podobe. Grécki filozofi sa od svojich súčasníkov z iných krajín odlišovali tým, že fyzikálne zákony vysvetľovali nie mýtickými pojmami, ale striktne z vedeckého hľadiska. Gréci zároveň urobili veľké chyby. Medzi ne patrí mechanika Aristotela. História vývoja fyziky ako vedy vďačí za mnohé mysliteľom Hellasu, už len za to, že ich prírodná filozofia zostala základom medzinárodnej vedy až do 17. storočia.

Príspevok alexandrijských Grékov

Democritus sformuloval teóriu atómov, podľa ktorej sú všetky telesá zložené z nedeliteľných a malých častíc. Empedokles navrhol zákon zachovania hmoty. Archimedes položil základy hydrostatiky a mechaniky, načrtol teóriu páky a vypočítal veľkosť vztlakovej sily kvapaliny. Stal sa aj autorom pojmu „ťažisko“.

Alexandrijská volavka grécka je považovaná za jedného z najväčších inžinierov v histórii ľudstva. Vytvoril parnú turbínu, zovšeobecnil poznatky o pružnosti vzduchu a stlačiteľnosti plynov. História vývoja fyziky a optiky pokračovala vďaka Euklidovi, ktorý študoval teóriu zrkadiel a zákony perspektívy.

Stredovek

Po páde Rímskej ríše prišiel kolaps starovekej civilizácie. Veľa vedomostí bolo odložených do zabudnutia. Európa sa na takmer tisíc rokov zastavila vo svojom vedeckom rozvoji. Kresťanské kláštory sa stali chrámami poznania, v ktorých sa podarilo zachovať niektoré diela minulosti. Pokrok však brzdila samotná cirkev. Filozofiu podriadila teologickej doktríne. Mysliteľov, ktorí sa to pokúsili prekročiť, vyhlásili za heretikov a inkvizícia ich prísne potrestala.

Na tomto pozadí prešlo prvenstvo v prírodných vedách na moslimov. História vzniku fyziky medzi Arabmi je spojená s prekladom diel starovekých gréckych vedcov do ich jazyka. Na ich základe urobili myslitelia Východu niekoľko vlastných dôležitých objavov. Napríklad vynálezca Al-Jaziri opísal prvý kľukový hriadeľ.

Európska stagnácia trvala až do renesancie. Počas stredoveku boli v Starom svete vynájdené okuliare a bola vysvetlená dúha. Nemecký filozof 15. storočia Nikolaj Kuzansky bol prvý, kto naznačil, že vesmír je nekonečný, a teda ďaleko predbehol svoju dobu. O niekoľko desaťročí neskôr sa Leonardo da Vinci stal objaviteľom fenoménu vzlínavosti a zákona trenia. Pokúsil sa vytvoriť aj perpetum mobile, no keďže sa s touto úlohou nevyrovnal, začal teoreticky dokazovať neuskutočniteľnosť takéhoto projektu.

renesancie

V roku 1543 vydal poľský astronóm Mikuláš Koperník hlavné dielo svojho celého života „O rotácii nebeských telies“. V tejto knihe bol po prvý raz v kresťanskom starom svete urobený pokus o obranu heliocentrického modelu sveta, podľa ktorého sa Zem točí okolo Slnka a nie naopak, ako to predpokladal cirkevný geocentrický model Ptolemaia. . Mnohí fyzici a ich objavy tvrdia, že sú skvelé, no práve objavenie sa knihy „O rotácii nebeských telies“ sa považuje za začiatok vedeckej revolúcie, po ktorej nasledoval vznik nielen modernej fyziky, ale aj moderná veda vo všeobecnosti.

Ďalší slávny vedec modernej doby, Galileo Galilei, sa najviac preslávil vynálezom ďalekohľadu (vlastní aj vynález teplomera). Okrem toho sformuloval zákon zotrvačnosti a princíp relativity. Vďaka Galileovým objavom sa zrodila úplne nová mechanika. Bez neho by sa história štúdia fyziky nadlho zastavila. Galileo, podobne ako mnohí jeho rozhľadení súčasníci, musel odolávať tlaku cirkvi, ktorá sa z posledných síl snažila brániť staré poriadky.

17 storočie

Rastúci záujem o vedu, ktorý naberal na obrátkach, pokračoval aj v 17. storočí. Priekopníkom v slnečnej sústave sa stal nemecký mechanik a matematik, ktorý svoje názory uviedol v knihe „Nová astronómia“, vydanej v roku 1609. Kepler oponoval Ptolemaiovi a dospel k záveru, že planéty sa pohybujú po elipsách a nie v kruhoch, ako sa verilo v staroveku. Ten istý vedec významne prispel k rozvoju optiky. Skúmal ďalekozrakosť a krátkozrakosť, zisťoval fyziologické funkcie očnej šošovky. Kepler predstavil pojmy optickej osi a ohniska, sformuloval teóriu šošoviek.

Francúz René Descartes vytvoril novú vedeckú disciplínu - analytickú geometriu. Navrhol tiež, že Descartovým hlavným dielom bola kniha „Principles of Philosophy“, vydaná v roku 1644.

Len málo fyzikov a ich objavy sú známe ako Angličan Isaac Newton. V roku 1687 napísal revolučnú knihu „Matematické princípy prírodnej filozofie“. Výskumník v ňom načrtol zákon univerzálnej gravitácie a tri zákony mechaniky (známy aj ako Tento vedec pracoval na teórii farby, optike, integrálnom a diferenciálnom počte. História fyziky, história zákonov mechaniky - to všetko úzko súvisí s objavmi Newtona.

Nové hranice

18. storočie dalo vede veľa vynikajúcich mien. Medzi nimi vyniká Leonard Euler. Tento švajčiarsky mechanik a matematik napísal viac ako 800 prác z fyziky a sekcií ako matematická analýza, nebeská mechanika, optika, hudobná teória, balistika atď. Petrohradská akadémia vied ho uznala za svojho akademika, a preto Euler venoval značnú časť svojho života v Rusku. Bol to tento výskumník, ktorý položil základy analytickej mechaniky.

Je zaujímavé, že história predmetu fyzika sa vyvinula tak, ako ju poznáme, a to nielen vďaka profesionálnym vedcom, ale aj amatérskym bádateľom, ktorí sú oveľa známejší v úplne inej funkcii. Najvýraznejším príkladom takéhoto samouka bol americký politik Benjamin Franklin. Vynašiel bleskozvod, významne prispel k štúdiu elektriny a vyslovil predpoklad o jej súvislosti s fenoménom magnetizmu.

Koncom 18. storočia vytvoril Talian Alessandro Volta „Voltajský stĺp“. Jeho vynález sa stal prvou elektrickou batériou v histórii ľudstva. V tomto storočí sa objavil aj ortuťový teplomer od Gabriela Fahrenheita. Ďalšou dôležitou udalosťou vynálezu bol vynález parného stroja, ku ktorému došlo v roku 1784. Dala vzniknúť novým výrobným prostriedkom a reštrukturalizácii priemyslu.

Aplikované objavy

Ak sa história začiatku fyziky vyvíjala na základe toho, že veda musela vysvetľovať príčinu prírodných javov, tak v 19. storočí sa situácia výrazne zmenila. Teraz má nové povolanie. Fyzika začala vyžadovať kontrolu nad prírodnými silami. V tomto smere sa začala rýchlo rozvíjať nielen experimentálna, ale aj aplikovaná fyzika. „Newton of Electricity“ André-Marie Ampere predstavil nový koncept elektrického prúdu. Michael Faraday pracoval v rovnakej oblasti. Objavil fenomén elektromagnetickej indukcie, zákony elektrolýzy, diamagnetizmu a stal sa autorom takých pojmov ako anóda, katóda, dielektrikum, elektrolyt, paramagnetizmus, diamagnetizmus atď.

Formovali sa nové vedy. Termodynamika, teória pružnosti, štatistická mechanika, štatistická fyzika, rádiofyzika, teória pružnosti, seizmológia, meteorológia – to všetko tvorilo jeden moderný obraz sveta.

V 19. storočí sa objavili nové vedecké modely a koncepcie. podložil zákon zachovania energie, James Clerk Maxwell navrhol vlastnú elektromagnetickú teóriu. Dmitrij Mendelejev sa stal autorom periodického systému prvkov, ktorý výrazne ovplyvnil celú fyziku periodickej tabuľky. V druhej polovici storočia sa objavila elektrotechnika a spaľovací motor. Stali sa plodmi aplikovanej fyziky zameranej na riešenie konkrétnych technologických problémov.

Prehodnotenie vedy

Dejiny fyziky sa v dvadsiatom storočí skrátka posunuli do štádia, keď nastala kríza už zavedených klasických teoretických modelov. Staré vedecké vzorce začali odporovať novým údajom. Vedci napríklad zistili, že rýchlosť svetla nezávisí od zdanlivo nemenného referenčného rámca. Na prelome storočí boli objavené javy, ktoré si vyžadovali podrobné vysvetlenie: elektróny, rádioaktivita, röntgenové žiarenie.

V dôsledku nahromadených záhad bola stará klasická fyzika revidovaná. Kľúčovou udalosťou v tejto ďalšej vedeckej revolúcii bolo potvrdenie teórie relativity. Jej autorom bol Albert Einstein, ktorý ako prvý povedal svetu o hlbokom prepojení priestoru a času. Vznikol nový odbor teoretickej fyziky – kvantová fyzika. Na jeho vzniku sa podieľalo niekoľko svetoznámych vedcov naraz: Max Planck, Max Bon, Paul Ehrenfest a ďalší.

Súčasné výzvy

V druhej polovici 20. storočia sa dejiny vývoja fyziky, ktorých chronológia pokračuje dodnes, posunuli do zásadne novej etapy. Toto obdobie bolo poznačené rozkvetom vesmírneho prieskumu. Astrofyzika urobila bezprecedentný skok. Objavili sa vesmírne teleskopy, medziplanetárne sondy, detektory mimozemského žiarenia. Začalo sa podrobné štúdium fyzikálnych údajov rôznych telies slnečnej planéty. S pomocou moderných technológií vedci objavili exoplanéty a nové hviezdy vrátane rádiových galaxií, pulzarov a kvazarov.

Vesmír naďalej skrýva mnoho nevyriešených záhad. Študuje sa temná energia, temná hmota, zrýchlenie rozpínania Vesmíru a jeho štruktúra. Teória veľkého tresku je doplnená. Dáta, ktoré je možné získať v pozemských podmienkach, sú neúmerne malé v porovnaní s tým, koľko práce majú vedci vo vesmíre.

Medzi kľúčové výzvy, ktorým dnes fyzici čelia, patrí niekoľko základných výziev: vývoj kvantovej verzie gravitačnej teórie, zovšeobecnenie kvantovej mechaniky, spojenie všetkých známych interakčných síl do jednej teórie, hľadanie „jemného doladenia vesmíru“ a presné definovanie fenoménu temnej energie a temnej hmoty.

Úvod

Všeobecná charakteristika vedeckých objavov 20. storočia

Najhlasnejšie vedecké objavy dvadsiateho storočia vo fyzike

Význam fyziky v modernom svete

Záver

Zoznam použitej literatúry

Osobnosti

Úvod

Aktuálnosť výskumnej témy je daná tým, že na začiatku 20. storočia ľudia ešte neboli pripravení prijať niektoré vynálezy, ktoré už mohli vstúpiť do sveta vedy, ale žiaľ, boli predurčené na to, aby sa dostali len do sveta. o niekoľko desaťročí neskôr. V dvadsiatom storočí bolo urobených veľa vedeckých objavov, možno ešte viac ako v predchádzajúcom období. Vedomosti ľudstva každým rokom neustále rastú a ak bude trend vývoja pokračovať, ani si to nemožno predstaviť, tak nás to ešte len čaká.

V dvadsiatom storočí sa hlavné objavy uskutočnili najmä v dvoch oblastiach: biológia a fyzika.

Účelom tejto práce je študovať hlavné vedecké objavy vo fyzike v dvadsiatom storočí.

Pre podrobné preštudovanie tohto cieľa rozlišujeme nasledujúce úlohy na odhalenie témy:

-podať všeobecný opis vedeckých objavov 20. storočia;

považovať za najhlasnejšie vedecké objavy dvadsiateho storočia vo fyzike;

odhaliť dôležitosť fyziky v modernom svete;

vyvodiť závery.

Štruktúra práce. Práca pozostáva z úvodu, troch kapitol, záveru, zoznamu použitej literatúry, zoznamov pojmov a osobností.

1. Všeobecná charakteristika vedeckých objavov 20. storočia

Jedným z najvýznamnejších objavov v tejto oblasti bol objav slávneho fyzika Maxa Plancka. Objavil nerovnomerné vyžarovanie energie. Na základe tohto objavu začal Einstein v roku 1905 rozvíjať najdôležitejšiu teóriu fotoelektrického javu. Ďalej bol navrhnutý model štruktúry atómu, podľa ktorého sa predpokladalo, že atóm je postavený ako slnečná sústava, kde malé objekty (atómy) obiehajú okolo veľkého a ťažkého objektu (jadra). Tým sa ale revolučné objavy neskončili, Albert Einstein v roku 1916 objavil teóriu relativity, ktorá prakticky otvorila oči všetkým vedcom tej doby. Výsledkom je, že je prakticky dokázané, že gravitácia nie je pôsobením polí a telies, ale zakrivením časopriestoru. Vysvetľuje existenciu čiernych dier, ako aj ich pôvod. V roku 1932 James Chadwick dokázal existenciu neutrónov. A hoci tento objav viedol k výbuchu bômb v Japonsku, Nagasaki a Hirošime, pomohol aj rozvoju mierového atómu, ktorý sa dnes aktívne používa v jadrových elektrárňach. Napríklad v Nemecku viac ako 70 % elektriny vyrábajú jadrové elektrárne, vo svete je to približne 20 %. 1947, 16. decembra vedci Brattain, Bardeen, Shockley objavili materiál – polovodič, ako aj jeho vlastnosti, ktoré sa dnes využívajú vo všetkých elektronických zariadeniach. Tak bol objavený tranzistor, jeho vynález pomohol vyvinúť mikroobvody, ktoré v skutočnosti umožňujú programovať elektronické systémy.

Zároveň DNA – a hoci ju objavil už v roku 1869 biológ Misher, nepredpokladal, že obsahuje všetky údaje o stvorení. Okrem toho sa DNA nachádza vo všetkých živých veciach (od rastlín po akékoľvek zviera). A už Rosalyn Franklin objavila štruktúru molekuly DNA, ktorá vyzerala ako točité schodisko. Tiež boli objavené gény, ktoré určili budúci druh a vlastnosti každého človeka a tvora vo všeobecnosti.

Napriek zlepšovaniu nášho života sa každý rok stáva nebezpečnejším, pretože ľudstvo prestalo myslieť na bezpečnosť a dúfa len v materiálne výhody, dochádza k rôznym katastrofám, dokonca aj k atómovým: Černobyľ, Fukušima. Tieto udalosti prinútili Japonsko, aby sa do 7-8 rokov rozhodlo opustiť jadrovú energiu.

2. Najhlasnejšie vedecké objavy dvadsiateho storočia vo fyzike

Teória relativity. V roku 1905 došlo vo svete vedy k revolúcii, došlo k najväčšiemu objavu. Mladý, neznámy vedec pracujúci na patentovom úrade vo švajčiarskom meste Bern sformuloval revolučnú teóriu. Volal sa Albert Einstein.

Einstein raz povedal, že všetky teórie treba deťom vysvetliť. Ak nepochopia vysvetlenie, potom teória nemá zmysel. Ako dieťa Einstein raz čítal detskú knihu o elektrine, potom sa práve objavovala a jednoduchý telegraf sa zdal ako zázrak. Túto knihu napísal istý Bernstein, v ktorej vyzval čitateľa, aby si predstavil seba, ako cestuje vo vnútri drôtu spolu so signálom. Dá sa povedať, že vtedy sa v hlave Einsteina zrodila jeho revolučná teória.

Ako mladý muž, inšpirovaný svojimi dojmami z tejto knihy, si Einstein predstavoval, že sa pohybuje s lúčom svetla. O tejto myšlienke uvažoval 10 rokov, pričom vo svojich myšlienkach zahŕňal aj koncept svetla, času a priestoru.

Uvedomil si, že Newtonova teória, že čas a priestor sú nemenné, bola nesprávna, keď bola aplikovaná na rýchlosť svetla. To bol začiatok formulácie toho, čo nazval teóriou relativity.

Vo svete, ktorý opísal Newton, boli čas a priestor od seba oddelené: keď bolo na Zemi 10 hodín ráno, rovnaký čas bol na Venuši, na Jupiteri a v celom vesmíre. Čas bol niečo, čo sa nikdy neodchýlilo ani nezastavilo. Einstein však vnímal čas inak.

Čas je rieka, ktorá sa kľukatí okolo hviezd, spomaľuje a zrýchľuje. A ak sa priestor a čas môžu zmeniť, potom sa zmenia naše predstavy o atómoch, telách a vesmíre vo všeobecnosti!

Einstein demonštroval svoju teóriu prostredníctvom takzvaných myšlienkových experimentov. Najznámejší z nich je Twin Paradox. Máme teda dve dvojičky, z ktorých jedno letí do vesmíru na rakete. Keďže letí takmer rýchlosťou svetla, čas v ňom sa spomaľuje. Po návrate tohto dvojčaťa na Zem sa ukáže, že je mladší ako ten, ktorý na planéte zostal. V rôznych častiach vesmíru teda čas plynie inak. Závisí to od rýchlosti: čím rýchlejšie sa pohybujete, tým pomalšie vám plynie čas.

Tento experiment sa do určitej miery vykonáva s astronautmi na obežnej dráhe. Ak je človek vo vesmíre, čas mu plynie pomalšie. Na vesmírnej stanici plynie čas pomalšie. Tento jav ovplyvňuje aj satelity. Vezmite si napríklad satelity GPS: zobrazujú vašu polohu na planéte s presnosťou niekoľkých metrov. Satelity sa pohybujú okolo Zeme rýchlosťou 29 000 km/h, preto sú na ne aplikovateľné postuláty teórie relativity. S tým treba počítať, pretože ak hodiny vo vesmíre bežia pomalšie, tak sa synchronizácia so zemským časom pokazí a systém GPS nebude fungovať.

Niekoľko mesiacov po zverejnení teórie relativity urobil Einstein tento veľký objav: Najslávnejšia rovnica všetkých čias = Mc2 Toto je pravdepodobne najznámejší vzorec na svete. V teórii relativity Einstein dokázal, že keď sa dosiahne rýchlosť svetla, podmienky pre teleso sa zmenia nepredstaviteľným spôsobom: čas sa spomalí, priestor sa zmenší a hmotnosť narastie. Čím vyššia je rýchlosť, tým väčšia je telesná hmotnosť. Len si pomyslite, energia pohybu vás robí ťažšími. Hmotnosť závisí od rýchlosti a energie. Einstein si predstavoval baterku vyžarujúcu lúč svetla. Je presne známe, koľko energie vychádza z baterky. Zároveň ukázal, že baterka sa stala ľahšou, t.j. stal sa ľahším, keď začal vyžarovať svetlo. Preto E - energia baterky závisí od m - hmotnosti v pomere rovnajúcom sa c2. Je to jednoduché.

Tento vzorec tiež ukázal, že v malom objekte môže byť obsiahnutá obrovská energia. Predstavte si, že na vás hodia bejzbalovú loptičku a vy ju chytíte. Čím viac sa bude hádzať, tým viac energie bude mať.

Teraz k stavu odpočinku. Keď Einstein odvodil svoje vzorce, zistil, že aj v pokoji má telo energiu. Vypočítaním tejto hodnoty podľa vzorca uvidíte, že energia je skutočne obrovská.

Einsteinov objav bol obrovským vedeckým skokom vpred. Toto bol prvý pohľad na silu atómu. Než si vedci stihli tento objav plne uvedomiť, stalo sa ďalšie, čo opäť všetkých uvrhlo do šoku.

Kvantová teória. Kvantový skok je najmenší možný skok v prírode a jeho objav bol najväčším prelomom vo vedeckom myslení.

Subatomárne častice, ako sú elektróny, sa môžu pohybovať z jedného bodu do druhého bez toho, aby zaberali priestor medzi nimi. V našom makrokozme je to nemožné, ale na úrovni atómu je to zákon.

V subatomárnom svete existujú atómy a ich zložky podľa úplne iných zákonov ako veľké hmotné telesá. Nemecký vedec Max Planck opísal tieto zákony vo svojej kvantovej teórii.

Kvantová teória sa objavila na samom začiatku dvadsiateho storočia, keď nastala kríza klasickej fyziky. Objavili sa mnohé javy, ktoré odporovali Newtonovým zákonom. Madame Curie napríklad objavila rádium, ktoré samo žiari v tme, energia sa brala odnikiaľ, čo odporovalo zákonu zachovania energie. V roku 1900 ľudia verili, že energia je spojitá a že elektrinu a magnetizmus možno donekonečna rozdeliť na absolútne ľubovoľné časti. A veľký fyzik Max Planck smelo vyhlásil, že energia existuje v určitých objemoch – kvantách.

Ak si predstavíme, že svetlo existuje len v týchto objemoch, potom sa mnohé javy stanú pochopiteľné aj na úrovni atómu. Energia sa uvoľňuje postupne a v určitom množstve, nazýva sa to kvantový efekt a znamená, že energia je podobná vlne.

Potom si mysleli, že vesmír bol stvorený úplne iným spôsobom. Atóm vyzeral ako niečo ako bowlingová guľa. Ako môže mať loptička vlnové vlastnosti?

V roku 1925 rakúsky fyzik Erwin Schrödinger konečne prišiel s vlnovou rovnicou, ktorá popisovala pohyb elektrónov. Zrazu bolo možné nahliadnuť do vnútra atómu. Ukazuje sa, že atómy sú zároveň vlnami aj časticami, no zároveň nie sú konštantné.

Onedlho Max Born, Einsteinov kolega, urobil revolučný krok: položil otázku – ak je hmota vlnou, čo sa v nej potom zmení? Bourne naznačil, že pravdepodobnosť určenia polohy tela v danom bode sa mení.

Je možné vypočítať možnosť, že sa človek rozdelí na atómy a potom sa zhmotní na druhej strane steny? Znie to absurdne. Ako sa môžete ráno zobudiť a byť na Marse? Ako môžete ísť spať a zobudiť sa na Jupiteri? Je to nemožné, ale pravdepodobnosť je celkom reálna. Táto pravdepodobnosť je veľmi nízka. Aby sa to stalo, človek by musel zažiť vesmír, ale pre elektróny sa to deje neustále.

Všetky moderné „zázraky“ ako laserové lúče a mikročipy fungujú na základe toho, že elektrón môže byť na dvoch miestach naraz. Ako je to možné? Neviete presne, kde sa predmet nachádza. To sa stalo takou ťažkou prekážkou, že aj Einstein sa vzdal štúdia kvantovej teórie, povedal, že neverí, že Boh hrá vo vesmíre kocky.

Napriek všetkým zvláštnostiam a neistotám zostáva kvantová teória naším najlepším pochopením subatomárneho sveta doteraz.

Neutrón. Atóm je taký malý, že je ťažké si ho predstaviť. Jedno zrnko piesku obsahuje 72 kvintiliónov atómov. Objav atómu viedol k ďalšiemu objavu.

Ľudia vedeli o existencii atómu už pred 100 rokmi. Mysleli si, že elektróny a protóny sú v nej rovnomerne rozložené. Toto sa nazývalo model „hrozienkového pudingu“, pretože sa verilo, že elektróny sú rozmiestnené vo vnútri atómu ako hrozienka vo vnútri pudingu.

Na začiatku dvadsiateho storočia Ernest Rutherford uskutočnil experiment s cieľom ďalej preskúmať štruktúru atómu. Nasmeroval rádioaktívne častice alfa na zlatú fóliu. Chcel vedieť, čo sa stane, keď alfa častice zasiahnu zlato. Vedec neočakával nič zvláštne, pretože si myslel, že väčšina častíc alfa prejde zlatom bez toho, aby sa odrazila alebo zmenila smer.

Výsledok bol však nečakaný. Podľa neho to bolo rovnaké ako vystreliť 380-milimetrový projektil na kus hmoty a zároveň by sa od neho strela odrazila. Časť alfa častíc sa od zlatej fólie okamžite odrazila. To by sa mohlo stať len vtedy, ak by vnútri atómu bolo malé množstvo hustej látky, nebola rozložená ako hrozienka v pudingu. Rutherford nazval toto malé množstvo hmoty jadrom.

Vďaka objavu Rutherforda vedci zistili, že atóm pozostáva z jadra, protónov a elektrónov. Tento obrázok dokončil James Chadwick, študent Rutherforda. Objavil neutrón.

Chadwick uskutočnil experiment, ktorý ukázal, že jadro sa skladá z protónov a neutrónov. Použil na to veľmi šikovnú metódu rozpoznávania. Chadwick použil tvrdý parafín na zachytenie častíc, ktoré vyšli z rádioaktívneho procesu.

Objav neutrónu bol najväčším vedeckým úspechom. V roku 1939 tím vedcov pod vedením Enrica Fermiho použil neutrón na rozdelenie atómu, čím otvoril dvere veku jadrovej technológie.

Supravodiče. Fermi má jeden z najväčších urýchľovačov častíc na svete. Ide o 7-kilometrový podzemný prstenec, v ktorom sú subatomárne častice urýchlené takmer na rýchlosť svetla a následne sa zrazia. To bolo možné až potom, čo sa objavili supravodiče.

Supravodiče boli objavené okolo roku 1909. Holandský fyzik Heike Kamerling-Onnes ako prvý prišiel na to, ako premeniť hélium z plynu na kvapalinu. Potom mohol použiť hélium ako mraziacu kvapalinu a chcel študovať vlastnosti materiálov pri veľmi nízkych teplotách. Ľudí vtedy zaujímalo, ako závisí elektrický odpor kovu od teploty – či stúpa alebo klesá.

Na pokusy používal ortuť, ktorú vedel dobre čistiť. Vložil ju do špeciálneho prístroja, pustil ho do tekutého hélia v mrazničke, znížil teplotu a zmeral odpor. Zistil, že čím nižšia teplota, tým nižší odpor a keď teplota dosiahla mínus 268 °C, odpor klesol na nulu. Pri tejto teplote by ortuť viedla elektrický prúd bez akýchkoľvek strát a porúch toku. Toto sa nazýva supravodivosť.

Supravodiče umožňujú toku elektriny pohybovať sa bez straty energie. V laboratóriu Fermi sa používajú na vytvorenie silného magnetického poľa. Magnety sú potrebné na to, aby sa protóny a antiprotóny mohli pohybovať vo fazotróne a obrovskom prstenci. Ich rýchlosť je takmer rovnaká ako rýchlosť svetla.

Urýchľovač častíc vo Fermiho laboratóriu vyžaduje neuveriteľne výkonný zdroj energie. Každý mesiac sa spotrebuje milión dolárov elektriny na ochladenie supravodičov na mínus 270 °C, keď je odpor nulový.

Výzvou teraz je nájsť supravodiče, ktoré fungujú pri vyšších teplotách a sú lacnejšie.

Začiatkom osemdesiatych rokov objavil tím výskumníkov z IBM Švajčiarsko nový typ supravodiča, ktorý mal nulový odpor pri 100 °C vyššom ako zvyčajne. Samozrejme, 100 stupňov nad absolútnou nulou nie je rovnaká teplota ako vo vašej mrazničke. Je potrebné nájsť taký materiál, ktorý by bol pri bežnej izbovej teplote supravodičom. To by bol najväčší prielom a revolúcia vo svete vedy. Všetko, čo teraz beží na elektrický prúd, by sa stalo oveľa efektívnejším.

Quark. Tento objav je hľadaním najmenších častíc hmoty vo vesmíre.

Najprv bol objavený elektrón, potom protón a potom neutrón. Teraz mala veda nový model atómu, z ktorého sa skladá každé telo.

S vývojom urýchľovačov, ktoré by sa mohli zrážať so subatomárnymi časticami rýchlosťou svetla, si človek uvedomil existenciu desiatok ďalších častíc, na ktoré sa rozbili atómy. To všetko začali fyzici nazývať „zoo častíc“.

Americký fyzik Murray Gell-Mann si všimol vzor v množstve novoobjavených častíc „zoo“. Častice rozdelil do skupín podľa zaužívaných charakteristík. Cestou izoloval najmenšie zložky atómového jadra, z ktorých sa skladajú samotné protóny a neutróny.

Predpokladal, že neutrón alebo protón nie sú elementárne častice, ako si mnohí mysleli, ale pozostávajú z ešte menších častíc – kvarkov – s nezvyčajnými vlastnosťami.

Kvarky objavené Gell-Mannom boli pre subatomárne častice tým, čím bola periodická tabuľka pre chemické prvky. Za svoj objav v roku 1969 dostal Murray Gell-Man Nobelovu cenu za fyziku. Jeho klasifikácia najmenších hmotných častíc zefektívnila celú ich „zoo“.

Hoci bol Gell-Manom ​​​​presvedčený o existencii kvarkov, nemyslel si, že by ich mohol niekto skutočne odhaliť. Prvým potvrdením správnosti jeho teórií boli úspešné experimenty jeho kolegov, uskutočnené na Stanfordskom lineárnom urýchľovači. V ňom sa oddelili elektróny od protónov a urobil sa makro záber protónu. Ukázalo sa, že v ňom boli tri kvarky.

Po objavoch Isaaca Newtona a Michaela Faradaya vedci verili, že príroda má dve hlavné sily: gravitáciu a elektromagnetizmus. Ale v dvadsiatom storočí boli objavené ďalšie dve sily spojené jedným konceptom - atómovou energiou. Existovali teda štyri prírodné sily.

Každá sila pôsobí v určitom spektre. Gravitácia nám bráni letieť do vesmíru rýchlosťou 1500 km/h. Potom tu máme elektromagnetické sily – svetlo, rádio, televízia atď. okrem toho sú tu ešte dve sily, ktorých pole pôsobenia je veľmi obmedzené: existuje jadrová príťažlivosť, ktorá bráni rozpadu jadra, a jadrová energia, ktorá vyžaruje rádioaktivitu a infikuje všetko, a tiež, mimochodom, ohrieva stred Zeme, práve vďaka nemu sa stred našej planéty niekoľko miliárd rokov neochladil - ide o pôsobenie pasívneho žiarenia, ktoré sa mení na teplo.

Ako zistiť pasívne žiarenie? To je možné vďaka Geigerovým počítadlám. Častice, ktoré sa uvoľňujú, keď sa atóm rozdelí na iné atómy, čím sa vytvorí malý elektrický výboj, ktorý možno zmerať. Keď je detekovaný, Geigerovo počítadlo cvakne.

Ako meriate jadrovú príťažlivosť? Tu je situácia zložitejšia, pretože práve táto sila bráni rozpadu atómu. Tu potrebujeme rozdeľovač atómov. Atóm je potrebné doslova rozbiť na úlomky, niekto tento proces prirovnal k hodeniu klavíra zo schodov, aby pochopil princípy jeho fungovania, počúvaniu zvukov, ktoré klavír vydáva, keď naráža na schody.

Máme teda štyri základné sily interakcie: gravitáciu, elektromagnetizmus, jadrovú príťažlivosť (slabá sila) a jadrovú energiu (silná sila). Posledné dve sa nazývajú kvantové sily a ich opisy možno spojiť do niečoho, čo sa nazýva štandardný model. Je to možno najškaredšia teória v histórii vedy, ale na subatomárnej úrovni je skutočne možná. Teória štandardného modelu tvrdí, že je lepšia, ale nikdy neprestane byť škaredá. Na druhej strane tu máme gravitáciu – veľkolepý, nádherný systém, je krásny až k slzám – fyzici doslova plačú, keď vidia Einsteinove vzorce. Usilujú sa spojiť všetky sily prírody do jednej teórie a nazývajú ju „teóriou všetkého“. Spojila by všetky štyri sily do jednej superveľmoci, ktorá existuje od počiatku vekov.

Nie je známe, či sa nám niekedy podarí objaviť superveľmoc, ktorá by zahŕňala všetky štyri základné sily Prírody a či sa nám podarí vytvoriť fyzikálnu teóriu Všetkého. Jedno je však isté: každý objav vedie k novému výskumu a ľudia – najkurióznejší druh na planéte – sa nikdy neprestanú snažiť pochopiť, hľadať a objavovať.

Vlnové vlastnosti elektrónov. Keď v roku 1911 Bohr a Rutherford navrhli model atómu, ktorý bol veľmi podobný slnečnej sústave, zdalo sa, že poznáme všetky tajomstvá hmoty. Na jeho základe, berúc do úvahy dodatky Einsteina a Plancka o povahe svetla, vedci dokázali vypočítať spektrum atómu vodíka. Ťažkosti však nastali s atómom hélia. Teoretické výpočty boli v značnom rozpore s experimentálnymi údajmi.

Nemecký fyzik Heisenberg zistil, že nie je možné súčasne určiť polohu a rýchlosť elektrónov. Čím presnejšie určíme rýchlosť elektrónu, tým neistejšia bude jeho poloha. Tento vzťah sa nazýva "Heisenbergov princíp neurčitosti". Tým sa však zvláštnosti elektrónov nekončili. V dvadsiatych rokoch už fyzici vedeli, že svetlo má vlastnosti vĺn aj častíc. Preto francúzsky vedec de Broglie v roku 1923 navrhol, že iné elementárne častice, najmä elektróny, môžu mať podobné vlastnosti. Podarilo sa mu uskutočniť množstvo experimentov, ktoré potvrdili vlnové vlastnosti elektrónu.

Štiepenie atómu. Tridsiate roky minulého storočia možno nazvať rádioaktívne. Všetko sa to začalo v roku 1920, keď Ernest Rutherford vyslovil hypotézu, že kladne nabité protóny držia v jadre atómu niektoré častice s neutrálnym nábojom. Rutherford navrhol nazývať tieto častice neutróny.

Na tento predpoklad fyzici na dlhé roky zabudli. Pripomenulo sa to až v roku 1930, keď si nemeckí fyzici Bothe a Becker všimli, že keď sa bór alebo berýlium ožarujú časticami alfa, vzniká nezvyčajné žiarenie.

V januári 1932 Frederic a Irene Joliot-Curie nasmerovali Boothe-Beckerovu radiáciu na ťažké atómy. Ako sa ukázalo, pod vplyvom tohto žiarenia sa atómy stali rádioaktívnymi. Tak bola objavená umelá rádioaktivita. James Chadwick zopakoval experimenty Joliot-Curies a zistil, že za všetko môžu niektoré neutrálne nabité častice s hmotnosťou blízkou protónu. Elektrická neutralita umožňuje týmto časticiam voľne vstúpiť do jadra atómu a destabilizovať ho. Tento objav umožnil vytvoriť mierové jadrové elektrárne a najničivejšiu zbraň - jadrovú bombu.

Polovodiče a tranzistory. 16. decembra 1947 inžinieri americkej spoločnosti AT & T Well Laboratories William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain dokázali ovládať veľký prúd pomocou malého prúdu. V tento deň bol vynájdený tranzistor - malé zariadenie pozostávajúce z dvoch pn prechodov smerujúcich k sebe.

To umožnilo vytvoriť zariadenie, ktoré by mohlo riadiť prúd. Tranzistor nahradil elektronické elektrónky, čo umožnilo výrazne znížiť hmotnosť zariadenia aj elektrinu spotrebovanú zariadeniami. Otvoril cestu pre logické mikroobvody, čo viedlo v roku 1971 k vytvoreniu prvého mikroprocesora. Ďalší rozvoj mikroelektroniky umožnil vytvárať moderné procesory pre počítače.

Prieskum vesmíru. 4. októbra 1957 vypustil Sovietsky zväz prvý umelý satelit Zeme na svete. A aj keď bol veľmi malý a prakticky nemal na palube vedecké vybavenie, práve od tohto momentu ľudstvo vstúpilo do vesmírneho veku. O necelé štyri roky, 12. apríla 1961, letel do vesmíru človek. A opäť sa Sovietskemu zväzu podarilo dostať pred USA a ako prvého vyslal na obežnú dráhu okolo našej planéty prvého kozmonauta Jurija Gagarina. Táto udalosť podnietila vedecký a technologický pokrok. Dve veľmoci sa pustili do pretekov o dobytie vesmíru. Ďalším cieľom bolo pristáť človeka na Mesiaci. Na realizáciu tohto projektu bolo potrebných veľa vynálezov. Tu už americkí dizajnéri oslávili víťazstvo.

Priestor bol spočiatku len nákladným projektom, ktorého návratnosť bola extrémne malá. Postupné dobývanie vesmíru však umožnilo ľudstvu vytvárať systémy, bez ktorých si náš život už nie je mysliteľný. Osobitný pokrok sa dosiahol v oblasti predpovedí počasia, geologického prieskumu, komunikácie a určovania polohy na povrchu planéty. To umožnilo, aby štarty vesmírnych satelitov boli komerčne životaschopné.

Uhlíkové nanorúrky. V roku 1985 výskumníci Robert Curl, Heath O Brian, Harold Kroto a Richard Smalley študovali hmotnostné spektrá grafitových pár produkovaných laserom. Boli teda objavené nové variácie uhlíka, nazývané „fullerén“ (podľa inžiniera Buckminstera Fullera) a „rugby“ (pretože jeho molekula pripomína rugbyovú loptu).

Tieto jedinečné útvary majú množstvo užitočných fyzikálnych vlastností, a preto sa široko používajú v rôznych zariadeniach. To však nie je to najdôležitejšie. Vedci vyvinuli technológiu na výrobu nanorúrok z týchto variácií uhlíka - skrútených a zosieťovaných vrstiev grafitu. Nanorúrky s dĺžkou 1 centimeter a priemerom 5-7 nanometrov už boli získané! Okrem toho majú takéto nanorúrky rôzne fyzikálne vlastnosti – od polovodičových až po kovové.

Na ich základe boli získané nové materiály pre displeje a optické komunikácie. Okrem toho sa v medicíne používajú nanorúrky na dodávanie biologicky aktívnych látok na požadované miesto v tele. Na ich základe boli vyvinuté palivové články a supercitlivé senzory chemikálií, ako aj mnohé ďalšie užitočné zariadenia.

Keď teda hovoríme o úlohe fyziky, vyzdvihneme tri hlavné body. Po prvé, fyzika je pre človeka najdôležitejším zdrojom vedomostí o okolitom svete. Po druhé, fyzika, ktorá neustále rozširuje a znásobuje schopnosti človeka, zabezpečuje jeho sebavedomý pokrok na ceste technického pokroku. Po tretie, fyzika významne prispieva k rozvoju duchovného obrazu človeka, formuje jeho svetonázor, učí nás orientovať sa v škále kultúrnych hodnôt. Preto budeme hovoriť o vedeckom, technickom a humanitárnom potenciáli fyziky.

Tieto tri potenciály boli vo fyzike vždy obsiahnuté. Ale obzvlášť živo a vážne sa prejavili vo fyzike 20. storočia, čo predurčilo mimoriadne dôležitú úlohu, ktorú fyzika začala hrať v modernom svete.

Fyzika ako najdôležitejší zdroj vedomostí o okolitom svete. Ako viete, fyzika skúma najvšeobecnejšie vlastnosti a formy pohybu hmoty. Hľadá odpovede na otázky: ako je usporiadaný okolitý svet; Akým zákonom sa riadia javy a procesy v ňom prebiehajúce? Fyzika v snahe poznať „začiatok vecí“ a „základné príčiny javov“ v procese svojho vývoja vytvorila najprv mechanický obraz sveta (XVIIІ - XIX storočia), potom elektromagnetický obraz (druhá polovica XIX. - začiatok XX storočia) a napokon moderný fyzický obraz sveta (polovica XX storočia).

3. Význam fyziky v modernom svete

Posledné desaťročia sú chudobné na objavy, ako nikdy predtým v histórii ľudstva. Takmer v žiadnej oblasti poznania sa neobjavilo nič zásadne nové, iba pokračovanie už urobeného, ​​logické dôsledky zo starých objavov. A, samozrejme, nové technológie založené opäť na rovnakých už známych faktoch. Vysoká fyzika si vzala dovolenku a väčšina vedcov sa zaoberá aplikovanými problémami.

Na úsvite vzniku vied bola fyzika súčasťou filozofie a nebola ani tak „exaktná“, ako je dnes zvykom nazývať, ako skôr opisná. Neexistoval žiadny „presný“ jazyk, ktorý by fyziku priviedol k akémukoľvek spoločnému menovateľovi, čím by bola menej špekulatívna. To znamená, že neexistovala žiadna matematika zodpovedajúca fyzikálnym teóriám.

Absencia matematiky však nezabránila vytvoreniu atomistickej teórie Leucippa-Demokrita, nestala sa prekážkou pre Lucretia, ktorý túto teóriu dokázal podrobne a pomerne ľahko vysvetliť. Ale podľa informácií, ktoré sa k nám dostali, Demokritos v žiadnom prípade nebol študentom vtedajších slávnych filozofov a materialistov. Naopak, kúzelníci a Chaldejci sa venovali jeho výcviku. A neštudoval nie koľko bude dvakrát dva, ale teóriu levitácie, čítania myšlienok na diaľku, teleportáciu a ďalšie úplne neuveriteľné veci, ktoré moderná tradičná veda takmer úplne odmieta ako neexistujúce fantastické fantázie. A predsa práve tieto „fantázie“ umožnili vytvorenie jednej z najmaterialistických teórií. Zdalo by sa to neuveriteľné! Ale, ako vidíte, nie je to len možné, ale je to hotový fakt. Moderná fyzika ako základná veda je v stave hlbokej krízy. Dnes sa to v žiadnom prípade nestalo známym. Takmer od začiatku dvadsiateho storočia sa mnoho vedcov pokúšalo upozorniť na jednoduchý fakt: fyzika sa dostala do slepej uličky, matematický aparát, ktorý bol pôvodne jazykom fyziky, sa stal tak ťažkopádnym, že už nie je tak veľmi opísať fyzikálne javy tak, ako maskujú ich podstatu. Tento matematický aparát je navyše beznádejne zastaraný a zaostalý, s jeho pomocou sa nedá popísať, nieto vysvetliť mnohé z pozorovaných javov, výsledky a podstatu experimentov a pod.

Ako sa jazyk vo všeobecnosti objavuje a vyvíja? Ak to zvážime zjednodušene, vznik jazyka je dôsledkom zložitosti každodenného života a nárastu množstva vedomostí. Na úsvite civilizácie bola sluchová komunikácia len doplnková, celkom sa dalo vystačiť s rečou gest a pohybov tela. Objem informácií sa však neustále zväčšoval a na opísanie prenosu pomocou posunkového jazyka bolo potrebné stráviť priveľa času a presnosť prenosu zostávala príliš málo žiadaná (predstavte si na chvíľu, ako napríklad postihnutá osoba, obhryzený šabľozubým tigrom pri love, dokáže vysvetliť nové princípy prístroja pasce - bude mu veľmi ťažké porozumieť, pretože je obmedzený v možnostiach gestikulácie). Ale sluchový prenos informácií nemal také nevýhody a začal sa veľmi rozširovať. Každý predmet začal zodpovedať určitému symbolu-slovu.

Ak by sa ľudstvo zastavilo pri reči znakov, potom by sa s najväčšou pravdepodobnosťou mohol zaviesť nejaký relatívne civilizovaný spôsob života, ale na rozvoj vedy by sa muselo zabudnúť. Zamyslite sa - ako môžete vyjadriť pojem kybernetika pomocou gest, ako vysvetliť, čo je počítač? Rozvoj vedy a techniky si opäť vyžaduje zodpovedajúcu jazykovú evolúciu. Predstavte si, že sa neobjavilo slovo „počítač“ a žiadna iná náhrada zaň. Ako by sa malo vysvetliť, čo je v stávke? "Elektronické zariadenie schopné počítať a riešiť logické problémy, vybavené obdĺžnikovou obrazovkou a sadou kláves"? Súhlasíte, znie to nielen šialene, ale aj mimoriadne nepohodlne pre používateľa. Ak by sme vždy, keď sme už hovorili o počítači, museli ho opísať takou ťažkopádnou sadou symbolov, museli by sme zabudnúť na akýkoľvek vývoj v kybernetike.

No práve táto situácia sa vyvinula vo fyzike, ktorej jazyk – matematika – zaostala a už nedokáže opísať pozorované javy. Ťažkopádne a nestráviteľné vzorce pripomínajú vyššie uvedený popis počítača: sú rovnako „pohodlné“ na prácu a rovnako „plne“ opisujú predmet, ktorého sú symbolom.

V dôsledku toho zostáva buď odložiť pokusy o ďalšie spoznávanie sveta - kým sa matematika nezačne vyrovnávať s poslaním, ktoré jej bolo pridelené ... nie, nie úloha; alebo použite Demokritovu metódu a opíšte javy s použitím minimálnej matematiky.

Záver

Môžeme teda usúdiť, že ešte na začiatku dvadsiateho storočia si ľudia ani nevedeli predstaviť, čo je to auto, televízor či počítač. Vedecké objavy v dvadsiatom storočí mali významný vplyv na celé ľudstvo. V dvadsiatom storočí bolo urobených viac vedeckých objavov ako vo všetkých predchádzajúcich storočiach. Vedomosti ľudstva rýchlo rastú, takže môžeme s istotou povedať, že ak bude tento trend pokračovať, potom v 21. storočí dôjde k ešte viac vedeckým objavom, ktoré môžu radikálne zmeniť život človeka.

Zároveň nie je potrebné dokazovať, že moderný svetonázor je dôležitou súčasťou ľudskej kultúry. Každý kultivovaný človek by si mal aspoň vo všeobecnosti predstaviť, ako funguje svet, v ktorom žije. Je to potrebné nielen pre všeobecný rozvoj. Láska k prírode predpokladá rešpekt k procesom, ktoré v nej prebiehajú, a preto musíte pochopiť, akými zákonmi sa dejú. Máme veľa poučných príkladov, keď nás príroda potrestala za nevedomosť; je čas naučiť sa z toho poučiť. Nemožno predať ani to, že práve znalosť prírodných zákonov je účinnou zbraňou v boji proti mystickým predstavám, že je základom ateistickej výchovy.

Moderná fyzika výrazne prispieva k rozvoju nového štýlu myslenia, ktorý možno nazvať planetárne myslenie. Venuje sa otázkam veľkého významu pre všetky krajiny a národy. Ide napríklad o problémy slnečno-zemských vzťahov o vplyve slnečného žiarenia na magnetosféru, atmosféru a biosféru Zeme; predpovede fyzického obrazu sveta po jadrovej katastrofe, ak nejaká vypukne; globálne environmentálne problémy spojené so znečistením oceánov a zemskej atmosféry.

Na záver konštatujeme, že fyzika tým, že ovplyvňuje samotnú podstatu myslenia, pomáha orientovať sa v rebríčku životných hodnôt, v konečnom dôsledku prispieva k rozvoju adekvátneho postoja k svetu okolo nás a najmä aktívnej životnej pozície. Pre každého človeka je dôležité vedieť, že svet je v princípe poznateľný, že náhodnosť nie je vždy škodlivá, že je potrebné a možné sa orientovať a pracovať vo svete presýtenom nehodami, že v tomto meniacom sa svete existujú, napriek tomu „referenčné body“, invarianty (bez ohľadu na to, čo sa mení a energia sa šetrí), že s prehlbovaním vedomostí sa obraz nevyhnutne komplikuje, stáva sa dialektickým, takže včerajšie „rozdelenia“ už nie sú vhodné.

Sme teda presvedčení, že moderná fyzika skutočne obsahuje silný humanitárny potenciál. Slová amerického fyzika I. Rabiho netreba považovať za príliš veľké preháňanie: „Fyzika je jadrom humanitného vzdelávania našej doby.“

fyzika vedecký objav

Zoznam použitej literatúry

1.Ankin D.V. Aktuálne problémy teórie poznania. Jekaterinburg: Uralská univerzita, 2013 - 69 s.

2.Baturin VK. Základy teórie poznania a modernej filozofie vedy: monografia. Odintsovo: Humanitárny inštitút Odintsovo, 2010 - 244 s.

.Illarionov S.V. Teória poznania a filozofia vedy / S.V. Illarionov. Moskva: ROSSPEN, 2007 - 535 s.

.Kulíková O.B. Filozofia poznania: analýza hlavných problémov. Všeobecná charakteristika metód vedeckého poznania: Ivanovo: Ivanovský štát. energický un-t im. IN AND. Lenin, 2009 - 91 s.

.Kurashov V.I. Stručný prehľad teoretickej a praktickej filozofie. Moskva: Univerzita. Dom knihy, 2007 - 131 s.

.Motroshilova N.V. Domáca filozofia 50-80 rokov XX storočia a západné myslenie. Moskva: Akad. projekt, 2012 - 375 s.

.Orlov V.V. História ľudskej inteligencie. Perm: štát Perm un-t, 2007 - 187 s.

.A.M. Starostin Sociálne a humanitné poznatky v kontexte filozofických inovácií. Rostov na Done: Donizdat, 2013 - 512 s.

.Tetyuev L.I. Teoretická filozofia: problém poznania: Súčasné diskusie okolo teórie poznania. Saratov: Nauka, 2010 - 109 s.

10.Shchedrina T.G. Filozofia poznania. Moskva: ROSSPEN, 2010 - 663 s.

Podmienky

1.ABSOLUTELY BLACK BODY je model telesa, ktoré úplne pohltí akékoľvek elektromagnetické žiarenie dopadajúce na jeho povrch. Najbližšie k absolútne čiernemu telesu je zariadenie pozostávajúce z uzavretej dutiny s otvorom, ktorého rozmery sú malé v porovnaní s rozmermi samotnej dutiny.

2.ADATOM - atóm na povrchu kryštálu.

.ADIABATICKÁ APROXIMÁCIA - aproximácia v teórii pevnej látky, pri ktorej sa pohyb jadier iónov v kryštálovej mriežke považuje za poruchu.

.ACCEPTOR je nečistota v polovodičovom materiáli, ktorá zachytáva voľný elektrón.

.ALFA ČASTICE (α- častica) - jadro atómu hélia. Obsahuje dva protóny a dva neutróny. Podľa emisií α- častice sú sprevádzané jednou z rádioaktívnych premien (alfa rozpad jadier) niektorých chemických prvkov.

.ANIHILATION je jedným z typov vzájomných premien elementárnych častíc, pri ktorých sa častica a jej zodpovedajúca antičastica premenia na elektromagnetické žiarenie.

.ANTI-častice sú elementárne častice, ktoré sa líšia od ich zodpovedajúcich častíc znakom elektrického, baryónového a leptónového náboja, ako aj niektorými ďalšími charakteristikami.

.BARYÓNOVÝ NÁBOJ (baryónové číslo) (b) - charakteristika elementárnych častíc, rovná sa +1 pre baryóny, -1 pre antibaryóny a 0 pre všetky ostatné častice.

.BETA ČASTICA je elektrón emitovaný počas beta rozpadu. Tok častíc beta je typ rádioaktívneho žiarenia s penetračnou silou väčšou ako alfa častíc, ale menšou ako gama žiarenie.

10.VALENČNÁ ZÓNA - pásmo valenčných elektrónov, pri nulovej teplote vo vlastnom polovodiči je úplne vyplnené.

11.VODÍKOVÉ ATÓMY sú ióny pozostávajúce, podobne ako atóm vodíka, z jadra a jedného elektrónu. Patria sem ióny prvkov s atómovým číslom Z väčším alebo rovným 2, ktoré stratili všetky elektróny okrem jedného: He +, Li2 + atď.

.EXCITOVANÝ STAV kvantového systému (atóm, molekula, atómové jadro atď.) je nestabilný stav s energiou prevyšujúcou energiu základného (nulového) stavu.

.VOLT-AMPÉROVÁ CHARAKTERISTIKA - závislosť prúdu od napätia. Hlavná charakteristika každého polovodičového zariadenia.

.FORCED RADIATION (Stimulated Radiation) je elektromagnetické žiarenie emitované excitovanými atómami alebo molekulami pod vplyvom vonkajšieho žiarenia rovnakej frekvencie. Vyžarované stimulované žiarenie sa zhoduje so stimulujúcim nielen vo frekvencii, ale aj v smere šírenia, polarizácie a fázy a nijako sa od neho nelíši.

.GÁLIUM je prvkom piatej skupiny periodickej tabuľky prvkov.

.GALVANOMAGNETICKÉ ÚČINKY - účinky spojené s pôsobením magnetického poľa na elektrické (galvanické) vlastnosti pevnolátkových vodičov.

.GAMA ŽIARENIE (gama kvanta) - krátkovlnné elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou menšou ako 2 × 10-10 m.

.HYPERÓNY sú elementárne častice patriace do triedy baryónov spolu s nukleónmi (protón, neutrón). Hyperóny sú hmotnejšie ako nukleóny a majú nenulovú charakteristiku elementárnych častíc nazývanú podivnosť.

.PRIMÁRNE KVANTOVÉ ČÍSLO (n) je celé číslo, ktoré určuje možné hodnoty energie stacionárnych stavov atómov vodíka a atómov podobných vodíku.

.DVOJROZMERNÝ ELEKTRONICKÝ PLYN - elektrónový plyn, ktorý sa nachádza v potenciálovej studni, ktorá obmedzuje pohyb pozdĺž jednej zo súradníc.

.DEUTÉRIUM je ťažký stabilný izotop vodíka s hmotnostným číslom 2. Obsah v prírodnom vodíku je 0,156 % (hmotn.).

.DEUTRON je jadro atómu deutéria. Pozostáva z jedného protónu a jedného neutrónu.

.HMOTNOSŤ DEFEKT je rozdiel medzi súčtom hmotností častíc (telies) tvoriacich spojený systém a hmotnosťou celého tohto systému.

.CRYSTAL DEFEKTY - akékoľvek porušenie periodicity kryštálov.

.DIVACANCY je konglomerát kryštálových defektov pozostávajúci z dvoch voľných miest.

.DIÓDA je polovodičové zariadenie s dvoma elektródami.

.DISLOKÁCIA - lineárna porucha kryštálu.

.DISLOKÁCIA NEZHODY je jedným z typov lineárnych defektov v kryštáli, keď je do kryštálovej mriežky vložená ďalšia polrovina.

.DÁVKA ŽIARENIA je fyzikálna veličina, ktorá je mierou radiačného účinku rádioaktívneho žiarenia alebo vysokoenergetických častíc na živé organizmy. Rozlišujte medzi absorbovanou dávkou žiarenia, ekvivalentnou dávkou a expozičnou dávkou.

.DONOR je typ dopantu, ktorý dodáva voľné elektróny.

.DIERA je kvázičastica v pevnej látke s kladným nábojom, ktorý sa v absolútnej hodnote rovná náboju elektrónu.

.OTVOROVÁ VODIVOSŤ - v polovodiči typu p sa na vodivosti podieľajú hlavne nosiče náboja.

.HOLE SEMICONDUCTOR - polovodič s vodivosťou typu p, hlavnými prúdovými nosičmi sú diery.

.ZÁKON RÁDIOAKTÍVNEHO ROZKLADU - Počet nerozpadnutých rádioaktívnych jadier v každej vzorke sa zníži na polovicu v každom časovom intervale nazývanom polčas rozpadu.

.ZÁKON VYTLAČENIA VÍNA - so stúpajúcou teplotou sa maximum energie v spektre žiarenia absolútne čierneho telesa posúva smerom ku kratším vlnám a navyše tak, že súčin vlnovej dĺžky, pri ktorej klesá maximálna energia žiarenia a absolútnej teploty telesa sa rovná konštantnej hodnote.

.STEPHAN-BOLTZMANOV ZÁKON - energia vyžarovaná za jednu sekundu jednotkou plochy povrchu absolútne čierneho telesa je priamo úmerná štvrtej mocnine jeho absolútnej teploty.

.SHUTTER - riadiaca elektróda v tranzistore s efektom poľa.

.ZONE je pojem v teórii pásma, ktorý označuje rozsah povolených energetických hodnôt, ktoré môžu elektróny alebo diery zachytiť.

.ZÓNOVÁ TEÓRIA PEVNÝCH LÁTOK - jednoelektrónová teória pre periodický potenciál, ktorá vysvetľuje mnohé z elektrofyzikálnych vlastností polovodičov. Používa adiabatickú aproximáciu.

.RADIATÍVNA REKOMBINÁCIA - rekombinácia s emisiou jedného alebo viacerých fotónov pri strate páru elektrón-diera; svetelný zdroj v LED a laserových diódach.

.IZOTOPY sú odrody daného chemického prvku, ktoré sa líšia hmotnostným počtom jadier. Izotopové jadrá jedného prvku obsahujú rovnaký počet protónov, ale iný počet neutrónov. Izotopy, ktoré majú rovnakú štruktúru elektrónových obalov, majú prakticky rovnaké chemické vlastnosti. Fyzikálne vlastnosti izotopov sa však môžu značne líšiť.

.INJEKCIA je jav, ktorý vedie k objaveniu sa nerovnovážnych nosičov v polovodiči, keď elektrický prúd prechádza cez pn prechod alebo heteroprechod.

.IONIZUJÚCE ŽIARENIE je žiarenie, ktorého interakcia s prostredím vedie k ionizácii jeho atómov a molekúl. Toto je röntgen a γ- žiarenie, prúdy β- častice, elektróny, pozitróny, protóny, neutróny atď. Viditeľné a ultrafialové žiarenie nie je klasifikované ako ionizujúce žiarenie.

.SOURCE je termín označujúci jeden z kontaktov v tranzistore s efektom poľa.

.KVANTUM SVETLA (fotón) - časť energie elektromagnetického žiarenia, elementárna častica, ktorá je časťou elektromagnetického žiarenia, nositeľom elektromagnetickej interakcie.

.KVARKY sú bodové útvary bez štruktúry súvisiace so skutočne elementárnymi časticami, ktoré boli zavedené na systematizáciu početných (viac ako sto) elementárnych častíc objavených v 20. storočí (elektrón, protón, neutrón atď.). Charakteristickým znakom kvarkov, ktorý sa u iných častíc nenachádza, je zlomkový elektrický náboj, násobok 1/3 elementárneho náboja. Pokusy nájsť kvarky vo voľnom stave boli neúspešné.

.KORPUZKULÁRNO-VLNÝ DUALIZMUS je univerzálna vlastnosť prírody, ktorá spočíva v tom, že korpuskulárne aj vlnové črty sa prejavujú v správaní mikroobjektov.

.REPRODUKČNÝ KOEFICIENT NEUTTRÓNOV je charakteristikou reťazového procesu rozpadu rádioaktívnych jadier, ktorý sa rovná pomeru počtu neutrónov v ktorejkoľvek generácii reťazovej reakcie k počtu neutrónov, ktoré ich vytvorili v predchádzajúcej generácii.

.ČERVENÝ OHRANIČ FOTOEFEKTU je minimálna frekvencia svetla ν0 alebo maximálna vlnová dĺžka λ0, pri ktorých je ešte možný fotografický efekt.

.SILICON je polovodič, hlavný materiál moderného polovodičového priemyslu.

.CRYSTAL je idealizovaný model tuhého telesa s translačnou symetriou.

.KRITICKÁ HMOTNOSŤ je minimálna hmotnosť jadrového paliva, pri ktorej je možná reťazová reakcia jadrového štiepenia.

.LASER (optický kvantový generátor) je svetelný zdroj, ktorý funguje na princípe stimulovanej emisie.

.LINEÁRNE SPEKTRA sú optické spektrá zložené z jednotlivých spektrálnych čiar. Čiarové spektrá sú charakteristické pre žiarenie zahrievaných látok v plynnom atómovom (ale nie molekulovom) stave.

.LUMINESCENCE je prebytok tepelného elektromagnetického žiarenia z telesa (studená žiara), spôsobený buď bombardovaním látky elektrónmi (katodoluminiscencia), alebo prechodom elektrického prúdu cez látku (elektroluminiscencia), alebo pôsobením akéhokoľvek druhu žiarenie (fotoluminiscencia).

.LUMINOFÓRY sú pevné a kvapalné látky schopné vyžarovať svetlo pôsobením tokov elektrónov (katodoluluminofóry), ultrafialového žiarenia (fotoluminofóry) atď.

.HMOTNOSTNÉ ČÍSLO je počet nukleónov (protónov a neutrónov) v atómovom jadre. Hmotnostné číslo sa rovná relatívnej atómovej hmotnosti prvku, zaokrúhlené na najbližšie celé číslo. Pre hmotnostné číslo existuje zákon zachovania, čo je špeciálny prípad zákona zachovania baryónového náboja.

.NEUTRINO je ľahká (možno bezhmotná) elektricky neutrálna častica, ktorá sa zúčastňuje len slabých a gravitačných interakcií. Charakteristickou vlastnosťou neutrín je ich obrovská penetračná schopnosť. Predpokladá sa, že tieto častice vypĺňajú celý priestor s priemernou hustotou asi 300 neutrín na cm3.

.NEUTRON je elektricky neutrálna častica s hmotnosťou 1839-krát väčšou ako hmotnosť elektrónu. Voľný neutrón je nestabilná častica, ktorá sa rozpadá na protón a elektrón. Neutrón je jedným z nukleónov (spolu s protónom) a je súčasťou atómového jadra.

.KONTINUÁLNE SPEKTRUM (spojité spektrum) je spektrum obsahujúce súvislú postupnosť všetkých frekvencií (alebo vlnových dĺžok) elektromagnetického žiarenia, ktoré plynule prechádzajú jedna do druhej.

.JADERNÁ SYNTÉZA je sled jadrových reakcií vedúcich k tvorbe čoraz ťažších atómových jadier z iných, ľahších.

.NUKLÓNY je všeobecný názov pre protóny a neutróny – častice, z ktorých sú postavené atómové jadrá.

.OPTICKÉ PRECHODY - prechody elektrónu v pevnej látke medzi stavmi s rôznymi energiami s emisiou alebo absorpciou svetla.

.ZÁKLADNÝ STAV je stav atómu, molekuly alebo nejakého iného kvantového systému s najnižšou možnou vnútornou energetickou hodnotou. Na rozdiel od excitovaných stavov je základný stav stabilný.

.HLAVNÉ NOSIČE - typ nosičov náboja prevládajúcich v polovodiči.

.OBDOBIE POLROPADU je časové obdobie, počas ktorého sa počiatočný počet rádioaktívnych jadier v priemere zníži na polovicu. Pre rôzne prvky môže nadobudnúť hodnoty od mnohých miliárd rokov až po zlomky sekundy.

.POSITRON - elementárna častica s kladným nábojom rovným náboju elektrónu, s hmotnosťou rovnou hmotnosti elektrónu. Je antičasticou vo vzťahu k elektrónu.

.PRUHOVÉ SPEKTRA sú optické spektrá molekúl a kryštálov, pozostávajúce zo širokých spektrálnych pásov, ktorých poloha je pre rôzne látky rôzna.

.BORANOVE POSTULÁTY sú základnými princípmi „starej“ kvantovej teórie – teórie atómu, ktorú v roku 1913 vypracoval dánsky fyzik Bohr.

.PROTON je kladne nabitá elementárna častica s hmotnosťou 1836-krát väčšou ako hmotnosť elektrónu; jadro atómu vodíka. Protón (spolu s neutrónom) je jedným z nukleónov a je súčasťou atómových jadier všetkých chemických prvkov.

.VÝSTUPNÁ PRÁCA - minimálna práca, ktorú je potrebné vykonať na odstránenie elektrónu z pevnej alebo kvapalnej látky do vákua. Pracovná funkcia je určená druhom látky a stavom jej povrchu.

.RÁDIOAKTIVITA je schopnosť niektorých atómových jadier spontánne sa transformovať na iné jadrá, pričom emitujú rôzne častice: Akýkoľvek spontánny rádioaktívny rozpad je exotermický, to znamená, že k nemu dochádza pri uvoľňovaní tepla.

.SILNÁ INTERAKCIA je jednou zo štyroch základných interakcií elementárnych častíc, ktorej konkrétnym prejavom sú jadrové sily.

.SLABÁ INTERAKCIA je jedna zo štyroch základných interakcií elementárnych častíc, ktorej konkrétnym prejavom je beta rozpad atómových jadier.

.POMER NEJISTOTY je základný vzťah kvantovej mechaniky, podľa ktorého súčin neistôt („nepresností“) v súradnici a zodpovedajúcej projekcii hybnosti častice pri akejkoľvek presnosti ich súčasného merania nemôže byť menší ako polovica Planckova konštanta.

.SPEKTRUM ŽIARENIA je súbor frekvencií alebo vlnových dĺžok obsiahnutých v žiarení danej látky.

.ABSORPČNÉ SPEKTRUM je súbor frekvencií (alebo vlnových dĺžok) elektromagnetického žiarenia absorbovaného danou látkou.

.SPEKTRÁLNA ANALÝZA je metóda na určenie chemického zloženia látky podľa jej spektra.

.SPIN je vlastný moment hybnosti elementárnej častice. Má kvantovú povahu a (na rozdiel od momentu hybnosti bežných telies) nesúvisí s pohybom častice ako celku.

.TEPELNÉ ŽIARENIE je elektromagnetické žiarenie generované vnútornou energiou látky, ktorá ho vyžaruje.

.TERMONUKLEÁRNE REAKCIE sú jadrové reakcie medzi ľahkými atómovými jadrami, ktoré prebiehajú pri veľmi vysokých teplotách (~ 108 K a vyšších).

.STOPA je stopa zanechaná nabitou časticou v detektore.

.TRITIUM je superťažký rádioaktívny izotop vodíka s hmotnostným číslom 3. Priemerný obsah trícia v prírodných vodách je 1 atóm na 1018 atómov vodíka.

.Einsteinova rovnica pre fotoelektrický jav je rovnica, ktorá vyjadruje vzťah medzi energiou fotónu podieľajúceho sa na fotoelektrickom jave, maximálnou kinetickou energiou elektrónu emitovaného z látky a charakteristikou kovu, na ktorom je fotoefekt pozorovaný - pracovná funkcia pre kov.

.FOTON je elementárna častica, ktorá je kvantom elektromagnetického žiarenia (v užšom zmysle – svetlom).

.FOTOEFEKT (externý fotoelektrický efekt) je vyžarovanie elektrónov telesami pod vplyvom svetla.

.CHEMICKÉ AKCIE SVETLA sú akcie svetla, v dôsledku ktorých dochádza k chemickým premenám - fotochemickým reakciám - v látkach absorbujúcich svetlo.

.REŤAZOVÁ REAKCIA je samoudržiavacia štiepna reakcia ťažkých jadier, pri ktorej sa neutróny neustále reprodukujú a delia stále viac jadier.

.ČIERNA DIERA je oblasť vesmíru, v ktorej je také silné gravitačné pole, že ani svetlo nemôže túto oblasť opustiť a ísť do nekonečna.

.ELEMENTARY PARTICLES je konvenčný názov pre veľkú skupinu mikroobjektov, ktoré nie sú atómami alebo atómovými jadrami (s výnimkou protónu - jadra atómu vodíka).

.VIAZACIA ENERGIA ATÓMOVÉHO JADRA je minimálna energia, ktorá je potrebná na úplné rozdelenie jadra na jednotlivé nukleóny.

.COMPTON EFFECT je zníženie frekvencie elektromagnetického žiarenia pri jeho rozptyle voľnými elektrónmi.

.JADROVÝ (PLANETÁRNY) MODEL ATÓMU - model štruktúry atómu, navrhnutý anglickým fyzikom Rutherfordom, podľa ktorého je atóm prázdny ako slnečná sústava.

.JADROVÉ REAKCIE sú premeny atómových jadier ako výsledok interakcie medzi sebou navzájom alebo s akýmikoľvek elementárnymi časticami.

.JADROVÉ SILY sú mierou interakcie nukleónov v atómovom jadre. Práve tieto sily držia podobne nabité protóny v jadre, čím bránia ich rozptylu pod vplyvom elektrických odpudivých síl.

.JADROVÉ FOTOEMULZIE sú fotografické emulzie používané na zaznamenávanie stôp nabitých častíc. Pri štúdiu vysokoenergetických častíc sú tieto fotografické emulzie naukladané do stohov po niekoľkých stovkách vrstiev.

.JADROVÝ REAKTOR je zariadenie, v ktorom prebieha riadená reťazová reakcia jadrového štiepenia. Hlavnou časťou jadrového reaktora je jadro, v ktorom prebieha reťazová reakcia a uvoľňuje sa jadrová energia.

100.JADRO (atómové) je kladne nabitá centrálna časť atómu, v ktorej je sústredených 99,96 % jeho hmoty. Polomer jadra je ~ 10-15 m, čo je približne stotisíckrát menej ako polomer celého atómu, určený veľkosťou jeho elektrónového obalu.

Osobnosti

1.ABDUS SALAM. Príspevok k jednotnej teórii slabých a elektromagnetických interakcií medzi elementárnymi časticami, vrátane predikcie slabých neutrálnych prúdov.

2.IVOR JAYEVER. Experimentálne objavy tunelovacích javov v polovodičoch a supravodičoch, resp.

.ALEXANDER GRIGORIEVICH STOLETOV (1839-1896). Alexander Grigorievič Stoletov sa narodil 10. augusta 1839 v rodine chudobného obchodníka z Vladimíra. Jeho otec Grigorij Michajlovič vlastnil malý obchod s potravinami a kožiarsku dielňu.

.ALBERT EINSTEIN (1879-1955). Jeho meno je často počuť v najbežnejšej ľudovej reči. „Nevonia to tu ako Einstein“; "Wow Einstein"; "Áno, toto rozhodne nie je Einstein!" Vo svojom veku, keď veda dominovala ako nikdy predtým, stojí bokom, ako symbol intelektuálnej sily.Niekedy sa dokonca objaví myšlienka, „ľudstvo je rozdelené na dve časti – Albert Einstein a zvyšok sveta.

.ALFRED KASTLER. Objav a vývoj optických metód na štúdium Hertzových rezonancií v atómoch.

.AMEDEO AVOGADRO (1776-1856). Avogadro sa zapísal do dejín fyziky ako autor jedného z najdôležitejších zákonov molekulovej fyziky. Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro di Quareña e di Cerreto sa narodil 9. augusta 1776 v Turíne, hlavnom meste talianskej provincie Piemont, v rodine zamestnanca súdneho oddelenia Philipa Avogadra. Amedeo bol tretím z ôsmich detí.

.ANDRE MARIE AMPERE (1775-1836). Francúzsky vedec Ampere je v dejinách vedy známy najmä ako zakladateľ elektrodynamiky. Medzitým bol univerzálnym vedcom so zásluhami v matematike, chémii, biológii a dokonca aj v lingvistike a filozofii. Bol to brilantná myseľ, ktorá svojimi encyklopedickými znalosťami ohromila všetkých ľudí, ktorí ho poznali.

Vo fyzike možno rozlíšiť tri hlavné oblasti: štúdium mikrosveta (mikrofyzika), makrosveta (makrofyzika) a megasveta (astrofyzika).

Pokrok fyziky po množstve vynikajúcich objavov z konca 19. – začiatku 20. storočia (röntgenové žiarenie, elektróny, rádioaktivita atď.) oddialila prvá svetová vojna, a napriek tomu výskum atómov pokračoval. Hlavné body týchto štúdií:

Vývoj modelu atómu.

Dôkaz premenlivosti atómu.

Dôkaz existencie atómových druhov v chemických prvkoch.

Tieto štúdie vychádzali prakticky z úplne nového chápania štruktúry hmoty, ktoré sa začalo formovať začiatkom 20. storočia. Formulované v XIX storočí. myšlienku atómov zhrnul D.I. Mendelejev, ktorý v článku „Látka“ uverejnenom v roku 1892 v „Encyklopedickom slovníku Brockhausa a Efrona“ uviedol základné informácie o atómoch:

Chemické atómy každého prvku sú nezmenené a existuje toľko typov atómov, koľko je známych chemických prvkov (v tom čase asi 70).

Atómy tohto prvku sú rovnaké.

Atómy majú váhu a rozdiel medzi atómami je založený na rozdiele v ich hmotnosti.

Vzájomný prechod atómov daného prvku na atómy iného prvku je nemožný.

Dôkaz o existencii elektrónu zničil túto myšlienku atómu. Najdôležitejšou oblasťou výskumu vo fyzike je objasnenie štruktúry atómov. Elektronické modely atómu sa začali objavovať jeden po druhom. Ich výskyt v chronologickom poradí je nasledovný:

Model W. Kelvin (1902) - elektróny sú rozložené určitým spôsobom vo vnútri kladne nabitej gule.

Model F. Lenarda (1903) - atóm pozostáva z "dupletov" záporných a kladných nábojov (tzv. dynamit).

Model G. Nagaoka (1904) – atóm je „usporiadaný“ ako planéta Saturn (krúžky pozostávajúce z negatívne nabitých elektrónov sú umiestnené okolo kladne nabitého telesa).

Model J. Thomsona (1904) - vo vnútri kladne nabitej gule sú rotujúce elektróny umiestnené v jednej rovine pozdĺž sústredných obalov obsahujúcich rôzne, ale konečné počty elektrónov.

Tieto modely boli výsledkom teoretických (v mnohých ohľadoch - čisto matematických) konštrukcií a mali formálny charakter. Výnimkou bol model J. Thomsona. Urobil prvý pokus svojho druhu vysvetliť periodickú zmenu vlastností chemických prvkov, spájajúc fenomén periodicity s počtom elektrónov v sústredných kruhoch.

Presný počet elektrónov v atómoch však zostal neistý. Thomson veril, že hmotnosť nosiča jednotky kladného náboja výrazne prevyšuje hmotnosť jednotky záporného náboja, a to sa tiež ukázalo ako pravda.

Elektrón pomerne skoro vyčerpal svoje možnosti ako jediný „stavebný materiál“ atómov, no tieto vymenované modely určite zohrali úlohu pri príprave budúceho planetárneho modelu atómu. Takmer každý z nich obsahoval prvky reality v tej či onej podobe.

Vznik Rutherfordovho modelu sa stal možným vďaka spojeniu štúdií rádioaktivity a nie tak samotného javu, ako skôr štúdie vplyvu častíc emitovaných počas rádioaktívneho rozpadu na látky. Práve analýza rozptylu častíc rôznymi materiálmi umožnila E. Rutherfordovi v roku 1911 vyjadriť myšlienku existencie v atóme masívneho nabitého telesa – jadra (samotný termín „jadro“ zaviedol Rutherford v roku 1912).

Aplikovaním kvantovej teórie na Rutherfordov model N. Bohr (1913) eliminoval rozpor tohto modelu klasickej elektrodynamiky. Preto to bol Rutherfordov jadrový model, ako ho interpretoval Bohr, ktorý sa stal základným konceptom novej atomistiky.

Takmer dve desaťročia prevládal protónovo-elektrónový model jadra. Vo svojej podstate nesprávne, napriek tomu to takmer nezasahovalo do širokého rozšírenia a používania celého klasického atómového modelu. Ale až po objavení neutrónu J. Chadwickom v roku 1932 vznikli moderné koncepcie protón-neutrónového modelu jadra.

Výsledkom základných fyzikálnych objavov na konci 19. storočia bol vývoj štruktúry atómu ako celku. Atóm „bez štruktúry“ ustúpil novému atómu ako komplexnému systému častíc.

Potom, čo bol neutrón rozpoznaný a našiel svoje miesto ako protón, zbavený svojho kladného náboja, zistilo sa, že je ústrednou postavou v štruktúre jadra. Veľmi skoro potom objavil K. Anderson ďalšiu elementárnu časticu – kladný elektrón. Pozitrón poskytoval potrebnú symetriu medzi pozitívnymi a negatívnymi vzťahmi častíc. Ukázalo sa, že vzťah medzi neutrónom a protónom nie je vôbec jednoduchý. A ak sa predtým predpokladalo, že jadro pozostáva z protónov a elektrónov, teraz sa zistilo, že by bolo oveľa správnejšie povedať, že pozostáva z protónov a neutrónov spojených dohromady silnými silami, ktoré Yukawa v roku 1935 pripísal hypotetickej strednej častici. - mezón. Tu vidíme príklad elementárnej častice, ktorá bola prvýkrát predpovedaná teoreticky a potom, v roku 1936, bola skutočne pozorovaná K. Andersonom a Neddermeierom.

Pôsobenie neutrónov na rôzne jadrá sa skúmalo v krátkom časovom období 6 rokov, od roku 1932 do roku 1938. Boli to roky, keď veda vo všeobecnosti a fyzika zvlášť pociťovali čoraz viac vplyv udalostí vedúcich k druhej svetovej vojne.

Rozhodujúci objav patril Joliotovi Curiemu, ktorý zistil, že takmer všetky atómy bombardované neutrónmi sa samy stávajú rádioaktívnymi. Logický dôsledok tohto objavu bol obrovský. Znalosť atómových premien by sa dala použiť na vysvetlenie toho, ako prvky vznikli.

Tento koncept použili Gamow a Bethe na identifikáciu zdroja slnečnej energie. Tento zdroj je kombináciou štyroch atómov vodíka, čo vedie k vytvoreniu jedného atómu hélia. Už bolo celkom zrejmé, že jadrové procesy sú zdrojom väčšiny energie vo vesmíre. V roku 1936 Fermi bombardoval ťažké prvky neutrónmi a tvrdil, že získal množstvo prvkov s väčšou hmotnosťou ako ktorýkoľvek iný prvok nachádzajúci sa v prírode.

Až do roku 1937 všetky rádioaktívne zmeny, ktoré sa udiali, spočívali v tom, že malé častice boli buď pripojené k jadru, alebo z neho vymrštené. Najväčší z vyvrhnutých fragmentov bola častica obsahujúca dva protóny a dva neutróny. V roku 1937 však Hahn a Strassmann zistili, že niektoré produkty získané ožarovaním uránu neutrónmi majú celkovú hmotnosť rovnajúcu sa takmer polovici hmotnosti atómu uránu. Bolo jasné, že prebieha jadrové štiepenie.

Ťažké jadrá môžu obsahovať podstatne viac neutrónov v pomere k počtu protónov ako ľahké jadrá. Keď sa atóm uránu rozdelí, uvoľní podľa potreby niekoľko neutrónov. No akonáhle to človek pochopil (čo sa stalo v roku 1938 najmä vďaka dielam Joliota Curieho), možnosť masívnych premien atómov sa stala realitou. Tu máme reťazovú reakciu alebo akýsi jav rastu podobný lavínovite. Ak dáte tomuto procesu príležitosť pokračovať donekonečna, dostanete výbuch; ak bude kontrolovaný, výsledkom bude reaktor na výrobu jadrovej energie.

Spôsob, akým bola atómová bomba vytvorená, testovaná a používaná, je súčasťou svetových dejín, nielen dejín vedy. Vojenské a politické dôsledky vývoja jadrových zbraní a riadenej výroby atómovej energie sú obrovské. Tu stačí poznamenať, že technicky výroba atómovej energie predstavuje veľký nový skok vpred v nastolení nadvlády človeka nad prírodnými silami.

Jadrovú energiu možno získať nielen štiepením atómového jadra, ale aj fúziou, alebo inak povedané, na získanie takejto energie je potrebné vyrábať pomaly horiace vodíkové bomby. Zodpovedajúce štúdie začali v ZSSR I.V. Kurčatova a pokračovali jeho žiakmi. V Ústave jadrovej energetiky. I.V. Kurčatov pod vedením L.A. Artsimovich boli vyvinuté zariadenia typu tokamak. Názov „tokamak“ pochádza zo skratky slov „toroidná komora s magnetickým poľom“. Tvorcovia týchto inštalácií museli riešiť veľmi ťažké problémy. V prvom rade je potrebné zohriať deutériovo-tríciovú plazmu na teplotu asi 100 miliónov stupňov a v tomto stave ju dlhodobo udržiavať.

V inštalácii tokamaku sa ohrev plazmy na takú vysokú teplotu dosahuje vďaka toku veľmi silného elektrického prúdu cez plazmu - rádovo v stovkách tisíc ampérov. Vplyvom elektrického odporu plazmy vzniká „jouleovské“ teplo, vďaka ktorému sa plazma zahrieva.

Konzervácia plazmy (obmedzenie) je ešte ťažšia úloha. O kontakte plazmy so stenou samozrejme nemôže byť reč – na svete totiž neexistuje materiál, ktorý by po kontakte zostal neporušený (nevyparil sa). V tokamakoch sa zadržiavanie plazmy uskutočňuje pomocou magnetického poľa, pretože plazma sa skladá z častíc s elektrickým nábojom - jadier atómov a elektrónov.

Po objavení elektrónu, protónu, fotónu a napokon v roku 1932 aj neutrónu sa preukázala existencia veľkého množstva nových elementárnych častíc. Vrátane: pozitrónu, ktorý sme už spomenuli ako antičasticu elektrónu; mezóny - nestabilné mikročastice; rôzne druhy hyperónov - nestabilné mikročastice s hmotnosťou väčšou ako hmotnosť neutrónu; časticové rezonancie s extrémne krátkou životnosťou (rádovo 10 "22-10" 24 s); neutríno je stabilná častica, ktorá nemá elektrický náboj a má takmer neuveriteľnú priepustnosť; antineutríno - neutrínová antičastica, ktorá sa od neutrína líši znakom leptónového náboja a pod.

Pri charakterizácii elementárnych častíc existuje ešte jeden dôležitý pojem – interakcia. Existujú štyri typy interakcií.

Silná interakcia (krátky dosah, akčný rádius asi 10 ~ 18 cm) viaže nukleóny (protóny a neutróny) v jadre; práve z tohto dôvodu sú jadrá atómov veľmi stabilné, ťažko sa ničia.

Elektromagnetická interakcia (dlhý dosah, rozsah pôsobenia nie je obmedzený) určuje interakciu medzi elektrónmi a jadrami atómov alebo molekúl; interagujúce častice majú elektrický náboj; sa prejavuje chemickými väzbami, silami pružnosti, trením.

Slabá interakcia (krátky dosah, akčný rádius menší ako 10 ~ 15 cm), na ktorej sa zúčastňujú všetky elementárne častice, určuje interakciu neutrín s hmotou.

Gravitačná interakcia – najslabšia, sa v teórii elementárnych častíc neberie do úvahy; platí pre všetky druhy látok; je kritická, pokiaľ ide o veľmi veľké masy.

Elementárne častice sa zvyčajne delia do nasledujúcich tried:

Fotóny - kvantá elektromagnetického poľa, častice s nulovou pokojovou hmotnosťou, nemajú silné a slabé interakcie, ale podieľajú sa na elektromagnetickej.

Leptóny (z gréčtiny. Leptos - svetlo), ktoré zahŕňajú elektróny, neutrína; všetky nemajú silnú interakciu, ale podieľajú sa na slabej interakcii a majú elektrický náboj - tiež na elektromagnetickej interakcii.

Mezóny sú silne interagujúce nestabilné častice.

Baryóny (z gréckeho berys - ťažké), ktoré zahŕňajú nukleóny, nestabilné častice s hmotnosťou, veľké neutrónové hmotnosti, hyperóny, mnohé z rezonancií.

Spočiatku, najmä keď bol počet známych elementárnych častíc obmedzený na elektrón, neutrón a protón, prevládal názor, že atóm pozostáva z týchto elementárnych tehál. A ďalšou úlohou pri štúdiu štruktúry hmoty je hľadať nové, zatiaľ neznáme "tehly", ktoré tvoria atóm, a určiť, či tieto "tehly" (alebo niektoré z nich) sú najzložitejšie postavené častice. z ešte tenších „tehálok“.

Pri tomto prístupe k podnikaniu bolo logické považovať za elementárne len tie častice, ktoré sa nedajú rozdeliť na menšie alebo ktoré ešte nevieme oddeliť. Ak sa pozrieme týmto spôsobom na štruktúru hmoty, molekulu a atóm nemožno považovať za elementárne častice, pretože molekula pozostáva z atómov a atómov - z elektrónov, protónov a neutrónov.

Skutočný obraz štruktúry hmoty sa však ukázal byť ešte zložitejší, ako by sa dalo očakávať. Ukázalo sa, že elementárne častice môžu prechádzať vzájomnými premenami, v dôsledku ktorých niektoré zanikajú a niektoré sa objavujú. Nestabilné mikročastice sa rozpadajú na iné, stabilnejšie, ale to vôbec neznamená, že prvé pozostávajú z tých druhých. Preto sú v súčasnosti elementárne častice chápané ako také „tehly“ Vesmíru, z ktorých je možné postaviť všetko, čo v prírode poznáme.

Okolo roku 1963-1964 sa objavila hypotéza o existencii kvarkov – častíc tvoriacich baryóny a mezóny, ktoré sú silne interagujúce a podľa tejto vlastnosti ich spája spoločný názov hadróny. Kvarky majú veľmi nezvyčajné vlastnosti: majú zlomkové elektrické náboje, ktoré nie sú typické pre žiadnu mikročasticu, a zjavne nemôžu existovať vo voľnej, neviazanej forme. Počet rôznych kvarkov, líšiacich sa od seba veľkosťou a znakom elektrického náboja a niektorými ďalšími znakmi, už dosahuje niekoľko desiatok.

Na záver je potrebné povedať o veľkom význame pre štúdium mikroštruktúry hmoty urýchľovačov nabitých častíc (elektrónov, protónov, atómových jadier), používaných na získanie vysokoenergetických častíc, pomocou ktorých je možné sledovať procesy prebiehajúce s elementárnymi časticami. Zrýchlené častice sa pohybujú vo vákuovej komore a ich pohyb je riadený najčastejšie pomocou magnetického poľa.

Hlavné ustanovenia moderného atomizmu možno formulovať takto:

Atóm je zložitá hmotná štruktúra, je najmenšou časticou chemického prvku.

Každý prvok má množstvo atómov (obsiahnutých v prírodných objektoch alebo umelo syntetizovaných).

Atómy jedného prvku sa môžu premeniť na atómy iného; tieto procesy sa uskutočňujú buď spontánne (prirodzené rádioaktívne premeny) alebo umelo (prostredníctvom rôznych jadrových reakcií).

Uvedené tri ustanovenia moderného atomizmu prakticky pokrývajú jeho hlavný obsah.

Treba poznamenať, že zvyčajný koncept „atómu“ vo všeobecnosti vyzerá ako anachronizmus, pretože myšlienka jeho „nemennosti“, „nedeliteľnosti“ je už dávno vyvrátená. Deliteľnosť atómu je pevne stanovená skutočnosť a je daná nielen tým, že atóm možno „rozdeliť“ na jednotlivé časti – jadro a elektronické prostredie, ale aj tým, že individualita atóm prechádza zmenou vo výsledkoch rôznych jadrových procesov.



Koncom XIX - začiatkom XX storočia. v prírodných vedách boli urobené veľké objavy, ktoré radikálne zmenili naše chápanie sveta. Ukázalo sa, že ustanovenia klasickej fyziky sú pre štúdium mikrosveta úplne nevhodné. V dôsledku vedeckých objavov bola myšlienka atómov ako posledných nedeliteľných štruktúrnych prvkov hmoty vyvrátená.

História štúdia štruktúry atómu začala v roku 1895 vďaka objavu J. Thompson elektrón - záporne nabitá častica, ktorá je súčasťou všetkých atómov. Keďže elektróny majú záporný náboj a atóm ako celok je elektricky neutrálny, vychádzalo sa z predpokladu, že okrem elektrónu existuje aj kladne nabitá častica. Podľa prvého modelu atómu zostrojeného vedcom E. Rutherford, atóm bol ako miniatúrna slnečná sústava, v ktorej elektróny obiehajú okolo jadra. Jadrom sú kladne nabité mikročastice, ktorých veľkosť (10 -12 cm) je veľmi malá v porovnaní s veľkosťou atómov (10 -8 cm), ale v ktorých je hmotnosť atómov takmer úplne koncentrovaná.

Okrem toho sa zistilo, že atómy niektorých prvkov sa môžu v dôsledku rádioaktivity premeniť na atómy iných, čo prvýkrát objavil francúzsky fyzik A. Becquerel. Objav komplexnej štruktúry atómu sa stal najväčšou udalosťou vo fyzike, pretože predstavy klasickej fyziky o atómoch ako pevných a nedeliteľných štruktúrnych jednotkách hmoty boli vyvrátené. Predstavy klasickej fyziky o hmote a poli ako dvoch kvalitatívne jedinečných typoch hmoty sa ukázali ako zničené. Vedci pri štúdiu mikročastíc čelili paradoxnej situácii z pohľadu klasickej vedy: tie isté objekty odhalili vlnové aj korpuskulárne vlastnosti.

Prvý krok týmto smerom urobil nemecký fyzik Max Planck. Koncom 19. storočia sa vo fyzike objavil problém, ktorý sa nazýval „ ultrafialová katastrofa“. V súlade s výpočtami podľa vzorca klasickej elektrodynamiky sa mala intenzita tepelného žiarenia z absolútne čierneho telesa zvyšovať donekonečna, čo jasne odporovalo experimentu. V priebehu práce na štúdiu tepelného žiarenia dospel M. Planck k úžasnému záveru, že v procesoch žiarenia môže byť energia dodávaná alebo absorbovaná nie nepretržite a nie v akomkoľvek množstve, ale iba v určitých nedeliteľných častiach - kvantá. Energia každého kvanta je podľa Plancka úmerná frekvencii vlny, teda farbe vyžarovaného svetla:

kde n je frekvencia žiarenia; h je nejaká univerzálna konštanta nazývaná Planckova konštanta. Planck informoval o svojom objave 14. decembra 1900 na stretnutí Nemeckej fyzikálnej spoločnosti. Tento deň sa v dejinách fyziky považuje za narodeniny kvantovej teórie, ktorá otvorila novú éru prírodných vied.

Einstein bol prvým fyzikom, ktorý s nadšením prijal objav elementárneho kvanta akcie a kreatívne ho rozvinul. V roku 1905 preniesol dômyselnú myšlienku kvantovej absorpcie a uvoľňovania energie z tepelného žiarenia do žiarenia všeobecne, a tak založil novú teóriu svetla. Myšlienka svetla ako dažďa rýchlo sa pohybujúcich kvantov bola veľmi odvážna, v správnosť ktorej spočiatku len málokto veril. Po prvé, sám Planck nesúhlasil s rozšírením kvantovej hypotézy na kvantovú teóriu svetla, pričom svoj kvantový vzorec odkázal len na zákony tepelného žiarenia čierneho telesa.

A. Einstein však tvrdil, že tu hovoríme o všeobecnom vzorci. Aplikoval Planckovu hypotézu na svetlo a dospel k záveru, že by mala byť uznaná korpuskulárneštruktúra svetla. Svetlo je vlnový jav šíriaci sa svetovým priestorom, ale aby bola fyzikálne efektívna, svetelná energia sa sústreďuje len na určité miesta, preto má svetlo nesúvislú štruktúru. Svetlo si možno predstaviť ako prúd nedeliteľných zŕn energie, svetelných kvánt alebo fotónov. Einsteinova teória fotónov umožnila vysvetliť jav fotoelektrický efekt, ktorej podstatou je vyraziť elektróny z hmoty vplyvom elektromagnetických vĺn. Správnosť tejto interpretácie fotoelektrického javu (za túto prácu dostal Einstein v roku 1922 Nobelovu cenu za fyziku) bola potvrdená o 10 rokov neskôr v experimentoch amerického fyzika R.E. Milliken. Kvantová teória svetla je jednou z najviac experimentálne potvrdených fyzikálnych teórií. Ale vlnová povaha svetla bola už pevne stanovená experimentmi s difrakciou a interferenciou.

Nastala paradoxná situácia: zistilo sa, že svetlo sa chová nielen ako vlna, ale aj ako prúd teliesok. V experimentoch na difrakcii a interferencii sa prejavujú jeho vlnové vlastnosti a s fotoefektom - korpuskulárne. V tomto prípade sa fotón ukázal ako teliesko úplne špeciálnej série. Hlavná charakteristika jeho diskrétnosti - jeho vlastná časť energie - bola vypočítaná prostredníctvom čisto vlnovej charakteristiky - frekvencie. Teória A. Einsteina, rozvíjajúca názory M. Plancka, umožnila N. Bohrovi vyvinúť nový model atómu.

N. Bohrova teória atómu

V roku 1913 dánsky fyzik Niels Bohr aplikoval princíp kvantovania pri riešení problému štruktúry atómu a charakteristiky atómových spektier, čím odstránil rozpory, ktoré vznikli v Rutherfordovom planetárnom modeli atómu. Model atómu, ktorý navrhol Rutherford v roku 1911, sa podobal slnečnej sústave: v strede je atómové jadro a okolo neho sa pohybujú elektróny na svojich dráhach. Jadro má kladný náboj, zatiaľ čo elektróny sú záporné. Namiesto gravitačných síl pôsobiacich v slnečnej sústave pôsobia v atóme elektrické sily. Elektrický náboj jadra atómu, ktorý sa číselne rovná poradovému číslu v periodickom systéme Mendelejeva, je vyvážený súčtom nábojov elektrónov – atóm je elektricky neutrálny.

Neriešiteľným rozporom tohto modelu bolo, že elektróny, aby nestratili stabilitu, sa musia pohybovať okolo jadra. Zároveň podľa zákonov elektrodynamiky musia nevyhnutne vyžarovať elektromagnetickú energiu. Ale v tomto prípade by elektróny veľmi rýchlo stratili všetku svoju energiu a dopadli by na jadro. Ďalší rozpor je spojený so skutočnosťou, že emisné spektrum elektrónu musí byť spojité, pretože elektrón, ktorý by sa priblížil k jadru, by zmenil svoju frekvenciu. Skúsenosti ukazujú, že atómy vyžarujú svetlo len určitých frekvencií. Preto sa atómové spektrá nazývajú čiarové spektrá. Inými slovami, Rutherfordov planetárny model atómu sa ukázal ako nekompatibilný s Maxwellovou elektrodynamikou.

Bohrov model atómu, ktorý vyriešil tieto rozpory, bol založený na planetárnom modeli Rutherforda a na kvantovej teórii štruktúry atómu, ktorú sám vyvinul. Bohr predložil hypotézu o štruktúre atómu založenú na dvoch postulátoch, ktoré sú úplne nezlučiteľné s klasickou fyzikou:

1) v každom atóme je niekoľko stacionárnych dráh, po ktorých môže elektrón existovať bez emitovania;

2) keď elektrón prechádza z jedného stacionárneho stavu do druhého, atóm emituje alebo absorbuje časť energie.

Bohrove postuláty vysvetľujú stabilitu atómu: elektróny v stacionárnych stavoch nevyžarujú elektromagnetickú energiu bez vonkajšieho dôvodu. Je zrejmé, prečo atómy chemických prvkov nevyžarujú žiarenie, ak sa ich stav nemení; vysvetlené sú aj čiarové spektrá atómov, kde každá čiara spektra zodpovedá prechodu elektrónu z jedného stavu do druhého.

Bohrova teória atómu umožnila presne opísať atóm vodíka, pozostávajúci z jedného protónu a jedného elektrónu, čo je v dobrej zhode s experimentálnymi údajmi. Ďalšie rozšírenie teórie na mnohoelektrónové atómy a molekuly narazilo na neprekonateľné ťažkosti. Čím viac sa teoretici snažili opísať pohyb elektrónov v atóme, určiť ich dráhy, tým väčší bol rozpor medzi teoretickými výsledkami a experimentálnymi údajmi. Ukázalo sa, že je v zásade nemožné presne opísať štruktúru atómu na základe koncepcie dráh bodových elektrónov, pretože takéto dráhy v skutočnosti neexistujú. Vzhľadom na ich vlnovú povahu sú elektróny a ich náboje akoby rozmazané po atóme, ale nie rovnomerne, ale takým spôsobom, že v niektorých bodoch je hustota náboja elektrónov v čase väčšia a v iných je menšia. . Preto elektrón nie je bod ani pevná guľa, má vnútornú štruktúru, ktorý sa môže meniť v závislosti od jeho stavu.

Bohrova teória je akoby hranicou prvej etapy vývoja modernej fyziky. Táto posledná snaha opísať štruktúru atómu na základe klasickej fyziky, doplnená o malý počet nových predpokladov. Postuláty zavedené Bohrom jasne ukázali že klasická fyzika nedokáže vysvetliť ani tie najjednoduchšie experimenty súvisiace so štruktúrou atómu. Postuláty, cudzie klasickej fyzike, narúšali jej integritu, ale umožňovali poskytnúť len malý okruh experimentálnych údajov. V dôsledku ďalšieho vývoja kvantovej mechaniky sa ukázalo, že Bohrov atómový model netreba brať doslovne, ako to bolo na začiatku. Procesy v atóme v zásade nemožno vizualizovať vo forme mechanických modelov analogicky s udalosťami v makrokozme. Atóm teoretických fyzikov sa čoraz viac stával abstraktne nepozorovateľným súčtom rovníc.