Великие учёные-физики

Из путешествия Резерфорд возвратился полный сил и энергии. Он разрабатывает установку, при помощи которой доказывает еще раз, что альфа- частицы являются атомами гелия. В 1910 г. он совместно с Гейгером изобрел счетчик альфа - и бета-частиц - прибор для обнаружения радиоактивности.

В 1910 г. Резерфорд вместе со своим учеником Марсденом начинает изучать взаимодействие альфа- частиц с веществом. В это время английский физик Джозеф Томсон уже создал свою теорию строения атома: он считал, что атом представляет собой положительно заряженный шарик, внутри которого находятся вкрапленные в него электроны. Количество электронов, по Томсону, в атоме таково, что их отрицательный заряд целиком компенсирует положительный заряд шарика, и поэтому атом в целом электрически нейтрален. Поэтому, рассуждал Резерфорд, атом должен безразлично относиться к положительно заряженной альфа- частице, и она без всяких задержек будет свободно проходить через тонкие металлические пленки. Резерфорд был твердо уверен в этом и даже сказал Марсдену: «Я не ожидаю ничего любопытного от ваших опытов, но все же понаблюдайте».

Марсден проделал несколько десятков экспериментов и обнаружил нечто в высшей степени интересное: не все альфа- частицы проходят сквозь пластинки, среди них попадаются и такие, которые отскакивают от пластинок, рассеиваются.

Ученик доложил об этом учителю. Резерфорд впоследствии так говорил о своем впечатлении от сообщения Марсдена: «Это был совершенно невероятный случай в моей жизни. Это было почти неправдоподобно, как если бы выстрелили 15-фунтовым снарядом в кусок папиросной бумаги и он вернулся бы обратно и поразил вас».

Из опытов, таким образом, следовало, что в каждом атоме пластинки должна быть массивная часть, имеющая положительный заряд,  который и отталкивает альфа-частицу. А электроны атома должны находиться вне этой массивной части атома.

Из всего этого нельзя было не сделать вывод о том, что модель атома Томсона неверна!

Но как же все-таки построен атом?

И Резерфорд начинает воскрешать свои юношеские мечтания - должна существовать какая-то закономерность в строении атомов различных элементов. В природе происходит не только эволюция растений и животных, но и эволюция атомов.

Эти раздумья и поиски атомной структуры через несколько месяцев привели ученого к созданию ядерной теории атома.

Профессор Кембриджского университета известный физик Артур Эддингтон дал такую оценку открытию: «Создав эту модель, Резерфорд произвел величайшую перемену в нашем взгляде на материю со времен Демокрита».

Идея о неразрушаемом и неизменном атоме навсегда исчезла из физики. Было положено начало современной физике атома.

В 1913 г. Резерфорд начинает работу над проблемой, которая непосредственно вытекала из его предыдущих исследований. Он руководствуется следующей мыслью: нельзя ли разогнать альфа- частицы, чтобы они столкнулись с ядром атома и разбили его, как снаряд разбивает кирпичную стену? В результате изменится ядро атома, получится новый элемент, произойдет искусственное превращение элементов. Прославленный физик проводит свои удивительные опыты по изучению столкновений альфа- частиц с ядрами атомов. Но начинается первая мировая война. Ученики Резерфорда идут в армию, на фронте погибает один из них - Генри Мозли. Объем научных работ сокращается, а ученого призывают в военную промышленность, где он занимается вопросами строительства подводных лодок.

В 1919 г. Резерфорда приглашают на работу в качестве директора той самой Кавендишской лаборатории, в которой он начинал свою научную деятельность. Он переезжает в Кембридж, где и живет до самой смерти.

В этой лаборатории ученый возвращается к реализации своей идеи, и вскоре весь научный мир поразила сенсация: альфа- частица попала в ядро азота, и от этого в конечном итоге получился кислород. Впервые на земле было произведено искусственное превращение одного элемента в другой. Опыты Резерфорда стали повторять во многих лабораториях мира. Зародилась новая ветвь физики и техники - искусственное получение радиоактивных элементов. В наше время мы пожинаем плоды открытия Резерфорда в виде многочисленных искусственных радиоизотопов.

В последующие годы замечательный ученый открыл 17 ядерных реакций. В 1920 г. он предсказал существование нейтрона, и с этого времени начала создаваться современная теория атомного ядра. Слава Резерфорда гремит по всему миру. В 1922 г. его избирают почетным членом Академии наук СССР. В 1925 - 1930 гг. он исполняет обязанности президента Лондонского королевского общества. В 1932 г. его возводят в сан лорда и называют лордом Нельсоном. Но звание лорда так и не пристало к Резерфорду - сыну фермера - и осталось только выражением почета, оказанного ему.

Всю свою жизнь Резерфорд был здоровым, жизнерадостным человеком. Он умел работать, но ему принадлежит такой афоризм: «Плохи те люди, которые слишком много работают и слишком мало думают». Резерфорд говорил, что плодотворные мысли к нему приходят на охоте, на рыбной ловле, во время игр.

Никто не предполагал, что этот человек может так скоро умереть. Однако осенью 1937 г. у него случилось ущемление грыжи, и на четвертый день после операции он скончался.

Могила Резерфорда находится в Вестминстерском аббатстве, где похоронены выдающиеся люди Англии. Она расположена рядом с останками Ньютона, Фарадея и Дарвина.

Нильс Хенрик Давид Бор (1885-1962)

Один из величайших физиков нашего времени, имя которого стало почти легендарным. Он был человеком, чьи идеи наряду с идеями Эйнштейна являлись руководящими для физиков в течение доброй половины столетия.

Нильс Бор родился в 1885 году в Копенгагене, в семье профессора физиологии. Детство и юность его прошли в родном городе. Будучи 20-летним юношей, он направил в Датское королевское научное общество свою первую работу, которая получила золотую медаль. Содержанием работы явилось исследование колебаний поверхности струи жидкости и определение поверхностного натяжения воды. Однако идеи этой первой работы не выходят за рамки классической физики.

В   1911   году   Бор   окончил  университет,   защитил   диссертацию и уехал в Кавендишскую лабораторию, где собирался под руководством Джозефа Томсона работать над электронной теорией. Однако это сотрудничество длилось недолго. Передовые идеи Бора не находили отклика у приверженца классики Томсона. Они очень часто спорили. Бор мыслил глубже, его неудержимо влекли к себе идеи новой физики. Споры между Томсоном и молодым, строптивым датчанином, очевидно, серьезно повлияли на их отношения, и, хотя Бор всегда считал английского ученого гениальным человеком, он уехал из Кембриджа в Манчестер к беспокойному, ищущему Резерфорду. Последний с группой сотрудников занимался тогда исследованием атомного ядра. Бор проникся большой симпатией к Резерфорду, он восхищался им как ученым и человеком. Начались совместные беседы, споры, искания. И вот в 1913 году Бор нашел остроумное решение вопроса на основе открытия, сделанного Планком.

Датский ученый утверждал, что электрон в устойчивом атоме может двигаться вокруг ядра по определенной "дозволенной" орбите. В этом состоянии он пребывает спокойно и не излучает энергии. Если же электрон перескакивает с одной определенной орбиты на другую, лежащую ближе к ядру, то он излучает энергию, причем это излучение идет не непрерывно, а порциями - квантами. Если же электрон поглощает квант энергии, то он переходит на более далекую от ядра орбиту.

Эти идеи и составляют существо так называемых "постулатов Бора". Все очень просто с точки зрения сегодняшнего состояния физики. А между тем нужно было быть очень смелым человеком, чтобы высказывать эту идею у колыбели атомной физики! Так возникла боровская модель атома и новая электромагнитная теория материи. Эти работы имели, как показало дальнейшее развитие науки, много уязвимых мест, свои противоречия, которые позднее устранялись самим Бором. Но исследования, проделанные им в 1913 году, решали ряд труднейших проблем. Ученым это казалось поразительным. Дело в том, что постулаты Бора не вытекали из прежних представлений о строении атома. Они противоречили всем принципам физики XIX века.

После завершения первых работ Бор в течение года жил в Копенгагене и читал лекции в университете. В 1914 году он снова уехал на 2 года в Манчестер, где продолжал работу над теорией атома. В 1916 году Бор окончательно поселился в Копенгагене и стал профессором теоретической физики в университете. В Копенгагене по его инициативе создается Институт теоретической физики, руководителем которого он был до последних дней своей жизни.

Идеи Бора быстро разнеслись по всему миру, а его выступления за пределами Дании собирали слушателей из разных стран.

В 1922 году за работы по квантовой теории строения атома и его излучения Бор получил Нобелевскую премию. Ему было тогда 37 лет. Развитие квантовой физики с 1913 по 1925 год шло в основном по пути развития теории Бора, которая дала возможность объяснить много удивительных явлений: закономерности в линейчатых спектрах, расщепление спектральных линий, размеры атома, комбинационный принцип в спектроскопии.

С 1924 года начала создаваться квантовая механика, иначе говоря, механика движения микрочастиц: электронов, позитронов, протонов и других так называемых "элементарных частиц". Трудами Шредингера, Гейзенберга, Де Бройля, Дирака стал создаваться математический аппарат этой новой механики, учитывающей волновые, атомистические и корпускулярные свойства микрочастиц. Естественно, что  возникновению квантовой механики предшествовало огромное накопление экспериментальных фактов. Все это нужно было осмыслить, синтезировать. В 1926 году Бор пригласил Шредингера приехать в Копенгаген и прочесть несколько лекций по волновой механике. С его приездом между ними начались споры по основам квантовой теории, в которых Шредингер защищал идеи волновой механики, а Бор утверждал, что в ней ничего нельзя понять без квантовых скачков, Однажды Шредингер, доведенный до отчаяния аргументами Бора, воскликнул: «Если мы собираемся сохранить эти проклятые квантовые скачки, то, я жалею, что вообще имел дело с квантовой теорией».

Бор возразил: «зато остальные благодарны Вам за это, ведь Вы так много сделали для выяснения смысла квантовой теории».

Итак, уравнения новой механики были написаны, но многое осталось неясным. Нужно было понять, например, что значат координаты электрона. Ведь последний обнаружил не только корпускулярные, но и волновые свойства, а если это так, то у него нет определенных координат. Иначе говоря, нужно было установить связь между символами, входящими в уравнения, и реальным физическим миром. Наконец в 1927 году Бор сумел синтезировать идеи волновой теории. В результате усилиями Бора и Гейзенберга был сформулирован принцип дополнительности, которым ученый подчеркивал, что все особенности микромира и поведение микрочастиц нельзя понимать в отрыве от микромира, от прибора, который измеряет координату или какую-либо другую характеристику частицы. Таким образом, здесь имеет место взаимодействие объекта изучения - микрочастицы с макро объектом - прибором. Теория идеи и труды двух великих ученых сыграли решающую роль не только в физике, но и в формировании взглядов.

Эти работы Бора стали предметом жарких дискуссий между учеными по поводу коренных философских вопросов современного естествознания.

В 1927 году состоялся V Сольвеевский конгресс, на котором идеи Бора подверглись серьезной критике со стороны Эйнштейна. И Бор, и Эйнштейн очень остроумно и глубоко защищали свою точку зрения. Их полемика вылилась в многолетнюю дискуссию, в ходе которой создатель теории относительности выдвигал все новые и новые возражения. Бор очень любил Эйнштейна и подчеркивал, что его критика способствовала развитию глубокого и всестороннего понимания квантовой механики; парадоксы, выдвигаемые Эйнштейном, помогали развивать теорию. Идеи и труды двух великих ученых сыграли решающую роль не только в физике, но и в формировании современного научного мировоззрения, так как теория квантов и теория относительности отражают общие закономерности научного познания.

С 30-х годов научные интересы датского ученого сосредоточились вокруг проблемы атомного ядра. В это время новые экспериментальные данные вступили в противоречие с картиной, созданной теоретиками. На помощь им пришел Бор. Он без всякого математического аппарата показал, как нужно понимать вопрос взаимодействия нейтронов с ядром, и предложил модель ядра, напоминающую каплю жидкости с деформируемой поверхностью, а затем создал теорию деления ядер урана, на основании которой строились все практические применения этого явления. После этого физика ядра стала развиваться по совершенно новому накоплению. Одновременно Бор продолжал работу по уточнению физической сущности квантовой механики.

Бор никогда не считал свои идеи и теории законченными и, как он сам говорил, никогда  не  позволял  себе  и своим  сотрудникам увлекаться «определенными»  и «окончательными» формулировками. Он поддерживал всякую новую разумную идею, какой бы необычайной внешне она ни была, понимая, что всегда за новым открытием неизменно должно следовать другое, еще более приближающееся к истине.

Необычайно общительный человек, Бор не уклонялся от дискуссий, наоборот, они приносили ему огромное удовлетворение. Он никогда не оскорблялся, если его идеи подвергались суровой критике.

В 1950 году Бор обратился в ООН с письмом, в котором указывал на необходимость повседневного тесного научного общения ученых всех стран. Вернувшись в родной Копенгаген, Бор отдавая все силы для осуществления этой идеи. Его институт представляет собой центр, где трудились физики разных стран. Здесь работали датчане, французы, американцы, шведы, югославы, японцы. Часто навещал» Бора и советские ученые, неизменно встречавшие теплый и дружеский прием. Всех объединяли общие интересы, но притягательным центром являлся Бор.

Бор прожил большую и счастливую жизнь. Его идеи получили признание. Бор занимался наукой «с удовольствием, весело, широко и по-настоящему». У себя на родине, в Дании, он пользовался исключительным уважением и любовью соотечественников. Ученый стал почетным гражданином города Копенгагена.

Выдающийся физик XX века Нильс Бор оставил науке огромное наследство. Это были не только работы, написанные им самим. Многие идеи Бора увидели свет благодаря трудам физиков различных стран. В этом смысле с полным правом можно говорить о многочисленной школе Бора, о том, что почти каждый из ныне живущих крупных теоретиков является в большей или меньшей степени проявляется величие Нильса Бора - гениального и замечательного человека.

Альберт Эйнштейн (1879-1955)

Эйнштейн получил всеобщее признание еще при жизни. Его имя известно каждому образованному человеку. В Принстоне, где жил ученый, он был знаком всем жителям - взрослым и детям.

Почему Эйнштейн был так популярен? Его научные труды весьма сложны для понимания, их изучают даже не во всех высших учебных заведениях. Тем не менее,  именно его гениальные труды сыграли решающую роль в том, что имя Эйнштейна заняло одно из первых мест в истории физики. Сам Эйнштейн по складу своего ума не был популяризатором  науки,  хотя написанная им совместно с Инфельдом книга «Эволюция физики» является ярким примером его одаренности и в этой области. Но те ученые, которые приняли идеи Эйнштейна и стали последователями великого физика, в своих книгах, статьях, лекциях дали возможность каждому образованному человеку понять если не сами работы ученого, то их величие, раскрыли их влияние на развитие материалистического мировоззрения людей.

Разгадка популярности Эйнштейна состоит также и в том, что он, несмотря на пришедшую к нему мировую славу, жил жизнью простого человека. Он однажды сказал: «Я к каждому обращаюсь одинаково – и к мусорщику и к ректору университета».

Эйнштейн родился в 1879 году в немецком городе Ульме. Родители его вскоре переехали в Мюнхен, где Альберт окончил начальную школу и учился в гимназии, из которой был исключен в конце предпоследнего года обучения за вольномыслие и атеизм. С 1893 года Эйнштейн живет в Швейцарии. Спустя семь лет он оканчивает Цюрихский политехникум и после этого два года дает частные уроки по физике и математике. Наконец, он получает место эксперта в бюро патентов. За это время он пишет ряд работ, ставших классическими, и ему присуждают степень доктора. Затем Эйнштейн работает профессором Цюрихского университета, после чего заведует кафедрой теоретической физики немецкого университета в Праге и, возвратившись в Цюрих, занимает должность профессора Цюрихского политехникума. В 1913 году его избирают академиком Прусской Академии наук, спустя год он переезжает в Берлин, где работает директором Физического института Академии наук и профессором Берлинского университета. В 1921 году ему присуждают Нобелевскую премию. В следующем году он избирается членом - корреспондентом Академии наук СССР, а еще через четыре года - почетным академиком.

Эйнштейн никому не отказывал в помощи, если только мог помочь. За долгую жизнь ученый написал тысячи рекомендаций, дал советы сотням людей. Когда в конце 20-х годов в высокоторных туберкулезных санаториях в Давосе были организованы университетские курсы для молодых людей, оторванных болезнью от учения, Эйнштейн предложил свои услуги для чтения лекций и несколько раз выезжал туда.

Велика роль Эйнштейна в деле использования энергии атома. Он убедил президента США Рузвельта в необходимости отпуска средств на создание атомной бомбы, так как опасался, что ее впервые сделают в третьем рейхе. «Если бы я знал, что в Германии не изобретут атомной бомбы, я бы палец о палец не ударил бы для ее создания», - говорил он. И когда в атомном аду сгорели Хиросима и Нагасаки, ученый все свои силы отдал борьбе за запрещение атомного оружия.

Первая научная работа Эйнштейна была опубликована в 1905 году. Она посвящена доказательствам существования атомов. Атомная теория строения вещества в то время еще не являлась общепризнанной. В своей первой и в последующих трех работах ученый блестяще защищает атомную теорию от нападок со стороны ее противников. Особенно большое значение имела четвертая работа Эйнштейна, напечатанная также в 1905 году. Она посвящена броуновскому движению. В ней ученый показал, что причиной броуновского движения взвешенных в жидкости частиц являются толчки, удары, которые получают эти частицы от молекул жидкости, находящихся в хаотическом движении. В этой работе благодаря строгим математическим расчетам доказано, что, если в жидкость поместить тело значительных размеров, удары молекул жидкости приведут к тому, что оно примет температуру жидкости. Тело же, размеры которого соизмеримы с размерами молекул, будет совершать броуновское движение. И в настоящее время последнее служит одним из ярких физических доказательств реальности атомов и их хаотического движения, являющегося основой тепловых явлений.

В 1905 году Эйнштейн выступил со статьей, в которой выдвинул теорию фотонов - частиц, из которых состоит свет. В ней он показал, что наряду с волновыми свет обладает и корпускулярными свойствами - свойствами частиц. Некоторые явления света могут быть объяснены только при условии предположения, что свет состоит из частичек - фотонов. За эту работу Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия. Развитие этих идей дало возможность объяснить некоторые свойства микрочастиц. Оказалось, что последние также имеют двойственную природу. То есть, будучи частицами, обнаруживают и волновые свойства. Стала создаваться новая, волновая, или квантовая, механика, являющаяся сейчас единственной научной теорией, описывающей процессы микромира.

Одной только работы о фотонах достаточно, чтобы имя Эйнштейна навсегда вошло в физику. Но в том же 1905 году вышла его работа, в которой излагались основы теории относительности. Эта работа принесла ему мировую славу.

18 апреля 1955 года в американском городе Принстоне в возрасте 76 лет скончался Альберт Эйнштейн - ученый-физик, гениальный мыслитель. Он умер вдали от своей родины - Германии, которую очень любил и из которой его изгнали в 1933 году пришедшие к власти фашисты.

Энрико Ферми (1901 -1954)

Невозможно ответить на вопрос, кем был Ферми - физиком-теоретиком или физиком-экспериментатором. То и другое сочеталось в нем гармонично. Ферми был разносторонний ученый, занимавшийся теоретической и экспериментальной физикой, астрофизикой и атомной техникой. В наше время физики обычно являются специалистами в определенной, узкой отрасли, и такая универсальность Ферми поистине поразительна.

До 1934 года ученый написал большое количество работ по теоретической физике, касающихся применения статистики к ряду вопросов. Затем он стал заниматься ядерной физикой, опубликовав работу, от которой берут свое начало современные теории взаимодействия элементарных частиц.

С открытием искусственной радиоактивности внимание Ферми сосредоточилось на экспериментальных вопросах ядерной физики. Он решил вызвать искусственную радиоактивность нейтронами, справедливо полагая, что отсутствие электрического заряда у нейтронов дает возможность глубже проникнуть в атом. Бомбардируя нейтронами почти все существующие химические элементы, он получил более шестидесяти радиоактивных элементов. До этого в Риме никто не изучал ядерных превращений. Ферми сам разрабатывал методику, раздобывал источник нейтронов, конструировал счетчики, регистрирующие продукты распада. В это время Сегре, проявляя необыкновенную изобретательность, доставал из различных источников химические элементы.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7