Великие учёные-физики

С 1592 по 1610 гг. Галилей работает в Падуанском университете. Эти 18 лет были самыми спокойными и плодотворными в жизни ученого. Хотя в своих лекциях он излагал освященные церковью взгляды на строение мира, одновременно он страстно искал подтверждений учения Коперника, в правоте которого никогда не сомневался. Узнав в 1608 г. об изобретении телескопа, он в 1609 г. самостоятельно построил телескоп новой конструкции, используя сочетание двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Это событие стало эпохальным в истории науки. Галилей открывает горы на Луне, четыре спутника Юпитера, сложное строение Млечного Пути, темные пятна на Солнце.

В 1610 г. Галилей покидает Венецианскую республику и возвращается в Тоскану. Он получает почетное место придворного математика великого герцога - своего бывшего ученика. В 1632 г. он пишет свою знаменитую книгу «Диалоги о двух системах мира - птолемеевой и коперниковой», написанную на живом итальянском языке в форме беседы трех участников: Сальвиати (высказывающего мысли автора), Симпличио (в переводе - «простак», сторонник Аристотеля) и Сагредо (судья в споре). Книга вызвала яростное неприятие церкви, особенно потому, что незадолго до этого вступивший на престол папа Урбан VIII (хороший знакомый Галилея) узнал себя в Симпличио. 12 апреля 1633 г. Галилей предстал перед генеральным комиссаром инквизиции Священной канцелярии. Под угрозой пыток больного Галилея заставили отречься от учения Коперника и покаяться. После этого он был отправлен под домашний арест в дом друга, Асканио Рикколомино, архиепископа Сиены. Лишь через два года наказание смягчили и отправили Галилея в ссылку на его загородную виллу в Арчетри, правда, лишив возможности общаться с друзьями и учениками.

В Арчетри в 1636 г. Галилей закончил свой второй великий труд «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению». В нем ученый обобщил свои открытия в области механики. Под двумя новыми науками Галилей имел в виду динамику и сопротивление материалов. В этой книге приводятся подробные доказательства всех полученных Галилеем формул кинематики и динамики.

Галилей получил отпечатанную книгу в 1638 г., но прочесть ее уже не смог, так как к этому времени окончательно ослеп. Умер он 3 января 1642 г.

Несомненно, что церковное наказание не изменило убеждений Галилея. Недаром легенда приписывает ему слова, произнесенные после приговора суда инквизиции: «А все-таки она вертится!», которые стали символом борьбы за научную истину.

Величие творчества Галилея не только в сделанных им непреходящих открытиях, заложивших основу классической механики (кинематика равноускоренного движения, принцип относительности, изучение свободного падения тел и доказательство того, что движение в поле тяжести не зависит от массы тела и др.). Галилей сумел практически реализовать экспериментальный метод исследования явлений природы. Этот метод, теоретически сформулированный английским философом Френсисом Бэконом, был применен Галилеем в конкретных ситуациях, причем именно Галилей впервые придал методу современные черты (создание модели явления, отбрасывание несущественных факторов, неоднократное повторение опыта и т.п.). С другой стороны, Галилей возродил подход Архимеда к описанию явлений на языке математики. Галилей говорил: «Книга природы написана на языке математики, ее буквами служат треугольники, окружности и другие математические фигуры, без помощи которых человеку невозможно понять ее речь; без них — напрасные блуждания в лабиринте».

Трудно перечислить все проблемы, которых касался этот великий ученый, но больше всего поражает глубина проникновения в суть явлений. Галилей по праву может считаться родоначальником физики в ее современном понимании.

Роберт Гук (1635-1703)

Выдающийся английский естествоиспытатель.

Роберт Гук родился в местечке Фрешуотер на английском острове Уайт в семье настоятеля местной церкви. Мальчик рано проявлял склонность к изобретательству, но из-за слабого здоровья не смог вовремя пойти в школу. Рано потеряв отца, Гук вынужден был сам выбирать жизненный путь. Сначала он стал учеником живописца, но стремление к знаниям пересилило, он окончил среднюю школу и поступил в Оксфордский университет. Учение было платное, так что Гуку нужны были заработки. Один из преподавателей университета порекомендовал его Роберту Бойлю в качестве ассистента для проведения экспериментальных исследований. Сотрудничество Бойля и Гука было весьма плодотворным: его результатом стало создание усовершенствованного воздушного насоса, применение которого позволило провести множество интересных опытов. В 1662 г. при помощи Бойля Гук был рекомендован на должность демонстратора Лондонского королевского общества. В обязанности Гука входила подготовка трех-четырех опытов, которые демонстрировались на еженедельных заседаниях Общества. Эти обязанности он выполнял в течение нескольких десятилетий.

Гук не ограничивал свою деятельность конструированием научных приборов и экспериментами. Он был профессором геометрии в одном из лондонских колледжей, а после страшного пожара в Лондоне (1666 г.) был смотрителем работ по перестройке пострадавшей части города. По проекту Гука возведен ряд общественных зданий.

Однако главной страстью Гука все же были научные исследования. Свою первую самостоятельную работу, посвященную капиллярности, Гук опубликовал в 1661 г. Затем он занимался разработкой и усовершенствованием астрономических инструментов, проводил биологические, географические, геологические исследования. В каждую из этих областей он внес значительный вклад.

Особую известность приобрел труд Гука "Микрография", вышедший в свет в 1665 г. В этой небольшой книге Гук описал множество наблюдений, произведенных с помощью усовершенствованного им микроскопа. Но в ней изложены и мысли Гука о природе света, которые позволяют считать его одним из основоположников волновой теории света. Там же описываются и эксперименты из других областей естествознания.

В 1666 г. меценат Дж. Кутлер предложил Гуку за довольно большое вознаграждение регулярно читать лекции для членов Лондонского королевского общества. Гук согласился и в течение многих лет выступал с лекциями, посвященными разнообразным проблемам естествознания. В них Гук излагал результаты собственных исследований и анализировал работы других ученых. Одна из серий кутлеровских лекций была посвящена проблеме упругости. Широкая трактовка понятия упругости (по терминологии Гука, «восстановительной силы») привела его к установлению общего закона, носящего теперь имя Гука. Теоретические выводы Гука были подкреплены многочисленными экспериментами, поэтому приоритет Гука в установлении закона упругости никогда не оспаривался.

В то же время разнообразие научных интересов Гука имело иногда и отрицательные последствия. Он часто не доводил свои исследования до конца, хотя и высказывал очень глубокие идеи. Например, именно Гук способствовал открытию закона всемирного тяготения Ньютона, изложив в работе 1674 г. взгляды, близкие тем, которые затем развил Ньютон в "Началах". В результате такой поспешности часто возникали острые споры о приоритете (с Гюйгенсом, Ньютоном и др.). Однако искренняя преданность науке компенсировала недостатки резкого, неуживчивого характера Гука, и он до самой кончины пользовался глубоким уважением ученых не только Англии, но и всей Европы.

Шарль Кулон (1736-1806)

Выдающийся французский инженер и физик.

Шарль Огюстен Кулон родился во французском городе Ангулеме в семье чиновника. Он окончил высшую военно-инженерную школу в Мезьере - одном из лучших технических учебных заведений того времени. После окончания учебы Кулон в течение ряда лет служил на острове Мартиника, где руководил строительством крупного форта. После возвращения на родину Кулон постепенно отошел от военной службы и стал заниматься научными исследованиями. Первая же научная работа Кулона, начатая еще на Мартинике, была посвящена методам решения задач строительной механики. Она сразу принесла Кулону известность.

Кулон был одним из первых ученых, сочетавших высокий уровень научных исследований с упором на практические приложения. Ярким примером такого сочетания явилась работа Кулона по изучению сухого трения. На основе простых и весьма убедительных опытов Кулон изучил зависимость силы трения покоя и силы трения скольжения от множества факторов (нормального давления, площади и длительности контакта тел, относительной скорости движения тел и т.п.). Особенно важно то, что опыты Кулона были полномасштабными, т.е. проводились с реальными телами в реальной обстановке. Итогом работ Кулона стало подтверждение пропорциональности силы трения скольжения и силы нормального давления в широком диапазоне нагрузок. Надо заметить, что закон Ftp = mN был сформулирован еще Г. Амонтоном в 1699 г., но только Кулон полностью экспериментально обосновал его.

За работу по внешнему трению Кулон в 1781 г. получил премию Парижской академии наук и был избран ее членом. Он переехал в Париж, полностью посвятив себя научной работе.

В 1780-е гг. он исследует кручение тонких металлических нитей и на этой основе создает необычайно чувствительный прибор — знаменитые крутильные весы. Эти весы стали основным инструментом в цикле работ Кулона по электричеству и магнетизму. В этом цикле из семи мемуаров были установлены важнейшие количественные законы электростатики и магнитостатики.

Попытки экспериментального определения закона «электрической силы» предпринимались с середины XVIII в., но все они до работы Кулона оказались неудачными, поскольку не проводилось различия между силами, действующими между заряженными телами произвольных размеров и формы, и силами, действующими между точечными зарядами (в действительности, достаточно малыми заряженными телами, находящимися на расстоянии, намного превышающем их размеры). Метод измерения этих сил по закручиванию нити в крутильных весах, предложенный Кулоном, позволил не только измерить сами силы, но и установить единицу электрического - заряда, что имело особое значение для дальнейшего развития науки об электричестве.

В последние годы жизни Кулон занимался изучением вязкого трения. Он также много занимался вопросами улучшения народного образования во Франции.

Ландау Лев Давидович (1908-1968)

Выдающийся советский физик-теоретик.

Л.Д. Ландау родился в Баку в семье инженера-нефтяника. Его способности к математике и физике проявились очень рано. В 19 лет в 1927 г. он окончил Ленинградский университет. Первые научные работы Ландау датированы этим же годом. В 1927-1932 гг. Ландау был аспирантом, а затем научным сотрудником Ленинградского физико-технического института. В эти же годы совершил две научные командировки за границу в институт к Н. Бору, дружеские отношения с которым сохранились у Ландау на всю жизнь. В 1932-1937 гг. возглавлял теоретический отдел Харьковского физико-технического института, с 1937 г. и до конца жизни заведовал теоретическим отделом Института физических проблем в Москве.

В 1938 г. Ландау был арестован по обвинению в антисоветской деятельности и отпущен через год под личное поручительство П.Л. Капицы.

Ландау был уникальным по своему универсализму теоретиком. Он глубоко понимал физику и сделал важные научные работы практически во всех разделах теоретической физики: квантовая механика, физика твердого тела, теория фазовых переходов второго рода, теория ферми-жидкости и теория сверхтекучести, физика космических лучей, гидрогазодинамика, физическая кинетика, квантовая теория поля, физика плазмы, физика элементарных частиц.

На праздновании 50-летия Ландау в Институте физических проблем ему были подарены выполненные в виде скрижалей Завета и вырезанные из камня формулы десяти его важнейших научных открытий, начиная с юношеской работы по квантовой механике, где Ландау ввел важнейшее понятие матрицы плотности, и кончая работой 1957 г. о комбинированной инверсии. Конечно, важнейшими работами Ландау стали его исследования по теории фазовых переходов и, прежде всего, по теории сверхтекучести гелия. В 1962 г. за пионерские исследования в области конденсированных сред и особенно жидкого гелия Ландау была присуждена Нобелевская премия по физике.

К сожалению, сам он в это время уже прервал свою блистательную жизнь в физике. В январе 1962 г. Ландау попал в тяжелейшую автомобильную катастрофу. Врачи буквально вытащили его с того света; друзья и ученики несколько месяцев дежурили в больнице, помогая врачам и выполняя функции санитаров, медсестер, рабочих. Однако, хотя Ландау прожил после катастрофы еще шесть лет, к научной деятельности он уже вернуться не смог.

Л.Д. Ландау был весьма необычным в общении человеком, очень безапелляционным в своих суждениях, иногда жестким, но безупречно честным критиком. Еще в молодые годы он получил сокращенное имя Дау, и его ближайшие ученики и друзья могли его так называть. Живой характер Дау, любовь к розыгрышу, шутке, нетривиальность суждений по поводу житейских проблем привлекали к нему молодежь. Ландау установил для всех желающих заниматься под его руководством теоретической физикой систему очень сложных экзаменов, начать сдавать которые мог любой желающий, но прошли через все испытания всего лишь 42 человека за двадцать пять лет.

Ландау был замечательным педагогом, создателем большой теоретической школы, воспитавшей плеяду замечательных физиков-теоретиков, во многом определивших успехи отечественной физики (А.А. Абрикосов, Л.П. Горьков, И.Е. Дзялошинский, Е.М. Лифшиц, А.Б. Мигдал, Л.П. Питаевский, И.Я. Померанчук, И.М. Халатников и др.). Выдающимся, не имеющим до сих пор аналога в мире, является десятитомный курс теоретической физики, написанный Ландау совместно с его учеником и другом Е.М. Лифшицем и ставший настольной книгой теоретиков всего мира.

Лебедев Петр Николаевич (1866-1912)

Выдающийся русский физик-экспериментатор.

П.Н. Лебедев родился в Москве, в 1884-1887 гг. учился в Московском техническом училище, где начал заниматься физическими исследованиями. Затем уехал за границу для завершения образования, окончил Страсбургский университет (1891 г.). В 1892 г. приглашен на работу в Московский университет (с 1900 г. - профессор). В 1911 г. в знак протеста против действий царского министра просвещения вместе со многими другими прогрессивными учеными оставил университет.

Лебедев получил всемирную известность как блестящий экспериментатор-виртуоз, автор исследований, выполненных весьма скромными средствами на грани технических возможностей того времени, но поражающих гениальной интуицией. В 1895 г. впервые создал комплекс устройств для генерации и приема миллиметровых электромагнитных волн, установил их отражение, двойное преломление, интерференцию и пр. В 1899 г. экспериментально доказал существование давления света на твердые тела, а в 1907 г. - на газы. Опыты по световому давлению принесли Лебедеву мировую славу. По этому поводу лорд Кельвин говорил: «Я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот ... Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами».

Величайшей заслугой Лебедева стало создание первой физической школы в России (П.П. Лазарев, С.И. Вавилов, Н.Н. Андреев и др.). Его именем назван Физический институт Российской Академии наук.

Ленц Эмилий Христианович(1804-1865)

Русский физик

Э.Х. Ленц родился в Дерпте (Тарту). Учился в Дерптском университете. В 1836 г. возглавил кафедру физики и физической географии в Петербургском университете, с 1840 г. - декан физико-математического факультета, с 1863 г. - ректор Петербургского университета. Основные работы Ленца относятся к электромагнетизму. В 1833 г. он установил правило определения направления ЭДС индукции (закон Ленца), а в 1842 г. независимо от Дж. Джоуля открыл закон теплового действия тока. Вместе с Б. С. Якоби впервые разработал методы расчета электромагнитов в электрических моторах. Изучал температурную зависимость сопротивления металлов.

Ломоносов Михаил Васильевич (1711-1765)

Выдающийся российский ученый и просветитель, основатель Московского университета.

М.В. Ломоносов родился в семье крестьянина-помора в деревне Мешанинской вблизи от Архангельска. Обладая природным дарованием и стремлением к знаниям, Ломоносов только в девятнадцать лет смог начать систематическую учебу после того, как пешком с рыбным обозом прошел путь от родительского дома до Москвы и поступил в Московскую славяно-греко-латинскую академию. Затем Ломоносов стал студентом университета при образованной в 1725 г. по приказу Петра I Петербургской академии наук. Как одного из лучших студентов университета Ломоносова посылают за границу, в Германию, для совершенствования образования в области металлургии. Вернувшись из-за границы, Ломоносов в 1745 г. становится профессором химии. С этого времени начинается его активная двадцатилетняя научная и общественная деятельность.

Диапазон интересов Ломоносова был необычайно широк, его можно назвать первым русским энциклопедистом. Он внес значительный вклад в развитие химии и химической технологии, географии, минералогии, геологии. При этом Ломоносов был замечательным поэтом, одним из основателей современной системы русского стихосложения, художником, историком, экономистом, философом и просветителем. В 1755 г. Ломоносов основал Московский университет.

В области физики и астрономии деятельность Ломоносова была также необычайно плодотворна. Вдохновившись опытами Франклина, Ломоносов со своим другом Г.В. Рихманом начинает экспериментально изучать атмосферное электричество (во время одного из этих экспериментов Рихман погиб от удара молнии). Ломоносов выдвигает гипотезу о связи электрических и оптических явлений, предвосхитив на сто с лишним лет открытие эффекта двойного лучепреломления в веществе, помещенном в электрическое поле (эффект Керра).

Ломоносов полностью разделял теорию Гюйгенса о волновой природе света.

В области астрономии Ломоносов усовершенствовал телескоп Ньютона, предложил конструкцию оригинальной «ночезрительной трубы», позволявшей рассматривать объекты при недостаточном освещении. Ломоносову удалось открыть атмосферу Венеры.

Центральное место в творчестве Ломоносова-физика занимают его работы в области атомистики и кинетической теории теплоты. Эти работы получили высокую оценку Л. Эйлера. В обстановке почти всеобщего признания флогистонной теории теплоты, в атмосфере враждебности и непризнания со стороны окружавших его коллег, Ломоносов в 1749 г. в диссертации «Размышления о причинах теплоты и холода» решительно отказывается от флогистонной теории и показывает, что теплота «заключается во внутреннем движении частичек материи». На основании своей теории теплоты он предсказывает существование нижней границы температур, при которой прекращается «внутреннее движение невидимых частиц». Кроме того, Ломоносов впервые попытался сформулировать закон сохранения вещества.

Максвелл Джеймс Клерк(13.06.1831-05.11.1879)

Английский ученый, самый великий физик-теоретик XIX века.

Максвелл родился в год, когда Фарадей открыл закон электромагнитной индукции, а умер в год, когда родился Эйнштейн. Жизнь и деятельность Максвелла как бы перекинула символический мостик между этими двумя великими физиками, так как именно Максвелл сумел выразить в сухих строчках математических уравнений великие прозрения Фарадея, а уравнения Максвелла стали затем основой для построения теории относительности.

Максвелл родился в г. Эдинбурге, в семье юриста и обладателя большого поместья в Шотландии. Мать Максвелла умерла, когда ребенку было девять лет, и его воспитанием занялись отец и тетя. Отец, высокообразованный человек, глубоко интересовавшийся проблемами естествознания, привил ребенку любовь к науке. В школе Максвелл увлекся математикой, и первой его научной работой, выполненной в пятнадцать лет, было открытие простого, но ранее неизвестного способа вычерчивания овальных фигур. За яркие математические способности Максвелла в школе прозвали «чокнутым». Однако Максвелл поражал не только выдающимися успехами в математике, но и постоянным любопытством по поводу того, как устроена и действует та или иная вещь. Он постоянно бомбардировал своих родных вопросами: «Как это работает? Что из этого можно сделать?»

В 1847 г. Максвелл поступил в Эдинбургский университет, а в 1850 г. перешел в Кембридж, который и закончил в 1854 г. вторым по классу математики. После окончания университета он согласился занять должность профессора в колледже в г. Абердине в Шотландии, главным образом для того, чтобы быть поближе к больному отцу, который скончался, не дождавшись приезда сына. Проработав в Абердине четыре года, Максвелл переезжает в Лондон, где с 1860 по 1865 гг. работает в Королевском колледже. Затем он уходит в отставку и уезжает в свое фамильное поместье Гленлейр вблизи деревни Партон в Шотландии, чтобы посвятить все время научным исследованиям.

В 1871 г. Максвелл соглашается вернуться к работе, чтобы заняться организацией первой физической лаборатории в Кембриджском университете. Эта лаборатория, получившая имя Кавендишской лаборатории, стала впоследствии одной из самых знаменитых физических лабораторий в мире. Максвелл становится первым ее директором.

Научные достижения Максвелла многообразны. Но два цикла работ прославили его имя и совершили поистине революцию в физике. Прежде всего, это начатый в Лондоне цикл работ по электродинамике, завершившийся формулировкой полной системы уравнений для электромагнитного поля и публикацией знаменитого "Трактата об электричестве и магнетизме" (1873 г.). Во-вторых, это исследования по кинетической теории газов, в которых Максвелл впервые ввел в описание физических явлений статистические методы. Этот факт ознаменовал новый этап в развитии физики. Помимо этих вершин, были и замечательные работы по теории цветного зрения, по термодинамике и астрофизике. Но все же уравнения Максвелла остаются до сих пор образцом глубокого теоретического обобщения и источником бесчисленного числа приложений. Генрих Герц как-то сказал об этих уравнениях: «Кажется, будто они живут отдельной жизнью и обладают собственным разумом, будто они мудрее нас, даже мудрее того, кто их впервые написал...»

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7