149923 (Развитие Физики во второй половине ХХ в.)

Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет.
Кафедра Истории.

Реферат по истории

Студент гр.31ПТ1
Поздняков А.В.

Санкт – Петербург
2005

Оглавление

Введение ………………………………………………………………………………3

Глава1. Сегодняшний день физики……………………………………………..4

Глава2. Развитие физики в СССР и России………………………………….13

Заключение…………………………………………………………………………..19

Приложение 1. Лауреаты Нобелевской премии по физике за 1945-2004гг…………………………………………………………………………………..21

Приложение 2. Структурная схема основных разделов современной теоретической физики……………………………………………………………..29

Приложение 3. Список литературы…………………………………………….30

Я склонен придерживаться точки зрения Нобеля, что человечество извлечет из новых открытий больше хорошего, чем плохого.
Пьер Кюри(9. с. 246).

Введение

Система наук условно делится на естественные, общественные и технические науки(5. с. 876). Естествознание, в отличие от наук об обществе, - это совокупность наук о природе(5. с. 435), то есть об окружающем нас мире во всем многообразии его форм. Физика (от греч. Physics – природа) является наукой о природе. Она изучает простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира(5. с. 1421). Именно поэтому физика и ее законы лежат в основе всего естествознания. В современном представлении самое простое – это так называемые первичные элементы: молекулы, атомы, элементарные частицы, поля и т. п. А наиболее общими свойствами материи принято считать движение, пространство и время, массу, энергию и др. Выявляя самое простое и самое общее в природе, физика устанавливает универсальные законы, справедливость которых подтверждается не только в земных условиях и околоземном пространстве, но и во всей Вселенной. В этом заключается один из существенных признаков физики как фундаментальной науки(3. с. 117-120).

Всю историю физики можно условно разделить на три основных этапа(3. с. 121-123). Первый этап – древний и средневековый. Это самый длительный этап. Он охватывает период от времен Аристотеля до начала ХVΙΙ в. Второй – это этап классической физики. Его связывают с одним из основателей точного естествознания Галилео Галилеем и основоположником классической физики Исааком Ньютоном. Путем эксперимента Галилей опроверг учение Аристотеля о пропорциональности скорости падения весу тела. Он пришел также к открытию закона инерции и сформулировал механический принцип относительности движения, обобщенный позднее А.Эйнштейном. Ньютон сформулировал три основных закона классической механики, открыл закон всемирного тяготения и закон разложения света на монохроматические составляющие. К числу фундаментальных достижений физики при завершении этого этапа относится формирование немеханической картины мира и радикальное изменение взглядов на структуру физической реальности, связанное с построением Максвеллом теории электромагнитного поля. Третий этап возник на рубеже XIХ и ХХ веков. Это этап современной физики. Он открывается трудами немецкого физика Макса Планка(1858-1947), вошедшего в историю развития физики как одного из основоположников квантовой теории. Занимаясь возникшей в физике научной проблемой, связанной с тем, что результаты экспериментальных работ по исследованию излучения веществами коротких электромагнитных волн не подчиняются законам электромагнетизма Максвелла, Планк отказался от установившегося положения классической физики, согласно которому энергия системы изменяется непрерывно. В 1900 г. он высказал гипотезу о том, что атомы испускают электромагнитную энергию дискретно, отдельными порциями, - квантами. Другое важное событие на современном этапе развития физики относится к 1905 году, когда Альберт Эйнштейн(1879 – 1955) сформулировал принципы специальной теории относительности(СТО), а к 1916 г. им была создана общая теория относительности(ОТО). По представлениям классической физики, движение не оказывает влияния на течение времени и линейные размеры тела, они постоянны(абсолютны) во всех инерциальных системах отсчета. Эйнштейн доказал, что в движущихся системах отсчета замедляется время и сокращаются размеры тела, что масса тела растет с увеличением его скорости, вывел формулу для определения полной энергии движущегося тела. Законы классической механики справедливы только для скоростей движения тела, много меньших скорости света в вакууме(с = 300000км/с), они являются частным случаем релятивистской механики, основанной на специальной теории относительности. В современных ускорителях заряженных частиц скорости сравнимы со скоростью света, и законы ньютоновской механики не применимы. Квантовая теория и теория относительности определили развитие всей физики ХХ века. Характерная особенность современной физики заключается в том, что наряду с классическими бурно развиваются и внедряются квантовые представления, на основании которых объясняются многие микропроцессы, происходящие в пределах атома, ядра и элементарных частиц. Новая физика не отбросила ньютоновскую механику, а только ограничила область ее применимости.

К числу величайших открытий в современной физике, уточнивших, а чаще и коренным образом изменивших наши представления о мире, следует отнести открытие электрона, показавшее сложность ранее неделимого атома, а также разработку теории атома и ее экспериментальное подтверждение. Таким образом, физика уже располагает целым рядом не только эмпирических, но и фундаментальных законов как макро-, так и микромира.

Глава I . Сегодняшний день физики.

Двадцатый век заслужил трагическую честь называться атомным веком. В конце 30-х годов в Германии, Франции, СССР и США проводились интенсивные исследования ядерных реакций. Первые крупные экспериментальные работы в области ядерной физики, связанные с облучением химических элементов нейтронами, были выполнены в 1934 г. выдающимся итальянским физиком Энрико Ферми. Он обнаружил, что уран, подвергнутый бомбардировке замедленными нейтронами, дает ряд радиоактивных элементов. Но Ферми ошибочно полагал, что это – совершенно новые трансурановые химические элементы. Впервые гипотезу о том, что тяжелые ядра при бомбардировке их нейтронами распадаются на изотопы уже известных ранее элементов высказала немецкий физик Ида Новак и предложила проверить ее профессору Отто Гану из Института кайзера Вильгельма в Берлине(1. с. 424-428). Но он счел эту идею сумасбродной. Позднее, после публикации статьи Ирен Кюри и химика Савича, обнаруживших, что одним из осколков ядра урана является уже известный лантан, Отто Ган и Фредерик Штрассман, проведя бомбардировку урана, выявили, кроме лантана, барий. Опыты Гана объяснила его бывшая сотрудница Лизе Мейтнер, переехавшая в 1938г. из Германии в Швецию. Используя модель Нильса Бора, она построила теорию деления ядра, из которой вытекало, что при этом новом виде ядерной реакции должно выделяться большое количество энергии. Опыты подтвердили правильность ее выводов.

Если учесть, что эти научные работы проводились в фашистской Германии, станет понятным беспокойство ученых по поводу возможного использования этих открытий в военных целях. В августе 1939г. президенту США Франклину Делано Рузвельту было передано письмо за подписью А.Эйнштейна, проживавшего с 1933г. в Америке, поскольку на его родине, в Германии, за голову великого ученого, выступившего в защиту мира, нацистами была обещана награда в 50000 марок(2. с. 140). В письме указывалось на опасность, которая может возникнуть, если Германия обгонит все страны и первой овладеет секретом ядерной энергии. Одновременно с письмом президенту был вручен меморандум, в котором физики-атомщики просили правительство выделить необходимые средства для ускорения темпа работ(2. с. 141).Рузвельт понял беспокойство ученых и распорядился создать Урановый комитет, который должен был руководить всеми работами по урановой программе. В разгар войны из Германии стали доходить тревожные сведения о работе над созданием сверхмощной бомбы. Это дал понять своему учителю Нильсу Бору и немецкий физик Вернер Гейзенберг(Нобелевская премия 1932 года) во время их короткой встречи в Копенгагене. С апреля 1939г. Гейзенберг возглавлял в Германии планомерные работы по разделению изотопов урана и строительству ядерного реактора. Вскоре антифашистски настроенный Бор получил приглашение присоединиться к группе физиков, которые собрались в Америке для работы над атомной бомбой, и тайно был переброшен вместе с сыном Оге из оккупированной Дании в Англию, а затем они переехали в Америку и приняли участие в секретном проекте. Энрико Ферми вместе с семьей эмигрировал в США еще перед войной, в 1938 году, поскольку из-за еврейского происхождения его жены оставаться в фашистской Италии было уже небезопасно. В Соединенные Штаты съезжались все больше и больше ученых из оккупированных фашистами европейских стран. Поэтому над созданием первой в мире атомной бомбы трудились лучшие умы не только Америки, но и Европы.

На первом этапе нужно было доказать на практике возможность осуществления управляемой цепной ядерной реакции посредством нейтронов. С этой целью под руководством Ферми, занимавшего в то время должность профессора Чикагского университета, под трибунами стадиона этого университета началось строительство экспериментального реактора. Этот первый в мире ядерный реактор был пущен в начале декабря 1942 года, открыв тем самым дверь в атомный век(1. с. 424-436).

Второй этап американской программы по созданию атомной бомбы назывался «Манхэттенский проект». Его возглавил генерал Лесли Гроувз. Работой по созданию ядерного взрывчатого вещества и по разработке устройства бомбы руководил американский физик Роберт Оппенгеймер. Она проводилась в обстановке строгой секретности. Ученые жили в небольшой деревне Лос-Аламос(штат Нью-Мексико), расположенной на высоком горном плато и связанной с внешним миром одной-единственной дорогой. Здесь были разработаны как простая конструкция бомбы(«Малыш»), так и более сложная(«Толстяк»). Осенью 1944г. был пущен в эксплуатацию первый из трех запланированных ядерных реакторов, а в июле 1945г. в трехстах километрах к югу от Лос-Аламоса было проведено успешное испытание «Толстяка». Этот первый ядерный взрыв был произведен после окончания войны в Европе, в дни работы Потсдамской конференции союзников: СССР, США и Великобритании. А 6 и 9 августа 1945г. американская авиация сбросила бомбы «Малыш» и «Толстяк» на японские города Хиросиму и Нагасаки. Эти атомные бомбардировки, приведшие к большим материальным и людским потерям среди мирного гражданского населения, не были вызваны военной необходимостью. Произведенные по прямой директиве Гарри Трумэна, избранного после смерти Ф. Рузвельта президентом США, они являлись демонстрацией стратегического превосходства Америки, обладающей в тот период монополией на атомное оружие. Соединенные Штаты стремились утвердить свою гегемонию в послевоенном мире.

По свидетельству британского премьер-министра Уинстона Черчилля, принимавшего участие в Потсдамской конференции, Трумэн, получив известие об успешном испытании атомной бомбы под Лос-Аламосом, сообщил Сталину о существовании «нового оружия необычайной разрушительной силы» и был чрезвычайно удивлен, что Сталин не задал ему ни единого вопроса(1. с. 435-436). А объяснялось это просто: в СССР тоже полным ходом велись работы в этом направлении. Уже в 1942г. советское правительство располагало информацией о секретных работах ученых США и Германии по созданию нового, сверхмощного оружия. Одним из первых ученых, обративших на это внимание, был ученик И.В.Курчатова Г.Н.Флеров, открывший вместе с К.А.Петржаком в 1940г. новый тип радиоактивных превращений – спонтанный распад ядер урана. В апреле 1942г. Флеров, уже призванный в армию, зашел в библиотеку Воронежского университета и обнаружил, что в американских физических журналах перестали публиковать статьи по исследованию урана. Напрашивался вывод о том, что эти исследования засекретили в связи с начавшимися работами по созданию ядерного оружия. Можно было предположить, что и Германия с ее блестящими физиками и инженерами не осталась в стороне. Эти соображения Флеров изложил в письме И.В.Сталину, которое, наряду с данными разведки, оказало влияние на принятие решения о начале работ по созданию атомной бомбы – Советского атомного проекта(9. с. 308). В Москву были вызваны А.Ф.Иоффе, В.И.Вернадский, В.Г.Хлопин и П.Л.Капица для обсуждения перспектив развития ядерной физики в СССР и для решения вопроса о том, кто из ученых может возглавить научное руководство этими работами. Приглашенные академики назвали имя Игоря Васильевича Курчатова(2. с. 225). С осени 1942г. тот становится организатором и руководителем работ по атомной науке и технике в СССР.

Многие крупные лаборатории страны стали заниматься вопросами цепной ядерной реакции, разделением изотопов урана, а также получением тяжелой воды. В начале 1943г. под руководством Курчатова работает уже около двух десятков ученых, многие из которых впоследствии стали академиками и членами-корреспондентами Академии наук СССР. В группу входят Я.Б.Зельдович и Ю.Б.Харитон, впервые осуществившие расчет цепной реакции деления урана и показавшие, что наиболее надежный путь заключается в обогащении урановой смеси легкими изотопами урана-235. Теорией ядерных реакторов занимаются такие крупные физики, как А.И.Алиханов, Ю.Я.Померанчук, И.И.Гуревич. На окраине Москвы, у бывшего Ходынского поля, строится институт, именующийся лабораторией №2. Сейчас это Институт атомной энергии им. И.В.Курчатова. Здесь в начале 1945г. заработал циклотрон, построенный всего за один год.