Великие физики и их открытия. Основы специальной теории относительности

Джонн Бриггс (John Briggs) и Дарко Димитровски (Darko Dimitrovski) из университета Фрайбурга (Universität Freiburg) обосновали и рассчитали придуманный ими метод создания атомов без ядра. С развивающимися ныне технологиями такой «фокус» будет доступен экспериментаторам во вполне обозримом будущем.

Атом без ядра — это набор электронных оболочек, сохраняющих свою «форму» так, словно бы они всё ещё удерживаются ядром.

Создать такое странное образование возможно, если воздействовать на какой-либо атом чрезвычайно коротким и при этом очень мощным импульсом лазера, говорят учёные.

Правда, этот экзотический атом без ядра будет жить ничтожно короткое мгновение, но всё же — он будет реально существовать.

Бриггс и Димитровски посчитали, как будет работать их метод. Итак: лазер с импульсом длительностью примерно 10 аттосекунд (1 аттосекунда равна 10 -18 с), вроде того что был использован в этом необычном опыте, но только чрезвычайно мощный (а именно — 10 18 ватт), воздействует на атом. Период орбитального движения электронов в атоме заметно больше, чем длительность такого импульса. Так, к примеру, у водорода электрон «обегает» вокруг ядра за 24 аттосекунды.

Если сила электрического поля в луче будет больше, чем сила связи электронов с ядром, – вся электронная оболочка будет оторвана от ядра и аккуратно смещена в сторону.

Ключ к успеху тут — быстротечность импульса и правильная его частота, ведь «сбивание» электронных оболочек (всех их уровней сразу, если речь идёт об атоме, куда более сложном, нежели водород) должно произойти за счёт действия всего лишь одного полупериода электромагнитной волны использованного в опыте излучения.

Второй полупериод этой волны послужит для торможения полного волнового пакета в новом месте его расположения — на некотором расстоянии от ядра. Тут имеется в виду волновой пакет всех электронов атома, разумеется.

Поскольку импульс лазера столь короток, за время своего смещения в пространстве электроны, образно говоря, не успеют ничего «предпринять». Их волновая функция почти не претерпит искажений, да и разбежаться в стороны от действия сил Кулона электроны не успеют, поясняют изобретатели метода.

Разумеется, такой «атом» через очень краткий миг распадётся, но если зафиксировать приборами все разлетевшиеся электроны, можно будет потом в компьютере восстановить облик первоначального волнового пакета, то есть того самого атома без ядра — самостоятельно существующего электронного облака, воспроизводящего форму оболочек исходного атома.

Удивительно, но, по расчётам Джона и Дарко, «снять» с минимальным «повреждением» разом все электронные оболочки можно не только с лёгких, но и с тяжёлых атомов, и более того — подобный «трюк» можно проделать даже с молекулами. Понятно, чтобы осуществить такой опыт, нужно ещё создать очень мощный аттосекундный лазер.

И, надо сказать, техника постепенно подступается к этой задаче. Ведь уже существующие установки демонстрируют потрясающие вещи. Например, познакомьтесь с лазерами: выдавшим недавно самый яркий свет во Вселенной, обошедшим некоторые капризы квантовой физики, мощным рентгеновским , который взорвал объект наблюдения; а также с историями о том, как сверхкороткие лазерные импульсы позволили отснять молекулы , создать чёрный металл и поставить рекорд скорости нагрева в 10 18 градусов в секунду, а ещё — аккуратно

Фридайвинг представляет собой подводное плавание без акваланга, то есть ныряльщик просто задерживает дыхание, можно даже сказать, как бы отключает его. Фридайверы способны погружаться на невероятно большую глубину, и это без каких-либо дыхательных аппаратов и систем по контролю давления.

Чемпионы в этом деле могут задерживать дыхание до 11 минут. Иными словами, такие люди нарушают многие законы физики и научное представление о человеке и его возможностях, однако ни в какие сенсации это почему-то не выливается. Учёные просто игнорируют эту поразительную способность человеческого организма, словно никаких свободных ныряльщиков в мире не существует.

Фридайверы совершают немыслимое

Фридайвинг, разумеется, является древнейшим способом подводного плавания. В наши дни, когда появились первые спортсмены, увлекающиеся таким занятием, физиологи были убеждены, что человек не способен погрузиться на глубину более 30-40 метров. Это просто противоречило любым законам физики. Учёные выложили все факты о человеческом организме и о влиянии на него давления воды, заявив, что 40 метров – максимально доступная нам глубина. Если кто-нибудь попробует нырнуть глубже, его легкие окажутся раздавлены, и он захлебнётся собственной кровью.

Как нетрудно догадаться, это не остановило фридайверов, и текущий рекорд глубины погружения без акваланга равен 214 метрам.

Итальянская кинорежиссёр и ныряльщица Мартина Амати утверждает, что такие чудеса происходят в основном из-за человеческого мозга. Именно умонастроение, по словам женщины, является решающим фактором во фридайвинге. Ныряльщик забывает обо всём, что читал в учебниках физики и физиологии, избавляется от любых мысленных ограничений и оттого совершает немыслимое.

Амати убеждена, что с одной стороны, даже человеческое тело является куда более совершенным и могущественным, чем считает официальная наука, а с другой - огромную роль в любом деле играет сила мысли, когда намерения человека буквально преобразовывают его тело, да и окружающую его реальность.

Что происходит с организмом фридайвера на большой глубине

Погружаясь на глубину 10 метров, водолаз без акваланга начинает ощущать давление в 2 раза большее, чем на поверхности. Каждые последующие 10 метров добавляют ещё одну атмосферу, и давление, казалось бы, должно становиться просто невыносимым и несовместимым с жизнью. Тем не менее, фридайверы не только не погибают в пучине океанеа, но и описывают впоследствии удивительные ощущения от своих погружений, словно они попали в совершенно иную реальность.

На значительной глубине у человека меняются физиология и анатомия, поскольку организм приспосабливается существовать в экстремальных условиях. В теле сжимаются все пространства, содержащие воздух, а вместе с этим меняются поведение газов в крови и работа нервной системы.

Чем глубже опускается водолаз, тем меньше ему нужно кислорода, поскольку из-за давления кислород становится как бы мощнее. На глубине 13-20 метров тело перестаёт выталкиваться наверх и начинает тонуть, как камень. Фридайверы называют данный процесс свободным падением. В это время человек перестаёт двигаться и позволяет силам природы «тянуть» себя вниз.

По мере погружения дайвер ощущает, как изменяется состав его крови. Газы при большом давлении растворяются в крови гораздо легче и функционируют куда эффективнее. К примеру, азот начинает действовать на мозг, как наркотик, и приводит к лёгкому опьянению, а на большой глубине – к настоящей эйфории.

Когда фридайвер погружается всё глубже, последние остатки кислорода в его крови сжимаются, и организм ныряльщика держится на несравнимо более низком уровне обмена, чем организм человека на поверхности. Тело водолаза приходит в необъяснимое равновесие с окружающей средой, когда речь идёт о невероятно тонком балансе, требующем непостижимого физиологического совершенства.

Академическая наука отказывается изучать данный феномен

В среднем за 10 минут профессиональный фридайвер способен погрузиться на глубину, составляющую приблизительно 1/5 километра, и всплыть обратно. И никакой вам декомпрессионной болезни или губительных последствий кислородного голодания. Свой первый глоток воздуха после погружения такие люди нередко сравнивают с первым вдохом младенца после рождения.

Что касается учёных, то они напрочь отказываются исследовать этот феномен.

Самая распространенная жалоба школьника на трудность предмета звучит так: “Зачем мне эта дурацкая …. (тут можно поставить что угодно – физику, математику, историю, биологию), если я не собираюсь заниматься ей после школы?!”

Действительно, а нужно ли бедному ребеночку зубрить формулы и разбираться с законами Ньютона и Фарадея? Может, ну ее, эту пакость, займемся лучше чем-то интересным? Удивительно, но многие взрослые и сами не понимают, зачем учили физику в школе и искренне не видят связи между этой занимательной наукой и повседневной жизнью. Давайте же найдем эту связь!

Представьте себе свой обычный день. Вот вы встали с кровати, потянулись и посмотрели в зеркало. И законы физики заработали прямо с началом вашего дня!

Движение, отражение в зеркале, гравитация, которая заставляет вас идти по земле, а воду течь в раковину, а не вам в лицо, сила, которая требуется для того, чтобы поднять сумку или открыть дверь – все это физика .

Обратите внимание на лифт, легко и быстро поднимающий вас на нужный этаж, автомобиль или другой транспорт, компьютеры, планшеты и телефоны. Без физики все это никуда бы не поехало, не включилось и не заработало.

Развитие физики можно приравнять к прогрессу.

Сначала люди поняли законы оптики и изобрели простые очки , чтобы те, кто плохо видит, могли лучше ориентироваться, читать и писать. А затем на свете появились микроскопы , с помощью которых ученые сделали невероятные открытия в таких областях, как биология и медицина. И телескопы , в которые астрономы увидели планеты, звезды и целые галактики и смогли сделать выводы об устройстве Вселенной. Каждое открытие в физике помогает человечеству сделать новый шаг вперед.

Хорошо, скажете вы. Но ведь для всего перечисленного, для всех этих открытий и разработок существуют физики. То есть люди, сознательно выбравшие именно эту науку своей основной профессией. Причем же здесь остальные, да еще и гуманитарии? Им-то на что эти знания, если можно просто прочитать инструкцию к своему телефону и этого будет достаточно для его использования?

Мы уже писали, что , но кроме этого, приведем несколько примеров из повседневной жизни, когда базовое знание физики может пригодиться каждому. Причем, разберем только один раздел физики, практически полностью созданный Исааком Ньютоном, - механику.

Движение, скорость, ускорение.

Итак, все во Вселенной постоянно двигается, включая нашу планету и землю, по которой мы ходим. А ходим мы почти ежедневно в разные места. Значит, мы постоянно рассчитываем, насколько быстро доберемся до театра, работы, друзей, чтобы не опоздать. Задачи на скорость мы решаем в средней школе в рамках курса математики, но на самом деле это базовая физика.

Теперь представьте, что вы выбираете машину. У вас есть желание получить резвый автомобиль, но вам нужно возить семью, поэтому размер тоже имеет значение. То есть резвый и большой. И как же понять, какой подойдет? На что вы обратите внимание? На ускорение , конечно! Есть такой параметр – постоянное ускорение, то есть разгон от 0 до 100 км за количество секунд. Так вот чем меньше время от 0 до 100, тем бодрее будет ваша машина на старте и виражах. И это подскажет вам физика!

Когда вы начинаете (и продолжаете) водить машину, кое-что из базового курса физики вам очень пригодится. Например, вы сами поймете, что резко тормозить на трассе при скорости 120 км/ч только потому, что вам внезапно захотелось полюбоваться красивым видом, пожалуй, не стоит.

Даже если за вами не едет на такой же скорости еще несколько автомобилей, водители которых могут не успеть среагировать. Просто при торможении ускорение отрицательное, поэтому всех, кто сидит в машине, резко бросает вперед. Поверьте, впивающиеся в тело ремни и растянутые шейные мышцы – это неприятно. Просто имейте в виду такое понятие из физики, как ускорение.

Сила тяготения, импульс и другие полезности.

Физика расскажет о законе тяготения . То есть мы уже и так знаем, что если бросить предмет, то он упадет на землю. Что это значит? Земля притягивает нас и все предметы. Мало того, планета Земля притягивает даже такой тяжелый космический предмет, как Луна. Заметим, что Луна не улетает по своей траектории и каждый вечер показывается людям. Также не зависают в воздухе любые штуки, которые мы в сердцах бросили на пол. На брошенные предметы действует еще и ускорение, потому что у Земли огромная сила притяжения. А также сила трения.

Поэтому, зная об этих законах, можно понять, что происходит, если человек прыгает с парашютом. Связана ли площадь парашюта связана с замедлением скорости падения? Может, стоит просить парашют побольше? Как действует импульс на коленки парашютиста, и почему нельзя приземляться на прямые ноги?

А как выбрать горные лыжи? Вы отлично катаетесь или только начинаете? Подумайте о трении, уточните именно эти параметры своих новых лыж. Если вы новичок, не знающий физики, то очень вероятна ошибка в выборе. Успеете ли вы остановиться?

Окей, вы не собираетесь прыгать с парашютом и ничего не хотите знать про горные лыжи.

Вернемся к повседневности. Вот перед вами гайка и гаечный ключ. За какую часть ключа нужно взяться, чтобы приложить к гайке максимальную силу? Те, кто изучал физику, возьмутся за ключ как можно дальше от гайки. Чтобы открыть тяжеленную дверь в старое здание, нужно давить на нее с самого краю, подальше от петель. Нужно ли рассказывать про рычаг и точку опоры, которой так не хватало Галилею?

Наверное, этих примеров пока достаточно для иллюстрации ежедневного присутствия физики в нашей жизни. И это была только механика! А ведь есть еще оптика, которую мы упоминали в начале статьи, и электричество с магнитными полями. И это мы скромно молчим про теорию относительности.

Поверьте, физика на базовом уровне необходима каждому, чтобы не выглядеть глупо и смешно в самых обычных ситуациях.

Физика — какая емкость слова!
Физика — для нас не просто звук,
Физика — основа и опора
Всех без исключения наук!

Физика нужна!
Физика важна!
Без нее не сделать нам ни шагу!
Как из березы получить бумагу?
Как мобильный телефон превратить в магнитофон?
Как получить незатухающий костер?
Как сделать умный полотер?
Как увидеть микромир?
Как создать нам новый мир?
Как нано-технологии внедрить?
И параллельные миры заполучить?
Как заглянуть в другие времена?
Как в невесомости взрастить нам семена?
Ответ один: тут физика нужна!
Учи ее, и станешь умным ты,
Достигнешь с ней карьерной высоты!

Физика — богиня!
Физика — царица!
Физике учиться
Мы не должны лениться!

Физику знай — всегда пригодится,
Люди изучали, надо научиться.
Кто такой Джеймс, не Бонд, а Максвелл,
Что он открыл? Был нем?
Много веществ, физических тел,
Вода от водорода отличается чем.
Знаешь молекулы, атомы знай,
В физике частицы веществ изучай.
Знай единицы в системе СИ,
Много читай, немало учи!
Сила упругости, тяжести, вес —
Знанья на голову не свалятся с небес.
Если ты знаешь как скорость искать,
Время и путь надо узнать.
Формулы выведи сам,
Из того, что изучено очень давно.
В физике много узнаешь ты тем,
Задачи решишь без всяких проблем.
Но, если ты просто с доски все списал,
Сам не понял, сам не решал,
Знания золото ты не найдешь,
Если не учишь, то не поймешь!

Кочкина Диана

Физика — сложнейшая наука.
Физика не любит дураков.
Расскажу вам я про двух учеников,
Которые запоминали закон Гука.

Вася, Коля Богачёвы —
Два братишки-близнеца
Приходили после школы.
Два прилежных молодца.

— Надо делать нам уроки! —
Вдруг воскликнул братец Коля —
Да еще, в какие сроки!
Физику поучим что ли?!

Сила упругости —
Это вам не глупости!
А вот уж закон Гука —
Серьёзнейшая штука.

И принялись два брата,
Два верных близнеца
Учить закончик Гука
Почти до утреца.

Минус «К» и дельта «Эль»
О боже, что за мука!
Минус «К» и дельта «Эль» —
Серьёзнейшая штука!

А ещё и дельта «Эль» подкралася внезапно.
Закружилась голова:
Дельты, минус, «К» и «Ло»
Что-то нам невеселО!

Тихоньки стали
Два братишки-близнеца.
И спокойно, крепко спали
Два прилежных молодца.

А наутро, вставши рано,
В школу быстренько пошли.
И, державши спину прямо,
Физику сдавать пришли.

Вот и первый наш звонок.
Начался уже урок.
Вася, Коля Богачёвы
Отвечайте на вопрос.

Расскажите закон Гука.
Для мальчишек погас свет:
Нет у нас закона Гука!
Закон есть, а Гука нет!

— Это что ещё за штука?! —
Учитель говорит в ответ, —
Вот за этого, за Гука
Шлю родителям привет!

Открывайте дневники!
Горе вы ученики.
— Нет постойте! Мы учили!
Да немножко подзабыли!

— Двойки ставлю, и конец!
Это вам не шутка!
Учить закончик Гука —
Серьёзнейшая штука!

Мальчики переглянулись.
Но совсем не улыбнулись!
— Коля, надо не грустить.
А получше нам учить!

Ростовская Д.

Физика вовсе не простой предмет,
И как его выучить – дам я совет.
Надо все формулы знать назубок,
И не пропускать без причины урок.
Правильно нужно задачи решать,
Четко, как учат их оформлять.
Теорию нужно всем знать, да чтоб так,
Что рассказать её будет пустяк.
Контрольные надо писать лишь на пять.
Обязательно всем надо физику знать!
Знать про альфа — распады и громкость звука.
Физика, вовсе, скажу вам, не скука.
А опыты… Боже, это так интересно!
Их готова творить я везде, повсеместно.
В общем одно я хочу лишь сказать:
Физику надо учить всем и знать!

Что изучает физика?
Знаете, как говорится в народе?
Физика — царица всех наук о природе!
Физика много разделов включает,
Каждый вопросы свои изучает.
Например, проводов всех «величество»
Изучает раздел «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО».
«МЕХАНИКА» все изучает движения,
Действия сил, точки их приложения,
Тепловых процессов динамику
Изучает «ТЕРМОДИНАМИКА».
Отражение света, его преломление,
Прямолинейное распространение,
Как изображение глаз получает —
Все это «ОПТИКА» изучает.
Что собой представляет ядро или атом
Мы из «АТОМНОЙ ФИЗИКИ» узнаем когда-то.
В каждом разделе много полезного,
Познавательного и интересного!

Любите физику, друзья,
Без космоса никак нельзя,
Без света не прожить и дня,
Как в древнем мире без огня.

Учёный сильно удивлён,
В магнитном поле электрон,
И лазер — квантовый прибор,
Идей талантливых простор.

Машина или самолёт,
Большой корабль колет лёд,
И атом служит нам сейчас,
Всё это физика для нас!

Без физики не только свет,
Компьютер или Интернет,
Мы не могли бы получить,
Давайте физику учить!

Львовский Марк

Нас физика, увы, повсюду окружает.
Из дома в школу утром провожает.
Набраться бы ученикам терпения:
Подняться из постели тяготения,

Умыться, применяя силу трения,
В кабине лифта ощутить падение,
На тротуаре – сильное скольжение.
А вот и школа — вечное движение!

Всем физикам – почет и уважение!

Каретникова Н.

Скажи, зачем нам физика?
— Чтобы её сдавать,
И всё равно не знать,
И двойки получать!

А может, чтоб природу,
Нам лучше понимать?

Узнать, как мир устроен,
Что в атоме ядро,
Возможно, в чёрных дырах,
Галактики нутро.

Львовский Марк

Рассматривает физика природу,
Описывая разные объекты
И связи между ними – всё в угоду
Растущему без меры интеллекту.

За грань пытаясь заглянуть прибором,
Теорию шлифуя многократно —
Сличать себя то с Ньютоном, то с Бором
Учёным, без сомнения, приятно.

На самом деле, физика — лирична.
Законы из природы вычленяя
Она – то адекватно-аскетична,
То – гимназисткой юной расцветает.

Вот посмотрите: «странные» частицы,
Из синхрофазотронов вылетают,
Им «модами» распада расщепиться
Законы резонанса позволяют…

А «очарованные» антикварки —
Сплетаются в туманные «триплеты»,
И сохраняя «чарм», в пылу запарки
Аннигилируют порой при этом…

Подумайте: гиганты от Науки,
Исследуя строение Вселенной,
Дают названья вновь открытой «штуке»
Достойные Поэзии нетленной…

Я был неисправимый лирик,
К наукам точным равнодушен.
Прекрасного так много в мире,
Что мне Эйнштейн совсем не нужен.

Взамен Ньютона и Капицы
Мне Лист и Паганини ближе;
Чудесны на портретах лица
В музеях Рима и Парижа.

Поэтом я могу не быть,
Стать физиком – избави Боже!
Ну, как мне Пушкина забыть,
А с ним и Лермонтова тоже.

Стихи мне музыкой звучат,
Их сборники, как партитуры,
А муза с лирою в лучах, —
Как символ всей литературы.

И пусть пульсируют упруго
Сосуды в сердце и в мозгу,
Вот только квадратуру круга
Постичь я всё же не могу.

Краснокутский Ю.

Кто сказал, что физик не поэт?
Может он стихи писать, как бог.
Кто сказал, что скучен белый свет?
Он расцвечен спектрами дорог.
Любят слушать звёздные хоры
Физики — смешные человеки.
Микро- , макро- и т. д. миры
Поселились в душах их навеки
В ураганах квантов и полей
Слышится дыхание Вселенной.
Физики счастливей всех людей,
С ними даже Время откровенно.
Им видны и смысл, и красота
В дебрях самых сложных уравнений,
А ещё им снится иногда
Звёзд далёких бурное рождение.

Мартыновa Л.

На уроках нас учили,
Больше масса, больше сила,
Масса есть и ускоренье,
Сила их произведенье.

Есть опора и подвес,
Это значит, есть и вес,
Нет опоры и подвеса,
Однозначно, нет и веса!

Есть земное притяженье,
Сила есть и ускоренье,
Свет проходит по прямой,
Только снится нам покой!

Львовский Марк