Глоссарий. Дріс таырыбы Физика тарихы курсына кіріспе
 Скачать 1.58 Mb.
|
1. Жасанды радиоактивтілік 2.Фермидің тәжірибелері 3.Фермидің β- бөлінуінің теориясы 4.Уранның бөлінуі 5. Ядролық бөлінудің тізбекті реакциясы 6. Игорь Васильевич Курчатов 7. Энрико Ферми №29 дәріс Дәріс тақырыбы: Физика ғылымының проблеммалары Дәріс жоспары Физика ғылымының проблеммалары. Физика бөлінбейтін жалпы ғылым. Соңғы он жылдық ішінде көптеген тармақтар мен мамандықтар жоғары дамып кеткенмен, олардың барлығын байланыстыратын жіп бар. Бұл жіп - теориялық физикада қаланған негізгі түсініктер мен заңдар болып табылады. Осыған дейін біз тек өткен кезеңдерде физика қалай дамығанын қарастырған болатынбыз. Енді қазіргі заманда физика қалай дамып жатыр екен? Соңғы он жылдық ішінде көптеген ашылулар жасалды. Физика өзінің жетістіктері және жеңілулері, жеңістері, қайғы-мұңы да бар ғылым болды және солай болып қалады. Ең бастысы оның дамуы еш уақытта тоқтамақ емес. Өткен ХХғ.-ды ұлы физикалық ашылулар ғасыры деп атауға болады. Дәл осы кезде бүкіл әлемді дүр сілкіндірген кванттар теориясы мен салыстырмалылық теориясы пайда болды. Нейтрон, позитрон және кварк ашылды. Біз енді асқын өткізгіштік пен асқын аққыштық сияқты таңғаларлық құбылыстар туралы білеміз. Жоғары энергиялар, жоғары қысымдар, жоғары және төменгі температуралар физикасы, астрофизика және т.с.с көптеген жаңа бағыттар пайда болды. ХХ ғ. физикасы өте жылдам дамыды, сондықтанда оған қатысты ақпарат көлемі де шапшаң өсті. Қазіргі заманның ұлы орыс физигі, академик В.Л. Гинзбургтың пікірі бойынша, бұл қазіргі заман физикасының жетістіктерін мамандардың және жай физикаға қызығатын адамдардың қабылдауына қиындық тудырады. Ғылым бағыттарының әртүрлілігінің ішінен «аса маңызды және қызықтыларын» бөліп көрсету өте қиын. Бұрынғыдай «барлығы бір нәрсе туралы және бір нәрсе барлығы туралы деген уақытпен жарықтандырылған формула өте қызықты, бірақ қазіргі кезеңде олай болуы мүмкін емес» деп жоғары дәрежелі маман В.Л. Гинзбург санайды. Сонымен қатар, ол ғалым қазіргі заманға қатысты кейбір мәселелерді физик-мамандар дайындаған кезде ашып көрсету керек деп санайды. Бұның бірнеше себебі бар: біріншісі, бұл мәселенің бүкіл адамзат тағдырына қатыстылығы; екіншіден: ғылымның негізін күшейту үшін таңдалған бағыттың маңыздылығы; үшіншіден: әлемдегі адамның орны туралы сұрақтың маңыздылығы; төртіншіден: физиканың техникамен екі жақты байланыстылығы. Қазіргі заманғы физиканың «аса маңызды және қызықты» мәселелерін зерттеу объектісінің масштабына байланысты 3 облысқа бөлуге болады: макрофизика, микрофизика және мегафизика. Олардың әрқайсысы тек өз мәселелерін шешіп қана қоймайды, олардың өз заңдары, математикалық аппараты, зерттеу әдістемесі және құралдары болады. Ғылымның даму тарихы көрсеткендей, объектінің масштабы ғана бірінші кезекте берілген облысқа сәйкес физикалық заңдардың мінездемесін анықтайды. Ең жақсы мысал болып мұнда нақты физикалық заңдар детерминация басым болатын әлемнен мүмкіндіктер әлеміне өтетін макрофизикадан микрофизикаға өту процесі табылады. Макрофизикадан микрофизикаға өту процесі кезінде мегаәлемнің микро және макроәлемнің қасиеттеріне қарағанда қасиеттері бізге толық мәлім болмағандық себебінен заңдардың мұндай өзгерісі бізге анық көрінбейді. Дегенмен, бұл уақытша ғана. Бұған мегаәлемнің бірқатар спецификалық объектілерінің (пульсарлар, квазарлар, галактика ядросы т.б) ашылулары қол асты болады. Олардың қасиеттері тек мегаәлемге тән спецификалық заңдармен сипатталады. Бұл объектілердің қасиеттеріндегі кейбір «қызықты» жәйттар мегаәлемнің жаңа теорияларынан анық түсініктеме табады деп үміттенеміз. Біздің физиканы бұлай үш бөлімге бөлу оның бірлігін еш бұзбайды. Бір бөлімнен екінші бөлімге жәймен өту, нәтижелер корреляциясы жалпы физикаға ортақ негізгі заңдардың (мысалы, симметрия және сақталу заңдары) болуы, оның бөлімдерінің жалпы және бір-біріне өтіп отырытындығын дәлелдейді. ХХ ғ.-дың екінші жартысында ашылған қызықты және маңызды физикалық жаңалықтарды толық сипаттап беру мүмкін емес. Міне сондықтан біз, В.Л. Гинзбургтың соңынан, шамамен 20 негізгі физикалық мәселелерді атап көрсетеміз. Бұл бізге тарихи тұрғыдан негізгі сұрақтар ғана емес, сонымен қатар физиканың техникамен және т.б ғылымдармен байланысын тұжырымдауға мүмкіндік береді. Басқармалы теориялық синтез. ХХ ғ.дың 40-50 жж. негізі қаланған бұл заңдар басқармалы теориядық синтездің іске асырылуы энергетикалық және жер шарының көптеген экологиялық қиындықтарын толығымен шешетіндіктен, оның жалпы адамзаттық маңызы бар. Әрбір мәдениетті адам бұл мәселелермен және оның мүмкін шешімдерімен аз да болса таныс болуы керек. Ал мұғалімдерге келетін болсақ, олардың бұл мәселелер туралы білімі әр оқушының сұрағына толық жауап беру үшін жоғары болуы тиіс. |
 49 сурет. - Токомак |
ХХ ғ.-дың ортасында сутегі, дейтерий, тритий атомдық ядроларының бірігуі кезінде үлкен энергия бөлінетіндігі толығымен анық болды. Бұны іске асыру үшін сутегі қоспасын 10,7 К-нан жоғары температураға көтеру керек, кері жағдайда ядролар ядролық күштер пайда болатын арақашықтыққа жете алмайды. Міне осы себепті осындай реакцияларды термоядролық деп атайды. Сутегі бомбасында мұндай температуралар жарылғыш рөлін ойнайтын атом бомбасының жарылысы кезінде пайда болады.
Бағынышты термоядролық синтезбен ғылым өткен ғасырдың 50 жж.-нан бастап айналысады. Кеңес Одағы кезінде бұл зерттеулер И.В.Курчатовтың басшылығымен жүргізілді. 1950 ж. ССРО-да И.Е. Тамм, АҚШ-та Л. Спитцер жоғары температуралы плазманы магниттік өріспен ұстап тұру идеясын ұсынды. Бірінші, токамактың (49 сурет), ал екінші стелларатордың конструкциясын ұсынды. Екі құрылғы да қазіргі таңда кең қолданыста.
Жоғары температуралы асқын өткізгіштік. Сұйықтар мен қатты денелердегі когерентті эффекттер-асқынөткізгіштік, асқынаққыштық-жасаған болжамдарды негіздеп, және ғылым жоғары жетістіктерін көрсеткен физиканың ең қызықты облыстарының қатарына жатады. Осы кезден бастап асқынөткізгіштіктің теориялық және экспериментальды физикасы жоғары жылдамдықпен дамып келеді.
Тарихи тұрғыдан бұл физика бөлімінің дамуын бірнеше кезеңдерге бөліп көрсетуге болады. Бірінші кезең, асқынөткізгіштік эффектісі ашылғаннан бастап, 50-60 жылға созылды және асқынөткізгіштік өтулерінің аса жоғары Т(с) температуралы асқынөткізгіштіктерді зертеуге бағытталған эксперименттермен сипатталды. Зерттеулер нәтижесінде Тс шамамен 20К болатын асқынөткізгіштер ашылды.
Асқынөткізгіштік эффектісін теориялық сипаттау, онымен Л.Д. Ландау және В.Л. Гинзбург (1916ж.) Гейц Лондон (1907-1970 жж.), Фриц Лондон (1900-1954 жж.) және т.б. айналысқанымен эксперименттік сипаттаудан біршама артта қалып отырды. Бұл ғалымдар әрқайсысы асқынөткізгіштің әр қасиетін сипаттайтын микроскопиялық теория 1957 ж. ашылды. Оның авторлары 1972 ж. Нобель сыйлығымен марапатталған американдық физиктер Джон Бардин (1908-1991жж.), Леон Купер (1930 ж.) және Джон Роберт Шриффер (1931 ж.) болды.
Бұл теорияның (авторлардың фамилияларының бас әрпінен құралып, БКШ деген атау енгізілген) ашылуынан бастап, асқынөткізгіштіктің дамуында жаңа кезең басталды. Ол асқынөткізгіштікке қатысты көптеген эффектілерді түсіндірумен қатар жаңа құбылыстарды болжаумен сипатталады. Осылай, 1962ж. ағылшын ғалымы Брайан Дэвид Джозефсон (1940 ж.) БКШ теориясына жүгіне отырып, әлсіз асқынөткізгішті системаларды жүзеге асатын, тунельдердің өзгеше түрін болжады. Джозефсон болжаған құбылыс (кейіннен эксперимент түрінде дәлелденген) 1974 ж. оны Нобель сыйлығымен марапаттауға негіз болды. Ал эффектінің өздері қазір оның есімімен аталады.
БКШ теориясынан,қиын жасалатын жағдайлар қажет болсада, Тс300К болатын таң салмақты асқынөткізгіштердің болу мүмкіндігіне еш қарсылық болмайтындығын көруге болады. 1986-1987 жж. мұндай материалдар алынды. Бұл жерде 1987 ж. Нобель сыйлықтарының лауреаттары И.Г. Бернорц (Германия) және К.А. Мюллер (Швейцария) болды.
Асқынөткізгіштердің ғылымда үлкен орын алатын төмен темпратуралар физикасына жатады. Бұл бағыт адам жетістіктері табиғат мүмкіндіктерінен асып түсетін жалғыз физикадағы бағыт. Зертханаларда әлемде кездеспейтін төмен температура мәндері алынды. Осыдан табиғатта байқалмаған физикалық құбылыстарды зерттеу мүмкіндіктері пайда болғанын көруге болады. Бұл кезеңнің тарихы қазіргі таңда жасалуда.
Экзотикалық заттар. Аса ауыр элементтер. Экзотикалық ядролар. ХХІ ғасырдың басында бірқатар бізге мүмкін емес болып көрінетін экзотикалық заттар ашылып, қолданыс табады деген болжам бар.
Сұйық кристалдар австриялық ботаник Ф. Рейнцер және неміс физигі О. Леманмен 1889 ж. ашылған. Олар сұйықкристалл күйдегі заттар кәдімгі сұйықтар сияқты аққыштық қасиетке ие және сонымен қатар, олардың оптикалық қасиеттері қатты заттардікіне өте ұқсас екендігін анықтады. Қазір сұйық кристалдарға қызығушылық ақпаратты дайындап, көрсету системасында үлкен қолданыста болуымен негізделеді.
Аса қызықты сұйық кристалл болып қазір асааққыш 3Не саналады. Оны ашқаны үшін американ ғалымдары Д.М. Ли, Д.Д. Омероффу және Р.С. Ричардсон 1996 ж. Нобель сыйлығымен марапатталды. Аса аққыштық түсінігін, 4Не сұйығында бұл қасиетті байқап 1937 ж. П.Л. Капица физикаға енгізген.
Металды сутегі (қатты молекула сутегі) ол әлі ашылмады, тіпті шамамен 2 млн. атмосфера (және төменгі температураларда) қысымда да. Ол Тс100-200К болатын жоғары температуралы асқынөткізгіш болады деген үлкен болжамдар бар. Оны алуда ең басты қиындық пластиналық деформациясыз 1,7 М бар жоғары статикалық қысымға шыдайтын (мұндай қысымда тіпті алмаз аға бастайды) материалдың жоқтығымен байланысты. Мәселенің шешімі соққы толқынды қолданумен табылуы мүмкін.
Металды сутегіден өзге экзотикалық заттар қатарына, алып фуллерен-молекулалардан тұратын фуллериттерді жатқызуға болады (мысалы, С60 кристалының көмірқышқыл молекуласы), С60 фуллерендер көмірқышқылдың спецификалық формасы болады және жоғары температураларда (Т30К) асқынөткізгіштікке ие. Оларды зерттеу шапшаң дамып келеді.
Жалпы айтқанда, аса ауыр элементтерді алу мәселесі макрофизикаға емес, атом ядросының физика бөліміне жатады. Бірақ, В.Л. Гинзбургтың пікірінше, «ядро физика оның қазіргі түсініктемесі бойынша микрофизикаға қарағанда макрофизикаға қатысты». Ауыр ядролардағы нуклондар саны өте маңызды, сондықтан ядроны сұйық тамшысымен жақындастырады. Бірақ бастысы - классификация емес. Берілген мәселенің мәні әлі белгісіз экзотикалық ядроларды іздеп, зерттеу. Бұл облыстағы басты жетістіктер, 1951 ж. химия бойынша Нобель сыйлығының лауреаты, сегіз трануранды элементтерді ашқан, американдық физик және химик Глен Сиборг (1912-1999) есімімен байланысты.
Қазіргі күні Z=111-ге дейінгі атомдық номерлі элементтер синтезделген. Ең ауырлары, секунд қана «өмір сүреді». Демек, Z>108-110-нан бастап зат оны зерттеу мүмкін болмайтын жылдамдықпен бөлінеді. Сонымен қатар, Z>105-тен бастап ұзақ өмір сүретін изотоптардың пайда болуы аяқталады деп саналады. 1909 ж. басында массалық саны 289,30 с «өмір сүретін» 114-ші элемент синтезделді деген алдын-ала хабарлама жасалған.
Жоғарыда сипатталған заттардың өзгеше экзотикалық қасиеттері ғылымның негізін қатайтып, техниканың одан әрі дамуына ықпал етеді.
№30 дәріс
Дәріс тақырыбы: Физика ғылымының ұлы жолы
Дәріс жоспары.
1. Өтілген материалды қайталау
2. Білімді тиянақтау қорытындылау.
Екінші дүниежүзілік соғыс зымырандарды, радиолокаторларды, атом бомбасын жасады. Әсери ғылым мен техника жетістіктері шынайы ғылыми-техникалық революцияға алып келген ғылыми-техникалық програестің негізгі бағыттарын анықтады. Дегенмен осы негізгі жетістіктердің түп-тамыры әскери кезеңге дейінгі ғылым мен техникада жатыр.
Революцияға дейін тамаша калуга мұғалімі К.Э Циалковский ғарыш ісі мәселелерімен қарқынды түрде жұмыс жасай бастады. 1883 жылы ол саңылаудан шыққан газ ағыны көмегімен бос кеңістікке ұшу қағидасын жасады. 1897 жылы К.Э. Циалковский жанған отын массасына толық масса қатынасы бойынша зымыраннның ұшу жылдамдығын анықтайтын әйгілі формуланы енгізді. 1903 жылы Циалковскийдің жарияланған «Реактивті приборлармен әлем кеңістігін зерттеу» атты жұмысы зымырандар көмегімен ғарыштық ұшудың алғашқы теориясын қамтыды. Циалковский әлемде алғаш рет сұйықтық реактивті қозғалтқыш жобасын жасады. 1926 жылы К.Э. Циалковский екі сатылы зымыран идеясын ұсынса, 1929 жылы «Ғарыштық зымыран поездар» кітапшасында көпсатылы зымырандар жобасын көрсетті. К. Циалковский ғарыштық планетааралық ұшулар теориясын мұқият негіздеді. Ол ұзақ ғарыштық ұшулардағы тіршілікті қамтамасыз ету мәселелерін жан-жақты талқылай отырып, жерсеріктері мен планетааралық станциялар жобаларын мұқият негіздеді. К.Э. Циалковский ғарыштық дәуірді бастаушы болды. Оның идеялары әскерге дейінгі және әскери жылдардағы зымырандар конструкциясын жасаушы ғалымдардың, инженерлер мен өнертапқыштардың жұмысына серпін берді.
Әскери жылдары зымырандарды кеңінен қолдану соғыстан кейін зымырандық техниканың қарқынды дамуы үшін негіз болды. Ғарыштық дәуірді Кеңес Одағы ашты. Бас конструктор, екі мәрте Социалисттік еңбек ері, бас конструктор Сергей Павлович Королевтың басшылығымен 1958 жылдың 4 қазанында алғашқы жасанды жерсерігі ұшырылса, ал 1961 жылдың 12 сәуірінде кеңес азаматы Юрий Алексеевич Гагарин «Восток» кемесімен әлемдегі алғашқы ғарыштық ұшуды жүзеге асырды. Ғарышты игеру дәуірі басталып, адамзат баласы жер шеңберінен шықты.
Атомдық энергия мен ғарыштық ұшулар біріншілік электроника мен автоматикасыз мүмкін болмас еді. Әуе қорғаныс күштері зениттік оқпен басқарудың жаңа әдістерін және ұшқыр ұшақтарды локациялаудың жаңа әдістерін қажет етті. Есептік-шешуші қондырғы алғаш рет қолданылған радиолокация осылай өмірге келді.
Кибернетика негізін салушылардың бірі, «Кибернетика» кітабының авторы – Норберт Винер «ату үшін есептеулерді қамтамасыз ететін есептеу қондырғыларын отпен басқару әдістеріне орнату қажет» деп айтқан болатын. Жоғарғы жылдамдық жағдайында басқармалы зениттік қару, сонымен қатар басқармалы ұшақ ретіндегі адамдар әрекетін елемеу мүмкін емес. Винер мен оның әріптестері саналы әрекеттегі өте маңызды фактор болып техникадағы кері байланыс деген атауға ие құбылыс табылады деген тұжырымға келді. Сонымен жаңа автоматика дәуірі туындады – өндіріспен қатар, басқару да автоматтандырылды. Автоматиканың даму дәуірі басталды. Тіршілік иелерінің әрекетін имитациялайтын ойыншықтар жасала бастады. Жаңа механика тірі жанды механика қағидаларымен жұмыс жасайтын машина ретінде қарастырды. Көптеген шеберлер автомат-адамды және мәңгілік-қозғалтқышты жасау идеясында жұмыс жасады.
ХХ ғасырдың екінші жартысында математика, физика, электроника жетістіктері негізінде жаңа автоматика пайда болып, адамтектес роботтар (құлтемірлер) дүниеге келді. Ойлай білетін машина-роботты жасанды түрде жасау мәселесі қайтадан туындады.
Қазіргі кезде ахуал күрделірек. Кибернетикалық машиналар пайдалы жұмыстарды атқарады. Автоматты планетааралық станциялар, адам үшін қолжетімсіз жағдайларда процестерді автоматтандыру – осылардың барлығы барынша қиын міндеттерді шеше білетін «ақылды машиналар» негізінде мүмкін болды. Дегенмен осындай әр машина артында бір адам, оны жасаушы, оны бағдарламалаушы тұр. «Адамзатсыз» автоматика ғасыры адамдардың бақытына орай, тек қиялилар мен шектен асқан ғалымдардың сандырағы ғана. Заманауи автоматика, бәрінен бұрын, адамдарға материалдық құндылықтарды жасау, жоспарлау мен басқару сфераларында ғана қызмет етуге бағытталған.
Электроника дамуы, ядролық энергетиканың дүниеге келуі, спецификалық қасиеттерге ие жаңа материалдардың, жасанды маталар мен былғары алмастырғыштардың жасалуы, химияның кеңінен енуі, биологиялық ғылымдар жетістігі, экономикада математикалық әдістерді қолдану – осылардың барлығы өндірістік күш ретіндегі ғылымның маңызын көрсетеді. Бүгінгі ғылым – техникалық прогрестің маңызды элементі, ол техниканың даму жолын көрсетіп, техникалық қолданыстың жаңа облыстарын ашады. Осыған қатысты квантты электроника дамуын алуға болады. Мұның тарихында ғылыми иедялар мен техникалық жетістіктер қатар жүрді. 1916 жылы А. Эйнштейн индукциялық сәулелену идеясын енгізді. 1920 жылы О. Штерн эксперименттік физикаға молекулалық шоқтар әдісін енгізді. Кейінірек оптикалық диапазондағы квантты генератор мен күшейткіш (лазер) жасалды. Квантты электроника негізін салушылар Н.Г. Басов, А.М. Прохоров (КСРО) және Чарлз Таунс (АҚШ) 1964 жылы Нобель сыйлығына ұсынылды. Квантты генераторлар мен күшейткіштердің ашылуы техникаға сан-алуан салаларда қолданылатын барынша тың идеяларды алып келді. Лазерлер техникаға 300000 жылда бар-жоғы 1 минутқа ғана қателесетін асқын дәл сағаттарды алып келді. Олар ең сезімтал радиокүшейткіштерден сезімталдығы жүздеген есе артық күшейткіштерді берді. Лазерлік шоқ алмаз секілді қатты денелердегі саңылауды жарықтандырып, өте жіңішке хирургиялық оталар жасайды. Лазерлер көмегімен басқарылатын термоядролық синтезді – ХХ ғасырдағы физиканың ең іргелі мәселелерінің бірін іске асыру бойынша зерттеулер жүргізеді. Лазерлер арқылы асқын алыс ғарыштық байланыстарды жүзеге асырады. Ол қашықтықты өте жоғары дәлдікпен өлшеуге мүмкіндік береді. Лазерлер фотографияда да кең қолданыс тапты. Олардың арқасында барынша жаңа көлемдегі фотография – голограмма іске асты.
Ғылым адамның рухани саласына да үлкен әсерін тигідеі – адамдардың ойлауы мен дүниетанымын жаңаша қалыптастырады. Материяға бойлай ену, элементар бөлшектер мен антибөлшектердің ашылуы, квазарлар мен пульсарлар ашылуы, кеңістікті, уақытты, себеп-салдарлық байланыстарды жаңаша түсіну – осылардың барлығы біздің түсінік әлеммізді кеңейтіп, тіліміз бен ойымызды жоғары дәрежеде байытады. Ғылым жаңа тақырыптармен, жаңа мазмұнмен байыта отырып, әдебиет пен өнерге талассыз ықпалын тигізеді.