физика. Роль физики для человечества,Жумабеков Ислам (иб-1-21). Исследование Космоса Исследование геофизика Люди будущего Заключение Список Литературы
 Скачать 49.54 Kb.
|
|
Введение Физика Понятие Роль физики для человечества Открытие и создание знаний Физика в медицине Открытие в медицине Ультразвук в медицине Лазер Давление Томограф Физика в природе Природные явление Физика в Энергетике Гидро энергия Солнечная энергия Физика в исследовании Исследование Космоса Исследование геофизика Люди будущего Заключение Список Литературы 1.Физика.Понятие Физика — изучение материи, энергии и их взаимодействий — является международным предприятием, которое играет ключевую роль в будущем прогрессе человечества. Поддержка физического образования и научных исследований во всех странах важна, потому что: физика — это захватывающее интеллектуальное приключение, которое вдохновляет молодежь и расширяет границы наших знаний о природе. Физика является самой основной из физических наук. От химии и геологии до биологии и космологии мы понимаем науку с точки зрения концепций, разработанных в физике. Не только это, но и многие инструменты, от которых зависят достижения науки и техники, являются прямым продуктом физики. Интересы и заботы физиков всегда составляли основу техники будущего. Физика -- область естествознания. Наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении. Законы физики лежат в основе всего естествознания Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности -- Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимичны, поскольку в основе обеих дисциплин лежало стремление объяснить законы функционирования Вселенной. Однако в результате научной революции XVI века физика выделилась в отдельное научное направление. В русский язык слово «физика» было введено М. В. Ломоносовым, В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов и позже мобильных телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров. Физическое понимание процессов, происходящих в природе, постоянно развивается. Большинство новых открытий вскоре получают применение в технике и промышленности. Однако новые исследования постоянно поднимают новые загадки и обнаруживают явления, для объяснения которых требуются новые физические теории. Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика ещё очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы. 2.Роль физики для человечества Люди начали изучать мир, в котором они живут. Эти знания очень необходимы современному миру. Все явления, происходящие вокруг нас, легко объяснить , зная законы физики. Человек живет в обществе и подчиняется его законам. Знание есть сила, сила есть знание! человек стремится каким-то адекватным способом создать в себе простую и ясную картину мира. Высшим долгом физиков является поиск общих элементарных законов, из которых можно получить полную картину мира. Стремление к знанию - одна из основных черт человека. Еще в древности человек стремился познавать окружающую природу. Сначала это была практическая необходимость - нужно было добывать себе пищу, защищаться от диких животных. И люди начали изучать мир, в котором они жили. Первые знания имели очень большое значение для человечества. Так, без календаря было невозможно земледелие, а изобретение огня изменило многое в жизни первобытных людей: они научились приготавливать пищу, выплавлять металлы, охранять свое жилище. В это же время были заложены начала большинства современных наук. В первую очередь развивались естественные науки, которые имели практическое значение для жизни человека - география, физика, биология. Кроме того, людям всегда было интересно знать про самих себя - эти знания нужны, в частности, для лечения болезней. Человек живет в обществе и подчиняется его законам. Законы взаимоотношений между людьми описывают гуманитарные науки: литература, обществоведение, право. Люди всегда стремились знать о своем прошлом - так появилась история. Эти знания часто бывают очень полезны: опыт наших предков помогает и в современной жизни. Хотя науки описывают природу и самого человека с совершенно разных сторон, но все вместе они дают полное и подробное описание мира, они делают человека умнее, добрее, душевно богаче. По словам Ф. Бэкона, "Знание есть сила, сила есть знание". К сожалению, сейчас условия жизни, мелкие бытовые заботы иногда подавляют желание получить знания. Очень страшно и опасно невежество. К. Гельвеций говорил, что "Всякий изучающий историю народных бедствий может убедиться, что большую часть несчастий на земле приносит невежество". Невежественные люди чрезмерно самоуверенны, они часто сами не понимают, что делают, из-за своей необразованности и незнания они могут слепо последовать за идеей, даже самой неправильной и опасной. Поэтому они могут стать причиной многих бед, как отдельного человека, так и целого государства. В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов и позже мобильных телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров. Заключение отметим, что, воздействуя на самый характер мышления, помогая ориентироваться в шкале жизненных ценностей, физика способствует, в конечном счете, выработке адекватного отношения к окружающему миру и, в частности, активной жизненной позиции. Любому человеку важно знать, что мир в принципе познаваем, что случайность не всегда вредна, что нужно и можно ориентироваться и работать в мире, насыщенном случайностями, что в этом изменяющемся мире есть тем не менее «опорные точки». Мы убеждаемся, таким образом, что современная физика действительно содержит в себе мощный гуманитарный потенциал. 3.Открытие и создание знаний Многовековые свидетельства подтверждают идею о том, что знание, полученное само по себе, чрезвычайно ценно для человечества, потому что это знание неизбежно становится ресурсом для удовлетворения наших потребностей и решения наших практических проблем. Фундаментальные исследования физиков являются частью более широкого спектра научных исследований во многих дисциплинах. Ставя вопросы настолько глубокие и фундаментальные, насколько может представить себе человеческий разум, физика создает основу для всей науки. Это также дает человечеству лучшее представление о своем месте во вселенной. К счастью, физика как фундаментальное занятие сама по себе не должна конфликтовать с физикой как основой для приложений. Можно рассматривать их как две стороны одной медали, основная часть которых состоит из общих методов анализа, вычислений и экспериментов. Физика часто развивается благодаря метафорическому мышлению, а реальный опыт может вызвать понимание глубоких вопросов. И наоборот, фундаментальные теории требуют новых типов экспериментов, а они, в свою очередь, раздвигают границы наших технологий таким образом, что это неизбежно приводит к практическому использованию. Трудно переоценить роль фундаментальных физических исследований в развитии техники. Так, исследования тепловых явлений в XIX в. способствовали быстрому совершенствованию тепловых двигателей. Фундаментальные иследование в области электромагнетизма привели к возникновению быстрому развитию электротехники. В первой половине XIX в. был создан телеграф, в середине века появились электрические осветители, а затем электродвигатели. Во второй половине XIX в. химические источники электрического тока стали вытесняться электрогенераторами. Девятнадцатый век завершился триумфально: появился телефон, родилось радио, был создан автомобиль с бензиновым двигателем, в ряде столиц открылись линии метрополитена, зародилась авиация. В 1912 г. В. Я. Брюсов написал строки, в которых хорошо отразилось победное настроение тех лет: Свершились все мечты, что были так далеки. Победный ум прошел за годы сотни миль. При электричестве пишу я эти строки, И у ворот, гудя, стоит автомобиль. А между тем научно-технический прогресс только еще набирал темп; был изобретен транзистор); в 60-х годах родилась микроэлектроника. Прогресс в области электроники привел к созданию совершенных систем радиосвязи, радиоуправления, радиолокации. Развивается телевидение, сменяются одно за другим поколения ЭВМ (растет их быстродействие, совершенствуется память, расширяются функциональные возможности), появляются промышленные роботы. В 1957 г. состоялся вывод на околоземную орбиту первого искусственного спутника Земли; 1961 г.-- полет Ю. А. Гагарина -- первого космонавта планеты; 1969 г.-- первые люди на Луне. Нас почти уже не удивляют поразительные успехи космической техники. Мы привыкли к запускам искусственных спутников Земли (их число давно перевалило за тысячу); становятся все более привычными полеты космонавтов на пилотируемых космических кораблях, их многодневные вахты на орбитальных станциях. Мы познакомились с обратной стороной Луны, получили фотоснимки поверхности Венеры, Марса, Юпитера, кометы Галлея. Фундаментальные исследования в области ядерной физики позволили вплотную приступить к решению одной из наиболее острых проблем -- энергетической проблемы. Первые ядерные реакторы появились в 40-х годах, а в 1954 г. в СССР начала действовать первая в мире атомная электростанция -- родилась ядерная энергетика. В настоящее время на Земле работает более трехсот АЭС; они дают около 20% всей производимой в мире электрической энергии. Развернуты интенсивные исследования по термоядерному синтезупрокладываются пути к термоядерной энергетике. Успехи в исследовании физики газового разряда и физики твердого телаболее глубокое понимание физики взаимодействия оптического излучения с веществом, использование принципов и методов радиофизики -- все это предопределило развитие еще одного важного научно-технического направления -- лазерной техники. Это направление возникло всего тридцать лет назад (первый лазер создан в 1960 г.), но уже сегодня лазеры находят широкое применение во многих областях практической деятельности человека. Лазерный луч выполняет разнообразные технологические операции (сваривает, режет, пробивает отверстия, закаливает, маркирует и т. д.), используется в качестве хирургического скальпеля, выполняет точнейшие измерения, трудится на строительных площадках и взлетно-посадочных полосах аэродромов, контролирует степень загрязнения атмосферы и океана. В ближайшей перспективе лазерная техника позволит реализовать в широких масштабах оптическую связь и оптическую обработку информации, произвести своеобразную революцию в химии (управление химическими процессами, получение новых веществ и, в частности, особо чистых веществ) и осуществить управляемый термоядерный синтез. Говоря о связи между развитием физики и научно-техническим прогрессом, следует отметить, что эта связь двусторонняя. С одной стороны, достижения физики лежат в основе развития техники. С другой -- повышение уровня техники создает условия для интенсификации физических исследований, делает возможным постановку принципиально новых исследований. 4 . Физика в медицине Медицина и физика – это две области, постоянно окружающие нас в повседневности. Ежедневно влияние физики на развитие медицины только увеличивается, медицинская отрасль за счет этого модернизируется. Это приводит к тому, что многие болезни удается вылечить или остановить их распространение и контролировать. Применение физики в медицине неоспоримо. Фактически каждый инструмент, используемый медиками, начиная со скальпеля и заканчивая сложнейшими установками для установления точного диагноза, функционирует или изготовлен благодаря достижениями в мире физики. Стоит отметить, что физика в медицине всегда играла важную роль и когда-то эти два направления были единой наукой. 4.1Известное открытие Многие аппараты, изготовленные физиками, позволяют проводить медикам обследования любого рода. Исследования позволяют ставить пациентам точные диагнозы и находить разные пути для выздоровления. Первым полномасштабным вкладом в медицину было открытие Вильгельма Рентгена в области лучей, которые теперь называются его именем. Рентгеновские лучи сегодня позволяют без особого труда определять тот или иной недуг у человека, узнать детально сведения на уровне костей и так далее 4.2 Ультразвук в медицине Физика в медицину внесла свой вклад еще и благодаря открытию ультразвука. Что это такое? Ультразвук – это механические колебания, частота которых составляет больше двадцати тысяч герц. Частенько ультразвук еще называют дробящим звуком. С его помощью возможно смешивать масло и воду, формируя при этом нужную эмульсию. Ультразвук пропускается через человеческое тело и отражается от внутренних органов, а это позволяет сформировать макет организма человека и установить имеющиеся заболевания. Ультразвук помогает готовить различные лекарственные вещества, применяется для разрыхления тканей и дробления почечных камней. Используется ультразвук для безосколочной резки и сварки костей. Активно применяется он и для дезинфекции хирургических приспособлений, ингаляции. Именно ультразвук поспособствовал тому, что был создан эхолот – прибор для установления глубины моря под корабельным днищем. Также это явление поспособствовало тому, что в последнее время было создано огромное количество чувствительных приборов, фиксирующих отраженные тканями организма слабые сигналы ультразвука. Вот так и появилась биолокация. Биолокация позволяет обнаруживать опухоли, инородные тела в теле и тканях организма. Ультразвуковое исследование, или, другими словами, УЗИ, позволяет рассмотреть камни или песок в почках, желчном пузыре, зародыша в утробе матери и даже определить пол ребенка. УЗИ открывает большие перспективы для будущих родителей и ни один центр современной медицины не обходится без этого аппарата. 4.3 Лазер Активно в современном мире применяются лазерные технологии. Ни один центр современной медицины уже не обойдется без них. Ярчайшим примером может стать хирургия. С помощью лазерных лучей хирургам удается проводить крайне сложные операции. Мощный поток света из лазера позволяет удалять злокачественные опухоли, а для этого не потребуется даже резать тело человека. Потребуется лишь подобрать нужную частоту. Многие изобретения физиков, использующиеся в медицине, прошли испытание временем и весьма успешно. 4.4 Давление Для чего нужна физика в медицине, уже ясно, ведь именно физика способствует появлению инновационных методик лечения в медицине. Когда-то инновацией было измерение кровяного давления. Как все происходит? На правую руку пациента доктор надевает манжету, что соединена с манометром, и эту манжету накачивают воздухом. К артерии прикладывается фонендоскоп, и при постепенном понижении давления в манжете прослушиваются удары звуков в фонендоскопе. Значение давления, при котором удары начинаются, называют верхним, а значение, при котором звуки прекращаются, – нижним. Нормальное давление у человека – 120 на 80. Этот способ измерения давления был предложен в 1905 году русским врачом Николаем Сергеевичем Коротковым. Он был участником Русско-японской войны и с тех пор, как он изобрел методику, слышимые в фонендоскопе удары именуются звуками Короткова. Природа этих звуков была неясна почти до конца двадцатого века, пока механиками не было допущено следующее пояснение: кровь движется по артерии под действием сердечных сокращений, а изменение давления крови распространяется по стенкам артерии в виде пульсовой волны. Вначале доктор накачивает воздух в манжету до уровня, что превышает верхнее давление. Артерия под манжетой находится в сплющенном состоянии на протяжении всего цикла сердечных сокращений, после начинается постепенное выпускание воздуха из манжеты, и когда давление в ней становится равным верхней отметке, то артерия хлопком расправляется и пульсации кровотока приводят в колебание окружающие ткани. Врач слышит при этом звук и отмечает верхнее давление. 4.5 Томограф Уже много лет ученых интересует, как устроен мозг человека и его работа. Сегодня исследователи имеют реальную возможность наблюдать на экране работу человеческого мозга, а также проследить за «течением мысли». Все стало возможным благодаря прекрасному прибору – томографу. Оказалось, что, к примеру, при обработке зрительных данных увеличивается кровоток в затылочную зону мозга, а при обработке звуковых данных – в височные доли и так далее. Вот так один прибор позволяет ученым использовать принципиально новые возможности для изучения мозга человека. Сейчас томограммы широко применяются в медицине, они помогают диагностировать разные заболевания, неврозы. Людей беспокоит их личное здоровье и благополучие близких им людей. В современном мире много разной техники, которую можно применять даже дома. К примеру, есть измерители нитратов в овощах и фруктах, дозиметры, электронные тонометры, метеостанции для дома и так далее. Да, не все вышеупомянутые приборы относятся непосредственно к медицине, но они помогают людям поддержать здоровье на должном уровне. Помочь человеку разобраться в устройстве приборов и их работе может школьная физика. В медицине она функционирует по тем же законам, что и в жизни. Физика и медицина связаны между собой прочными узами, которые не разрушить. 5.Физика в природе Физика – одна из наук, изучающих природу. Свое название физика получила от греческого слова «фюзис», что в переводе означает «природа» С давних времен человек задумывался над ходом природных явлений, которые наблюдал вокруг. Сначала они удивляли его, а иногда пугали, потому что человек не мог объяснить, почему то или иное изменение в природе происходит именно так, а не иначе. Со временем от обычного созерцания различных явлений люди перешли к целенаправленному наблюдению за ними. Впоследствии они начали искать закономерности течения природных явлений, проводить простейшие опыты для выяснения их причин. Логическим продолжением было обобщение полученных результатов, выдвижение предположений и их проверка. Так рождалась наука о природных явлениях и процессах, свойствах живой и неживой материи, из которой состоит окружающий мир. Физика как наука зародилась очень давно. Попытки объяснить явления природы были в Китае, в Древней Греции и Индии. Первоначально физикой занимались философы, богословы, астрономы, мореплаватели, врачи. В IV в.до н.э. Аристотель ввел понятие “ФИЗИКА” (от греческого слова “фюзис” - природа). В русском языке слово “физика” появилось в XVIII веке, благодаря Михаилу Васильевичу Ломоносову, ученому-энциклопедисту, основоположнику отечественной науки, философу-материалисту, поэту, заложившему основы современного русского языка, выдающемуся деятелю просвещения, который сделал перевод с немецкого первого учебника по физике. Именно тогда в России и стали серьезно заниматься этой наукой. Физика изучает мир, в котором мы живем, явления, в нем происходящие, открывает законы, которым подчиняются эти явления. Главная задача физики– исследование различных физических явлений, происходящих в природе, открытие законов, устанавливающих связь между этими явлениями. Познать законы природы, свойства различных веществ и поставить их на службу человеку. Установив фундаментальные законы природы, человек использует их в процессе своей деятельности. 5.1 Природные явление Что же называют явлениями природы? Явления природы – это изменения, которые постоянно в ней происходят. Объяснить явление - значит указать его причины: смена дня и ночи объясняется вращением Земли вокруг своей оси; чтобы объяснить смену времен года, пришлось как следует разобраться и в движении Земли по орбите вокруг Солнца; возникновение ветра связано с различным нагревом воздуха в различных местах Восход и закат Солнца, сход снежной лавины, извержение вулкана, бег лошади, прыжок пантеры — все это примеры природных явлений Чтобы лучше понять сложные природные явления, ученые разделяют их на совокупность физических явлений — явлений, которые можно описать с помощью физических законов. Так, молния — огромный электрический разряд — представляет собой электромагнитное явление. Если молния попадет в дерево, то оно вспыхнет и начнет выделять тепло — физики в таком случае говорят о тепловом явлении. Грохот грома и потрескивание пылающего дерева — звуковые явления. Примеры некоторых физических явлений приведены в таблице. Взгляните, например, на первую строку таблицы. Что может быть общего между полетом ракеты, падением камня и вращением целой планеты? Ответ прост. Все приведенные в этой строке примеры явлений описываются одними и теми же законами — законами механического движения. С помощью этих законов можно вычислить координаты любого движущегося тела (будь то камень, ракета или планета) в любой интересующий нас момент времени.
6.Физика в энергетике Почему именно сейчас, как никогда остро, встал вопрос: что ждет человечество - энергетический голод или энергетическое изобилие? Не сходят со страниц газет и журналов статьи об энергетическом кризисе. Из - за нефти возникают войны, расцветают и беднеют государства, сменяются правительства. К разряду газетных сенсаций стали относить сообщения о запуске новых установок или о новых изобретениях в области энергетике. Разрабатываются гигантские энергетические программы, осуществление которых потребует огромных усилий и огромных материальных затрат. Уровень материальной, а, в конечном счете, и духовной культуры людей, находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добыть руду, выплавить из неё металл, построить дом, сделать любую вещь, нужно израсходовать энергию. А потребности человека всё время растут, да и людей становится всё больше. Что такое энергия? В нашем индустриальном обществе от энергии зависит всё. С её помощью движутся автомобили, улетают в космос ракеты. С её помощью можно поджарить хлеб, обогреть жилище и привести в действие кондиционеры, осветить улицы, вывести в море корабли. Могут сказать, что энергией являются нефть и природный газ. Однако это не так. Чтобы освободить заключенную в них энергию, их необходимо сжечь, так же как бензин, уголь или дрова. 6.1 Гидро Энергия Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода, тем более что много вековой опыт у неё уже имелся. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году. Преимущества гидроэлектростанций очевидны - постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колёс мог бы оказать не малую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка маленькой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки турбины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним окажется ничтожным. Поэтому в начале 20 века было построено несколько гидроэлектростанций. Вблизи Пятигорска, на Северном Кавказе на горной реке Подкумок успешно действовала довольно крупная электростанция с многозначительным названием "Белый уголь". Это было лишь началом. Но пока людям служит лишь не большая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы колоссальное количество энергии. В мире около 20% - на гидроэлектростанциях (ГЭС) 6.2 Солнечная энергия Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики. Заметим, что использование всего лишь 0.0125% этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5% - полностью покрыть потребности на перспективу. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250Вт/м. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного света излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км! Солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечёт за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а, следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчёты показывают, что для производства 1 Мвт год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной энергетики на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов. Пока ещё электрической энергии, рожденными солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые открыли, что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях, помогут решить не только технические, но и экономические проблемы. Физика в исследовании Казалось бы, люди рождены, чтобы исследовать: несомненно, такова природа младенцев, когда они взаимодействуют с окружающей средой, позволяя своему мозгу быстро развиваться. Поддерживать сильное стремление к исследованиям в детстве и юности, обеспечивая при этом защиту от травм и необдуманных решений, является достойной задачей… и такие исследования, безусловно, могут включать изучение природных явлений. Поддержка профессиональных исследований является отличительной чертой процветающих культур. На Земле исследования продолжаются на географических территориях, под землей, в океане и даже в новых приключениях в атмосферных полетах. Инструменты для исследователей варьируются от навигационного оборудования до методов документирования (камеры, звукозаписывающие устройства и т. д.) до всевозможных приборов для полевых измерений и устройств для сбора образцов. Сейчас в арсенал таких инструментов входят роботы, автономные подводные аппараты и дроны. Специальные транспортные средства предназначены для перевозки людей в негостеприимные территории, а специальные места обитания также обеспечивают безопасные стоянки людей. В некоторых случаях это превратилось в сложные постоянные объекты, такие как база на Южном полюсе. С середины двадцатого века исследования человека теперь включали в себя выходы в открытый космос — сначала на околоземную орбиту, затем на Луну, а теперь (с помощью автоматических космических кораблей) на далекие планеты, их луны, кометы и астероиды. Следующие большие шаги будут заключаться в том, чтобы позволить людям установить постоянное присутствие на Луне и отправиться на Марс. Хотя прямое участие в таких исследованиях является весьма избирательным, оно основано на гораздо более широкой сети технических разработок, в которых физики могут быть глубоко вовлечены. Наконец, физические устройства и методы позволяют большому количеству людей по-новому взглянуть на знакомую среду, увидеть вещи в разных масштабах, при разном освещении, с разной скоростью и т. д. Примером может служить насадка для персональных мобильных телефонов, которая делает фотографии в инфракрасный. Такие инструменты, основанные на физике, позволяют по-новому исследовать дома, дворы, парки, близлежащие дикие земли, городские пространства, школы и рабочие места, сохраняя культуру исследования здоровой и активной в нашем обществе. 8.1 Исследование космоса Космическая физика – наука, изучающая космические излучения за пределами атмосферы планеты. Данное направление является для НИИЯФ МГУ основным. Исследования проводятся на искусственных спутниках Земли, Международной космической станции и автоматических межпланетных станциях. Исследования в этой области важны не только с точки зрения фундаментальной науки для понимания возникновения и строения Вселенной, а также протекающих в ней процессов, но и для развития прикладных радиационных моделей, необходимых как для увеличения сроков активного существования космических аппаратов и снижения радиационной опасности пилотируемых полетов, так и для предотвращения нежелательных наземных проявлений космофизических явлений Инерция в космосе. Мир полон движения. Движутся звезды, планеты, галактики. Наукой доказано движение невидимых глазом частиц – молекул, атомов. Движение есть основное свойство материи. Механическое движение характеризуется скоростью. Движущееся тело не может само по себе изменить свою скорость. Если на него не действуют никакие другие тела, то тело не может ни ускорить, ни замедлить, ни изменить направление своего движения, оно будет двигаться с какой-то определенной по модулю и направлению скоростью. Свойство тел сохранять модуль и направление своей скорости называется инерцией Инерция – неотъемлемое свойство движущейся материи. Галилео Галилей первый объяснил явление инерции. Исаак Ньютон сформулировал “закон инерции”: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока действия со стороны других тел не изменят этого состояния. Как же используется явление инерции в космосе? Представим на минуту, что произошло бы в мире, если бы мгновенно исчезло свойство тел, которое мы называем инерцией. Луна упала бы на Землю. Планеты упали бы на Солнце, движение тела могло бы осуществляться только под действием силы и прекращалось бы с исчезновением последней. Таким образом, инерция – выражение единства материи и движения. Земля является лишь одним из миллиардов небесных тел в бесконечной Вселенной. Нашим ближайшим соседом в космосе и одновременно единственным естественным спутником является Луна (d=3475 км, от Земли Луна удалена в среднем примерно на 385 000 км). Двигаясь по инерции, Луна должна удаляться от Земли. Почему же этого не происходит? И почему Луна не падает на землю? В 1687г. Исаак Ньютон впервые нашел обоснованное объяснение тому, почему планеты вращаются вокруг Солнца, а Луна – вокруг Земли. Согласно хорошо известной всем легенде, Ньютон однажды сидел в саду и увидел падающее с дерева яблоко. Он спросил себя, почему яблоко упало на землю, а Луна на неё не падает? Учёный увлёкся этой простой лишь на первый взгляд проблемой, тесно связанной с галилеевым законом свободного падения, и пришел к понятию силы тяготения. Упавшее на Землю яблоко навело его на мысль, что одна и та же сила притягивает яблоко к земле и удерживает Луну на её орбите вокруг Земли (а планеты – вокруг Солнца). Мы называем эту силу гравитацией, силой тяжести или силой земного притяжения. Ньютон утверждал, что между Землей и всеми материальными телами существует сила тяготения, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Ньютон рассчитал ускорение, сообщаемое Луне Землёй. Ускорение свободно падающих тел у поверхности Земли равно g=9,8 м/с2. Луна удалена от Земли на расстояние, равное примерно 60 земным радиусам. Следовательно, ускорение на этом расстоянии будет : 9,8 м/с2 : 602 = 0,0027 м/с2 8.2 Исследование геофизика Исследование земли находясь на стыке наук о Земле и прежде всего таких фундаментальных наук, как физика, математика, химия и биология. Земля, в процессе изучения рассматривается, как единое сложное и непрерывно меняющееся физическое тело, являющееся составной частью Солнечной системы и взаимодействующее с ней. Огромна роль геофизики в изучении процессов, протекающих в теле Земли, начиная с глубин земного ядра и кончая водной и газовой оболочками Земли. Без изучения глубоких частей земных недр нельзя вскрыть причины основных геотектонических и магматических процессов; процессов, определяющих лик нашей и причины различий между ликами Земли и других планет земной группы (Трухин и др., 2004, 2005). Все разделы геофизики имеют самое непосредственное отношение к практической деятельности человека – к разведке и добыче полезных ископаемых, освоению энергии земных недр, океанических глубин и космического пространства, прогнозу неблагоприятных явлений, охране окружающей среды и управлению природными процессами. Геофизические исследования основываются на инструментальных наблюдениях, проводимых 10 специальными обсерваториями и станциями: сейсмологическими, геомагнитными, гравиметрическими, метеорологическими, гидрологическими. Большую роль в познании Земли играют экспедиционные исследования и аэрокосмические наблюдения и измерения. Геофизические исследования охватывают самые верхние слои Земной коры, нижние слои атмосферы и прибрежные зоны Мирового океана. С помощью таких приборов, как радиолокаторы, радиотелескопы, телеметрическое оборудование и сверхглубоких буровых установок, искусственных спутников Земли, геофизических ракет, батискафов, можно проникнуть в высокие слои атмосферы, глубины океанов и толщ морского дна. 8.4 Люди будущего Когда мы думаем о людях будущего, на ум может прийти идея (хорошая или плохая) о генетически измененных сверхлюдях. Однако гораздо более основная и существенная концепция «будущих людей» — это люди, которые являются нашими потомками, и ситуации, с которыми они столкнутся в результате выбора, который мы делаем в течение нашей жизни. Таким образом, одна из ключевых задач физики — помочь нам предвидеть последствия выбора общества, начиная от изменения климата и заканчивая истощением природных ресурсов и эволюцией устойчивых к лекарствам микробов. Другой большой вопрос касается того, как люди могут адаптироваться к все более эффективному машинному интеллекту, особенно если и когда такой интеллект достигнет какой-либо формы независимого сознания? На следующем уровне мы, безусловно, можем увидеть в современных технологиях способность изменять живых людей с помощью различных протезов и предоставлять различные типы вспомогательных технологий. Существует ряд технологий для замены утраченных конечностей, обеспечения подвижности, улучшения зрения и слуха, использования диализных аппаратов и аппаратов искусственного кровообращения для поддержки пациентов и т. д. Различные типы стимуляторов — внешние или имплантированные — улучшают работу сердца, помогают предотвратить эпилептические припадки и помогают контролировать болезнь Паркинсона. Хотя они ориентированы на помощь людям с заболеваниями, мы, безусловно, видим больше устройств, расширяющих возможности здорового человека. Примеры включают экзоскелеты, которые помогают поднимать тяжелые предметы, роботизированные хирургические устройства, которые обеспечивают хирургу-человеку дополнительную точность и устойчивость, устройства видения дополненной реальности, и даже технологии, которые помогают управлять автомобилями, лодками и самолетами. Вся эта технология явно зависит от использования широкого спектра физических принципов в механике, теории транспорта, электрическом поведении и т. д. Искусственные органы разрабатываются уже много лет. Некоторые из них являются чисто электромеханическими, например, различные конструкции искусственного сердца. Теперь появляется перспектива выращивания искусственных органов из тканей, полученных из стволовых клеток, даже в формах, которые можно распечатать на 3D-принтере. Сенсорные устройства и сигнальные процессоры, напрямую связанные с мозгом, могут восстановить слух и зрение. Возможно, также достижимы устройства, помогающие обонянию и осязанию. Физика проникает через множество путей, включая модели функции мембраны, когезии тканей, распространения сигнала и т. д. В конечном итоге мы действительно подошли к вопросам генетической модификации. Этический путь может быть относительно очевиден при лечении неизлечимых болезней. Но где должны быть установлены ограничения в генетическом увеличении силы, ловкости, интеллекта и т. д. На точность методов редактирования генов влияют термодинамические флуктуации и другие физические возмущения (включая, конечно, ионизирующее излучение): физика необходима, чтобы гарантировать, что процесс очень редко приводит к неожиданным, опасным вариациям… и что такие вариации могут быть обнаружены. Люди живут все дольше и дольше. Как мы приспосабливаемся к увеличению продолжительности жизни с точки зрения работы, отдыха и основных средств к существованию? Скоро ли люди станут бессмертными и как нам справиться с последствиями? Смогут ли люди беспрепятственно взаимодействовать с машинами, объединяя мысли, память, ощущения и т. д.? Хотя это было предметом многих научно-фантастических историй, новые технологии приближают потенциальную реализацию — возможно, в течение десятилетий, если не раньше. Физики, занимающиеся разработкой теорий сознания, могли бы помочь нам принять ключевые решения в нашем техническом развитии искусственного интеллекта, помогая нам лучше предвидеть типы нарушений, которые могут произойти, когда машины дополняют или заменяют нашу способность мыслить. Заключение Закл |