Новые открытия в физике

Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 23 страниц
В избранное:

Кафедра:
Наука и образование

РЕФЕРАТ
НА ТЕМУ:
Новые открытия в физике

Студент:
Дуйсенова А.К
Группа:
ФИЗ 19-1
Преподаватель:
Алтыбаева К.

Актау-2021 г.
Содержание:

Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3 стр.

Классификация открытий ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3 стр.

Случайные открытия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5 стр.

Лекция академика Ж. И. Алферова "Российское естествознание на пороге третьего тысячелетия" ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... стр.

1947 год: Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн и их первый транзистор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... стр.

Животное электричество ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ...15 стр.

Непредугаданные открытия в повседневной жизни ... ... .20 стр.

Микроволновая печь ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22 стр.

Список используемой литературы ... ... ... ... ... ... . ... ... 25 стр.

Законы природы - скелет вселенной. Они служат ей опорой, придают форму, связывают воедино. Все вместе они воплощают в себе умопомрачительную и величественную картину нашего мира. Однако важнее всего, наверное, то, что законы природы делают нашу Вселенную познаваемой, подвластной силе человеческого разума. В эпоху, когда мы перестаем верить в свою способность управлять окружающими нас вещами, они напоминают, что даже самые сложные системы повинуются простым законам, понятным обычному человеку.
Круг объектов во вселенной невероятно широк - от звезд, в тридцать раз превосходящих массой солнце, до микроорганизмов, которые нельзя рассмотреть невооруженным глазом. Эти объекты и их взаимодействия составляют то, что мы называем материальным миром. В принципе, каждый объект мог бы существовать по своему собственному набору законов, но такая Вселенная была бы хаотичной и трудной для понимания, хотя с точки зрения логики это возможно. А то, что мы живем не в такой хаотичной вселенной, стало в большей степени следствием существования законов природы.

Но как появляются законы? Что приводит человека к осознанию новой закономерности , к созданию нового изобретения, к обнаружению чего-то абсолютно до этого незнакомого, и т.д.? Определенно, это открытие. Открытие может совершиться в процессе наблюдения природы - первого шага к науке, в ходе эксперимента, опыта, расчетов, или даже...случайно! Мы начнем с того, что такое открытие.
Открытие-установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания. Открытием признается научное положение, представляющее собой решение познавательной задачи и обладающее новизной в мировом масштабе. От открытия следует отличать научные догадки и гипотезы. Открытием не признается установление единичного факта (тоже иногда именуемого открытием), в том числе географического, археологического, палеонтологического, месторождения полезных ископаемых, а также положения в области общественных наук.
Классификация научных открытий.
Открытия бывают:
- Повторные (в т.ч. одновременные).
- Предугаданные.
- Непредугаданные (случайные).
- Преждевременные.
- Запаздывающие.
К сожалению, данная классификация не включает один очень важный раздел - ошибки, ставшие открытиями.
Есть определенная категория предугаданных открытий. Их появление связано с высокой прогностической силы новой парадигмы, которую использовали для своих прогнозов те, кто их делал. К предугаданным открытиям относятся открытие спутников Урана, открытие инертных газов, исходя из предсказаний периодической таблицы элементов, разработанной Менделеевым, он их предсказал исходя из периодического закона. К этой же категории относится открытие Плутона, открытие радиоволн на основе предсказания Максвелла о существовании другой волны.
С другой стороны существуют очень интересные непредугаданные, или как их еще называют случайные открытия. Их описание стало полной неожиданностью для научного сообщества. Это открытие рентгеновских лучей, электрического тока, электрона... Открытие А. Беккерелем в 1896 году радиоактивности не могло быть предвидено, т.к. доминировала непреложная истина о неделимости атома.

Наконец, выделяют так называемые запаздывающие открытия, они не были реализованы по случайной причине, хотя научное сообщество было готово это сделать. Причиной может быть запаздывание теоретического обоснования. Подзорные трубы употреблялись уже в 13 веке, но потребовалось 4 столетия, чтобы вместо одной пары стекол использовать сразу 4 пары и таким образом создать телескоп.
Запаздывание связано с характерами технического свойства. Так, первый лазер заработал только в 1960 году, хотя теоретически лазеры могли быть созданы непосредственно после появления работы Эйнштейна о квантовой теории индуцированного излучения.
Броуновское движение очень запоздалое открытие. Оно было сделано с помошью лупы, хотя прошло уже 200 лет как был изобретен микроскоп 1608 год.
Кроме вышеперечисленных открытий существуют открытия повторные. В истории науки большинство фундаментальных открытий, связанных с решением фундаментальных проблем делалось несколькими учеными, которые работая в разных странах, приходили к одинаковым результатам. В науковедении повторные открытия изучаются. Р. Мертоном и Е. Барбером. Они проанализировали 264 исторически зафиксированных случаев повторных открытий. Большая часть 179 составляет двоичные, 51 троичные, 17 четверичные, 6 пятеричные, 8 шестеричные.
Особенный интерес представляют случаи одновременных открытий, т.е тех случаев, когда первооткрывателей разделяли буквально часы. К ним можно отнести Теорию естественного отбора Чарльза Дарвина и Уоллеса.
Преждевременные открытия.Такие открытия происходят, когда научное сообщество оказывается неподготовлено к принятию данного открытия и отрицает его или не замечает. Без понимания открытия научным сообществом оно не может быть использовано в прикладных исследованиях, а потом в технологии. К ним относятся кислород, теория Менделя.

Случайные открытия.
Из исторических данных становится понятно: одни открытия и изобретения являются результатом кропотливого труда, причем сразу нескольких ученных, другие научные открытия были сделаны совершенно случайно, или наоборот гипотезы открытий хранились многие годы.
Если говорить о случайных открытиях, достаточно вспомнить всем известное яблоко, упавшее на светлую голову Ньютона, после чего он открыл всемирное тяготение. Архимеда ванна натолкнула на открытие закона относительно выталкивающей силы погруженных в жидкость тел. А Александр Флеминг, случайно натолкнувшийся на плесень, разработал пенициллин. Бывает и так, что прорывом в науке мы обязаны ошибке, вкравшейся в расчеты и научные эксперименты, или не самым приятным чертам характера ученых, например, небрежности и неаккуратности.
В жизни людей имеет место множество случайностей, которые они используют, получают определенное удовольствие и даже не предполагают, что за эту радость благодарить необходимо его Величество случай.[1]

Остановимся на теме, затрагивающей случайные открытия в области физики. Мы провели небольшое исследование открытий, которые в некоторой степени изменили нашу жизнь, как, например, закон Архимеда, микроволновая печь, радиоактивность, рентгеновские лучи, и многие другие. Не стоит забывать, что эти открытия не были запланированы. Таких случайных открытий огромное множество. Как происходит такое открытие? Какими умениями и знаниями нужно обладать? Либо внимание к деталям и любознательность есть ключи к успеху? Чтобы ответить на эти вопросы, мы решили ознакомиться с историей случайных открытий. Они оказались захватывающими и познавательными.
Начнем с наиболее известного непредугаданного открытия .
Лекция академика Ж. И. Алферова "Российское естествознание на пороге третьего тысячелетия"
Работающему научному сотруднику чрезвычайно сложно, а скорее всего, просто не под силу предсказать то, какой будет целая область науки в следующем столетии.
Это сподручнее сделать писателям-фантастам, и на замечательных романах Жюля Верна многие из нас выросли. Научный же работник обременен грузом реальных и конкретных знаний, которые не позволяют ему делать очень смелые предсказания. Хотя в свое время Альберт Эйнштейн разъяснил, как делаются крупные открытия. Он сказал, что подавляющее большинство людей знает, что это невозможно. Затем находится один человек, который не знает, вот он и делает открытие.
Поэтому большую часть своей лекции я посвящу тому, что произошло в физике за почти истекшее XX столетие, ну а в той области, в которой работаю сам, позволю себе некие экстраполяции.
Двадцатое столетие называют веком войн и социальных революций, что совершенно справедливо, и Россия здесь получила, как говорится, сполна, больше, чем многие другие страны. Но вместе с тем XX столетие называют еще и веком физики, и это тоже правильно. Но я бы назвал его веком квантовой физики, поскольку именно квантовая физика определила лицо уходящего века.
Недавно журнал "Тайм" провел опрос, кого из жителей планеты можно признать олицетворившим XX век, и титул человека столетия с подавляющим преимуществом получил Альберт Эйнштейн - основной создатель (если говорить об индивидуальностях) квантовой физики.
Но говоря о том, что наш век есть столетие квантовой физики, мы должны понимать, что произошло это отнюдь не случайно и что революционные изменения в естествознании формировались во второй половине XIX столетия и были связаны, как и всегда, с практической деятельностью человека. Вообще вся современная наука сравнительно молода: она насчитывает примерно лет триста, ибо основателями современного естествознания, современной физики можно считать Исаака Ньютона, Галилео Галилея и Рене Декарта. Они сформировали классическую механику и классическую физику.
В конце XIX столетия благодаря техническому прогрессу - и прежде всего распространению электрического освещения и развитию светотехники - возник кризис естествознания - потребовалось четко обосновать особенности спектров излучения нагретых тел. Из исследования этих особенностей и родилась, по большому счету, современная квантовая физика.
В 1900 году Макс Планк, твердо стоявший на позиции классической физики и не желавший от нее уходить, предложил для объяснения именно спектров излучения идею кванта.
Между прочим, я горжусь тем, что почти 50 лет своей жизни отдал работе в одном из самых замечательных научных учреждений Петербурга, России и мира - Физико-техническом институте имени Абрама Федоровича Иоффе. А вот такое сочетание - физико-технический институт, насколько мне известно, впервые появилось в Германии в 80-е годы прошлого столетия, когда Вернер Сименс, создатель знаменитой одноименной фирмы, основал в Берлине институт, состоявший из двух отделов: физического и технического; физический занимался фундаментальными исследованиями, а технический - совершенствованием ламп накаливания. И вот в этом институте было очень много сделано для возникновения и обоснования квантовой теории.
Конечно, решающее слово было сказано Альбертом Эйнштейном, предложившим в 1905 году квантовое объяснение фотоэффекта. Именно за квантовую теорию фотоэффекта, а не за теорию относительности ему в 1922 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Потому что эта работа А. Эйнштейна сыграла ключевую роль в формировании квантовой теории.
Дальше я должен был бы назвать целый ряд блестящих имен, которым мы обязаны не только формированием квантовой физики, но и современным пониманием физических явлений: Поль Дирак, Вернер Гейзенберг, Морис де Бройль, Нильс Бор, Лев Давидович Ландау и многие, многие другие. Назвав эти имена, я хочу подчеркнуть, что квантовая физика в ее золотое время - 1920-1930-е годы - сформировала не только современную физическую теорию, но и современное научное мировоззрение людей, занимающихся естественными науками. Именно физические методы исследования, физический подход способствовали взлету и развитию как химии, так и биологии.
А сейчас я хотел бы остановиться на открытиях - сугубо экспериментальных, - основанных на квантовой теории, которые, с моей точки зрения, не только определили научно-технический прогресс во второй половине XX века, по-новому объяснив многие вещи в физике, но и привели к масштабным социальным изменениям и во многом предопределили современное развитие как передовых стран, так и практически всего населения земного шара.
И первым из этих трех открытий в физике я бы назвал открытие деления урана под воздействием нейтронного облучения, сделанное О. Ганом и Ф. Штрассманом в 1938 году.
Вообще первые десятилетия XX столетия (подчеркиваю, в экспериментальном отношении) были отмечены прежде всего работами в области ядерной физики, исследованиями радиоактивности, созданием современной теории атомного ядра. Но открытие деления урана предвиделось, я бы даже сказал, ожидалось, причем значительно больше, чем происшедшее в 80-е годы открытие высокотемпературной сверхпроводимости, и было оценено практически сразу. У нас, в Ленинграде, его оценили два выдающихся советских физика, сыгравших огромную роль и в развитии фундаментальной физики, и в нашем атомном проекте: Яков Борисович Зельдович и Юлий Борисович Харитон, которые выполнили блестящую работу по расчету цепных реакций на основе деления урана.
Вы знаете, что в 1939 году венгерский физик Лео Сцилард, живший тогда в США, уговорил Альберта Эйнштейна подписать письмо к президенту Ф. Рузвельту, в котором высказывалось предостережение - нацисты могут первыми изготовить атомную бомбу. В связи с этим выражалась настойчивая просьба об ассигновании собственных атомных исследований. Спустя непродолжительное время такое решение было принято, и начался известный Манхеттенский проект.
У нас в стране одним из инициаторов советского атомного проекта стал Георгий Николаевич Флеров, аспирант Игоря Васильевича Курчатова в Физико-техническом институте. В то время он был призван в армию, но при каждом удобном случае продолжал просматривать научные журналы. Обнаружив, что в них исчезли публикации, связанные с атомной тематикой (а это означало, что работы в этой области засекречены), он начал бомбардировать письмами высокое начальство, включая Сталина, доказывая необходимость развития советского атомного проекта.
Изучая рассекреченные и опубликованные материалы 1938-1943 годов, стенограммы заседаний, выступлений, понимаешь, какие у нас были замечательные физики: Абрам Федорович Иоффе, Игорь Васильевич Курчатов, Сергей Иванович Вавилов. Особенно восхищают меня А. Ф. Иоффе и С. И. Вавилов, потому что они работали в других областях (как известно, А. Ф. Иоффе - основоположник науки о полупроводниках, С. И. Вавилов - о люминесценции) и проблемы ядра были от них далеки. Но они прекрасно разбирались в этих вопросах!
Сегодня появилось много публикаций, утверждающих, что нашим ученым якобы ничего не нужно было делать - мол, все принесла разведка. Да, конечно, разведка сделала свое дело (и, прежде всего, по идеологическим соображениям, Клаус Фукс). Но на самом деле никакая разведка не могла бы нам дать атомное оружие и решить атомную проблему. Атомное оружие было создано в СССР благодаря тому, что уже в 1920-1930-е годы у нас была своя, отечественная школа физиков, возникшая, прежде всего благодаря А. Ф. Иоффе и так называемому "детскому саду папы Иоффе", который сформировался в Физико-техническом институте. Начало было положено еще в 1919 году, когда Абрам Федорович вместе со Степаном Прокофьевичем Тимошенко основали физико-механический факультет Политехнического института. Это было совершенно новое для того времени образовательное учреждение, которое ставило своей целью подготовку физиков с пониманием инженерных проблем и подготовку инженеров с очень глубокой физико-математической базой. Именно вот этот "детский сад папы Иоффе", из которого вышла целая гвардия трижды Героев Социалистического Труда, десятки академиков, и решил в будущем для нашей страны и атомную, и полупроводниковую, и многие другие проблемы.
Конечно, сегодня, особенно после чернобыльской катастрофы, много говорится об опасности использования атомной энергии. И в целом ряде стран предпринимаются меры для сокращения атомной энергетики. Хотя я не являюсь специалистом в этой области, но из моих бесед, чтения соответствующих работ и обсуждения данной проблемы на весьма представительном научном уровне я вынес убеждение, что в XXI веке атомная энергетика будет основным источником энергии не только в нашей стране, но и во всем мире. И прежде всего потому, что запасы горючих ископаемых кончаются. Современная же атомная энергетика экологически значительно безопаснее, чем угольные или даже мазутные электростанции. В области реакторной техники мы имеем очень хорошие наработки, и я уверен - так будет, потому что термоядерная энергетика еще довольно далека от своей реализации. Примечателен в этой связи такой случай. Когда руководителя английской термоядерной программы сэра Джона Кокрофта, лауреата Нобелевской премии, журналисты спросили, когда же можно ожидать промышленной реализации термоядерной энергетики, он ответил: "Через двадцать лет". Семь лет спустя на аналогичной конференции Кокрофту вновь был задан тот же вопрос, на который последовал прежний ответ: "Через двадцать лет". А когда удивленные журналисты воскликнули: "Но, позвольте, это же вы говорили и семь лет назад!", невозмутимо возразил: "Вы видите, я не меняю своей точки зрения".
Сегодня эта точка зрения изменилась. Полным ходом и при нашем участии осуществляется международный проект термоядерного реактора ИТЕР, однако начало промышленного использования термоядерной энергии относят к середине XXI столетия. То есть это будет не через двадцать, а через все пятьдесят лет. Поэтому надежды можно возлагать на атомную энергетику. Дай только Бог, чтобы ни в одной стране мира открытие О. Гана и Ф. Штрассмана не пришлось употребить так, как это было сделано президентом США Г. Трумэном в 1945 году при бомбардировках Хиросимы и Нагасаки.
1947 год: Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн и их первый транзистор
естествознание квантовый физика транзистор
Джон Бардин - один из самых выдающихся физиков XX столетия прежде всего в области физики конденсированного состояния, единственный за историю физики дважды нобелевский лауреат по физике в одной и той же области науки. Первую премию он получил в 1956 году вместе с У. Браттейном и У. Шокли за открытие транзистора, а вторую - в 1972-м вместе с Л. Купером и Дж. Шриффером за теорию сверхпроводимости, впервые давшую полное объяснение этому загадочному явлению, открытому Гейке Камерлинг-Оннесом в 1911 году в Голландии.
Президиум Академии наук СССР присудил Джону Бардину свою высшую награду - медаль М. В. Ломоносова. И Джон Бардин, выступая на заключительном заседании Международной конференции по физике полупроводников в 1960 году, сказал: "Наука интернациональна, интернациональна физика, нет национальной физики. И физика полупроводников это доказывает очень ярко: она создана прежде всего Вильсоном и Моттом в Англии, Шоттки - в Германии, Иоффе и Френкелем - в СССР". 23 декабря 1947 года был продемонстрирован первый транзисторный усилитель, началась новая эра в электронике. А несколько позже появилась широчайшая научно-техническая область, приведшая к огромным социальным изменениям в мире.
На то, что транзистор появился на свет в Соединенных Штатах Америки, были вполне определенные причины, но нельзя забывать и того, что большой вклад в это выдающееся открытие человечества внесен физиками нашей страны.
Работы эти, кстати, начались за много лет до войны, и для их развития многое дали работы Олега Васильевича Лосева, гениального изобретателя из нижегородской радиолаборатории, рано умершего. В числе прочих открытий Лосева было создание кристаллического усилителя "кристадин Лосева", но, как говорится, дорого яичко к Христову дню. Когда открытия делаются слишком рано и уровень техники и технологии не готов к этому, они обычно "не проходят" и о них забывают.
Но интересен, например, и такой факт. Вице-президент крупнейшей компании "Белл телефон" Мелвин Келли, формируя группу для проведения исследований в 1945 году в области физики твердого тела и разработки новых технических средств для радиолокации, сформулировал ее основную задачу как проверку квантовой теории для конденсированного состояния. Группа была необычайно сильной. В нее вошли те трое, кто затем получил Нобелевскую премию, а также выдающийся физик Джеральд Пирсон и многие очень квалифицированные инженеры-электрохимики, механики и лаборанты. Сотрудниками группы были открыты новые физические явления, ставшие основой полевого транзистора и так называемого биполярного транзистора.
В 1958 году была построена первая интегральная схема. Она представляла собой пластину из монокристалла кремния площадью несколько квадратных сантиметров, на которой были получены два транзистора и RC-цепочки транзисторов. Современный микропроцессор со стороной, скажем, 1,8 сантиметра имеет 8 миллионов транзисторов. Если размеры первых транзисторов исчислялись долями миллиметра, то сегодня фотолитографические методы позволяют получать размеры 0,35 микрона. Это современный технологический уровень. В самом ближайшем будущем ожидается переход на размеры 0,18 микрона и через 5-7 лет - на 0,1 микрона.
Но интересно другое. С одной стороны, можно говорить, что это огромный технический прогресс, а с другой - чисто физически там не появилось никаких новых явлений: тот же полевой и биполярный транзистор и те же эффекты, которые были открыты еще в конце 1940-х годов. Однако именно эта технология, именно эти физические открытия стали основой всей современной микроэлектроники, а современная микроэлектроника изменила мир.
Я приведу лишь очень простой пример. До начала XX века Соединенные Штаты Америки были сельскохозяйственной страной. Это означает, что из четырех основных групп работающего населения - занятых в промышленности, сельском хозяйстве, сфере обслуживания и в сфере информатики (куда относятся и бухгалтеры) - самая большая группа работающих - те, кто трудились в сельском хозяйстве. К середине века США становятся индустриальной страной, потому что самой многочисленной группой были работающие в промышленности. А примерно с 1955 года Соединенные Штаты - уже постиндустриальная страна, так как самой большой группой работающего населения оказываются те, кто занимается получением и использованием информации.
Но вот что примечательно: в 1970 году численность этой группы достигла 50% работающего населения США, и с тех пор, за 30 лет, ее доля практически не изменилась. По-прежнему незначительно падает численность занятых в промышленности и сельском хозяйстве, растет число работающих в сфере обслуживания, однако в процентном к ним отношении число людей, занятых в информатике, остается прежним. И происходит это благодаря компьютерной революции.
Таким образом, открытие транзистора привело к изменению социальной структуры населения сначала развитых стран, а затем постепенно и всех остальных. Именно открытие транзистора дает нам право говорить о наступлении постиндустриального времени, времени информационного общества.
Ну и третье глобальное научное событие XX века, в чем-то примыкающее к созданию транзистора, - это открытие лазерно-мазерного принципа. И сделано оно было в 1954- 1955 годах практически одновременно Чарльзом Таунсом в США и Николаем Геннадиевичем Басовым и Александром Михайловичем Прохоровым в Физическом институте Академии наук СССР.
Если в рассказе о транзисторе я говорил лишь о вкладе, внесенном в его открытие советскими учеными школы "папы Иоффе", то честь открытия лазерно-мазерного принципа американские коллеги по праву разделяют с нашими великими соотечественниками. Об этом красноречиво говорит тот факт, что в 1964 году Нобелевскую премию по физике - а ее советским и российским ученым никогда не давали с легкостью - в силу неотвратимых обстоятельств на этот раз Таунс должен был разделить с Басовым и Прохоровым.
В Американской энциклопедии по поводу присуждения премии в 1964 году Н. Г. Басову и А. М. Прохорову были процитированы слова председателя Нобелевского комитета по физике. Он сказал, что ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.