Физика и третье тысячелетие.

  • 06 окт. 2011 г.
  • 2519 Слова
1.Основные достижения физики за XX столетие.
На рубеже столетий в классической физике все было ясно, оставалось решить лишь некоторые тонкости. Говорят, «дьявол кроется в деталях». Одной из них была нестыковка теоретических и экспериментальных результатов при излучении «абсолютно черного тела», которое, будучи нагретым до определенной температуры, способно излучать и поглощать, но не отражатьэлектромагнитные волны. Эксперимент показал, что для каждой температуры существует длина волны, на которой тело излучает максимум энергии. Расчет, сделанный независимо друг от друга англичанами Джоном Рейли (Рэлеем) и Джеймсом Джинсом, основанный на свойствах электромагнитных волн и термодинамике Больцмана, приводил к абсурду: при уменьшении значения длины волны излучаемая энергия должна была статьбесконечно большой. Вся энергия Вселенной должна была давно уйти в ультрафиолетовое излучение, но этого на деле не происходило. Парадокс назвали «ультрафиолетовой катастрофой». Не находил объяснения и фотоэффект (возникновение электротока в разомкнутой цепи при освещении одного ее электрода светом): его парадокс состоял в том, что интенсивный свет с большей длиной волны не приводил к эффекту, а слабыйсвет, но с меньшей длиной волны, к эффекту, напротив, приводил. Кроме того, профессор Петр Николаевич Лебедев обнаружил и измерил давление световых волн на объект.

Макс Планк (1858-1947) – немецкий физик, предложил в 1900 году решение проблемы излучения черного тела, не укладывавшееся в рамки позитивистского здравого смысла. Он предположил, что электромагнитная волна испускается порциями, которыеполучили названия квантов. Это означало, что волна имеет свойство частиц, корпускул! Энергия одной такой частицы определяется частотой (длиной) волны, и равна произведению частоты на новую мировую константу, названную постоянной Планка (h = 6,62 . 1034 Дж . сек). Выполнив расчеты, Планк получил распределение энергий волн, излучаемых черным телом, совпадающее с экспериментом.

Альберт Эйнштейн(1879-1955) применил идею Планка к объяснению фотоэффекта, и все стало на место: для выбивания электронов из материала электрода, которое приводит к возникновению тока, нужны частицы с большой энергией, то есть свет с малой длиной волны. Поэтому интенсивный свет с большой длиной волны к эффекту не приводит. А световое давление – это бомбардировка частицами, причем его величина зависит от энергии частиц(длины волны) в соответствии с теорией Планка. Другое название электромагнитных квантов – фотоны. Не исключено, что на принципах светового давления в будущем будут построены космические аппараты, способные развивать гигантские скорости – фотонные ракеты. Свет, возникающий в результате ядерной реакции, будет отражаться от гигантского параболического зеркала (возможно, защищенного от сверхвысокойтемпературы магнитным полем) и передавать импульс аппарату. Теоретически такой фотонный звездолет способен достичь скорости, близкой к скорости истечения электромагнитных квантов – то есть световой скорости. Пассивной формой светового движителя является уже успешно испытанный российскими и американскими учеными солнечный парус, использующий световое давление, создаваемое в открытом космосе Солнцем.Возможно, в самом ближайшем будущем солнечный парусник, за несколько лет разогнавшись в окрестностях Солнца, унесет автоматический зонд к одной из ближайших звезд. А романтические и азартные гонки в межпланетном пространстве на солнечных яхтах уже были описаны Артуром Кларком и другими фантастами.

Свойства фотонов непривычны для воображения: часть – как у волны, часть – как у корпускулы. Это –свойства микромира. И если у волны микромира обнаружились свойства частицы, то у частицы микромира могут и должны быть волновые свойства. Это подтвердили наблюдения дифракции потока электронов на кристаллической решетке никеля: длина волны точно соответствовала скоростям электронов. Физика вступила в этап, на котором, оставаясь предсказуемыми, результаты перестали быть наглядными....
tracking img