Одной из основополагающих наук нашей планеты является физика и ее законы. Ежедневно мы пользуемся благами ученых физиков, которые уже много лет работают для того чтобы жизнь людей становилась комфортнее и лучше. Существование всего человечества построено на законах физики, хотя мы об этом и не задумываемся. Благодаря кому у нас в домах горит свет, мы можем летать на самолетах по небу и плавать по бескрайним морям и океанам. Об ученых посветивших себя науке мы и поговорим. Кто же самые известные физики, чьи работы изменили нашу жизнь навсегда. Великих физиков огромное множество в истории человечества. О семи из них мы и расскажем.

Альберт Эйнштейн (Швейцария) (1879-1955)

Альберт Эйнштейн один из величайших физиков человечества родился 14 марта 1879 года в немецком городе Ульм. Великого физика-теоретика можно назвать человеком мира, ему пришлось жить в тяжелое время для всего человечества во время двух мировых войн и часто переезжать из одной страны в другую.

Эйнштейн написал больше 350 работ по физике. Является создателем специальной (1905) и общей теории относительности(1916), принципа эквивалентности массы и энергии(1905). Разработал множество научных теорий: квантового фотоэффекта и квантовой теплоемкости. Вместе с Планком, разработал основы квантовой теории, представляющие основой современной физике. Эйнштейн имеет большое количество премий за свои труды в области науки. Венцом всех наград выступает Нобелевская премия, по физике полученная Альбертом в 1921 году.

Никола Тесла (Сербия) (1856-1943)

Родился известный физик-изобретатель в небольшой деревушке Смилян 10июля 1856 года. Работы Теслы намного опередили время, в которое жил ученый. Николу называют отцом современного электричества. Он сделал множество открытий, и изобретений получив более 300 патентов на свои творения во всех странах, где работал. Никола Тесла был не только физиком теоретиком, но и блестящим инженером, создававшим и испытывавшим свои изобретения.

Тесла открыл переменный ток, беспроводную передачу энергии, электричества, его работы привели к открытию рентгена, создал машину, которая вызывала колебания поверхности земли. Никола предсказывал наступление эры роботов, способных выполнять любую работу. Из-за своей экстравагантной манеры поведения не снискал признания при жизни, но без его работ сложно представить повседневную жизнь современного человека.

Исаак Ньютон (Англия) (1643-1727)

Один из отцов классической физики появился на свет 4 января 1643 года в городке Вулсторп в Великобритании. Являлся сначала участником, а впоследствии главой королевского общества Великобритании. Исаак сформировал и доказал главные законы механики. Обосновал движение планет Солнечной системы вокруг Солнца, а также наступление приливов и отливов. Ньютон создал фундамент для современной физической оптики. Из огромного списка работ великого ученого, физика, математика и астронома выделяются две работы одна из которых была написана в 1687 году и «Оптика» вышедшая из под пера в 1704 году. Верхом его работ является известный даже десятилетнему малышу закон всемирного тяготения.

Стивен Хокинг (Англия)

Самый известный физик современности появился на нашей планете 8 января 1942 года в Оксфорде. Образование Стивен Хокинг получал в Оксфорде и Кембридже, где и преподавал в дальнейшем, также работал в Канадском Институте теоретической физики. Главные работы его жизни связаны с квантовой гравитацией и космологией.

Хокинг исследовал теорию возникновения мира вследствие Большого взрыва. Разработал теорию исчезновения черных дыр, вследствие явления получившего в его честь название-излучение Хокинга. Считается основоположником квантовой космологии. Член старейшего научного общества, в которое входил еще Ньютон, Лондонского королевского общества на протяжении долгих лет, вступив в него в 1974 году, и считается одним из самых молодых членов принятых в общество. Всеми силами приобщает к науке современников с помощью своих книг и участвуя в телепередачах.

Мария Кюри-Склодовская(Польша, Франция)(1867-1934)

Самая известная женщина физик появилась на свет 7 ноября 1867 года в Польше. Окончила престижный университет Сорбонна, в котором изучала физику и химию, а впоследствии стала первой женщиной-преподователем в истории своей Альма-матер. Вместе со своим мужем Пьером и известным физиком Антуаном Анри Беккерелем изучали взаимодействие солей урана и солнечного света, вследствие экспериментов получили новое излучение, которое было названо радиоактивностью. За это открытие вместе со своими коллегами получила Нобелевскую премию по физике 1903 года. Мария состояла во множестве научных обществ по всему земному шару. Навсегда вошла в историю как первый человек, удостоившийся Нобелевской премии, по двум номинациям химии в 1911и физике.

Вильгельм Конрад Рентген(Германия) (1845-1923)

Рентген впервые увидел наш мир городе Леннеп, в Германии 27 марта 1845 года. Преподавал в Вюрцбургском университете, где 8 ноября 1985 года и сделал открытие, которое изменила жизнь всего человечества навсегда. Ему удалось открыть икс-излучение, впоследствии получившее название в честь ученого — рентгеновское. Его открытие стало толчком к появлению целого ряда новых течений в науке. Вильгельм Конрад вошел в история как первый обладатель Нобелевской премии по физике.

Андрей Дмитриевич Сахаров (СССР, Россия)

21 мая 1921 года родился будущий создатель водородной бомбы.Сахаров написал немало научных работ на тему элементарных частиц и космологии, по магнитной гидродинамике и астрофизике. Но главным его достижением является создание водородной бомбы. Сахаров был гениальным физиком в истории не только огромной страны СССР, но и мира.

Начнем с «глыб».

Жорес Алферов

Когда среди населения проводят опрос, кого из современных отечественных ученых вы можете назвать, - имя Жореса Ивановича говорят первым, а иногда, увы, и единственным. Многие считают его уже не столько ученым, сколько «администратором» российской науки. Его можно любить или не любить, но факт остается фактом - академик, единственный живой (проживающий в нашей стране) российский лауреат Нобелевской премии (по физике), вице-президент РАН, депутат Государственной думы Жорес Алферов внес воистину гигантский вклад не только в науку, но и в нашу повседневную жизнь. Именно благодаря его фундаментальной работе о полупроводниках мы сегодня можем пользоваться такими достижениями цивилизации, как мобильные телефоны, компакт-диски, светодиоды и т. д.

Григорий Перельман

Его имя в уличных опросах называют вторым (и уже точно почти всегда последним) после Алферова, и его же - самым странным ученым современности. Математик Перельман, как известно, не только решил одну из семи задач тысячелетия (пока это единственная решенная задача из семи) - первым доказал гипотезу Пуанкаре, но и отказался от Медали Филдса в 2006 году, а затем от премии Института Клэя в 1 млн долларов в 2010-м.

«Я отказался, - заявил Перельман. - Вы знаете, у меня было очень много причин и в ту, и в другую сторону. Поэтому я так долго решал. Если говорить совсем коротко, то главная причина - это несогласие с организованным математическим сообществом. Мне не нравятся их решения, я считаю их несправедливыми. Я считаю, что вклад в решение этой задачи американского математика Гамильтона ничуть не меньше, чем мой».

Профессор математики из Колумбийского Университета Ричард Гамильтон после присуждения ему Премии Шао в 1 млн долларов (которую еще называют Нобелевской премией Востока) награду принял.

Михаил Гельфанд

Биоинформатик, доктор биологических наук, профессор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ, заместитель директора по науке Института проблем передачи информации РАН, ученый мирового уровня Михаил Гельфанд известен не только своими работами, но и, конечно, гражданской позицией. Он - активнейший борец со злоупотреблениями и махинациями в сфере защиты диссертаций и присуждения научных степеней в нашей стране. А в сентябре этого года Михаил Сергеевич даже подписал заявление «Круглого стола 12 декабря» к Маршу Мира 21 сентября с требованием «прекратить агрессивную авантюру: вывести с территории Украины российские войска и прекратить пропагандистскую, материальную и военную поддержку сепаратистов на Юго-Востоке Украины».

Юрий Оганесян

Физик, академик РАН, научный руководитель лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова в Объединенном институте ядерных исследований, Юрий Оганесян считается одним из вероятных кандидатов на Нобелевскую премию, а выдвигали его кандидатуру уже не раз. Юрий Цолакович - тот, кто расширяет таблицу Менделеева сегодня и должен являться объектом нелюбви всех школьников и восторга - научного сообщества, ведь именно ему принадлежит создание как минимум шести химических элементов, а в соавторстве и многих других.

Андрей Гейм и Константин Новоселов

Эти два профессора Манчестерского университета родились и некоторое время работали в нашей стране, а затем, как и многие талантливые ученые, перебрались за границу, где за изобретение графена получили Нобелевскую премию по физике в 2010 году (графен - материал, с которым связывают будущее всей электронной аппаратуры; интервью с одним из главных мировых специалистов по графену - Михаилом Кацнельсоном - в номере журнала Naked Science за март 2014 года).

Увы, как Андрей Гейм, так и Константин Новоселов отказались от приглашения поработать в «Сколково», довольно категорично (и, наверное, справедливо) заявив об организации науки в нашей стране и очередной инициативе по возвращению ученых из-за рубежа: «Я ничего не представляю (никакой научной или академической структуры). Это совершенно нормально, что вы меня не знаете… Может, популяризация науки должна быть поставлена на более высокий уровень, но самая большая благодарность ученому - это дать ему работать так, как он хочет», - заявил Константин Новоселов в интервью журналу «Русский Репортер».

Валерий Рубаков

Это тот человек, который в начале 1980-х годов прошлого века вместе с физиком Михаилом Шапошниковым выдвинул идею о том, что в мироздании существует бесконечное множество измерений. В нашей повседневной жизни мы видим только три из них, но, приложив энергию, можно попасть и в другие. Физик-теоретик, академик РАН, один из ведущих мировых специалистов в области квантовой теории поля, физики элементарных частиц и космологии Валерий Анатольевич поделился своими размышлениями о параллельных вселенных, прошлом мира и гравитационных волнах и с нами (интервью с ним в номере Naked Science за май-июнь этого года).

Алексей Старобинский

Алексей Александрович является одним из создателей современной теории рождения Вселенной. Физик-теоретик, академик РАН, он год назад стал лауреатом одной из самых престижных премий в астрофизике - Кавли - за самое важное открытие в теоретической физике за последние тридцать лет: «новаторскую теорию космической инфляции». Все о его грандиозной теории в интервью Алексея Старобинского в номере журнала Naked Science за январь 2014 года.

Рашид Сюняев

Считается выдающимся советским и российским астрофизиком. Академик РАН Рашид Алиевич заведует отделом астрофизики высоких энергий Института космических исследований РАН, является управляющим директором Института астрофизики Макса Планка в Германии. Эффект Сюняева-Зельдовича, согласно которому реликтовое излучение в космическом пространстве постепенно рассеивается под воздействием электронов, изучается учеными всего мира вот уже много лет, ему посвящены сотни, а может и тысячи научных работ. В 2011 году Сюняеву присудили премию Киото (японская награда, созданная по образцу Нобелевской премии; вручается за достижения, которые должны «сделать мир лучше») в размере 50 млн иен.

Александр Марков

Замыкает десятку лидеров (стоит оговориться, что все они выбраны нами более-менее условно, поэтому сказать наверняка, кто из них «более выдающийся», почти совершенно невозможно, тем более что все они представляют разные отрасли науки) биолог, палеонтолог и популяризатор науки, имя которого стало уже нарицательным, когда речь идет о современной биологии - Александр Марков. Помимо своих научных работ, Александр Владимирович известен, конечно, своими художественными произведениями и прекрасными научно-популярными книгами, которые чуть ли не впервые за всю постсоветскую историю научпопа стали настоящими бестселлерами. Его двухтомник «Эволюция человека: обезьяны, кости и гены» и «Эволюция человека: обезьяны, нейроны и душа», и книгу, посвященную происхождению жизни на Земле, « Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня. Неожиданные открытия и новые вопросы» буквально сметают с полок магазинов. Это и понятно. В них биолог очень доходчиво, с юмором, а главное - очень профессионально рассказывает о фундаментальных вопросах, которые могут волновать каждого: как появился современный человек, откуда берет начало наше сознание, как появилась жизнь на Земле и пр. За большой вклад в просвещение Александр Марков стал лауреатом премии в области научно-популярной литературы «Просветитель». (Интервью с Александром Марковым читайте в следующем номере журнала Naked Science).

Разумеется, это далеко не полный список выдающихся ученых, и ученых, которые стремительно набирают популярность. Вот лишь некоторые из тех, кто тоже мог бы быть в этом списке или, по крайней мере, продолжить его: физик Владимир Захаров, астрофизик Николай Кардашев, антрополог Станислав Дробышевский (интервью с ним в номере Naked Science за июль-август 2014 года), физик Игорь Митрофанов (интервью с ним в номере Naked Science за февраль 2014 года), астроном и популяризатор Владимир Сурдин (интервью с ним в номере Naked Science за июнь 2013 года), биоинформатик Константин Северинов, астрофизик Сергей Попов, археолог Анатолий Деревянко и многие другие.

Изменили наш мир и существенно повлияли на жизнь многих поколений.

Великие ученые физики и их открытия

(1856-1943) — изобретатель в области электротехники и радиотехники сербского происхождения. Николу называют отцом современного электричества. Он сделал множество открытий, и изобретений получив более 300 патентов на свои творения во всех странах, где работал. Никола Тесла был не только физиком теоретиком, но и блестящим инженером, создававшим и испытывавшим свои изобретения.
Тесла открыл переменный ток, беспроводную передачу энергии, электричества, его работы привели к открытию рентгена, создал машину, которая вызывала колебания поверхности земли. Никола предсказывал наступление эры роботов, способных выполнять любую работу.

(1643-1727) — один из отцов классической физики. Обосновал движение планет Солнечной системы вокруг Солнца, а также наступление приливов и отливов. Ньютон создал фундамент для современной физической оптики. Верхом его работ является известный закон всемирного тяготения.

Джон Дальтон — английский физико-химик. Открыл закон равномерного расширения газов при нагревании, закон кратных отношений, явление полимерии (на примере этилена и бутилена).Создатель атомной теории строения вещества.

Майкл Фарадей (1791 - 1867) - английский физик и химик, основоположник учения об электромагнитном поле. Сделал за свою жизнь столько научных открытий, что их хватило бы десятку ученых, чтобы обессмертить свое имя.

(1867 - 1934) - физик и химик польского происхождения. Совместно с мужем открыла элементы радий и полоний. Занималась проблемами радиоактивности.

Роберт Бойль (1627 - 1691) - английский физик, химик и богослов. Совместно с Р. Тоунлеем установил зависимость объёма одной и той же массы воздуха от давления при неизменной температуре (Бойля - Мариотта закон).

Эрнест Резерфорд — английский физик, разгадал природу индуцированной радиоактивности, открыл эманацию тория, радиоактивный распад и его закон. Резерфорда нередко справедливо называют одним из титанов физики ХХ века.

— немецкий физик, создатель общей теории относительности. Предположил, что все тела не притягивают друг друга, как считалось со времен Ньютона, а искривляют окружающее пространство и время. Эйнштейн написал больше 350 работ по физике. Является создателем специальной (1905) и общей теории относительности (1916), принципа эквивалентности массы и энергии (1905). Разработал множество научных теорий: квантового фотоэффекта и квантовой теплоемкости. Вместе с Планком, разработал основы квантовой теории, представляющие основой современной физике.

Александр Столетов — русский физик, нашел, что величина фототока насыщения пропорциональна световому потоку, падающему на катод. Вплотную подошел к установлению законов электрических разрядов в газах.

(1858-1947) - немецкий физик, создатель квантовой теории, совершившей подлинную революцию в физике. Классическая физика в противоположность современной физике ныне означает «физика до Планка».

Поль Дирак — английский физик, открыл статистическое распределение энергии в системе электронов. Получил Нобелевскую премию по физике «за открытие новых продуктивных форм атомной теории».

Одной из наиболее древних и важных научных дисциплин является физика - наука, изучающая свойства материи, основа всего естествознания.

Именно по этой причине физика считается фундаментальной наукой. Другие естественные науки (биология, химия, геология и др.) описывают отдельные классы материальных систем, которые в конечном итоге подчиняются физическим законам.

Джеймс Ватт (1736 – 1819 гг), шотландский физик-изобретатель, родился в Англии 19 января 1736 года. Создатель первого универсального парового двигателя, он не имел специального образования, сначала он был квалифицированным и талантливым мастером-инструментальщиком и служил при университете в Глазго.

Дорога Ватта к мировой славе начинался с обыкновенной, рутинной работы. Однажды ему поручили починить модель паровой машины Ньюкомена. Он никак не мог справиться, пока не понял, что причина не в поломке модели, а в принципах, лежащих в ее основе. Однажды, во время прогулки, Ватту пришла идея разделить конденсатор для охлаждения пара и рабочий цилиндр. Используя этот принцип, Ватт создает свою модель парового двигателя, которая хранится до сих пор в лондонском музее. Благодаря своей экономичности, паровая машина Ватта получила широкое распространение и имела огромное значение при переходе на машинное производство. В 1800-е годы доля энергии, вырабатываемой в британской промышленности, в значительной степени обеспечивалась паровыми двигателями Ватта.

Джеймсом Ваттом введена первая единица мощности - лошадиная сила. Им были сконструированы также распространенные в дальнейшем приборы: ртутный вакуумметр, ртутный открытый манометр, водомерное стекло для котлов, индикатор давления. Также им были изобретены копировальные чернила (1780), установлен состав воды (1781).

Александр Грейам Белл (1847–1922) родился в Эдинбурге, в Шотландии. Он является изобретателем телефона. Семья Белла из Шотландии переехала в Канаду, а позже в США. Белл не был по образованию ни физиком, ни инженером-электриком. Он начинал как помощник учителя музыки и ораторского мастерства, а позже работал с людьми, потерявшими слух или страдавшими дефектами речи.

Белл очень стремился помочь этим людям. Большая любовь к девушке, потерявшей слух после болезни, побудила его сконструировать приборы и устройства, с помощью которых он демонстрировал глухим артикуляцию речи. В Бостоне он открыл учебное заведение, где подготавливал преподавателей для глухих. В 1893 г. А. Белл получает звание профессора физиологии органов речи Бостонского университета. Впоследствии он углубленно изучает физику человеческой речи, акустику и в скором времени начинает ставить опыты, используя аппарат, в котором мембрана передает звуковые колебания. Он постепенно подходил к идее создания телефона, который позволит передачу различных звуков, если удастся вызывать колебания электрического тока, которые соответствую по интенсивности колебаниям воздуха, производимым данным звуком.

Вскоре А. Белл меняет направление своей деятельности и начинает работу над созданием телеграфа, который имел бы возможность передавать несколько текстов одновременно. Во время этой работы случайность помогла открыть явление, благодаря которому и был изобретен телефон.

Однажды помощник Белла вытаскивал пластинку в передающем устройстве. В приемном устройстве в это время Белл услышал дребезжание. Как выяснилось, этой пластинкой замыкалась и размыкалась электрическая цепь. Белл отнесся очень внимательно к этому наблюдению. Через несколько дней был сделан первый телефонный аппарат, который состоял из небольшой мембраны, сделанной из барабанной кожи, и сигнального рожка для усиления звука. Именно этот аппарат и стал прародителем всех телефонных аппаратов.

Во время своих экспериментов Галилео обнаружил, что тяжелые предметы падают быстрее легких из-за меньшего воздушного сопротивления: воздух мешает легкому объекту сильнее, чем тяжелому.

Решение Галилея проверить закон Аристотеля стало поворотным моментом в науке, оно ознаменовало начало проверки всех общепринятых законов опытным путем. Опыты Галилея с падающими телами привели к нашему начальному пониманию ускорения под действием гравитации.

Всемирное тяготение

Говорят, что однажды Ньютон сидел под яблоней в саду и отдыхал. Вдруг он увидел, как с ветки упало яблоко. Этот простой инцидент заставил его задуматься, почему яблоко упало вниз, в то время, как Луна все время оставалась в небе. Именно в этот момент в мозгу молодого Ньютона свершилось открытие: он понял, что на яблоко и Луну действует единая сила гравитации.

Ньютон представил себе, что на весь фруктовый сад действовала сила, которая притягивала к себе ветки и яблоки. Его более важно то, что он распространил эту силу до самой Луны. Ньютон понял, что сила притяжения есть везде, до него никто до этого не додумывался.

Согласно этому закону, гравитация влияет на все тела во Вселенной, включая яблоки, луны и планеты. Сила притяжения такого крупного тела, как Луна, может провоцировать такие явления, как приливы и отливы океанов на Земле.

Вода в той части океана, которая находится ближе к Луне, испытывает большее притяжение, поэтому Луна, можно сказать, перетягивает воду из одной части океана в другую. А так, как Земля вращается в противоположном направлении, эта задержанная Луной вода оказывается дальше привычных берегов.

Понимание Ньютоном того, что у каждого предмета есть собственная сила притяжения, стало великим научным открытием. Однако, его дело было еще не завершено.

Законы движения

Возьмем, например хоккей. Бьете клюшкой по шайбе, и она скользит по льду. Это первый закон: под действием силы предмет движется. Если бы не было трения о лед, то шайба скользила бы бесконечно долго. Когда вы бьете клюшкой по шайбе, то придаете ей ускорение.

Второй закон гласит: ускорение прямо пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально массе тела.

А согласно третьему закону при ударе шайба действует на клюшку с такой же силой, как клюшка на шайбу, т.е. сила действия равна силе противодействия.

Законы движения Ньютона были смелым решением объяснять механику функционирования Вселенной, они стали основой классической физики.

Второй закон термодинамики

Наука о термодинамике – это наука о тепле, которая преобразуется в механическую энергию. От нее зависела вся техника во время промышленной революции.

Тепловая энергия может быть преобразована в энергию движения, например, путем вращения коленчатого вала или турбины. Важнее всего выполнить как можно больше работы, используя как можно меньше топлива. Это наиболее экономически выгодно, поэтому люди стали изучать принципы работы паровых двигателей.

Среди тех, кто занимался этим вопросом, был немецкий ученый . В 1865 году он сформулировал Второй закон термодинамики . Согласно этому закону, при любом энергетическом обмене, например, во время нагревания воды в паровом котле, часть энергии пропадает. Клаузиус ввел в оборот слово энтропия , объясняя с его помощью ограниченную эффективность паровых двигателей. Часть тепловой энергии теряется во время преобразования в механическую.

Это утверждение изменило наше понимание того, как функционирует энергия. Не существует теплового двигателя, который был бы эффективен на 100%. Когда вы едете на машине, только 20% энергии бензина действительно тратится на движение. Куда девается остальная часть? На нагревание воздуха, асфальта и шин. Цилиндры в блоке цилиндров нагреваются и изнашиваются, а детали ржавеют. Грустно думать о том, насколько расточительны такие механизмы.

Хотя Второй закон термодинамики был основой промышленной революции, следующее великое открытие привело мир в новое, его современное состояние.

Электромагнетизм

Ученые научились создавать магнитную силу с помощью электричества, когда пустили ток по завитому проводу. В результате получился электромагнит. Как только подается ток, возникает магнитное поле. Нет напряжения – нет поля.

Электрогенератор в своей самой простейшей форме является витком проволоки между полюсами магнита. Майкл Фарадей обнаружил, что когда магнит и проволока находятся на близком расстоянии, по проволоке проходит ток. По этому принципу работают все электрогенераторы.

Фарадей вел записи о своих экспериментах, но шифровал их. Тем не менее они были по достоинству оценены физикомДжеймсом Клерком Максвеллом , который использовал их, чтобы еще лучше понять принципы электромагнетизма . Максвелл позволил человечеству понять, как электричество распределяется по поверхности проводника.

Если вы хотите знать, каким был бы мир без открытий Фарадея и Максвелла, то представьте себе, что электричество не существует: не было бы радио, телевидения, мобильных телефонов, спутников, компьютеров и всех средств связи. Представьте себе, что вы в 19 веке, потому что без электричества вы бы именно там и оказались.

Совершая открытия, Фарадей и Максвелл не могли знать, что их труд вдохновил одного юношу на раскрытие тайн света и на поиск его связи с величайшей силой Вселенной. Этим юношей был Альберт Эйнштейн.

Теория относительности

Эйнштейн однажды сказал, что все теории нужно объяснять детям. Если они не поймут объяснения, то значит теория бессмысленна. Будучи ребенком, Эйнштейн однажды прочитал детскую книжку об электричестве, тогда оно только появлялось, и простой телеграф казался чудом. Эта книжка была написана неким Бернштейном, в ней он предлагал читателю представить себя едущим внутри провода вместе с сигналом. Можно сказать, что тогда в голове Эйнштейна и зародилась его революционная теория.

В юношестве, вдохновленный своим впечатлением от той книги, Эйнштейн представлял себе, как он двигается вместе с лучом света. Он обдумывал эту мысль 10 лет, включая в размышления понятие света, времени и пространства.

В мире, который описывал Ньютон, время и пространство были отделены друг от друга: когда на Земле 10 часов утра, то такое же время было и на Венере, и на Юпитере, и по всей Вселенной. Время было тем, что никогда не отклонялось и не останавливалось. Но Эйнштейн по-другому воспринимал время.

Время – это река, которая извивается вокруг звезд, замедляясь и ускоряясь. А если пространство и время могут изменяться, то меняются и наши представления об атомах, телах и вообще о Вселенной!

Эйнштейн демонстрировал свою теорию с помощью так называемых мыслительных экспериментов. Самый известный из них – это «парадокс близнецов» . Итак, у нас есть двое близнецов, один из которых улетает в космос на ракете. Так как она летит почти со скоростью света, время внутри нее замедляется. После возвращения этого близнеца на Землю оказывается, что он моложе того, кто остался на планете. Итак, время в разных частях Вселенной идет по-разному. Это зависит от скорости: чем быстрее вы движетесь, тем медленнее для вас идет время.

Этот эксперимент в какой-то степени проводится с космонавтами на орбите. Если человек находится в открытом космосе, то время для него идет медленней. На космической станции время идет медленней. Этот феномен затрагивает и спутники. Возьмем, например, спутники GPS: они показывают ваше положение на планете с точностью до нескольких метров. Спутники движутся вокруг Земли со скоростью 29000 км/ч, поэтому к ним применимы постулаты теории относительности. Это нужно учитывать, ведь если в космосе часы идут медленнее, то синхронизация с земным временем собьется и система GPS не будет работать.

E=mc 2

Вероятно, это самая известная в мире формула. В теории относительности Эйнштейн доказал, что при достижении скорости света условия для тела меняются невообразимым образом: время замедляется, пространство сокращается, а масса растет. Чем выше скорость, тем больше масса тела. Только подумайте, энергия движения делает вас тяжелее. Масса зависит от скорости и энергии. Эйнштейн представил себе, как фонарик испускает луч света. Точно известно, сколько энергии выходит из фонарика. При этом он показал, что фонарик стал легче, т.е. он стал легче, когда начал испускать свет. Значит E – энергия фонарика зависит от m – массы в пропорции, равной c 2 . Все просто.

Эта формула показывала и на то, что в маленьком предмете может быть заключена огромная энергия. Представьте себе, что вам бросают бейсбольный мяч и вы его ловите. Чем сильнее его бросят, тем большей энергией он будет обладать.

Теперь что касается состояния покоя. Когда Эйнштейн выводил свои формулы, он обнаружил, что даже в состоянии покоя тело обладает энергией. Посчитав это значение по формуле, вы увидите, что энергия поистине огромна.

Открытие Эйнштейна было огромным научным скачком. Это был первый взор на мощь атома. Не успели ученые полностью осознать это открытие, как случилось следующее, которое вновь повергло всех в шок.

Квантовая теория

Квантовый скачок – самый малый возможный скачок в природе, при этом его открытие стало величайшим прорывом научной мысли.

Субатомные частицы, например, электроны, могут передвигаться из одной точку в другую, не занимая пространство между ними. В нашем макромире это невозможно, но на уровне атома – это закон.

Квантовая теория появилась в самом начале 20 века, когда случился кризис в классической физике. Было открыто множество феноменов, которые противоречили законам Ньютона. Мадам Кюри , например, открыла радий, который сам по себе светится в темноте, энергия бралась из ниоткуда, что противоречило закону сохранения энергии. В 1900 году люди считали, что энергия непрерывна, и что электричество и магнетизм можно было бесконечно делить на абсолютно любые части. А великий физик Макс Планк дерзко заявил, что энергия существует в определенных объемах – квантах .

Если представить себе, что свет существует только в этих объемах, то становятся понятны многие феномены даже на уровне атома. Энергия выделяется последовательно и в определенном количестве, это называется квантовым эффектом и означает, что энергия волнообразна.

Тогда думали, что Вселенная была создана совсем по-другому. Атом представлялся чем-то, напоминающим шар для боулинга. А как может шар иметь волновые свойства?

В 1925 году австрийский физик , наконец, составил волновое уравнение, которое описывало движение электронов. Внезапно стало возможным заглянуть внутрь атома. Получается, что атомы одновременно являются и волнами, и частицами, но при этом непостоянными.

Можно ли вычислить возможность того, что человек разделится на атомы, а потом материализуется по другую сторону стены? Звучит абсурдно. Как можно, проснувшись утром, оказаться на Марсе? Как можно пойти спать, а проснуться на Юпитере? Это невозможно, но вероятность этого подсчитать вполне реально. Данная вероятность очень низка. Чтобы это случилось, человеку нужно было бы пережить Вселенную, а вот у электронов это случается постоянно.

Все современные «чудеса» вроде лазерных лучей и микрочипов работают на основании того, что электрон может находиться сразу в двух местах. Как это возможно? Не знаешь, где точно находится объект. Это стало таким трудным препятствием, что даже Эйнштейн бросил заниматься квантовой теорией, он сказал, что не верит, что Господь играет во Вселенной в кости.

Несмотря на всю странность и неопределенность, квантовая теория остается пока что лучшим нашим представлением о субатомном мире.

Природа света

Древние задавались вопросом: из чего состоит Вселенная? Они считали, что она состоит из земли, воды, огня и воздуха. Но если это так, то что же такое свет? Его нельзя поместить в сосуд, нельзя дотронуться до него, почувствовать, он бесформенный, но присутствует везде вокруг нас. Он одновременно везде и нигде. Все видели свет, но не знали, что это такое.

Физики пытались ответить на этот вопрос на протяжении тысячи лет. над поиском природы света работали величайшие умы, начиная с Исаака Ньютона. Сам Ньютон использовал солнечный свет, разделенный призмой, чтобы показать все цвета радуги в одном луче. Это значило, что белый свет состоит из лучей всех цветов радуги.

Ньютон показал, что красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый цвета могут быть объединены в белый свет. Это привело его к мысли, что свет делится на частицы, которые он назвал корпускулами. Так появилась первая световая теория – корпускулярная.

Представьте себе морские волны: любой человек знает, что когда одна из волн сталкивается с другой под определенным углом, обе волны смешиваются. Юнг проделал то же самое со светом. Он сделал так, чтобы свет от двух источников пересекался, и место пересечения было отчетливо видно.

Итак, тогда было все две световые теории: корпускулярная у Ньютона и волновая у Юнга . И тогда за дело взялся Эйнштейн, который сказал, что возможно, обе теории имеют смысл. Ньютон показал, что у света есть свойства частиц, а Юнг доказал, что свет может иметь волновые свойства. Все это – две стороны одного и того же. Возьмем, например, слона: если вы возьмете его за хобот, то подумаете, что это змея, а если обхватите его ногу, то вам покажется, что это дерево, но на самом деле слон обладает качествами и того, и другого. Эйнштейн ввел понятие дуализма света , т.е. наличия у света свойств как частиц, так и волн.

Чтобы увидеть свет таким, каким мы знает его сегодня, потребовалась работа трех гениев на протяжении трех веков. Без их открытий мы, возможно, до сих пор жили бы в раннем Средневековье.

Нейтрон

Атом так мал, что его трудно себе представить. В одну песчинку помещается 72 квинтиллиона атомов. Открытие атома привело к другому открытию.

О существовании атома люди знали уже 100 лет назад. Они думали, что электроны и протоны равномерно распределены в нем. Это назвали моделью типа «пудинг с изюмом», потому что считалось, что электроны были распределены внутри атома как изюм внутри пудинга.

В начале 20 века провел эксперимент с целью еще лучше исследовать структуру атома. Он направлял на золотую фольгу радиоактивные альфа-частицы. Он хотел узнать, что произойдет, когда альфа-частицы ударятся о золото. Ничего особенного ученый не ожидал, так как думал, что большинство альфа-частиц пройдут сквозь золото, не отражаясь и не изменяя направление.

Однако, результат был неожиданным. По его словам, это было то же самое, что выстрелить 380-мм снарядом по куску материи, и при этом снаряд отскочил бы от нее. Некоторые альфа-частицы сразу отскочили от золотой фольги. Это могло произойти, только если бы внутри атома было небольшое количество плотного вещества, оно не распределено как изюм в пудинге. Резерфорд назвал это небольшое количество вещества ядром .

Чедвик провел эксперимент, который показал, что ядро состоит из протонов и нейтронов. Для этого он использовал очень умный метод распознавания. Для перехвата частиц, которые выходили из радиоактивного процесса, Чедвик применял твердый парафин.

Сверхпроводники

Лаборатория Ферми обладает одним из крупнейших в мире ускорителем частиц. Это 7-километровое подземное кольцо, в котором субатомные частицы ускоряются почти до скорости света, а затем сталкиваются. Это стало возможным только после того, как появились сверхпроводники .

Сверхпроводники были открыты примерно в 1909 году. Голландский физик по имени стал первым, кто понял, как превратить гелий из газа в жидкость. После этого он мог использовать гелий в качестве морозильной жидкости, а ведь он хотел изучать свойства материалов при очень низких температурах. В то время людей интересовало то, как электрическое сопротивление металла зависит от температуры – растет она или падает.

Он использовал для опытов ртуть, которую он умел хорошо очищать. Он помещал ее в специальный аппарат, капая ей в жидкий гелий в морозильной камере, понижая температуру и измеряя сопротивление. Он обнаружил, что чем ниже температура, тем ниже сопротивление, а когда температуры достигла минус 268 °С, сопротивление упало до нуля. При такой температуре ртуть проводила бы электричество без всяких потерь и нарушений потока. Это и называетсясверхпроводимостью .

Сверхпроводники позволяют электропотоку двигаться без всяких потерь энергии. В лаборатории Ферми они используются для создания сильного магнитного поля. Магниты нужны для того, чтобы протоны и антипротоны могли двигаться в фазотроне и огромном кольце. Их скорость почти равняется скорости света.

Ускоритель частиц в лаборатории Ферми требует невероятно мощного питания. Каждый месяц на то, чтобы охладить сверхпроводники до температуры минус 270 °С, когда сопротивление становится равным нулю, тратится электричество на миллион долларов.

Теперь главная задача – найти сверхпроводники, которые бы работали при более высоких температурах и требовали бы меньше затрат.

В начале 80-х группа исследователей швейцарского отделения компании IBM обнаружила новый тип сверхпроводников, которые обладали нулевым сопротивлением при температуре на 100 °С выше, чем обычно. Конечно, 100 градусов выше абсолютно нуля – это не та температура, что у вас в морозильнике. Нужно найти такой материал, который был бы сверхпроводником при обычной комнатной температуре. Это был бы величайший прорыв, который стал бы революцией в мире науки. Все, что сейчас работает на электрическом токе, стало бы гораздо эффективнее. С разработкой ускорителей, которые могли сталкивать субатомные частицы на скорости света, человек узнал о существовании десятков других частиц, на которые разбивались атомы. Физики стали называть все это «зоопарком частиц».

Американский физик Мюррей Гелл-Ман заметил закономерность в ряде новооткрытых частиц «зоопарка». Он делил частицы по группам в соответствии с обычными характеристиками. По ходу он изолировал мельчайшие компоненты ядра атома, из которых состоят сами протоны и нейтроны.

Открытые Гелл-Маном кварки были для субатомных частиц тем же, чем была периодическая таблица для химических элементов. За свое открытие в 1969 году Мюррею Гелл-Ману была присуждена Нобелевская премия в области физики. Его классификация мельчайших материальных частиц упорядочила весь их «зоопарк».

Хотя Гелл-Маном был уверен в существовании кварков, он не думал, что кто-то сможет их в действительности обнаружить. Первым подтверждением правильности его теорий были удачные эксперименты его коллег, проведенные на Стэнфордском линейном ускорителе. В нем электроны отделялись от протонов, и делался макроснимок протона. Оказалось, что в нем было три кварка .

Ядерные силы

Наше стремление найти ответы на все вопросы о Вселенной привело человека как внутрь атомов и кварков, так и за пределы галактики. Данное открытие – результат работы многих людей на протяжении столетий.

После открытий Исаака Ньютона и Майкла Фарадея ученые считали, что у природы две основные силы: гравитация и электромагнетизм. Но в 20 веке были открыты еще две силы, объединенные одним понятием – атомная энергия. Таким образом, природных сил стало четыре.

Каждая сила действует в определенном спектре. Гравитация не дает нам улететь в космос со скоростью 1500 км/ч. Затем у нас есть электромагнитные силы – это свет, радио, телевидение и т.д. кроме этого существую еще две силы, поле действия которых сильно ограничено: есть ядерное притяжение, которое не дает ядру распасться, и есть ядерная энергия, которая излучает радиоактивность и заражает все подряд, а также, кстати, нагревает центр Земли, именно благодаря ей центр нашей планеты не остывает вот уже несколько миллиардов лет – это действие пассивной радиации, которая переходи в тепло.

Как обнаружить пассивную радиацию? Это возможно благодаря счетчикам Гейгера . Частицы, которые высвобождаются, когда расщепляется атом, попадают в другие атомы, в результате чего создается небольшой электроразряд, который можно измерить. При его обнаружении счетчик Гейгера щелкает.

Как же измерить ядерное притяжение? Тут дело обстоит труднее, потому что именно эта сила не дает атому распасться. Здесь нам нужен расщепитель атома. Нужно буквально разбить атом на осколки, кто-то сравнил этот процесс со сбросом пианино с лестницы с целью разобраться в принципах его работы, слушая звуки, которые пианино издает, ударяясь о ступеньки. (weak force, слабое взаимодействие) и ядерная энергия (strong force, сильное взаимодействие). Последние две называются квантовыми силами, их описание можно объединить в нечто под названием стандартной модели. Возможно, это самая уродливая теория в истории науки, но она действительно возможна на субатомном уровне. Теория стандартной модели претендует на то, чтобы стать высшей, но от этого она не перестает быть уродливой. С другой стороны, у нас есть гравитация – великолепная, прекрасная система, она красива до слез – физики буквально плачут, видя формулы Эйнштейна. Они стремятся объединить все силы природы в одну теорию и назвать ее «теория всего». Она объединила бы все четыре силы в одну суперсилу, которая существует с начала времен.

Неизвестно, сможем ли мы когда-нибудь открыть суперсилу, которая включала бы в себя все четыре основные силы Природы и сможем ли создать физическую теорию Всего. Но одно известно точно: каждое открытие ведет к новым исследованиям, а люди – самый любопытный вид на планете – никогда не перестанут стремиться понимать, искать и открывать.