Изучением законов природы человек занялся уже несколько тысячелетий назад. Отсутствие необходимых приборов, времена религиозной диктатуры, трудный доступ к образованию для людей без значительного состояния - все это не смогло остановить прогресс научной мысли. Известные физики из разных стран мира смогли научиться передавать информацию на далекие расстояния, получать электричество и многое, многое другое. Какие имена наиболее значимы для истории? Перечислим несколько самых выдающихся специалистов.

Альберт Эйнштейн

Будущий ученый родился в марте 1879 года в городе Ульме, в Германии. Предки Альберта прожили в Швабии несколько сотен лет, да и сам он до самых последних дней сохранил память об их наследии - говорил с легким южногерманским акцентом. Образование получил в народной школе, а затем в гимназии, где с самого начала предпочитал естествознание и точные науки. К 16 годам он овладел всем, что было необходимо для поступления в университет, но не справился с экзаменом по языку. Тем не менее вскоре он все же стал студентом политехнического вуза в Цюрихе.

Его учителями были известные физики и математики того времени, например, Герман Минковский, который в будущем придумает прекрасную формулу для выражения теории относительности. Большую часть времени Эйнштейн проводил в лаборатории или за чтением трудов Максвелла, Кирхгофа и других ведущих специалистов в данной сфере. После учебы Альберт некоторое время был преподавателем, а потом стал техническим экспертом патентного бюро, за годы работы в котором он опубликовал многие свои знаменитые работы, прославившие его на весь мир. Он изменил представления людей о пространстве, составил формулу, превращающую массу в форму энергии и глубоко изучил молекулярную физику. Его успех был вскоре отмечен Нобелевской премией, а сам ученый переехал в США, где трудился до конца своих дней.

Никола Тесла

Этот изобретатель из Австро-Венгрии, пожалуй, самый известный физик на свете.

Эксцентричный характер и революционные открытия сделали его знаменитым и вдохновили сразу нескольких писателей и режиссеров на использование его образа в своем творчестве. Он появился на свет в июле 1856-го и с ранних лет, как и многие другие известные физики, стал проявлять свою склонность к точным наукам. За годы своей работы он открыл явление переменного тока, флуоресцентный свет и передачу энергии без проводов, разработал дистанционное управление и способ лечения током, создал электрические часы, солнечный двигатель и множество других уникальных устройств, на которые получил более трехсот патентов. Кроме того, считается, что радио изобрели известные физики Попов и Маркони, но первым был все же Тесла. Современная электроэнергетика полностью основывается на его личных достижениях и открытиях. Одним из самых ярких экспериментов Николы стала передача тока на пятьдесят километров. Ему удалось зажечь две сотни электрических лампочек без каких-либо проводов, построив огромную башню, из которой вылетали молнии, а гром был слышен по всей округе. Зрелищное и рискованное предприятие стало его Кстати, в фильмах нередко демонстрируется именно этот опыт.

Исаак Ньютон

Многие известные ученые-физики сделали значимый вклад, но Ньютон был своего рода первооткрывателем.

Его законы являются основой многих современных представлений, а на момент их открытия это было по-настоящему революционное достижение. Родился знаменитый англичанин в 1643 году. С детства он интересовался физикой, за годы работы написал работы также по математике, астрономии, оптике. Ему первым удалось сформулировать элементарные законы природы, чем он сильно повлиял на труды современников. Неудивительно, что был принят в Лондонское королевское общество, а некоторое время был и его президентом.

Лев Ландау

Как и многие другие известные ученые-физики, Ландау наиболее ярко проявил себя в теоретической сфере. Легендарный советский ученый родился в январе 1908 года, в семье инженера и врача. Он блестяще учился в школе и поступил в бакинский вуз, где занялся изучением физики и химии. К девятнадцати годам уже опубликовал четыре научные работы. Блестящая карьера была посвящена изучению квантовых состояний и матриц плотности, а также электродинамики. Достижения Ландау были отмечены Нобелевской премией, кроме того, советский ученый получил несколько звания Героя Социалистического Труда, был почетным членом Лондонского королевского общества и нескольких зарубежных Академий наук. Сотрудничал с Гейзенбергом, Паули и Бором. Последний повлиял на Ландау особенно сильно - его идеи проявились в теориях о магнитных свойствах свободных электронов.

Джеймс Максвелл

Составляя список, в который вошли бы самые известные физики мира, нельзя не упомянуть это Клерк Максвелл был британским ученым, который разработал классическую электродинамику. Он родился в июне 1831 года, а уже к 1860-му стал членом Лондонского королевского общества. Максвелл создал первую в стране физическую лабораторию с профессиональным оборудованием. Там он изучал электромагнетизм, кинетическую теорию газов, оптику, упругость и другие темы. Ему одним из первых удалось создать прибор для количественного измерения цветов, названный впоследствии диском Максвелла.

В своих теориях он обобщил все известные факты электродинамики и ввел понятие тока смещения, который порождает магнитное поле. Максвелл выразил все законы в четырех уравнениях. Их разбор позволяет наглядно продемонстрировать закономерности, которые были ранее неизвестны.

Игорь Курчатов

Известный физик-ядерщик из СССР также заслуживает упоминания. Игорь Курчатов вырос в Крыму, там же закончил гимназию и университет. С 1924 начал кафедры физики политехнического института Азербайджана, а уже через год был принят на работу в Ленинграде. За успешное изучение диэлектриков ему присудили доктора.

Под его руководством уже в 1939 был введен в эксплуатацию циклотрон. вел работы по ядерным реакциям и возглавлял советский атомный проект. Под его началом была открыта первая АЭС. Курчатов создал первую советскую атомную и термоядерную бомбу. За свои достижения получил несколько государственных премий и медалей.

Которая позволяет людям узнавать больше об основополагающих законах планеты Земля. Каждый день люди не замечают, как пользуются теми благами, которые стали возможными благодаря труду многочисленных ученых. Если бы не их самоотверженная работа, человек не смог бы летать в самолете, пересекать на огромных лайнерах океаны и даже просто включить электрический чайник. Все эти самоотверженные исследователи сделали облик мира таким, каким его видят современные люди.

Открытия Галилея

Ученый-физик Галилей - один из самых известных. Он является физиком, астрономом, математиком и механиком. Именно он впервые изобрел телескоп. С помощью этого невиданного для того времени аппарата можно было наблюдать за далекими небесными телами. Галилео Галилей является основателем экспериментального направления в физической науке. Первые открытия, которые Галилей совершил с телескопом, увидели свет в его сочинении «Звездный вестник». Эта книга имела воистину сенсационный успех. Так как идеи Галилея во многом противоречили Библии, долгое время его преследовала инквизиция.

Биография и открытия Ньютона

Великим ученым, который совершил открытия во множестве областей, является также Исаак Ньютон. Самое известное из его открытий - это Кроме этого, ученый-физик объяснил множество природных явлений на основе механики, а также описал особенности движения планет вокруг Солнца, Луны и Земли. Ньютон родился 4 января 1643 года в английском городке Вулсторпе.

Окончив школу, он поступил в колледж при Кембриджском университете. Ученые-физики, которые преподавали в колледже, оказали на Ньютона большое влияние. Вдохновившись примером преподавателей, Ньютон сделал несколько своих первых открытий. Главным образом они касались сферы математики. Далее Ньютон начинает проводить опыты по разложению света. В 1668 году он получает степень магистра. В 1687 году была опубликована первая серьезная научная работа Ньютона - «Начала». В 1705 году ученому было присвоено звание рыцаря, и правившая в ту эпоху английская лично отблагодарила Ньютона за его исследования.

Женщина-физик: Мария Кюри-Склодовская

Ученые-физики всего мира до сих пор пользуются в своей работе и достижениями Марии Кюри-Склодовской. Она является единственным физиком-женщиной, которая два раза была номинирована на Нобелевскую премию. Мария Кюри родилась 7 ноября 1867 года в Варшаве. В детстве в семье девочки случилась трагедия - погибла мать и одна из сестер. Во время обучения в школе Мария Кюри отличалась прилежностью и интересом к науке.

В 1890 году переехала к старшей сестре в Париж, где поступила в Сорбонну. Тогда же она познакомилась и со своим будущим супругом - Пьером Кюри. В результате многолетних научных исследований супруги открыли два новых радиоактивных элемента - радий и полоний. Незадолго до начала войны на территории Франции был открыт где Мария Кюри занимала должность директора. В 1920 году она выпустила книгу под названием «Радиология и война», в которой был обобщен ее научный опыт.

Альберт Эйнштейн: один из величайших умов планеты

Ученые-физики всей планеты знают имя Альберта Эйнштейна. Его авторству принадлежит теория относительности. Современная физика во многом опирается на взгляды Эйнштейна, несмотря на то что не все современные ученые согласны с его открытиями. Эйнштейн был лауреатом Нобелевской премии. В течение своей жизни он написал порядка 300 научных работ, касающихся физики, а также 150 работ об истории и философии науки. До 12 лет Эйнштейн был очень религиозным ребенком, так как образование он получал в католической школе. После того, как маленький Альберт прочитал несколько научных книг, он пришел к выводу: не все положения в Библии могут быть правдивыми.

Многие считают, что Эйнштейн был гениален с самого детства. Это далеко не так. Будучи школьником, Эйнштейн считался весьма слабым учеником. Хотя уже тогда его интересовала математика, физика, а также философские труды Канта. В 1896 году Эйнштейн поступил на педагогический факультет в Цюрихе, где также познакомился со своей будущей супругой - Милевой Марич. В 1905 году Эйнштейном были опубликованы некоторые статьи, которые, однако, некоторые ученые-физики подвергли критике. В 1933 году Эйнштейн навсегда переезжает в США.

Другие исследователи

Но есть и другие известные фамилии ученых-физиков, которые сделали не менее значительные открытия в своей области. Это и В. К. Рентген, и С. Хокинг, Н. Тесла, Л. Л. Ландау, Н. Бор, М. Планк, Э. Ферми, М. Фарадей, А. А. Беккерель и многие другие. Их вклад в физическую науку не менее важен.

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.

Где мой любимый ученый? Он на много опередил время! Знал то, что не знал даже ЭйнШтейн! Добавьте Тесла!

Нико́ла Те́сла (серб. Никола Тесла; 10 июля 1856, Смиляны, Австро-Венгрия, ныне в Хорватии - 7 января 1943, Нью-Йорк, США) - американский физик, инженер, изобретатель в области электротехники и радиотехники.

Широко известен благодаря своему научно-революционному вкладу в изучение свойств электричества и магнетизма в конце XIX - начале XX веков. Патенты и теоретические работы Теслы сформировали базис для современных устройств, работающих на переменном токе, многофазовых систем и электродвигателя, позволивших совершить второй этап промышленной революции.

Современники-биографы считали Теслу «человеком, который изобрёл XX век» и «„святым заступником“ современного электричества». После демонстрации радио и победы в «Войнах токов» Тесла получил повсеместное признание как выдающийся инженер-электрик Америки. Ранние работы Теслы проложили путь современной электротехнике, его открытия раннего периода имели инновационное значение. В США по известности Тесла мог конкурировать с любым изобретателем или учёным в истории или популярной культуре.

Переменный ток

С 1889 года Тесла приступил к исследованиям токов высокой частоты и высоких напряжений. Изобрёл первые образцы электромеханических генераторов ВЧ (в том числе индукторного типа) и высокочастотный трансформатор (трансформатор Теслы, 1891), создав тем самым предпосылки для развития новой отрасли электротехники - техники ВЧ.

В ходе исследований токов высокой частоты Тесла уделял внимание и вопросам безопасности. Экспериментируя на своём теле, он изучал влияние переменных токов различной частоты и силы на человеческий организм. Многие правила, впервые разработанные Теслой вошли в современные основы техники безопасности при работе с ВЧ токами. Он обнаружил, что при частоте тока свыше 700 периодов в секунду болевое воздействие на нервные окончания прекращает восприниматься. Электротехнические аппараты, разработанные Теслой для медицинских исследований, получили широкое распространение в мире.

Эксперименты с высокочастотными токами большого напряжения (до 2 млн вольт) привели изобретателя к открытию способа очистки загрязнённых поверхностей. Аналогичное воздействие токов на кожу показало, что таким образом возможно удалять мелкую сыпь, очищать поры и убивать микробы. Данный метод используется в современной электротерапии.

Теория полей

В 1888 году Тесла (независимо от Г. Феррариса и несколько ранее его) дал строгое научное описание сути явления вращающегося магнитного поля. В том же году Тесла получил свои основные патенты на изобретение многофазных электрических машин (в том числе асинхронного электродвигателя) и системы передачи электроэнергии посредством многофазного переменного тока. С использованием двухфазной системы, которую он считал наиболее экономичной, в США был пущен ряд промышленных электроустановок, в том числе Ниагарская ГЭС (1895), крупнейшая в те годы.

Тесла одним из первых запатентовал способ надежного получения токов, которые могут быть использованы в радиосвязи. Патент U.S. Patent 447920 (англ.), выданный в США 10 марта 1891 года описывал «Метод управления дуговыми лампами» («Method of Operating Arc-Lamps»), в котором генератор переменного тока производил высокочастотные (по меркам того времени) колебания тока порядка 10 000 Гц. Запатентованной инновацией стал метод подавления звука, производимого дуговой лампой под воздействием переменного или пульсирующего тока, для чего Тесла придумал использовать частоты, находящиеся за рамками восприятия человеческого слуха. По современной классификации генератор переменного тока работал в интервале очень низких радиочастот.

Тесла демонстрирует принципы радиосвязи, 1891 г.

В 1891 г. на публичной лекции описал и продемонстрировал принципы радиосвязи. В 1893 году вплотную занялся вопросами беспроволочной связи и изобрел мачтовую антенну.

Резонанс

Катушки Тесла до сих пор используются кое-где именно для получения искусственных молний. В 1998 году инженер из Стенфорда Грег Лей продемонстрировал публике эффект «молнии по заказу», стоя в металлической клетке под гигантским контуром Тесла и управляя молниями с помощью металлической «волшебной палочки». Недавно он развернул кампанию по сбору средств на строительство еще двух «башен Тесла» где-то на юго-западе США. Проект обойдется в 6 миллионов долларов. Однако укротитель молний надеется вернуть расходы, продав установку Федеральному управлению авиации. С помощью нее авиаторы смогут изучать, что происходит с самолетами, попавшими в грозу.

Беспроводная передача энергии

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.