Физика Главная страница Понедельник | 10.12.2018 | 13:57 | RSS 

Наука мира

образовательный портал по физике
Сайт по физике Наука мира
Связь
Кнопка сайта

Наука мира - сайт Тихомолова Евгения

посмотреть другие

Опрос
Кто Вы?
Всего ответов: 832
Статистика



Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Главная » 2012 » Ноябрь » 27 » Нобелевская премия по физике 1901-2000 (часть 1)
22:35
Нобелевская премия по физике 1901-2000 (часть 1)
Что такое физика?
Физики считают самым основным из естественных наук. Речь идет о фундаментальных составляющих материи и их взаимодействия, а также о природе атомов и наращивание молекул и конденсированных сред. Он пытается дать единое описание поведения вещества, а также радиационной, охватывающий как многие типы явлений, как это возможно. В некоторых из ее приложений, она приближается к классическому области химии, а в других существует четкая связь с явлениями традиционно изучается астрономами. Современные тенденции даже указывая на сближение некоторых областях физики и микробиологии.

Несмотря на то, химии и астрономии, очевидно, независимых научных дисциплин, как физика использования в качестве основы при лечении своих проблемных областях, концепций и инструментов. Чтобы различать, что физика и химия в определенных областей перекрытия часто бывает трудно. Это было показано несколько раз в истории Нобелевских премий. Таким образом, несколько премий по химии также будут упомянуты в тексте, который следует, особенно когда они тесно связаны с работами физика лауреата себя. Что касается астрономии, ситуация иная, поскольку она не имеет Нобелевской премии по себе; Поэтому было естественным с самого начала, рассмотреть вопрос открытия в астрофизике в качестве возможных кандидатов для премии по физике.

От классической к квантовой физике
В 1901 году, когда первые Нобелевские премии были присуждены, классический областях физики, казалось, опираться на прочную основу построено большое девятнадцатом веке физики и химики. Гамильтон сформулировал весьма общее описание динамики твердого тела в начале 1830-х годов. Карно, Джоуль, Кельвин и Гиббс развил термодинамики к высокой степени совершенства во второй половине века.

Максвелла известного уравнения было принято в качестве общего описания электромагнитных явлений и были найдены, чтобы быть применима и к оптического излучения и радиоволн недавно обнаружил Герц.

Все, включая волновые явления, казалось, отвечал довольно хорошо в картине построено на механическое движение составляющих материи проявляется в различных макроскопических явлений. Некоторые наблюдатели в конце 19 века на самом деле выразил мнение, что, то, что осталось для физиков нужно было лишь заполнить незначительные пробелы в этой, казалось бы устоявшихся знаний.

Однако, очень скоро оказалось, что это удовлетворение в связи с состоянием физики была построена на ложных предпосылках. На рубеже веков стал периодом наблюдения явлений, которые были совершенно неизвестны до этого, и радикально новых идей по теоретической основой физики были сформулированы. Это следует рассматривать как историческое совпадение, вероятно, никогда не предусмотренных Альфреда Нобеля себе, что Нобелевская премия учреждения случилось быть созданы как раз для того, чтобы призы для покрытия многих выдающихся вкладов, которые открыли новые области физики в этот период.

Одним из неожиданных явлений в течение последних нескольких лет 19-го века, было открытие рентгеновских лучей Вильгельм Конрад Рентген в 1895 году, который был удостоен первой Нобелевской премии по физике (1901). Другим было открытие радиоактивности Антуан Анри Беккерель в 1896 году, и дальнейшее изучение природы этого излучения Марии и Пьера Кюри . Происхождение X-лучи не сразу понял, в то время, но стало ясно, что они указали на существование до сих пор скрытым миром явлений (хотя их практическую полезность для медицинской диагностики было достаточно очевидно с самого начала). Работы по радиоактивности Беккерель и супруги Кюри была награждена в 1903 (с половины до Becqurel, а другая половина разделяет Кюри), а в сочетании с дополнительной работы Эрнеста Резерфорда (который получил химии премия в 1908) было поняли, что атомы, которые ранее считались более или менее бесструктурные объекты, на самом деле содержится очень небольшое, но компактное ядро. Некоторые атомные ядра были признаны неустойчивыми и могут испускать или излучение наблюдается. Это было революционное понимание в то время, и это привело в конце концов, через параллельную работу в других областях физики, к созданию первого полезную картину строения атома.

В 1897 году Джозеф Дж. Томсоном , который работал с лучами, исходящими от катода в частично эвакуирован разрядных трубках, выявленных носителей электрического заряда. Он показал, что эти лучи состоят из дискретных частиц, позже названной «электронов». Он измерил значение для соотношения между их массы и (отрицательный) заряд, и обнаружил, что это был всего лишь очень небольшая часть, что ожидается для однократно заряженных атомов. Вскоре стало ясно, что эти легкие частицы должны быть строительными блоками, которые, вместе с положительно заряженными ядрами, составляет всего различных видов атомов. Томсон получил премию в 1906 году. К тому времени, Филипп фон Ленард EA уже был признан в прошлом году (1905) для выяснения другие интересные свойства катодных лучей, например, их способность проникать в тонкие металлические фольги и производить флуоресценции. Вскоре после этого (в 1912) Роберт А. Милликен сделал первый точность измерения заряда электрона с маслом-капельным методом, который привел к премии физика для него в 1923 году. Милликен был вознагражден за свои труды по фотоэлектрического эффекта.

В начале века, уравнения Максвелла уже существовали на протяжении нескольких десятилетий, однако многие вопросы остались без ответа: какой среде распространяется электромагнитное излучение (включая свет) и то, что носители электрических зарядов были ответственны за излучение света Альберт А. Майкельсон был разработаны интерферометрический метод, с помощью которого расстояния между объектами могут быть измерены как число длин волн света (или их фракций). Это сделано сравнение длин гораздо более точный, чем то, что было возможно раньше. Много лет спустя, Международное бюро-де-мер и весов в Париже (ИЯФ СО РАН), определенный метр единицы с точки зрения количества длин волн излучения частности, вместо эталон метра. Использование такой интерферометр, Майкельсон также провели знаменитый эксперимент, вместе с EW Morley, из которой можно сделать вывод, что скорость света не зависит от относительного движения источника света и наблюдателя. Этот факт опровергает ранее предположение эфира как среды для распространения света. Майкельсон получил премию физике в 1907 году.

Механизмы для излучения света носителями электрического заряда была изучена Хендрика Лоренца А. , который был одним из первых применил уравнения Максвелла для электрических зарядов в веществе. Его теория также может быть применен к радиации, вызванной колебаниями атомов и именно в этом контексте, что он может быть поставлен на свое первое решающее испытание. Уже в 1896 г. Питер Зееман , который искал возможные последствия электрических и магнитных полей на свет, сделал важное открытие, а именно, что спектральные линии от натрия в пламени были разделены на несколько составляющих, когда сильное магнитное поле было применено. Это явление можно было бы дать достаточно подробную интерпретацию теории Лоренца, применительно к колебаниям недавно идентифицированных электронов, и Лоренца и Зеемана общей физики премию в 1902 году, т.е. еще до открытия Томсоном была вознаграждена. Позже, Йоханнес Штарк показал прямое влияние электрического поля на излучение света, подвергая пучки атомов ("анодных лучей", состоящий из атомов или молекул) в сильных электрических полях. Он отметил, сложные расщепления спектральных линий, а также доплеровский сдвиг в зависимости от скорости излучателей. Старк получил в 1919 году премию физики.

Исходя из этого, стало возможным строить детальные модели для атомов, объекты, которые существовали понятия, как никогда со времен античности, но считались более или менее бесструктурной в классической физике. Там уже существовали, начиная с середины прошлого века, богатый эмпирический материал в виде характерных спектральных линий, излучаемых в видимой области различных видов атомов, и к этому добавляют характеристического рентгеновского излучения обнаружены Charles G. Баркла (физика премию в 1917 году, присуждена в 1918), который после уточнения волновой природы этого излучения и его дифракции Макс фон Лауэ (физика премии в 1914), а также стала важным источником информации о внутреннем строении атомов .

Баркла характеристические рентгеновские лучи были вторичными лучами, специфичных для каждого элемента, подвергшихся воздействию радиации от рентгеновской трубки (но не зависит от химической формы образцов). Карл Манне Г. Зигбан понял, что измерения характеристических рентгеновских спектров всех элементов показали бы систематически как последовательные электронных оболочек добавляются при переходе от легких элементов в более тяжелые. Он предназначен высокоточных спектрометров для этой цели которой разности энергий между различными снарядами, а также правила для радиационных переходов между ними, может быть установлено. Он получил премию в физике 1924 (присуждена в 1925). Тем не менее, то окажется, что более глубокое понимание атомной структуры требуется гораздо дальше отход от привычных представлений классической физики, чем кто-либо мог себе представить.

Классическая физика предполагает преемственность в движении, а также в прибыль или потери энергии. Почему же тогда, не атомы отправить излучения с длинами волн резкие? Здесь, параллельные линии развития, а также с его корнями в конце 19-го века физики, дал важные подсказки для интерпретации. Вильгельм Вин изучал "черного тела" излучение от горячих твердых тел (которые в отличие от излучения атомов в газах, имеет непрерывное распределение частот). Использование классической электродинамики, он получил выражение для частотного распределения этого излучения и смещение максимума интенсивности волны, когда температура абсолютно черного тела изменяется (закон смещения Вина, полезные, например, при определении температуры Солнца) . Он был удостоен премии физике в 1911 году.

Тем не менее, Wien не мог вывести формулу распределения, которая согласилась с экспериментом как для коротких и длинных волнах. Проблема остается необъяснимым, пока Макс Планк KEL выдвинул свою радикально новые идеи, что излучаемая энергия может быть только испускается в виде квантов, то есть части, которые были некоторым определенным значением, больше для коротких длинах волн, чем для длинных (равна константе раз частоты для каждого кванта). Это считается рождение квантовой физики. Wien получил премию физики в 1911 году и Планка несколько лет спустя, в 1918 (присуждена в 1919). Важно проверки, что свет приходит в виде квантов энергии пришли также через Альберт Эйнштейн "интерпретация фотоэффекта (впервые обнаружено в 1887 году Hertz), который также участвует расширения теории Планка. Эйнштейн получил премию по физике 1921 (присуждена в 1922). Мотивация приз привел также другие его "услуги теоретической физики", который будет упоминаться в другом контексте.

Последующие эксперименты по Джеймс Франк и Густав Герц L. продемонстрировали обратное фотоэлектрического эффекта (т.е. того, что электрон, что бросается в атоме, должен иметь определенный минимум энергии, чтобы произвести свет квантов определенной энергии от него) и показал общезначимость Планка выражения, содержащие постоянную . Франка и Герца 1925 года общий приз, награжден в 1926 году. Примерно в то же время, Артур Х. Комптон (который получил половину премии по физике 1927) изучили потери энергии в рентгеновском рассеянии фотонов на материальные частицы, и показали, что рентгеновские кванты с энергией более 10.000 раз больше, чем света, также подчиняются тем же правилам квантовой. Другая половина была дана Чарльз Уилсон TR (см. ниже), чьи устройства для наблюдения высокого событий рассеяния энергии могут быть использованы для проверки предсказаний Комптона.

С понятием энергии квантования в качестве фона, были созданы условия для дальнейшего предприятий в неизвестный мир физики микромира. Как и некоторые другие известные физики до него, Нильс Бор HD работал с планетарной картины электронов, обращающихся вокруг ядра атома. Он обнаружил, что резкое спектральных линий, излучаемых атомами можно объяснить только если электроны, циркулирующие в стационарных орбит характеризуется квантованного момента (целых единицах постоянной Планка деленное на ) и излучаемых частот соответствует излучение с энергией равна разнице между квантованных энергетических состояний электронов. Его предложение указали еще более радикальный отход от классической физики, чем гипотезы Планка. Хотя это может только объяснить некоторые простейшие особенности оптических спектров в своем первоначальном виде, он вскоре был признать, что подход Бора должна быть правильная отправная точка, и он получил премию физике в 1922 году.

Оказалось, что более глубокое обсуждение свойств излучения и вещества (до тех пор рассматривается как формирование двух совершенно разных категорий), было необходимо для дальнейшего прогресса в теоретическом описании микромира. В 1923 году принц Луи-Виктор PR де Бройля предложил материальных частиц может также показать волновыми свойствами, в настоящее время, что электромагнитное излучение было показано, чтобы увидеть частицу аспекты в виде фотонов. Он разработал математические выражения для этой дуалистической поведения, в том числе то, что позже было названо "длина волны де Бройля" движущейся частицы. Ранние эксперименты Клинтон Дж. Дэвиссон указали, что электроны действительно может показать, эффекты отражения же, волн, разбивающихся кристалла и эти эксперименты были теперь повторяется, проверки соответствующих длин волн предсказано де Бройля. Несколько позже, Джордж П. Томсон (сын Дж. Дж. Томсон ) сделал значительное улучшение эксперименты по более высокой энергией электронов проникает тонкой металлической фольги, которые показали очень четкие дифракционные эффекты. Де Бройля был вознагражден за свои теории в 1929 году и Дэвиссоном и Thomson позднее 1937 года общий физики премию.

Что оставалось разработке новых, последовательная теория, которая заменит классическую механику, действительные для атомных явлений и связанных с ними излучений. 1924-1926 годы были периодом интенсивного развития в этой области. Эрвина Шредингера построено дальше идеи де Бройля и написал фундаментальный документ «Квантование как проблема собственных значений" в начале 1926 года. Он создал то, что называется «волновая механика». Но за год до этого, Вернер Гейзенберг К. уже начали математически другой подход, называемый "матричной механики", в которой он прибыл в эквивалентные результаты (как позже показал Шредингер). Шредингера и Гейзенберга новой квантовой механике означает фундаментальный отход от интуитивной картине классической орбиты для атомных объектов, а также подразумевает, что существуют естественные ограничения на точность которой некоторые величины могут быть измерены одновременно (отношения неопределенности Гейзенберга).

Гейзенберг был награжден премией по физике 1932 (награжден 1933) для развития квантовой механики, в то время как Шредингер разделил премию через год (1933) с Полом М. Дирака . Шредингера и Гейзенберга квантовой механики было справедливо для относительно низких скоростей и энергий, связанных с «орбитального» движения валентных электронов в атомах, но их уравнения не удовлетворяют требованиям, установленным правилами Эйнштейна для быстро движущихся частиц (будет сказано ниже). Дирак построил изменение формализм, который учитывает эффекты специальной теории относительности Эйнштейна и показал, что такая теория не только содержал члены, соответствующие внутренним вращающимся электронов (и, следовательно, объяснив свой ​​собственный магнитный момент и тонкая структура наблюдается в атомных спектрах) , но и предсказал существование совершенно нового вида частиц, так называемых античастиц с одинаковыми массами, но противоположный заряд. Первые античастицы должны быть обнаружено, что электрон, наблюдался в 1932 году Карл Д. Андерсон и было дано название «позитрон» (половина премии по физике 1936).

Другой важный вклад в развитие квантовой теории были отмечены Нобелевской премии в последующие годы. Макса Борна , руководитель Гейзенберга в начале двадцатых годов, внесли важный вклад в ее математическая формулировка и физический смысл. Он получил половину физики премии за 1954 г. за работы по статистическую интерпретацию волновой функции. Вольфганг Паули сформулировал свой ​​принцип запрета (в котором говорится, что не может быть только один электрон в каждом квантовом состоянии) уже на основе Бора старой квантовой теории. Этот принцип был позднее найден связано с симметрией волновой функции для частиц с полуцелым спином в целом, выделяя то, что сейчас называют фермионами от бозонных частиц, спины которых кратны . Исключение принцип имеет глубокие последствия во многих областях физики и Паули получил Нобелевскую премию по физике в 1945 году.

Исследование электронных спинов будет продолжать открывать новые горизонты в физике. Точные методы для определения магнитных моментов частиц со спином были разработаны в тридцатые и сороковые годы для атомов, а также ядер (Штерн, Раби, Блох и Перселл, см. далее), а в 1947 году они достигли такой точности, что Поликарп Куш можно констатировать, что магнитный момент электрона не имеют ровно значения, предсказанного Дираком, но отличался от него небольшую сумму. Примерно в то же время, Уиллис Лэмб E. работал на аналогичной проблемой спинов электронов, взаимодействующих с электромагнитными полями, путем изучения тонкой структуры оптического излучения водорода с очень высоким разрешением радио методами резонансной частоты. Он обнаружил, что тонкое расщепление структуры также не имеют ровно значение Дирака, но отличался от него значительную сумму. Эти результаты стимулировали пересмотр основных концепций применения квантовой теории электромагнетизма на поле, которое было начато Дирака, Гейзенберга и Паули, но все еще ​​страдает от нескольких недостатков. Kusch и Лэмба были награждены половины физики премию в 1955 году.

В квантовой электродинамике (КЭД для краткости), заряженные частицы взаимодействуют посредством обмена виртуальными фотонами, как описано в квантовой теории возмущений. Старых версий участие только одна обмен фотоном, но Син-Итиро Томонаги , Джулиан Швингер и Ричард П. Фейнман понял, что ситуация на самом деле гораздо сложнее, так как электрон-электронного рассеяния может включать несколько фотонов биржах. "Голый" точечного заряда не существует в их картину, она всегда производит облако виртуальных пар частица-античастица вокруг себя, такой, что его эффективного магнитного момента меняется и кулоновский потенциал изменяется на коротких дистанциях. Расчеты начиная с этой фотографии воспроизвели экспериментальные данные Kusch и Лэмба в поразительной степени точности и современных КЭД в настоящее время считается наиболее точной теории существования. Томонаги, Швингера и Фейнмана общей физики премию в 1965 году.

Этот прогресс в КЭД оказалось огромное значение и для описания явлений при более высоких энергиях. Понятие пар из «вакуума» состояние квантованного поля (как в качестве виртуального процесса и как реальная материализация частиц), также является центральным блоком в современной полевой теории сильных взаимодействий, квантовой хромодинамики (КХД) .

Другой основной аспект квантовой механики и квантовой теории поля симметрии волновых функций и полей. Свойства симметрии относительно перестановки тождественных частиц лежат в основе принципа Паули упомянутых выше, но симметрии относительно пространственных преобразований оказались играют одинаково важную роль. В 1956 году Цзун-Дао Ли и Чэнь Нин Ян отметил, что физические взаимодействия не всегда может быть симметрична относительно отражения в зеркале (то есть, они могут быть разными, как показано на левых и правых координат системы). Это означает, что свойства волновой функции называется «паритета», обозначается символом "P", не сохраняется, когда система подвергается воздействию такого взаимодействия и свойства зеркального отражения может быть изменена. Ли и Янга работа стала отправной точкой для интенсивного поиска таких последствий, и было показано, вскоре после этого, что распад и распад, которые оба вызваны так называемым «слабым взаимодействием" не четность (см. ниже ). Ли и Янг были совместно удостоены премии физике в 1957 году.

Другие симметрии в квантовой механике, связанные с заменой частицы с ее античастица, называется зарядового сопряжения (символ "C"). В ситуациях, обсуждались Ли и Янга было установлено, что, хотя паритет не сохраняется в радиоактивных превращений было еще симметрии в том смысле, что частицы и античастицы сломал паритета в прямо противоположном пути и что, следовательно, комбинированная операция "C" х " P "все еще ​​дали результаты, которые сохранились симметрии. Но это длилось недолго, прежде чем Джеймс У. Кронин и Вэл Л. Fitch найден распад режима между "К-мезонов", которые нарушили даже этот принцип, но лишь в небольшой степени. Кронин и Fitch сделали свое открытие в 1964 году и были совместно удостоены премии физике в 1980 году. Последствия их результатов (которые включают в себя вопросы о симметрии природных процессов при смене времени, называемый "T") до сих пор обсуждается сегодня и коснуться некоторых из глубочайших основ теоретической физики, потому что "P" х "С" х "T" симметрией, как ожидается, всегда держать.

Электромагнитное поле, как известно, обладают еще одним свойством, называется "калибровочной симметрии", что означает, что уравнения поля сохраняют свой ​​вид, даже если электромагнитные потенциалы умножаются с определенными квантовыми механических факторов фазы, или "датчики". Это не было очевидным, что «слабые» взаимодействия должны обладать этим свойством, но это было руководящим принципом в работе Шелдон Л. Глэшоу , Абдус Салам и Стивен Вайнберг в конце 1960-х годов, когда они сформулировали теорию, что описанные слабых и электромагнитных взаимодействий на той же основе. Они были совместно удостоены премии физике в 1979 году за это единое описание и, в частности, для их прогнозирования особый вид слабого взаимодействия опосредованы "нейтральные токи», которые были обнаружены недавно в экспериментах.

Последний физики премии (1999) в 20-м веке была совместно присуждена Gerhardus Хоофта и Мартинус JG Вельтмана . Они показали путь к перенормируют "электро-слабого" теории, которая была необходима, чтобы удалить термины, как правило, бесконечности в квантово-механических расчетов (как требовалось ранее решить аналогичную задачу для кулоновского взаимодействия). Их работа позволила подробные расчеты слабых вклад взаимодействия частиц взаимодействия в целом, доказывая полезность теории, основанные на калибровочной инвариантности для всех видов основных физических взаимодействий.

Квантовой механики и ее расширений квантовых теорий поля является одним из величайших достижений 20-го века. Этот эскиз маршрута от классической физики к современной квантовой физики, привело нас долгий путь к фундаментальным и единое описание различных частиц и сил в природе, но многое еще предстоит сделать, и цель по-прежнему далеко впереди. Он по-прежнему остается, например, "объединить" электро-слабого взаимодействия с «сильной» ядерные силы и силы тяжести. Но здесь, следует также отметить, что квантовое описание микромира имеет еще Основное применение: расчет химических свойств молекулярных систем (иногда распространяется на биомолекул) и структуры конденсированных сред, отраслей, которые были отмечены несколькими призы, в физике, так и в химии.
Просмотров: 5797 | Добавил: Евгений | Теги: нобель, физика, Наука мира | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Личный кабинет
Наука мира


Ссылки
Поиск
Друзья сайта
Школьная физика - сайт учителя физики Шептикина А.С.