Марк Перельман: Наблюдения и озарения или Как физики выявляют законы природы

1. (119) Альберт Эйнштейн (1879–1955).

2. (96) Исаак Ньютон (1642–1727).

3. (67) Джеймс Кларк Максвелл (1831–1879).

4. (47) Нильс Бор (1885–1962).

5. (30) Вернер Гейзенберг (1901–1976).

6. (27) Галилео Галилей (1564–1642).

7. (23) Ричард Фейнман (1918–1988).

8-9. (22) Поль Дирак (1902–1984) и Эрвин Шредингер (1887–1961).

10. (20) Эрнест Резерфорд (1871–1937).

11-13. (16) Людвиг Больцман (1844–1906), Макс Планк (1858–1947), Майкл Фарадей (1791–1867).

14. (13) Энрико Ферми (1901–1954).

15. (6) Мария Кюри (1867–1934).

16-17. (4) Джон Бардин (1908–1991), Л.Д. Ландау (1908–1968).

18-20. (3) Джон Белл (1928–1990), Ганс Бете (1906–2003), Дж. У. Гиббс (1839–1903).

По два голоса были отданы Архимеду, Копернику, Пьеру Кюри, Дж. т-Хофту, Э. Хабблу, И. Кеплеру, В. Паули, У. Шокли, Дж. Дж. Томсону, Ч. Таунсу, X. Юкаве, и еще больший список включает имена, упомянутые лишь по одному разу.

Опрос этот показывает только безусловность первых трех-четырех мест: разница между последующими слишком мала и субъективно окрашена. Но при этом, несомненно, достижения всех названных ученых (как и многих, сюда не вошедших) достойны самого глубокого почтения.

О роли физики и великих физиков в развитии человечества могут говорить результаты широкого (несколько тысяч респодентов) опроса, проведенного в середине XX в. среди преподавателей университетов США и Англии. Нужно было назвать человека, оказавшего наибольшее влияние на интеллектуальное и духовное развитие мира в эпоху после Леонардо и отметить его основную заслугу (в скобках). Опрос показал, что в резко выделяющуюся лидирующую группу вошли восемь имен: У. Шекспир (впервые показана многоплановость личности), У. Блейк (единство словесного и живописного изображения), Н. Коперник (развенчал представления об уникальности Земли), И. Кеплер (показал возможность математического описания явлений природы), Г. Галилей (эксперимент как основа науки), X. Гюйгенс (введения индукции как метода рассуждения и доказательства), М. Планк (введение дискретности, прерывности в науку), А. Эйнштейн (обновление понятий времени и пространства, эволюция Вселенной): шестеро из восьми — физики.

В последующей группе были уже не только физики: наряду с И. Ньютоном и Н. Бором туда вошли Ч. Дарвин, 3. Фрейд, И. Кант, Ф. Достоевский, К. Маркс, Бетховен и др. К таким опросам нельзя относиться чересчур серьезно: в других странах или в иное время они дали бы несколько отличные результаты, но общая тенденция, можно думать, должна была бы сохраниться. (Из нашей прошлой истории можно вспомнить бурную полемику вокруг стихотворения Бориса Слуцкого «Физики и лирики» и фильма М. Ромма «Девять дней одного года» в конце 50-х-начале 60-х гг. XX в.)

1. В ядерной физике и в космогонии приходится пользоваться очень большими цифрами и выписывать их названия становится затруднительным. Ну как, скажем, назвать цифру с 26 нулями? Поэтому принято использовать сокращенную запись в виде степени числа:

1 тысяча = 1 000 → 10 3

1 миллион = 1 000000 → 10 6

1 миллиард (или биллион) = 1 000 миллионов → 10 9и т. д.

Аналогичные правила позволяют записывать малые доли чисел:

1 тысячная часть = 1:1000 → 10 -3

1 миллионная часть = 1:1000000 → 10 -6

1 миллиардная часть → 10 -9и т. д.

2. Единицей работы и энергии в международной системе единиц является джоуль. Однако, это слишком большая величина при рассмотрении, скажем, энергии одного электрона. Поэтому энергию в атомной физике принято измерять в электронвольтах, эВ: это энергия, приобретаемая электроном, прошедшим разность потенциалов в один вольт (в сокращенной записи единиц первая буква фамилии пишется большой). Величина эВ очень мала в сравнении с используемыми в обыденной жизни, одному джоулю соответствует 6,25· 10 18эВ. Для ионизации атома, т. е для освобождения электрона, нужна энергия в несколько эВ. Но в ядерных процессах энергии намного большие, они измеряются в тысячах, миллионах, миллиардах, триллионах эВ. Таким образом определяются:

1 КэВ = 10 3эВ, 1 МэВ = 10 6эВ, 1 ГэВ = 10 9эВ, 1 ТэВ = 10 12эВ.

3. Согласно формуле Эйнштейна E = mc 2, каждой величине массы сопоставляют энергию. И оказывается, что гораздо удобнее измерять массу частиц именно в терминах энергии — при этом отпадает необходимость в выписывании длинных цифр. Ниже, для справок, значения массы электрона и протона приведены в обычных и в энергетических величинах.

4. В обыденной жизни температуру измеряют в градусах, но, поскольку температура — это мера средней кинетической энергии, ее можно измерять в единицах энергии. Для этого нужно умножить температуру в градусах на к = 1,38 · 10 -23Дж/К — постоянную Больцмана. При этом энергия в 1 эВ соответствует температуре 11 400 °C.