Електронний зошит

Герман Людвіґ Фердинанд фон Гельмгольц — німецький фізик, фізіолог та психолог.

З 1871 року отримує звання професора фізики і працює в Берліні. У 1888 році Гельмгольц стає першим президентом Фізико-технічного імперського відомства в Шарлоттенбурзі.

В одній з перших робіт «Про збереження сили» (1847) Гельмгольц, дотримуючись ідеї єдності природи, математично обґрунтував закон збереження енергії і положення про те, що живий організм є фізико-хімічним середовищем, у якому зазначений закон точно виконується. Цей висновок завдав нищівного удару по віталізму. Впроваджуючи фізичні методи в нервово-м'язову фізіологію, Гельмгольц виміряв швидкість поширення збудження в нервовому волокні.

Сер Джо́зеф Джон То́мсон— англійський фізик, лауреат Нобелівської премії (1906) за заслуги в області теоретичних й експериментальних досліджень провідності електрики в газах, серед яких найважливіша — відкриття електрона, ізотопів і винаходу мас-спектрометра.

Томсон народився в 1856 у Чітем Гіллі (Cheetham Hill) поблизу Манчестера. Його батько був книготорговцем. Вивчав фізику в лабораторії Бальфура Стюарта в Овенс-Коледжі в Манчестері, потім в 1876 році виграв стипендію на навчання вКембриджському університеті, де провчився до 1880. З 1882 р. був лектором з математики у Трініті Коледжі (Trinity Colledge) у Кембриджі. З 1884 р. замістив Релея, ставши професором фізики у Кавендішської лабораторії в Кембриджі. У 1882 р. удостоєний премії Адамса за твір про рух вихорів («Treatise on the motion of vortex rings»). У 1890 одружився на Розі Пейджет, у них було двоє дітей.

У 1897 відкрив електрон, за що в 1906 році був удостоєний Нобелівської премії з фізики з формулюванням «за дослідження проходження електрики через гази». Син Томсона Джордж Паджет Томсон також з часом став Нобелівським лауреатом з фізики — в 1937 році за експериментальне відкриття дифракції електронів на кристалах.

У 1911 р. він розробив так званий метод парабол для вимірювання відношення заряду частинки до її маси, який зіграв велику роль в дослідженні ізотопів.

За наукові заслуги Томсон був нагороджений медалями Б. Франкліна (1923 р.), М. Фарадея (1938 р.), Коплі (1914 р.) і ін.

Одним з учнів Томсона був Ернест Резерфорд, який пізніше зайняв його посаду. Резерфорд казав про Томсона, що той був власником найвипромінюючої посмішки, коли розтоптував будь-кого у суперечці.

Помер Томсон в Кембриджі 30 серпня 1940 року.

Роберт Ендрюс Міллікен — американський фізик, займався дослідженням властивостей електрона, першим у світі виміряв значення заряду електрона, вивчав явища фотоефекту, ультрафіолетове випромінювання, космічне випромінювання, будову атома.

Міллікен тримав Нобелівську премію з фізики за 1923 рік «за вимірювання заряду електрона та працю в областіфотоефекту».У 1910 році, будучи професором в університеті Чикаго, Міллікен опублікував перші результати своїх експериментів із зарядженими крапельками олії, за допомогою яких він виміряв заряд електрона. Елементарний електричний заряд є однією з фундаментальних фізичних констант і знання його точного значення є дуже важливим.

У своїх експерементах Роберт Міллікен вимірював силу, що діє на найдрібніші заряджені крапельки олії, підвішені між електродами за допомогою електричного поля. При певному значенні електричного поля можна визначити заряд краплі. Провівши повторні експерименти з великою кількістю крапель, Міллікен показав, що результати можуть бути пояснені, якщо припустити, що заряд краплі пропорційний цілому числу елементарних зарядів, величиною -1.592×10^-19 Кл. Різницю результатів Міллікена і результатів, що прийняті зараз ( -1.60217653×10^-19 Кл), пояснюється тим, що Міллікен використовував неточні значення коефіцієнта в'язкості повітря.

Ерне́ст Ре́зерфорд— британський фізик, лауреат Нобелівської премії з хімії (1908).

Резерфорд відомий, передовсім, експериментами з розсіювання альфа-частинок (Резерфордівське розсіювання), завдяки якому він встановив структуру атома, як системи, що складається із малого за розмірами позитивно зарядженого ядра йелектронів.

Дослідження радіоактивності

Радіоактивність у 1896 році відкрив французький дослідник Антуан Анрі Беккерель, коли проводив експерименти з урановими сполуками. Але незабаром Беккерель утратив цікавість до цього предмету, і велика частина основних знань у царині радіоактивності походить з широких досліджень Резерфорда. Марі і П'єр Кюрі відкрили ще два радіоактивні елементи — полоній і радій.

Одне з перших відкриттів Резерфорда полягало в тому, що радіоактивне випромінювання урану складається з двох різних компонентів, які науковець назвав альфа- ібета-променями. Пізніше він продемонстрував природу кожного компоненту (вони складаються з швидких частинок) і показав, що існує ще й третя складова, яку назвавгамма-променями.

Важлива характеристика радіоактивності — пов'язана з нею енергія. Беккерель, подружжя Кюрі і багато інших учених уважали енергію зовнішнім джерелом. Але Резерфорд довів, що дана енергія — яка набагато більша ніж та, що звільняється при хімічних реакціях, — виходить зсередини окремих атомів урану. Цим він поклав початок важливої концепції атомної енергії.

Перетворення хімічних елементів

Дослідники завжди припускали, що окремі атоми неподільні і незмінні. Але Резерфорд (за допомогою талановитого молодого помічника Фредеріка Содді) зміг показати, що після випромінювання альфа- або бета-променів, атом перетворюється на атом іншого хімічного елементу. Спочатку хіміки не могли в це повірити. Проте Резерфорд і Содді провели цілу серію експериментів з радіоактивним розпадом і трансформували уран у свинець. Крім того Резерфорд виміряв швидкість розпаду і сформулював важливу концепцію «напіврозпаду». Це незабаром привело до техніки радіоактивного датування, яке стало одним із найважливіших наукових інструментів і знайшло широке застосування в геології, археології, астрономії і в багатьох інших областях.Ця серія відкриттів принесла Резерфорду в 1908 році Нобелівську премію (пізніше Нобелівську премію отримав і Содді), але його найбільше досягнення було ще попереду. Він відмітив, що швидкорухомі альфа-частки здатні проходити крізь тонку золоту фольгу (не залишаючи видимих слідів), але при цьому злегка відхиляються. Виникло припущення, що атоми золота, тверді, непроникні, як «крихітні більярдні кулі» — як раніше вважали вчені, — були м'якими всередині. Все виглядало так, ніби менші й твердіші альфа-частинки можуть проходити крізь атоми золота як високошвидкісна куля через желе.

Але Резерфорд (працюючи з Гайгером і Марсденом, своїми двома молодими помічниками) виявив, що деякі альфа-частинки, проходячи крізь золоту фольгу, відхиляються дуже сильно. Фактично деякі взагалі відлітають назад. Відчувши, що за цим криється щось важливе, учений ретельно порахував кількість частинок, що полетіли в кожному напрямі. Потім шляхом складного, але цілком переконливого математичного аналізу розсіяння на кулонівському центрі він показав єдиний шлях, яким можна було пояснити результати експериментів: атом золота складався майже повністю з порожнього простору, а практично вся атомна маса була сконцентрована в маленькому центрі розсіяння, який пізніше отримав назву «ядра» атома.

Одним ударом праця Резерфорда назавжди потрясла традиційне бачення світу. Якщо навіть шматок металу — що здається найтвердішим зі всіх предметів — був в основному порожнім простором, значить, все, що вважалося речовинним, раптом розвалилося на крихітні піщинки, що метушаться в неосяжній порожнечі.

Відкриття Резерфордом атомних ядер є основою всіх сучасних теорій будови атома. Коли Нільс Бор через два роки опублікував відому працю, що описує атом як мініатюрну сонячну систему, керовану квантовою механікою, він використовував для своєї моделі за відправну точку ядерну теорію Резерфорда. Так само вчинили Гейзенберг і Шредінгер, коли вони сконструювали складніші атомні моделі, використовуючи класичну і хвильову механіку.

Відкриття Резерфорда також призвело до появи нової гілки науки: дослідження атомного ядра. У цій царині Резерфордові теж було випадало стати піонером. У 1919 році він досяг успіху при трансформації ядер азоту в ядра кисню, обстрілюючи перші швидкими альфа-частками. Це було досягнення, про яке мріяли стародавні алхіміки.

Незабаром стало ясно, що ядерні трансформації можуть бути джерелом енергії Сонця. Більше того, трансформація атомних ядер є ключовим процесом в атомній зброї і на атомних електростанціях. Отже, відкриття Резерфорда викликає набагато більший інтерес, ніж просто академічний.

Нільс Ге́нрик Дави́д Бор — данський фізик-теоретик і громадський діяч, один з творців сучасної фізики. Лауреат Нобелівської премії з фізики (1922). Член Данського королівського товариства (1917) та його президент від 1939. Був членом більш ніж 20 академій наук світу.

Відомий як творець першої квантової теорії атома й активний учасник розробки основ квантової механіки. Зробив значний внесок у розвиток теорії атомного ядра та ядерних реакцій, процесів взаємодії елементарних частинок з середовищем.

Арнольд Іоганнес Вільям Зоммерфельд — німецький фізик, основоположник атомної та квантової фізики, педагог.

Разом із Максом Планком, Альбертом Ейнштейном та Нільсом Бором, Арнольд Зоммерфельд належить до кола так званих «батьків-засновників» квантової фізики, які на початку 20-го століття створили новий фундамент сучасної фізики у вигляді сучасної теоретичної фізики із головним її напрямом — квантовою механікою та теорією відносності. Зоммерфельд був не тільки видатним вченим, проте і талановитим викладачем. Його вклад в науку полягав не стільки у формулюванні нових революційних фізичних теорій, скільки у використанні нових математичних методів розв'язання фізичних та технічних проблем. Помітним вкладом в ранню квантову теорію було уточнення борівської моделі атома, за допомогою якої вдалося пояснити тонку структуру спектральних ліній атомів водню. Крім того, він розробив теорію рентгенівского випромінювання, покращив теорію електронів в металах Друде, використавши квантово-механічний розгляд (теорія Зомерфельда-Друде) і створив повну теорію дзиги. Зоммерфельд був одним із перших фізиків, що прийняв і використовував специальну теорію відносності Ейнштейна, що сприяло її визнанню.

Багато знаменитих вчених, і лауреатів Нобелівської премії, видатних фізиків 20-го століття вийшли із так званої наукової школи теоретичної фізики Зоммерфельда. Вони були асистентами, або аспірантами Зоммерфельда, або просто відвідували його лекції. Ця школа справила сильний вплив на розвиток науки (особливо квантової теорії та її розповсюдження), як через якість наукових праць, так і через те, що багато кафедр Німеччини та США очолювалися вихідцями із школи Зоммерфельда. Із засновників квантової механіки два — Гейзенберг та Паулі — були в Зоммерфельда аспірантами. Серед інших учнів були також Петер Дебай, Ганс Бете, Ісидор Рабі та Лайнус Полінг.

Зоммерфельд вплинув на науку також через видання чисельних підручників. Його книга Будова атому та спектральні лінії, яка вийшла вперше в 1919, перевидавалася в наступні роки із чисельними доповненнями, що відображали стрімкий розвиток атомної фізики в той час. Ця книга була довгий час однією із самих значних публікацій, яка зробила доступними для експериментаторів теоретичні досягнення молодої квантової механіки, а також відіграла велику роль в навчанні студентів.

Зоммерфельд бул членом баварської академії наук з 1908 року та членом королівського товариства в Лондоні з 1926. Він також удостоївся медалі Гельмгольца в 1917 року, медалі Макса Планка в 1931 році та медалі Лоренца в 1939 році.

Астероїд 32809 Зоммерфельд названий в його честь.

Во́льфганг Е́рнст Па́улі — фізик-теоретик ХХ сторіччя, один з піонерів квантової фізики. Лауреат Нобелівської премії присудженої йому за відкриттяпринципу виключення, який було названо його ім'ям.

Луї де Бройль — французькийфізик, один з творців сучасної квантової механіки. Професор Паризького університету (з 1928), член (з 1933) і неодмінний секретар (з 1942) Паризької АН, іноземний член АН СРСР (з 1958).

У докторській дисертації (1924), виконаній під керівництвом П. Ланжевена, висунув ідею про хвильові властивості матерії (хвилі де Бройля), яка покладена в основу сучасної квантової механіки (Нобелівська премія, 1929). Бройль займався також релятивістською квантовою механікою, теорією електронів, питаннями будови атомного ядра, поширення електромагнітних хвиль у хвильоводах.

Ве́рнер Карл Ге́йзенберг—німецький фізик-теоретик, один із творців квантової механіки, лауреат Нобелівської премії з фізики (1932), член кількохакадемій та наукових товариств світу.

Гейзенберг є автором низки фундаментальних результатів у квантовій теорії: він заклав основи матричної механіки, сформулював принцип невизначеності, застосував формалізм квантової механіки до проблем феромагнетизму, аномального ефекту Зеемана та інших. Брав активну участь у розвитку квантової електродинаміки (теорія Гейзенберга —Паулі) та квантової теорії поля (теорія S-матриці), в останні десятиріччя життя робив спроби створення єдиної теорії поля. Гейзенбергу належить одна з перших квантовомеханічних теорій ядерних сил; під час Другої світової війни він був провідним теоретиком німецького ядерного проекту. Низку праць присвячено фізиці космічних променів, теоріїтурбулентності, філософським проблемам природознавства. Гейзенберг відіграв велику роль в організації наукових досліджень у повоєнній Німеччині.

Поль Адріє́н Мо́ріс Діра́к — британський фізик, лауреат Нобелівської премії з фізики 1933 року (спільно з Ервіном Шредінгером).

Дірак почав вивчати рівняння Гейзенберга і Шредінгера, як тільки ті були опубліковані в 1925, виказавши при цьому декілька корисних зауважень. Одним з недоліків квантової механіки було те, що вона була розроблена лише стосовно частинок, що мають малу швидкість (у порівнянні з швидкістю світла), а це дозволяло нехтувати ефектами, що розглядаються теорією відносності Ейнштейна. Ефекти теорії відносності, такі, як збільшення маси частинки із зростаннямшвидкості, стають істотними, тільки коли швидкості починають наближатися до швидкості світла. Шредінгер першим спробував зняти обмеження на швидкість в квантовій механіці, але не досяг успіху в цьому.

Е́рвін Ру́дольф Йо́зеф Алекса́ндер Шре́дінґер — австрійський фізик-теоретик, один із творців квантової механіки. ЛауреатНобелівської премії з фізики (1933). Член низки академій наук світу, зокрема, іноземний член Академії наук СРСР (1934).

Шредінґеру належить низка фундаментальних результатів у галузі квантової теорії, які лягли в основу хвильової механіки: він сформулював хвильові рівняння (стаціонарне й залежне від часу рівняння Шредінгера), довів тотожність розвиненого ним формалізму й матричної механіки, розробив квантовомеханічну теорію збурень, отримав розв'язки багатьох конкретних задач. Шредінґер запропонував оригінальне трактування фізичного змісту хвильової функції; у наступні роки неодноразово піддавав критиці загальноприйняту копенгагенську інтерпретацію квантової механіки (парадокс «кота Шредінгера» та інше). Крім того, він є автором багатьох робіт у різних галузях фізики: статистичній механіці та термодинаміці, фізики діелектриків, теорії кольору, електродинаміки, загальної теорії відносності та космології; він зробив кілька спроб побудувати єдину теорію поля. У книзі «Що таке життя?» Шредінґер звернувся до проблем генетики, поглянувши на феномен життя з погляду фізики. Він приділяв велику увагу філософським аспектам науки, античним та східним філософським концепціям, питанням етики та релігії.