Над чем работает физик-теоретик | Наука и жизнь
Физики-теоретики отнюдь не всегда мыслят наглядными физическими образами, очень большое место в их работе занимает математический аппарат, который иной раз и самим физикам-то представляется чрезмерно абстрактным. И хотя В. Л. Гинзбург, судя по его научному творчеству, всегда отдает предпочтение физическому мышлению перед математическим аппаратом, он широко и непринужденно пользуется им. На рисунках 1 и 2 представлены некоторые работы академика-физика. Понять в них среднему читателю вряд ли чего удастся, но мы и не преследовали такой цели. Мы не ставили перед собой задачу объяснить или даже как-то прокомментировать все то, чем занимался и продолжает заниматься академик В. Л. Гинзбург. Наша цель намного скромнее: показать, как работает теоретик.
Рис. 1.
Рис. 2.
Наука и жизнь // Иллюстрации
На заседании редколлегии журнала «Наука и жизнь». Слева направо: академик Н. И. Семенов, Г.
Н. Остроумов, академик В. Л. Гиизбург, член-корреспондент АН СССР П. В. Симонов.
‹
›
Открыть в полном размере
В 1934 году в Физическом институте АН СССР было открыто свечение электронов, движущихся быстрее скорости света в среде. Впоследствии его стали называть излучением Вавилова-Черенкова (см. «Наука и жизнь» № 7, 1986 г., стр. 102). Природу этого замечательного явления объяснили в 1937 году И. Е. Тамм и И. М. Франк. За открытие и объяснение эффекта Вавилова-Черенкова трем советским физикам — И. Е. Тамму, И. М. Франку и П. А. Черенкову была присуждена Нобелевская премия. Излучение Вавилова-Черенкова стало первым примером оптики сверхсветовых скоростей и казалось в то время экзотическим, удивительным феноменом, как бы обособленным от всех физических явлений. Поэтому неудивительно, что молодого исследователя, 23-летнего В. Л. Гинзбурга, полностью захватила эта задача. В 1940 году В. Л. Гинзбург разработал квантовую теорию эффекта Вавилова-Черенкова, а также классическую теорию этого явления в анизотропных средах, то есть таких, в которых не все направления равноправны.
Оказалось, что теория излучения заряда при сверхсветовой скорости весьма непроста. В 1947 году появилась статья В. Л. Гинзбурга и И. М. Франка, в которой рассматривалось излучение частицы, движущейся в пустоте по оси узкого канала. Впервые на возможность такого излучения указал выдающийся советский физик, академик Л. И. Мандельштам. Вот как он рассуждал.
Для излучения заряда при сверхсветовой скорости нет необходимости, чтобы частица двигалась в сплошной среде.
Достаточно, чтобы она перемещалась по оси пустого цилиндрического канала внутри этой среды, излучение от этого не изменится. Необходимо только, чтобы диаметр канала был мал по сравнению с длиной волны излучаемого света. Действительно, собственное поле частицы, ее электромагнитные «одежды» имеют размер, не меньший, чем длина волны. Поэтому, если диаметр канала намного меньше этого размера, то электромагнитный шлейф движущегося в канале заряда «цепляется» за стенки и рассеивается на атомах среды. Сама же «голая» частица при этом не испытывает соударений. Другими словами, при движении частицы в узком канале она находится как бы в вакууме, тогда как сопровождающее ее электромагнитное поле просачивается сквозь стенки канала и распространяется в веществе. Это «собственное» поле хотя и принадлежит частице, но фактически управляется электромагнитными характеристиками вещества (его поляризуемостью, диэлектрической и магнитной проницаемостями). С точки зрения практических приложений такая физическая ситуация чрезвычайно важна, поскольку, используя движение частицы по оси канала, можно построить излучатель, который не портится из-за непосредственных соударений с атомами среды.
Начиная с 1947 года В. Л. Гинзбург неоднократно возвращался к излучению частицы, движущейся в канале. Эта задача породила несколько замысловатых парадоксов и имеет, помимо практического, большое методическое значение. Именно ей посвящены научные статьи академика В. Л. Гинзбурга, написанные в самое последнее время.
Стенки канала, вдоль которого движется частица, по существу, представляют собой границу раздела двух сред. Если радиус канала сделать очень большим, в пределе — бесконечным, то частица не будет чувствовать кривизны стенок («чувствительность» частицы ограничивается размерами ее электромагнитного шлейфа, то есть масштабом порядка длины излучаемой волны). Другими словами, заряд полетит вдоль плоской границы раздела. А что будет, если он вдруг вильнет и пересечет эту границу или по крайней мере уткнется в вещество? Оказывается, при этом возникнет новое и весьма своеобразное излучение, которое называется переходным Переходное излучение было открыто В.
Так же, как излучение Вавилова-Черенкова, переходное излучение не связано с ускорением частицы. Это обстоятельство довольно долго смущало многих физиков, привыкших к мысли, что электромагнитное излучение всегда появляется в результате ускорения или торможения заряда. Однако в 1937 году И. Е. Тамм вместе с И. М. Франком, доказав нетормозной характер излучения Вавилова-Черенкова, разоблачили этот предрассудок, а в 1945 году В. Л. Гинзбург и И. М. Франк окончательно его «добили» предсказанием и расчетом переходного излучения. Оказалось, что, когда частица, двигаясь равномерно и прямолинейно, переходит из одной среды в другую, ее поле вынуждено срочно измениться.
Сегодня переходное излучение широко используется в ядерной физике, а также при исследовании космических лучей. Детекторы, работающие на переходном излучении, позволяют определить характеристики заряженных частиц с такими большими энергиями, при которых все другие методы регистрации теряют свою эффективность. Умозрительно предсказанный В. Л. Гинзбургом вместе с И. М. Франком эффект привел к появлению реально работающих «железок» — физических приборов нового типа.
Интерес к излучению электромагнитных волн релятивистскими заряженными частицами необычайно вырос в самое последнее время. А дело тут в том, что совсем недавно появился экзотический источник мощного направленного — когерентного излучения, который назвали «лазером на свободных электронах» (ЛСЭ или FEL — по начальным буквам английского словосочетания «free electron laser»). На самом деле это никакой не лазер. В новом источнике излучения нет практически ничего от квантовых генераторов, которые в начале 60-х годов были обозначены знаменитой аббревиатурой «лазер», ставшей одним из технологических символов нашей цивилизации.
Вот она пролетает над «северным» полюсом магнита, потом над «южным», снова над «северным», над «южным» и так, пока не вылетит из ондулятора. И каждый раз при подлете к очередному магниту его поле толкает частицу, заставляя заряд довольно круто изменять направление своего движения. В результате таких повторяющихся пируэтов заряженная частица излучает электромагнитные волны. Интенсивность спонтанного электромагнитного излучения частиц в ондуляторе весьма велика — даже выше, чем у бывшего «рекордсмена» среди всех видов излучения — синхротронного (см. «Наука и жизнь» № 8, 1983).
Кроме того, лазер на свободных электронах, построенный на основе ондулятора, имеет очень важное преимущество перед другими излучателями: длину волны (или частоту) излучения в таком лазере можно плавно перестраивать, подобно тому как перестраивается частота передаваемых сигналов в радиопередатчике.
В 1950 году в ведущем советском физическом издании — «Журнале экспериментальной и теоретической физики» (ЖЭТФ) появилась совместная статья В. Л. Гинзбурга и Л. Д. Ландау. Она многие годы занимала одно из первых мест по цитируемости — количеству ссылок на эту работу. К сожалению, мировое признание этой работы запоздало лет на семь-восемь. Ведь в 1950 году «холодная война» была в самом разгаре, и научные контакты между советскими и западными учеными практически отсутствовали. Лишь очень немногие физики на Западе читали «ЖЭТФ», а совместные семинары, конференции, стажировки, обмен специалистами и даже взаимная переписка, то есть все то, что традиционно составляло как бы ткань мировой науки и делало ее интернациональной, казалось почти немыслимой роскошью. Положение резко изменилось в 1957-1958 годах, и немалую роль сыграл запуск в СССР первого искусственного спутника Земли.
Западные физики с некоторым изумлением обнаружили, что теория сверхпроводимости Гинзбурга-Ландау, созданная за семь-восемь лет до знаменитого расчета, сделанного американскими теоретиками Бардисном, Купером и Шриффером, предвосхитила много важных элементов «теории БКШ» — так стали называть этот расчет, по начальным буквам фамилий его авторов. Теория Гинзбурга-Ландау, или, как ее вскоре стали называть «ψ-теория», оказалась универсальным инструментом физики конденсированных сред. С помощью метода Гинзбурга-Ландау сегодня описываются сверхпроводники, помещенные в сильное магнитное поле, сверхпроводящие сплавы, тонкие сверхпроводящие пленки и многое другое.
Что касается сверхпроводящих пленок, то интерес к ним появился после нескольких замечаний того же В. Л. Гинзбурга о двумерной сверхпроводимости, высказанных в конце 60-х годов. Одним словом, ψ-теория позволила объяснить и связать между собой огромное количество, казалось бы, разрозненных экспериментальных фактов. Да и у теоретиков метод Гинзбурга-Ландау вызвал прямо-таки вспышку активности.
Сначала известный советский физик, ныне член-корреспондент АН СССР Л. П. Горьков вывел феноменологические уравнения Гинзбурга-Ландау из точной микроскопической теории. Одновременно другой советский физик, так же как и Л. П. Горьков воспитанник «школы Ландау», А. А. Абрикосов (теперь член-корреспондент АН СССР) использовал уравнние Гинзбурга-Ландау для изучения магнитных свойств сверхпроводников. Расширенная теория Гинзбурга-Ландау-Абрикосова-Горькова («теория ГЛАГ») используется сегодня в огромном числе работ советских и зарубежных авторов. Общепризнанно, что эта теория — один из самых весомых вкладов советской физики в мировую науку. Цикл работ В. Л. Гинзбурга, а также А. А. Абрикосова и Л. П. Горькова по теории сверхпроводников в 1966 году был удостоен Ленинской премии.
Начиная примерно с середины 70-х годов идеи, развившиеся при объяснении сверхпроводимости, вышли далеко за пределы физики конденсированных сред и
привлекли внимание людей, задумывавшихся над самыми фундаментальными проблемами мироздания.
Оказалось, что физический вакуум, в котором происходят все наблюдаемые нами явления, по существу представляет собой сверхпроводник. Именно эта идея фактически привела к объединению электромагнитного и слабого взаимодействий в одно — «электрослабое». Термин «лагранжиан типа Гинзбурга-Ландау» фигурирует уже в сотнях работ по теории поля и физике элементарных частиц. Представления о фазовых переходах, происходивших во Вселенной (см. статью A. Д. Линде «Раздувающаяся Вселенная», «Наука и жизнь» № 8, 1985), помогают понять ее «конструкцию», а ведь выяснение того, почему мир именно такой, какой он есть, всегда было величайшей мечтой многих крупных физиков, в частности Эйнштейна.
Сегодня теоретики, занимающиеся проблемой высокотемпературной сверхпроводимости (см. «Наука и жизнь» № 1, 1986), надеются даже на кое-какую отдачу от физики высоких энергий и элементарных частиц. Дело в том, что глубокая аналогия между полевыми теориями и физикой сверхпроводников может когда-нибудь подсказать пути радикального повышения критической температуры сверхпроводящего перехода.
Проблему поиска высокотемпературных сверхпроводников сам B. Л. Гинзбург считает одной из важнейших научно-технических программ современности. Действительно, сверхпроводимость при обычных, комнатных температурах или хотя бы при температуре жидкого азота (-77К) произвела бы подлинную революцию в технике, а с ней и во всей человеческой цивилизации. По словам В. Л. Гинзбурга, проблема высокотемпературной сверхпроводимости интересует его больше всех других. Сейчас в ФИАНе под руководством академика Гинзбурга работает специальный коллектив, развернувший исследования по всем направлениям, которые сулят хотя бы малые шансы на повышение температуры перехода в сверхпроводящее состояние. К сожалению, успех этих работ невозможно гарантировать. Как выразился сам В. Л. Гинзбург, «вопрос открыт, и попытки ответить на него представляются исключительно увлекательными».
Последовательная теория фазовых переходов еще не построена, и ее создание остается центральной проблемой физики конденсированных сред.
Изучение фазовых превращений привело физиков к представлению о кооперативных явлениях, то есть таких, в которых участвует сразу огромное число частиц, иной раз практически все атомы, составляющие исследуемый образец. Кооперативные эффекты проявляются в сообществе из индивидуальных атомов, причем «личностные» свойства этих индивидуумов, как выяснилось, имеют меньшее значение, чем их согласованное поведение в коллективе. Яркими примерами кооперативных явлений стали сверхпроводимость и сверхтекучесть.
100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА
Стиль ПинАп возник в 30-х годах XX века. Именно в это время редактор издания Life разместил в выпуске изображение девушки Гибсона. Это была модель Бетти Грейбл, которая считалась известной актрисой Америки. Она была представлена в открытом наряде и кокетливой позе. Казалось бы, что ничего необычного в этой фотографии не было. Но новаторство было в том, что такой снимок совершенно не сочетался с опубликованным материалом.
Такой эксперимент дал потрясающий эффект в виде резкого увеличения читателей. Такую стратегию начали использовать и другие издания, которые пользовались популярностью в то время. Практически все издания использовали образы девушек Пинап в своих журналах, чтобы увеличить их популярность.
Вторым этапом в развитии Пин-ап стала Вторая мировая война. Считается, что термин Pin Up появился в это время. Солдаты делали вырезки из журналов и крепили постеры над своими кроватями или в других местах. Красивые и игривые девушки стали символом женской красоты. Именно они давали солдатам надежду на светлое будущее.
Основной аудиторией, которые покупали такие журналы и плакаты, были мужчины. Чаще всего, девушки Пинап не были придуманы художником. Они имели прототипы настоящих девушек. Для постеров и рисунков позировали известные в то время манекенщицы, актрисы и певицы. Каждая имела оригинальный образ, который цеплял зрителей своей неповторимостью.
Увидеть все самые известные работы, рисунки и плакаты Пинап можно на выставке, которая пройдет в Казахстане.
Организаторы продемонстрируют самые красивые работы, на которых представлены известные модели стиля Pin Up. Выставка доступна совершенно бесплатно.
Закат эпохи Пин-ап?
С наступлением 60-х годов золотой век ПинАп подошел к концу. Это связано с тем, что появились более откровенные изображения, которые открыто демонстрировали все части тела. Сексуальная революция и выход журнала Playboy сумели вытеснить кокетливых девушек. Им на смену пришла кричащая сексуальность. Эталон женской красоты существенно изменился, ведь в моду стали входить силиконовые формы.
Сексуальная революция прогремела практически во всех развивающихся странах. Она воспринималась обычными людьми, как взрыв. Журналы, которые демонстрировали оголенные части тела без намека на скромность выпускались и покупались многомиллионными тиражами. Все, что ранее казалось недоступным и слишком пошлым, стали откровенно демонстрировать и распространять. Это оказалось главной причиной того, что стиль Pin Up на время утратил свою популярность.
Стиль Пин-ап сейчас – по-прежнему актуально
Но в последнее время часто слышится критика в адрес нового стандарта красоты, ведь он создан при помощи фотошопа и уколов. Современным людям надоела излишняя сексуальность и доступность, поэтому стиль Пин Ап снова входит в моду. Его популяризация связана с тем, что стилю свойствен эротизм, но он не демонстративный, а такой, который проявляется совершенно случайно. Юбка может подняться ветром, а резинка нижнего белья лопнуть в самый неподходящий момент, когда девушка чем-то занята. Платье модели может случайно оголить бедро по причине неудачного движения женщины. Благодаря прозрачным тканям и правильно подобранным позам, даже одетые девушки с картинки остаются загадочными.
Современный Пин Ап немного отличается от привычного, ведь девушкам доступно больше нарядов и более разнообразный макияж. Но главное, что он не демонстрирует сексуальность открыто, а только намекает на нее. Это самый эстетичный стиль, позволяющий подчеркнуть очарование, не создавая провокационный образ.
| Ускорение | [латекс] \overset{\to }{a} [/латекс] | м/с 2 | м/с 2 |
| Количество вещества | п | моль | моль |
| Уголок | [латекс] \тета,\варфи [/латекс] | радиан (рад) | |
| Угловое ускорение | 9{2}\текст{/s} [/латекс]|||
| Угловая скорость | [латекс] \overset{\to }{\omega} [/латекс] | рад/с | с −1 |
| Зона | А | м 2 | м 2 |
| Атомный номер | З | ||
| Емкость | С | фарад (F) | [латекс] {\ text {A}} ^ {2} · {\ text {s}} ^ {4} \ text{/} \ text {kg} · {\ text {m}} ^ {2} [ /латекс] |
| Плата | q, q, e | кулон (К) | [латекс] \text{A}·\text{s} [/латекс] |
| Плотность заряда: | |||
| Строка | [латекс] \лямбда [/латекс] | С/м | [латекс] \текст{А}·\текст{с/м} [/латекс] |
| Поверхность | [латекс] \сигма [/латекс] | См/м 2 | [латекс] \text{A}·{\text{с/м}}^{2} [/латекс] 9{3} [/латекс] |
| Текущий | я | ампер | А |
| Плотность тока | [латекс] \overset{\to} {J} [/латекс] | А/м 2 | А/м 2 |
| Плотность | [латекс]\ро [/латекс] | кг/м 3 | кг/м 3 |
| Диэлектрическая проницаемость | [латекс] \каппа [/латекс] 9{2} [/латекс] | ||
| Длина: | [латекс] \ell,L [/латекс] | метр | м |
| Смещение | [латекс] \text{Δ}x,\text{Δ}\overset{\to }{r} [/latex] | ||
| Расстояние | д, ч | ||
| Позиция | [латекс] x,y,z,\overset{\to }{r} [/латекс] | ||
| Магнитный дипольный момент 9{2}·\text{K} [/латекс] | |||
| Скорость | [латекс] \nu [/латекс] | м/с | м/с |
| Температура | Т | кельвин | К |
| Время | т | секунда | с |
| Крутящий момент | [латекс] \overset{\to }{\тау} [/латекс] | [латекс] \text{N}·\text{м} [/латекс] 9{2} [/латекс] | |
| Скорость | [латекс] \overset{\to} {v} [/латекс] | м/с | м/с |
| Том | В | м 3 | м 3 |
| Длина волны | [латекс] \лямбда [/латекс] | м | м |
| Работа | Вт | [латекс] \текст{джоуль}(\текст{J})=(\текст{N}·\текст{м}) [/латекс] 9{2} [/латекс] |
Скорость дрейфа заряда
носители связаны с постоянным электрическим током.
 Сила сопротивления также
зависит от их радиуса и от вязкости воздуха, но для дождевых капель
фиксированного размера, включим эти эффекты в константу пропорциональности
К драг .
Мы пишем:
 ) Давайте теперь выведем закон Ома для гравитации и дождевых капель.
Нам понадобится гравитационный потенциал V грав , гравитационное
потенциальная энергия на единицу массы, точно так же, как и в электрическом случае. Брать
нулевая потенциальная энергия на высоте h = 0, и мы получаем:
 (L/A) = ρ.(L/A), , где ρ =
K сопротивление /нм 2
Сколько зарядов проходит через проводник в секунду?
 Экспериментально
обычно не может изменяться q. В тех случаях, когда можно (например, если носители заряда
ионов в растворе), то изменение q изменяет константу пропорциональности
тоже.) Мы
теперь можно изменить уравнение (3), чтобы дать
V/I = (L/A)ρ = R В качестве альтернативы, мы можем взять обратную величину членов в приведенном выше уравнении и написать:
 |
На этой странице показано, как ток также зависит от плотности носителей заряда, их заряда,
площадь поперечного сечения проводника, электрическое поле и свойства
материала. Мы начнем с введения ограниченной аналогии с использованием массы и гравитации.
поле как ограниченные аналоги заряда и электрического поля. В качестве альтернативы перейдите прямо к
электрический случай.
Таким образом, время t для всех капель дождя в
Цилиндр оставить
Внутри цилиндра находятся носители заряда nAL.
последний носитель заряда покидает цилиндр через время t = L/v, поэтому
Суммарный заряд, покидающий цилиндр в единицу времени, равен: