Los físicos más famosos del mundo. Grandes físicos del siglo XX.

Ahí radicaron los éxitos de las matemáticas, que sirvieron como factor integrador de todo el sistema de conocimiento científico. Éxitos impresionantes a lo largo del siglo XIX y principios del XX. logrado física. Físico inglés autodidacta M. Faraday(1791-1867), considerada una de las mentes más inventivas de los tiempos modernos, se convirtió en el fundador de la doctrina del campo electromagnético. compatriota de faraday JC Maxwell(1831-1879) tradujo sus ideas al lenguaje matemático generalmente aceptado. En 1871 fundó el primer laboratorio de física de Gran Bretaña en Cambridge. Los descubrimientos de Maxwell formaron la base de la física moderna. Con sus trabajos de divulgación científica, Maxwell reveló al público en general la importancia de la electricidad. Según el gran físico A. Einstein, la revolución realizada por Maxwell en los conceptos de la realidad física “es la más profunda y fructífera de todas las que ha experimentado la física desde la época de Newton”.

El tercer científico famoso que, junto con Faraday y Maxwell, marcó el “gran punto de inflexión” de la física es el físico alemán. GRAMO. hercios(1857-1894). Confirmó experimentalmente los descubrimientos teóricos de sus predecesores, mostrando la relación completa entre los fenómenos eléctricos y magnéticos. El trabajo de Hertz jugó un papel muy importante en el desarrollo de la ciencia y la tecnología, contribuyendo al surgimiento de la telegrafía inalámbrica, las comunicaciones por radio, el radar y la televisión. físico alemán VC. radiografía(1845-1923) descubrió los rayos X invisibles (rayos X) en 1895. Roentgen se convirtió en el primer físico en recibir el Premio Nobel.

La concesión de premios Nobel a los trabajos más destacados en el campo de la física, la química, la fisiología y la medicina comenzó en 1901. Su fundador fue A. B. Nobel, químico e industrial sueco (inventor de la dinamita), que legó su fortuna a la organización de un fondo especializado, con cargo al cual se siguen pagando premios por descubrimientos científicos, obras literarias y actividades para fortalecer la paz.

inglés A. Becquerel descubrió el fenómeno de la radiactividad en 1896, cuya contribución más importante a la investigación adicional fue realizada por el físico francés Pierre Curie(1859-1906) y su esposa María Skłodowska-Curie(1867-1934). Descubrieron los primeros elementos radiactivos: polonio (llamado así por Polonia, lugar de nacimiento de M. Curie) y radio. En 1903, los tres recibieron el Premio Nobel. M. Curie se convirtió en la primera profesora de la Universidad de París en 1906; en 1911 se convirtió en la primera científica del mundo en recibir premio Nobel en el campo de la química. Material del sitio

María y Pedro Curie

A. Einstein

A principios del siglo XX. hizo sus primeros descubrimientos E. Rutherford(1871-1937). Durante sus investigaciones descubrió la compleja estructura del átomo y sentó las bases de la doctrina de la radiactividad. En 1911, Rutherford propuso el primer modelo electrónicoátomo. físico alemán M. Planck(1858-1947) en 1900 descubrió que la energía luminosa no se transmite mediante radiación continua, sino en porciones separadas, que se denominaron cuantos. La introducción de este valor marcó el comienzo de una nueva era, cuántico, físicos. físico danés n.bor(1885-1962) aplicaron la idea de Planck sobre la energía cuántica al estudio del núcleo atómico. En 1913 propuso su modelo del átomo, sentando las bases de la teoría atómica cuántica. Su investigación hizo una gran contribución al estudio de las reacciones nucleares.

La etapa más importante en el desarrollo de la física y las ciencias naturales en general está asociada a las actividades. Albert Einstein(1879-1955). En 1905 apareció su primer artículo, en el que describía la teoría especial de la relatividad. Después de mudarse a Berlín, Einstein completó la creación de la teoría general de la relatividad y avanzó en la teoría cuántica de la radiación.

Durante su desarrollo, la física, más que cualquier otra ciencia, mostró la relatividad de todos los conceptos previamente establecidos de la ciencia clásica y la inconsistencia de las ideas sobre la confiabilidad absoluta del conocimiento científico.

En esta página hay material sobre los siguientes temas:

1900– M. Planck formuló la hipótesis cuántica e introdujo la constante fundamental (constante de Planck), que tiene la dimensión de acción, sentando las bases de la teoría cuántica.
– M. Planck (14 de diciembre) propuso una nueva fórmula para la distribución de energía en el espectro de radiación de un cuerpo absolutamente negro (ley de Planck).
– Confirmación experimental de la ley de radiación de Planck (G. Rubens, F. Kurlbaum).
– J. Rayleigh derivó la ley de distribución de energía en la radiación del cuerpo negro, desarrollada en 1905 por J. Jeans (ley de Rayleigh-Jeans). Confirmado experimentalmente en 1901 por G. Rubens y F. Kurlbaum para ondas largas.

1900–02– G. Rubens y E. Hagen realizaron mediciones de la reflectividad de los metales, que confirmaron la teoría electromagnética de la luz de Maxwell.

1900– P. Villar descubrió los rayos gamma.
– J. Townsend desarrolló la teoría de la conductividad en los gases y calculó los coeficientes de difusión de partículas cargadas.

1901– J. Perrin propuso una hipótesis sobre la estructura planetaria del átomo (modelo de Perrin).
– Se descubrió el efecto fisiológico de la radiación radiactiva (A. Becquerel, P. Curie).
– O. Richardson estableció la dependencia de la densidad de corriente de saturación de la emisión termoiónica de la temperatura de la superficie del cátodo (ley de Richardson).

1902– Se estableció la desviación de los rayos de canal en campos eléctricos y magnéticos (V. Vin).
– Por primera vez se demostró experimentalmente la dependencia de la masa del electrón de la velocidad (V. Kaufman).
– F. Lenard estableció la ecuación del efecto fotoeléctrico, en la que dio la dependencia de la energía de los fotoelectrones de la frecuencia de la luz.

1902-03. – E. Rutherford y F. Soddy crearon la teoría de la desintegración radiactiva y formularon la ley de las transformaciones radiactivas.
– Introducción del concepto de impulso electromagnético y obtención de una fórmula para la masa electromagnética de un electrón (M. Abraham).

1902– Se publicó el libro de J. Gibbs “Principios elementales de la mecánica estadística”, que completó la construcción de la física estadística clásica.

1903– J. J. Thomson desarrolló un modelo del átomo que lleva su nombre (modelo de Thomson).
– Observación de la liberación continua de calor por las sales de radio y medición de la energía liberada en 1 s (P. Curie, A. Laborde).
– P. Curie propuso utilizar la vida media de un elemento radiactivo como estándar de tiempo para determinar la edad absoluta de las rocas terrestres.
– W. Ramsay y F. Soddy demostraron experimentalmente la formación de helio a partir de radón.
– E. Rutherford demostró que los rayos alfa están formados por partículas cargadas positivamente. M. Sklodowska-Curie fue el primero en señalar la naturaleza corpuscular de los rayos alfa en 1900.
– Descubrimiento del efecto de centelleo y su utilización para detectar partículas cargadas (W. Crookes, G. Geitel, J. Elster).
– A. A. Eikhenvald demostró que un dieléctrico polarizado no magnético se magnetiza cuando se mueve (experimento de Eikhenvald).

1904– H. Lorentz encontró transformaciones relativistas de las coordenadas espaciales y del tiempo que dejan los fenómenos electromagnéticos sin cambios con el movimiento uniforme de los sistemas de referencia (transformaciones de Lorentz). En 1900 estas transformaciones fueron obtenidas por J. Larmore, y en 1887 V. Voigt utilizó transformaciones similares.
– H. Lorentz obtuvo una expresión para la dependencia de la masa de la velocidad en el caso de un electrón. La validez de esta fórmula relativista fue confirmada por los experimentos de A. Bucherer (1908) y otros.
– J. Dk. Thomson introdujo la idea de que los electrones de un átomo se dividen en grupos, formando diferentes configuraciones que determinan la periodicidad de los elementos. Sus primeras ideas sobre la estructura interna del átomo las expresó en 1898.
– Se realizó polarización de rayos X (C. Barcla).

1904– Inventó un tubo de electrones de dos electrodos: diodo (J. Fleming).

1905– A. Einstein en el artículo “Sobre la electrodinámica de los medios en movimiento” (recibido en la revista el 30 de junio), después de analizar profundamente el concepto de simultaneidad de eventos, demostró la preservación de la forma de las ecuaciones de Maxwell con respecto a las transformaciones de Lorentz, formuló el principio especial de la relatividad y el principio de constancia de la velocidad de la luz y, sobre esta base, creó la teoría especial de la relatividad. (La invariabilidad de la forma de las ecuaciones de la electrodinámica con respecto a las transformaciones de Lorentz también fue demostrada por A. Poincaré en un informe en una reunión de la Academia de Ciencias de París el 5 de junio, en el que destacó la universalidad del principio de relatividad. y predijo la finitud de la velocidad de propagación de la luz). Junto con la teoría cuántica, la teoría especial de la relatividad formó la base de la física del siglo XX.
– A. Einstein descubrió la ley de la relación entre masa y energía (en 1906 esta ley también fue establecida por P. Langevin).
– A. Einstein propuso una hipótesis sobre la naturaleza cuántica de la radiación luminosa (teoría fotónica de la luz). El fotón postulado por Einstein fue descubierto en 1922 por A. Compton. El término fue introducido en 1929 por G. Lewis.
– La explicación de A. Einstein de las leyes del efecto fotoeléctrico basada en la existencia de cuantos de luz, o fotones.
– E. Schweidler estableció la naturaleza estadística de la ley de transformación. elementos químicos, confirmado experimentalmente por E. Regener en 1908.
– El efecto Doppler fue descubierto en haces de canal (I. Stark).
– Desarrollo por P. Langevin de la teoría clásica del dia y paramagnetismo.

1905–06– A. Einstein y M. Smoluchowski dieron una explicación coherente del movimiento browniano basándose en la teoría cinética molecular, desarrollando la teoría de las fluctuaciones.

1906– M. Planck derivó las ecuaciones de la dinámica relativista, obteniendo expresiones para la energía y el momento del electrón.
– A. Poincaré desarrolló la primera teoría de la gravitación covariante de Lorentz.
– T. Lyman descubrió una serie espectral en la parte ultravioleta del espectro del hidrógeno (serie de Lyman).
– C. Barkla descubrió los rayos X característicos.
– V. Nernst afirmó que la entropía de un cuerpo sólido o líquido químicamente homogéneo en cero absoluto la temperatura es cero (teorema de Nernst). Fue probado experimentalmente por U. Gioc, después de lo cual pasó a ser conocido como la tercera ley de la termodinámica.
– La predicción de V. Nernst sobre el efecto de “degeneración del gas”.
– Triodo inventado (L. di Forest)

1907– A. Einstein postuló la equivalencia de la gravedad y la inercia (principio de equivalencia de Einstein) y comenzó a desarrollar una teoría relativista de la gravedad.
– Se ha demostrado que los isótopos de plomo son el producto final de una serie radiactiva (B. Boluud).
– Desarrollo por A. Einstein de la primera teoría cuántica de la capacidad calorífica de los sólidos. Introdujo el concepto de propagación de ondas sonoras monocromáticas (elásticas) en un cristal.
– M. Planck generalizó la termodinámica en el marco de la teoría especial de la relatividad, sentando las bases de la termodinámica relativista.
– P. Weiss estableció (independientemente de P. Curie, 1895) la dependencia de la susceptibilidad magnética de los paramagnetos con la temperatura (ley de Curie-Weiss).
– Se planteó una hipótesis sobre la existencia de áreas de magnetización espontánea en los ferromagnetos y se desarrolló la primera teoría estadística del ferromagnetismo (P. Weiss). Una idea similar fue expresada en 1892 por B. L. Rosing.
– Descubrimiento por E. Cotton y A. Mouton del fenómeno de la birrefringencia en sustancias colocadas en un campo magnético cuando la luz se propaga en dirección perpendicular al campo (efecto Cotton – Mouton).

1908– G. Minkowski, siguiendo a A. Poincaré, desarrolló la idea de combinar tres dimensiones del espacio y el tiempo en un espacio pseudoeuclidiano de cuatro dimensiones (espacio de Minkowski) y desarrolló el moderno aparato cuatridimensional de la teoría especial de la relatividad. .
– A. Bucherer realizó un experimento que finalmente confirmó la exactitud de la fórmula relativista de Lorentz sobre la dependencia de la masa del electrón de la velocidad.
– W. Ritz mejoró la fórmula aproximada propuesta en 1890 por I. Rydberg para las frecuencias de series espectrales de elementos, estableciendo uno de los principios básicos de la sistemática de los espectros atómicos: el principio de combinación (principio de Rydberg-Ritz).
– F. Paschen descubrió la serie espectral del átomo de hidrógeno en la región infrarroja (serie de Paschen).
– G. Geiger y E. Rutherford diseñaron un dispositivo para registrar partículas cargadas individuales. En 1928 Geiger lo mejoró con W. Müller (contador Geiger-Müller).
– Obtención de helio líquido por G. Kamerlingh Onnes y medición de su temperatura.
– J. Perrin realizó experimentos para estudiar el movimiento browniano, que finalmente demostraron la realidad de la existencia de moléculas y confirmaron la teoría atómico-molecular de la estructura de la materia y la teoría cinética del calor.
– E. Grüneisen estableció que la relación entre el coeficiente de expansión térmica de un metal y su capacidad calorífica específica no depende de la temperatura (ley de Grüneisen).

1909– Se ha demostrado que las partículas alfa son átomos de helio doblemente ionizados (E. Rutherford, J. Royds).

1909–10– G. Geiger y E. Marsden realizaron experimentos sobre la dispersión de partículas alfa en películas metálicas delgadas, que desempeñaron un papel decisivo en el descubrimiento del núcleo atómico por parte de E. Rutherford y en el establecimiento del modelo planetario del átomo.

1909– Y Einstein examinó las fluctuaciones en la energía de la radiación de equilibrio y obtuvo una fórmula para las fluctuaciones de energía.
– Descubrimiento de la conexión entre las propiedades elásticas y ópticas de los sólidos (E. Madelung).
– G. Kamerlingh Onnes obtuvo una temperatura de 1,04 K.
– Se publicó el libro de V. I. Lenin “Materialismo y empiriocriticismo”, en el que ofrece una interpretación profunda de los nuevos datos científicos de finales del siglo XIX y principios del XX. en las principales ramas de las ciencias naturales se muestra el significado revolucionario de estos descubrimientos fundamentales. El pensamiento de V. I. Lenin sobre la inagotabilidad de la materia se convirtió en un principio general de las ciencias naturales.

1910– A. Haas propuso un modelo del átomo, en el que por primera vez se intentó conectar la naturaleza cuántica de la radiación con la estructura del átomo.

1910–14– La discreción ha sido probada experimentalmente. carga eléctrica y por primera vez se midió con bastante precisión la carga del electrón (R. Millikan).

El siglo XX es el siglo de las revoluciones científicas. Los descubrimientos realizados en este siglo cambiaron el curso de la civilización humana.

La teoría cuántica de Planck

Max Planck

A principios del siglo XX, en 1900, Max Planck, profesor de la Universidad de Berlín, dedujo una fórmula que describe la distribución de la energía en el espectro de un cuerpo absolutamente negro. Antes del descubrimiento de Planck, se creía que la energía se distribuía uniformemente. Pero Planck demostró que se distribuye en porciones: cuantos. Planck presentó un informe a la Sociedad Alemana de Física el 14 de diciembre de 1900. Por supuesto, nadie le creyó.

Pero ya en 1905, basándose en las conclusiones de Planck, Einstein creó la teoría cuántica del efecto fotoeléctrico. Y Niels Bohr construyó un modelo del átomo en el que los electrones giraban en órbitas estrictamente definidas, emitiendo energía sólo en el momento de la transición de una órbita a otra.

Gracias al ingenioso descubrimiento de Planck, los científicos entendieron cómo se comportan los electrones. Posteriormente, la teoría de Planck dio un poderoso impulso al desarrollo de la electrónica, la ingeniería genética y la energía nuclear.

La teoría de la relatividad de Einstein

Albert Einstein

El segundo gran descubrimiento científico del siglo XX es la teoría general de la relatividad o teoría de la gravedad de Einstein.

En 1905, Einstein creó la teoría especial de la relatividad. Einstein concluyó que diferentes observadores perciben cualquier evento, incluso el espacio y el tiempo, de manera diferente. Por ejemplo, para un pasajero de tranvía, un objeto que deje caer al suelo caerá verticalmente. Y para un observador en la calle, este objeto cae a lo largo de una parábola, mientras el tranvía está en movimiento. Eso es, la descripción de cualquier evento depende del marco de referencia en el que se ubica el observador. Si el marco de referencia cambia, entonces la descripción del evento cambiará. Pero las leyes de la naturaleza no dependen del observador. Y serán los mismos para todos los sistemas de referencia que se muevan. a una velocidad constante. Y la teoría general de la relatividad, creada por Einstein en 1916, extiende este principio a todos los sistemas de referencia, incluso aquellos que se mueven. con aceleración.

Einstein demostró que la gravedad es consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo de cuatro dimensiones. La teoría de Einstein proporcionó una explicación del efecto de la dilatación del tiempo. Utilizando esta teoría, calcularon la órbita del planeta Mercurio y explicaron por qué los rayos de las estrellas se curvan cuando pasan cerca de otras estrellas.

Descubrimiento del transistor

William Shockley, John Bardeen, Walter Brattain

Sin duda, el descubrimiento del transistor es uno de los descubrimientos más importantes de la historia de la humanidad.

El primer transistor en funcionamiento fue creado en 1947 por los físicos estadounidenses Walter Brattain, William Shockley y John Bardeen. Inicialmente, estos grandes científicos demostraron un experimento en el que, utilizando un clip común, una lámina de oro y una pequeña cantidad de germanio, aumentaron la intensidad de la corriente cientos de veces. Esto sucedió el 16 de diciembre. Y en una semana estaba listo el dispositivo que podría considerarse un transistor en funcionamiento. En junio de 1948 se creó un receptor de radio en el que los habituales tubos de vacío fueron sustituidos por transistores.

En 1956, los autores del primer transistor recibieron el Premio Nobel por su invento. Y ya en 1958 se demostró el primer circuito integrado, que constaba de dos transistores ubicados sobre un sustrato de silicio.

Ha comenzado una nueva era de los transistores en la electrónica. Los transistores han reemplazado a los tubos en todas partes: en televisores, radios y computadoras de tubo.

Si no fuera por el descubrimiento del transistor, las computadoras modernas no existirían en la forma que existen ahora. No tendrían una velocidad tan enorme y gran memoria. Los monitores LCD, los ordenadores portátiles y los teléfonos móviles no existirían.

Por supuesto, los transistores modernos son diferentes de los creados a mediados del siglo XX. La tecnología ha cambiado. Ya hay millones de transistores colocados sobre un sustrato.

Los logros de la física de los siglos XX y XXI abrieron el conocimiento sobre partículas elementales Ah y su interacción. Hasta el final de la Segunda Guerra Mundial, sólo se conocían unas pocas partículas y no existía ninguna teoría sistemática que explicara su diversidad y sus propiedades. A pesar de los avances logrados en la década de 1930, incluso la física nuclear estaba todavía en su infancia en muchos aspectos. No se sabía nada sobre la composición de neutrones y protones. Los instrumentos de medición eran muy toscos y tenían un rango de medición limitado.

Descubrimiento de nuevas partículas.

Recientemente se ha descubierto todo un “zoológico” de nuevas partículas, algunas de las cuales tienen una vida muy corta. Para estudiar tales partículas, es necesario acelerarlas y dividirlas en otras partículas. El desarrollo de nuevos aceleradores de partículas que funcionan a energías mucho más altas ha sido un factor crítico en el rápido progreso de la física de partículas.

Para rastrear las partículas antes y después de que interactúen con otras partículas, a principios de la década de 1950 se desarrolló un acelerador. Posteriormente se desarrollaron y mejoraron otros tipos de dispositivos de detección, como la cámara de chispas o la cámara proporcional de múltiples cables como detector de partículas. Para detectar y medir los neutrinos, que es poco probable que interactúen con la materia, se construyeron enormes cámaras en las profundidades del subsuelo para eliminar toda la radiación no deseada.

Los físicos teóricos han logrado avances significativos en el descubrimiento de los principios que gobiernan sus interacciones. A principios de la década de 1960, se desarrolló la teoría de los quarks (las partículas elementales que forman los protones y neutrones). Este descubrimiento podría explicar muchos de los patrones en las partículas más pesadas. Quizás se haya descubierto lo más importante: nuevos principios de ordenación de partículas se consideran fundamentales en física.

A principios del siglo XXI comenzó la construcción del acelerador de partículas cargadas Colisionador de Hadrones, actualmente los científicos que utilizan el colisionador registran los resultados de colisiones de partículas a energías récord. Con la ayuda de este acelerador se descubrió el bosón de Higgs.

Existencia de antimateria

Otro gran avance como logro de la física del siglo XX fue la demostración experimental de la existencia de la antimateria. La materia y la antimateria se descomponen rápidamente en energía pura. Esto se ha predicho como base teórica y proporciona evidencia para la teoría actual de las leyes fundamentales de la naturaleza.

No hay que olvidar que, a pesar de los avances en la física fundamental, todavía existe un gran vacío en nuestro conocimiento, un vacío que es necesario colmar.

Los dos pilares principales de la física del siglo XX: mecánica cuántica y la teoría general de la relatividad de Einstein, son mutuamente incompatibles.

Su compatibilidad es absolutamente esencial para una física coherente, que es el objetivo de un mayor progreso teórico. Este objetivo se puede lograr cambiando al menos una de estas teorías de manera significativa. Nadie sabe a qué puede conducir este problema.

Física nuclear

En los siglos XX y XXI, la física tiene un enorme impacto tecnológico.

Como resultado del desarrollo de la bomba atómica y el consiguiente aumento del conocimiento de la física nuclear, se desarrollaron reactores para producir energía eléctrica utilizando el calor de una reacción de fisión nuclear. Desde 1950 hasta la actualidad, el uso pacífico de la energía nuclear fue aceptado en todo el mundo. Muchos países industrializados y algunos países en desarrollo utilizan ahora la energía nuclear para producir electricidad.

El futuro de la energía nuclear, sin embargo, parece algo incierto debido a los residuos radiactivos potencialmente peligrosos. que produce. Otros avances en la física nuclear incluyen la producción o el descubrimiento de nuevos elementos además de los ya conocidos.

Óptica física

Se han logrado avances gigantescos y fundamentales en la óptica. Esto llevó al desarrollo del primer microscopio electrónico de alta potencia a principios de los años cincuenta. A esto le siguió un microscopio iónico y un microscopio electrónico de barrido. Los microscopios electrónicos de alta resolución proporcionan información sobre las estructuras atómicas de los sólidos.

En la década de 1980 se inventó el microscopio de efecto túnel. Este prototipo de microscopio de sonda de barrido condujo al desarrollo de instrumentos que pueden obtener imágenes de un solo átomo. Nació un nuevo campo de la tecnología.

Superconductividad

La superconductividad fue descubierta en 1911.

A temperaturas extremadamente bajas, algunos materiales pierden resistencia eléctrica. Por tanto, pueden conducir la electricidad sin la más mínima pérdida. Está claro que este fenómeno tiene muchas aplicaciones técnicas potenciales, como en imanes extremadamente potentes. Pero los científicos no pudieron explicar el fenómeno de la superconductividad hasta la segunda mitad del siglo XX.

En la década de 1980 se lograron avances impresionantes en la producción de materiales cerámicos que demuestran superconductividad a temperaturas significativamente más altas. altas temperaturas de lo que antes se creía posible.

Invención del láser

En 1960 se inventó el láser. Produce una luz coherente que puede dirigirse en un haz estrecho. Los láseres han demostrado tener innumerables aplicaciones tecnológicas. Estos incluyen una gama de diferentes instrumentos de medición, como detectores de contaminación del aire, fotografías de alta velocidad, nuevos dispositivos de almacenamiento en computadoras e instrumentos quirúrgicos de diversos tipos.

Descubrimiento de semiconductores

Quizás la innovación científica más extendida fue el descubrimiento de los semiconductores.

Los semiconductores son cristales que combinan las propiedades de los conductores eléctricos y los aislantes. La investigación de estas propiedades condujo al descubrimiento del transistor a finales de los años cuarenta.

El transistor reemplazó gradualmente a los tubos de vacío y finalmente condujo a circuitos integrados y microprocesadores de pequeño tamaño a principios de la década de 1960. Los microprocesadores han tenido un gran impacto en la ingeniería eléctrica. Su asombrosa eficiencia y tamaño han generado muchas aplicaciones en una amplia variedad de campos. El desarrollo extremadamente rápido de computadoras con memoria enormemente ampliada fue posible con la llegada de los transistores integrados en los microprocesadores. Casi todos los dispositivos informáticos y de comunicaciones actuales se basan en esta tecnología. El costo y el tamaño de la potencia informática se han reducido en varios órdenes de magnitud. Además, el desarrollo e implementación de Internet, que hoy conecta millones de ordenadores, permite acceder a la información desde todos los rincones. globo a un nivel y velocidad sin precedentes. El alcance del impacto potencial de la información moderna y tecnologías de la comunicación en la sociedad puede ser comparable a la invención de la imprenta.

Las computadoras modernas también han dado lugar a interesantes avances en la ciencia básica, como la inteligencia artificial.

Otro avance surgido de la investigación sobre semiconductores fue invención de las células fotovoltaicas, con el que podrás convertir la luz en energía eléctrica. Traen esperanza de que mayoría La energía deberá convertirse directamente del sol sin una contaminación significativa.

El descubrimiento del electrón, el fenómeno de la radiactividad y el núcleo atómico fue resultado del estudio de la estructura de la materia logrado por la física a finales del siglo XIX. Los estudios de los fenómenos eléctricos en líquidos y gases, los espectros ópticos de los átomos, los rayos X y el efecto fotoeléctrico han demostrado que la materia tiene una estructura compleja. La física clásica resultó insostenible para explicar nuevos hechos experimentales. La reducción de las escalas de tiempo y espacio en las que ocurren los fenómenos físicos ha llevado a una “nueva física” que es muy diferente de la conocida física clásica tradicional. El desarrollo de la física a principios del siglo XX supuso una revisión completa de los conceptos clásicos. La “nueva física” se basa en dos teorías fundamentales:

• teoría de la relatividad
• Teoría cuántica.

La teoría de la relatividad y la teoría cuántica son la base sobre la que se construye la descripción de los fenómenos del micromundo.

La creación de la teoría de la relatividad por A. Einstein en 1905 condujo a una revisión radical de las ideas sobre las propiedades del espacio y el tiempo, el campo electromagnético. Quedó claro que era imposible crear modelos mecánicos para todos los fenómenos físicos.
La teoría de la relatividad se basa en dos conceptos físicos.

• Según el principio de relatividad, uniforme y movimiento rectilíneo Los cuerpos no afectan los procesos que ocurren en ellos.
• Existe una velocidad límite de propagación de la interacción: la velocidad de la luz en el vacío. La velocidad de la luz es una constante fundamental. teoría moderna. La existencia de una velocidad límite de propagación de la interacción significa que existe una conexión entre los intervalos espaciales y temporales.

La base matemática de la teoría especial de la relatividad es la transformación de Lorentz.

Marco de referencia inercial− un sistema de referencia en reposo o en movimiento uniforme y rectilíneo. Un sistema que se mueve a velocidad constante con respecto a cualquier sistema de referencia inercial también es inercial.

Los principios de la relatividad de Galileo

1. Si las leyes de la mecánica son válidas en un sistema de referencia, entonces lo serán en cualquier otro sistema de referencia que se mueva uniforme y rectilíneamente con respecto al primero.
2. El tiempo es el mismo en todos los sistemas de referencia inerciales.
3. No hay forma de detectar un movimiento lineal uniforme.

Postulados de la teoría especial de la relatividad.

1. Las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales.
2. La velocidad de la luz en el vacío es constante. Con independientemente de la velocidad de la fuente o del receptor.

Transformaciones de Lorentz. Coordenadas del punto material de masa en reposo. metro en el marco de referencia inercial S se definen como ( t,) = (t,X,y,z), y la velocidad tu= ||. Coordenadas del mismo punto en un sistema inercial diferente S" (t",X",y",z"), moviéndose en relación con S a una velocidad constante, relacionada con las coordenadas del sistema S Transformación de Lorentz (Fig. 1).
Si los ejes de coordenadas de los sistemas z y z" codirigido con el vector y en el momento inicial del tiempo t= t"= 0 los orígenes de coordenadas de ambos sistemas coinciden, entonces las transformaciones de Lorentz están dadas por las relaciones

X" = X; y = y"; z" = γ( z− βct); Connecticut" = γ( Connecticut− βz),

Dónde β = v/c , v− velocidad del sistema de referencia en unidades Con (0 ≤ β ≤ 1), γ es el factor de Lorentz.

Arroz. 1. Sistema sombreado S" se mueve respecto al sistema S con velocidad v a lo largo del eje z.

Componentes de la velocidad de las partículas en el sistema. S" tu"x, tu" y, u" z Relacionado con los componentes de velocidad en el sistema. S tu x, tu y, u z relaciones

Las transformaciones inversas de Lorentz se obtienen mediante el reemplazo mutuo de coordenadas. r yo ↔ r"yo, tu yo ↔tú" yo y reemplazo v → −v.

X = X"; y = y"; z = γ( z"− βct"); Connecticut = γ( Connecticut"− βz").

A bajas velocidades v Las transformaciones de Lorentz coinciden con las transformaciones galileanas no relativistas

X"= X; y" = y; z" = z − Vermont"; t = t".

Relatividad de distancias espaciales.(abreviatura de Lorenz-Fitzgerald): yo" =l/γ .
Relatividad intervalos de tiempo entre eventos(dilatación del tiempo relativista): Δ t" = γ Δ t.
La relatividad de la simultaneidad de los acontecimientos. Si en el sistema S para eventos A Y EN ejército de reserva = tuberculosis Y
xA ≠ xB, entonces en el sistema S" t" A = tuberculosis + γ v/C 2 (x B - x A).

Energía Total mi y el impulso pag las partículas están determinadas por las relaciones

mi = mc 2 γ ,

(1)

Dónde mi, R Y metro− energía total, momento y masa de la partícula, c = 3·10 10 cm·seg -1 − velocidad de la luz en el vacío,
La energía total y el momento de una partícula dependen del sistema de referencia. La masa de una partícula no cambia al pasar de un sistema de referencia inercial a otro. Es una invariante de Lorentz. Energía Total mi, impulso pag y masa metro las partículas están relacionadas por la relación

mi 2 − pag 2 C 2 = metro 2 C 4 ,

(2)

De las relaciones (1) y (2) se deduce que si la energía mi y el impulso pag medido en dos sistemas diferentes que se mueven uno respecto del otro a gran velocidad v, entonces la energía y el impulso tendrán valores diferentes en estos sistemas. Sin embargo, la magnitud mi 2 − pag 2 C 2, que se llama invariante relativista, será el mismo en estos sistemas.

Cuando un sólido se calienta, se calienta y comienza a irradiar en la región continua del espectro. Esta radiación se llama radiación de cuerpo negro. Se han realizado muchos intentos para describir la forma del espectro del cuerpo negro basándose en las leyes de la teoría electromagnética clásica. La comparación de los datos experimentales con los cálculos de Rayleigh-Jeans (Fig. 2) muestra que son consistentes sólo en la región del espectro de longitud de onda larga. La diferencia en la región de longitud de onda corta se ha llamado desastre ultravioleta.

Arroz. 2. Distribución energética del espectro de radiación térmica.
Los puntos muestran los resultados experimentales.

En 1900 se publicó el trabajo de M. Planck, dedicado al problema de la radiación térmica de los cuerpos. M. Planck modeló la materia como un conjunto de osciladores armónicos de diferentes frecuencias. Suponiendo que la radiación no se produce de forma continua, sino en porciones (cuantos), obtuvo una fórmula para la distribución de energía en todo el espectro de la radiación térmica, que concordaba bien con los datos experimentales.

Dónde h− la constante de Planck, k− constante de Boltzmann, t− temperatura, ν − frecuencia de radiación.

h= 6,58·10 -22 MeV∙s,
k= 8,62·10 -11 MeV∙K –1.

Una cantidad de uso frecuente ћ = h/2π .

Así, por primera vez en física, apareció una nueva constante fundamental: la constante de Planck. h. La hipótesis de Planck sobre la naturaleza cuántica de la radiación térmica contradice los fundamentos de la física clásica y muestra los límites de su aplicabilidad.
Cinco años después, A. Einstein, generalizando la idea de M. Planck, demostró que la cuantificación es una propiedad general. radiación electromagnética. Según las ideas de A. Einstein, la radiación electromagnética se compone de cuantos, más tarde llamados fotones. Cada fotón tiene una energía determinada. mi y el impulso pag:

mi = hν ,

Dónde λ Y ν − longitud de onda y frecuencia del fotón, − vector unitario en la dirección de propagación de la onda.
La idea de cuantificar la radiación electromagnética permitió explicar las leyes del efecto fotoeléctrico, estudiado experimentalmente por G. Hertz y A. Stoletov. Basándose en la teoría cuántica, A. Compton explicó en 1922 el fenómeno de la dispersión elástica de la radiación electromagnética sobre electrones libres, acompañada de un aumento en la longitud de onda de la radiación electromagnética.

Dónde λ Y λ" − longitudes de onda de fotones incidentes y dispersos, metro− masa de electrones, θ − ángulo de dispersión de fotones, h/mc= 2,4·10 -10 cm = 0,024 Å – Longitud de onda del electrón Compton.

Arroz. 3. Efecto Compton: dispersión elástica de un fotón por un electrón.

El descubrimiento de la naturaleza dual de la radiación electromagnética (la dualidad onda-partícula) tuvo un impacto significativo en el desarrollo de la física cuántica y la explicación de la naturaleza de la materia. En 1924, Louis de Broglie propuso una hipótesis sobre la universalidad de la dualidad onda-partícula. Según esta hipótesis, no sólo los fotones, sino también cualquier otra partícula de materia, junto con las corpusculares, también tienen propiedades ondulatorias. Las relaciones que conectan las propiedades corpusculares y ondulatorias de las partículas son las mismas que se establecieron anteriormente para los fotones.

λ − longitud de onda que puede asociarse a una partícula. El vector de onda está orientado en la dirección del movimiento de las partículas. Los experimentos directos que confirmaron la idea de la dualidad onda-partícula fueron los experimentos realizados en 1927 por K. Davisson y L. Germer sobre la difracción de electrones en un monocristal de níquel. Posteriormente se observó difracción de otras micropartículas. El método de difracción de partículas es actualmente muy utilizado en el estudio de la estructura y propiedades de la materia.

W. Heisenberg (1901–1976)

La confirmación experimental de la idea de la dualidad onda-partícula llevó a una revisión de las ideas habituales sobre el movimiento de las partículas y el método de descripción de las mismas. Los puntos materiales clásicos se caracterizan por moverse a lo largo de determinadas trayectorias, de modo que sus coordenadas y momentos se conocen con precisión en cualquier momento. Para las partículas cuánticas esta afirmación es inaceptable, ya que para una partícula cuántica el momento de la partícula está relacionado con su longitud de onda, y hablar de la longitud de onda en un punto dado del espacio no tiene sentido. Por lo tanto, para una partícula cuántica es imposible determinar simultáneamente con precisión los valores de sus coordenadas y su impulso. Si una partícula ocupa una posición exactamente definida en el espacio, entonces su momento es completamente indefinido, y viceversa, una partícula con un cierto momento tiene una coordenada completamente indefinida. Incertidumbre en el valor de la coordenada de partícula Δ X e incertidumbre en el valor del componente del momento de la partícula Δ px están relacionados por la relación de incertidumbre establecida por W. Heisenberg en 1927

Δ X·Δ px≈ ћ .

De la relación de incertidumbre se deduce que en el campo de los fenómenos cuánticos es ilegal plantear algunas preguntas que son bastante naturales para la física clásica. Entonces, por ejemplo, no tiene sentido hablar del movimiento de una partícula a lo largo de una determinada trayectoria. Esencialmente necesario nuevo enfoque a la descripción de sistemas físicos. No todo Cantidades fisicas, que caracteriza el sistema, se puede medir simultáneamente. En particular, si la incertidumbre en la vida de algún estado cuántico es Δ t, entonces la incertidumbre del valor energético de este estado Δ mi no puede ser menos ћ /Δ t, es decir.

Δ mi·Δ t≈ ћ .

E. Schrödinger (1887–1961)

A mediados de los años 20, se hizo evidente que la teoría semiclásica del átomo de N. Bohr no podía dar descripción completa propiedades del átomo. En 1925-1926 En los trabajos de W. Heisenberg y E. Schrödinger se desarrolló un enfoque general para describir los fenómenos cuánticos: la teoría cuántica. La evolución de un sistema cuántico en el caso no relativista se describe mediante una función de onda que satisface la ecuación de Schrödinger.