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

Los éxitos de las matemáticas, que sirvieron como un factor integrador para todo el sistema de conocimiento científico, yacen. Impresionantes éxitos durante el XIX - principios del siglo XX. ha hecho física. Fisico autodidacta ingles M. Faraday (1791-1867), considerada una de las mentes más ingeniosas de los tiempos modernos, se convirtió en el fundador de la doctrina del campo electromagnético. Compatriota de Faraday J.K. Maxwell(1831-1879) tradujo sus ideas al lenguaje matemático generalmente aceptado. En 1871, fundó el primer laboratorio físico en el Reino Unido en Cambridge. Los descubrimientos realizados por Maxwell formaron la base de la física moderna. Con sus trabajos científicos populares, Maxwell ha revelado la importancia de la electricidad al público en general. Según el gran físico A. Einstein, la agitación de Maxwell en términos de realidad física "es la más profunda y fructífera de las que el físico ha probado desde Newton".

El tercer científico famoso que, junto con Faraday y Maxwell, hizo un "gran punto de inflexión" en física, es un físico alemán GRAMO. Hertz (1857-1894). Confirmó los descubrimientos teóricos de sus predecesores experimentalmente, habiendo mostrado una relación completa entre los fenómenos eléctricos y magnéticos. Las obras de Hertz jugaron un papel muy importante en el desarrollo de la ciencia y la tecnología, contribuyendo a la aparición del telégrafo inalámbrico, las comunicaciones de radio, el radar y la televisión. Fisico aleman VK. radiografía (1845-1923) descubierto en 1895 rayos X no visibles (radiación de rayos X). La radiografía se convirtió en el primer físico galardonado con el Premio Nobel.

Los Premios Nobel por los trabajos más destacados en el campo de la física, la química, la fisiología y la medicina comenzaron en 1901. Su fundador fue A. B. Nobel, un químico sueco (inventor de la dinamita) y un industrial que legó su fortuna para organizar eventos especiales. -un fondo del cual todavía se pagan premios por descubrimientos científicos, obras de literatura, así como por actividades para fortalecer la paz.

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

Maria y Pierre Curie

A. Einstein

A principios del siglo XX. hizo sus primeros descubrimientos E. Rutherford(1871-1937). En el curso de su investigación, descubrió la compleja estructura del átomo y sentó las bases de la doctrina de la radiactividad. En 1911, Rutherford propuso el primer modelo electrónico del átomo. Fisico aleman M. Planck (1858-1947) en 1900 descubrieron que la energía de la luz no se transmite por radiación continua, sino en porciones separadas, que se denominan quanta La introducción de esta cantidad marcó el comienzo de una nueva era, cuántico, físicos. Físico danés N. Bor (1885-1962) aplicaron la idea de la energía cuántica de Planck al estudio del núcleo atómico. En 1913, propuso su modelo atómico, sentando las bases de la teoría atómica cuántica. Sus estudios han hecho una gran contribución al estudio de las reacciones nucleares.

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

En el curso de su desarrollo, la física más que ninguna otra ciencia ha demostrado la relatividad de todos los conceptos previamente establecidos de la ciencia clásica y el fracaso de las ideas sobre la fiabilidad absoluta del conocimiento científico.

En esta página, material sobre los temas:

1900 - M. Planck formuló la hipótesis cuántica e introdujo la constante fundamental (constante de Planck), que tiene la dimensión de la acción, sentando las bases para la teoría cuántica.
- M. Planck (14 de diciembre) propuso una nueva fórmula para la distribución de energía en el espectro de emisión de un cuerpo completamente 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 de un cuerpo completamente negro, desarrollado en 1905 por J. Jeans (ley de Rayleigh-Jeans). Confirmado experimentalmente en 1901 por G. Rubenssm y F. Kurlbaum para olas largas.

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

1900 - P. Villard descubrió los rayos gamma.
- J. Townsend construyó la teoría de la conducción en gases y calculó los coeficientes de difusión de partículas cargadas.

1901 - J. Perrin presentó una hipótesis sobre la estructura planetaria del átomo (modelo Perrin).
- Se descubrió el efecto fisiológico de la radiación radiactiva (A. Beckerel, 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 del canal en los campos eléctricos y magnéticos (V. Vin).
- Por primera vez, se ha probado experimentalmente la dependencia de la masa de un electrón con la velocidad (V. Kaufman).
- F. Lenard estableció la ecuación del efecto fotoeléctrico, en la que dio la dependencia de la energía de los fotoelectrones a 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 pulso 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 mecánica estadística", que completó la construcción de la física estadística clásica.

1903 - JJ Thomson desarrolló un modelo atómico que lleva su nombre (modelo Thomson).
- Observación de la liberación continua de calor por sales de radio y medición de la energía liberada en 1 s (P. Curie, A. Labord).
- P. Curie sugirió usar la vida media de un elemento radiactivo como un 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 del radón.
- E. Rutherford demostró que los rayos alfa están compuestos de partículas cargadas positivamente. El primero en la naturaleza corpuscular de los rayos alfa fue indicado en 1900 por M. Skłodowska Curie.
- El descubrimiento del efecto de centelleo y su uso para el registro de partículas cargadas (W. Crookes, G. Geitel, J. Elster).
- A. A. Eichenwald demostró que un dieléctrico no magnético polarizado se magnetiza durante el movimiento (experimento de Eichenwald).

1904 - H. Lorenz encontró las transformaciones relativistas de las coordenadas espaciales y del tiempo, dejando los fenómenos electromagnéticos sin cambios con el movimiento uniforme de los sistemas de referencia (transformaciones de Lorentz). En 1900, J. Larmor recibió estas transformaciones, y en 1887 W. Voigt utilizó transformaciones similares.
- H. Lorenz obtuvo una expresión para la dependencia de la masa con 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. Dc. Thomson introdujo la idea de que los electrones en un átomo se dividen en grupos, formando varias configuraciones que determinan la periodicidad de los elementos. Expresó sus primeras ideas sobre la estructura interna de un átomo ya en 1898.
- Realización de la polarización de rayos X (C. Barkla).

1904 - Una lámpara de electrones de dos electrodos - se inventó un diodo (J. Fleming).

1905 - A. Einstein en el artículo "Sobre la electrodinámica de los medios de comunicación en movimiento" (ingresado 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 un principio especial de relatividad y el principio de constancia de la velocidad de la luz y en base a ellos creó 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. Poincare en un informe en una reunión de la Academia de Ciencias de París el 5 de junio, en la que enfatizó la universalidad del principio de relatividad y predijo la finitud de la velocidad de la propagación de la luz.) Junto con la teoría cuántica, una teoría especial de la relatividad formó el fundamento del siglo XX.
- A. Einstein descubrió la ley de la relación de masa y energía (en 1906, P. Langevin también estableció esta ley).
- A. Einstein presentó una hipótesis sobre la naturaleza cuántica de la radiación de luz (teoría de fotones de 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 basado en la existencia de cuantos de luz o fotones.
- E. Schweidler estableció la naturaleza estadística de la ley de conversión de elementos químicos, confirmada experimentalmente por E. Regener en 1908.
- Se detecta el efecto Doppler en haces de canal (I. Stark).
- Desarrollo por P. Langevin de la teoría clásica del dia y el paramagnetismo.

1905-06 - A. Einstein y M. Smoluhovsky dieron una explicación consistente del movimiento browniano sobre la base de la teoría cinética molecular, desarrollando la teoría de las fluctuaciones.

1906 - M. Planck dedujo las ecuaciones de la dinámica relativista, habiendo recibido expresiones para la energía y el impulso de un electrón.
- A. Poincare desarrolló la primera teoría de la gravitación de Lorentz-covariante.
- T. Lyman descubrió la serie espectral en la parte ultravioleta del espectro de hidrógeno (serie Lyman).
- C. Barcla descubrió rayos X característicos.
- V. Nernst afirmó que la entropía de un cuerpo sólido o líquido químicamente homogéneo a una temperatura cero absoluta es cero (teorema. Nernst). Fue probado experimentalmente por W. Dzhiok, después de lo cual se hizo conocido como la tercera ley de la termodinámica.
- Predicción por V. Nernst del efecto "degeneración de gas".
- Triodo inventado (L. di Forest)

1907 - A. Einstein postuló la equivalencia de gravedad e inercia (el principio de equivalencia de Einstein) y comenzó a desarrollar una teoría relativista de la gravedad.
- Se establece que los isótopos de plomo son el producto final en las filas radiactivas (B. Bolyuud).
- Desarrollo por A. Einstein de la primera teoría cuántica de la capacidad calorífica de los sólidos. Su introducción de la idea de la propagación de ondas de sonido 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 temperatura de la susceptibilidad magnética de los paramagnetos (ley de Curie - Weiss).
- Se presentó una hipótesis sobre la existencia de secciones de magnetización espontánea en ferromagnetos y se desarrolló la primera teoría estadística del ferromagnetismo (P. Weiss). Una idea similar fue expresada en 1892 por B. L. Rosing.
- El 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 una dirección perpendicular al campo (efecto Cotton-Mouton).

1908 - G. Minkowski, siguiendo a A. Poincare, 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 de cuatro dimensiones de la teoría especial de la relatividad.
- A. Bucherer realizó un experimento que finalmente confirmó la exactitud de la fórmula relativista de Lorentz para la dependencia de la masa de electrones en la velocidad.
- V. Ritz mejoró la fórmula aproximada propuesta por I. Rydberg en 1890 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 una serie espectral de un átomo de hidrógeno en la región infrarroja (serie Paschen).
- G. Geiger y E. Rutherford diseñaron un dispositivo para detectar partículas cargadas individuales. En 1928, Geiger lo perfeccionó con W. Müller (contador Geiger-Müller).
- Obtener helio líquido de G. Kamerling-Onnesom y medir su temperatura.
- J. Perrin llevó a cabo experimentos para estudiar el movimiento browniano, que finalmente demostró la realidad de la existencia de moléculas y confirmó la teoría atómico-molecular de la estructura de la materia y la teoría cinética del calor.
- E. Gruneisen estableció que la relación del coeficiente de expansión térmica de un metal a su capacidad calorífica específica no depende de la temperatura (ley de Gruneisen).

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 delgadas de metal, que desempeñaron un papel decisivo en el descubrimiento por E. Rutherford del núcleo atómico y en el establecimiento de un 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 en la energía.
- Descubrimiento de la conexión entre las propiedades elásticas y ópticas de los sólidos (E. Madelung).
- G. Camerling-Onnes tiene una temperatura de 1.04 K.
- Se publicó el libro de V. I. Lenin "Materialismo y empiriocriticismo", en el que dio una interpretación profunda de los nuevos datos científicos de finales del siglo XIX y principios del XX. En las principales ramas de la ciencia, se muestra el significado revolucionario de estos descubrimientos fundamentales. La idea de V.I. Lenin sobre la inagotabilidad de la materia se ha convertido en el principio general del conocimiento de las ciencias naturales.

1910 - A. Haaz propuso un modo atómico en el que se intentó por primera vez relacionar la naturaleza cuántica de la radiación con la estructura de un átomo.

1910-14 - La discreción de la carga eléctrica se ha probado experimentalmente y, por primera vez, la magnitud de la carga electrónica se ha medido con bastante precisión (R. Milliken).

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

Teoría cuántica de Planck

Max tablón

A principios del siglo XX, en 1900, el profesor de la Universidad de Berlín Max Planck obtuvo una fórmula que describe la distribución de energía en el espectro de un cuerpo completamente negro. Antes del descubrimiento de Planck, se creía que la energía se distribuía de manera uniforme. Pero Planck demostró que se distribuye en porciones: cuantos. Planck hizo un informe a la Sociedad Física Alemana 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 atómico en el que los electrones giraban en órbitas estrictamente definidas, irradiando energía solo en el momento de la transición de una órbita a otra.

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

Teoría de la relatividad de Einstein

Albert Einstein

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

En 1905, Einstein creó una teoría especial de la relatividad. Einstein concluyó que diferentes observadores perciben diferentes eventos de manera diferente, incluso el espacio y el tiempo. Por ejemplo, para un pasajero de un tranvía, un objeto que deja caer en el piso caerá verticalmente hacia abajo. Y para un observador en la calle, este objeto cae a lo largo de una parábola, mientras el tranvía se mueve. Es decir, la descripción de cualquier evento depende del marco de referencia en el que se encuentra el observador.Si el marco de referencia cambia, entonces la descripción del evento también cambia. Pero las leyes de la naturaleza del observador no son dependientes. Y serán los mismos para todos los marcos de referencia en movimiento a una velocidad constante Y la teoría general de la relatividad, creada por Einstein en 1916, extiende este principio a todos los marcos de referencia, incluso a aquellos que se mueven con aceleración

Einstein demostró que la gravedad es una consecuencia de la curvatura del espacio cuatridimensional: el tiempo. La teoría de Einstein dio una explicación del efecto de la dilatación del tiempo. Usando esta teoría, calcularon la órbita del planeta Mercurio, explicaron por qué los rayos de las estrellas se doblan cuando pasan junto a otras estrellas.

Apertura del transistor

William Shockley, John Bardin, Walter Brattain

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

El primer transistor en funcionamiento fue creado en 1947 por los físicos estadounidenses Walter Brattain, William Shockley y John Bardin. Inicialmente, estos grandes científicos demostraron una experiencia en la cual, usando un clip de papel convencional, papel de oro y una pequeña cantidad de germanio, la corriente se incrementó cientos de veces. Sucedió el 16 de diciembre. Y una semana después, el dispositivo estaba listo, lo que podría considerarse un transistor en funcionamiento. En junio de 1948, se creó una radio donde los tubos electrónicos habituales fueron reemplazados por transistores.

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

Una nueva era de transistores ha comenzado en electrónica. Los transistores han reemplazado las lámparas en todas partes: en televisores, radios, computadoras de tubo.

Si no fuera por la apertura del transistor, las computadoras modernas no existirían en la forma en que están ahora. No tendrían una velocidad tan grande y una memoria tan grande. No habría monitores de cristal líquido, computadoras portátiles y teléfonos móviles.

Por supuesto, los transistores modernos son diferentes de los que se crearon a mediados del siglo XX. La tecnología ha cambiado. En un sustrato, millones de transistores ya están colocados.

Los avances en física de los siglos XX y XXI han abierto el conocimiento sobre las partículas elementales y su interacción. Hasta el final de la Segunda Guerra Mundial, solo se conocían unas pocas partículas; no había una teoría sistemática que explicara su diversidad y sus propiedades. A pesar de los éxitos logrados en 1930, incluso la física nuclear todavía estaba en pañales de muchas maneras. No se sabía nada sobre la composición de neutrones y protones. Los instrumentos de medición fueron muy groseros con un rango limitado de mediciones.

Descubrimientos de nuevas partículas.

Recientemente, se ha descubierto un "zoológico" completo de nuevas partículas, algunas de las cuales tienen una vida muy corta. Para investigar tales partículas, es necesario acelerarlas y romperlas en otras partículas. El desarrollo de nuevos aceleradores de partículas que funcionan a energías mucho más altas fue un factor decisivo en el rápido progreso en la física de partículas elementales.

Para rastrear las partículas antes y después de su interacción con otras partículas, se desarrolló un acelerador a principios de la década de 1950. Otros tipos de dispositivos de detección, como una cámara de chispa o una cámara proporcional de varios cables como detector de partículas, se desarrollaron y mejoraron más tarde. Con el fin de detectar y medir los neutrinos, que es poco probable que interactúen con la materia, se construyeron enormes habitaciones bajo tierra para eliminar todas las emisiones no deseadas.

Los físicos teóricos han progresado significativamente en la revelación de los principios que rigen su interacción. A principios de la década de 1960, se desarrolló la teoría de los quarks (partículas elementales de protones y neutrones). Este descubrimiento puede explicar muchos de los patrones de partículas más pesadas. Quizás lo más importante esté abierto: los nuevos principios del ordenamiento de partículas se consideran fundamentales en la física.

A principios del siglo XXI, comenzó la construcción de un acelerador de partículas cargadas del colisionador de hadrones. Actualmente, los científicos que usan el colisionador registran los resultados de las colisiones de partículas a energías récord. El bosón de Higgs se descubre con la ayuda de este acelerador.

La existencia de antimateria

Otro gran avance como los logros de la física del siglo XX fue una demostración experimental de la existencia de antimateria. La materia y la antimateria se descomponen rápidamente en energía pura. Se predijo como una base teórica y proporciona evidencia de la teoría actual de las leyes fundamentales de la naturaleza.

No debemos olvidar que, a pesar del progreso en la física fundamental, todavía hay una gran brecha en nuestro conocimiento, una brecha que debe llenarse.

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

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

Física nuclear

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

Como resultado del desarrollo de la bomba atómica y, como resultado, un aumento en el conocimiento de la física nuclear, se desarrollaron reactores para la producción de energía eléctrica mediante el uso de calor en una reacción de fisión nuclear. Desde 1950 hasta este momento, el uso pacífico de la energía nuclear fue aceptado en todo el mundo. Muchos países industrializados y algunos países en desarrollo ahora usan energía nuclear para generar electricidad.

Sin embargo, el futuro de la energía nuclear parece un tanto incierto debido a los desechos radiactivos potencialmente peligrosos.que ella produce. Otros desarrollos en física nuclear incluyen la producción o descubrimiento de nuevos elementos además de los ya conocidos.

Óptica física

Se han dado pasos gigantescos y fundamentales en óptica. Esto llevó al desarrollo del primer microscopio electrónico potente a principios de la década de 1950. Fue seguido por un microscopio iónico y un microscopio electrónico de barrido. Los microscopios electrónicos de alta resolución proporcionan información sobre la estructura atómica de los sólidos.

En la década de 1980, se inventó un microscopio de túnel de exploración. Este prototipo de microscopio de sonda de exploración ha llevado al desarrollo de herramientas que le permiten visualizar un solo átomo. Nació una nueva área de tecnología.

Superconductividad

La superconductividad fue descubierta en 1911.

A temperaturas extremadamente bajas, algunos materiales pierden resistencia eléctrica. Por lo tanto, pueden conducir electricidad sin la menor pérdida. Está claro que este fenómeno tiene muchas aplicaciones técnicas potenciales, como en los 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 hicieron avances impresionantes en la producción de materiales cerámicos que exhiben superconductividad a temperaturas significativamente más altas de lo que se creía posible.

Invención láser

En 1960, se inventó un láser. Produce luz coherente que puede ser dirigida por un haz estrecho. Los láseres resultaron tener innumerables aplicaciones tecnológicas. Incluyen una serie de instrumentos de medición diferentes, como detectores de contaminación del aire, fotografía de alta velocidad, nuevos dispositivos de almacenamiento informático y varios tipos de instrumentos quirúrgicos.

Descubrimiento de semiconductores

Quizás la innovación científica más común fue el descubrimiento de semiconductores.

Semiconductores, cristales que combinan las propiedades de conductores eléctricos y aislantes. Los estudios de estas propiedades llevaron al descubrimiento del transistor a fines de la década de 1940.

El transistor reemplazó gradualmente los tubos de vacío y, finalmente, a principios de la década de 1960, condujo a circuitos integrados y pequeños microprocesadores. Los microprocesadores tuvieron un gran impacto en la ingeniería eléctrica. Su asombrosa eficiencia y tamaño ha generado muchas aplicaciones en una amplia variedad de campos. El desarrollo extremadamente rápido de computadoras con memoria significativamente expandida se hizo posible con la llegada de transistores integrados en microprocesadores. Casi todos los dispositivos informáticos y de comunicación actuales se basan en esta tecnología. El costo y el tamaño de la potencia informática se ha reducido en varios órdenes de magnitud. Además, el desarrollo e implementación de Internet, que conecta millones de computadoras hoy en día, le permite acceder a información de todo el mundo a un nivel y velocidad sin precedentes. La magnitud del impacto potencial de las tecnologías modernas de información y comunicación en la sociedad puede ser comparable a la invención de la imprenta.

Las computadoras modernas también han llevado a logros emocionantes en el marco de la ciencia fundamental, por ejemplo en el campo de la inteligencia artificial.

Otro evento que surgió del estudio de semiconductores fue invención de células fotovoltaicascon el que puedes convertir la luz en energía eléctrica. Traen la esperanza de que la mayor parte de la energía tendrá que convertirse directamente del sol sin una contaminación significativa.

El descubrimiento del electrón, el fenómeno de la radioactividad, el núcleo atómico fue el resultado de un estudio de la estructura de la materia, logrado por la física a fines del siglo XIX. Los estudios de fenómenos eléctricos en líquidos y gases, espectros ópticos de átomos, rayos X, efecto fotoeléctrico mostraron que la sustancia tiene una estructura compleja. La física clásica resultó insostenible al explicar nuevos hechos experimentales. La reducción en las escalas temporales y espaciales en las que se desarrollan los fenómenos físicos ha llevado a la "nueva física", muy diferente de la física clásica tradicional habitual. El desarrollo de la física a principios del siglo XX condujo a una revisión completa de los conceptos clásicos. La base de la "nueva física" son dos teorías fundamentales:

• teoría de la relatividad
• teoría cuántica.

La teoría de la relatividad y la teoría cuántica son la base sobre la cual 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 la creación de modelos mecánicos para todos los fenómenos físicos es imposible.
La teoría de la relatividad se basa en dos conceptos físicos.

• De acuerdo con el principio de relatividad, el movimiento uniforme y rectilíneo de los cuerpos no afecta los procesos que ocurren en ellos.
• Hay una velocidad limitante de propagación de la interacción: la velocidad de la luz en el vacío. La velocidad de la luz es una constante fundamental en la teoría moderna. La existencia de una velocidad límite de propagación de interacción significa que existe una relación entre los intervalos espaciales y temporales.

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

Sistema de referencia inercial - un sistema de referencia que descansa o se mueve de manera uniforme y rectilínea. Un sistema de informes que se mueve a una velocidad constante en relación con cualquier sistema de referencia inercial también es inercial.

Los principios de relatividad de Galileo

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

Postulados de la teoría especial de la relatividad.

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

Transformaciones de Lorentz. Las coordenadas del punto material de la masa en reposo. metro en sistema de referencia inercial Sse definen como ( t,) = (t,x,y,z) y la velocidad tu \u003d ||. Coordenadas del mismo punto en otro sistema de referencia inercial. S " (t ",x ",y ",z ") moviéndose relativamente S a una velocidad constante, asociada con las coordenadas en el sistema S Transformación de Lorentz (Fig. 1).
Si los ejes coordenados de los sistemas z y z " alineado con el vector y en el momento inicial del tiempo t= t " \u003d 0, el origen de ambos sistemas coincidió, luego las transformaciones de Lorentz están dadas por las relaciones

x " = x; y = y"; z " = γ( z− βct); ct " = γ( connecticut− βz),

dónde β = v / c , v - velocidad del marco de referencia en unidades de (0 ≤ β ≤ 1), γ es el factor de Lorentz.

Higo. 1. sistema de sombreado S " movimientos relativos al sistema S con velocidad v a lo largo del eje z.

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

Las transformaciones inversas de Lorentz se obtienen por cambio mutuo de coordenadas. r i ↔ r "i, tu yo ↔ tu "yo y reemplazo v → −v.

x = x "; y = y "; z = γ( z "− βct "); connecticut = γ( ct "− βz ").

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

x "= x; y " = y; z " = z − vt "; t = t ".

Relatividad espacial (abreviatura de Lorentz-Fitzgerald): l " = l /γ .
Relatividad intervalos de tiempo entre eventos (dilatación del tiempo relativista): Δ t " = γ Δ t.
Relatividad de simultaneidad de eventos. Si en el sistema S para eventos Y y EN t A = t B y
x A ≠ x B luego en el sistema S " t " UNA = t "B + γ v/c 2 (x B - x A).

Energía total mi e impulso pags las partículas están determinadas por las relaciones

mi = mc 2 γ ,

(1)

dónde mi, r y metro Es la energía total, el momento y la masa de la partícula, c \u003d 3 · 10 10 cm · sec -1 es la velocidad de la luz en el vacío,
La energía total y el momento de una partícula dependen del marco de referencia. La masa de partículas no cambia durante la transición de un marco de referencia inercial a otro. Ella es una invariante lorentziana. Energía total miimpulso pags y masa metro las partículas están relacionadas por

mi 2 − pags 2 c 2 = metro 2 c 4 ,

(2)

De las relaciones (1) y (2) se deduce que si la energía mi e impulso pagsmedido en dos sistemas diferentes que se mueven entre sí a una velocidad v, entonces la energía y el impulso tendrán diferentes significados en estos sistemas. Sin embargo, el valor mi 2 − pags 2 c 2, que se llama invariante relativistaserá lo mismo en estos sistemas.

Cuando un sólido se calienta, se calienta y comienza a irradiarse en la región continua del espectro. Esta radiación se llama radiación de cuerpo negro. Se han hecho muchos intentos para describir la forma del espectro de un cuerpo completamente negro, basado 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 solo en la región del espectro de longitud de onda larga. La diferencia de longitud de onda corta se ha llamado desastre ultravioleta.

Higo. 2. Distribución energética del espectro de radiación térmica.
Los puntos indican 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 varias frecuencias. Suponiendo que la radiación no se produce de forma continua, sino en porciones, por cuantos, obtuvo una fórmula para la distribución de energía sobre el espectro de radiación térmica, que estaba de acuerdo con los datos experimentales.

dónde h - constante de Planck, k - constante de Boltzmann T - temperatura ν - frecuencia de radiación.

h \u003d 6.58 · 10 -22 MeV ∙ s,
k \u003d 8,62 · 10-11 MeV ∙ K –1.

Utilizado a menudo ћ = h/2π .

Entonces, 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 cuantización es una propiedad común de la radiación electromagnética. Según las ideas de A. Einstein, la radiación electromagnética consiste en cuantos, más tarde llamados fotones. Cada fotón tiene una energía específica. mi e impulso pags:

mi = hν ,

dónde λ y ν Es la longitud de onda y la frecuencia del fotón, es el vector unitario en la dirección de propagación de la onda.
La idea de la cuantificación de la radiación electromagnética permitió explicar las leyes del efecto fotoeléctrico, estudiadas experimentalmente por G. Hertz y A. Stoletov. Basado en la teoría cuántica, A. Compton en 1922 explicó el fenómeno de la dispersión elástica de la radiación electromagnética por 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 Es la masa del electrón, θ Es el ángulo de dispersión del fotón, h / mc \u003d 2.4 · 10-10 cm \u003d 0.024 Å es la longitud de onda del electrón Compton.

Higo. 3. El efecto Compton: la dispersión elástica de un fotón por un electrón.

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

λ - la longitud de onda que se puede comparar con la partícula. El vector de onda está orientado en la dirección del movimiento de la partícula. Los experimentos directos que confirmaron la idea de la dualidad onda-partícula fueron experimentos llevados a cabo en 1927 por K. Davisson y L. Jermer en difracción de electrones en un cristal único de níquel. Posteriormente se observó la difracción de otras micropartículas. El método de difracción de partículas se usa ampliamente actualmente en el estudio de la estructura y las propiedades de la materia.

W. Heisenberg (1901–1976)

La confirmación experimental de la idea de la dualidad onda-partícula condujo a una revisión de las nociones habituales de movimiento de partículas y el método para describir las partículas. Los puntos de material clásico se caracterizan por el movimiento a lo largo de ciertas trayectorias, de modo que sus coordenadas y momentos en cualquier momento se conocen con precisión. Para las partículas cuánticas, esta afirmación es inaceptable, ya que para una partícula cuántica el momento de una partícula está relacionado con su longitud de onda, y hablar de la longitud de onda en un punto dado en el espacio no tiene sentido. Por lo tanto, para una partícula cuántica, es imposible determinar con precisión los valores de sus coordenadas y momento al mismo tiempo. Si una partícula ocupa una posición definida con precisión en el espacio, entonces su momento no está completamente determinado y viceversa, una partícula con cierto momento tiene una coordenada completamente indefinida. Incertidumbre en el valor de la coordenada de partículas Δ x e incertidumbre en el valor del componente de impulso de partículas Δ p x relacionado por la relación de incertidumbre establecida por W. Heisenberg en 1927

Δ x·Δ p x≈ ћ .

De la relación de incertidumbre se desprende 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 sobre el movimiento de una partícula a lo largo de una determinada trayectoria. Se necesita un enfoque fundamentalmente nuevo para la descripción de los sistemas físicos. No todas las cantidades físicas que caracterizan un sistema pueden medirse simultáneamente. En particular, si la incertidumbre en la vida útil de cierto estado cuántico es Δ t, entonces la incertidumbre del valor energético de este estado Δ mi no puede ser menos ћ /Δ tes decir

Δ mi·Δ t≈ ћ .

E. Schrödinger (1887–1961)

A mediados de la década de 1920, se hizo evidente que la teoría atómica semiclásica de N. Bohr no podía dar una descripción completa de las propiedades de un átomo. En los años 1925-1926. En los trabajos de W. Heisenberg y E. Schrödinger, se desarrolló un enfoque general para la descripción de 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