Лейла Мухиден,
25-07-2012 14:39
(ссылка)
10 золотых правил Альберта Эйнштейна
1). Человек, который никогда не ошибался, никогда не пробовал сделать что нибудь новое.2). Образование- это то, что остается после того, когда забываешь все, чему учили в школе.
3). В своем воображений я свободен рисовать как художник. Воображение важнее знание. Знание ограничено . Воображение охватывает весь мир.
4). Секрет творчество состоит в умений скрывать источники своего вдохновение.
5). Ценность человека должна определятся тем, что он дает, а не тем, чего он способен добиться. Старайтесь стать не успешным, а ценным человеком.
6). Есть два способа жить: вы можете жить так, как будто чудес не бывает и вы можете жить так, как будто все в этом мире является чудом.
7). Когда я изучаю себя и свой способ думать, я прихожу к выводу, что дар воображение и фантазий значил для меня больше, чем любые способности к абстрактному мышлению.
8). Чтобы стать безупречным членом стада овец, нужно в первую очередь быть овцой.
9). Нужно выучить правила игры. А затем, нужно начать играть лучше всех.
10). Очень важно не перестать задавать вопросы. Любопытство не случайно дано человеку.
3). В своем воображений я свободен рисовать как художник. Воображение важнее знание. Знание ограничено . Воображение охватывает весь мир.
4). Секрет творчество состоит в умений скрывать источники своего вдохновение.
5). Ценность человека должна определятся тем, что он дает, а не тем, чего он способен добиться. Старайтесь стать не успешным, а ценным человеком.
6). Есть два способа жить: вы можете жить так, как будто чудес не бывает и вы можете жить так, как будто все в этом мире является чудом.
7). Когда я изучаю себя и свой способ думать, я прихожу к выводу, что дар воображение и фантазий значил для меня больше, чем любые способности к абстрактному мышлению.
8). Чтобы стать безупречным членом стада овец, нужно в первую очередь быть овцой.
9). Нужно выучить правила игры. А затем, нужно начать играть лучше всех.
10). Очень важно не перестать задавать вопросы. Любопытство не случайно дано человеку.
Лейла Мухиден,
24-07-2012 20:20
(ссылка)
Ранние годы Альберта Эйнштейна
Ранние годы
Памятник в Ульме на месте дома, где родился Эйнштейн
Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 года в южно-германском городе Ульме, в небогатой еврейской семье. Его родители поженились за три года до рождения сына, 8 августа 1876 года. Отец, Герман Эйнштейн (1847—1902), был в это время совладельцем небольшого предприятия по производству перьевой набивки для матрасов и перин. Мать, Паулина Эйнштейн (урожд. Кох, 1858—1920), происходила из семьи состоятельного торговца кукурузой Юлиуса Дерцбахера (в 1842 году сменил фамилию на Кох) и Йетты Бернхаймер[3]. Летом 1880 годасемья переселилась в Мюнхен, где Герман Эйнштейн вместе с братом Якобом основал небольшую фирму по торговле электрическим оборудованием. В Мюнхене родилась младшая сестра Альберта Мария (Майя, 1881—1951).
Начальное образование Альберт Эйнштейн получил в местной католической школе. Около 12 лет пережил состояние глубокой религиозности, однако вскоре чтение научно-популярных книг сделало его вольнодумцем и навсегда породило скептическое отношение к авторитетам.[4] Из детских впечатлений Эйнштейн позже вспоминал как наиболее сильные: компас, «Начала» Евклида и (около 1889 года) «Критику чистого разума» Иммануила Канта. Кроме того, по инициативе матери он с шести лет начал заниматься игрой на скрипке. Увлечение музыкой сохранялось у Эйнштейна на протяжении всей жизни. Уже находясь в США в Принстоне, в 1934 году Альберт Эйнштейн дал благотворительный концерт, где исполнял на скрипке произведения Моцарта в пользу эмигрировавших из нацистской Германии учёных и деятелей культуры.
Эйнштейн в 14 лет
В гимназии он не был в числе первых учеников (исключение составляли математика и латынь). Укоренившаяся система механического заучивания материала учащимися (которая, как он считал, наносит вред самому духу учёбы и творческому мышлению), а также авторитарное отношение учителей к ученикам вызывало у Альберта Эйнштейна неприятие, поэтому он часто вступал в споры со своими преподавателями.
Памятник в Ульме на месте дома, где родился Эйнштейн
Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 года в южно-германском городе Ульме, в небогатой еврейской семье. Его родители поженились за три года до рождения сына, 8 августа 1876 года. Отец, Герман Эйнштейн (1847—1902), был в это время совладельцем небольшого предприятия по производству перьевой набивки для матрасов и перин. Мать, Паулина Эйнштейн (урожд. Кох, 1858—1920), происходила из семьи состоятельного торговца кукурузой Юлиуса Дерцбахера (в 1842 году сменил фамилию на Кох) и Йетты Бернхаймер[3]. Летом 1880 годасемья переселилась в Мюнхен, где Герман Эйнштейн вместе с братом Якобом основал небольшую фирму по торговле электрическим оборудованием. В Мюнхене родилась младшая сестра Альберта Мария (Майя, 1881—1951).
Начальное образование Альберт Эйнштейн получил в местной католической школе. Около 12 лет пережил состояние глубокой религиозности, однако вскоре чтение научно-популярных книг сделало его вольнодумцем и навсегда породило скептическое отношение к авторитетам.[4] Из детских впечатлений Эйнштейн позже вспоминал как наиболее сильные: компас, «Начала» Евклида и (около 1889 года) «Критику чистого разума» Иммануила Канта. Кроме того, по инициативе матери он с шести лет начал заниматься игрой на скрипке. Увлечение музыкой сохранялось у Эйнштейна на протяжении всей жизни. Уже находясь в США в Принстоне, в 1934 году Альберт Эйнштейн дал благотворительный концерт, где исполнял на скрипке произведения Моцарта в пользу эмигрировавших из нацистской Германии учёных и деятелей культуры.
Эйнштейн в 14 лет
В гимназии он не был в числе первых учеников (исключение составляли математика и латынь). Укоренившаяся система механического заучивания материала учащимися (которая, как он считал, наносит вред самому духу учёбы и творческому мышлению), а также авторитарное отношение учителей к ученикам вызывало у Альберта Эйнштейна неприятие, поэтому он часто вступал в споры со своими преподавателями.
Про Бозон Хиггса простыми словами
Метки: кванты, бозон хиггса, наука, физика
семен николаев,
13-05-2012 08:19
(ссылка)
Эфирная частица
В материальном мире всё дискретно, то есть всё состоит из частиц, которые имеют массу.
Что тогда может быть без массы? Фантазии, иллюзии, мечты и прочее.
Более 400 лет считали, что воздух не имеет массы.
И, наконец, Авогадро объяснил всем, что раз что-то существует как объект и его можно зарегистрировать, то оно материально и имеет массу.
Как он это сделал?
[ Читать далее... → ]
Что тогда может быть без массы? Фантазии, иллюзии, мечты и прочее.
Более 400 лет считали, что воздух не имеет массы.
И, наконец, Авогадро объяснил всем, что раз что-то существует как объект и его можно зарегистрировать, то оно материально и имеет массу.
Как он это сделал?
[ Читать далее... → ]
Мария Леонгардт,
14-03-2012 21:26
(ссылка)
"14 МАРТА - ДЕНЬ РОЖДЕНИЯ АЛЬБЕРТА ЭЙНШТЕЙНА !!!:)"
П О З Д Р А В Л Я Ю ВСЕХ С ДНЕМ РОЖДЕНИЯ АЛЬБЕРТА ЭЙНШТЕЙНА !!! :)
настроение: ПРАЗДНИЧНОЕ!!!:)))
хочется: ТВОРИТЬ....:)
слушаю: СИМФОНИЮ " ПРИ СВЕЧАХ"
Мария Леонгардт,
22-02-2012 14:54
(ссылка)
Сегодня 155 лет со дня рождения Генриха Рудольфа Герца!
ГЕНРИХ РУДОЛЬФ ГЕРЦ
(1857—1894)
В истории науки не так много открытий, с которыми приходится соприкасаться каждый день. Но без того, что сделал Генрих Герц, современную жизнь представить уже невозможно, поскольку радио и телевидение
являются необходимой частью нашего быта, а он сделал открытие именно
в этой области.
Генрих Рудольф Герц родился 22 февраля 1857 года в семье адвоката,
позже ставшего сенатором. Мальчик был слабым и болезненным, но благополучно преодолел необычайно трудные для него первые годы жизни,
и, к радости родителей, выровнялся, стал здоровым и жизнерадостным.
Все считали, что он пойдет по стопам отца. И действительно, Генрих
поступил в Гамбургское реальное училище и собирался изучать юриспруденцию. Однако после того, как у них в училище начались занятия по
физике, его интересы круто изменились. К счастью, родители не мешали
мальчику искать свое призвание и разрешили ему перейти в гимназию,
окончив которую, он получал право поступления в университет.
Получив аттестат зрелости. Герц уехал в 1875 году в Дрезден и поступил
в высшее техническое училище. Вначале ему там понравилось, но постепенно юноша понял, что карьера инженера не для него. 1 ноября 1877 года
он отправил родителям письмо, где были такие слова: «Раньше я часто
говорил себе, что быть посредственным инженером для меня предпочтительнее, чем посредственным ученым. А теперь думаю, что Шиллер прав,
сказав: «Кто трусит рисковать жизнью, тот не добьется в ней успеха». И
эта излишняя моя осторожность была бы с моей стороны безумием».
Поэтому он ушел из училища и отправился в Мюнхен, где был принят
сразу на второй курс университета. Проведенные в Мюнхене годы показали, что университетских знаний недостаточно; для самостоятельных науч
ных занятий необходимо было найти ученого, который согласился бы стать
его научным руководителем. Вот почему после окончания университетаГерц отправился в Берлин, где устроился ассистентом в лаборатории крупнейшего немецкого физика того времени Германа Гельмгольца.
Гельмгольц вскоре заметил талантливого юношу, и между ними установились хорошие отношения, которые впоследствии перешли в тесную дружбу и одновременно в научное сотрудничество. Под руководством Гельмгольца Герц защитил диссертацию и стал признанным специалистом в своей
области.
Гельмгольц в своем некрологе вспоминает начало научного пути Герца, когда он предложил ему тему для студенческой работы из области
электродинамики, «будучи уверен, что Герц заинтересуется этим вопросом и успешно его разрешит». Таким образом, Гельмгольц ввел Герца в ту
область, в которой ему впоследствии пришлось сделать фундаментальные
открытия и обессмертить себя. Характеризуя состояние электродинамики
в то время (лето 1879 года), Гельмгольц писал: «...область электродинамики превратилась в то время в бездорожную пустыню. Факты, основанные
на наблюдениях и следствиях из весьма сомнительных теорий, — все это
было вперемежку соединено между собой». Именно в этот год Герц родился как ученый.
Начинающего ученого всецело захватила работа над обязательной для
выпускника университета докторской диссертацией, которую он хотел
закончить как можно скорее. 5 февраля 1880 года Генрих Герц был увенчан степенью доктора наук с редким в истории Берлинского университета, да еще у таких строгих профессоров, как Кирхгоф и Гельмгольц, предикатом — с отличием. Его дипломная работа «Об индукции во вращающемся шаре» была теоретической, и он продолжал заниматься теоретическими изысканиями в физическом институте при университете.
Но Генрих Герц стал сомневаться, так как он считал, что теоретические работы, опубликованные им, случайны для него как для ученого. Его
все больше и больше стали привлекать эксперименты.
По рекомендации своего учителя в 1883 году Герц получил должность
доцента в Киле, а через шесть лет стал профессором физики в Высшей
технической школе в Карлсруэ. Здесь у Герца была своя собственная экспериментальная лаборатория, которая обеспечила ему свободу творчества, возможность заниматься тем, к чему он чувствовал интерес и признание. Герц осознал, что больше всего на свете его интересует электричество, быстрые электрические колебания, над изучением которых он трудился еще в студенческие годы. Именно в Карлсруэ начался наиболее
плодотворный период его научной деятельности, который, к сожалению,
продолжался недолго.
В работе 1884 года Герц показывает, что максвелловская электродинамика обладает преимуществами по отношению к обычной, но считает не
доказанным, что она является единственно возможной. В дальнейшем Герц,однако, остановился на компромиссной теории Гельмгольца. Гельмгольцвзял у Максвелла и Фарадея признание роли среды в электромагнитныхпроцессах, но в отличие от Максвелла считал, что действие незамкнутыхтоков должно быть отлично от действия замкнутых токов.
Этот вопрос изучал в лаборатории Гельмгольца Н.Н. Шиллер в 1876 году.
Шиллер не обнаружил различия между замкнутыми и незамкнутыми токами, как-то и должно было быть по теории Максвелла! Но, видимо, Гельмгольц не удовлетворился этим и предложил Герцу вновь заняться проверкой теории Максвелла.
Подсчеты Герца показали, что ожидаемый эффект даже при наиболее
благоприятных условиях будет слишком мал, и он «отказался от разработки задачи». Однако с этих пор он не переставал думать о возможных путях
ее решения и его внимание «было обострено в отношении всего, что связано с электрическими колебаниями».
К началу исследований Герца электрические колебания были изучены
и теоретически и экспериментально. Герц с его обостренным вниманием
к этому вопросу, работая в высшей технической школе в Карлсруэ, нашел
в физическом кабинете пару индукционных катушек, предназначавшихся
для лекционных демонстраций. «Меня поразило, — писал он, — что для
получения искр в одной обмотке не было необходимости разряжать большие батареи через другую и, более того, что для этого достаточны небольшие лейденские банки и даже разряды небольшого индукционного аппарата, если только разряд пробивал искровой промежуток». Экспериментируя с этими катушками, Герц пришел к идее своего первого опыта.
Экспериментальную установку и сами опыты Герц описал в опубликованной в 1887 году статье «О весьма быстрых электрических колебаниях». Герц описывает здесь способ генерации колебаний, «приблизительно
в сто раз быстрее наблюденных Феддерсеном». «Период этих колебаний, —
пишет Герц, — определяемый, конечно, лишь при помощи теории, измеряется стомиллионными долями секунды. Следовательно, в отношении
продолжительности они занимают среднее место между звуковыми колебаниями весомых тел и световыми колебаниями эфира». Но ни о каких
электромагнитных волнах длиной порядка трех метров Герц в этой работе
не говорит. Все, что он сделал, это сконструировал генератор и приемник
электрических колебаний, изучая индукционное действие колебательного
контура генератора на колебательный контур приемника при максимальном расстоянии между ними три метра.
В работе «О действиях тока» Герц перешел к изучению явлений на
более далеком расстоянии, работая в аудитории длиной 14 метров и шириной 12 метров. Он обнаружил, что если расстояние приемника от вибратора менее одного метра, то характер распределения электрической силы
аналогичен полю диполя и убывает обратно пропорционально кубу рас
стояния. Однако на расстояниях, превышающих три метра, поле убываетзначительно медленнее и неодинаково в различных направлениях. В направлении оси вибратора действие убывает значительно быстрее, чем в
направлении, перпендикулярном оси, и едва заметно на расстоянии
четырех метров, тогда как в перпендикулярном направлении оно достигает расстояний, больших двенадцати метров. ;
Этот результат противоречит всем законам теории дальнодействия.
Герц продолжал исследование в волновой зоне своего вибратора, поле
которого он позже рассчитал теоретически. В ряде последующих работ Герц
неопровержимо доказал существование электромагнитных волн, распрост-
раняющихся с конечной скоростью. «Результаты опытов, поставленных мною
над быстрыми электрическими колебаниями, — писал Герц в своей восьмой
статье 1888 года, — показали мне, что теория Максвелла обладает преиму-
ществом перед всеми другими теориями электродинамики».
Поле в этой волновой зоне в различные моменты времени Герц изоб-
разил с помощью картины силовых линий. Эти рисунки Герца вошли во
все учебники электричества. Расчеты Герца легли в основу теории излуче-
ния антенн и классической теории излучения атомов и молекул
Таким образом. Герц в процессе своих исследований окончательно и
безоговорочно перешел на точку зрения Максвелла, придал удобную фор-
му его уравнениям, дополнил теорию Максвелла теорией электромагнит-
ного излучения. Герц получил экспериментально электромагнитные вол-
ны, предсказанные теорией Максвелла, и показал их тождество с волнами
света.
В 1889 году на 62-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей
Герц прочитал доклад «О соотношении между светом и электричеством».
Здесь он подводит итоги своих опытов в следующих словах: «Все эти опыты очень просты в принципе, но, тем не менее, они влекут за собой важнейшие следствия. Они рушат всякую теорию, которая считает, что электрические силы перепрыгивают пространство мгновенно Они означают
блестящую победу теории Максвелла... Насколько маловероятным казалось ранее ее воззрение на сущность света, настолько трудно теперь не
разделить это воззрение».
В 1890 году Герц опубликовал две статьи: «Об основных уравнениях
электродинамики в покоящихся телах» и «Об основных уравнениях электродинамики для движущихся тел». Эти статьи содержали исследования о
распространении «лучей электрической силы» и, в сущности, давали то
каноническое изложение максвелловской теории электрического поля,
которое вошло с тех пор в учебную литературу.
Опыты Герца вызвали огромный резонанс. Особое внимание привлекли
опыты, описанные в работе «О лучах электрической силы». «Эти опыты с
вогнутыми зеркалами, — писал Герц в «Введении» к своей книге «Исследования по распространению электрической силы», — быстро обратили
на себя внимание, они часто повторялись и подтверждались. Они получили положительную оценку, которая далеко превзошла мои ожидания»,
Среди многочисленных повторений опытов Герца особое место занимают опыты русского физика П. Н. Лебедева, опубликованные в 1895 году,
первом году после смерти Герца.
В последние годы жизни Герц переехал в Бонн, где также возглавил
кафедру физики в местном университете. Там он совершил еще одно крупнейшее открытие. В своей работе «О влиянии ультрафиолетового света на
электрический разряд», поступившей в «Протоколы Берлинской Академии наук» 9 июня 1887 года, Герц описывает важное явление, открытое
им и получившее впоследствии название фотоэлектрического эффекта.
Это замечательное открытие было сделано благодаря несовершенству
герцевского метода детектирования колебаний: искры, возбуждаемые в
приемнике, были настолько слабы, что Герц решил для облегчения наблюдения поместить приемник в темный футляр. Однако оказалось, что
максимальная длина искры при этом значительно меньше, чем в открытом контуре. Удаляя последовательно стенки футляра, Герц заметил, что
мешающее действие оказывает стенка, обращенная к искре генератора
Исследуя тщательно это явление, Герц установил причину, облегчающую
искровой разряд приемника, — ультрафиолетовое свечение искры генератора. Таким образом, чисто случайно, как пишет сам Герц, был открыт
важный факт, не имевший прямого отношения к цели исследования. Этот
факт сразу же привлек внимание ряда исследователей, в том числе профессора Московского университета А.Г. Столетова, особенно тщательно
исследовавшего новый эффект, названный им актиноэлектрическим.
Исследовать это явление детально Герц не успел, поскольку скоропостижно умер от злокачественной опухоли 1 января 1894 года. До последних дней жизни ученый работал над книгой «Принципы механики, изложенные в новой связи». В ней он стремился осмыслить собственные
открытия и наметить дальнейшие пути исследования электрических явлений.
После безвременной смерти ученого этот труд закончил и подготовил
к изданию Герман Гельмгольц В предисловии к книге он назвал Герца
самым талантливым из своих учеников и предсказал, что его открытия
будут определять развитие науки на многие десятилетия вперед.
Слова Гельмгольца оказались пророческими и начали сбываться уже
через несколько лет после смерти ученого. А в XX веке из работ Герца
возникли практически все направления современной физики
(1857—1894)
В истории науки не так много открытий, с которыми приходится соприкасаться каждый день. Но без того, что сделал Генрих Герц, современную жизнь представить уже невозможно, поскольку радио и телевидение
являются необходимой частью нашего быта, а он сделал открытие именно
в этой области.
Генрих Рудольф Герц родился 22 февраля 1857 года в семье адвоката,
позже ставшего сенатором. Мальчик был слабым и болезненным, но благополучно преодолел необычайно трудные для него первые годы жизни,
и, к радости родителей, выровнялся, стал здоровым и жизнерадостным.
Все считали, что он пойдет по стопам отца. И действительно, Генрих
поступил в Гамбургское реальное училище и собирался изучать юриспруденцию. Однако после того, как у них в училище начались занятия по
физике, его интересы круто изменились. К счастью, родители не мешали
мальчику искать свое призвание и разрешили ему перейти в гимназию,
окончив которую, он получал право поступления в университет.
Получив аттестат зрелости. Герц уехал в 1875 году в Дрезден и поступил
в высшее техническое училище. Вначале ему там понравилось, но постепенно юноша понял, что карьера инженера не для него. 1 ноября 1877 года
он отправил родителям письмо, где были такие слова: «Раньше я часто
говорил себе, что быть посредственным инженером для меня предпочтительнее, чем посредственным ученым. А теперь думаю, что Шиллер прав,
сказав: «Кто трусит рисковать жизнью, тот не добьется в ней успеха». И
эта излишняя моя осторожность была бы с моей стороны безумием».
Поэтому он ушел из училища и отправился в Мюнхен, где был принят
сразу на второй курс университета. Проведенные в Мюнхене годы показали, что университетских знаний недостаточно; для самостоятельных науч
ных занятий необходимо было найти ученого, который согласился бы стать
его научным руководителем. Вот почему после окончания университетаГерц отправился в Берлин, где устроился ассистентом в лаборатории крупнейшего немецкого физика того времени Германа Гельмгольца.
Гельмгольц вскоре заметил талантливого юношу, и между ними установились хорошие отношения, которые впоследствии перешли в тесную дружбу и одновременно в научное сотрудничество. Под руководством Гельмгольца Герц защитил диссертацию и стал признанным специалистом в своей
области.
Гельмгольц в своем некрологе вспоминает начало научного пути Герца, когда он предложил ему тему для студенческой работы из области
электродинамики, «будучи уверен, что Герц заинтересуется этим вопросом и успешно его разрешит». Таким образом, Гельмгольц ввел Герца в ту
область, в которой ему впоследствии пришлось сделать фундаментальные
открытия и обессмертить себя. Характеризуя состояние электродинамики
в то время (лето 1879 года), Гельмгольц писал: «...область электродинамики превратилась в то время в бездорожную пустыню. Факты, основанные
на наблюдениях и следствиях из весьма сомнительных теорий, — все это
было вперемежку соединено между собой». Именно в этот год Герц родился как ученый.
Начинающего ученого всецело захватила работа над обязательной для
выпускника университета докторской диссертацией, которую он хотел
закончить как можно скорее. 5 февраля 1880 года Генрих Герц был увенчан степенью доктора наук с редким в истории Берлинского университета, да еще у таких строгих профессоров, как Кирхгоф и Гельмгольц, предикатом — с отличием. Его дипломная работа «Об индукции во вращающемся шаре» была теоретической, и он продолжал заниматься теоретическими изысканиями в физическом институте при университете.
Но Генрих Герц стал сомневаться, так как он считал, что теоретические работы, опубликованные им, случайны для него как для ученого. Его
все больше и больше стали привлекать эксперименты.
По рекомендации своего учителя в 1883 году Герц получил должность
доцента в Киле, а через шесть лет стал профессором физики в Высшей
технической школе в Карлсруэ. Здесь у Герца была своя собственная экспериментальная лаборатория, которая обеспечила ему свободу творчества, возможность заниматься тем, к чему он чувствовал интерес и признание. Герц осознал, что больше всего на свете его интересует электричество, быстрые электрические колебания, над изучением которых он трудился еще в студенческие годы. Именно в Карлсруэ начался наиболее
плодотворный период его научной деятельности, который, к сожалению,
продолжался недолго.
В работе 1884 года Герц показывает, что максвелловская электродинамика обладает преимуществами по отношению к обычной, но считает не
доказанным, что она является единственно возможной. В дальнейшем Герц,однако, остановился на компромиссной теории Гельмгольца. Гельмгольцвзял у Максвелла и Фарадея признание роли среды в электромагнитныхпроцессах, но в отличие от Максвелла считал, что действие незамкнутыхтоков должно быть отлично от действия замкнутых токов.
Этот вопрос изучал в лаборатории Гельмгольца Н.Н. Шиллер в 1876 году.
Шиллер не обнаружил различия между замкнутыми и незамкнутыми токами, как-то и должно было быть по теории Максвелла! Но, видимо, Гельмгольц не удовлетворился этим и предложил Герцу вновь заняться проверкой теории Максвелла.
Подсчеты Герца показали, что ожидаемый эффект даже при наиболее
благоприятных условиях будет слишком мал, и он «отказался от разработки задачи». Однако с этих пор он не переставал думать о возможных путях
ее решения и его внимание «было обострено в отношении всего, что связано с электрическими колебаниями».
К началу исследований Герца электрические колебания были изучены
и теоретически и экспериментально. Герц с его обостренным вниманием
к этому вопросу, работая в высшей технической школе в Карлсруэ, нашел
в физическом кабинете пару индукционных катушек, предназначавшихся
для лекционных демонстраций. «Меня поразило, — писал он, — что для
получения искр в одной обмотке не было необходимости разряжать большие батареи через другую и, более того, что для этого достаточны небольшие лейденские банки и даже разряды небольшого индукционного аппарата, если только разряд пробивал искровой промежуток». Экспериментируя с этими катушками, Герц пришел к идее своего первого опыта.
Экспериментальную установку и сами опыты Герц описал в опубликованной в 1887 году статье «О весьма быстрых электрических колебаниях». Герц описывает здесь способ генерации колебаний, «приблизительно
в сто раз быстрее наблюденных Феддерсеном». «Период этих колебаний, —
пишет Герц, — определяемый, конечно, лишь при помощи теории, измеряется стомиллионными долями секунды. Следовательно, в отношении
продолжительности они занимают среднее место между звуковыми колебаниями весомых тел и световыми колебаниями эфира». Но ни о каких
электромагнитных волнах длиной порядка трех метров Герц в этой работе
не говорит. Все, что он сделал, это сконструировал генератор и приемник
электрических колебаний, изучая индукционное действие колебательного
контура генератора на колебательный контур приемника при максимальном расстоянии между ними три метра.
В работе «О действиях тока» Герц перешел к изучению явлений на
более далеком расстоянии, работая в аудитории длиной 14 метров и шириной 12 метров. Он обнаружил, что если расстояние приемника от вибратора менее одного метра, то характер распределения электрической силы
аналогичен полю диполя и убывает обратно пропорционально кубу рас
стояния. Однако на расстояниях, превышающих три метра, поле убываетзначительно медленнее и неодинаково в различных направлениях. В направлении оси вибратора действие убывает значительно быстрее, чем в
направлении, перпендикулярном оси, и едва заметно на расстоянии
четырех метров, тогда как в перпендикулярном направлении оно достигает расстояний, больших двенадцати метров. ;
Этот результат противоречит всем законам теории дальнодействия.
Герц продолжал исследование в волновой зоне своего вибратора, поле
которого он позже рассчитал теоретически. В ряде последующих работ Герц
неопровержимо доказал существование электромагнитных волн, распрост-
раняющихся с конечной скоростью. «Результаты опытов, поставленных мною
над быстрыми электрическими колебаниями, — писал Герц в своей восьмой
статье 1888 года, — показали мне, что теория Максвелла обладает преиму-
ществом перед всеми другими теориями электродинамики».
Поле в этой волновой зоне в различные моменты времени Герц изоб-
разил с помощью картины силовых линий. Эти рисунки Герца вошли во
все учебники электричества. Расчеты Герца легли в основу теории излуче-
ния антенн и классической теории излучения атомов и молекул
Таким образом. Герц в процессе своих исследований окончательно и
безоговорочно перешел на точку зрения Максвелла, придал удобную фор-
му его уравнениям, дополнил теорию Максвелла теорией электромагнит-
ного излучения. Герц получил экспериментально электромагнитные вол-
ны, предсказанные теорией Максвелла, и показал их тождество с волнами
света.
В 1889 году на 62-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей
Герц прочитал доклад «О соотношении между светом и электричеством».
Здесь он подводит итоги своих опытов в следующих словах: «Все эти опыты очень просты в принципе, но, тем не менее, они влекут за собой важнейшие следствия. Они рушат всякую теорию, которая считает, что электрические силы перепрыгивают пространство мгновенно Они означают
блестящую победу теории Максвелла... Насколько маловероятным казалось ранее ее воззрение на сущность света, настолько трудно теперь не
разделить это воззрение».
В 1890 году Герц опубликовал две статьи: «Об основных уравнениях
электродинамики в покоящихся телах» и «Об основных уравнениях электродинамики для движущихся тел». Эти статьи содержали исследования о
распространении «лучей электрической силы» и, в сущности, давали то
каноническое изложение максвелловской теории электрического поля,
которое вошло с тех пор в учебную литературу.
Опыты Герца вызвали огромный резонанс. Особое внимание привлекли
опыты, описанные в работе «О лучах электрической силы». «Эти опыты с
вогнутыми зеркалами, — писал Герц в «Введении» к своей книге «Исследования по распространению электрической силы», — быстро обратили
на себя внимание, они часто повторялись и подтверждались. Они получили положительную оценку, которая далеко превзошла мои ожидания»,
Среди многочисленных повторений опытов Герца особое место занимают опыты русского физика П. Н. Лебедева, опубликованные в 1895 году,
первом году после смерти Герца.
В последние годы жизни Герц переехал в Бонн, где также возглавил
кафедру физики в местном университете. Там он совершил еще одно крупнейшее открытие. В своей работе «О влиянии ультрафиолетового света на
электрический разряд», поступившей в «Протоколы Берлинской Академии наук» 9 июня 1887 года, Герц описывает важное явление, открытое
им и получившее впоследствии название фотоэлектрического эффекта.
Это замечательное открытие было сделано благодаря несовершенству
герцевского метода детектирования колебаний: искры, возбуждаемые в
приемнике, были настолько слабы, что Герц решил для облегчения наблюдения поместить приемник в темный футляр. Однако оказалось, что
максимальная длина искры при этом значительно меньше, чем в открытом контуре. Удаляя последовательно стенки футляра, Герц заметил, что
мешающее действие оказывает стенка, обращенная к искре генератора
Исследуя тщательно это явление, Герц установил причину, облегчающую
искровой разряд приемника, — ультрафиолетовое свечение искры генератора. Таким образом, чисто случайно, как пишет сам Герц, был открыт
важный факт, не имевший прямого отношения к цели исследования. Этот
факт сразу же привлек внимание ряда исследователей, в том числе профессора Московского университета А.Г. Столетова, особенно тщательно
исследовавшего новый эффект, названный им актиноэлектрическим.
Исследовать это явление детально Герц не успел, поскольку скоропостижно умер от злокачественной опухоли 1 января 1894 года. До последних дней жизни ученый работал над книгой «Принципы механики, изложенные в новой связи». В ней он стремился осмыслить собственные
открытия и наметить дальнейшие пути исследования электрических явлений.
После безвременной смерти ученого этот труд закончил и подготовил
к изданию Герман Гельмгольц В предисловии к книге он назвал Герца
самым талантливым из своих учеников и предсказал, что его открытия
будут определять развитие науки на многие десятилетия вперед.
Слова Гельмгольца оказались пророческими и начали сбываться уже
через несколько лет после смерти ученого. А в XX веке из работ Герца
возникли практически все направления современной физики
Плазму будут использовать в медицине
 | |
 | Специалистам, занимающимся исследованиями на борту Международной космической станции в рамках проекта ЕКА Astrolab, удалось разработать радикально новый способ борьбы с инфекциями. Болезнетворные вирусы и бактерии можно эффективно уничтожать при помощи четвертого состояния вещества - плазмы. Открытие может произвести настоящую революцию в медицине. |
| http://www.pravda.ru/science/planet/humanbeing/06-06-2011/1079222-plasma_infeccio-0/ | |
12 апреля- день космонавтики!
Всех с праздником победы человека над гравитацией!Предлагаю посмотреть некоторые кадры того времени.
настроение: Хорошее
Метки: космос, Гагарин, видео, космонавтика, 12 апреля
ВРЕМЯ и его тайны
Одна из наиболее непостижимых загадок физики состоит в том, что элементарное восприятие человеком времени как потока, непрерывной смены событий (или как перемещения момента “теперь”) – не имеет места в физическом описании объективного мира.
[ Читать далее... → ]
[ Читать далее... → ]
Мера массы
Великая французская революция провозгласила – долой ярды, мили и фунты.
Так родился метр, а вместе с ним и десятичная система измерения длины,
площади, объема и веса. Взвесили воду - один кубический дециметр. То,
что получилось, назвали килограммом. Но водный эталон оказался не
слишком надeжным. Через несколько лет его заменили металлическим
цилиндром. Сначала медным, потом из сплава платины и иридия.До сих
пор эталон килограмма хранится во Франции под Парижем в Международном
бюро мер и весов. В конце XIX века почти вся Европа, в том числе и
Россия, присоединилась к десятичной системе мер и весов. Каждая страна
получила свои копии эталонов.
В Россию эталон килограмма приехал
из Англии в 1899 году. Эти эталоны доставили в Санкт-Петербург. Первым
хранителем был великий Дмитрий Иванович Менделеев. Сегодня в каждом
крупном городе есть рабочий эталон. Московский килограмм сверяют с
Питерским эталоном один раз в два года. Сверка национальных образцов
происходит раз в 25 лет.
Совсем недавно эталонный килограмм во
Франции похудел на 50 микрограммов. Для эталона – это значительная
потеря. Если взвешивать картошку, то такую разницу никто не заметит. Но в
микробиологии и при производстве лекарств каждый микрограмм имеет
значение.
Учeные бьют тревогу. Нужно срочно подгонять под
международный эталон все национальные копии или менять его. Один из
вариантов - кремниевая сфера, которая будет содержать строго
определeнное количество атомов. Но и с ней могут возникнуть те же
сложности, что и с нынешним эталоном.
Так родился метр, а вместе с ним и десятичная система измерения длины,
площади, объема и веса. Взвесили воду - один кубический дециметр. То,
что получилось, назвали килограммом. Но водный эталон оказался не
слишком надeжным. Через несколько лет его заменили металлическим
цилиндром. Сначала медным, потом из сплава платины и иридия.До сих
пор эталон килограмма хранится во Франции под Парижем в Международном
бюро мер и весов. В конце XIX века почти вся Европа, в том числе и
Россия, присоединилась к десятичной системе мер и весов. Каждая страна
получила свои копии эталонов.
В Россию эталон килограмма приехал
из Англии в 1899 году. Эти эталоны доставили в Санкт-Петербург. Первым
хранителем был великий Дмитрий Иванович Менделеев. Сегодня в каждом
крупном городе есть рабочий эталон. Московский килограмм сверяют с
Питерским эталоном один раз в два года. Сверка национальных образцов
происходит раз в 25 лет.
Совсем недавно эталонный килограмм во
Франции похудел на 50 микрограммов. Для эталона – это значительная
потеря. Если взвешивать картошку, то такую разницу никто не заметит. Но в
микробиологии и при производстве лекарств каждый микрограмм имеет
значение.
Учeные бьют тревогу. Нужно срочно подгонять под
международный эталон все национальные копии или менять его. Один из
вариантов - кремниевая сфера, которая будет содержать строго
определeнное количество атомов. Но и с ней могут возникнуть те же
сложности, что и с нынешним эталоном.
Мария Леонгардт,
14-03-2011 18:54
(ссылка)
Поздравляю всех с Днем Рождения Альберта Эйнштейна!!!
Сегодня День Рождения великого ученого и гения Альберта Эйнштейна а также международный день числа Пи!!!
Рекомендуемые научные сообщества
В комментарии можно добавлять ссылки на интересные сообщества .
Несколько рекомендаций от меня
Астрономический клуб
Библиотека ссылок по физике
Всевозможная альтернативная энергия
Естествознание
Никола Тесла
Современное материаловедение
Физика, Химия, Опыты
Несколько рекомендаций от меня
Астрономический клуб Библиотека ссылок по физике Естествознание Никола Тесла Современное материаловедение Физика, Химия, Опыты
О интерферометрах и гироскопах
Интерференция- наложение лучей света друг на друга. Наблюдается чередование светлых и темных зон на экране.Для наблюдения используется свет лазера из-за временной стабильности изображения.
Гироскоп - прибор для замерения вращательных движений.Быстровращающееся твердое тело, служащее основой гироскопа,также называют гироскопом.
Далее об их применении.
Гироскоп - прибор для замерения вращательных движений.Быстровращающееся твердое тело, служащее основой гироскопа,также называют гироскопом.
Далее об их применении.
ВСЕЛЕННАЯ – это просто, как раз, два, три…
В статье так просто рассказано о Вселенной, что Вы, наверняка, удивитесь!
А ещё узнаете про моё «ноу-хау», что, как минимум, Вас развеселит!)))
[ Читать далее... → ]
А ещё узнаете про моё «ноу-хау», что, как минимум, Вас развеселит!)))
[ Читать далее... → ]
ТЕОРИЯ СТРУН «зашифрована»… в МИРЕ ЧИСЕЛ?
Теория струн– это физическая теория, в основе которой лежит чудовищно сложный математический аппарат (возможно, поэтому многие физики просто… не признают теорию струн). Эта теория возникла в 1968 г….
Далее: http://zhurnal.lib.ru/i/isaew_aleksandr_wasilxewich/number2040.shtml
(всё коротко и доступно – поймут даже двоечники и лоботрясы!)
Далее: http://zhurnal.lib.ru/i/isaew_aleksandr_wasilxewich/number2040.shtml
(всё коротко и доступно – поймут даже двоечники и лоботрясы!)
Еще один отрезок из физики невозможного.
Назад во времени
Источник
Однако если рассмотреть теорию Максвелла, сценарий окажется гораздо более сложным. При решении максвелловых уравнений для света мы получаем не одно, а два решения: не только «запаздывающую» волну, которая представляет собой обычное движение света из одной точки в другую, но еще и «опережающую» волну, которая представляет собой луч света, уходящий назад во времени. Это продвинутое решение выходит из будущего и приходит в прошлое!
В течение сотни лет любой инженер, встречая это «опережающее» решение, уходящее назад во времени, просто отбрасывал его как чисто математическую диковинку. Поскольку обычные волны Максвелла чрезвычайно точно предсказывали поведение радиоволн всех диапазонов, практики отбрасывали опережающее решение как ненужное и забывали о нем. Обычная волна была так хороша, красива и успешна, что инженеры просто игнорировали ее безобразную сестру-близнеца: от добра добра не ищут.
Но физикам опережающая волна все эти сто лет не давала спокойно спать. Уравнения Максвелла — один из столпов современности, поэтому к любому их решению следует отнестись очень серьезно, даже если для этого потребуется принять существование волн из будущего. Полностью игнорировать их было совершенно невозможно. Почему природа дала нам такое странное, причудливое решение — да еще на самом базовом уровне? Что это — жестокая шутка, или в этом есть какой-то глубокий смысл?
Интерес к опережающим волнам проявили и мистики; появились даже рассуждения о том, что это могут оказаться послания из будущего. Может быть, если как-нибудь обуздать эти волны, мы могли бы посылать сообщения в прошлое и сообщать предыдущим поколениям о грядущих событиях. К примеру, можно было бы посоветовать нашим прадедушкам и прабабушкам в 1929 г. продать все акции, не дожидаясь Черного четверга. Конечно, опережающие волны не позволили бы нам лично посещать прошлое — это все же не машина времени, — зато помогли бы организовать отправку в прошлое писем и сообщений с предупреждениями о ключевых событиях, которые еще не произошли.
Опережающие волны оставались загадкой, пока за их изучение не взялся Ричард Фейнман, которого всегда занимала идея вернуться в прошлое. После участия в Манхэттенском проекте, где была создана первая атомная бомба, Фейнман покинул Лос-Аламос и уехал в Принстонскии университет работать под началом Джона Уилера. Анализируя первые работы Дирака по электрону, Фейнман обнаружил нечто очень странное. Если изменить направление времени в уравнении Дирака на обратное и одновременно изменить знак заряда электрона, то уравнение останется прежним. Другими словами, у Фейнмана получилось, что электрон, движущийся назад во времени, — это то же самое, что позитрон, который движется вперед во времени! В обычных обстоятельствах зрелый, сложившийся физик мог бы отбросить эту интерпретацию, посчитав ее просто фокусом, математической уловкой, не имеющей ни значения, ни физического смысла. Вообще, на первый взгляд кажется, что движение назад во времени лишено всякого смысла, но уравнения Дирака в этом отношении совершенно ясны. Другими словами, Фейнману удалось обнаружить причину, по которой природа разрешает существование этих обратных во времени решений: они представляют движение антиматерии. Будь Фейнман более опытным физиком, он, вполне возможно, выбросил бы это решение в корзину. Но будучи всего лишь выпускником, он решил пойти на поводу собственного любопытства и исследовать вопрос дальше.
Продолжая копаться в этом загадочном решении, молодой Фейнман заметил нечто еще более странное. Обычно если электрон и позитрон сталкиваются, они оба аннигилируют с одновременным образованием гамма-кванта. Он нарисовал схему происходящего на листе: два объекта сталкиваются и исчезают, а вместо них возникает всплеск энергии.
С другой стороны, если изменить заряд позитрона на противоположный, он превратится в обычный электрон, движущийся назад во времени. Тогда описанную диаграмму можно будет нарисовать заново — только ось времени окажется направлена в другую сторону. Вообще, все выглядит так, как будто электрон двигался вперед во времени, а затем неожиданно решил изменить направление. Он резко развернулся во времени и направился обратно, высвободив в момент разворота некоторое количество энергии. Другими словами, получилось, что это один и тот же электрон, а процесс аннигиляции электрона и позитрона — это просто момент разворота его во времени!
Таким образом, Фейнману удалось раскрыть тайну антивещества: это обычное вещество, движущееся назад во времени.
Простое наблюдение сразу же объяснило тот загадочный факт, что у каждой частицы непременно есть партнер-античастица: это потому, что все частицы способны двигаться назад во времени и при этом притворяться антивеществом. (Такая интерпретация эквивалентна уже упоминавшемуся «морю Дирака», но она проще, и на сегодняшний день именно она является общепринятой.)
Теперь представим, что у нас есть кусок антивещества, и мы сталкиваем его с обычным веществом, порождая сильнейший взрыв. В этот момент аннигилируют между собой триллионы электронов и триллионы позитронов. Но если мы поменяем направление стрелочки для позитрона и превратим его таким образом в электрон, движущийся назад во времени, то получится, что весь наш взрыв — это один и тот же электрон, который выписывает зигзаги и мечется вперед-назад во времени триллионы раз подряд.
Из всего этого можно было сделать и еще один любопытный вывод: в нашем куске вещества должен быть всего один электрон. Один и тот же электрон носился вперед и назад, выписывая во времени бесконечные зигзаги. Каждый раз, разворачиваясь во времени, он превращался в позитрон; но стоило ему развернуться обратно во времени, как он снова оборачивался обычным электроном.
(Общаясь со своим научным руководителем Джоном Уилером, Фейнман рассуждал, что во Вселенной, возможно, вообще всего один электрон, который носится туда-сюда во времени. Представьте себе, что из хаоса Большого взрыва родился один-единственный электрон. Когда-нибудь, через несколько триллионов лет, этот электрон доживет до катастрофы и гибели Вселенной; тогда он развернется и направится назад, к Большому взрыву, где еще раз поменяет направление движения во времени. Можно предположить, что этот электрон постоянно путешествует туда-сюда, от Большого взрыва до Судного дня. А наша Вселенная двадцать первого века—это просто временной срез путешествий этого электрона; мы видим одновременно триллионы электронов и позитронов, т.е. видимую Вселенную. Конечно, эта теория может показаться странной, но она объяснила бы один любопытный факт квантовой теории: почему все электроны одинаковы. В физике невозможно различить электроны. Невозможно считать один из электронов зеленым, а другому, скажем, дать имя Джонни. У электронов нет индивидуальности. Невозможно «пометить» электрон, как ученые иногда помечают диких животных, чтобы их проще было отслеживать и изучать. Может быть, причина как раз в том, что во всей Вселенной есть один-единственный электрон, который просто носится туда-сюда во времени.)
Но если антивещество представляет собой обычное вещество, движущееся назад во времени, то нельзя ли с его помощью послать сообщение в прошлое? Может быть, можно послать сегодняшний номер Wall Street Journal в прошлое самому себе и как следует нажиться на биржевых спекуляциях?
Ответ очень прост: нет, нельзя.
Если мы рассматриваем антивещество как еще одну экзотическую форму вещества, а затем проводим с ним эксперименты, то в этом нет никакого нарушения причинно-следственной связи. Причина и следствие остаются на месте. Но если мы меняем направление оси времени для позитрона и отправляем его в прошлое, то это ничего не значит; мы всего лишь выполняем некую математическую операцию. Физика остается прежней, и в реальности ничего не меняется. Все экспериментальные результаты остаются на месте. Именно поэтому мы имеем полное право считать, что электрон бегает туда-обратно во времени. Но каждый раз, когда он движется в обратном направлении, он просто заполняет собой прошлое. Так что, похоже, для существования последовательной квантовой теории действительно необходимы опережающие решения из будущего, но по большому счету они не нарушают принципа причинности. (На самом деле все наоборот: если бы не было этих странных опережающих волн, принцип причинности в квантовой теории нарушался бы. Фейнман показал, что если мы введем в теорию понятия опережающих и запаздывающих волн, то те величины, которые могли бы вызвать нарушение причинности, очень аккуратно сократятся. Таким образом, антивещество необходимо для сохранения причинности. Без антивещества причинность может рухнуть.)
Фейнман продолжал копаться в этой безумной идее и добился-таки, чтобы она расцвела и превратилась в полную квантовую теорию электрона. Его детище, квантовую электродинамику, удалось экспериментально проверить до десятого знака после запятой, что делает ее одной из самых точных теорий всех времен. В 1965 г. она принесла Фейнману и его коллегам Джулиану Швингеру и Синъитиро Томонаге (Sin-Itiro Tomonaga) Нобелевскую премию.
(В своей нобелевской лекции Фейнман сказал, что в юности влюбился без памяти в эти самые продвинутые волны из будущего — точно так же, как мог бы влюбиться в хорошенькую девушку. Сегодня эта хорошенькая девушка выросла, стала взрослой женщиной и обзавелась множеством детей. Среди этих детей — и его теория квантовой электродинамики.)
Источник
Однако если рассмотреть теорию Максвелла, сценарий окажется гораздо более сложным. При решении максвелловых уравнений для света мы получаем не одно, а два решения: не только «запаздывающую» волну, которая представляет собой обычное движение света из одной точки в другую, но еще и «опережающую» волну, которая представляет собой луч света, уходящий назад во времени. Это продвинутое решение выходит из будущего и приходит в прошлое!
В течение сотни лет любой инженер, встречая это «опережающее» решение, уходящее назад во времени, просто отбрасывал его как чисто математическую диковинку. Поскольку обычные волны Максвелла чрезвычайно точно предсказывали поведение радиоволн всех диапазонов, практики отбрасывали опережающее решение как ненужное и забывали о нем. Обычная волна была так хороша, красива и успешна, что инженеры просто игнорировали ее безобразную сестру-близнеца: от добра добра не ищут.
Но физикам опережающая волна все эти сто лет не давала спокойно спать. Уравнения Максвелла — один из столпов современности, поэтому к любому их решению следует отнестись очень серьезно, даже если для этого потребуется принять существование волн из будущего. Полностью игнорировать их было совершенно невозможно. Почему природа дала нам такое странное, причудливое решение — да еще на самом базовом уровне? Что это — жестокая шутка, или в этом есть какой-то глубокий смысл?
Интерес к опережающим волнам проявили и мистики; появились даже рассуждения о том, что это могут оказаться послания из будущего. Может быть, если как-нибудь обуздать эти волны, мы могли бы посылать сообщения в прошлое и сообщать предыдущим поколениям о грядущих событиях. К примеру, можно было бы посоветовать нашим прадедушкам и прабабушкам в 1929 г. продать все акции, не дожидаясь Черного четверга. Конечно, опережающие волны не позволили бы нам лично посещать прошлое — это все же не машина времени, — зато помогли бы организовать отправку в прошлое писем и сообщений с предупреждениями о ключевых событиях, которые еще не произошли.
Опережающие волны оставались загадкой, пока за их изучение не взялся Ричард Фейнман, которого всегда занимала идея вернуться в прошлое. После участия в Манхэттенском проекте, где была создана первая атомная бомба, Фейнман покинул Лос-Аламос и уехал в Принстонскии университет работать под началом Джона Уилера. Анализируя первые работы Дирака по электрону, Фейнман обнаружил нечто очень странное. Если изменить направление времени в уравнении Дирака на обратное и одновременно изменить знак заряда электрона, то уравнение останется прежним. Другими словами, у Фейнмана получилось, что электрон, движущийся назад во времени, — это то же самое, что позитрон, который движется вперед во времени! В обычных обстоятельствах зрелый, сложившийся физик мог бы отбросить эту интерпретацию, посчитав ее просто фокусом, математической уловкой, не имеющей ни значения, ни физического смысла. Вообще, на первый взгляд кажется, что движение назад во времени лишено всякого смысла, но уравнения Дирака в этом отношении совершенно ясны. Другими словами, Фейнману удалось обнаружить причину, по которой природа разрешает существование этих обратных во времени решений: они представляют движение антиматерии. Будь Фейнман более опытным физиком, он, вполне возможно, выбросил бы это решение в корзину. Но будучи всего лишь выпускником, он решил пойти на поводу собственного любопытства и исследовать вопрос дальше.
Продолжая копаться в этом загадочном решении, молодой Фейнман заметил нечто еще более странное. Обычно если электрон и позитрон сталкиваются, они оба аннигилируют с одновременным образованием гамма-кванта. Он нарисовал схему происходящего на листе: два объекта сталкиваются и исчезают, а вместо них возникает всплеск энергии.
С другой стороны, если изменить заряд позитрона на противоположный, он превратится в обычный электрон, движущийся назад во времени. Тогда описанную диаграмму можно будет нарисовать заново — только ось времени окажется направлена в другую сторону. Вообще, все выглядит так, как будто электрон двигался вперед во времени, а затем неожиданно решил изменить направление. Он резко развернулся во времени и направился обратно, высвободив в момент разворота некоторое количество энергии. Другими словами, получилось, что это один и тот же электрон, а процесс аннигиляции электрона и позитрона — это просто момент разворота его во времени!
Таким образом, Фейнману удалось раскрыть тайну антивещества: это обычное вещество, движущееся назад во времени.
Простое наблюдение сразу же объяснило тот загадочный факт, что у каждой частицы непременно есть партнер-античастица: это потому, что все частицы способны двигаться назад во времени и при этом притворяться антивеществом. (Такая интерпретация эквивалентна уже упоминавшемуся «морю Дирака», но она проще, и на сегодняшний день именно она является общепринятой.)
Теперь представим, что у нас есть кусок антивещества, и мы сталкиваем его с обычным веществом, порождая сильнейший взрыв. В этот момент аннигилируют между собой триллионы электронов и триллионы позитронов. Но если мы поменяем направление стрелочки для позитрона и превратим его таким образом в электрон, движущийся назад во времени, то получится, что весь наш взрыв — это один и тот же электрон, который выписывает зигзаги и мечется вперед-назад во времени триллионы раз подряд.
Из всего этого можно было сделать и еще один любопытный вывод: в нашем куске вещества должен быть всего один электрон. Один и тот же электрон носился вперед и назад, выписывая во времени бесконечные зигзаги. Каждый раз, разворачиваясь во времени, он превращался в позитрон; но стоило ему развернуться обратно во времени, как он снова оборачивался обычным электроном.
(Общаясь со своим научным руководителем Джоном Уилером, Фейнман рассуждал, что во Вселенной, возможно, вообще всего один электрон, который носится туда-сюда во времени. Представьте себе, что из хаоса Большого взрыва родился один-единственный электрон. Когда-нибудь, через несколько триллионов лет, этот электрон доживет до катастрофы и гибели Вселенной; тогда он развернется и направится назад, к Большому взрыву, где еще раз поменяет направление движения во времени. Можно предположить, что этот электрон постоянно путешествует туда-сюда, от Большого взрыва до Судного дня. А наша Вселенная двадцать первого века—это просто временной срез путешествий этого электрона; мы видим одновременно триллионы электронов и позитронов, т.е. видимую Вселенную. Конечно, эта теория может показаться странной, но она объяснила бы один любопытный факт квантовой теории: почему все электроны одинаковы. В физике невозможно различить электроны. Невозможно считать один из электронов зеленым, а другому, скажем, дать имя Джонни. У электронов нет индивидуальности. Невозможно «пометить» электрон, как ученые иногда помечают диких животных, чтобы их проще было отслеживать и изучать. Может быть, причина как раз в том, что во всей Вселенной есть один-единственный электрон, который просто носится туда-сюда во времени.)
Но если антивещество представляет собой обычное вещество, движущееся назад во времени, то нельзя ли с его помощью послать сообщение в прошлое? Может быть, можно послать сегодняшний номер Wall Street Journal в прошлое самому себе и как следует нажиться на биржевых спекуляциях?
Ответ очень прост: нет, нельзя.
Если мы рассматриваем антивещество как еще одну экзотическую форму вещества, а затем проводим с ним эксперименты, то в этом нет никакого нарушения причинно-следственной связи. Причина и следствие остаются на месте. Но если мы меняем направление оси времени для позитрона и отправляем его в прошлое, то это ничего не значит; мы всего лишь выполняем некую математическую операцию. Физика остается прежней, и в реальности ничего не меняется. Все экспериментальные результаты остаются на месте. Именно поэтому мы имеем полное право считать, что электрон бегает туда-обратно во времени. Но каждый раз, когда он движется в обратном направлении, он просто заполняет собой прошлое. Так что, похоже, для существования последовательной квантовой теории действительно необходимы опережающие решения из будущего, но по большому счету они не нарушают принципа причинности. (На самом деле все наоборот: если бы не было этих странных опережающих волн, принцип причинности в квантовой теории нарушался бы. Фейнман показал, что если мы введем в теорию понятия опережающих и запаздывающих волн, то те величины, которые могли бы вызвать нарушение причинности, очень аккуратно сократятся. Таким образом, антивещество необходимо для сохранения причинности. Без антивещества причинность может рухнуть.)
Фейнман продолжал копаться в этой безумной идее и добился-таки, чтобы она расцвела и превратилась в полную квантовую теорию электрона. Его детище, квантовую электродинамику, удалось экспериментально проверить до десятого знака после запятой, что делает ее одной из самых точных теорий всех времен. В 1965 г. она принесла Фейнману и его коллегам Джулиану Швингеру и Синъитиро Томонаге (Sin-Itiro Tomonaga) Нобелевскую премию.
(В своей нобелевской лекции Фейнман сказал, что в юности влюбился без памяти в эти самые продвинутые волны из будущего — точно так же, как мог бы влюбиться в хорошенькую девушку. Сегодня эта хорошенькая девушка выросла, стала взрослой женщиной и обзавелась множеством детей. Среди этих детей — и его теория квантовой электродинамики.)
Лазерам 50 лет!
Лазер
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Лазер (лаборатория NASA).
У этого термина существуют и другие значения, см. Лазер (значения).
Ла́зер (англ. laser, сокр. от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — «усиление света посредством вынужденного излучения»), опти́ческий ква́нтовый генера́тор — устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.
К сожалению формулы и илюстрации не отображаются в блоге мэйла!
Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Луч лазера может быть непрерывным, с постоянной амплитудой, или импульсным, достигающим экстремально больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля для некоторых лазеров на неодимовом стекле. Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза.
Содержание
* 1 Основные даты
* 2 Принцип действия
* 3 Устройство лазера
o 3.1 Активная среда
o 3.2 Система накачки
o 3.3 Оптический резонатор
* 4 Классификация лазеров
* 5 Использование лазеров
* 6 Примечания
* 7 Литература
* 8 См. также
* 9 Ссылки
Основные даты
* 1916 год: А. Эйнштейн предсказывает существование явления вынужденного излучения — физической основы работы любого лазера. Строгое теоретическое обоснование в рамках квантовой механики это явление получило в работах П. Дирака в 1927—1930 гг.[1][2]
* 1928 год: экспериментальное подтверждение Р. Ладенбургом и Г. Копферманном существования вынужденного излучения. В 1940 г. В. Фабрикантом и Ф. Бутаевой была предсказана возможность использования вынужденного излучения среды с инверсией населённостей для усиления электромагнитного излучения[3].
* 1950 год: А. Кастлер (Нобелевская премия по физике 1966 года) предлагает метод оптической накачки среды для создания в ней инверсной населённости. Реализован на практике в 1952 году Бросселем, Кастлером и Винтером[4]. До создания квантового генератора оставался один шаг: ввести в среду положительную обратную связь, то есть поместить эту среду в резонатор[3].
* 1954 год: первый микроволновой генератор — мазер на аммиаке (Ч. Таунс — Нобелевская премия по физике 1964 года, Дж. Гордон, Г. Цайгер)[5]. Роль обратной связи играл объёмный резонатор, размеры которого были порядка 12,6 мм (длина волны, излучаемой при переходе аммиака с возбуждённого колебательного уровня на основной)[3]. Весомый вклад в изучение принципов квантового усиления и генерации внесли также советские физики А. Прохоров и Н. Басов (Нобелевская премия по физике 1964 г.). Для усиления электромагнитного излучения оптического диапазона необходимо было создать объёмный резонатор, размеры которого были бы порядка микрона. Из-за связанных с этим технологических трудностей многие учёные в то время считали, что создать генератор видимого излучения невозможно[6].
* 1960 год: Т. Мейман продемонстрировал работу первого оптического квантового генератора — лазера[7]. В качестве активной среды использовался рубин (оксид алюминия Al2O3 с небольшой примесью хрома Cr), а вместо объёмного резонатора был использован открытый оптический резонатор. Этот лазер работал в импульсном режиме на длине волны в 694,3 нм[3]. В декабре того же года был создан гелий-неоновый лазер, излучающий в непрерывном режиме (А. Джаван, У. Беннет, Д. Хэрриот). Изначально лазер работал в инфракрасном диапазоне, затем был модифицирован для излучения видимого красного света[6].
* Физика лазеров и по сей день интенсивно развивается. С момента изобретения лазера почти каждый год появлялись всё новые его виды, приспособленные для различных целей[6]. В 1961 г. был создан лазер на неодимовом стекле, а в течение следующих пяти лет были разработаны лазерные диоды, лазеры на красителях, лазеры на двуокиси углерода, химические лазеры. В 1963 г. Ж. Алфёров и Г. Кремер (Нобелевская премия по физике 2000 г.) разработали теорию полупроводниковых гетероструктур, на основе которых были созданы многие лазеры[3].
Принцип действия
Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения[8]. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направление распространения, поляризацию и фазу[9][10].
Гелий-неоновый лазер. Светящийся луч в центре — это не собственно лазерный луч, а электрический разряд, порождающий свечение, подобно тому, как это происходит в неоновых лампах. Луч проецируется на экран справа в виде светящейся красной точки.
Вероятность того, что случайный фотон вызовет индуцированное излучение возбуждённого атома, в точности равняется вероятности поглощения этого фотона атомом, находящимся в невозбуждённым состоянии[11]. Поэтому для усиления света необходимо, чтобы возбуждённых атомов в среде было больше, чем невозбуждённых (так называемая инверсия населённостей). В состоянии термодинамического равновесия это условие не выполняется, поэтому используются различные системы накачки активной среды лазера (оптические, электрические, химические и др.)[12].
Первоисточником генерации является процесс спонтанного излучения, поэтому для обеспечения преемственности поколений фотонов необходимо существование положительной обратной связи, за счёт которой излучённые фотоны вызывают последующие акты индуцированного излучения. Для этого активная среда лазера помещается в оптический резонатор. В простейшем случае он представляет собой два зеркала, одно из которых полупрозрачное — через него луч лазера частично выходит из резонатора. Отражаясь от зеркал, пучок излучения многократно проходит по резонатору, вызывая в нём индуцированные переходы. Излучение может быть как непрерывным, так и импульсным. При этом, используя различные приборы (вращающиеся призмы, ячейки Керра и др.) для быстрого выключения и включения обратной связи и уменьшения тем самым периода импульсов, возможно создать условия для генерации излучения очень большой мощности (так называемые гигантские импульсы)[9]. Этот режим работы лазера называют режимом модулированной добротности.
Генерируемое лазером излучение является монохроматическим (одной или дискретного набора длин волн), поскольку вероятность излучения фотона определённой длины волны больше, чем близко расположенной, связанной с уширением спектральной линии, а, соответственно, и вероятность индуцированных переходов на этой частоте тоже имеет максимум. Поэтому постепенно в процессе генерации фотоны данной длины волны будут доминировать над всеми остальными фотонами[12]. Кроме этого, из-за особого расположения зеркал в лазерном луче сохраняются лишь те фотоны, которые распространяются в направлении, параллельном оптической оси резонатора на небольшом расстоянии от неё, остальные фотоны быстро покидают объём резонатора. Таким образом луч лазера имеет очень малый угол расходимости[13]. Наконец, луч лазера имеет строго определённую поляризацию. Для этого в резонатор вводят различные поляроиды, например, ими могут служить плоские стеклянные пластинки, установленные под углом Брюстера к направлению распространения луча лазера[14].
[править] Устройство лазера
Основная статья: Устройство лазера
На схеме обозначены: 1 — активная среда; 2 — энергия накачки лазера; 3 — непрозрачное зеркало; 4 — полупрозрачное зеркало; 5 — лазерный луч.
Все лазеры состоят из трёх основных частей:
* активной (рабочей) среды;
* системы накачки (источник энергии);
* оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя).
Каждая из них обеспечивает для работы лазера выполнение своих определённых функций.
[править] Активная среда
В настоящее время в качестве рабочей среды лазера используются все агрегатные состояния вещества: твёрдое, жидкое, газообразное и даже плазма[15]. В обычном состоянии число атомов, находящихся на возбуждённых энергетических уровнях, определяется распределением Больцмана
Иными словами, таких атомов очень мало, поэтому вероятность того, что фотон, распространяясь по среде, вызовет вынужденное излучение также очень мала по сравнению с вероятностью его поглощения. Поэтому электромагнитная волна, проходя по веществу, расходует свою энергию на возбуждение атомов. Интенсивность излучения при этом падает по закону Бугера.
Поскольку зависимость экспоненциальная, излучение очень быстро поглощается.
В том случае, когда число возбуждённых атомов больше, чем невозбуждённых (то есть в состоянии инверсии населённостей), ситуация прямо противоположна. Акты вынужденного излучения преобладают над поглощением, и излучение усиливается.
В реальных лазерах усиление происходит до тех пор, пока величина поступающей за счёт вынужденного излучения энергии не станет равной величине энергии, теряемой в резонаторе[17]. Эти потери связаны с насыщением метастабильного уровня рабочего вещества, после чего энергия накачки идёт только на его разогрев, а также с наличием множества других факторов (рассеяние на неоднородностях среды, поглощение примесями, неидеальность отражающих зеркал, полезное и нежелательное излучение в окружающую среду и пр.).
Система накачки
Для создания инверсной населённости среды лазера используются различные механизмы. В твердотельных лазерах она осуществляется за счёт облучения мощными газоразрядными лампами-вспышками, сфокусированным солнечным излучением (так называемая оптическая накачка) и излучением других лазеров (в частности, полупроводниковых)[9][18]. При этом возможна работа только в импульсном режиме, поскольку требуются очень большие плотности энергии накачки, вызывающие при длительном воздействии сильный разогрев и разрушение стержня рабочего вещества[19]. В газовых и жидкостных лазерах (см. гелий-неоновый лазер, лазер на красителях) используется накачка электрическим разрядом. Такие лазеры работают в непрерывном режиме. Накачка химических лазеров происходит посредством протекания в их активной среде химических реакций. При этом инверсия населённостей возникает либо непосредственно у продуктов реакции, либо у специально введённых примесей с подходящей структурой энергетических уровней. Накачка полупроводниковых лазеров происходит под действием сильного прямого тока через p-n переход, а также пучком электронов. Существуют и другие методы накачки (газодинамические, заключающиеся в резком охлаждении предварительно нагретых газов; фотодиссоциация, частный случай химической накачки и др.)[17].
На рисунке: а — трёхуровневая и б — четырёхуровневая схемы накачки активной среды лазера.
Классическая трёхуровневая система накачки рабочей среды используется, например, в рубиновом лазере. Рубин представляет собой кристалл корунда Al2O3, легированный небольшим количеством ионов хрома Cr3+, которые и являются источником лазерного излучения. Из-за влияния электрического поля кристаллической решётки корунда внешний энергетический уровень хрома E2 расщеплён (см. эффект Штарка). Именно это делает возможным использование немонохроматического излучения в качестве накачки[9]. При этом атом переходит из основного состояния с энергией E0 в возбуждённое с энергией около E2. В этом состоянии атом может находиться сравнительно недолго (порядка 10−8 с), почти сразу происходит безизлучательный переход на уровень E1, на котором атом может находиться значительно дольше (до 10−3 с), это так называемый метастабильный уровень. Возникает возможность осуществления индуцированного излучения под воздействием других случайных фотонов. Как только атомов, находящихся в метастабильном состоянии становится больше, чем в основном, начинается процесс генерации[17][20].
Следует отметить, что создать инверсию населённостей атомов хрома Cr с помощью накачки непосредственно с уровня E0 на уровень E1 нельзя. Это связано с тем, что если поглощение и вынужденное излучение происходят между двумя уровнями, то оба эти процесса протекают с одинаковой скоростью. Поэтому в данном случае накачка может лишь уравнять населённости двух уровней, чего недостаточно для возникновения генерации[9].
В некоторых лазерах, например в неодимовом, генерация излучения в котором происходит на ионах неодима Nd3+, используется четырёхуровневая схема накачки. Здесь между метастабильным E2 и основным уровнем E0 имеется промежуточный — рабочий уровень E1. Вынужденное излучение происходит при переходе атома между уровнями E2 и E1. Преимущество этой схемы заключается в том, что в данном случае легко выполнить условие инверсной населенности, так как время жизни верхнего рабочего уровня (E2) на несколько порядков больше времени жизни нижнего уровня (E1). Это значительно снижает требования к источнику накачки[17]. Кроме того, подобная схема позволяет создавать мощные лазеры, работающие в непрерывном режиме, что очень важно для некоторых применений[15]. Однако подобные лазеры обладают существенным недостатком в виде низкого квантового КПД, которое определяется как отношение энергии излученного фотона к энергии поглощенного фотона накачки (ηквантовое = hνизлучения/hνнакачки)
[править] Оптический резонатор
В ширину спектральной линии, изображённой на рисунке зелёным цветом, укладывается три собственных частоты резонатора. В этом случае генерируемое лазером излучение будет трехмодовым. Для фиолетовой линии излучение будет чисто монохроматическим.
Зеркала лазера не только обеспечивают существование положительной обратной связи, но и работают как резонатор, усиливая одни генерируемые лазером моды, соответствующие стоячим волнам данного резонатора[21], и ослабляя другие[16]. Если на оптической длине L резонатора укладывается целое (в смысле «не дробное») число полуволн n:
2L = n*lambda,
то такие волны, проходя по резонатору не меняют своей фазы и вследствие интерференции усиливают друг друга. Все остальные, близко расположенные волны, постепенно гасят друг друга.
Интервалы между соседними частотами резонатора одинаковы и равны:
Линии в спектре излучения в силу различных причин (доплеровское уширение, внешние электрические и магнитное поля, квантовомеханическое эффекты и др.) всегда имеют определённую ширину \vartriangle \nu_l. Поэтому могут возникать ситуации, когда на ширину спектральной линии укладывается несколько собственных частот резонатора. В этом случае излучение лазера будет многомодовым[22]. Синхронизация этих мод позволяет добиться того, чтобы излучение представляло собой последовательность коротких и мощных импульсов. Если же \vartriangle \nu_l < \vartriangle \nu_r, то в излучении лазера будет присутствовать только одна частота, в данном случае резонансные свойства системы зеркал слабо выражены на фоне резонансных свойств спектральной линии[12].
При более строгом расчёте необходимо учитывать, что усиливаются волны, распространяющиеся не только параллельно оптической оси резонатора, но и под малым углом \varphi к ней. Условие усиления тогда принимает вид[16]:
~2L \cos \varphi = n \lambda.
Это приводит к тому, что интенсивность пучка лучей лазера различна в разных точках плоскости, перпендикулярной этому пучку. Здесь наблюдается система светлых пятен, разделённых тёмными узловыми линиями. Для устранения этих нежелательных эффектов используют различные диафрагмы, рассеивающие нити, а также применяют различные схемы оптических резонаторов[23].
[править] Классификация лазеров
Основная статья: Виды лазеров
* Твердотельные лазеры на люминесцирующих твёрдых средах (диэлектрические кристаллы и стёкла). В качестве активаторов обычно используются ионы редкоземельных элементов или ионы группы железа Fe. Накачка оптическая и от полупроводниковых лазеров, осуществляется по трёх- или четырёхуровневой схеме. Современные твердотельные лазеры способны работать в импульсном, непрерывным и квазинепрерывном режимах[18].
* Полупроводниковые лазеры. Формально также являются твердотельными, но традиционно выделяются в отдельную группу, поскольку имеют иной механизм накачки (инжекция избыточных носителей заряда через p-n переход или гетеропереход, электрический пробой в сильном поле, бомбардировка быстрыми электронами), а квантовые переходы происходят между разрешёнными энергетическими зонами, а не между дискретными уровнями энергии. Полупроводниковые лазеры — наиболее употребительный в быту вид лазеров[24]. Кроме этого применяются в спектроскопии, в системах накачки других лазеров, а также в медицине (см. фотодинамическая терапия[25]).
* Лазеры на красителях. Тип лазеров, использующий в качестве активной среды раствор флюоресцирующих с образованием широких спектров органических красителей. Лазерные переходы осуществляются между различными колебательными подуровнями первого возбуждённого и основного синглетных электронных состояний. Накачка оптическая, могут работать в непрерывном и импульсном режимах. Основной особенностью является возможность перестройки длины волны излучения в широком диапазоне. Применяются в спектроскопических исследованиях[26].
* Газовые лазеры — лазеры, активной средой которых является смесь газов и паров. Отличаются высокой мощностью, монохроматичностью, а также узкой направленностью излучения. Работают в непрерывном и импульсном режимах. В зависимости от системы накачки газовые лазеры разделяют на газоразрядные лазеры, газовые лазеры с оптическим возбуждением и возбуждением заряженными частицами (например, лазеры с ядерной накачкой[27], в начале 80-х проводились испытания систем противоракетной обороны на их основе[28], однако, без особого успеха[29]), газодинамические и химические лазеры. По типу лазерных переходов различают газовые лазеры на атомных переходах, ионные лазеры, молекулярные лазеры на электронных, колебательных и вращательных переходах молекул и эксимерные лазеры[30].
* Газодинамические лазеры — газовые лазеры с тепловой накачкой, инверсия населённостей в которых создаётся между возбуждёнными колебательно-вращательными уровнями гетероядерных молекул путём адиабатического расширения движущейся с высокой скоростью газовой смеси (чаще N2+CO2+He или N2+CO2+Н2О, рабочее вещество — CO2)[31].
* Эксимерные лазеры — разновидность газовых лазеров, работающих на энергетических переходах эксимерных молекул (димерах благородных газов, а также их моногалогенидов), способных существовать лишь некоторое время в возбуждённом состоянии. Накачка осуществляется пропусканием через газовую смесь пучка электронов, под действием которых атомы переходят в возбуждённое состояние с образованием эксимеров, фактически представляющих собой среду с инверсией населённостей. Эксимерные лазеры отличаются высокими энергетическими характеристикам, малым разбросом длины волны генерации и возможности её плавной перестройки в широком диапазоне[32].
* Химические лазеры — разновидность лазеров, источником энергии для которых служат химические реакции между компонентами рабочей среды (смеси газов). Лазерные переходы происходят между возбуждёнными колебательно-вращательными и основными уровнями составных молекул продуктов реакции. Для осуществления химических реакций в среде необходимо постоянное присутствие свободных радикалов, для чего используются различные способы воздействия на молекулы для их диссоциации. Отличаются широким спектром генерации в ближней ИК-области, большой мощностью непрерывного и импульсного излучения[33].
* Лазеры на свободных электронах — лазеры, активной средой которых является поток свободных электронов, колеблющихся во внешнем электромагнитном поле (за счёт чего осуществляется излучение) и распространяющихся с релятивистской скоростью в направлении излучения. Основной особенностью является возможность плавной широкодиапазонной перестройки частоты генерации. Различают убитроны и скаттроны, накачка первых осуществляется в пространственно-периодическом статическом поле ондулятора, вторых — мощным полем электромагнитной волны. Существуют также мазеры на циклотронном резонансе и строфотроны, основанные на тормозном излучении электронов, а также флиматроны, использующие эффект черенковского и переходного излучений. Поскольку каждый электрон излучает до 108 фотонов, лазеры на свободных электронах являются, по сути, классическими приборами и описываются законами классической электродинамики[34].
* Квантовые каскадные лазеры − полупроводниковые лазеры, которые излучают в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне[35]. В отличие от обычных полупроводниковых лазеров, которые излучают посредством вынужденных переходов между разрешенными электронными и дырочными уровнями, разделенными запрещенной зоной полупроводника, излучение квантовых каскадных лазеров возникает при переходе электронов между слоями гетероструктуры полупроводника и состоит из двух типов лучей, причем вторичный луч обладает весьма необычными свойствами и не требует больших затрат энергии[36].
* Другие виды лазеров, развитие принципов которых на данный момент является приоритетной задачей исследований (рентгеновские лазеры[37], гамма-лазеры[38] и др.).
[править] Использование лазеров
Основная статья: Применение лазеров
Лазерное сопровождение музыкальных произведений (лазерное шоу).
С момента своего изобретения лазеры зарекомендовали себя как «готовые решения ещё не известных проблем»[39]. В силу уникальных свойств излучения лазеров, они широко применяются во многих отраслях науки и техники, а также в быту (проигрыватели компакт-дисков, лазерные принтеры, считыватели штрих-кодов, лазерные указки и пр.). В промышленности лазеры используются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов. Высокая температура излучения позволяет сваривать материалы, которые невозможно сварить обычными способами (к примеру, керамику и металл). Луч лазера может быть сфокусирован в точку диаметром порядка микрона, что позволяет использовать его в микроэлектронике (так называемое лазерное скрайбирование)[40]. Лазеры используются для получения поверхностных покрытий материалов (лазерное легирование, лазерная наплавка, вакуумно-лазерное напыление) с целью повышения их износостойкости. Широкое применение получила также лазерная маркировка промышленных образцов и гравировка изделий из различных материалов[41]. При лазерной обработке материалов на них не оказывается механическое воздействие, поэтому возникают лишь незначительные деформации. Кроме того весь технологический процесс может быть полностью автоматизирован. Лазерная обработка потому характеризуется высокой точностью и производительностью.
Полупроводниковый лазер, применяемый в узле генерации изображения принтера Hewlett-Packard.
Лазеры применяются в голографии для создания самих голограмм и получения гологафического объёмного изображения. Некоторые лазеры, например лазеры на красителях, способны генерировать монохроматический свет практически любой длины волны, при этом импульсы излучения могут достигать 10−16 с, а следовательно и огромных мощностей (так называемые гигантские импульсы). Эти свойства используются в спектроскопии, а также при изучении нелинейных оптических эффектов. С использованием лазера удалось измерить расстояние до Луны с точностью до нескольких сантиметров. Лазерная локация космических объектов уточнила значение астрономической постоянной и способствовала уточнению систем космической навигации, расширила представления о строении атмосферы и поверхности планет Солнечной системы[17]. Сверхкороткие импульсы лазерного излучения используются в лазерной химии для запуска и анализа химических реакций. Здесь лазерное излучение позволяет обеспечить точную локализацию, дозированность, абсолютную стерильность и высокую скорость ввода энергии в систему[42]. В настоящее время разрабатываются различные системы лазерного охлаждения[43], рассматриваются возможности осуществления с помощью лазеров управляемого термоядерного синтеза(самым подходящим лазером для исследований в области термоядерных реакций, был бы лазер, использующий длины волн, лежащие в голубой части видимого спектра[44]). Лазеры используются и в военных целях, например, в качестве средств наведения и прицеливания. Рассматриваются варианты создания на основе мощных лазеров боевых систем защиты воздушного, морского и наземного базирования[45][46].
Револьвер, оснащённый лазерным целеуказателем.
В медицине лазеры применяются как бескровные скальпели, используются при лечении офтальмологических заболеваний (катаракта, отслоение сетчатки, лазерная коррекция зрения и др.). Широкое применение получили также в косметологии (лазерная эпиляция, лечение сосудистых и пигментных дефектов кожи, лазерный пилинг, удаление татуировок и пигментных пятен)[47]. В настоящее время бурно развивается так называемая лазерная связь. Известно, что чем выше несущая частота канала связи, тем больше его пропускная способность[1]. Поэтому радиосвязь стремится переходить на всё более короткие длины волн. Длина световой волны в среднем на шесть порядков меньше длины волны радиодиапазона, поэтому посредством лазерного излучения возможна передача гораздо большего объёма информации. Лазерная связь осуществляется как по открытым, так и по закрытым световодным структурам, например, по оптическому волокну. Свет за счёт явления полного внутреннего отражения может распространяться по нему на большие расстояния, практически не ослабляясь[48].
Лазеру 50 лет! Как это было. Газоразрядные лазеры. Рязань. (краткий исторический очерк)
Метки: лазеры
Владимир Беляев,
15-05-2010 22:15
(ссылка)
Забавный случай при изучении теории относительности.
«С тех пор, как за теорию относительности принялись математики, я ее уже сам больше не понимаю.»
Альберт Эйнштейн.
Когда, на первом курсе военного училища (это было в 1959 году) на лекциях по теоретической физике, мы изучали теорию относительности, наш преподаватель, профессор, исписал всю доску математическими формулами. Мы, ничего не понимая усердно переписывали их в свои конспекты.
Когда прозвенел звонок на перерыв, я подошел к профессору и задал вопрос.
Уважаемый профессор. Вот Вы говорите, что согласно теории относительности скорость движения тела не может превышать скорость света.
- Да, это так.
- Представим себе, что одно тело движется со скоростью 0.6 скорости света. Это возможно?
- Да, возможно.
- Второе тело движется с такой же скоростью навстречу первому телу. Тогда их относительная скорость должна быть 1.2 скорости света. А, согласно теории относительности это невозможно. Вот я этого не понимаю.
И что, вы думаете, ответил мне профессор?
Он похлопал меня по плечу и сказал.
- Я, молодой человек, этого тоже не понимаю.
Поразительный ответ. Профессор признался, что он не понимает до конца эту теорию. И это откровенное признание ничуть не поколебало его авторитета в моих глазах. Он – такой же человек, как и мы. Просто он знает немного больше, чем мы в этом бесконечном мире науки, в котором еще много непознанного.
Альберт Эйнштейн.
Когда, на первом курсе военного училища (это было в 1959 году) на лекциях по теоретической физике, мы изучали теорию относительности, наш преподаватель, профессор, исписал всю доску математическими формулами. Мы, ничего не понимая усердно переписывали их в свои конспекты.
Когда прозвенел звонок на перерыв, я подошел к профессору и задал вопрос.
Уважаемый профессор. Вот Вы говорите, что согласно теории относительности скорость движения тела не может превышать скорость света.
- Да, это так.
- Представим себе, что одно тело движется со скоростью 0.6 скорости света. Это возможно?
- Да, возможно.
- Второе тело движется с такой же скоростью навстречу первому телу. Тогда их относительная скорость должна быть 1.2 скорости света. А, согласно теории относительности это невозможно. Вот я этого не понимаю.
И что, вы думаете, ответил мне профессор?
Он похлопал меня по плечу и сказал.
- Я, молодой человек, этого тоже не понимаю.
Поразительный ответ. Профессор признался, что он не понимает до конца эту теорию. И это откровенное признание ничуть не поколебало его авторитета в моих глазах. Он – такой же человек, как и мы. Просто он знает немного больше, чем мы в этом бесконечном мире науки, в котором еще много непознанного.
настроение: Веселое
хочется: шутить
Метки: теория относительности
В этой группе, возможно, есть записи, доступные только её участникам.
Чтобы их читать, Вам нужно вступить в группу
Чтобы их читать, Вам нужно вступить в группу
