Физика ХХ в

К концу XIX в. у большинства физиков складывалось впечатление, что все основные проблемы в физике уже решены — сформировались взгляды на природу материи (вещество и поле) и на процессы взаимного превращения различных форм движения материи (механической, тепловой, химической, электромагнитной).

Единственным “темным местом”, пожалуй, оставался вопрос о структуре “кирпичиков” вещественной материи — атомов вещества.

К таким фактам следует отнести открытие в 1895 г. Х-лучей Вильгельмом Конрадом Рентгеном (1845–1923 гг.) (рентгеновских лучей), затем открытие менее чем через полгода (в марте 1896 г.) явления радиоактивности Антуаном Анри Беккерелем (1852–1908 гг.).

А открытие Дж. Томсоном в 1897 г. электрона, имеющего массу во много раз меньше массы самого легкого атома водорода, показало, что в природе имеются частицы гораздо более мелкие, чем атомы.

Именно эти открытия и наблюдения, полученные М. Планком в 1900 г. при изучении абсолютно черного тела, а также объяснение Альбертом Эйнштейном (1879–1955 гг.) в 1905 г. фотоэффекта, явились основой для проникновения в мир атомов, ставшем главным направлением развития физики XX в.

Изучение мира атома привело к кардинальной перестройке наших представлений об основаниях мироздания, к подлинной революции представлений о пространстве и времени, о материи и движении.

Развитие физики в XX в. шло по всем трем условно выделенным направлениям: микрофизика, макрофизика и мегафизика, соответствующим трем принятым уровням организации материи — микро-, макро- и мегамиры.

При этом, как будет видно из дальнейшего, наиболее широкий фронт исследований касался изучения микромира (мира молекул, атомов, атомных ядер и элементарных частиц), в результате чего был открыт новый мир физической реальности с его своеобразными квантовомеханическими, статистическими законами.

Огромный прорыв принципиального значения произошел в XX в. также в изучении мегамира, в астрофизике, что позволило сделать ряд новых фундаментальных выводов в космологии и космогонии.

Большие успехи были достигнуты также и макрофизике, прежде всего в вопросах изучения свойств вещества в экстремальных условиях, приведшие к обоснованию и развитию множества новых направлений исследований прикладного характера.

XX в. можно смело назвать эпохой величайших открытий в физике. В это время были созданы теория относительности и квантовые теории.

Был открыт целый мир элементарных частиц. Открыты такие удивительные явления, как сверхпроводимость и сверхтекучесть и многое-многое другое. Физика в XX в. развивалась очень быстро, поэтому и объем относящейся к ней информации рос невиданными темпами.

Сейчас при таком разнообразии направлений и объеме исследований трудно дать даже краткую историческую справку развития физики XX в. Поэтому дальнейшее изложение развития физики в XX в. не претендует на точное историческое описание, но, тем не менее, по нашему мнению, дает некоторую приблизительную картину развития основных направлений.

За основу такого подхода взята хронология присуждения Нобелевских премий по физике в XX в., которые, как правило, ежегодно присуждаются за наиболее выдающиеся достижения. Нобелевская премия была учреждена в 1900 г. и с 1901 по 2000 г. ею была отмечена 101 работа и награждены 159 лауреатов.

Ниже приведем статистическую справку о большинстве премированных работ, которая дает определенное представление об основных направлениях исследований в XX в.

Так, из 101 премии 44 были присуждены за теоретические и экспериментальные исследования в области атомной и ядерной физики. Еще 32 премии были присуждены за разработку новых методов и приборов для исследований микропроцессов. Таким образом, за работы в области атомной, ядерной физики и физики элементарных частиц присуждено 76 премий.

Из оставшихся 25 премий 6 были присуждены за работы в области астрофизики, 8 — за исследование свойств веществ в экстремальных условиях (сверхвысоких давлений и сверх-низких температур), 2 — за исследование полупроводников, и наконец, 9 премий — за реализацию отдельных, в основном, научно-технических проектов (создание высокоточных оптических систем, открытие цветной фотографии, создание беспроволочного телеграфа, изобретение устройства для автоматического зажигания маяков, изобретение голографии и некоторых других).

Очевидно, что все работы, удостоенные Нобелевской премии, обсудить невозможно. Но все же представляется целесообразным выделить среди них наиболее выдающиеся, которые оставили наибольший след в развитии физики ХХ в. по ряду направлений (микрофизика, мегафизика и макрофизика).

Микрофизика. Ниже приведем их в хронологическом порядке, что даст представление об основных этапах и логике развития исследований в области атомной и ядерной физики.

Учитывая, что в ряде случаев Нобелевские премии были присуждены через много лет после того, как были получены основные результаты, укажем две даты — год проведения исследований и год присуждения премии.