Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Главная страница


В мире физики и астрофизики




страница1/30
Дата15.05.2017
Размер5.54 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   30
СОДЕРЖАНИЕ


В МИРЕ ФИЗИКИ И АСТРОФИЗИКИ



В.Л.Гинзбург Какие проблемы физики и астрофизики представляются

особенно важными и интересными (тридцать лет спустя, причем уже

на пороге XXI века). Успехи физических наук. 1999.Т.169. №4.

С.419 – 442………………………………………………………………..…4


В МИРЕ ХИМИИ
А.Л.Бучаченко Химия на рубеже веков: свершения и прогнозы.

Успехи химии. 1999. Т. 68. С. 99 – 118........................................................46


ВОЗНИКНОВНИЕ ЖИЗНИ
Р.Нудельман Загадки, тайны и коды жизни. – Ростов н/Д : Феникс,

2007. – 470 с.(Избранное)………………………………………….............78
КИБЕРНЕТИКА И ЭВОЛЮЦИЯ
В.Ф.Турчин Феномен науки: Кибернетический подход к эволюции.

Изд. 2-е М.: ЭТС. – 2000. – 368 с. (Избранное)……………………......165
21 ВЕК – РОЖДЕНИЕ МЕГАНАУКИ
А.А.Крушанов Megasciense: новые рубежи наукогенеза.

СОВРЕМЕННАЯ КАРТИНА МИРА. ФОРМИРОВАНИЕ НОВОЙ

ПАРАДИГМЫ. Сборник статей. – М., 2001, с. 23 – 69……………...…281

В МИРЕ ФИЗИКИ И АСТРОФИЗИКИ
В.Л.Гинзбург, академик РАН, лауреат Нобелевской премии по физике
В.Л.Гинзбург Какие проблемы физики и астрофизики представляются сейчас особенно важными и интересными (тридцать лет спустя, причем уже на пороге 21 века)? Успехи физических наук. 1999. т.169. №4. С.419–442.
Почти 30 лет назад была опубликована статья автора с похожим названием [1]. Ее основная цель, в значительной мере имеющая образовательный характер, состояла в том, чтобы расширить горизонт молодых физиков. Для этого был составлен и прокомментирован некоторый «список» проблем, представляющихся особенно важными и интересными. Разумеется, любой подобный «список» субъективен и неполон, но «нельзя объять необъятное», и какое-то его ограничение неизбежно. Автор несколько раз дополнял «список» и пояснения к нему (последний вариант см. в [2]). В настоящей статье преследуется та же цель, что и раньше, но с учетом ситуации на конец XX века.
1. Введение
Скорость развития науки в наше время поражает. Буквально в продолжение одной–двух человеческих жизней произошли гигантские изменения в физике, астрономии, биологии, да и во многих других областях. Читатели могут проследить сказанное даже на примере своей семьи. Так, мой отец, родившийся в 1863 г., был младшим современником Максвелла (1831–1879). Мне самому было уже 16 лет, когда в 1932 г. были открыты нейтрон и позитрон. А ведь до этого были известны только электрон, протон и фотон. Как-то нелегко осознать, что электрон, рентгеновские лучи и радиоактивность открыты лишь около ста лет назад, а квантовая теория зародилась только в 1900 г. Вместе с тем сто лет – это так мало не только по сравнению с примерно 3 млрд. лет с тех пор, когда на Земле зародилась жизнь, но и с возрастом современного вида людей (Homo sapiens), составляющим порядка 50 тыс. лет! Полезно вспомнить и то, что первые великие физики Аристотель (384–322 гг. до н.э.) и Архимед (около 287–212 гг. до н.э.) отделены от нас более чем двумя тысячелетиями. Но в дальнейшем наука прогрессировала сравнительно медленно, и не последнюю роль здесь играл религиозный догматизм. Лишь со времен Галилея (1564–1642) и Кеплера (1571–1630) физика стала развиваться все ускоряющимися темпами. Но, кстати сказать, даже Кеплер считал, что существует сфера неподвижных звезд, которая «состоит изо льда или кристалла». Общеизвестна и борьба Галилея за утверждение гелиоцентрических представлений, за что он в 1633 г. был осужден инквизицией. Какой путь пройден с тех пор всего за 300–400 лет! Его итог–известная нам современная наука. Она уже освободилась от религиозных пут и церковь сегодня, по крайней мере, не отрицает роль науки [3]. Правда, антинаучные настроения и распространение лженауки (в особенности астрологии) и в наши дни имеют место, в частности, в России.

Однако лишь победа тоталитаризма (большевизма–коммунизма, фашизма) может радикально помешать прогрессу в науке в результате возникновения явлений типа лысенковщины. Будем надеяться, что до этого не дойдет. Так или иначе, можно рассчитывать на то, что в XXI в. наука будет развиваться не менее быстро, чем в уходящем XX столетии. Трудность на этом пути, быть может, даже главная трудность, как мне кажется, связана с гигантским увеличением накопленного материала, объема информации. Физика так разрослась и дифференцировалась, что за деревьями трудно разглядеть лес, трудно охватить мысленным взором картину современной физики как целого. Между тем такая картина существует и, несмотря на все ответвления, у физики имеется стержень. Таким стержнем являются фундаментальные понятия и законы, сформулированные в теоретической физике. Содержание последней ярко отражено в Курсе Л.Д.Ландау–Е.М.Лифшица–Л.П.Питаевского. Последний из этих авторов продолжает дело своих предшественников. Курс в дополненном виде переиздается, хотя, к сожалению, недостаточно быстро.



Курс ЛЛП, как и многочисленная другая учебная и монографическая литература, образует ту базу, на которой основывается работа во всех разделах физики и в близких направлениях. Однако все эти книги не могут отражать последнего слова в науке, по ним трудно, или невозможно, чувствовать биение пульса научной жизни. Такой цели, как известно, служат семинары. Я сам руковожу в ФИАНе одним из таких семинаров уже больше 40 лет. Он проводится еженедельно (по средам) и продолжается два часа. Типичная повестка дня: новости из текущей литературы, а затем два (или реже один) доклада на самые различные физические и околофизические темы. 1500-е заседание семинара было проведено 24 мая 1996 г. в форме, близкой к «капустнику», оно отражено в журнале «Природа» [4]. 1600-е заседание состоялось 13 января 1999 г. На семинаре сейчас бывает в среднем около 100 человек – это научные сотрудники из ФИАНа и других институтов, а также немногие студенты МФТИ. С некоторым удивлением должен заметить, что подобных семинаров широкого профиля, по-видимому, проводится довольно мало. Преобладают узкопрофессиональные семинары или, особенно за границей, так называемые коллоквиумы. Последние длятся один час и посвящены только одному обзорному докладу. Зато за границей распространены содержащие много новостей журналы «Nature», «Physics Today», «Physics World», «Contemporary Physics» и некоторые другие. К сожалению, у нас в России все эти журналы сейчас сравнительно малодоступны, особенно без запоздания. Думаю, что «Успехи физических наук» достаточно доступны и приносят немалую пользу. Однако, как я давно считаю, всего этого мало, и я пропагандирую «проект» (как сейчас стало модно говорить), отраженный в названии настоящей статьи. Речь идет о составлении некоторого списка проблем, представляющихся в данное время наиболее важными и интересными. Эти проблемы должны в первую очередь обсуждаться или комментироваться в специальных лекциях или статьях. Формула «все об одном и кое-что. обо всем» весьма привлекательна, но уже нереальна – за всем не угонишься. Вместе с тем некоторые темы, вопросы, проблемы как-то выделены по различным причинам. Здесь может играть роль важность темы для судеб человечества (выражаясь высокопарно), вроде проблемы управляемого ядерного синтеза с целью получения энергии. Выделены, конечно, и вопросы, касающиеся самого фундамента физики, ее переднего фронта (эта область часто именовалась и именуется физикой элементарных частиц). Несомненно, особое внимание привлекают и некоторые вопросы астрономии, которую сейчас, как и во времена Галилея, Кеплера и Ньютона, трудно (да и не нужно) отделять от физики. Вот такой список (разумеется, меняющийся со временем) и составляет, по моему убеждению, некий «физический минимум». Это темы, о которых каждый физик должен иметь некоторое представление, знать, о чем идет речь. Быть может менее тривиально мнение, что достичь подобной цели вовсе не так уж трудно, не так уж на это нужно потратить много времени и сил. Но для этого необходимы известные усилия не только со стороны «обучающихся», но и со стороны «старших товарищей». Именно, нужно отобрать темы для «физминимума», составить соответствующий «список» и прокомментировать его, пояснить, наполнить содержанием. Это я и попытался сделать на кафедре проблем физики и астрофизики МФТИ, организованной в 1968 г. Для этой цели читались специальные дополнительные лекции (всего их было прочтено около 70, прекратились они «по техническим причинам»; см. [2, с.229]). Для этой же цели в 1970 г. была написана статья [1], носившая похожее название, как и настоящая. В дальнейшем статья неоднократно переиздавалась (конечно, с изменениями), ее последний вариант открывает книгу [2], изданную в 1995 г. За прошедшие с тех пор несколько лет не так уж много появилось нового. Такой недостаток можно компенсировать. Хуже другое – за 30 лет все мое изложение в какой-то мере морально устарело. Трудно это четко сформулировать, но такова судьба всех статей и книг подобного типа. Кстати сказать, в юности для меня большую роль сыграла такая книга О.Д.Хвольсона «Физика наших дней (новые понятия современной физики в общедоступном изложении)», опубликованная в 1932 г. четвертым «просмотренным и дополненным» изданием [5]. Она, как мне сейчас представляется, уже тогда несколько устарела, если говорить о самом новом (тогда – о квантовой механике). А О.Д.Хвольсон (1852-1934) был тогда даже немного моложе, чем я в настоящее время. В общем, если бы я даже захотел сейчас написать нужную (на мой взгляд) книгу заново, то не смог бы этого сделать. Но, как известно, «лучшее – враг хорошего» и в надежде, быть может иллюзорной, что мой «проект» все же, если не «хорош», то полезен, пишу настоящую статью. Ниже предлагается «список» 1999 г. тех проблем, которые представляются «особенно важными и интересными». Как я полагаю, каждый физик должен быть знаком с этим «физминимумом» – знать, пусть и поверхностно, о чем идет речь в отношении каждого из перечисленных вопросов.

Нужно ли подчеркивать, что выделение «особенно важных и интересных» вопросов ни в какой мере не эквивалентно объявлению массы других физических вопросов неважными или неинтересными? Это же очевидно, но привычка к перестраховке побуждает все же сделать еще пару замечаний. «Особенно важные» проблемы выделяются не тем, что другие не важны, а тем, что на обсуждаемый период времени находятся в фокусе внимания, в какой-то мере находятся на главных направлениях. Завтра эти проблемы могут оказаться уже в тылу, на смену им придут другие. Выделение «особенно важных» проблем, конечно, субъективно, возможны и нужны различные взгляды на этот счет. Однако я решительно хотел бы отмести упрек в том, что выделение производится под диктовку собственных научных интересов, собственной активной работы в физике. Так, больше всего мне в моей научной деятельности были и остаются дороги вопросы, связанные с излучением равномерно движущихся источников [6], но их в «списке» не было и нет. К сожалению, пришлось сталкиваться с осуждением «списка» по той причине, что там нет темы, интересующей критикующего. Вспоминаю в этой связи, как мой старший друг А.Л.Минц (1895-1974) после появления статьи [1] сказал мне: «Если бы Вы написали эту статью до избрания академиком, то никогда не стали бы им». Возможно, что он был прав, но все же верю в большую широту взглядов коллег.


2. «Список» особенно важных и интересных проблем 1999 г.
Как говорится в известной поговорке: «Чтобы узнать, каков пудинг – нужно его есть» (The proof of the pudding is in the eating).

Поэтому перейду к делу и предъявлю «список», о котором упоминалось.

1. Управляемый ядерный синтез.

2. Высокотемпературная и комнатнотемпературная сверхпроводимость.

3. Металлический водород. Другие экзотические вещества.

4. Двумерная электронная жидкость (аномальный эффект Холла и некоторые другие эффекты).

5. Некоторые вопросы физики твердого тела (гетероструктуры в полупроводниках, переходы металл-диэлектрик, волны зарядовой и спиновой плотности, мезоскопика).

6. Фазовые переходы второго рода и родственные им. Некоторые примеры таких переходов. Охлаждение (в частности, лазерное) до сверхнизких температур. Бозе-эйнштейновская конденсация в газах.

7. Физика поверхности. Кластеры.

8. Жидкие кристаллы. Сегнетоэлектрики.

9. Фуллерены. Нанотрубки.

10. Поведение вещества в сверхсильных магнитных полях.

11. Нелинейная физика. Турбулентность. Солитоны. Хаос. Странные аттракторы.

12. Разеры, гразеры, сверхмощные лазеры.

13. Сверхтяжелые элементы. Экзотические ядра.

14. Спектр масс. Кварки и глюоны. Квантовая хромодинамика. Кварк-глюоновая плазма.

15. Единая теория слабого и электромагнитного взаимодействия. W±- и Z°-бозоны. Лептоны.

16. Стандартная модель. Великое объединение. Суперобъединение. Распад протона. Масса нейтрино. Магнитные монополи.

17. Фундаментальная длина. Взаимодействие частиц при высоких и сверхвысоких энергиях. Коллайдеры.

18. Несохранение СР-инвариантности.

19. Нелинейные явления в вакууме и в сверхсильных электромагнитных полях. Фазовые переходы в вакууме.

20. Струны. М-теория.

21. Экспериментальная проверка общей теории относительности.

22. Гравитационные волны, их детектирование.

23. Космологическая проблема. Инфляция. Λ-член. Связь между космологией и физикой высоких энергий.

24. Нейтронные звезды и пульсары. Сверхновые звезды.

25. Черные дыры. Космические струны (?).

26. Квазары и ядра галактик. Образование галактик.

27. Проблема темной материи (скрытой массы) и ее детектирования.

28. Происхождение космических лучей со сверхвысокой энергией.

29. Гамма-всплески. Гиперновые.

30. Нейтринная физика и астрономия. Нейтринные осцилляции.

Выделение именно 30 проблем (точнее, пунктов в «списке»), конечно, крайне условно. Да и некоторые из них можно было бы разделить. В [1] было 17 проблем, в [2] их было уже 23.

В заметке [7] перечислены 24 проблемы. В письмах, поступивших в «Physics Today» по поводу этой заметки, высказывалось мнение [8], что в список нужно было бы поместить также образование звезд, атомную и молекулярную физику (я, правда, не знаю, что конкретно имеется в виду), вопрос о некоторых очень точных измерениях. Пришлось мне познакомиться и с другими предложениями дополнить «список». Некоторые из них учтены, но другие (например, касающиеся квантовых компьютеров, «оптики» атомных пучков, полупроводниковых приборов и т.д.) пришлось оставить без внимания.

Несомненно, любой «список» не догма, что-то можно выбрасывать, что-то дополнять в зависимости от интересов лекторов и авторов соответствующих статей. Более интересен вопрос об эволюции «списка» со временем, ибо это отражает процесс развития физики. В «списке» 1970–1971 гг. [1] кваркам было уделено лишь три строчки при перечислении различных попыток объяснить спектр масс. Это не свидетельствовало о моей проницательности, что признано в [2]. Однако тогда (в 1970 г.) ведь кваркам было всего лет 5–6 (в смысле возраста соответствующей гипотезы), и судьба представлений о кварках была действительно не ясна. Сейчас ситуация, конечно, совершенно иная. Правда, самый тяжелый t-кварк был обнаружен лишь в 1994 г. (его масса, по данным на 1999 г., составляет wt=176±6 ГэВ). В «списке» [1] нет, естественно, фуллеренов, открытых в 1985 г.[9], нет гамма-всплесков (первое упоминание об их обнаружении было опубликовано в 1973 г.; см. [2] и ниже). Высокотемпературные сверхпроводники были синтезированы в 1986–1987 гг., но в «списке»[1], тем не менее, эта проблема рассматривалась довольно подробно, ибо она обсуждается начиная с 1964 г. Вообще за 30 лет в физике сделано немало, но, по моему мнению, не так уж и много появилось существенно нового. Во всяком случае, [1;2] и вышеприведенный в какой-то мере характеризуют развитие и состояние физической и астрофизической проблематики с 1970–1971 гг. и по настоящее время.

Практически по каждому пункту можно было бы привести большое число ссылок на литературу. Но это представляется здесь явно неуместным. К тому же возникла бы проблема приоритета, касаться которой особенно не хотелось бы. Ниже я старался свести число ссылок к минимуму, иногда они носят случайный характер, предпочтение отдавалось, естественно, ссылкам на УФН, а также на «Physics Today».


3. Некоторые комментарии (макрофизика)
В [2] статья того же названия, что и настоящая, занимает 155 страниц. В ней по каждой проблеме «списка» сделаны пояснения. Поступить здесь так же невозможно. Поэтому я ограничусь отдельными, иногда отрывочными замечаниями и комментариями.

Их основная цель – отразить развитие за последние 4–5 лет, т.е. после [2].Проблема управляемого ядерного синтеза (номер 1 в «списке») все еще не решена, хотя ей уже, как раз, 50 лет. Я помню, как работа в этом направлении в СССР зародилась в 1950 г.

А.Д.Сахаров и И.Е.Тамм рассказали мне об идее магнитного термоядерного реактора, и я был рад заняться этой проблемой, ибо в разработке водородной бомбы мне тогда делать уже, практически, было нечего (обо всем этом рассказано в сборнике [10] в статье [9, с.205]. Работа эта считалась тогда сверхсекретной (гриф «Строго секретно, особая папка»). Кстати сказать, я тогда и долгое время впоследствии думал, что интерес к «термояду» был в СССР обусловлен желанием создать неиссякаемый источник энергии. Однако, как мне уже в недавнее время рассказал И.Н.Головин, термоядерный реактор тогда интересовал «кого надо» в основном вовсе по другой причине–как источник нейтронов (и) для производства трития (t) (очевидно, с помощью реакции 6Li + n → t + 4Не + 4,6 МэВ). Так или иначе, проект считался столь секретным и важным, что меня (то ли в конце 1951 г., то ли в начале 1952 г.) от него отстранили – просто-напросто перестали выдавать в 1-м отделе рабочие тетради и собственные отчеты по этой работе. Такова была вершина моей «спецдеятельности». К счастью, уже в хрущевские времена И.В.Курчатов и его коллеги поняли, что проблему «термояда» быстро решить нельзя, и в 1956 г. она была рассекречена. В качестве реакции на пережитое я в 1962 г. опубликовал свои термоядерные отчеты [11], хотя и отнюдь не претендую на то, что сделал в этой области что-либо существенное.

За границей работы над «термоядом» также начинались (примерно в тот же период), в основном как секретные, и их рассекречивание в СССР (совершенно нетривиальное для нашей страны по тем временам) сыграло большую положительную роль–решение проблемы стало объектом международных конференций и сотрудничества. Но вот прошло уже 45 лет, а работающий (дающий энергию) термоядерный реактор еще не создан и, вероятно, до этого момента придется ждать еще лет 10, а может быть, и больше (см. [2, §1]; последний известный мне общедоступный обзор на эту тему–статья [12]; ссылки на советские работы см. в [13]). Работа над термоядерным синтезом ведется во всем мире и довольно широким фронтом. Особенно продвинута и является фаворитом система токамак. Уже несколько лет разрабатывается международный проект ITER (International Termonuclear Experimental Reactor). Это гигантский токамак стоимостью около 10 млрд долл., который предполагалось построить к 2005 г. в качестве подлинного прообраза термоядерного реактора будущего. Однако сейчас, когда конструирование в основном закончено, возникли трудности финансового характера. Кроме того, некоторые физики считают целесообразным раньше обдумывать альтернативные конструкции и проекты меньшего масштаба (см. [12] и, например, [14]). Дискуссия на этот счет ведется на страницах «Physics Today» и других журналов, но представляется неуместным останавливаться на ней в настоящей статье.

В общем, сомнений в возможности создать реальный термоядерный реактор уже нет, и центр тяжести проблемы, насколько я понимаю, переместился в инженерную и экономическую области. Однако столь гигантская и уникальная установка, как ITER или какая-то конкурирующая с ней, сохраняют, конечно, свой интерес для физики.

Что касается альтернативных путей синтеза легких ядер для получения энергии, то надежды на возможности «холодного термояда» (например, в электролитических элементах) оставлены [133], а мюонный катализ очень изящен (и, как я считаю, должен освещаться в Курсе общей физики), но представляется нереальным источником энергии, по крайней мере, без комбинации с делением урана и т.п. Существуют также проекты использования ускорителей с различными ухищрениями, но об успехах в этом направлении я не знаю. Наконец, возможен инерционный ядерный синтез и, конкретно, «лазерный термояд». Строятся гигантские соответствующие установки, но о них мало известно в силу засекреченности – на них, видимо, надеются имитировать термоядерные взрывы. Впрочем, возможно, что я просто не знаю ситуацию. Так или иначе, проблема инерционного синтеза явно важна и интересна.

Проблема управляемого ядерного синтеза теперь уже скорее техническая, чем физическая. И, во всяком случае, здесь нет какой-то таинственности, характерной для ряда нерешенных физических задач. Поэтому существует мнение, что проблему ядерного синтеза можно в наш «список» не вносить. Речь, однако, идет об очень важном вопросе, но все же еще не решенном. Поэтому я бы убрал эту проблему из «списка» лишь после того, как заработает первый эффективный термоядерный реактор.

Теперь о высокотемпературной и комнатнотемпературной сверхпроводимости (кратко ВТСП и КТСП, проблема 2). Человеку, далекому от физики твердого тела, может показаться, что проблему ВТСП пора из «списка» выбросить. В 1970 г. [1] ВТСП еще созданы не были, их получение было мечтой, насчет которой некоторые ехидничали. Но ведь в 1986-1987 гг. такие материалы созданы, пусть они по инерции фигурируют в [2], но не пора ли перевести их в категорию огромного числа других веществ, изучаемых физиками и химиками? На деле это совершенно не так. Достаточно сказать, что механизм сверхпроводимости в купратах (наивысшая температура Тс = 135 К достигнута для HgBa2Ca2Cu3O8+x без давления; под довольно большим давлением для этого купрата уже Тс ≈ 164 К) остается неясным [15–17]. Нет сомнений, у меня во всяком случае, что очень существенную роль играет электронно–фононное взаимодействие с сильной связью, но этого мало. Нужно еще «что-то», быть может, какое-то экситонное или спиновое взаимодействие. В общем, вопрос открыт, несмотря на огромные усилия, затраченные на изучение ВТСП (за 10 лет на эту тему появилось около 50 тыс. публикаций).

Но главный вопрос в этой области, конечно, тесно связанный с предыдущим, это возможность создания КТСП. Ничему такая возможность не противоречит [15], но и быть уверенным в успехе нельзя. Положение здесь вполне аналогично имевшему место до 1986–1987 гг. в отношении ВТСП.

В «списке» [2, §2] фигурировала также проблема сверхдиамагнетизма – возможности создания равновесного несверхпроводящего диамагнетика с магнитной восприимчивостью χ, близкой к χ═ –1⁄4π(как известно, формально можно считать, что для сверхпроводников, как раз, χ═ –1⁄4π). На опыте известны диамагнетики χ═ – (10–4–10–6).

Металлический водород (проблема 3) еще не создан даже под давлением около 3 млн атмосфер (речь идет о низкой температуре). Однако исследование молекулярного водорода под большим давлением выявило у этого вещества целый ряд неожиданных и интересных особенностей [18]. Далее, при сжатии ударными волнами и температуре около 3000 К обнаружен, по-видимому, переход в металлическую (т.е. хорошо проводящую) жидкую фазу.

При высоком давлении обнаружены также своеобразные особенности у воды (точнее, у Н20) и ряда других веществ [18]. Помимо металлического водорода к числу «экзотических» веществ можно отнести фуллерены. Совсем недавно, кроме «обычного» фуллерена C60, начал исследоваться фуллерен С36, быть может, обладающий при допировании очень высокой температурой сверхпроводящего перехода [19]. Примеры экзотических веществ можно умножить.

Нобелевская премия по физике за 1998 г. присуждена за открытие и объяснение дробного квантового эффекта Холла. Кстати сказать, за открытие целочисленного квантового холл-эффекта тоже была присуждена Нобелевская премия (в 1985 г.). Я упоминаю здесь и ниже о присуждении Нобелевских премий не из какого-то особого, иногда наблюдающегося чрезмерного уважения к этим премиям. Как и всякое дело рук человеческих, присуждение наград не следует абсолютизировать. В большинстве случаев даже лучшие награды несколько условны, да и бывают ошибки (см., например, [20;21]). Вместе с тем Нобелевские премии по физике в целом заслужили высокий авторитет и являются вехами, фиксирующими прогресс в физике.

Дробный квантовый холл-эффект был открыт в 1982 г. (целочисленный квантовый холл-эффект обнаружен в 1980 г.). Квантовый холл-эффект наблюдается при протекании тока в двумерном электронном «газе» (фактически, конечно, в жидкости, ибо взаимодействие между электронами существенно, особенно для дробного эффекта). Разумеется, «система» (двумерный проводящий слой на поверхности кремния) находится в перпендикулярном ему магнитном поле, как и при обычном эффекте Холла. Ограничусь здесь ссылками [22;23] и замечанием, что неожиданной и особенно интересной особенностью дробного квантового холл-эффекта является существование квазичастиц с дробными зарядами е± = (1/3) е (е – заряд электрона) и другими дробными зарядами. Нужно отметить, что двумерный электронный газ (или, вообще говоря, жидкость) интересен не только при исследовании холл-эффекта, но в других случаях и условиях [24;25].

Проблема 5 (некоторые вопросы физики твердого тела) сейчас буквально безбрежна. Я лишь наметил (в скобках) возможные темы и, если бы читал лекцию, остановился бы на гетероструктурах (включая сюда «квантовые точки») и на мезоскопике. Просто несколько лучше знаком с этими вопросами, чем с другими из той же области. Ограничусь ссылкой на целый выпуск УФН [24], посвященный этой тематике. Сошлюсь и на последнюю замеченную статью о переходах металл–диэлектрик [26]. Выбрать наиболее интересное нелегко, в этом, как раз, и нужно помочь читателям и слушателям.

В отношении проблемы 6 (фазовые переходы и т.д.) хочу добавить к [2,§5] следующее. Открытие низкотемпературных сверхтекучих фаз не отмечено Нобелевской премией по физике за 1996 г. [27].

Особое внимание за последние три года привлекает к себе бозе-эйнштейновская конденсация (БЭК) газов. Это, несомненно, очень интересные работы, но «бум», который с ними оказался связан, по моему мнению, в значительной мере обусловлен незнанием истории. Еще в 1925 г. Эйнштейн обратил внимание на БЭК [28], и сейчас этот вопрос, естественно, освещается в учебниках (см., например, [29,§62]). Длительное время, правда, на БЭК не обращали внимания и иногда даже сомневались в ее реальности. Но эти времена давно прошли, особенно после 1938 г., когда Ф. Лондон связал БЭК со сверхтекучестью 4Не [30]. Разумеется, гелий II – это жидкость, и БЭК проявляется, так сказать, не в чистом виде. Стремление наблюдать БЭК в разреженном газе вполне понятно и оправдано, но несерьезно видеть в этом открытии чего-то неожиданного и принципиально нового в физике (см. аналогичное замечание в [31]). Другое дело, что наблюдение БЭК в газах Rb, Na, Li и, наконец, в Н , осуществленное в 1995 г. и позже, является очень большим достижением экспериментальной физики. Оно стало возможно только в результате развития методов охлаждения газов до сверхнизких температур и удержания их в ловушках (за это, кстати, была присуждена Нобелевская премия по физике за 1997 г. [32]). Осуществление БЭК в газах повлекло за собой поток теоретических работ (см. обзоры [33;34]).

В бозе-эйнштейновском конденсате атомы находятся в когерентном состоянии и можно наблюдать интерференционные явления, что привело к появлению понятия об «атомном лазере» (см., например, [35; 36]). Весьма интересна и БЭК в двумерном газе [127].

Темы 7 и 8 весьма широкие, я за ними не слежу и поэтому не могу выделить что-то новое и важное. Разве что хочется отметить повышенный и вполне оправданный интерес к кластерам из различных атомов и молекул (речь идет об образованиях, содержащих небольшое число частиц [ 134]). Нужно отметить также исследования жидких кристаллов и одновременно сегнетоэлектриков (или, по английской терминологии, ферроэлектриков). Сошлюсь лишь на последнюю известную мне работу по данному вопросу [37]. Привлекает к себе внимание также изучение тонких сегнетоэлектрических пленок [38].

О фуллеренах (проблема 9) уже вскользь упоминалось (см. также [9;19]), и вместе с углеродными нанотрубками (nanotubes) [39] эта область исследований находится «в цвету».

О веществе в сверхсильных магнитных полях (конкретно, в коре нейтронных звезд), а также о моделировании соответствующих эффектов в полупроводниках (проблема 10) не знаю ничего нового. Подобное замечание не должно обескураживать или вызывать такой вопрос: зачем же тогда помещать эти проблемы в «список»? Во-первых, в [2,§8] я попытался пояснить физическую сущность этой задачи и почему она, на мой взгляд, имеет некую прелесть для физика; повторяться здесь нет особых оснований и, главное, места. Во-вторых, понимание важности вопроса вовсе не обязательно связано с достаточным знакомством с его состоянием на сегодняшний день. Вся моя «программа», как раз, и имеет цель стимулировать интерес и побудить специалистов освещать состояние проблемы неспециалистам в доступных статьях и лекциях.

В отношении нелинейной физики (проблемы 11 в «списке») ситуация иная, чем в предыдущем случае. Материала очень много, в «Physical Review Letters статьи появляются в каждом номере, там имеется даже специальный раздел, частично посвященный нелинейной динамике. Но, кроме того, нелинейная физика и, в частности, проблемы, перечисленные под номером 11, находят отражение и в других разделах журнала; в сумме нелинейной физике посвящено до 10-20% всего материала (см., например, [40]). Вообще, нужно, быть может, лишний раз подчеркнуть в дополнение к [2,§10], что внимание к нелинейной физике все усиливается и усиливается. В значительной мере это связано с тем, что использование современной вычислительной техники позволяет анализировать задачи, об исследовании которых раньше можно было только мечтать.

Недаром XX в. иногда называли не только атомным веком, но и лазерным веком. Совершенствование лазеров и расширение области их применения идет полным ходом. Но тема 12 – это не лазеры вообще, а прежде всего сверхмощные лазеры. Так, уже достигнута интенсивность (плотность мощности) I ~ (1020–1021)Вт см-2. При такой интенсивности напряженность электрического поля порядка 1012В см-1, т.е. оно на два порядка сильнее поля протона на основном уровне атома водорода. Магнитное поле достигает 109–1010Э [41]. При этом используются очень короткие импульсы длительностью до 10-15 с (т.е. до фемтосекунды). Использование таких импульсов открывает целый ряд возможностей, в частности, для получения гармоник, лежащих уже в рентгеновском диапазоне и, соответственно, рентгеновских импульсов с длительностью в аттосекунды (1 а = 10–18 с) [41;42]. Родственная проблема – создание и использование разеров и гразеров – аналогов лазеров соответственно в рентгеновском и гамма-диапазонах. Чего-либо нового в этой области (по сравнению с [2, §9]) я, к сожалению, не знаю.

Проблема 13 – из области ядерной физики. Это, конечно, большая область, плохо мне знакомая. Поэтому я выделил только два вопроса. Во-первых, это далекие трансурановые элементы в связи с надеждами на то, что отдельные изотопы в силу оболочечных эффектов живут долго (в качестве такого изотопа в литературе указывалось на ядро с Z = 114 и с числом нейтронов N = 184, т.е. с массовым числом A = Z + N = 298). Известные трансурановые элементы с Z < 114 живут лишь секунды или доли секунды. Появлявшиеся в литературе (см. [2,§11]) указания на существование в космических лучах долгоживущих (речь идет о миллионах лет) трансурановых ядер пока подтверждены не были. В начале 1999 г. появилось предварительное (еще не проверенное) сообщение [124] о том, что в Дубне синтезирован элемент 114 с массовым числом 289, живущий около 30 секунд. Поэтому возникла надежда на то, что элемент (114298), действительно, окажется очень долгоживущим. Во-вторых, упомянуты «экзотические» ядра. Это ядра из нуклонов и антинуклонов, какие-то гипотетические ядра с повышенной плотностью, не говоря уже о ядрах несферической формы и с некоторыми другими особенностями. Сюда же примыкает проблема кварковой материи и кварк–глюонной плазмы (см., например, [43;135–137] и указанную там литературу).


Каталог: fulltext -> UMK
UMK -> Рабочая программа учебной дисциплины иностранный язык (английский, немецкий, французский языки) для специальности
fulltext -> Дух предков хранит нас
fulltext -> Учебное пособие для студентов филологических специальностей Павлодар ’1 (075. 8) Ббк 81. 2-5Я7 н 90
UMK -> 1 курс немецкий язык Осенний семестр
UMK -> 1 курс французский язык осенний семестр
UMK -> Рабочая программа учебной дисциплины иностранный язык (английский, немецкий, французский языки) для специальности
UMK -> Хоккей обзор
UMK -> 1 курс для студентов иоиОТ
UMK -> Темы индивидуальных заданий по дисциплине "Астрономия"
UMK -> Атлетическая гимнастика
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   30

  • В МИРЕ ХИМИИ А.Л.Бучаченко Химия на рубеже веков: свершения и прогнозы.
  • КИБЕРНЕТИКА И ЭВОЛЮЦИЯ В.Ф.Турчин Феномен науки: Кибернетический подход к эволюции. Изд. 2-е М.: ЭТС. – 2000. – 368 с. (Избранное)
  • 21 ВЕК – РОЖДЕНИЕ МЕГАНАУКИ А.А.Крушанов Megasciense : новые рубежи наукогенеза.
  • В МИРЕ ФИЗИКИ И АСТРОФИЗИКИ В.Л.Гинзбург, академик РАН, лауреат Нобелевской премии по физ ике
  • 2. «Список» особенно важных и интересных проблем 1999 г.
  • 3. Некоторые комментарии (макрофизика)