Над чем думают физики

60

«Это ночь уныние царило в лаборатории. В попытке получения и идентификации элементов 101 — следующее звено в цепи искусственного приготовления человека химических элементов за ураном — мы провели много тщательных экспериментов, но все они окончили неудачей. Теперь мы заканчивали последний опит, возникности которого казались, однako, мало убедительными. Ничтожный образец приготовления нами материалов даже в лучшем случае мог содержать только один или два atoms неуловимого элемента 101…

Мы пристало следили за регистрацииом импульсов, связанным с использованием камерой. Прошел час. Время близилось к расвету. Ожидание казалось бесконечным. Наконец этого случая! Перо самопищущего механизма подскочило до середины шкалы и упало вниз, оставив четкую красную линию: это был большой инициализционный импульс… Примерно через час был зарегистрирован второй импульс, похожий на первый. Теперь мы были уверены, что являемся свидетельми распада двух atoms элемента 101 и, таким образом, пополнили химическую семью новым элементом.**

Так начинается расссказ американских физиков Гленна Сиборга и Альберта Гиорзо о создании новых химических элементов. В русском переводе он помещен в первом выпуске сборника «Над чем думают физики», который был издан в 1962 году. С тех пор эта серия научно-популярных сборников пополнилась еще пятью выпусками. Первые два из них вышли в Государственном издательстве физико-математической литературы, остальные — в издательстве «Наука». Вот название этих выпусков:

Выпуск 1. Физика atomного ядра (1962 г., цена 23 коп.).
Выпуск 2. Элементарные частицы (1963 г., цена 25 коп.).
Выпуск 3. Элементарные частицы (1965 г., цена 43 коп.).
Выпуск 4. Физика atomного ядра (1965 г., цена 29 коп.).
Выпуск 5. Квантовая макрофизика (1967 г., цена 62 коп.).
Выпуск 6. Астрофизика (1967 г., цена 1 руб. 06 коп.).
Все эти книги — с самого переднего края науки. Поэтому они и называны «Надчем думают физики». Действительно, в них рассказывается о том, чем занимаются учены в наши дни, а иногда и о том, чем они еще только собираются заняться. Недаром многое статья кончится примерно так же, как стать Робертта Маршака «Ядерные силы», помещенная в четырёх выпуске:

«Что можно сказать о заветной мечте физиков — истинном теоретическом понимании ядерных сил? Все, что мы можем сделать в настоящий момент, — это выразить надежду, что мы находимся на верном пути… Тем не менее мы убежданы, что когда-нибудь мы сможем написать правильную выпуски»

61

ные уравнения и найдем способ решить их. Дотех пор у нас, по-видимому, нет другого выбора, кроме как пробивать вперед при помощи эмпирических приближений, описанных в этой статье.»
В наши дни наука развивается необсячайно быстро, и учебники, естественно, не успевают за этим развитием. Если знакомиться с какой-нибудь современной наукой только по учебнику, то может показаться, что в ней все уже сделано, все проблемы решены, шахта, так сказаить, уже выработана, руда добита и на твою долю осталась только пустая порода. Становится даже как-то обидно, что поздно родился. Уже открыты все страны и нет белых пятен на карте Земли, найдены все законы — Ньютона, Кулона, Ампера, Джоуля — Ленца и т. д., созданы теория относительной и квантовая механика. Казалось бы, чего же еще? Но в действительности это не так, и физика стоит сегодня перед множеством нерешенных проблем.

Из какого вещества состоит элементарные частицы (электроны, нейтроны, протоны и т. д.) и каково их строение? Может быть, они являются однородными компонами неведомой материи, а быть может, как писал когда-то известный русский позт Валерий Брюсов,

«эти электроны — Миры, где пять материков, Искусства, знания, войны,tronны И память сорока веков!»

Какова природа сил тяготения, и как они возникют? Что представляют собой ядерные силы? Где кончается перiodическая система элементов и какие еще atoms можно в нее добавить? Существует ли где-то в бездонных глубинах космоса хотя бы один антиимир, построенный из антишества? Сколько у природы элементарных частиц и каковые их свойства?

О таких проблем и расссказывается в сборнике «Над чем думают физики». Причем расссказывается, как правило, из самых первых рук, крупнейшими учеными, которые сами проводят эти исследования. Поэтому, читая статью, как бы входил к ним в лабораторию, узнаешь много любопытных деталей и начинаешь лучеше понимать, как делается наука.

Несмотря на то, что в этих сборнике разговор все время идет о новейших проблемы физики, общно очень трудных для понимания, они неизменно остаются в полне доступными для старшеклассников. Авторы с большим мастерством используют весь арсенал средств подлинно научной получилизации: они проводят простые примеры и анализи, используют ясные модели различных физических процессов, практические полностью обходятся без сложного математического аппарата. Статы написаны очень интересно, живым, образным языком и иногда читаются как художественные произведения, хотя имеются глобкий физический смысл.

Вот краткая характеристика основного содержания этих сборников.

Два выпуска (первый и четверый) расссказывают об исследованийatomных ядер. Прежде всего решет о средств исследований — ускорительных заряженных частиц, искусных камерах, специальных высокочувствительных фотопластиках, спектрометрах. В других статьях рассматривают результаты при изучении структуры atomных ядер и природы ядерных сил. Подробно описаны также работы по созданию трансрановых элементов.

Во втором и третьем выпусках собраны статьи об элементарных частиц. Кроме расссказывается о многих отдельных видах частиц — пионах, нейтрино, антипротоне, антинейтроне,

К-mezонах, гиперонах, резонансах, их открытини, свойств и места, которые они занимают в микромпе.

Пятый выпуск объединяет статью о макросоппических эффективах и явлениях, природа которых носит принципально квантовый характер. Это прежде всего квантовая электроника, создавшая молекулярные генераторы и успешил們 различных излучений, сверхточные atomные часы. Сюда же относится недавно открыты квантовые явления, связанные со сверхпроводимостью и сверхтекучеству, а также знаменитый эффектив Мессбаузра.

Шестой выпуск целиком посвящен проблемы современной астрономики. В нем расссказано о новых разделах астрономии — инфракрасной, рептгеновской, нейтриной, гамма- и радиоастрономии — и добавых им удивительных сведений. Что, например, заставляет взрываться градинозные миры — Галактики? Почему пульсируют звезды? Сколько лет туманности Орина? Какие физические процессы происходит в Большом Магеллановом области? Вот некоторые из проблемы, рассмотренных в этой книге.

К сожалению, среди авторов сборников очень встречались именно советских ученых, многие из которых внесли достойный вклад в развитие современной физики. В некоторых статьях этот вклад даже не отмечен не только в основном тексте, но и в применяющих редакторов.

Большинство из этих сборников доступны. Они выходили сравнительно небольшими траражами, и теперь их можно найти только в библиотеках. Но каждый, кто дает себе труд прочитать хотя бы одну из этих книг, почувствует могущее дыхание современной науки с ее интерсейшми решенными и нерешенными проблемами.

В. А. Лешковце

62

К статье «Рассказ о кванте»
(стр. 6—15)

1. 9,8·10⁻⁷ ∂x/cm³.
2. 2,3·10⁻¹² ∂p ≈ 1,5 электрон-вольта.
   Максимум числа квантов: 1,7·10⁻¹² ∂p ≈ 1 электрон-вольт.
3. 4,4·10¹² квантов в одном кубическом сантиметре.
4. Энергия кванта: 9,6 килюэлектрон-вольта, энергия электрона: 0,1 килюэлектрон-вольта.

К статье «Цепные дроби»
(стр. 16—26)

1. λ = 5216,5.
2. [0; 1, 2, 3, 4, 5].
3. $\frac{5777}{1875}$.
4. a) [1; 1212⋯],

6. [2; 444⋯],
   b) [2; 2424⋯].

5. 6. $\frac{\sqrt{ab(ab-4)}-ab}{2a}$*.

К статье «Что такое функция»
(стр. 27—36)

1. Естественная область определения:
   a) x ≠ 0; 6) x ≤ -1; x ≥ 1.
2. a) 9; 6) 8; b) 6.
3. a) 8; 6) 6; b) 9; г) 0.
4. 10⁷; 4⁷.
5. nⁿ.
6. Обратимы f₁ и f₃.
   13 и 14. Отображение совпадает с обратным кнему.
7. a) 1680; 6) 9240; b) 18 150=3⁹-3·2⁹+3
8. Aₙⁿ=n (n−1) … (n−m+1), если m≤n; Aₙⁿ=0, если m>n.
9. $\frac{28!}{(7!)^4}$.

*) Это — положительный корень уравнения
$$x = \frac{1}{a + \frac{1}{b+x}}.$$

К статье «Сухое тренение»
(стр. 37—43)

1. Разложим сны треня, действующее на передние колеса автоматically, на две составляющие: F₁, лежащие в плоскости колес, и F₂, перpendикулярные колесам (см. рисунок). Силы F₁ заставляют колеса врашать, а силы F₂ поворачивают автоматically.

2. Если центр тяжестки палки не находится посередине между пальцами, то давление палки на пальцы различно. Различны и силы треня, действующее на палку со стороны пальцев. Палка смещается в ту сторону, где трене меньше.

3. Пока брусок не скольит по плоскости, сны треня равна по величины проекции веса бруска на наклонную плоскость F_TP = P sin α. Брусок начинает скольить, когда сны треня достигает максимальной величины покоя F_TP = kN = kP cos α. При этом выполняется условие kP cos α = P sin α. Поэтому сокальзывание бруска начинается при угле наклона плоскости к горизонту α = arctg k. После этого сны треня будет равна F_TP = kN = kP cos α.

Угол α = arctg k, при котором брусок начинает скольить, называют углом треня. Он имеет еще и другой геометрической смысл: если к бруску, лежащему на горизонтовой плоскости, приложить силу, составляющую с вертикального угол меньше чем угол треня, то брусок нельзя сдвинуть с места, сколь вликани бы приложенная сила. Доказать это можно так. Посадим наблюдаателя на наклонную плоскость, на которой лежит брус-

63

сок, и будем увеличивать угол наклона плоскости к горизонту. Наблюдаемый скажет, что в его системе координат на тело, лежащее на плоскости, которое он считает горизонтальной, действует слая, составляющая с перепределкойром к плоскости угол α. Если tgα < k (т. е. α < arctg k), то брусок не скольzt по плоскости, сколько бы велика ни была приложенная сила.
4. Ответ показан на рисунке.

Вставленный в прорезь чертеж прижмется шариком к доске. Если угол α, образуемый наклонной гранью обойти с вертикально, таков, что tg2α < k (где k — коэффициент треня между шариком и чертежом), то чертеж будет удерживать слиной треня о шарик, каким бы большим ни был вес чертежа и каким бы малим ни было трене

5. Трос действует на стержни с силами F1 и F2, величины которых зависит от веса трубы. Например, если стержни составляют с перепределкойром к поверхности трубы угол меньше, чем α = arctg k (k — коэффициент треня стержней о трубу), то стержни не будут скольzt по трубе, сколько бы велики ни были силы F1 и F2, а значит, каким бы большим ни был вес трубы (см. решение задачи 3). В подобных случаях инженеры говорят о заклинивании.

Использовая заклинивание, можно сделать простой и удобный замок для подвешивания карт и чертежей. Нужно изготовить две металлические обойтиы, как показано на рисунке (стр. 64, вверху), и, прибив обойтиы к доске, выходить в них по шарику.

чертежа о доску. Для того чтобы вытащить чертеж из замка, достаточно приподнять шарик указакой.

6. Кубик начинает скольzt, когда равноведействующая силы F и составляющей веса кубика, параллельной наклонной плоскости,