36
А. Б. Мидал
Писмо школькам, которые хотят стать физикими
Учащие школы № 1 г. Лиды приспали письмо известному советскому физику-теоретику академику Аркадию Бейнусович Мигдалу. В письме они просили расказать, как началось его увлечение физикой и как подготовиться к этой профессии. Мы приводим ответ А. Б. Мидала, так как надемся, что он занимает всех наших читателей.
Когда мне было 12 лет, я разобил книгу Доната «Физика в играх» и стал делать физические игры. Некоторые из них придумывал сам. Потом начал строить различные физические приборы. Сделал тепловой ограничитель тока собственной конструкции. Делал детекторные примники (тогда никаких деталей в продукке не было).
После окончания школы я в течение года работал в школе лабораторном по физике. Тогда же опубликовал в журнале «Физика, математика, химия в средней школе» заметку «Приспособление, заменяющее машину Атвуда» (прибор для проверки 2-го закона Ньютона). Но по-настоящему стал заниматься физкой после поступления в Ленинградский государственный университет.
Как вы, наверное, знаете, физики делятся на два типа: физики-теоретики и физики-экспериментаторы. Мне уже с первого курса стало ясно, что я буду теоретиком. Физик-теоретик по характерам работы близок к математике. Его инструменты — бумага и карандаш. Полъязысь уже известными законами физики, он должен находить новые соответствия между различными величиными. Приведу два примера.
Во время блокады Ленинграда теоретики расчитали, при какой только льда можно безопасно переправлять грузовики с люdbми через Ладожское озеро. Это очень простая задача. Надо было только использовать найденный во многих экспериментах предел прочитости льда и применить хорошо известные уравнения теории упругости.
А вот задача неизмеримо более сложная, которая потребовала переместраться по понятный классический механики. Великий физик-теоретик Альберт Эйнштейн, анализирух ход физических процессов в движущихся телах, приSEL к заключению, что в быстрое движущейся системе времени течет медленнее. Позднее этот вывод блестише подтвердился в экспериментах по изучению распада быстрых элементарных частиц (например, м-мезонов). У движущихся частиц распад проискодит медленнее, чем у покоящихся, и зависитность времени распада от скорости в точности совпадает с той, которую предсказал Эйнштейн.
В данном примере задача эксперименторов состоит в проверке предсказанной теории. Однако чаще проискодит обратное — физики-экспериментаторы находят новую закономерность, не укладывающегося в существующие теории, и это дает толок развитию теоретической физики.
37
В случае теории относительной Эйнштейна, о которой только что упоминалось, таким только был изментийной опыт Майкельсона, в котором изменялась разность скорости света в направлении движения Земли и перpendикулярно к нему. Было показано, что обе скорости с колосальной точностью совпадают. Этот результат противоречил существованием в то время теории распространения света. Попытки объяснить результат опыта Майкельсона и приведли Эйнштейна к созданию теории относительной Эйнштейна и экспериментальная физика взаимно стимулируют друг друга.
Будущий физик рано или поздно должен решить, какая работа ему ближе по складу ума — теоретическая или экспериментальная? Чем раньше придет это решение, тем лучше.
Я расскажу о моей первой работе по физике. На втором курс я попал на практику в laboratorию завода «Электроприбор» (ныне—завод «Вибатор»). Как раз в это время была забракована большая партия волтметров из-за того, что при включении прибора в себя переменного тока положение конца стрелки размывалось на несколько миллиметров. Я решил попытаться выяснить причину брака. Было ясно, что дело в резонансе. Нужно было выяснить, какая именно часть стрелки входит в резонанс, и что следует изменить, чтобы от этого избавиться.
Я вынул стрелку из прибора и закрепил ее на станине частотомера (прибора, измеряющего частоту переменного тока). Затем я подложил под стрелку миллиметровую бумагу и, меняя обороты генератора, даюшего ток на частотомер, сял кривую зависимости амплитуды колебаний конца стрелки от частоты подводимого тока. Получилась типичная резонансная кривая с максимумом на 70 периодах в секунду (рис. 1). Но почему 70? Ведь в приборе максимальное размещение было при обычном токе, имеющим частоту 50 периодов в секунду. Я временно отложил этот вопрос и продолжал выяснять характер колебаний стрелки. Для этого я сделал точные царапинки в различных местах стрелки и освещал каждую из них почередно боковым светом так, что получалась движущаяся светящая точка. Наблюдая эти точки под увеличением (с помощью микроманипулятора), можно было определить амплитуду колебаний различных частей стрелки. Таким способом удалость доказать, что резонанс соответствует скручиванию вертикального колена стрелки (рис. 2), то есть что длиная часть стрелки поворачивается как целое бокруг оси, прохождение через вертикальное колено.
По жесткости материалов и распределению массы по стрелке можно было расчитать частоту колебаний. Расчитанная частота оказалась близкой к наблюдаемой, то есть составляла около 70 периодов в секунду. Так бы-
38
ло доказано, что характер колебаний установлен правильно. После этого надо было выяснить, в чем причина снижения резонансной части при помещении стрелки в прибор.
На станне частотомера стрелка была закреплена жестко, тогда как в приборе она скреплена с рамкой, по которой теет ток и которая сама может колебаться. Чтобы найти частоту стрелки при таком нежестком закреплении, нужно было решить задачу о двух связанных колебательных системах. Расчет показал, что частота стрелки, скрепленной с подвижной рамкой, действительное должа понизится с 70 до 50 периодов в секунду. Таким образом, причина была установлена. Осталось только расчитать, как следует изменить толщину вертикальной части стрелки, чтобы уйти от резонанса.
После этого была изготовлена серия в 1000 приборов с измененной стрелкой. Оказалось, что стрелка стоит как вопланная, не проискодит никаких вибраций. Только в двух приборах из 1000 положение конца стрелки по-прежнему размывалось, но когда эти приборы вскрыли, то оказалось, что туда по ошибке поставили стары стрелки. После этого мне предложили работу в заводской лаборатории параллельно с занятыми в университете. Я согласился и за это время научился самостоятельно ставить и решать прикладные теоретические задачи. Это очень помогло мне в дальнейшем.
Как и большимству физков-теоретическов, мне приходилось работать в различных областях физики. Атомная физика, космические лучи, теория металлов, atomное ядро, квантовая теория поля, астрофизика — все эти разделы физики какуся мне интересными. Сейчас наиболее принципальные вопросы решаются в теории элементарных части и в квантовой теории поля, но и в других областях физики есть много интересных нерешенных задач.
Что были познакомиться с различными областями физики, а главное — почувствовать их взаимосвязь, очень полезно внимательно прочитать замечательные «Фейнмановские lekции по физике», которые написаны известным американским физиком Ричардом Фейнманом.
Страйтеесь читать активно, пытаясь решить поставленные в книге задачи до того, как прочитете решение.
Для того чтобы заниматься научкой, надо не только много знать и уметь, но и воспитать в себе определенные качества характера. Вот несколько советов.
Не стаяйте с самого начала все понятия до конца. Понинимите приходит постепенно, в результате упорного труда, по мере привыкания к новым понятиям. Настоящее, глубоко понятие обязательно приводит к новым результатам, но приходит оно только после того, как хорошо поработаешь в данной области.
Если придет в голову какая-нибудь идея, надо не только站起来 ее подтвердить, но в еще большей степени站起来 ее опровернуть. Только так можно научиться добросовестно и объективно думать.
Главной движущей силой должен быть интерес к делу, а не стремление к эффективным решатам. Я знаю много примеров, когда талантливые люди терили способность добросовестно работать из-за стремления сделать «мировое открытие».
Задача научного работника — упорное и добросовестное исследование интересующего его явления, когда каждый малый шаг приносит радость. Открытие приходит только как побочный продукт такого исследования.
От идеи, даже самой хорошей, до достиверной научной истинны — тяжелый и трудный путь, иуший через сомнения и договора, черезровалы и взлеты подобно восхождение на непокоренную вершину, с которой открываются новые горизонты.