Избранное по методике преподавания физики в средней школе и публицистика

Ã.À. Ðîçìàí

ÈÇÁÐÀÍÍÎÅ ÏÎ ÌÅÒÎÄÈÊÅ ÏÐÅÏÎÄÀÂÀÍÈß ÔÈÇÈÊÈ â ñðåäíåé øêîëå è ÏÓÁËÈÖÈÑÒÈÊÀ

Ïñêîâ 2002

1

ÁÁÊ 22 Ð649

Ïå÷àòàåòñÿ ïî ðåøåíèþ êàôåäðû ôèçèêè è ðåäàêöèîííîèçäàòåëüñêîãî ñîâåòà ÏÃÏÈ èì. Ñ.Ì. Êèðîâà

Ðîçìàí Ã.À. Ð649 Èçáðàííîå ïî ìåòîäèêå ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè â ñðåäíåé øêîëå è ïóáëèöèñòèêà. - Ïñêîâ: ÏÃÏÈ, 2002. - 212 ñ. Ð649

Àâòîð ñáîðíèêà âûðàæàåò ãëóáîêóþ áëàãîäàðíîñòü Ãåíåðàëüíîìó äèðåêòîðó ÎÎÎ «ÏÎ N-P-N», äåïóòàòó Ïñêîâñêîãî îáëàñòíîãî ñîáðàíèÿ äåïóòàòîâ Èãîðþ Íèêîëàåâè÷ó Ñàâèöêîìó, áëàãîäàðÿ ïîìîùè êîòîðîãî ñòàë âîçìîæåí âûõîä â ñâåò äàííîãî ñáîðíèêà.

ISBN 5-87854-216-1

© Ðîçìàí Ã.À., 2002 © Ïñêîâñêèé ãîñóäàðñòâåííûé ïåäàãîãè÷åñêèé èíñòèòóò èì. Ñ.Ì. Êèðîâà (ÏÃÏÈ èì. Ñ.Ì.Êèðîâà), 2002 2

Ïðåäèñëîâèå  äàííûé ñáîðíèê âîøëè ñòàòüè ïî ìåòîäèêå ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè â ñðåäíåé øêîëå. Èõ ïåðâûå ïóáëèêàöèè ñîñòîÿëèñü äåñÿòèëåòèÿ íàçàä. Íî âñå îíè ñâÿçàíû ñ ôóíäàìåíòàëüíûìè ïðîáëåìàìè ïðåïîäàâàíèÿ è ïîýòîìó íå ìîãóò ïîòåðÿòü ñâîåãî çíà÷åíèÿ è ñåé÷àñ. Òåì áîëåå, ÷òî â øêîëó ïðèøëî íîâîå ïîêîëåíèå ó÷èòåëåé, êîòîðûì , àâòîðó õî÷åòñÿ íàäåÿòüñÿ, ñîäåðæàíèå ñòàòåé ïîìîæåò â èõ ïîâñåäíåâíîé ðàáîòå. Ìíîãî ñòàòåé íàïèñàíî â òâîð÷åñêîì ñîäðóæåñòâå ñ ó÷èòåëÿìè, àâòîð ïðèçíàòåëåí èì è ñåé÷àñ. Ïóáëèöèñòè÷åñêèå ñòàòüè áûëè îïóáëèêîâàíû â ïåðèîäè÷åñêîé ïå÷àòè è ñâÿçàíû ñ ïàìÿòíûìè äàòàìè â èñòîðèè ôèçèêè. Ä.ô.-ì.í., ïðîô. Ã.À.Ðîçìàí

3

ÍÀÂÑÅÃÄÀ  ØÊÎËÅ* Î÷åíü äàâíî, áîëåå ïîëóâåêà íàçàä, â ñèëó ðÿäà îáñòîÿòåëüñòâ ìíå ïðèøëîñü ðàáîòàòü ó÷èòåëåì ôèçèêè â øêîëå. Òîëüêî ÷òî îêîí÷èâ ôèçôàê Ëåíèíãðàäñêîãî óíèâåðñèòåòà ïî ñïåöèàëüíîñòè «ôèçèê-òåîðåòèê», ÿ íåîæèäàííî ïîëó÷èë íàïðàâëåíèå íà ðàáîòó â Ïñêîâñêèé ïåäàãîãè÷åñêèé èíñòèòóò (òîãäà óíèâåðñèòåòû ãîòîâèëè òîëüêî íàó÷íûõ ðàáîòíèêîâ). Îäíàêî, êîãäà ÿ ÿâèëñÿ íà ðàáîòó, îêàçàëîñü, ÷òî ó÷åáíàÿ íàãðóçêà óæå ðàñïðåäåëåíà è ìíå ïðåäëîæèëè äî íîâîãî ó÷åáíîãî ãîäà ïîðàáîòàòü â 6-õ, à çàòåì â 10-õ êëàññàõ øêîëû ¹12 ã. Ïñêîâà. Òàê åñòåñòâåííî íà÷àëàñü ìîÿ ìíîãîëåòíÿÿ ñâÿçü ñ ó÷àùèìèñÿ è ó÷èòåëÿìè. Êàê ýòî íè çâó÷èò óäèâèòåëüíî, íî ÿ áûë ðàä òàêîìó íà÷àëó. È ñåé÷àñ ñ÷èòàþ, ÷òî ïðåïîäàâàòåëü ïåäàãîãè÷åñêîãî èíñòèòóòà äîëæåí íå ïðîñòî ÷èòàòü ñâîé êóðñ, à ïåðåîñìûñëèâàòü åãî ñ òî÷êè çðåíèÿ ïîëüçû ýòîãî êóðñà äëÿ áóäóùèõ ó÷èòåëåé, ñäåëàòü òî, ÷òî íàçûâàåòñÿ ïåäàãîãèçàöèåé. À êàê ýòî ìîæíî ñäåëàòü, åñëè íå çíàåøü øêîëû, íå ïîðàáîòàåøü òàì?  ñåðåäèíå 50-õ ãîäîâ íà÷àëñÿ ýòàï «ïîëèòåõíèçàöèè» ñðåäíåé øêîëû. Óæå â øêîëå ¹8, ïîìèìî óðîêîâ ôèçèêè â 10-õ êëàññàõ, ÿ çàíÿëñÿ îáîðóäîâàíèåì êàáèíåòà ýëåêòðîòåõíèêè è ðàäèîòåõíèêè.  7-õ êëàññàõ áûëè îðãàíèçîâàíû ïðàêòè÷åñêèå çàíÿòèÿ ïî ýëåêòðîìîíòàæó. Íà îñíîâå ëè÷íîãî îïûòà ÿ ðàçðàáîòàë ìåòîäè÷åñêîå ïîñîáèå «Ýëåêòðîìîíòàæ â 7-õ êëàññàõ», êîòîðîå áûëî èçäàíî èíñòèòóòîì óñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ó÷èòåëåé (íûíå ÏÎÈÏÊÐÎ) - ýòî áûëà ìîÿ ïåðâàÿ ìåòîäè÷åñêàÿ ïóáëèêàöèÿ (1957ã.). Èìåÿ íåêîòîðûé îïûò ðàáîòû â øêîëå, ÿ óæå áîëåå óâåðåííî ðóêîâîäèë ïåäàãîãè÷åñêîé ïðàêòèêîé ñòóäåíòîâ-ôèçèêîâ. Ïîñåùåíèå øêîë ñïîñîáñòâîâàëî ìîåìó çíàêîìñòâó ñ ó÷èòåëÿìè, çíàêîìñòâó ñ èõ ïåäàãîãè÷åñêèìè «ñåêðåòàìè». Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ðóêîâîäñòâîì èíñòèòóòà ïîîùðÿëîñü * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ñá «Ïñêîâñêàÿ øêîëà-80 ëåò ñîçäàíèÿ îðãàíîâ óïðàâëåíèÿ îáðàçîâàíèåì Ïñêîâñêîé îáëàñòè» èçä.ÏÎÈÏÊÐÎ, 1998ã., ñ.80-83.

4

ñîâìåñòèòåëüñòâî â øêîëå, òàê êàê îíî ñïîñîáñòâîâàëî ïîâûøåíèþ êà÷åñòâà ïðåïîäàâàíèÿ, îñóùåñòâëÿëàñü ñâÿçü ñ «ïðîèçâîäñòâîì». Íà ñîáñòâåííîì ïðèìåðå ìîãó ïîäòâåðäèòü, ÷òî ñîâìåñòèòåëüñòâî ïîçâîëÿëî ìíå ïðåâðàùàòü ÷èòàåìûå ìíîþ êóðñû òåîðåòè÷åñêîé ôèçèêè â íåîáõîäèìóþ ÷àñòü ïîäãîòîâêè êâàëèôèöèðîâàííûõ ó÷èòåëåé ôèçèêè. Íåðåäêî íà çàíÿòèÿõ ìíå ïðèõîäèëîñü óêàçûâàòü íà âàæíîñòü òîãî èëè èíîãî èçëàãàåìîãî âîïðîñà, åãî ñâÿçè ñ ìàòåðèàëîì øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè. Ðóêîâîäñòâî èíñòèòóòà âèäåëî ðåçóëüòàòû ìîåé ïåäàãîãè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè, è âïîñëåäñòâèè ÿ áûë íàãðàæäåí çíà÷êàìè «Îòëè÷íèê ïðîñâåùåíèÿ ÐÑÔÑл, «Îòëè÷íèê íàðîäíîãî îáðàçîâàíèÿ ÑÑÑÐ è, íàêîíåö, ìåäàëüþ èì.Ê.Ä.Óøèíñêîãî çà óñïåõè â ïåäàãîãè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè. Óñïåøíî øëà è íàó÷íàÿ ðàáîòà.  ñåðåäèíå 60-õ ãã. áûëà çàùèùåíà êàíäèäàòñêàÿ äèññåðòàöèÿ ïî òåîðåòè÷åñêîé ôèçèêå.  ýòî âðåìÿ â øêîëàõ íà÷àëàñü ïîäãîòîâêà ê íîâîé ðåôîðìå, ââîäèëèñü ôàêóëüòàòèâíûå êóðñû ïî íîâûì ðàçäåëàì ôèçèêè. Íóæíî áûëî ïîìî÷ü øêîëå, ó÷èòåëÿì, øêîëüíèêàì. Ïî ìîåé èíèöèàòèâå ãîðÎÍÎ ã. Ïñêîâà îáðàçóåò îáùåãîðîäñêîé ôàêóëüòàòèâ. È ïî÷òè äâà äåñÿòêà ëåò ÿ ðåãóëÿðíî ïðîâîäèë ãîäîâûå êóðñû ñ ó÷àùèìèñÿ ñòàðøèõ êëàññîâ. Òåìàòèêà ôàêóëüòàòèâà ìåíÿëàñü îò ãîäà ê ãîäó èëè øëè äâà êóðñà â ïàðàëëåëü. Ðàçðàáàòûâàëèñü ïðîãðàììû è ñîäåðæàíèå òàêèõ ôàêóëüòàòèâîâ êàê «Ñòðîåíèå è ñâîéñòâà âåùåñòâà», «Îñíîâû ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè», «Ôèçèêà ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö», «Ðåøåíèå ôèçè÷åñêèõ çàäà÷» è äð.  àóäèòîðèþ èíñòèòóòà â îïðåäåëåííûé äåíü è ÷àñ ïðèõîäèëè ëþáîçíàòåëüíûå øêîëüíèêè ïî íåñêîëüêî ÷åëîâåê îò êàæäîé øêîëû. Ñ ýòèìè ðåáÿòàìè áûëî èíòåðåñíî ðàáîòàòü, ó ìåíÿ ôîðìèðîâàëñÿ ñòèëü ëåêöèè-áåñåäû ñ îñóùåñòâëåíèåì îáðàòíîé ñâÿçè. Óäîâëåòâîðåíèå äàâàëî íå òîëüêî òî, ÷òî «ôàêóëüòàòèâùèêè» ïîñòóïàëè â âûñøèå ó÷åáíûå çàâåäåíèÿ. Ñïóñòÿ ãîäû íåêîòîðûå èç íèõ çàùèùàëè êàíäèäàòñêèå è äîêòîðñêèå äèññåðòàöèè. Ìàëàÿ òîëèêà, õî÷åòñÿ íàäååòñÿ, â ýòîì ïðèíàäëåæàëà è ìíå… Âïîñëåäñòâèè, êîãäà ñòóäåíòàì, óñïåøíî ïðîõîäÿùèì êóðñ îáó÷åíèÿ, áûëî ðàçðåøåíî ãîòîâèòü äèïëîìíûå ðàáîòû, ê 5

ïðîâåäåíèþ ôàêóëüòàòèâîâ ðàçíîãî ñîäåðæàíèÿ ÿ ñòàë ïðèâëåêàòü è ñòóäåíòîâ. Ôàêóëüòàòèâû ïðîâîäèëèñü ñðàçó â íåñêîëüêèõ øêîëàõ è îõâàòûâàëè äî ñîòíè ó÷àùèõñÿ. Êàê ïðàâèëî, äèïëîìíûå ðàáîòû, îáîáùàÿ ëè÷íûå ïåäàãîãè÷åñêèå ýêñïåðèìåíòû ñòóäåíòîâ, çàâåðøàëèñü óñïåøíîé çàùèòîé, à çàòåì ïðè ðàáîòå â øêîëå ïðèîáðåòåííûé îïûò èñïîëüçîâàëñÿ ìîëîäûìè ó÷èòåëÿìè ïðè ñîñòàâëåíèè àâòîðñêèõ ïðîãðàìì.  íà÷àëå 70-õ ãîäîâ ôàêóëüòàòèâíûå êóðñû, êîòîðûå ïðîâîäèëèñü ðàíåå íà äîáðîâîëüíûõ íà÷àëàõ, ÷àñòè÷íî áûëè âêëþ÷åíû â îáÿçàòåëüíóþ øêîëüíóþ ïðîãðàììó. Íà áàçå ìíîãîêðàòíî ïðîâåäåííûõ ôàêóëüòàòèâîâ ìíîþ áûëè íàïèñàíû è èçäàíû ó÷åáíûå ïîñîáèÿ äëÿ øêîëüíèêîâ è ó÷èòåëåé: «Ñîâðåìåííûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ñòðîåíèè è ñâîéñòâàõ òâåðäûõ òåë» (1975ã.), «Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè» (1992, 1995ãã.), «Ôèçèêà ïîëóïðîâîäíèêîâ è ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ» (1994ã.), «Ââåäåíèå â îáùóþ òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè À.Ýéíøòåéíà» (1998ã.), «Ìèêðîñêîïè÷åñêàÿ òåîðèÿ âåùåñòâà» (1993ã.) è äð.  1981 ã. íà Ó÷åíîì Ñîâåòå Ëåíèíãðàäñêîãî ïîëèòåõíè÷åñêîãî èíñòèòóòà ìíîþ óñïåøíî áûëà çàùèùåíà äîêòîðñêàÿ äèññåðòàöèÿ ïî òåîðåòè÷åñêîé ôèçèêå, ñîäåðæàíèå êîòîðîé â âèäå ñòàòåé áûëî îïóáëèêîâàíî, â îñíîâíîì, â öåíòðàëüíûõ àêàäåìè÷åñêèõ èçäàíèÿõ. Ê ýòîìó âðåìåíè èçìåíèëèñü è ôîðìû îáùåíèÿ ñ ó÷èòåëÿìè è ó÷àùèìèñÿ. Ïðàêòè÷åñêè âî âñåõ øêîëàõ ã. Ïñêîâà è Ïñêîâñêîãî ðàéîíà, ã. Âåëèêèå Ëóêè åæåãîäíî ÿ ñòàë ÷èòàòü îáçîðíûå è òåìàòè÷åñêèå ëåêöèè (â òîì ÷èñëå è ïî âîïðîñàì ýêîëîãèè). Çà ãîä ÷èñëî ñëóøàòåëåé äîñòèãëî 15 òûñ. ó÷àùèõñÿ 10 è 11 – êëàññîâ è ó÷èòåëåé ôèçèêè.  ïîñëåäíèå ãîäû ïî èíèöèàòèâå Îáëàñòíîãî óïðàâëåíèÿ îáðàçîâàíèÿ, ÏÃÏÈ è ÏÎÈÏÊÐÎ ñòàëè ïðîâîäèòñÿ íàó÷íîïðàêòè÷åñêèå êîíôåðåíöèè ó÷àùèõñÿ. Ìåíÿ ðåêîìåíäîâàëè áûòü îáùåñòâåííûì íàó÷íûì êîíñóëüòàíòîì øêîëüíûõ íàó÷íûõ îáùåñòâ (ñåêöèÿ ôèçèêè).  îáÿçàííîñòè âõîäèëî íå òîëüêî ðåêîìåíäîâàòü òåìû äëÿ íàó÷íûõ ðàáîò øêîëüíèêîâ (áûë ñîñòàâëåí ñïèñîê èç íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ íàçâàíèé òåì, êîòîðûé áûë ïåðåäàí â êàáèíåò ôèçèêè ÏÎÈÏÊÐÎ è â Öåíòð îäàðåííûõ 6

äåòåé), íî, ïî âîçìîæíîñòè, êîððåêòèðîâàòü èõ ñîäåðæàíèå ñîâìåñòíî ñ àâòîðàìè è ó÷èòåëÿìè-ðóêîâîäèòåëÿìè. Ýòà ðàáîòà çàõâàòèëà ìåíÿ, òàê êàê ïðèíîñèëà óäîâîëüñòâèå è íåïîñðåäñòâåííóþ ïîëüçó øêîëå. Áîëüøèì ñîáûòèåì â æèçíè øêîëû, â æèçíè íàó÷íîé èíòåëëèãåíöèè íàøåé îáëàñòè ÿâèëèñü Ñîðîñîâñêèå êîíôåðåíöèè ó÷èòåëåé, îðãàíèçàòîðîì êîòîðûõ áûëà äèðåêòîð ÏÎÈÏÊÐÎ Ë. Ê. Ôîìè÷åâà. Îòðàäíî áûëî âèäåòü îãðîìíûé èíòåðåñ ó÷èòåëåé ê ïðîáëåìàì ñîâðåìåííûõ íàóê, âîçìîæíîñòü îáùåíèÿ ñî ñòîëè÷íûìè Ñîðîñîâñêèìè ïðîôåññîðàìè – íåïîñðåäñòâåííûìè òâîðöàìè îòå÷åñòâåííîé íàóêè.  êîíöå 80-õ ãã. â ìîåé ñâÿçè ñî øêîëîé âîçíèêëà íîâàÿ òâîð÷åñêàÿ ëèíèÿ îáùåíèÿ: ÿ áûë íàçíà÷åí ñîñòàâèòåëåì è íàó÷íûì ðåäàêòîðîì ìåòîäè÷åñêèõ ñáîðíèêîâ «Â ïîìîùü ó÷èòåëþ ôèçèêè», êîòîðûé ñòàëà âûïóñêàòü êàôåäðà ôèçèêè ÏÃÏÈ ñ 1986ã. Ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè âûøëî 8 ñáîðíèêîâ, êàæäûé â îáúåìå 4-5 ï. ë., ïî÷òè ïîëîâèíà àâòîðîâ â êàæäîì ñáîðíèêå- øêîëüíûå ó÷èòåëÿ. Ñ÷èòàþ ýòó ðàáîòó óäà÷åé â äåëå ñâÿçè ñî øêîëîé, êàæäàÿ ñòàòüÿ ìíîãîêðàòíî îáñóæäàëàñü ñ àâòîðîì, óñòðàíÿëèñü ñòèëèñòè÷åñêèå îãðåõè, îòòà÷èâàëàñü îñíîâíàÿ ìûñëü ñòàòüè. Îñíîâíîå íàçíà÷åíèå ñòàòåé ñáîðíèêî⠖ îêàçàòü ïîìîùü ó÷èòåëÿì ôèçèêè â äåëå ìåòîäè÷åñêîãî îñìûñëåíèÿ ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà, â îñîáåííîñòè òåõ âîïðîñîâ, êîòîðûå ìåòîäè÷åñêè ðàçðàáîòàíû íåäîñòàòî÷íî. Ïîìèìî òåîðåòèêî – ìåòîäè÷åñêîãî ìàòåðèàëà, ñáîðíèêè ñîäåðæàò ðàçðàáîòêè íîâûõ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò, ïðîãðàììû è ñîäåðæàíèå ïðàêòèêóìîâ ïî ðåøåíèþ çàäà÷, ñöåíàðèè èãðîâûõ óðîêîâ è âíåóðî÷íûõ ìåðîïðèÿòèé è ò.ä. Âûïóñê ñáîðíèêîâ ïðîäîëæàåòñÿ.  ïîñëåäíèå ãîäû âîçíèêëà åùå îäíà ôîðìà ñâÿçè ñ ó÷åíèêàìè è ó÷èòåëÿìè: åæåíåäåëüíî ìíîþ ïðîâîäÿòñÿ îòêðûòûå êîíñóëüòàöèè ïî âñåì âîïðîñàì øêîëüíîé ôèçèêè. Äåñÿòêè ó÷èòåëåé è åùå áîëüøå èõ ó÷åíèêîâ ïîëó÷èëè ïîìîùü êàê â ðàçáîðå ôèçè÷åñêèõ âîïðîñîâ, òàê è êîíñóëüòàöèè ïî îðãàíèçàöèè è ðàçðàáîòêå íàó÷íîé ðàáîòû øêîëüíèêîâ. Äâóì øêîëàì îáëàñòè (øê. ¹12 ã. Ïñêîâà è øê. ¹6 ã. Îñòðîâà) ÿ ïðåäñòàâèë ïîäðîáíóþ ïðîãðàììó øêîëüíîãî ýêîëîãè÷åñêîãî îáùåñòâà, â 7

êîòîðîì äîëæíû ðàáîòàòü 16 ñåêöèé âñåõ îñíîâíûõ øêîëüíûõ ïðåäìåòîâ ñ ïðèâëå÷åíèåì ó÷àùèõñÿ ïðàêòè÷åñêè âñåõ êëàññîâ (ñ ó÷åòîì âîçðàñòíûõ îñîáåííîñòåé è çíàíèé). Åæåãîäíî ðóêîâîäñòâî ÏÎÈÏÊÐÎ ïðèâëåêàåò ìåíÿ äëÿ ÷òåíèÿ ëåêöèé ïî ñàìûì ðàçíîîáðàçíûì âîïðîñàì øêîëüíîé è ñîâðåìåííîé ôèçèêè, âêëþ÷àÿ ïðîáëåìû âçàèìîñâÿçè ôèçèêè è ýêîëîãèè. Ðàäîñòíî îáùàòüñÿ ñ ó÷àùèìèñÿ, ãëàçà êîòîðûõ ãîðÿò ëþáîïûòñòâîì è êîòîðûå ñ ïîíèìàíèåì âîñïðèíèìàþò ìàòåðèàë ëåêöèè. Âñå ìîè âñòðå÷è ñ ó÷àùèìèñÿ îáÿçàòåëüíî ñîäåðæàò ìîìåíò ïðîôîðèåíòàöèè è âîñïèòàíèÿ ãîðäîñòè çà îòå÷åñòâåííóþ ôèçè÷åñêóþ íàóêó, ïðîäîëæàòåëÿìè êîòîðîé ìîãóò ñòàòü ìíîãèå èç ìîèõ ñëóøàòåëåé. Êàê áû íè çâó÷àëî âûñîêîïàðíî, íî ãîâîðþ ÷åñòíî, ÷òî ìíîãîå, ÷òî ÿ äîñòèã â ïåäàãîãè÷åñêîé ðàáîòå è íàóêå, â îïðåäåëåííîé ñòåïåíè ñâÿçàíî ñ ìíîãîëåòíèì îáùåíèåì ñ ó÷èòåëÿìè è øêîëüíèêàìè, êîòîðîå ïîñòîÿííî òðåáîâàëî îò ìåíÿ ñàìîñîâåðøåíñòâîâàíèÿ, íåïðåñòàííîãî ïîâûøåíèÿ ñâîåãî íàó÷íîãî óðîâíÿ.

8

ÃÐÀÌÎÒÍÎÑÒÜ ÐÅ×È – ÇÀËÎà ÏÎÍÈÌÀÍÈß ÔÈÇÈÊÈ*  äàííîé ñòàòüå ðå÷ü ïîéäåò íå î ãðàìîòíîñòè ðå÷è ó÷àùèõñÿ âîîáùå (çà ýòèì äîëæåí ñëåäèòü ó÷èòåëü ëþáîãî ïðåäìåòà), à î ãðàìîòíîñòè ôèçè÷åñêîé ðå÷è, î ïðàâèëüíîñòè òîëêîâàíèé ôèçè÷åñêèõ ïîíÿòèé è îïðåäåëåíèé, î ñóùåñòâóþùåì îòëè÷èè îáûäåííîé, ïîâñåäíåâíîé ðå÷è îò íàó÷íîé. Ïðèâåäåì âûñêàçûâàíèÿ âûäàþùèõñÿ ôèçèêîâ ïðîøëîãî î ïðåäìåòå íàøåãî ðàçãîâîðà. Êðóïíûé îòå÷åñòâåííûé ôèçèê, àâòîð óíèêàëüíîãî ó÷åáíèêà «Îïòèêà», âûäàþùèéñÿ ïåäàãîã àêàäåìèê ÀÍ ÑÑÑÐ Ã. Ñ. Ëàíäñáåðã ïèñàë, ÷òî ïðåïîäàâàíèå ôèçèêè â ñðåäíåé øêîëå, êàê, âïðî÷åì, è âñÿêîå èíîå ïðåïîäàâàíèå, íå ìîæåò áûòü, êîíå÷íî, èñ÷åðïûâàþùèì. Îäíàêî, åãî íåîáõîäèìî ñòðîèòü òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû â äàëüíåéøåì ó÷àùèéñÿ ìîã è äîëæåí áûë áû äîó÷èâàòüñÿ, íî íèêîãäà íå áûë áû âûíóæäåí ïåðåó÷èâàòüñÿ.  òðàêòàòå «Î äóõå ãåîìåòðèè», èìåþùåì äèäàêòè÷åñêèé õàðàêòåð, çíàìåíèòûé ôðàíöóçñêèé ôèçèê Áëåç Ïàñêàëü ïèñàë îá îïðåäåëåíèè íàó÷íûõ ïîíÿòèé è òåðìèíîâ: «Íàçíà÷åíèå è ïîëüçà íàçâàíèé è òåðìèíîâ ñîñòîèò â ïðèäàíèè ðå÷è êðàòêîñòè è ÿñíîñòè, âûðàæàÿ åäèíûì ñëîâîì òî, ÷òî èíà÷å ïîòðåáîâàëî áû íåñêîëüêèõ; íî ïðè ýòîì íàäî, ÷òîáû ïðèïèñàííîå ïðåäìåòó íàçâàíèå áûëî ëèøåíî âñÿêîãî èíîãî ñìûñëà, êðîìå òîãî, äëÿ âûðàæåíèÿ êîòîðîãî îíî åäèíñòâåííî ïðåäíàçíà÷åíî» (è ýòî ãîâîðèëîñü åùå â XVIII â.!). Íà ðÿäå ïðèìåðîâ, ïðèâîäèìûõ íèæå, ìû ïîêàæåì, êàê íàðóøàþòñÿ ýëåìåíòàðíûå òðåáîâàíèÿ äèäàêòèêè, ÷òî â êîíöå êîíöîâ ïðèâîäèò ê íåïðàâèëüíîìó ïîíèìàíèþ ôèçèêè, åå çàêîíîâ, ÿâëåíèé, ïðîöåññîâ. Îäíèì èç âàæíûõ ïîíÿòèé â ôèçèêå ÿâëÿåòñÿ ïîíÿòèå «Ñèñòåìà îòñ÷åòà». Íà çàðå êëàññè÷åñêîé ôèçèêè ñèñòåìà îòñ÷åòà (ÑÎ) «ðàáîòàëà» ëèøü â ìåõàíèêå, òàê êàê, ïî ñóòè äåëà, âñÿ * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â åæåìåñÿ÷íîé ãàçåòå ÏÎÈÏÊÐÎ 1996ã., ¹1(20), ñ.1-4.

9

ôèçèêà ñâîäèëàñü ê ìåõàíèêå. Èìåííî òîãäà (Ðåíå Äåêàðò) â ïîíÿòèå ÑÎ âêëþ÷àëè ÷èñòî ìåõàíè÷åñêèå ïîíÿòèÿ: òåëî îòñ÷åòà, ñèñòåìà êîîðäèíàò, ìàñøòàá è ÷àñû. Âñåãî ýòîãî áûëî äîñòàòî÷íî, ÷òîáû îïèñàòü ìåõàíè÷åñêîå äâèæåíèå âåùåñòâåííûõ òåë, òåïëîâîé æèäêîñòè - òåïëîðîäà, ýëåêòðè÷åñêèõ æèäêîñòåé è ñâåòîâûõ êîðïóñêóë. Ñ ïîìîùüþ ïðèíöèïà îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ óòâåðæäàëîñü, ÷òî íè îäíî ìåõàíè÷åñêîå ÿâëåíèå íåëüçÿ èçó÷àòü, íå óêàçûâàÿ ÑÎ. Èç îïðåäåëåíèÿ ÑÎ ñëåäóåò, ÷òî åå íåëüçÿ îòîæäåñòâëÿòü ñ ñèñòåìîé êîîðäèíàò, èáî òîãäà ôèçèêà ñâåäåòñÿ ê ãåîìåòðèè. Ê ñîæàëåíèþ, ÷àñòî ìîæíî ñëûøàòü îïðåäåëåíèå ÑÎ êàê ñèñòåìû êîîðäèíàò (âîçìîæíî, ÷òî ýòî ïåðåæèòîê, êîòîðûé ñîõðàíèëñÿ îò ó÷åáíèêà 50-õ-íà÷àëà 60-õ ãã. «Ôèçèêà - 8», ãäå ÷åðíûì ïî áåëîìó âûäåëåííûì øðèôòîì áûëî íàïèñàíî ýòî íåâåðíîå îïðåäåëåíèå), ýòî åùå ðàç óáåæäàåò íàñ â òîì, ÷òî ó÷èòü íàäî ïðàâèëüíî ñðàçó. Ñ ñîçäàíèåì, à òåì áîëå ïîñëå óòâåðæäåíèÿ, ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ) ðîëü ÑÎ ñóùåñòâåííî âîçðîñëà. Äåëî â òîì, ÷òî ñîãëàñíî ïðèíöèïó îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà âñå ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû (à íå òîëüêî ìåõàíè÷åñêèå) íåîáõîäèìî ðàññìàòðèâàòü (èçó÷àòü) â êàêîé-ëèáî èíåðöèàëüíîé ñèñòåìå îòñ÷åòà (ÈÑÎ). Ýòî îòíîñèòñÿ è ê ðåøåíèþ çàäà÷ ëþáîãî ðàçäåëà, òàê êàê ôèçè÷åñêàÿ çàäà÷à – ýòî ëèøü ÷àñòíûé âîïðîñ ôèçèêè. Åùå áîëåå âîçðîñëà ðîëü ÑÎ ïðè èçó÷åíèè âñåõ ðàçäåëîâ ôèçèêè ïîñëå 1957ãîäà, êîãäà ó÷åíûå íàøåé Ðîäèíû ñìîãëè ïåðâûìè çàïóñòèòü èñêóññòâåííûé ñïóòíèê Çåìëè. Íà÷àëàñü íîâàÿ ýðà íå òîëüêî â èñòîðèè ôèçèêè, íî è âñåãî ÷åëîâå÷åñòâà – ýðà ïðàêòè÷åñêîãî îñâîåíèÿ Êîñìîñà. Èç âûøåèçëîæåííîãî ñëåäóåò, ÷òî â ñîâðåìåííîé ôèçèêå ÑÎ ïðèîáðåëà íîâîå ñîäåðæàíèå: îíà ïðåâðàòèëàñü â ôèçè÷åñêóþ ëàáîðàòîðèþ ñî âñåìè ïðèáîðàìè, íåîáõîäèìûìè äëÿ íàáëþäåíèÿ è èçó÷åíèÿ ëþáîãî ôèçè÷åñêîãî ÿâëåíèÿ. Âûáèðàÿ òó èëè èíóþ ÈÑÎ (ñîãëàñíî ïðèíöèïó îòíîñèòåëüíîñòè îíè âñå ðàâíîïðàâíû), ìû èçìåíÿåì íà÷àëüíûå óñëîâèÿ è ÿâëåíèÿ (ïðîöåññû) â ðàçíûõ ÈÑÎ áóäóò ïðîòåêàòü ïî ðàçíîìó (ñð., íàïðèìåð, ÿâëåíèÿ êîíâåêöèè èëè äåéñòâèå çàêîíà Àðõèìåäà â ÈÑÎ «Çåìëÿ» è «Êîñìè÷åñêèé êîðàáëü 10

â íåâåñîìîñòè»). Âûáîð ÈÑÎ – ýòî òâîð÷åñêèé ïðîöåññ, òàê êàê íóæíî «óâèäåòü» îäíî è òî æå ÿâëåíèå â ðàçíûõ óñëîâèÿõ, è âûáðàòü òó, â êîòîðîé è íàáëþäåíèå è ìàòåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå ÿâëåíèÿ áóäåò è ïðîùå, è èíòåðåñíåé (ñ òî÷êè çðåíèÿ ïîçíàíèÿ ÿâëåíèÿ). Îò ó÷èòåëÿ è îò ó÷åíèêîâ, êàê âñåãäà ïðè ïîçíàíèè íîâîãî, ïîòðåáóåòñÿ íåêîòîðîå óñèëèå. Íî ýòî åñòü ýëåìåíò òîãî, ÷òî ìû íàçûâàåì «ðàçâèòèåì ìûøëåíèÿ ó÷àùèõñÿ». È çäåñü óìåñòíî ñîñëàòüñÿ íà àâòîðèòåò âåëèêîãî ôèçèêà 20-ãî âåêà – Àëüáåðòà Ýéíøòåéíà: «Ïîíÿòèÿ, êîòîðûå îêàçûâàþòñÿ ïîëåçíûìè ïðè óïîðÿäî÷èâàíèè íàøèõ çíàíèé, ëåãêî çàâîåâûâàþò ó íàñ òàêîé àâòîðèòåò, ÷òî ìû èõ âîñïðèíèìàåì êàê íå÷òî íåèçìåííîå, äàííîå. Ïîäîáíûå çàáëóæäåíèÿ ÷àñòî íàäîëãî ïðåãðàæäàþò ïóòü íàó÷íîìó ïðîãðåññó. Ïîýòîìó î÷åíü âàæíî ñâîåâðåìåííî àíàëèçèðîâàòü èñïîëüçóåìûå ïîíÿòèÿ è âûÿâëÿòü, íàñêîëüêî îíè ïðèãîäíû íà äàííîì ýòàïå ðàçâèòèÿ íàóêè. Òàêîé àíàëèç ïîçâîëÿåò ëèáî óçàêîíèòü ïðèìåíåíèå òåõ èëè èíûõ ïîíÿòèé, ëèáî çàìåíèòü èõ íîâûìè. Åñëè æå ïîíÿòèÿ, ïðîèñõîæäåíèå êîòîðûõ çàáûòî, èñïîëüçîâàòü âñåãäà áåçîãîâîðî÷íî, òî îíè, ïðåâðàùàÿñü â ôåòèø, áóäóò â ðÿäå ñëó÷àåâ ñêîâûâàòü ìûøëåíèå è ñòàíóò òîðìîçîì â ðàçâèòèè íàóêè». Ìû âåðíåìñÿ ê âîïðîñó î ðîëè ÈÑÎ ïðè èçó÷åíèè ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé íèæå. À òåïåðü ðàññìîòðèì «ðåöèäèâû» ê òåïëîðîäíûì ïðåäñòàâëåíèÿì ïðè èçó÷åíèè òåðìîäèíàìèêè. Òåïëîðîä, êàê ñîõðàíÿþùàÿñÿ ñóáñòàíöèÿ (òåïëîâàÿ æèäêîñòü), êîòîðàÿ ïåðåõîäèò îò îäíîãî òåëà ê äðóãîìó, ñ ñîâðåìåííîé òî÷êè çðåíèÿ ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç îäèîçíûõ çàáëóæäåíèé â ôèçèêå.  ñâîå âðåìÿ ââåäåíèå ïðåäñòàâëåíèÿ î òåïëîðîäå áûëî áîëüøèì äîñòèæåíèåì, òàê êàê ïîçâîëÿëî ïðîâåñòè ÷åòêóþ ãðàíü ìåæäó ïîíÿòèÿìè «êîëè÷åñòâî òåïëîòû» è «òåìïåðàòóðîé». Âïåðâûå ýòî áûëî ñäåëàíî Äæîçåôîì Áëåêîì â 70-õ ãã. XVIII âåêà. Îí æå ââåë ïîíÿòèÿ «ñêðûòîé òåïëîòû ïëàâëåíèÿ è êèïåíèÿ». Ñîâðåìåííàÿ òåðìîäèíàìèêà, îòáðîñèâ ïðåäñòàâëåíèå î òåïëîðîäå, âñå æå ñîõðàíèëà ïîíÿòèå î êîëè÷åñòâå òåïëîòû, ïåðåäàâàåìîãî îò îäíîãî òåëà äðóãîìó. È î÷åíü æàëü, òàê êàê âñå ñóùåñòâåííî óïðîùàåòñÿ, åñëè èñïîëüçîâàòü ñîâðåìåííóþ òåðìèíîëîãèþ: îò îäíîãî òåëà ê äðóãîìó ïåðåäàåòñÿ ýíåðãèÿ. Îäíàêî, çäåñü ðå÷ü 11

èäåò íå î òåðìèíîëîãèè, à îá èçìåíåíèè ïîíèìàíèÿ ñòðóêòóðû è ñâîéñòâ ñóùåñòâóþùåãî ìèðà. Ñ ñåðåäèíû XIX âåêà ñòàëî ÿñíî, ÷òî íå ñóùåñòâóåò òåïëîðîäà, íå ñóùåñòâóåò òàêîãî âèäà ýíåðãèè êàê «òåïëîòà». È åñëè óæ ìû ñîõðàíèëè òàêîå ñëîâîñî÷åòàíèå êàê «êîëè÷åñòâî òåïëîòû» (õîòÿ åãî ëåãêî ìîæíî âûáðîñèòü è çàìåíèòü ñëîâîì «ýíåðãèÿ»), òî íåäîïóñòèìî ñîêðàùàòü ýòî ñëîâîñî÷åòàíèå äî îäíîãî ñëîâà «òåïëîòà», êîòîðîå ñîâåðøåííî áåññìûñëåííî ïî ñâîåìó ñîäåðæàíèþ. Ïåðâîå íà÷àëî òåðìîäèíàìèêè îäíîçíà÷íî ïîêàçàëî, ÷òî êîëè÷åñòâî òåïëîòû âûñòóïàåò êàê ìåðà èçìåíåíèÿ âíóòðåííåé ýíåðãèè. Î÷åâèäíî, ÷òî ïóòàíèöó â òîëêîâàíèè ïîíÿòèÿ «êîëè÷åñòâà òåïëîòû» ëåãêî óñòðàíèòü, åñëè âìåñòî íåãî óïîòðåáëÿòü îäíîçíà÷íî ïîíèìàåìîå âûðàæåíèå «êîëè÷åñòâî ýíåðãèè». Îòîðîïü áåðåò, êîãäà ñëûøèøü òàêóþ ôðàçó, êàê «âîçìîæíîñòü óñòàíàâëèâàòü òåïëî - ñ÷åò÷èêè, êîòîðûå ñìîãóò ñáåðå÷ü òåïëîâóþ ýíåðãèþ». Íåò ñìûñëà ïûòàòüñÿ îïðàâäàòü òàêîå ôèçè÷åñêîå êîñíîÿçû÷èå, òàê êàê çäåñü çàáëóæäåíèå íå òîëüêî òåðìèíîëîãè÷åñêîå, íî è ôèçè÷åñêîå. Ñàìîå ïå÷àëüíîå, ÷òî ãîâîðÿò è ñîñòàâëÿþò ðåêëàìû íàøè ó÷åíèêè, êîòîðûå òàê è íå ïîíÿëè, ÷òî òåïëîâîé ýíåðãèè íå ñóùåñòâóåò. Ê íàì â äîì ïî òðóáàì ïîäàåòñÿ ãîðÿ÷àÿ âîäà (êàê ýëåêòðè÷åñòâî ïî ïðîâîäàì) è òàê íàçûâàåìûå «òåïëî - ñ÷åò÷èêè» èçìåðÿþò ðàñõîä ãîðÿ÷åé âîäû, êîòîðûé ìîæíî ïåðåñ÷èòàòü â ðóáëÿõ (ñ ó÷åòîì ãðàäèåíòà òåìïåðàòóðû).Åùå ðàç ïîâòîðèì ìûñëü àêàäåìèêà Ã.Ë.Ëàíäñáåðãà î òîì, ÷òî ó÷èòü ôèçèêó íóæíî ñðàçó ïðàâèëüíî, ÷òîáû ïîòîì íå íóæíî áûëî ïåðåó÷èâàòü. Íàø ìíîãîëåòíèé îïûò ïîêàçûâàåò, ÷òî ïåðåó÷èâàíèå ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíî: ïðèâû÷êà ñâûøå íàì äàíà… Î÷åíü ÷àñòî èç ýêîíîìèè ñëîâ èñêàæàåòñÿ ñìûñë ñêàçàííîãî. Ñíîâà îáðàòèìñÿ êî âðåìåíè óñòàíîâëåíèÿ I íà÷àëà òåðìîäèíàìèêè. Äî ýòîãî ìîìåíòà â ôèçèêå óòâåðæäàëñÿ ëèøü çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè, òàê êàê äðóãèå âèäû ýíåðãèè ôèçèêà, áóäó÷è ìåõàíè÷åñêîé, íå çíàëà. Åñëè è ãîâîðèëîñü, íàïðèìåð, îá ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè, òî ïîä ýòèì ïîíèìàëàñü ýíåðãèÿ äâèæóùåéñÿ ýëåêòðè÷åñêîé æèäêîñòè è ò.ä. Ñ ñåðåäèíû XIX âåêà â ôèçèêå óòâåðæäàåòñÿ áîëåå îáùèé çàêîí 12

ïðèðîäû – çàêîí ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè, ãîâîðÿùèé íå òîëüêî î ñîõðàíÿåìîñòè, íî è î âçàèìíîé ïðåâðàùàåìîñòè ðàçëè÷íûõ âèäîâ ýíåðãèè (â îïûòàõ Äæîóëÿ áûëî óñòàíîâëåíî ñóùåñòâîâàíèå íîâîãî âèäà ýíåðãèè, êîòîðóþ âïîñëåäñòâèè íàçâàëè âíóòðåííåé ýíåðãèåé). Âîò ïî÷åìó íåëüçÿ ñîêðàùàòü íàçâàíèå ýòîãî çàêîíà äî «çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè». Ïóñòü èçó÷àþùèé ôèçèêó ñðàçó âîñïðèìåò ïðàâèëüíîå íàçâàíèå è ñîäåðæàíèå ýòîãî âåëèêîãî çàêîíà æèâîé è íåæèâîé ïðèðîäû. Ìíîãî ïðèíöèïèàëüíûõ íåòî÷íîñòåé âñòðå÷àåòñÿ â ðå÷è ó÷àùèõñÿ ïðè èçó÷åíèè ðàçäåëà «Ýëåêòðîäèíàìèêà». Íåðåäêî ìîæíî óñëûøàòü, ÷òî «ýëåêòðîìàãíèòíîå (ýëåêòðè÷åñêîå, ìàãíèòíîå) ïîëå – ýòî ïðîñòðàíñòâ. Òàê ãîâîðèòü íåëüçÿ, ïðîñòðàíñòâî – ôîðìà ñóùåñòâîâàíèÿ ïîëÿ, à ñàìî ïîëå – ýòî îäèí èç äâóõ âèäîâ ìàòåðèè, èçâåñòíûõ â íàñòîÿùåå âðåìÿ íàóêå. Ê ñîæàëåíèþ, òàêàÿ íåàêêóðàòíîñòü â îïðåäåëåíèÿõ âñòðå÷àåòñÿ è â âóçîâñêèõ ó÷åáíèêàõ, à îòòóäà, ïî-âèäèìîìó, â ñëîâàðü áóäóùèõ ó÷èòåëåé è èõ ó÷åíèêîâ. Î÷åíü ÷àñòî ìîæíî óñëûøàòü (è ïðî÷èòàòü), ÷òî íåïîäâèæíûé ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä ñîçäàåò ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, à ïðîâîäíèê ñ ïîñòîÿííûì òîêîì âîçáóæäàåò âîêðóã ìàãíèòíîå ïîëå. Íî ðàçâå áûâàåò õîòü ìãíîâåíüå ãîëûé çàðÿä áåç ñâîåãî ïîëÿ èëè ïîñòîÿííûé òîê áåç ñâîåãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Íåïîäâèæíûé çàðÿä (îí íåïîäâèæåí â ÑÎ «Çàðÿä») ñîñóùåñòâóåò ñî ñâîèì ïîëåì, çäåñü íåò ïðè÷èíû è ñëåäñòâèÿ. Òî÷íî òàêæå ïîñòîÿííûé ýëåêòðè÷åñêèé òîê ñîñóùåñòâóåò ñî ñâîèì ìàãíèòíûì ïîëåì, äðóã áåç äðóãà ýòè îáúåêòû íå ñóùåñòâóþò. Òîëüêî ïåðåìåííûå ïîëÿ ìîãóò ñóùåñòâîâàòü íåçàâèñèìî îò çàðÿäîâ è òîêîâ. Íî ýòî óæå äðóãàÿ òåìà äëÿ ðàçãîâîðà. Âûøå æå ðå÷ü øëà îá ýëåêòðî- è ìàãíèòîñòàòèêå, î ñâîéñòâàõ íåïîäâèæíûõ çàðÿäîâ è ïîñòîÿííûõ òîêîâ. Ïðè ðàññìîòðåíèè äàííîé ïðîáëåìû ñíîâà âàæíóþ ðîëü èãðàåò ñèñòåìà îòñ÷åòà. Ìîæíî âûáðàòü òàêóþ ÈÑÎ, â êîòîðîé çàðÿä íåïîäâèæåí, è, ñëåäîâàòåëüíî, «èñ÷åçàåò» åãî ìàãíèòíîå ïîëå, «èñ÷åçàåò» ìàòåðèÿ! Íà ñàìîì äåëå íèêàêîãî èñ÷åçíîâåíèÿ èëè ñîòâîðåíèÿ ìàòåðèè (â òîì ÷èñëå è ïîëÿ) íå ïðîèñõîäèò ïðè ïåðåõîäå îò îäíîé ÈÑÎ ê äðóãîé. Äåëî â òîì, ÷òî ñóùåñòâóåò åäèíîå ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå, óíè÷òîæèòü êîòîðîå îäíèì 13

âûáîðîì ÈÑÎ íåëüçÿ.  ðàçíûõ ÈÑÎ (îíè ðàâíîïðàâíû ñîãëàñíî ïðèíöèïó îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà) åäèíîå ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå ïðîÿâëÿåò ñåáÿ ïî ðàçíîìó: òîýëåêòðè÷åñêèì, òî - ìàãíèòíûì, òî îáîèìè äåéñòâèÿìè îäíîâðåìåííî. Äåëåíèå åäèíîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ íà ýëåêòðè÷åñêîå è ìàãíèòíîå âîçíèêëî èñòîðè÷åñêè. Ìåæäó íèìè íå îáíàðóæèâàëè ñâÿçü âïëîòü äî îïûòîâ Ýðñòåäà (1820ã.) è Ôàðàäåÿ (1831ã.), è ïîòîìó îíè èçó÷àëèñü èçîëèðîâàíî. Íûíå ìû ïîíèìàåì ýòè ÿâëåíèÿ êàê ðàçíûå ïðîÿâëåíèÿ (â çàâèñèìîñòè îò âûáîðà ÈÑÎ) åäèíîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Íóæíî ïîíèìàòü, ÷òî èçìåíåíèå ÿçûêà íàó÷íîé òåîðèè ñâÿçàíî ñ ñóùåñòâåííûì èçìåíåíèåì ïîíèìàíèÿ íàìè ñòðóêòóðû è ñâîéñòâ îáúåêòèâíî ñóùåñòâóþùåãî ìèðà. Òî, ÷òî êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ÿâëÿåòñÿ îòíîñèòåëüíîé âåëè÷èíîé (â ñâÿçè ñ îòíîñèòåëüíîñòüþ ñêîðîñòè è åå ÷èñëåííîå çíà÷åíèå çàâèñèò îò âûáîðà ÈÑÎ), íå âûçûâàåò âîçðàæåíèÿ. Íî òî, ÷òî ðàáîòà, ñîâåðøàåìàÿ çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè, â ðàçíûõ ÈÑÎ ðàçíàÿ, âûçûâàåò ó ó÷àùèõñÿ íåäîóìåíèå. Ýòî ñâÿçàíî ñ íåïðàâèëüíûì òîëêîâàíèåì âûïîëíèìîñòè çàêîíà ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè. Ïî ñóòè äåëà, ýòîò çàêîí óòâåðæäàåò, ÷òî â äàííîé ÈÑÎ â çàìêíóòîé ñèñòåìå òåë ïîëíàÿ ýíåðãèÿ (â ýòîé ÈÑÎ) ñîõðàíÿåòñÿ. Åùå áîëåå îñëîæíÿåòñÿ ïîíèìàíèå ýòîãî çàêîíà òîãäà, êîãäà â ðàññìîòðåíèå ýíåðãåòè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèé âêëþ÷àåòñÿ ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ, çàâèñÿùàÿ, ïî îïðåäåëåíèþ, îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó âçàèìîäåéñòâóþùèìè òåëàìè. Ýòà ýíåðãèÿ ïðèíàäëåæèò âñåì âçàèìîäåéñòâóþùèì òåëàì, íî î÷åíü ÷àñòî åå ïðèïèñûâàþò îäíîìó èç äâóõ âçàèìîäåéñòâóþùèõ òåë. Êàìåíü è Çåìëÿ âçàèìîäåéñòâóþò ìåæäó ñîáîé, îíè âìåñòå îáëàäàþò ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèåé, íî ìû îáû÷íî ãîâîðèì î ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè ëèøü êàìíÿ. Äðóãîé ïðèìåð: äåôîðìèðîâàííàÿ ïðóæèíà è ñâÿçè, óäåðæèâàþùèå ïðóæèíó, îáëàäàþò âìåñòå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèåé, íî è â ýòîì ñëó÷àå îáû÷íî ãîâîðÿò î ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè äåôîðìèðîâàííîé ïðóæèíû. Ïðè òàêîì òîëêîâàíèè âîïðîñ åùå áîëåå óñëîæíÿåòñÿ, òàê êàê, ãîâîðÿ î ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè ïîäíÿòîãî íàä Çåìëåé òåëà, èìåþò ïðàâî âûáèðàòü ëþáîé íóëåâîé 14

óðîâåíü îòñ÷åòà âûñîòû òåëà. Ýòî ïðàâî ñíîâà îáóñëîâëåíî òåì, ÷òî ôèçè÷åñêèé ñìûñë èìååò íå ñàìî çíà÷åíèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè òåëà (ïîäíÿòîãî, íàïðèìåð, íàä Çåìëåé), à ðàçíîñòü çíà÷åíèé ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè òåëà â åãî äâóõ ïîëîæåíèÿõ. Èìåííî ýòà ðàçíîñòü íå çàâèñèò îò âûáîðà íóëåâîãî óðîâíÿ îòñ÷åòà, è âñåãäà îñòàåòñÿ íåèçìåííîé âåëè÷èíîé (â ñèëó àáñîëþòíîñòè äëèíû â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå!). Ïðîâåäåííûé êðàòêèé àíàëèç ïðèìåíåíèÿ çàêîíà ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè èìååò ïðÿìîå ïðèëîæåíèå ïðè ââåäåíèè ïîíÿòèÿ ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî (ñêàëÿðíîãî) ïîòåíöèàëà.  âóçîâñêîì êóðñå «Ýëåêòðîäèíàìèêà» ïîêàçûâàåòñÿ, ÷òî ñêàëÿðíûé ïîòåíöèàë, â ñèëó åãî íåîäíîçíà÷íîñòè, íåïîñðåäñòâåííîãî ôèçè÷åñêîãî ñìûñëà íå èìååò. Ôèçè÷åñêèé ñìûñë èìååò ðàçíîñòü ñêàëÿðíûõ ïîòåíöèàëîâ äëÿ äâóõ òî÷åê ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, òàê êàê èìåííî ýòà âåëè÷èíà ðàâíà ðàáîòå ïî ïåðåìåùåíèþ åäèíè÷íîãî çàðÿäà ìåæäó òî÷êàìè ïîëÿ. Èç ïðåäûäóùåãî ñëåäóåò, ÷òî ñîâåðøàåòñÿ è ôèçè÷åñêàÿ, è ìåòîäè÷åñêàÿ îøèáêè, êîãäà, ââîäÿ ñêàëÿðíûé ïîòåíöèàë ÷åðåç ïîòåíöèàëüíóþ ýíåðãèþ, íå èìåþùåé îäíîçíà÷íîãî çíà÷åíèÿ, ïðèïèñûâàþò ýëåêòðîñòàòè÷åñêîìó (ñêàëÿðíîìó) ïîòåíöèàëó ôèçè÷åñêèé ñìûñë. Ïðèíÿòî ñ÷èòàòü âåëè÷èíó ôèçè÷åñêîé, åñëè îíà: 1) îäíîçíà÷íà; 2) èçìåðèìà. Ñêàëÿðíûé ïîòåíöèàë íå óäîâëåòâîðÿåò îáîèì ïðèçíàêàì. Ôèçè÷åñêèé ñìûñë èìååò ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ (â òåîðèè ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà ýòó âåëè÷èíó íàçûâàþò íàïðÿæåíèåì íà ó÷àñòêå, íà êîòîðîì îòñóòñòâóþò ñòîðîííèå ñèëû), òàê êàê ýòó âåëè÷èíó ìîæíî èçìåðèòü ñ ïîìîùüþ ïðèáîðîâ, è îíà îäíîçíà÷íà â äàííîé ÈÑÎ. Âñå ïîïûòêè ïðèäàòü ñêàëÿðíîìó ïîòåíöèàëó ôèçè÷åñêèé ñìûñë, ïîäîáíû ïîâåäåíèþ ñòðàóñà: ïðÿ÷à ãîëîâó, ñòðàóñ íå âèäèò îïàñíîñòè, íî îíà âñå ðàâíî ñóùåñòâóåò. Ïî÷åìó ïðèïèñûâàþò ïîòåíöèàëó â áåñêîíå÷íîñòè íóëåâîå çíà÷åíèå (ýòî æå íåäîêàçóåìî!), ïî÷åìó â ýëåêòðîòåõíèêå òî÷êó íóëåâîãî ïîòåíöèàëà âûáèðàþò íà çåìëå, à â ðàäèîòåõíèêå - â ëþáîé òî÷êå øàññè ïðèåìíèêà? Âñå ýòî ãîâîðèò î íåïðåîäîëèìûõ çàòðóäíåíèÿõ ïðè ðàáîòå ñî ñêàëÿðíûì ïîòåíöèàëîì. Ôàêòè÷åñêè 15

æå ìû âñåãäà èìååì ââèäó ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ. Òàê è íóæíî èçó÷àòü èìåííî ýòó âåëè÷èíó, êàê ôèçè÷åñêóþ õàðàêòåðèñòèêó äâóõ òî÷åê ïîëÿ.  ñîâðåìåííîé ó÷åáíîé ëèòåðàòóðå ïðîäîëæàåòñÿ èñïîëüçîâàíèå òàêèõ ïîíÿòèé, êîòîðûå áûëè ââåäåíû â ôèçèêó â ïåðèîäû ãîñïîäñòâà ôëîãèñòîíà, ýëåêòðè÷åñêèõ æèäêîñòåé, ñâåòîíîñíîãî, à çàòåì ýëåêòðîìàãíèòíîãî ýôèðà è ò.ä. Ïîäîáíî òîìó, êàê äî èçó÷åíèÿ çàêîíà èíåðöèè áîëüøèíñòâî ó÷àùèõñÿ ðàçìûøëÿþò ïî Àðèñòîòåëþ (åñòü ñèëà – åñòü äâèæåíèå), òî÷íî òàê æå îíè ïðè èçó÷åíèè ýëåêòðîäèíàìèêè òîëêóþò íåêîòîðûå ïîíÿòèÿ òàê, êàê ýòî äåëàëè åùå â ÕIÕ âåêå Ôàðàäåé è Ìàêñâåëë. Íî åñëè Àðèñòîòåëü áûë ïðèíöèïèàëüíî íå ïðàâ (è çàêîí èíåðöèè ñðàçó æå äåëàë ó÷àùèõñÿ íàøèìè ñîâðåìåííèêàìè), òî ñ ýëåêòðîäèíàìèêîé Ôàðàäåÿ-Ìàêñâåëëà äåëî îáñòîèò íå òàê ïðîñòî. Ñîâðåìåííàÿ ýëåêòðîäèíàìèêà – ýòî ìîäèôèöèðîâàííûé âàðèàíò ïðåäñòàâëåíèé Ôàðàäåÿ è Ìàêñâåëëà. Ïðèíöèïèàëüíûì îòëè÷èåì ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïî ñîâðåìåííûì ïðåäñòàâëåíèÿì ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå – ýòî ñàìîñòîÿòåëüíûé âèä ìàòåðèè.  òî âðåìÿ êàê ïî Ôàðàäåþ-Ìàêñâåëëó ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå ÿâëÿåòñÿ íå ñàìîñòîÿòåëüíîé ñóáñòàíöèåé, à îñîáûì ñîñòîÿíèåì ýëåêòðîìàãíèòíîãî ýôèðà, îò ðåàëüíîñòè êîòîðîãî ñîâðåìåííàÿ ôèçèêà îòêàçàëàñü ñî âðåìåí ñîçäàíèÿ ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè. Ââåäåííûå Ôàðàäååì ñèëîâûå ëèíèè ðàññìàòðèâàëèñü èì êàê ôèçè÷åñêèå ðåàëüíîñòè, êàê îñîáûå îáðàçîâàíèÿ â ýôèðå. Îòñþäà è âîçíèêëà òåðìèíîëîãèÿ: «ñèëîâûå ëèíèè âûòåêàþò (âûõîäÿò)…», «ñèëîâûå ëèíèè ïðîíèçûâàþò ïëîùàäêó…», «ïðè ïåðåñå÷åíèè ïðîâîäíèêîì ñèëîâûõ ëèíè酻 è ò.ä. Îò ýòèõ «îáðàçîâ» ëåãêî îòêàçàòüñÿ (ìû óáåäèëèñü â ýòîì íà ñîáñòâåííîì îïûòå), íóæíî òîëüêî ñëåäèòü çà ñâîåé ðå÷üþ (íåêîòîðîå âðåìÿ…) è óïîòðåáëÿòü ôðàçû, îòîáðàæàþùèå ñîâðåìåííîå ñîñòîÿíèå íàóêè: ýëåêòðè÷åñêîå (ìàãíèòíîå) ïîëå âûõîäèò (âûòåêàåò) èç … (âåäü è ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå , è ìàãíèòíîå ïîëå –ýòî ëèøü ÷àñòíûå ïðîÿâëåíèÿ (â çàâèñèìîñòè îò âûáîðà ÈÑÎ) åäèíîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ - ìàòåðèàëüíîé ñðåäû, êîòîðàÿ ìîæåò âûòåêàòü èç íåêîòîðîãî îáúåìà, êîòîðóþ (â ñèëó 16

åå ñïåöèôè÷åñêèõ ñâîéñòâ) ïðîâîäíèê ìîæåò ïåðåñåêàòü. Êîãäà ãîâîðÿò î íåíàãëÿäíîñòè ñîâðåìåííîé ôèçèêè, äîïóñêàþò îøèáêó: ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå áûëî îáíàðóæåíî åùå âî âðåìåíà êëàññè÷åñêîé ôèçèêè (îïûòû Ã.Ãåðöà), îíî íåçðèìî. È ÷òîáû ñäåëàòü åãî «íàãëÿäíûì», ìû èñïîëüçóåì ãðàôè÷åñêèå ðèñóíêè, íèêàêîãî èíîãî ñìûñëà ýòè ðèñóíêè íå èìåþò. Ïîýòîìó è íàø ñëîâàðü äîëæåí ïðàâèëüíî îòîáðàæàòü ýòó «íàãëÿäíîñòü». Ðàññêàçûâàÿ î çàêîíå Êóëîíà, ìû óïîòðåáëÿåì ñëîâà: «òî÷å÷íûå çàðÿäû…». Íî î êàêèõ òî÷å÷íûõ çàðÿäàõ èäåò ðå÷ü, åñëè ïåðâàÿ ýëåìåíòàðíàÿ ÷àñòèöà – ýëåêòðîí – áûëà îòêðûòà ñïóñòÿ 112 ëåò ïîñëå óñòàíîâëåíèÿ çàêîíà Êóëîíà? Íà óðîêàõ ôèçèêè îáÿçàòåëüíî äîëæíû ïðèñóòñòâîâàòü (â ìåðó è ê ìåñòó) ýëåìåíòû åå èñòîðèè. Ïðèìåíèòåëüíî ê äàííîìó âîïðîñó äåëî îáñòîÿëî âî âðåìåíà Êóëîíà òàê: ñóùåñòâóåò ýëåêòðè÷åñêàÿ æèäêîñòü, åå ìàëàÿ ïîðöèÿ ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê òî÷å÷íûé çàðÿä. Ñëîæíåå îáñòîÿëî äåëî â ýëåêòðîäèíàìèêå Ôàðàäåÿ – Ìàêñâåëëà: çàðÿä ðàññìàòðèâàëñÿ êàê îñîáàÿ òî÷êà ýëåêòðîìàãíèòíîãî ýôèðà. È ýêñïåðèìåíòàëüíîå îòêðûòèå Òîìñîíîì ýëåêòðîíà â 1897 ãîäó «ïîñòàâèëî âñå íà ìåñòî»: òî÷å÷íûé çàðÿä îáðåë ñâîþ ðåàëüíîñòü è ïðè ýòîì íå ïîòðåáîâàëîñü èçìåíÿòü ôîðìóëèðîâêó çàêîíà Êóëîíà. Ýëåìåíòû èñòîðèè ôèçèêè íå òîëüêî îáîãàùàþò ó÷åáíûé ìàòåðèàë, íî ïîçâîëÿþò óòî÷íÿòü ñîäåðæàíèå èñïîëüçóåìûõ ïîíÿòèé, ïðîñëåäèòü èõ ýâîëþöèþ, ïîêàçàòü äèíàìè÷íîñòü ñàìîé íàóêè. Äîëãîå âðåìÿ â ó÷åáíîé, à îñîáåííî â íàó÷íî-ïîïóëÿðíîé ëèòåðàòóðå, èñïîëüçîâàëîñü ïîíÿòèå “ðåëÿòèâèñòñêàÿ ìàññà”. Îäíàêî, àíàëèç åãî ñîäåðæàíèÿ, ïðîâåäåííûé â ïîñëåäíèå ãîäû (ñì. îðãàíèçîâàííóþ íàìè ïðè ïîääåðæêå ðåäàêöèè æóðíàëà “Ôèçèêà â øêîëå” äèñêóññèþ 1994ã., ¹4, ñ. 42-45), ïîêàçàë, ÷òî “ðåëÿòèâèñòñêàÿ ìàññà” íå ÿâëÿåòñÿ ôèçè÷åñêèì ïîíÿòèåì è íèêàêîé çàâèñèìîñòè ìàññû îò ñêîðîñòè íå ñóùåñòâóåò. Îò ñêîðîñòè çàâèñèò ðåëÿòèâèñòñêèé

17

 u2 èìïóëüñ: p = γmu , ãäå γ = 1 − 2 c 

   

−

1 2

. Áîëüøèíñòâî

çàäà÷,

ñâÿçàííûõ ñ ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññîé, ëåãêî ïåðåôðàçèðîâàòü îòíîñèòåëüíî ðåëÿòèâèñòñêîãî èìïóëüñà. Çàäà÷è æå, ñâÿçàííûå ñ ïîäñ÷åòîì èçìåíåíèÿ ìàññû òåëà ïðè åãî íàãðåâàíèè èëè äåôîðìàöèè, èëè ïîäíÿòèÿ íà íåêîòîðóþ âûñîòó íàä ïîâåðõíîñòüþ Çåìëè, ê ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññå íå èìåþò íèêàêîãî îòíîøåíèÿ, à ñâÿçàíû ñ îñíîâíîé ôîðìóëîé ÑÒÎ, ôîðìóëîé Ýéíøòåéíà, óñòàíàâëèâàþùåé ôóíäàìåíòàëüíóþ ñâÿçü ìåæäó äâóìÿ õàðàêòåðèñòèêàìè âåùåñòâåííûõ òåë: ìåæäó ìàññîé òåëà m è åãî ýíåðãèåé ïîêîÿ E 0 : E0 = mc 2 . Èç ýòîé ôîðìóëû åñòåñòâåííî âûòåêàåò ñîîòíîøåíèå ∆E0 = c 2 ∆m . Ïðèìåíèòåëüíî ê ñëîæíûì ñèñòåìàì ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö âåëè÷èíó ∆m íàçûâàþò äåôåêòîì ìàññû (òîëüêî â ýòîì ñëó÷àå ïðèìåíèìî ýòî íàçâàíèå, â óêàçàííûõ âûøå çàäà÷àõ ∆m íå ÿâëÿåòñÿ äåôåêòîì ìàññû). ×àñòî ìîæíî ñëûøàòü îò ó÷àùèõñÿ óòâåðæäåíèå, ÷òî áåëûé ñâåò ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñìåñü ðàçëè÷íûõ öâåòîâûõ ëó÷åé (ñóùåñòâóåò äàæå ìíåìîíè÷åñêîå ïðàâèëî äëÿ ïåðå÷èñëåíèÿ ýòèõ “îñíîâíûõ” öâåòîâ, õîòÿ íà ñàìîì äåëå â áåëîì ñâåòå “ñìåøàíû” íå ñåìü, à áåñêîíå÷íîå ìíîæåñòâî âîëí ñ ðàçëè÷íûìè íåïðåðûâíî ïåðåõîäÿùèìè äðóã â äðóãà “îòòåíêàìè”). Ïðè ýòîì ó÷àùèåñÿ ïîä “ñìåñüþ” ïîíèìàþò ÷àñòî ÷èñòî ìåõàíè÷åñêóþ ñìåñü öâåòîâûõ ëó÷åé.  ïîäòâåðæäåíèå ñâîåãî ïîíèìàíèÿ ïðèâîäÿòñÿ îïûòû êàê ïî ðàçëîæåíèþ áåëîãî ñâåòà íà “ñîñòàâíûå” ëó÷è, òàê è ñèíòåç ýòèõ öâåòîâûõ ëó÷åé äëÿ ïîëó÷åíèÿ áåëîãî ñâåòà. Íà ñàìîì æå äåëå áåëûé ñâåò – ýòî ñëîæíûé ôèçè÷åñêèé åäèíûé îáúåêò. Èñïîëüçîâàíèå æå àíàëèçàòîðîâ (ïðèçìà, äèôðàêöèîííàÿ ðåøåòêà, òîíêèå ïëåíêè è ò.ä.) ïîçâîëÿåò óñòàíîâèòü, ÷òî ýòîò ôèçè÷åñêèé îáúåêò ñîäåðæèò êîëåáàíèÿ âñåâîçìîæíûõ ÷àñòîò â íåêîòîðîì äèàïàçîíå ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí. Óïîìÿíóòûå âûøå ôèçè÷åñêèå ïðèáîðû ÿâëÿþòñÿ ñîñòàâíûìè ÷àñòÿìè ñîâðåìåííîãî 18

ïîíèìàíèÿ ñèñòåìû îòñ÷åòà êàê ôèçè÷åñêîé ëàáîðàòîðèè. Òàêîå ïðåäñòàâëåíèå î ñèñòåìå îòñ÷åòà âîçíèêëî ïîñëå óòâåðæäåíèÿ ñîâðåìåííûõ ôèçè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèé î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèè, ñôîðìóëèðîâàííûõ â ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, ðàñïðîñòðàíèâøåé ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè íà âñå ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû è ïðèäàâøåé ñèñòåìå îòñ÷åòà íîâîå, ðàñøèðåííîå ñîäåðæàíèå – ôèçè÷åñêàÿ ëàáîðàòîðèÿ. Ïðè çàâåðøåíèè êóðñà ôèçèêè â 11 êëàññå íåâîçìîæíî íå êîñíóòüñÿ îñíîâ êâàíòîâîé ôèçèêè, ïðèíöèïà íåîïðåäåëåííîñòåé Ãåéçåíáåðãà, îñíîâàííîãî íà êîðïóñêóëÿðíî – âîëíîâîì äóàëèçìå ñâîéñòâ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö. Ãîâîðÿ î âîëíîâûõ ñâîéñòâàõ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, íóæíî îäíîçíà÷íî ïîÿñíÿòü, ÷òî îáëàäàòü âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè íå îçíà÷àåò, ÷òî ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû – ýòî âîëíû. Âîëíîâàÿ ôóíêöèÿ, èñïîëüçóåìàÿ äëÿ îïèñàíèÿ âîëíîâûõ ñâîéñòâ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, íåïîñðåäñòâåííîãî ñìûñëà íå èìååò. Êâàäðàò åå ìîäóëÿ îïðåäåëÿåò ïëîòíîñòü âåðîÿòíîñòè îáíàðóæåíèÿ ÷àñòèöû â íåêîòîðûé ìîìåíò âðåìåíè â äàííîì ñîñòîÿíèè. À ïîíÿòèå “âåðîÿòíîñòü” – ýòî ÷èñòî ìàòåìàòè÷åñêîå ïîíÿòèå. Ïðè îáñóæäåíèè ñîîòíîøåíèé íåîïðåäåëåííîñòåé Ãåéçåíáåðãà íåäîïóñòèìî ãîâîðèòü, ÷òî îíè âûðàæàþò íåòî÷íîñòü îïðåäåëåíèÿ çíà÷åíèé ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí. Äåëî â òîì, ÷òî ñëîâà “íåòî÷íîñòü” è “íåîïðåäåëåííîñòü” â äàííîì âîïðîñå íå ýêâèâàëåíòíû äðóã äðóãó. Íåòî÷íîñòü çíà÷åíèé ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí çàâèñèò îò íåñêîëüêèõ ïðè÷èí: ãðóáîñòè (ïðèáëèæåííîñòè) òåîðèè; íåáðåæíîñòè ïðè ïðîâåäåíèè èçìåðåíèé; ãðóáîñòè ïðèáîðîâ è ò.ä. Âñå ýòî ïîëíîñòüþ èëè ÷àñòè÷íî ìîæíî óñòðàíèòü. Íåîïðåäåëåííîñòü æå ñâÿçàíà ñ êîðïóñêóëÿðíî – âîëíîâûì äóàëèçìîì ÷àñòèö, êîòîðûé íåóñòðàíèì (ïîêà ìû èìååì äåëî ñ ìèêðîìèðîì).  êâàíòîâîé ìåõàíèêå ïîêàçûâàåòñÿ, ÷òî ó ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö îòñóòñòâóåò òðàåêòîðèÿ (è ýòî òîæå åñòü ïðîÿâëåíèå êîðïóñêóëÿðíî – âîëíîâîãî äóàëèçìà ýòèõ ÷àñòèö), ïîýòîìó áåññìûñëåííî ãîâîðèòü î ñêîðîñòè ÷àñòèöû â äàííîé òî÷êå, à òåì áîëåå ïðåäïîëàãàòü, ÷òî ó ÷àñòèöû åñòü ìåñòîïîëîæåíèå â äàííûé ìîìåíò âðåìåíè. Íîâûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ìèðå 19

ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö íå ìîãóò áûòü âûðàæåíû íà ÿçûêå êëàññè÷åñêîé ôèçèêè, èìåííî ñ ýòèì ñâÿçàíî ïîÿâëåíèå ñîîòíîøåíèé íåîïðåäåëåííîñòåé Ãåéçåíáåðãà. Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ñîîòíîøåíèÿ íåîïðåäåëåííîñòåé íå óêàçûâàþò íà îãðàíè÷åííîñòü íàøèõ çíàíèé, íå ãîâîðÿò î íåâîçìîæíîñòè ïîçíàíèÿ ìèðà, à óêàçûâàþò íà íåàäåêâàòíîñòü ðåàëüíîñòè èñïîëüçóåìîãî ÿçûêà, íà îãðàíè÷åííîñòü åãî èñïîëüçîâàíèÿ ïðè îïèñàíèè ñâîéñòâ ìèêðîìèðà. Îñòàíîâèìñÿ åùå íà îäíîì “óïðîùåíèè”, ê êîòîðîìó ïðèáåãàþò íàøè ó÷åíèêè è êîòîðîå èìååò ìàññîâîå ðàñïðîñòðàíåíèå. Ðå÷ü èäåò îá îòíîøåíèè ó÷àùèõñÿ ê íàèìåíîâàíèÿì ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí êàê ïðè ðåøåíèè çàäà÷, òàê è ïðè âûïîëíåíèè ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò. Íàèìåíîâàíèå ÿâëÿåòñÿ îáÿçàòåëüíûì ïðèçíàêîì ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíû. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ôèçèêè áåññìûñëåííî âûðàæåíèå (2êã+2ì), ïîòîìó ÷òî ñêëàäûâàòü (âû÷èòàòü) â ôèçèêå ìîæíî òîëüêî îäíîðîäíûå âåëè÷èíû. Íåöåëåñîîáðàçíî (è äàæå âðåäíî) îïóñêàòü íàèìåíîâàíèÿ ó ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí, ñ íèìè íàäî ðàáîòàòü òàê æå êàê ñ ÷èñëàìè. Ñêîëüêî âðåìåíè óäåëÿåòñÿ â øêîëüíîì êóðñå èçó÷åíèþ åäèíèö èçìåðåíèÿ! Âñå ïðèâîäèìûå â ó÷åáíûõ ïîñîáèÿõ ïðèìåðû èëëþñòðèðóþò íåîáõîäèìîñòü íàïèñàíèÿ íàèìåíîâàíèé âî âñåõ, äàæå ñëîæíûõ âûðàæåíèÿõ, ïîëó÷àåìûõ ïðè ðåøåíèè çàäà÷. Íî ó÷àùèåñÿ (óâû) ýòîãî íå çàìå÷àþò… Íóæíî çíàêîìèòü ó÷àùèõñÿ, îñîáåííî ñòàðøèõ êëàññîâ, ñ îñíîâàìè òàê íàçûâàåìîãî ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé, êîòîðûé øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â ñîâðåìåííîé ôèçèêå. Êñòàòè, íóæíî ïîêàçàòü ó÷àùèìñÿ, ÷òî íàèìåíîâàíèå ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíû è åå ðàçìåðíîñòü - ýòî íå îäíî è òî æå, ïîêàçàòü ïðàâèëüíîå ïðî÷òåíèå àááðåâèàòóðû Ìåæäóíàðîäíîé ñèñòåìû åäèíèö – ÝÑ-È (ñèñòåìà èíòåðíàöèîíàëüíàÿ), à íå ÑÈ, êàê ãîâîðÿò áîëüøèíñòâî ó÷àùèõñÿ. Ðàññìàòðèâàÿ äàëåêî íå âñå “íåòî÷íîñòè” â ðå÷è ó÷àùèõñÿ íà óðîêàõ ôèçèêè, ìû õîòåëè îáðàòèòü âíèìàíèå íà âàæíîñòü ôèçè÷åñêîé ãðàìîòíîñòè, òàê êàê áåç ïðåóâåëè÷åíèÿ ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ïðàâèëüíîñòü ðå÷è îòðàæàåò ïðàâèëüíîñòü ïîíèìàíèÿ ôèçèêè. 20

ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÈÅ ÌÅÒÎÄÀ ÐÀÇÌÅÐÍÎÑÒÅÉ Â ØÊÎËÜÍÎÌ ÊÓÐÑÅ ÔÈÇÈÊÈ* Ìåòîä ðàçìåðíîñòåé ÿâëÿåòñÿ ðàñïðîñòðàíåííûì è îòíîñèòåëüíî ïðîñòûì ìåòîäîì ñîâðåìåííîé ôèçè÷åñêîé íàóêè. Îí ïîçâîëÿåò ñ ìåíüøèìè çàòðàòàìè ñèë è âðåìåíè ïðîâåðèòü: 1) ïðàâèëüíîñòü ðåøåíèÿ çàäà÷è; 2) óñòàíîâèòü ôóíêöèîíàëüíóþ çàâèñèìîñòü ìåæäó ôèçè÷åñêèìè âåëè÷èíàìè, õàðàêòåðèçóþùèìè äàííûé ïðîöåññ; 3) îöåíèòü îæèäàåìûé ÷èñëåííûé ðåçóëüòàò. Êðîìå òîãî, ó÷èòåëü ôèçèêè èìååò âîçìîæíîñòü: à) îïðîñèòü çà óðîê áîëüøåå ÷èñëî ó÷àùèõñÿ; á) âûÿñíèòü çíàíèå ôîðìóë è åäèíèö èçìåðåíèÿ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí; â) ñýêîíîìèòü âðåìÿ ïðè îáúÿñíåíèè íîâîãî ìàòåðèàëà. Èñïîëüçîâàíèå ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé íà ó÷åáíûõ çàíÿòèÿõ áóäåò ñòèìóëèðîâàòü áîëåå óãëóáëåííîå èçó÷åíèå ïðåäìåòà, ðàñøèðèò êðóãîçîð ó÷àùèõñÿ, óñèëèò ìåæïðåäìåòíóþ ñâÿçü. È õîòÿ ó÷èòåëü ôèçèêè ñòèõèéíî è íåîñîçíàííî èñïîëüçóåò îòäåëüíûå ýëåìåíòû ýòîãî ìåòîäà, öåëîñòíîãî ïðåäñòàâëåíèÿ î íåì íåò, íåò ïîýòîìó è âîçìîæíîñòè ñäåëàòü åãî, íàðÿäó ñ äðóãèìè ïåäàãîãè÷åñêèìè ïðèåìàìè, èíñòðóìåíòîì â òâîð÷åñêîì ïðîöåññå ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè. Ó÷èòåëü íå çíàåò ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé, åãî äîñòîèíñòâ è âîçìîæíîñòåé â ïðîöåññå ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè ïîòîìó, ÷òî èçó÷åíèå ýòîãî ìåòîäà íå ïðåäóñìîòðåíî ïðîãðàììîé ïåäàãîãè÷åñêîãî èíñòèòóòà. Ó÷èòåëÿ æå, îçíàêîìèâøèåñÿ ñ íèì, øèðîêî èñïîëüçóþò ìåòîä â ïîâñåäíåâíîé ðàáîòå.  ïðåäëàãàåìîì ìåòîäè÷åñêîì ïîñîáèè èçëàãàåòñÿ ñîäåðæàíèå ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé, îí èëëþñòðèðóåòñÿ áîëüøèì êîëè÷åñòâîì ïðèìåðîâ, ïðåäëàãàåòñÿ ìåòîäèêà åãî èçó÷åíèÿ è èñïîëüçîâàíèÿ êàê íà ó÷åáíûõ, òàê è íà ôàêóëüòàòèâíûõ è êðóæêîâûõ çàíÿòèÿõ. Ìàòåðèàë ïîñîáèÿ â òå÷åíèå ðÿäà ëåò ïðîøåë àïðîáàöèþ â øêîëàõ ã. Ïñêîâà è îáëàñòè, è äàë ïîëîæèòåëüíûé ðåçóëüòàò. * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ìåòîäè÷åñêîì ñá. “ ïîìîùü ó÷èòåëþ ôèçèêè” èçä. ÏÃÏÈ è ÏÎÈÓÓ, ã.Ïñêîâ, 1991ã., âûï.3, ñ.5-14. Ñîàâòîð À.Í.Ëþøèí

21

Ýëåìåíòû ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé  îñíîâå ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé ëåæèò ñîñòàâëåíèå ïåðå÷íÿ ñóùåñòâåííûõ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí, îïðåäåëÿþùèõ ïðîöåññ â äàííîé çàäà÷å. Ýòî âîçìîæíî ñäåëàòü ëèøü ïðè ñîçíàòåëüíîì è ãëóáîêîì ïîíèìàíèè, à òàêæå ïðè èññëåäîâàòåëüñêîì, òâîð÷åñêîì ïîäõîäå ê ðàçáîðó ôèçè÷åñêîé ñèòóàöèè. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé ñïîñîáñòâóåò ðàçâèòèÿ ìûøëåíèÿ ó÷àùèõñÿ íà óðîêàõ ôèçèêè. Áîëüøèíñòâî çàäà÷ øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè îòíîñèòåëüíî ïðîñòû ñ òî÷êè çðåíèÿ ðàññìàòðèâàåìîãî ìåòîäà, ýòî çíà÷èòåëüíî îáëåã÷àåò åãî èñïîëüçîâàíèå â îáó÷åíèè. Ôèçè÷åñêèå âåëè÷èíû èçìåðÿþòñÿ â îïðåäåëåííûõ åäèíèöàõ. Íàïðèìåð, äëèíà âûðàæàåòñÿ â ìåòðàõ, ñàíòèìåòðàõ, ìèëëèìåòðàõ è ò.ä. Ðàçìåðíîñòü îòðàæàåò êà÷åñòâåííóþ îïðåäåëåííîñòü äàííîé ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíû. Ïîýòîìó, íåçàâèñèìî îò âûáðàííûõ åäèíèö èçìåðåíèÿ, ðàçìåðíîñòü âî âñåõ ñëó÷àÿõ ó äàííîé âåëè÷èíû áóäåò îäíîé è òîé æå.  ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ïîëîæåíèåì ðàçìåðíîñòü äëèíû [l ] = L, ðàçìåðíîñòü

âðåìåíè [t ] = T , ðàçìåðíîñòü ìàññû [m ] = M , ãäå L, T, M - ñèìâîëû äëèíû, âðåìåíè è ìàññû, à êâàäðàòíûå ñêîáêè îáîçíà÷àþò, ÷òî ðå÷ü èäåò î ðàçìåðíîñòè äàííîé âåëè÷èíû. Ê ñîæàëåíèþ, òàê êàê ýòî ïðèâîäèò ê ïóòàíèöå, è íàèìåíîâàíèå âåëè÷èíû ñèìâîëè÷åñêè îáîçíà÷àþò êâàäðàòíûìè ñêîáêàìè. Íî èç ïðåäûäóùåãî âèäíî, ÷òî ðàçìåðíîñòü è íàèìåíîâàíèå - ýòî ðàçíûå ïîíÿòèÿ. Ïðè èçó÷åíèè òåïëîâûõ ïðîöåññîâ ââîäèòñÿ íîâàÿ îñíîâíàÿ âåëè÷èíà – òåìïåðàòóðà ñ ðàçìåðíîñòüþ (â åäèíèöàõ ÑÈ) – Ê, ñîîòâåòñòâóþùèå âåëè÷èíû ââîäÿòñÿ è â äðóãèõ ðàçäåëàõ ôèçèêè. Èñïîëüçîâàíèå ôóíêöèîíàëüíûõ, îïðåäåëÿþùèõ ñîîòíîøåíèé ìåæäó îñíîâíûìè è ïðîèçâîäíûìè âåëè÷èíàìè ïîçâîëÿåò óñòàíîâèòü ðàçìåðíîñòè ïðîèçâîäíûõ âåëè÷èí. Íàïðèìåð, ðàçìåðíîñòü ñêîðîñòè îïðåäåëÿåòñÿ òàê: V =

∆l , îòêóäà ∆t

[V ] = LT −1 . Àíàëîãè÷íî îïðåäåëèòåëüíîå óðàâíåíèå äëÿ óñêîðåíèÿ 22

çàïèñûâàåòñÿ òàê: a =

∆V , îòêóäà [a ] = LT −2 . Ïîìèìî ðàçìåðíûõ ∆t

âåëè÷èí â ôèçèêå èñïîëüçóþòñÿ è áåçðàçìåðíûå âåëè÷èíû, íàïðèìåð, îòíîøåíèå äâóõ äëèí, îòíîñèòåëüíàÿ äåôîðìàöèÿ è ò.ï. Îáðàòèì âíèìàíèå åùå ðàç íà ðàçëè÷èå ïîíÿòèé “ðàçìåðíîñòü” è “åäèíèöà èçìåðåíèÿ ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíû”, êîòîðûå ÷àñòî îòîæäåñòâëÿþòñÿ ó÷àùèìèñÿ. Ïðèìåì áåç äîêàçàòåëüñòâà íåêîòîðûå òåîðåìû è îïðåäåëåíèÿ (îòñûëàåì èíòåðåñóþùèõñÿ ê öèòèðóåìîé ëèòåðàòóðå [2,3,4] ). Î÷åâèäíî, ÷òî ðàçìåðíîñòü ïðîèçâåäåíèÿ (îòíîøåíèÿ) ðàâíà ïðîèçâåäåíèþ(îòíîøåíèþ) ðàçìåðíîñòåé: (1) åñëè õ =ÀÂ, òî [õ ] = [À][ ], À

[À]

èëè åñëè õ =  , òî[õ ] = [ ]. (2) Ïîñëåäíèå ðàâåíñòâà óñòàíàâëèâàþò òàêæå, ÷òî ðàçìåðíîñòè îáåèõ ÷àñòåé âûðàæåíèÿ, ñâÿçûâàþùåãî ôèçè÷åñêèå âåëè÷èíû, îäèíàêîâû. Ýòî ñâîéñòâî ôèçè÷åñêèõ ôîðìóë íàçûâàåòñÿ îäíîðîäíîñòüþ. Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ïðè âûïîëíåíèè ñîîòíîøåíèÿ À=Â+Ñ, ñïðàâåäëèâî ñëåäóþùåå ðàâåíñòâî ðàçìåðíîñòåé [A]=[B]=[C], ÷òî âûðàæàåò èçâåñòíîå ïðàâèëî: ñêëàäûâàòü èëè âû÷èòàòü â ôèçèêå ìîæíî òîëüêî îäíîðîäíûå âåëè÷èíû. Áîëüøèíñòâî ôîðìóë øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè èìåþò âèä ñòåïåííûõ âûðàæåíèé, è ïðè ñîñòàâëåíèè ôîðìóë ðàçìåðíîñòåé íåîáõîäèìî è äîñòàòî÷íî ïîëüçîâàòüñÿ ñôîðìóëèðîâàííûìè âûøå ïîëîæåíèÿìè. Ïðè ðåøåíèè çàäà÷ ìåòîäîì ðàçìåðíîñòåé ðóêîâîäñòâóþòñÿ ñëåäóþùèì âàæíûì ïðàâèëîì [3,4]: ïðè ñîñòàâëåíèè ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó ôèçè÷åñêèìè âåëè÷èíàìè, îïðåäåëÿþùèìè äàííûé ïðîöåññ, èõ ÷èñëî â ñàìîì ïðîñòîì ñëó÷àå ìîæåò ïðåâûøàòü ÷èñëî îñíîâíûõ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí, èñïîëüçóåìûõ ïðè ðåøåíèè çàäà÷è, íå áîëåå ÷åì íà åäèíèöó. Òîëüêî ïðè âûïîëíåíèè ýòîãî òðåáîâàíèÿ ñîñòàâëÿåìîå ñòåïåííîå ñîîòíîøåíèå áóäåò åäèíñòâåííûì.  êà÷åñòâå ïðèìåðà èñïîëüçîâàíèÿ ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé ðàññìîòðèì ñëåäóþùóþ çàäà÷ó: óñòàíîâèòü çàêîíû êîëåáàíèÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî ìàÿòíèêà, ò.å. îïðåäåëèì ôîðìóëó ïåðèîäà åãî 23

êîëåáàíèé. Àíàëèçèðóÿ ôèçè÷åñêîå ñîäåðæàíèå çàäà÷è, ïðåäïîëàãàåì, ÷òî ïåðèîä êîëåáàíèé ìàòåìàòè÷åñêîãî ìàÿòíèêà ìîæåò çàâèñåòü îò äëèíû ìàÿòíèêà, åãî ìàññû è ñèëû òÿæåñòè. Î÷åâèäíî, ÷òî çàâèñèìîñòü îò ïëîòíîñòè âåùåñòâà ìàÿòíèêà ìû ó÷èòûâàåì, ïðåäïîëàãàÿ çàâèñèìîñòü îò ìàññû. Âìåñòå ñ òåì, ðàçìåðû ìàÿòíèêà íå íóæíî ó÷èòûâàòü, òàê êàê ìû, ïî îïðåäåëåíèþ, ðàññìàòðèâàåì çàêîíû êîëåáàíèÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî ìàÿòíèêà. Èç ÷åòûðåõ âåëè÷èí T, l, m, mg ìîæíî ñîñòàâèòü ñëåäóþùóþ åäèíñòâåííóþ áåçðàçìåðíóþ âåëè÷èíó (äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è äîñòàòî÷íî èñïîëüçîâàòü ëèøü òðè îñíîâíûå âåëè÷èíû ÑÈ -åäèíèöó äëèíû, åäèíèöó âðåìåíè, åäèíèöó ìàññû): T ⋅ l x ⋅ m y ⋅ (mg )z = const = C Äàëåå îïðåäåëÿåì çíà÷åíèÿ ïîêàçàòåëåé ñòåïåíè. Äåëàåì ýòî òàê: çàìåíÿåì âåëè÷èíû, ñòîÿùèå â âûðàæåíèè, èõ ðàçìåðíîñòÿìè. [T ] = T , [l ] = L, [mg ] = MLT −2 . Âñå ýòî ïîäñòàâèì â èñõîäíóþ ôîðìóëó: T 1−2 z Lx + z M y + z = 1.

Ýòî ñîîòíîøåíèå âûïîëíÿåòñÿ ïðè óñëîâèè, ÷òî âñå ïîêàçàòåëè ñòåïåíè ðàâíû íóëþ. Òîëüêî â ýòîì ñëó÷àå ëåâàÿ ñòîðîíà ðàâåíñòâà áóäåò áåçðàçìåðíûì ÷èñëîì, ðàâíûì åäèíèöå, ò.å. äîëæíû âûïîëíÿòñÿ ñëåäóþùèå óñëîâèÿ äëÿ ïîêàçàòåëåé ñòåïåíåé: 1 − 2 z = 0 , x + z = 0, y + z = 0.

Ñîâìåñòíîå ðåøåíèå ýòèõ òðåõ óðàâíåíèé ñ òðåìÿ íåèçâåñòíûìè ïðèâîäèò ê ñëåäóþùåìó ðåçóëüòàòó: x=y=-z=-1/2. Òàêèì îáðàçîì, ôîðìóëà äëÿ ïåðèîäà êîëåáàíèé ìàòåìàòè÷åñêîãî ìàÿòíèêà ìîæåò áûòü çàïèñàíà òàê: T =C

l . g

Ìû ïîëó÷èëè, èñïîëüçóÿ ìåòîä ðàçìåðíîñòåé, âûðàæåíèå, îïðåäåëÿþùåå îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè äëÿ ïåðèîäà êîëåáàíèé ìàòåìàòè÷åñêîãî ìàÿòíèêà: íåçàâèñèìîñòü ýòîãî ïåðèîäà îò ìàññû êîëåáëþùåãîñÿ òåëà, ïðîïîðöèîíàëüíîñòü ïåðèîäà äëèíå 24

ìàÿòíèêà (â ñòåïåíè 1/2) è îáðàòíàÿ ïðîïîðöèîíàëüíàÿ çàâèñèìîñòü åãî îò óñêîðåíèÿ ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ (â ñòåïåíè 1/2). Îáðàòèì âíèìàíèå íà òî, ÷òî â áîëüøèíñòâå ôîðìóë, ïîëó÷àåìûõ ìåòîäîì ðàçìåðíîñòåé, îñòàåòñÿ íåîïðåäåëåííûì êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè Ñ. Çíà÷åíèå ýòîãî ìíîæèòåëÿ, êîòîðûé ÷àñòî èìååò ïîðÿäîê åäèíèöû, îïðåäåëÿåòñÿ äîïîëíèòåëüíî. Íî åñëè ñîñòàâëÿåòñÿ îòíîøåíèå ïîëó÷åííîãî âûðàæåíèÿ, òî íåîïðåäåëåííûé ìíîæèòåëü ñîêðàùàåòñÿ è ðåçóëüòàò ïîëó÷àåòñÿ òî÷íûì. Ìåòîäèêà èñïîëüçîâàíèÿ ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé Îñòàíîâèìñÿ íà ìåòîäè÷åñêîé ñòîðîíå èñïîëüçîâàíèÿ ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé â øêîëüíîì êóðñå ôèçèêè. Òàê êàê ó ó÷àùèåñÿ 7-õ è 8-õ êëàññîâ åùå íåò äîñòàòî÷íîé ôèçè÷åñêîé è ìàòåìàòè÷åñêîé áàçû äëÿ óñïåøíîãî ïðèìåíåíèÿ ìåòîäà, òî íà ýòîì ýòàïå îáó÷åíèÿ ìîæíî ëèøü çàíèìàòüñÿ ïðîïåäåâòè÷åñêîé ðàáîòîé, ò.å. ñèñòåìàòè÷åñêè óïðàæíÿòüñÿ â îïðåäåëåíèè åäèíèö èçìåðåíèÿ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí, èõ íàèìåíîâàíèé, ïîñòåïåííî ïåðåõîäÿ ê çàïèñè èõ ðàçìåðíîñòåé. Ïåðâîíà÷àëüíî ýòîò ìåòîä öåëåñîîáðàçíî ïðèìåíÿòü íà çàíÿòèÿõ ïî ðåøåíèþ çàäà÷, (ïðîâåðÿÿ êàæäûé ðàç, êîãäà â ýòîì åñòü íàäîáíîñòü, ðàçìåðíîñòü ðåçóëüòàòà èëè ïðîìåæóòî÷íûõ âûðàæåíèé), ïðè ïðîâåäåíèè ëàáîðàòîðíîãî ïðàêòèêóìà è ëèøü çàòåì èñïîëüçîâàòü åãî ïðè îáúÿñíåíèè íîâîãî ìàòåðèàë. Ïðè ïðàâèëüíî ïîñòàâëåííîé è ñèñòåìàòè÷åñêè ïðîâîäèìîé ïðîïåäåâòè÷åñêîé ðàáîòå â 7-õ è 8-õ êëàññàõ, ïðèìåíåíèå ìåòîäà íå äîëæíî âûçûâàòü ó ó÷àùèõñÿ ñåðüåçíûõ çàòðóäíåíèé, à ó ó÷èòåëÿ – äîïîëíèòåëüíûõ çàòðàò âðåìåíè. Äëÿ ó÷àùèõñÿ ñòàðøèõ êëàññîâ ìîæíî ïðåäëîæèòü äðóãîé ïóòü îçíàêîìëåíèÿ ñ îñíîâàìè îáñóæäàåìîãî ìåòîäà è ïîñëåäóþùåãî âíåäðåíèÿ åãî â ó÷åáíóþ ïðàêòèêó. Ýòîò ïóòü èäåò ÷åðåç êðóæêîâóþ ðàáîòó. Íàø ïîëîæèòåëüíûé îïûò ïîçâîëÿåò ïðåäëîæèòü ñëåäóþùèé ïëàí ïðîâåäåíèÿ çàíÿòèé êðóæêà ïî èçó÷åíèþ ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé. Ìàòåðèàë ðàñïðåäåëåí íà ïÿòü çàíÿòèé, ÷ëåíû êðóæêà – ó÷àùèåñÿ 9-11êëàññîâ, îñíîâíîé ìåòîä ïðîâåäåíèÿ çàíÿòèé – ìåòîä áåñåäû. 25

Çàíÿòèå 1-å. Ôèçè÷åñêèå âåëè÷èíû è èõ õàðàêòåðèñòèêè. Ñèñòåìû åäèíèö. Öåëü çàíÿòèÿ – îáîáùèòü çíàíèÿ ó÷àùèõñÿ î ñèñòåìàõ åäèíèö, îá èçìåðåíèè ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí, ïîçíàêîìèòü èõ ñ èñòîðèåé ââåäåíèÿ ñèñòåì åäèíèö ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí, ïîêàçàòü íà êîíêðåòíûõ ïðèìåðàõ çíà÷åíèå ñèñòåì åäèíèö â ïðàêòè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè ÷åëîâåêà. Çàíÿòèå 2-å. Ðàçìåðíîñòü ïðîèçâîäíûõ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí. Îäíîðîäíîñòü ôèçè÷åñêèõ ôîðìóë. Çàíÿòèå ïðîâîäèòñÿ â ôîðìå ðåøåíèÿ ðÿäà êîëè÷åñòâåííûõ è êà÷åñòâåííûõ çàäà÷, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ èëëþñòðèðóåòñÿ ââåäåíèå ïðîèçâîäíûõ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí è îïðåäåëåíèå èõ ðàçìåðíîñòåé. Çàíÿòèå 3-å. Ìåòîä ðàçìåðíîñòåé. Öåëü çàíÿòèÿ – îçíàêîìèòü ó÷àùèõñÿ ñ ýëåìåíòàìè ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé, ïîêàçàòü íà ðÿäå ïðèìåðîâ åãî âîçìîæíîñòè. Çàíÿòèå 4-å. Ðåøåíèå çàäà÷ ìåòîäîì ðàçìåðíîñòåé. Öåëü çàíÿòèÿ – çàêðåïèòü èçó÷åííûé ìàòåðèàë, ïîäîáðàâ çàäà÷è èç ðàçíûõ ðàçäåëîâ øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè. Çàíÿòèå 5-å ÿâëÿåòñÿ èòîãîâûì, ïðîâîäèòñÿ êàê è ïðåäûäóùåå â ôîðìå çàíÿòèÿ ïî ðåøåíèþ çàäà÷, íî ñ áîëüøåé ñàìîñòîÿòåëüíîñòüþ ó÷àùèõñÿ, ðàññìàòðèâàþòñÿ çàäà÷è ïîâûøåííîé òðóäíîñòè, íàïðèìåð, òàêèå, êîòîðûå ïðåäëàãàþòñÿ íà ôèçè÷åñêèõ îëèìïèàäàõ. Îïûò ðÿäà ó÷èòåëåé ôèçèêè Ïñêîâñêîé îáëàñòè, ïðîâîäèâøèõ çàíÿòèÿ ïî íàøåé ìåòîäèêå, à òàêæå íàø ëè÷íûé îïûò ïîêàçàë íà âîçìîæíîñòü óñâîåíèÿ ó÷àùèìèñÿ èäåé ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé íà êðóæêîâûõ çàíÿòèÿõ. Ýòî ïîçâîëèëî çàòåì, îïèðàÿñü íà çíàíèÿ êðóæêîâöåâ, îçíàêîìèòü è îñòàëüíûõ ó÷àùèõñÿ íà îáû÷íûõ óðîêàõ ñ âîçìîæíîñòÿìè ýòîãî ìåòîäà. Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷ ìåòîäîì ðàçìåðíîñòåé Ðàññìîòðèì ðåøåíèÿ ðÿäà ôèçè÷åñêèõ çàäà÷ [1, 2]. Çàäà÷à 1. Âûâåñòè ôîðìóëó ïóòè ðàâíîóñêîðåííîãî äâèæåíèÿ áåç íà÷àëüíîé ñêîðîñòè. Áóäåì èñêàòü èñêîìóþ ôîðìóëó â âèäå ñòåïåííîé ôóíêöèè âèäà: 26

õ

l= f(a, t) èëè l = C ⋅à ⋅l . Íà îñíîâàíèè ïðàâèëà îá îäíîðîäíîñòè ôèçè÷åñêèõ ôîðìóë ìîæåì íàïèñàòü:

[l ] = [a ]x [t ]y

èëè

y

L = Lx T −2 x T y ,

îòêóäà ïîëó÷àåì ñëåäóþùèå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ: x=1, y-2x=0 èëè y=2. Ñëåäîâàòåëüíî, èñêîìàÿ ôîðìóëà èìååò âèä: l = C ⋅ at 2 .

Ïîñòîÿííûé ìíîæèòåëü Ñ ìåòîäîì ðàçìåðíîñòåé íå ìîæåò áûòü îïðåäåëåí, îá ýòîì ãîâîðèëîñü âûøå. Êàê èçâåñòíî, êàæäûé ìåòîäè÷åñêèé ïðèåì íå ÿâëÿåòñÿ èäåàëüíûì, ýòî îòíîñèòñÿ è ê ìåòîäó ðàçìåðíîñòåé. Âìåñòå ñ òåì, îí ñî÷åòàåò íåîáõîäèìîñòü àíàëèçà ôèçè÷åñêîé çàâèñèìîñòè èñêîìîé âåëè÷èíû îò äðóãèõ âåëè÷èí ëèáî â òåîðåòè÷åñêîì ïëàíå, ëèáî ýêñïåðèìåíòàëüíî, ñ óìåíèåì ðåøàòü ïóñòü è ïðîñòåéøèå ñîâìåñòíûå óðàâíåíèÿ (ýòî ëè íå ìåæïðåäìåòíàÿ ñâÿçü!). Çàäà÷à 2. Âûâåñòè ôîðìóëó öåíòðîñòðåìèòåëüíîãî óñêîðåíèÿ ìàòåðèàëüíîé òî÷êè. Àíàëèç óñëîâèÿ çàäà÷è (îò êàêèõ âåëè÷èí ìîæåò çàâèñåòü öåíòðîñòðåìèòåëüíîå óñêîðåíèå) ïîçâîëÿåò ïðåäïîëîæèòü ñëåäóþùóþ ôóíêöèîíàëüíóþ çàâèñèìîñòü: av x R y = C ,

ãäå v – ëèíåéíàÿ ñêîðîñòü òî÷êè, R – ðàäèóñ îêðóæíîñòè âðàùåíèÿ. Ýòà ôîðìóëà â ðàçìåðíîñòíûõ îáîçíà÷åíèÿõ çàïèøåòñÿ òàê: LT −2 ( LT −1 ) x L y = 1 èëè

L1+ x + y T − x − 2 = 1,

ãäå èñïîëüçîâàíû èçâåñòíûå ðàçìåðíîñòè óñêîðåíèÿ, ñêîðîñòè, äëèíû. Ïîñëåäíåå ðàâåíñòâî âûïîëíÿåòñÿ, åñëè ðàâíû íóëþ ïîêàçàòåëè ñòåïåíè: 1+x+y=0 , -x-2 =0. Ðåøåíèå ýòîé ñèñòåìû óðàâíåíèé ïðèâîäèò ê ñëåäóþùèì çíà÷åíèÿì êîýôôèöèåíòîâ: õ =-2 , y = 1. Ôîðìóëà äëÿ öåíòðîñòðåìèòåëüíîãî óñêîðåíèÿ, îïðåäåëåííàÿ ñ òî÷íîñòüþ äî ïîñòîÿííîãî ìíîæèòåëÿ Ñ, çàïèñûâàåòñÿ òàê: 27

a =C⋅

v2 . R

Åñëè ñðàâíèòü ýòîò âûâîä ñ òðàäèöèîííûì, â êîòîðîì “ðàáîòàåò” òåîðèÿ ïðåäåëîâ (ìàòåìàòèêà!), òî ïðåèìóùåñòâî ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé íåîñïîðèìî. Çàäà÷à 3. Îäíîðîäíûé öèëèíäð êàòèòñÿ ïî ãîðèçîíòàëüíîé ïîâåðõíîñòè áåç ñêîëüæåíèÿ ïîä äåéñòâèåì ñèëû F. Óñòàíîâèòü çàâèñèìîñòü óñêîðåíèÿ îñè öèëèíäðà îò âåëè÷èíû ñèëû F. Èñêîìîå óñêîðåíèå ìîæåò çàâèñåòü êàê îò äåéñòâóþùåé ñèëû, òàê è îò ìàññû öèëèíäðà è åãî ðàäèóñà. Ñîñòàâèì ñëåäóþùåå ôóíêöèîíàëüíîå ðàâåíñòâî: a ⋅ F x m y R z = C.

Ýòî âûðàæåíèå ïîçâîëÿåò ñîñòàâèòü ñëåäóþùåå ðàâåíñòâî ðàçìåðíîñòåé:

[a ][F ]x [m]y R z = 1, èëè èñïîëüçóÿ ðàçìåðíîñòè óñêîðåíèÿ, ñèëû, ìàññû è äëèíû, ïîëó÷àåì: LT −2 M x Lx T −2 x M y Lz = 1 , îòêóäà, ïðèðàâíèâàÿ íóëþ ñóììàðíûå ïîêàçàòåëè ñòåïåíè ó äëèíû, ìàññû è âðåìåíè: x = −1, y = 1, z = 0. È ôîðìóëà äëÿ óñêîðåíèÿ öèëèíäðà ïðèíèìàåò âèä:

a =C⋅

F . m

Ñîãëàñèòåñü, ÷òî äðóãèì ñïîñîáîì ýòó ôîðìóëó áûëî áû ïîëó÷èòü òðóäíåå. Çàäà÷à 4. Ïîêàçàòü, ÷òî âòîðàÿ êîñìè÷åñêàÿ ñêîðîñòü çàâèñèò îò ðàçìåðîâ ïëàíåòû - R, óñêîðåíèÿ ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ – g è íå çàâèñèò îò ìàññû ðàêåòû - m. Ïðåäñòàâèì ôóíêöèîíàëüíóþ çàâèñèìîñòü ìåæäó îáñóæäàåìûìè âåëè÷èíàìè â ôîðìå: v ⋅ R x ⋅ g y ⋅ m z = C. Ðàçìåðíîñòü ýòîãî ñîîòíîøåíèÿ çàïèøåòñÿ òàê: LT −1 Lx Ly T −2 y M z = 1,

28

ãäå èñïîëüçîâàíû ðàçìåðíîñòè ñêîðîñòè, óñêîðåíèÿ, ìàññû è ðàññòîÿíèÿ. Î÷åâèäíî, ÷òî ïîêàçàòåëü ñòåïåíè z=0 è òîãäà äîëæíû âûïîëíÿòüñÿ ñëåäóþùèå ðàâåíñòâà äëÿ ïîêàçàòåëåé ñòåïåíåé: 1+x+y=0, -1-2y=0. Ýòè ðàâåíñòâà ñîâìåñòíî âîçìîæíû, åñëè x=-1/2, y=-1/2. Òàêèì îáðàçîì, ôîðìóëà äëÿ âòîðîé êîñìè÷åñêîé ñêîðîñòè èìååò âèä: v = C Rg .

Çàäà÷à 5. Èññëåäîâàòü çàâèñèìîñòü íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ îäíîðîäíî çàðÿæåííîé áåñêîíå÷íîé ïëîñêîñòè îò ïëîòíîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà è ðàññòîÿíèÿ òî÷êè íàáëþäåíèÿ îò ïëîñêîñòè.  ñèëó áåñêîíå÷íîé ïðîòÿæåííîñòè çàðÿæåííîé ïëîñêîñòè, îíà ÿâëÿåòñÿ ïëîñêîñòüþ ñèììåòðèè, ïîýòîìó äîñòàòî÷íî èññëåäîâàòü ïîëå ïî îäíó ñòîðîíó îò íåå. Ðåøàÿ çàäà÷ó â ñèñòåìå åäèíèö Ãàóññà (â ýòîé ñèñòåìå ε 0 = 1 , à äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿííàÿ ε - ÷èñëî), âêëþ÷èì äèýëåêòðè÷åñêóþ ïîñòîÿííóþ â ïîñòîÿííûé ìíîæèòåëü Ñ, áóäåì èñêàòü âûðàæåíèå äëÿ íàïðÿæåííîñòè êàê ôóíêöèþ ïëîòíîñòè çàðÿäîâ - ω è êðàò÷àéøåãî ðàññòîÿíèÿ îò ïëîñêîñòè äî òî÷êè íàáëþäåíèÿ – R (èç ñèììåòðèè çàäà÷è è îòñóòñòâèÿ òîêà âäîëü ïîâåðõíîñòè ñëåäóåò, ÷òî âåêòîð íàïðÿæåííîñòè íàïðàâëåí ïåðïåíäèêóëÿðíî ê ýòîé ïîâåðõíîñòè): E = f (ω , R ), îòêóäà E = Cω x R y .

Íà îñíîâàíèè îäíîðîäíîñòè ôèçè÷åñêèõ ôîðìóë, èìååì:

[E ] = [ω ]x [R]y .

Òàê êàê â ñèñòåìå åäèíèö Ãàóññà ðàçìåðíîñòè íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ, ïëîòíîñòè çàðÿäîâ è äëèíû èçâåñòíû: 1

−1

1

−

[E ] = M 2 L 2 T −1, [ω ] = M 2 L

1 2 T −1 ,

òî ïðåäûäóùåå ðàâåíñòâî

ìîæíî çàïèñàòü òàê: 1

−

1

1

1 x − x 2 T − x Ly .

M 2 L 2 T −1 = M 2 L

29

Ïðèðàâíèâàÿ ïîêàçàòåëè ñòåïåíè ñîîòâåòñòâóþùèõ âåëè÷èí â îáåèõ ñòîðîíàõ ðàâåíñòâà, ïîëó÷àåì : x=1, y=0. Òàêèì îáðàçîì, íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ îäíîðîäíî çàðÿæåííîé áåñêîíå÷íîé ïëîñêîñòè ïðîïîðöèîíàëüíà ïëîòíîñòè çàðÿäà è íå çàâèñèò îò ðàññòîÿíèÿ äî ïëîñêîñòè, ò.å. ïîëå îäíîðîäíî è îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå: E = Cεω .

Çàäà÷à 6. Îïðåäåëèòü íàïðÿæåííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ áåñêîíå÷íî äëèííîãî ñîëåíîèäà , åñëè ðàäèóñ âèòêà - R , ÷èñëî âèòêîâ íà åäèíèöó äëèíû – n. Åñòåñòâåííî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî íàïðÿæåííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ âíóòðè ñîëåíîèäà ( âíå ñîëåíîèäà ìàãíèòíîãî ïîëÿ íå áóäåò, òàê êàê ñèëîâûå ëèíèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ, èäóùèå âíóòðè ñîëåíîèäà, íå âûõîäÿò èç íåãî, çàìûêàÿñü â áåñêîíå÷íîñòè, ãäå íàõîäÿòñÿ êîíöû áåñêîíå÷íî äëèííîãî ñîëåíîèäà) áóäåò ïðîïîðöèîíàëüíî ÷èñëó âèòêîâ, ïðèõîäÿùèõñÿ íà åäèíèöó äëèíû è, êðîìå òîãî, áóäåò ôóíêöèîíàëüíî çàâèñåòü îò ñèëû òîêà è ðàäèóñà âèòêà. Ïîýòîìó ìîæíî íàïèñàòü ñëåäóþùåå âûðàæåíèå äëÿ íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ äàííîãî ñîëåíîèäà: H = nf ( I , R ) = CnI x R y .

Äàëåå ïîñòóïàåì ïî îáùåìó ïðàâèëó. Ñîñòàâëÿåì ðàçìåðíîå ðàâåíñòâî:

[H ] = [n][I ]x [R ]y . Âûáèðàåì ñèñòåìó åäèíèö ÑÈ. È òàê êàê íàì èçâåñòíû ðàçìåðíîñòè âñåõ âõîäÿùèõ â ïîñëåäíåå âûðàæåíèå âåëè÷èí â ñèñòåìå åäèíèö ÑÈ ( [H ] = AL−1 , [n ] = L−1 , [I ] = A, [R] = L) , òî ôîðìóëà äëÿ ðàçìåðíîñòè íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ ñîëåíîèäà çàïèøåòñÿ òàê: AL−1 = L−1 A x Ly ,

îòêóäà, ïðèðàâíèâàÿ ñîîòâåòñòâóþùèå ïîêàçàòåëè ñòåïåíè, ïîëó÷àåì: õ=1,ó=0. È, ñëåäîâàòåëüíî, èñêîìàÿ ôîðìóëà èìååò ñëåäóþùèé âèä: H=C n I. Íàïðÿæåííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ âíóòðè áåñêîíå÷íî 30

äëèííîãî ñîëåíîèäà íå çàâèñèò îò ðàäèóñà âèòêà R. Çàäà÷à 7. Óñòàíîâèòü çàâèñèìîñòü ïåðèîäà êîëåáàíèé â êîëåáàòåëüíîì êîíòóðå îò åãî èíäóêòèâíîñòè è åìêîñòè (ôîðìóëà Òîìñîíà) Àíàëèçèðóÿ ôèçè÷åñêîå ñîäåðæàíèå çàäà÷è, ïðåäïîëàãàåì, ÷òî èñêîìàÿ âåëè÷èíà ìîæåò çàâèñåòü îò åìêîñòè –Ñ, èíäóêòèâíîñòè – L è, âîçìîæíî, îò ïåðâîíà÷àëüíîãî çàðÿäà íà ïëàñòèíàõ êîíäåíñàòîðà – Q. Ïîñëåäíåå ïðåäïîëîæåíèå, âîîáùå ãîâîðÿ, ëèøíåå, òàê êàê ïåðèîä êîëåáàíèé äîëæåí áûòü õàðàêòåðèñòèêîé ñàìîãî êîëåáàòåëüíîãî êîíòóðà. Íî ýòî ìû ïîêàæåì â ïðîöåññå ðåøåíèÿ. Ïðåäïîëàãàåìàÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ çàâèñèìîñòü çàïèøåòñÿ òàê: T = Const ⋅ C x Ly Q z .

Íà îñíîâàíèè îäíîðîäíîñòè îáåèõ ñòîðîí ýòîãî ðàâåíñòâà èìååì:

[T ] = [C ]x [L]y [Q ]z , ãäå (ðåøàåì çàäà÷ó â ñèñòåìå åäèíèö ÑÈ)

[T ] = T , [C ] = ATB −1 , [L] = A−1TB, [Q] = AT . Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷àåì ñëåäóþùåå ðàçìåðíîå ðàâåíñòâî: T = A xT x B − x ⋅ A− yT y B y ⋅ A zT z .

Ïðèðàâíèâàÿ ïîêàçàòåëè ñòåïåíè ñîîòâåòñòâóþùèõ âåëè÷èí, ïîëó÷àåì ñèñòåìó òðåõ óðàâíåíèé: x-y+z=0, x+y+z=1, -x+y=0, ðåøàÿ êîòîðóþ, ïîëó÷àåì: x=1|2, y=1|2, z=0. È èñêîìàÿ ôîðìóëà ïðèíèìàåò âèä: T= Const

LC.

Çàäà÷è äëÿ óïðàæíåíèé 1. Ñ ïîìîùüþ ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé äîêàçàòü òåîðåìó Ïèôàãîðà [4]. 2. Îïðåäåëèòü íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ áåñêîíå÷íîé çàðÿæåííîé íèòè [2]. 31

3. Âûâåñòè ôîðìóëó îáúåìíîé ïëîòíîñòè ýíåðãèè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ [2]. 4. Âûâåñòè îñíîâíîå óðàâíåíèå ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè [2]. 5. Âûâåñòè çàêîí Îìà â äèôôåðåíöèàëüíîé ôîðìå [1]. Ëèòåðàòóðà [1] Þ.Ì. Áðóê, À.Ë. Ñòàñåíêî Êàê ôèçèêè äåëàþò îöåíêè-ìåòîä ðàçìåðíîñòåé è ïîðÿäêè ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí (Ñá. “Î ñîâðåìåííîé ôèçèêå - ó÷èòåëþ”, èçä.”Çíàíèå”, Ìîñêâà,1975ã., ñ.54-131). [2] Á.Þ. Êîãàí Ðàçìåðíîñòü ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíû Ì., «Íàóêà», 1968ã. [3] Ë.È. Ñåäîâ Ìåòîäû ïîäîáèÿ è ðàçìåðíîñòåé â ìåõàíèêå Ì., ”Íàóêà”, 1972 ã. [4] Ã.Ñ. Âàðäàíÿí Îñíîâû òåîðèè ïîäîáèÿ è àíàëèçà ðàçìåðíîñòåé èçä.ÌÈÑÈ, Ì., 1977ã.

32

ÍÅÊÎÒÎÐÛÅ ÂÎÏÐÎÑÛ ÌÅÒÎÄÈÊÈ ÐÅØÅÍÈß ÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÕ ÇÀÄÀ×*  äàííûõ çàìåòêàõ àâòîð îãðàíè÷èòñÿ ðàçáîðîì îáùèõ ìåòîäè÷åñêèõ âîïðîñîâ, ñâÿçàííûõ ñ ðåøåíèåì ëþáûõ ôèçè÷åñêèõ çàäà÷. Äî ñèõ ïîð íåò åäèíîãî îïðåäåëåíèÿ, ÷òî æå òàêîå çàäà÷à âîîáùå è ôèçè÷åñêàÿ çàäà÷à, â ÷àñòíîñòè. Ïîýòîìó áóäåì èñõîäèòü èç òîãî, ÷òî êîãäà-òî ëþáàÿ ôèçè÷åñêàÿ çàäà÷à ÿâëÿëàñü ÷àñòüþ òîãî èëè èíîãî ðàçäåëà ôèçèêè, íî âïîñëåäñòâèè âîïðîñ, ðàññìàòðèâàåìûé â çàäà÷å, ìîã áûòü âûäåëåí, áåç óùåðáà äëÿ ïîíèìàíèÿ äðóãèõ âîïðîñîâ, è ïðåâðàòèëñÿ â òî, ÷òî ìû íàçûâàåì çàäà÷åé (âñïîìíèòå, õîòÿ áû, îïûòû Ãàëèëåÿ ïî óñòàíîâëåíèþ çàêîíîâ ðàâíîóñêîðåííîãî äâèæåíèÿ è ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ). Ïî ñâîåé ôîðìóëèðîâêå çàäà÷è áûâàþò êà÷åñòâåííûå è êîëè÷åñòâåííûå, çàêðåïëÿþùèå èçâåñòíûé ìàòåðèàë èëè äàþùèå äîïîëíèòåëüíûå çíàíèÿ; òâîð÷åñêèå, ïðèâîäÿùèå ó÷àùèõñÿ ê “îòêðûòèþ” êàêîé-ëèáî çàêîíîìåðíîñòè; ýêñïåðèìåíòàëüíûå, êîãäà îòäåëüíûå äàííûå ïîëó÷àþòñÿ ïðè ïðîâåäåíèè ýêñïåðèìåíòà è ò.ä. Íî âñå ýòè çàäà÷è ïðåñëåäóþò îäíó, ãëàâíóþ öåëü: íàó÷èòü ó÷àùèõñÿ ôèçèêå, ò.å. íàó÷èòü ìûñëèòü, ÷òîáû ïîíèìàòü ïðîèñõîäÿùèå âîêðóã íàñ ôèçè÷åñêèå ÿâëåíèÿ, à â êîíå÷íîì ñ÷åòå, ÷òîáû ñôîðìèðîâàòü ó ó÷àùèõñÿ ïðàâèëüíîå ìèðîïîíèìàíèå. Ðåøåíèå ëþáîé çàäà÷è íà÷èíàåòñÿ ñ ïðî÷òåíèÿ åå òåêñòà. Öåëåñîîáðàçíî ïðîâåñòè ýòîò ýòàï ãëàñíî, âñëóõ. Ïðè ýòîì, êòî ÷èòàåò - ó÷èòåëü èëè ó÷åíèê - çàâèñèò îò òèïà çàäà÷è, ñòðóêòóðû óðîêà, âõîäèò ëè îíà â íîâûé ìàòåðèàë èëè ÿâëÿåòñÿ ïðîâåðêîé äîìàøíåãî çàäàíèÿ. Âîîáùå, âñå äåéñòâèÿ è ðàçìûøëåíèÿ äîëæíû ïîÿñíÿòüñÿ ñëîâåñòíûì òåêñòîì. Íå ñåêðåò, ÷òî íàøè ó÷åíèêè ìàëî ãîâîðÿò ïðè ðåøåíèè çàäà÷, êàê áóäòî îñíîâíàÿ öåëü – ñêîðåå íàéòè îòâåò. Ýòî îäíà èç ìåòîäè÷åñêèõ îøèáîê, äîïóñêàåìûõ íà óðîêàõ ïðè ðåøåíèè çàäà÷. Ïî íàøåìó ìíåíèþ, óðîê ïî ðåøåíèþ çàäà÷ ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå òðóäíûì ñ ìåòîäè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ: íàäî àêòèâíî çàíÿòü ó÷àùèõñÿ è áûòü * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ìåòîäè÷åñêîì ñáîðíèêå “Â ïîìîùü ìàëîêîìïëåêòíîé øêîëå” Ïñêîâñêîå ïåä.îáùåñòâî 1991ã., ñ.3-7

33

óâåðåííûì, ÷òî îíè çàíèìàþòñÿ äåëîì ñîçíàòåëüíî, à íå êîïèðóþò çàïèñè, ñäåëàííûå íà äîñêå. Íà òàêèõ óðîêàõ ïðîÿâëÿþòñÿ çíàíèÿ ó÷àùèõñÿ ïî òåîðåòè÷åñêîìó ìàòåðèàëó, çíàíèå ôîðìóë, åäèíèö èçìåðåíèÿ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí, èõ ôèçè÷åñêîé ãðàìîòíîñòè. Ïðè ðåøåíèè ëþáîé çàäà÷è íóæíî óìåòü ïðèâëå÷ü ê ðåøåíèþ êàê ìîæíî áîëüøå ó÷àùèõñÿ ëèáî ïîñòàíîâêîé íàâîäÿùèõ âîïðîñîâ ó÷èòåëåì, ëèáî ïðèâëå÷åíèåì ê ýòîìó èõ ñàìèõ. Ïðè âûÿñíåíèè ôèçè÷åñêîãî ñîäåðæàíèÿ çàäà÷è íåîáõîäèìî óñòàíîâèòü íå òîëüêî òî, ÷òî íóæíî íàéòè ( ýòî áåçóñëîâíî ïåðâîî÷åðåäíàÿ çàäà÷à), íå òîëüêî òî, ÷òî äëÿ ýòîãî äàíî ïî óñëîâèþ, íî è î êàêèõ ÿâëåíèÿõ èäåò ðå÷ü â çàäà÷å, êàêèå ïðîöåññû ïðè ýòîì ìîãóò ïðîèñõîäèòü. È òàêîå îáñóæäåíèå íåîáõîäèìî ïðîâîäèòü ïðè ðåøåíèè êàæäîé çàäà÷è, äàæå åñëè îíè îäíîòèïíûå. Ñ íàøåé òî÷êè çðåíèÿ, ýòîò ýòàï – ñàìûé ãëàâíûé. Îò ïðàâèëüíîñòè ðàçáîðà óñëîâèÿ çàäà÷è çàâèñèò ïðàâèëüíîñòü è áûñòðîòà åå ðåøåíèÿ. Êàê ïðàâèëî, äàëåå ñëåäóåò êðàòêàÿ çàïèñü óñëîâèÿ çàäà÷è. Îò ó÷àùèõñÿ òðåáóåòñÿ çíàíèå áóêâåííûõ îáîçíà÷åíèé ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí è åäèíèö èõ èçìåðåíèÿ. Ñóùåñòâóþò ðàçíîîáðàçíûå ôîðìû êðàòêîé çàïèñè. Íàèáîëåå ðàöèîíàëüíîé ÿâëÿåòñÿ ñëåäóþùàÿ: Íàéòè Äàíî

ÐÅØÅÍÈÅ

Ñëîâî “Íàéòè” ïðåäïîëàãàåò, ÷òî â ýòîé ñòðîêå áóäóò âûïèñàíû èñêîìûå âåëè÷èíû, ïîýòîìó áåññìûñëåííû òàêèå äîïîëíèòåëüíûå çíàêè êàê “-?” èëè “=?”. Ñòîëáåö “Äàíî” íå îãðàíè÷åí ñíèçó, ïîýòîìó èìååòñÿ âîçìîæíîñòü âïèñàòü â óñëîâèå çàäà÷è òå âåëè÷èíû, êîòîðûå áóäóò çàèìñòâîâàíû èç ñïðàâî÷íèêà. Ïîñòîÿííîå âíèìàíèå ê ãðàôè÷åñêîé ñòîðîíå ïðîöåññà ðåøåíèÿ âûðàáàòûâàåò ó ó÷àùèõñÿ àêêóðàòíîñòü, âíèìàòåëüíîñòü, ëîãè÷íîñòü – êà÷åñòâà, î÷åíü íåîáõîäèìûå ìíîãèì íàøèì 34

ó÷åíèêàì, íåîáõîäèìûå â èõ äàëüíåéøåé æèçíè. Ïåðåä íåïîñðåäñòâåííûì àíàëèòè÷åñêèì ðåøåíèåì çàäà÷è âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ìîæíî (è íóæíî) ñäåëàòü ïîÿñíèòåëüíûé ÷åðòåæ, ðèñóíîê, ïëàí, íàðèñîâàòü ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó èëè õîä îïòè÷åñêèõ ëó÷åé. Íî, êàê èçâåñòíî, âèä “êàðòèíû” (ðèñóíêà, ñõåìû è ò.ä.) îïðåäåëÿåòñÿ óñëîâèÿìè íàáëþäåíèÿ. È åñëè íà ïåðâûõ ýòàïàõ èçó÷åíèÿ ôèçèêè ýòîò ìîìåíò îáû÷íî íå îãîâàðèâàåòñÿ (íåÿâíî ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ðàññìàòðèâàåìûé ïðîöåññ ïðîèñõîäèò íà Çåìëå), òî çàòåì â êóðñå ôèçèêè ââîäèòñÿ âàæíîå ïîíÿòèå “Ñèñòåìà îòñ÷åòà”. È çàäà÷à ó÷èòåëÿ ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû ñëåäèòü çà òåì, ÷òîáû ýòî ïîíÿòèå “ðàáîòàëî” íà âñåõ ïîñëåäóþùèõ ýòàïàõ èçó÷åíèÿ ôèçèêè (çà÷åì ââîäèòü íîâîå ïîíÿòèå, åñëè îíî íå áóäåò “ðàáîòàòü”?). Âïåðâûå ïîíÿòèå “Ñèñòåìà îòñ÷åòà” áûëî ââåäåíî â ôèçèêó âî âðåìåíà Äåêàðòà è Ãàëèëåÿ. È â òå÷åíèå áîëåå 2-õ ñòîëåòèé îíî èñïîëüçîâàëîñü ïðåèìóùåñòâåííî ïðè èçó÷åíèè ìåõàíèêè. Ýòî îáúÿñíÿëîñü äâóìÿ ïðè÷èíàìè: âî-ïåðâûõ, âñÿ ôèçèêà, ïî ñóòè äåëà, áûëà ìåõàíèêîé (òåïëîâàÿ æèäêîñòü-òåïëîðîä, ýëåêòðè÷åñêèå æèäêîñòè, ñâåòîíîñíûé ýôèð-äåôîðìàöèè êîòîðîãî è îáóñëàâëèâàëè ðàñïðîñòðàíåíèå ñâåòà); âî-âòîðûõ, ðàâíîïðàâèå âñåõ èíåðöèàëüíûõ ñèñòåì îòñ÷åòà (ÈÑÎ) óòâåðæäàëîñü êëàññè÷åñêèì ïðèíöèïîì îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ (“Âî âñåõ ÈÑÎ ïðè îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ ìåõàíè÷åñêèå ïðîöåññû ïðîòåêàþò îäèíàêîâî”). Êîãäà æå â 1905 ãîäó À. Ýéíøòåéí ñôîðìóëèðîâàë ïîñòóëàòû ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ) è ïîñòðîèë íîâóþ ôèçè÷åñêóþ òåîðèþ ïðîñòðàíñòâà , âðåìåíè è äâèæåíèÿ, ïîíÿòèå “ÑΔ ñòàëî “ðàáîòàòü” íå òîëüêî ïðè ðàññìîòðåíèè ìåõàíè÷åñêèõ ÿâëåíèé. Ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà óòâåðæäàåò: âî âñåõ ÈÑÎ ïðè îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ âñå ôèçè÷åñêèå ÿâëåíèÿ ïðîòåêàþò îäèíàêîâî.  ñîâðåìåííîé ôèçèêå ÑÎ ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê ýêâèâàëåíò ôèçè÷åñêîé ëàáîðàòîðèè. Ïîýòîìó ïðè ðàññìîòðåíèè ëþáîãî ôèçè÷åñêîãî ÿâëåíèÿ, à òàêæå ïðè ðåøåíèè çàäà÷ èç ëþáîãî ðàçäåëà ôèçèêè íåîáõîäèìî óêàçûâàòü, â êàêîé ÈÑÎ ðåøàåòñÿ çàäà÷à. È ëèøü ïîñëå âûáîðà ÈÑÎ äåëàòü ÷åðòåæ (ðèñóíîê , ïëàí è ò.ä.), òàê êàê âèä ýòîãî ÷åðòåæà öåëèêîì çàâèñèò îò âûáîðà ÈÑÎ. Èíîãäà 35

êàæåòñÿ, ÷òî ïðè ðåøåíèè íåêîòîðûõ çàäà÷, íàïðèìåð, ïî ðàçäåëó “Òåïëîòà”, íåò ñìûñëà óêàçûâàòü, â êàêîé ÈÑÎ ïðîâîäèòñÿ ðåøåíèå. Íî ïðè ýòîì çàáûâàþò, ÷òî ÑÒÎ – ýòî îáùåôèçè÷åñêàÿ òåîðèÿ, è òåïëîâûå ïðîöåññû òàêæå ïîä÷èíÿþòñÿ çàêîíàì ÑÒÎ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ÷åëîâåê óæå äàâíî âûøåë çà ïðåäåëû çåìíîé àòìîñôåðû, äàâíî ðàáîòàåò â êîñìîñå, ãäå è òåïëîâûå è äðóãèå ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû ïðîòåêàþò èíà÷å, ÷åì íà Çåìëå, òî âîïðîñ îá óêàçàíèè ÈÑÎ ñòàíîâèòñÿ åñòåñòâåííûì è îáÿçàòåëüíûì. Âîîáùå æå èñêëþ÷èòåëüíî îò ó÷èòåëÿ âî ìíîãîì áóäåò çàâèñåòü, êàê ó÷åíèêè áóäóò îòíîñèòüñÿ ê íîâîìó è íåîáõîäèìîìó ýòàïó ðåøåíèÿ çàäà÷. Ïðè âûáîðå ÈÑÎ, è ïðè ñîñòàâëåíèè ãðàôè÷åñêîãî èçîáðàæåíèÿ óñëîâèÿ çàäà÷è ïðîäîëæàåòñÿ ôèçè÷åñêîå åå îñìûñëåíèå. Èìåííî ïîýòîìó íå ñëåäóåò òîðîïèòüñÿ ïåðåõîäèòü ê ñëåäóþùåìó ýòàïó – àíàëèòè÷åñêîìó è êîëè÷åñòâåííîìó ïîèñêó îòâåòà. Ó÷èòåëü äîëæåí ðóêîâîäñòâîâàòüñÿ ïðàâèëîì, ÷òî íå îòâåò (íå òîëüêî îòâåò) íàñ èíòåðåñóåò, à ïðîöåññ åãî ïîèñêà, òàê êàê èìåííî â òå÷åíèå ýòîãî ïðîöåññà îáñóæäåíèÿ óñëîâèÿ çàäà÷è è áóäåò ïðîèñõîäèòü ïîçíàíèå ôèçèêè. Ïðè àíàëèòè÷åñêîì ðåøåíèè çàäà÷è íåîáõîäèìî âûïèñàòü òó ôîðìóëó (â ïåðâóþ î÷åðåäü), â êîòîðóþ âõîäèò èñêîìàÿ âåëè÷èíà. Ó÷àùèåñÿ îáû÷íî ïîñòóïàþò â îáðàòíîì ïîðÿäêå, êîãäà îïðåäåëÿåìàÿ âåëè÷èíà ïîÿâëÿåòñÿ ãäå-òî íà ïðîìåæóòî÷íîì ýòàïå. Íàðóøàåòñÿ ýëåìåíòàðíàÿ ëîãèêà, ïðè÷èííî-ñëåäñòâåííàÿ ñâÿçü. Ðåøåíèå ïðåâðàùàåòñÿ â ýêâèëèáðèñòèêó ñ ôîðìóëàìè. Âåðîÿòíî, èç-çà ýòîãî ìíîãèå ó÷àùèåñÿ íå ïîíèìàþò, çà÷åì áûëà çàïèñàíà êàêàÿ-òî ôîðìóëà, â êîòîðîé íåò îïðåäåëÿåìîé âåëè÷èíû. Íå ðàçóìíåå ëè âçÿòü òó ôîðìóëó, êóäà âõîäèò íóæíàÿ âåëè÷èíà è çàòåì ñ ïîìîùüþ äðóãèõ ñîîòíîøåíèé óáðàòü èç íåå âñå, ÷òî íå äàíî ïî óñëîâèþ çàäà÷è, èëè íåëüçÿ ïîçàèìñòâîâàòü èç ñïðàâî÷íèêà. Ó÷èòåëü äîëæåí ïðîäóìàòü ðåøåíèå è óìåëî è íàñòîé÷èâî íàïðàâëÿòü ëîãèêó ðàññóæäåíèé ó÷àùèõñÿ. Ýòî ñàìûé òðóäíûé ýòàï ðåøåíèÿ, òàê êàê òðåáóåò çíàíèÿ ôîðìóë è óìåíèÿ êîìáèíèðîâàòü èõ äðóã ñ äðóãîì.  ýòîì ïðîÿâëÿåòñÿ îäèí èç âèäîâ ìåæ ïðåäìåòíîé ñâÿçè ôèçèêè è ìàòåìàòèêè. 36

Íàêîíåö, ïîëó÷åíî àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå äëÿ èñêîìîé âåëè÷èíû, íåîáõîäèìî ïîäñòàâëÿòü ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ çàäàííûõ âåëè÷èí. Îäíàêî, ôèçè÷åñêàÿ âåëè÷èíà â îòëè÷èå îò ÷èñëà ïîìèìî ÷èñëåííîãî çíà÷åíèÿ èìååò íàèìåíîâàíèå (èëè âûðàæåíà ÷åðåç îñíîâíûå âåëè÷èíû èçáðàííîé ñèñòåìû åäèíèö). Åñëè ëþáûå äâà ÷èñëà ìîæíî ñëîæèòü (âû÷åñòü), óìíîæèòü (ðàçäåëèòü), òî íå âñÿêèå äâå ôèçè÷åñêèå âåëè÷èíû ìîæíî ñêëàäûâàòü èëè óìíîæàòü. Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî ó÷èòåëü ôèçèêè äîëæåí íåóêîñíèòåëüíî òðåáîâàòü îò ó÷àùèõñÿ ïèñàòü ðÿäîì ñ ÷èñëîì íàèìåíîâàíèå, è ïðîèçâîäèòü è ñ ÷èñëàìè è ñ íàèìåíîâàíèÿìè âîçìîæíûå äåéñòâèÿ. Ýòî íå òîëüêî ìåòîäè÷åñêè ïðàâèëüíî, íî áóäåò ñïîñîáñòâîâàòü çàïîìèíàíèþ è åäèíèö èçìåðåíèÿ è ôîðìóë, òî åñòü áóäåò ñïîñîáñòâîâàòü ãðàìîòíîìó èçó÷åíèþ ôèçèêè. ×èñëåííûé îòâåò äîëæåí áûòü îáñóæäåí ñ òî÷êè çðåíèÿ ôèçè÷åñêîé ðàçóìíîñòè, èñõîäÿ èç óñëîâèÿ çàäà÷è. Óðîê “Ðåøåíèå çàäà÷” – ýòî îäèí èç âàæíûõ è î÷åíü òðóäíûé ñ ìåòîäè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ ïðîöåññ èçó÷åíèÿ ôèçèêè. Îí òðåáóåò îò ó÷èòåëÿ íå òîëüêî ãðàìîòíîñòè (è ôèçè÷åñêîé è ìàòåìàòè÷åñêîé), íî è óìåíèÿ ìîáèëèçîâàòü ó÷àùèõñÿ.  îïðåäåëåííîé ìåðå óðîê “Ðåøåíèå çàäà÷” - ýòî çåðêàëî ïðîôåññèîíàëüíîé ïîäãîòîâëåííîñòè ó÷èòåëÿ.

37

ÂÎÏÐÎÑÛ ÝÊÎËÎÃÈÈ ÍÀ ÓÐÎÊÀÕ ÔÈÇÈÊÈ*  ïîñëåäíèå äåñÿòèëåòèÿ ýêîëîãè÷åñêèå ïðîáëåìû îáðàòèëè íà ñåáÿ âíèìàíèå âî âñåõ ñòðàíàõ ìèðà è òðåáóþò ñàìîãî ñåðüåçíîãî ðàññìîòðåíèÿ è ïðèíÿòèÿ ñðî÷íûõ è ðàäèêàëüíûõ ðåøåíèé. Ïðè÷èíàìè ýòîãî ÿâëÿþòñÿ, âîïåðâûõ, çàòÿíóâøååñÿ ïîòðåáèòåëüñêîå îòíîøåíèå ÷åëîâåêà ê ïðèðîäå, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïðîèçîøëî èñòîùåíèå ï ðè ð î äí ûõ ð åñ óðñ îâ; âî- âòîðûõ, íà ó÷í î- ò å õí è ÷å ñ ê àÿ ðåâîëþöèÿ âñòóïèëà â íîâóþ ôàçó ñâîåãî ðàçâèòèÿ, è âìåøàòåëüñòâî ÷åëîâåêà â ðåçóëüòàòå åãî õîçÿéñòâåííîé äåÿòåëüíîñòè ïðèâåëî ê íàðóøåíèþ ðàâíîâåñèÿ â ïðèðîäå, ê òàêèì ýêîëîãè÷åñêèì ñäâèãàì, êîòîðûå ìîãóò îêàçàòüñÿ íåîáðàòèìûìè.  ñâÿçè ñ ýòèì äëÿ ðåøåíèÿ ýêîëîãè÷åñêèõ ïðîáëåì òðåáóåòñÿ îðãàíèçîâàííàÿ äåÿòåëüíîñòü ëþäåé íå òîëüêî â ïðåäåëàõ îäíîé ñòðàíû, íî è âñåé ïëàíåòû. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ýêîëîãè÷åñêèå ïðîáëåìû ïðèîáðåòàþò ñîöèàëüíî-ïîëèòè÷åñêîå ñîäåðæàíèå. Ýêîëîãè÷åñêîå îáðàçîâàíèå ïîìîæåò áóäóùèì ãðàæäàíàì íàøåé ñòðàíû è Çåìëè ïðåäâèäåòü ïîñëåäñòâèÿ âëèÿíèÿ ÷åëîâåêà íà îêðóæàþùóþ ñðåäó è îïðåäåëèò èõ çàáîòó îá óëó÷øåíèè îêðóæàþùåé ñðåäû, íåäîïóùåíèÿ åå ðàçðóøåíèÿ è çàãðÿçíåíèÿ è, â êîíå÷íîì ñ÷åòå, áóäåò ôîðìèðîâàòü îáùåñòâåííóþ àêòèâíîñòü è ãóìàíèñòè÷åñêîå ñîçíàíèå íàøåãî ïîäðàñòàþùåãî ïîêîëåíèÿ. Ïîäîáíî òîìó, êàê ñåé÷àñ ãîâîðÿò î âòîðîé – êîìïüþòåðíîé ãðàìîòíîñòè,

* Ñòàòüÿ îïóáëèêîâàíà â ìåòîäè÷åñêîì ñáîðíèêå “Â ïîìîùü ó÷èòåëþ ôèçèêè” ã. Ïñêîâ, èçä.ÏÎÈÏÊÐÎ,1996ã., ¹5,ñ.18-25. Êðàòêîå èçëîæåíèå ñòàòüè äàíî â æóðíàëå “Ôèçèêà â øêîëå” Ìîñêâà, èçä. “Ïðîñâåùåíèå”,1995ã.,¹4,ñ.11

38

ìîæíî óòâåðæäàòü, ÷òî êàæäûé ÷åëîâåê äîëæåí áûòü ãðàìîòíûì è â ýêîëîãè÷åñêèõ âîïðîñàõ. Âñå øêîëüíûå ïðåäìåòû ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â äåëå ðåøåíèÿ ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷è. Òåì åñòåñòâåííåå ýêîëîãè÷åñêèì âîñïèòàíèåì äîëæåí çàíèìàòüñÿ ó÷èòåëü ôèçèêè – ó÷èòåëü òîé íàóêè, êîòîðàÿ óñòàíàâëèâàåò è èçó÷àåò îáùèå çàêîíû ïðèðîäû, ò.å. îêðóæàþùåé ñðåäû. Ó÷èòåëü ôèçèêè ìîæåò îñóùåñòâëÿòü ýêîëîãè÷åñêîå âîñïèòàíèå ó÷àùèõñÿ ÷åðåç ïðåäìåò, ðàññìàòðèâàÿ êàê âîïðîñû ôóíäàìåíòàëüíîãî, òàê è ïðèêëàäíîãî, ïîëèòåõíè÷åñêîãî õàðàêòåðà, ïîäáèðàÿ çàäà÷è ñ ñîîòâåòñòâóþùèì ñîäåðæàíèåì, ïðîâîäÿ ýêñêóðñèè, çàïëàíèðîâàííûå øêîëüíîé ïðîãðàììîé ïî ôèçèêå, îðãàíèçóÿ âíåêëàññíûå ìåðîïðèÿòèÿ. Ðóêîâîäñòâóÿñü çàêîíàìè äèàëåêòèêè, ó÷èòåëü äîëæåí ðàññêàçûâàòü íå òîëüêî î ïîëîæèòåëüíûõ ïðîÿâëåíèÿõ òåõ èëè èíûõ ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé, íåîáõîäèìî îáðàùàòü òàêæå âíèìàíèå è íà âðåäíîå âëèÿíèå ïðîèçâîäñòâåííîé äåÿòåëüíîñòè ÷åëîâåêà íà îêðóæàþùóþ ñðåäó. Èäåàëüíî “÷èñòûõ” â ýêîëîãè÷åñêîì îòíîøåíèè òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ íå ñóùåñòâóåò. Ïîýòîìó ó÷èòåëü äîëæåí ðàññêàçûâàòü è î ïóòÿõ óìåíüøåíèÿ îòðèöàòåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ ÷åëîâåêà íà ïðèðîäó, ïîêàçûâàòü, êàê òðóäåí ïóòü ëèêâèäàöèè ïàãóáíûõ ïîñëåäñòâèé “õîçÿéñòâîâàíèÿ”, êàê ìíîãî ñèë è ñðåäñòâ ýòî òðåáóåò.  øêîëüíîé ïðîãðàììå ïî ôèçèêå ìîæíî íàéòè ìíîãî âîïðîñîâ, èìåþùèõ ýêîëîãè÷åñêîå ñîäåðæàíèå.  ïðåäëàãàåìîé íèæå ïîäáîðêå ñäåëàíà ïîïûòêà ñõåìàòè÷åñêè ðàñêðûòü ýêîëîãè÷åñêóþ ñòîðîíó ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà.

39

Òàáëèöà ñîïîñòàâëåíèÿ ó÷åáíûõ âîïðîñîâ ñ èõ âîçìîæíûì ýêîëîãè÷åñêèì ñîäåðæàíèåì

40

41

Íå èìåÿ âîçìîæíîñòè â ðàìêàõ äàííîé ñòàòüè ðàñêðûòü ñîäåðæàíèå âñåõ ïðîáëåì (äîïîëíèòåëüíûå ñâåäåíèÿ ó÷èòåëü ñìîæåò íàéòè â óêàçàííûõ íèæå ëèòåðàòóðíûõ èñòî÷íèêàõ), îñòàíîâèìñÿ íà íåêîòîðûõ èç íèõ. Íàðîäîíàñåëåíèå çåìíîãî øàðà çà ïîñëåäíèå 50 ëåò âûðîñëî áîëåå ÷åì â äâà ðàçà. Óâåëè÷èëàñü ïîòðåáíîñòü è â ñûðüå, è â ïðîäóêòàõ ïèòàíèÿ. Ïîìèìî óâåëè÷åíèÿ ïîñåâíûõ ïëîùàäåé çà ñ÷åò âûðóáêè ëåñîâ (÷òî ñàìî ïî ñåáå íàíåñëî âðåä îêðóæàþùåé ñðåäå), íà÷àëàñü èíòåíñèôèêàöèÿ â ïîâûøåíèè ïëîäîðîäèÿ çåìëè. Ýòî äîñòèãàåòñÿ èëè áåñêîíòðîëüíûì ïðèìåíåíèåì ìèíåðàëüíûõ óäîáðåíèé (è ìû óæå çíàåì ïîñëåäñòâèÿ ýòîãî – ïîâûøåíèå ñîäåðæàíèÿ íèòðàòîâ â îâîùàõ), òàê è óñèëåíèåì ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè ñåëüñêîõîçÿéñòâåííûõ óãîäèé. Äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ ýòîãî ñòàëà èñïîëüçîâàòüñÿ ìîùíàÿ òÿæåëîâåñíàÿ òåõíèêà, ÷òî ïðèâåëî ê íàðóøåíèþ ìåõàíè÷åñêîé ñòðóêòóðû ïî÷âû. Ýðîçèÿ ïî÷âû ïðèâåëà ê óâåëè÷åíèþ çàïûëåííîñòè àòìîñôåðû, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ïðîçðà÷íîñòè âîçäóõà äëÿ ñîëíå÷íûõ ëó÷åé, ê èçìåíåíèþ êëèìàòà. Èñòî÷íèêàìè ïûëè ÿâëÿþòñÿ è “ðóêîòâîðíûå” òåððèêîíû.  ïîñëåäíèå äåñÿòèëåòèÿ ñòàëè ñòîèòü âåòðîýëåêòðîñòàíöèè. Êàçàëîñü áû, ÷òî ýòîò ñïîñîá âûðàáîòêè ýëåêòðîýíåðãèè ÿâëÿåòñÿ ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûì. Îäíàêî, ýòî íå ñîâñåì òàê. Äåëî â òîì, ÷òî ìîùíûå âåòðÿêè èçëó÷àþò èíôðàçâóêè. Ïîýòîìó äëÿ óñòàíîâêè âåòðÿêîâ íåîáõîäèìî âûáèðàòü ìåñòà, óäàëåííûå îò ÷åëîâå÷åñêîãî æèëüÿ (òóíäðà, ãîðû, ïóñòûíè). Áîëüøîé ýêîëîãè÷åñêèé âðåä íàíîñèò ÷åëîâåêó ìåõàíè÷åñêèå âèáðàöèè è øóìû. Ìîæíî áåç ïðåóâåëè÷åíèÿ ñ÷èòàòü, ÷òî ñëóøàíèå ÷ðåçâû÷àéíî ãðîìêîé ìóçûêè – ýòî óïîòðåáëåíèå ñâîåîáðàçíîãî “çâóêîâîãî” íàðêîòèêà. Ïîä âîçäåéñòâèåì ãðîìêîé ìóçûêè, íåñóùåé áîëüøóþ çâóêîâóþ (ìåõàíè÷åñêóþ) ýíåðãèþ, íåðâíàÿ ñèñòåìà ÷åëîâåêà ïðèõîäèò â ñòðåññîâîå ñîñòîÿíèå, òåðÿåòñÿ êîíòðîëü íàä ñâîèì ïîâåäåíèåì, òåðÿåòñÿ ñïîñîáíîñòü âîñïðèíèìàòü íîðìàëüíûå çâóêè. 42

×åëîâå÷åñêîå óõî âîñïðèíèìàåò çâóê ñèëîé â 1 äÁ, òèõèé ðàçãîâîð îöåíèâàåòñÿ ñèëîé çâóêà â 40 äÁ, àâòîìîáèëüíûé ñèãíàë íà ðàññòîÿíèè 5-7 ì îöåíèâàåòñÿ â 100 äÁ, ïîðîã âûíîñëèâîñòè ÷åëîâå÷åñêîãî óõà – 130 äÁ. Èçâåñòíî, ÷òî è èíêâèçèöèÿ â ñðåäíèå âåêà, è íàöèñòû â ãîäû âòîðîé ìèðîâîé âîéíû ïðèìåíÿëè ïûòêè ïðè ïîìîùè ìîùíûõ çâóêîâûõ èñòî÷íèêîâ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî âáëèçè àýðîäðîìîâ íàñåëåíèå ïîòðåáëÿåò áîëüøå ëåêàðñòâ è èìååò áîëüøóþ çàáîëåâàåìîñòü íåðâíûìè è ñâÿçàííûìè ñ íèìè äðóãèìè áîëåçíÿìè. Î÷åíü îïàñåí äëÿ ÷åëîâå÷åñêîãî îðãàíèçìà èíôðàçâóê (åãî ÷àñòîòà ìåíüøå 20 Ãö), âûçûâàþùèé ðåçîíàíñíîå êîëåáàíèå âíóòðåííèõ îðãàíîâ ÷åëîâåêà. Ýòîò ôàêò ëåæèò â îñíîâå îäíîé èç ãèïîòåç ïðîèñõîæäåíèÿ “Ëåòó÷èõ ãîëëàíäöå┠è òàéí Áåðìóäñêîãî òðåóãîëüíèêà (èñòî÷íèêîì èíôðàêðàñíûõ êîëåáàíèé ÿâëÿþòñÿ âîëíû â ìîðÿõ è îêåàíàõ, êîòîðûå ñàìè âîçíèêàþò èç-çà íåðàâíîìåðíîãî ïîòîêà âîçäóõà íàä ïîâåðõíîñòüþ âîäû). Íåîáõîäèìîñòü áîðüáû ñ øóìàìè çàôèêñèðîâàíî çàêîíîäàòåëüíî: â 1973 ã. ïðàâèòåëüñòâîì áûëî ïðèíÿòî ïîñòàíîâëåíèå «Î ìåðàõ ïî ñíèæåíèþ øóìà íà ïðîìûøëåííûõ ïðåäïðèÿòèÿõ, â ãîðîäàõ è äðóãèõ íàñåëåííûõ ïóíêòàõ» Ñ ýòîãî âðåìåíè â íàøåé ñòðàíå îòìåíåíû çâóêîâûå ñèãíàëû (áåç îñîáîé íåîáõîäèìîñòè) àâòîòðàíñïîðòà è çàâîäîâ. Òðóäíî ïðåäñòàâèòü ñåáå æèçíü ñîâðåìåííîãî îáùåñòâà áåç àâòîìîáèëÿ. Ìèðîâîé àâòîìîáèëüíûé ïàðê óæå ïðåâûñèë 400 ìëí. ìàøèí, è ÷èñëî èõ åæåãîäíî âîçðàñòàåò íà 30 ìëí. øòóê. Íî, ñ äðóãîé ñòîðîíû, àâòîìîáèëüíûé òðàíñïîðò âíîñèò çíà÷èòåëüíóþ äîëþ â çàãðÿçíåíèå îêðóæàþùåé ñðåäû. Àâòîìîáèëüíûå âûõëîïû ñîäåðæàò áîëåå 60 âåùåñòâ, â òîì ÷èñëå óãëåâîäîðîäû, ñîåäèíåíèÿ ñâèíöà, ñåðû, àçîòà è ò.ä., êîòîðûå â áîëüøèíñòâå òÿæåëåå âîçäóõà è ïîýòîìó ñòåëþòñÿ ïî ïîâåðõíîñòè Çåìëè. Äûõàíèå òàêèì îòðàâëåííûì âîçäóõîì ñìåðòåëüíî. Äëÿ ðàáîòû àâòîìîáèëüíîãî äâèãàòåëÿ òðåáóåòñÿ îêîëî 4 òîíí êèñëîðîäà â ãîä, ïðè ýòîì ñ âûõëîïíûìè ãàçàìè âûáðàñûâàåòñÿ 43

äî 800 êã îêèñè óãëåðîäà, îêîëî 40 êã îêèñëîâ àçîòà è ïî÷òè 200 êã ðàçëè÷íûõ óãëåâîäîðîäîâ.  ìîìåíò ðàçãîíà êîëè÷åñòâî âðåäíûõ âûõëîïîâ óâåëè÷èâàåòñÿ ïî÷òè â 10 ðàç. Ñóùåñòâóþò ðàçëè÷íûå ïóòè óìåíüøåíèÿ âðåäà, ïðèíîñèìîãî àâòîòðàíñïîðòîì: êîíòðîëü òåõíè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ àâòîòðàíñïîðòà, ñòðîèòåëüñòâî îáúåçäíûõ äîðîã âíå íàñåëåííûõ ïóíêòîâ, ïåðåõîä íà äèçåëüíîå òîïëèâî (äèçåëüíîå òîïëèâî ñãîðàåò ïî÷òè ïîëíîñòüþ, îíî íå ñîäåðæèò ñâèíöà, äèçåëüíûé äâèãàòåëü íà 20-30 % ýêîíîìè÷íåå áåíçèíîâîãî, íà ïðîèçâîäñòâî 1 ë äèçåëüíîãî òîïëèâà òðåáóåòñÿ â 2,5 ðàçà ìåíüøå ýíåðãèè, ÷åì äëÿ ïðîèçâîäñòâà 1 ë áåíçèíà). Ïåðñïåêòèâåí òàêæå ïåðåâîä àâòîòðàíñïîðòà íà ãàçîâîå, â òîì ÷èñëå, âîäîðîäíîå òîïëèâî; áîëüøàÿ áóäóùíîñòü çà ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûì ýëåêòðè÷åñêèì òðàíñïîðòîì. Ìíîãî íàïèñàíî è ñêàçàíî î ñòðàøíûõ äëÿ ÷åëîâå÷åñòâà ïîñëåäñòâèÿõ ÿäåðíîé âîéíû.  “îãíåííûõ òîðíàäî” ñãîðèò âñå. Íàðóøèòñÿ öèðêóëÿöèÿ â çåìíîé àòìîñôåðå, ïðîçðà÷íîñòü àòìîñôåðû ðåçêî ïîíèçèòñÿ, íàñòóïèò “ÿäåðíàÿ íî÷ü”, à çàòåì “ÿäåðíàÿ çèìà”… Íåñìîòðÿ íà “ïîòåïëåíèå” âçàèìîîòíîøåíèé âåäóùèõ ÿäåðíûõ äåðæàâ, ÿäåðíîå îðóæèå ïðîäîëæàåò ðàñïîëçàòüñÿ ñðåäè ñòðàí “òðåòüåãî ìèðà”. Ïîýòîìó óãðîçà àòîìíîé âîéíû íå óñòðàíåíà. Áîðüáà çà ïîëíîå çàïðåùåíèå ÿäåðíîãî îðóæèÿ äîëæíà ïðîäîëæàòüñÿ. Ïîíÿâ, ÷òî îêðóæàþùèé ìèð è ÷åëîâå÷åñêîå îáùåñòâî – ýòî åäèíîå öåëîå, ìû â ñâîåé ïðàêòè÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè äîëæíû ó÷èòûâàòü êàê ïîëîæèòåëüíîå, òàê è îòðèöàòåëüíîå åå âëèÿíèå, ñòàðàÿñü óìåíüøèòü ïîñëåäíåå. Ýêîëîãè÷åñêîå âîñïèòàíèå ó÷àùèõñÿ – ýòî è åñòü âîñïèòàíèå ãðàæäàíñòâåííîñòè, ïàòðèîòèçìà è èíòåðíàöèîíàëüíûõ ÷óâñòâ, òàê êàê âîïðîñû ýêîëîãèè èç óçêî íàöèîíàëüíûõ ïðîáëåì ïåðåðîñëè â ìåæäóíàðîäíûå – ñëèøêîì ìàëà íàøà ïëàíåòà, è äëÿ âðåäíûõ âîçäåéñòâèé íà êëèìàò è ïðèðîäó íå ñóùåñòâóåò ãîñóäàðñòâåííûõ ãðàíèö. 44

Ëèòåðàòóðà 1. Ïðîáëåìû ýêîëîãè÷åñêîãî îáðàçîâàíèÿ è âîñïèòàíèÿ â ñðåäíåé øêîëå Òåçèñû äîêëàäîâ Âñåñîþçíîé êîíôåðåíöèè.-Òàëëèíí, 1980ã. 2. Çâåðåâ È.Ä. Ýêîëîãèÿ â øêîëüíîì îáó÷åíèè Ì., Çíàíèå, 1980ã. 3. Ãîëóáîâ È.Ð., Íîâèêîâ Þ.Â. Îêðóæàþùàÿ ñðåäà è åå îõðàíà Ì., Ïðîñâåùåíèå, 1985ã. 4. Àëåêñååâ Â.Â. Ôèçèêà è ýêîëîãèÿ Ì., Çíàíèå, 1978ã. 5. Ìîèñååâ Í.Í.Ñèñòåìà“Ãåÿ”è ïðîáëåìà “çàïðåòíîé ÷åðòû” æ-ë “Íàóêà è æèçíü”, 1986ã,¹1,2 6. Äåæêèí Â. Áåñåäû îá ýêîëîãèè Ì.,Ìîëîäàÿ ãâàðäèÿ, 1985ã.(ñåðèÿ “Ýâðèêà”). 7. Áóãàåâ À. Ýêîëîãè÷åñêîå âîñïèòàíèå ïðè èçó÷åíèè çâóêà “Ôèçèêà â øêîëå”,1987,¹3,ñ.29. 8. ÓðàçàëèåâÀ.Ó.Ó÷åáíûå âå÷åðà ñ ýêîëîãè÷åñêèì ñîäåðæàíèåì “Ôèçèêà â øêîëå”1989,¹5,ñ107 9. ÐîçìàíÃ.À. Áåðå÷ü ïðèðîäó “Ôèçèêà â øêîëå”, 1995,¹4,ñ.11.

45

ÝÊÎÍÎÌÈ×ÅÑÊÎÅ ÂÎÑÏÈÒÀÍÈÅ Ó×ÀÙÈÕÑß ÍÀ ÇÀÍßÒÈßÕ ÏÎ ÔÈÇÈÊÅ* Îäíîé èç îñîáåííîñòåé ñîâðåìåííîé æèçíè ÿâëÿåòñÿ ïîâñåäíåâíîå è ïîâñåìåñòíîå ðåñóðñîñáåðåæåíèå, îðèåíòàöèÿ íà ýêîíîìè÷åñêè âûãîäíûå îáðàçöû òåõíèêè, òåõíîëîãèè, ñïîñîáû ïðîèçâîäñòâà. ×òîáû â áóäóùåì íàøè ó÷åíèêè áûëè íà ñâîèõ ðàáî÷èõ ìåñòàõ ðà÷èòåëüíûìè, íåîáõîäèìî åùå â øêîëüíûå ãîäû äàòü èì ýëåìåíòàðíûå ýêîíîìè÷åñêèå ñâåäåíèÿ. Êàê íè îäèí ïðåäìåò, ôèçèêà ìîæåò äàòü èëëþñòðàöèè ê ýêîíîìè÷åñêèì çàêîíàì. Äëÿ ýòîãî ñàì ó÷èòåëü äîëæåí èìåòü ñðåäè äðóãèõ âàæíûõ çàäà÷, åùå îäíó âàæíóþ çàäà÷ó: ïîäáèðàòü ó÷åáíûé ìàòåðèàë (â òîì ÷èñëå è óïðàæíåíèÿ, òåìàòèêó âíåó÷åáíûõ çàíÿòèé, ïîñòàíîâêó ýêîíîìè÷åñêèõ çàäà÷ ïðè âûïîëíåíèè ôèçè÷åñêîãî ïðàêòèêóìà è ò. ä.), êîòîðûé ïîêàçàë áû ó÷àùèìñÿ âçàèìîñâÿçü ôèçèêè è ýêîíîìèêè. Íàïîìíèì, íàïðèìåð, ÷òî òåðìîäèíàìèêà âîçíèêëà â Õ1Õ âåêå èç ïîòðåáíîñòè ïîâûñèòü ÊÏÄ òåïëîâûõ äâèãàòåëåé. Íåóäîâëåòâîðåííîñòü ïðîìûøëåííîñòè â êîíöå Õ1Õ âåêà òåïëîâûìè äâèãàòåëÿìè ñòèìóëèðîâàëà ðàçâèòèå ó÷åíèÿ îá ýëåêòðè÷åñòâå è ñîçäàíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ äâèãàòåëåé è ãåíåðàòîðîâ, à çàòåì èíòåíñèâíîå ðàçâèòèå ýëåêòðîòåõíèêè. Ôèçèêà ïëàçìû ñòàëà áóðíî ðàçâèâàòüñÿ ëèøü â ñåðåäèíå ÕÕ âåêà (õîòÿ ïëàçìåííîå ñîñòîÿíèå âåùåñòâà áûëî îáíàðóæåíî åùå â Õ1Õ âåêå) â ñâÿçè ñ ðåøåíèåì ïðîáëåìû óïðàâëÿåìîãî òåðìîÿäåðíîãî ïðîöåññà. Òàêîãî ðîäà ïðèìåðû âñåãäà ìîæíî íàéòè â ìàòåðèàëå ëþáîé òåìû êóðñà ôèçèêè. Âñå îíè óáåäÿò ó÷àùèõñÿ â òîì, ÷òî ïðè ðåøåíèè ëþáîé òåõíèêî-ýêîíîìè÷åñêîé çàäà÷è èç âñåõ âîçìîæíûõ ïóòåé åå ðåøåíèÿ âûáèðàåòñÿ òîò, êîòîðûé äàñò íàèáîëüøèé ýêîíîìè÷åñêèé ýôôåêò, îäíîâðåìåííî, ïðèíåñåò ìåíüøèé âðåä îêðóæàþùåé ñðåäå. * Âàðèàíò ñòàòüè îïóáëèêîâàí â æóðíàëå “Ôèçèêà â øêîëå” Ì.,èçä. Ïðîñâåùåíèå, 1986ã, ¹3, ñ.20-21, ñîàâòîð À.Ì.Êîâàëü÷óê.

46

Ñîâðåìåííàÿ øêîëà äîëæíà âîñïèòûâàòü ó ó÷àùèõñÿ áåðåæíîå îòíîøåíèå ê èìóùåñòâó (ëè÷íîìó èëè îáùåñòâåííîìó), ñáåðåæåíèþ ýëåêòðîýíåðãèè (íå â óùåðá, êîíå÷íî, çäîðîâüþ - åñëè ðå÷ü èäåò îá îñâåùåííîñòè ðàáî÷åãî ìåñòà), ñîõðàíåíèþ ìèêðîêëèìàòà â ïîìåùåíèÿõ â çèìíåå âðåìÿ ïóòåì óòåïëåíèÿ îêîí, âõîäíûõ äâåðåé (è ñíîâà íå â óùåðá çäîðîâüþ - èìååòñÿ ââèäó íåîáõîäèìîñòü ïðîâåòðèâàíèÿ æèëûõ è ó÷åáíûõ ïîìåùåíèé). Ïîäîáíûõ ïðèìåðîâ ýëåìåíòàðíîãî ýêîíîìè÷åñêîãî âîñïèòàíèÿ ó÷àùèõñÿ ñ èñïîëüçîâàíèå çíàíèé èõ ïî ôèçèêå, ìîæíî ïðèâåñòè ìíîæåñòâî. Ñ öåëüþ ðàçâèòèÿ ýêîíîìè÷åñêîãî ìûøëåíèÿ ó÷àùèõñÿ ïîëåçíî âûäåëèòü òåíäåíöèþ óâåëè÷åíèÿ åäèíè÷íîé ìîùíîñòè ýíåðãîáëîêîâ, óñòàíàâëèâàåìûõ íà ýëåêòðîñòàíöèÿõ, è ïîÿñíèòü åå ýêîíîìè÷åñêóþ öåëåñîîáðàçíîñòü ñëåäóþùèì ïðèìåðîì. Íà ÒÝÑ, ñêàæåì, ìîùíîñòüþ 4,8 ìëí. êÂò ìîæíî óñòàíîâèòü 16 òóðáîãåíåðàòîðîâ ïî 300 òûñ. êÂò èëè æå, íàïðèìåð, 6 ïî 800 òûñ. êÂò; ïðè âòîðîì âàðèàíòå ñáåðåãàåòñÿ 6-7 òûñ. ò ìåòàëëà òîëüêî íà ñòðîèòåëüñòâå ìàøèííîãî çàëà; ê òîìó æå åæåãîäíî ýêîíîìèòñÿ ïîðÿäêà 120 òûñ. ò òîïëèâà (÷òîáû ïîëó÷èòü 1 êÂò.÷ ýëåêòðîýíåðãèè, â ýíåðãîáëîêå ìîùíîñòüþ 800 òûñ.êÂò ðàñõîäóåòñÿ ìåíüøå óñëîâíîãî òîïëèâà, ÷åì â ýíåðãîáëîêå ìîùíîñòüþ 300 òûñ.êÂò.). Èíòåðåñíî, ÷òî èç ñýêîíîìëåííîé ýëåêòðîýíåðãèè â 1 êÂò.÷ ìîæíî äîáûòü 75 êã êàìåííîãî óãëÿ, èëè ïðîêàòàòü 50 êã ñòàëè, èëè âûïå÷ü 36 êã õëåáà è ò.ä. Åæåãîäíî â íàøåé ñòðàíå ïðîèñõîäèò ïåðåõîä íà çèìíåå âðåìÿ (ñ ïåðåâîäîì ñòðåëîê ÷àñîâ íàçàä íà îäèí ÷àñ), â ðåçóëüòàòå ïðîèñõîäèò ñäâèã ðàáî÷åãî âðåìåíè â ñòîðîíó “ñâåòëîé” ÷àñòè äíÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò ðàçãðóçèòü ýíåðãåòè÷åñêèå ñèñòåìû â ïèêîâûå ÷àñû, óìåíüøèòü äëèòåëüíîñòü èñêóññòâåííîãî îñâåùåíèÿ ïîìåùåíèé. Áëàãîäàðÿ òàêîìó ïåðåâîäó ÷àñîâ åæåãîäíî ýêîíîìèòüñÿ îêîëî 2 ìëðä. êÂò.÷, ýòî ïî÷òè ñòîëüêî æå , ñêîëüêî âûðàáàòûâàåò Áðàòñêàÿ ÃÝÑ çà ìåñÿö. Âîïðîñû ýêîíîìè÷åñêîãî âîñïèòàíèÿ ó÷àùèõñÿ òåñíî ñâÿçàíû ñ èõ ýêîëîãè÷åñêèì âîñïèòàíèåì. Êàæäûé óðîê ïî 47

ôèçèêå äîëæåí ñëóæèòü ðåøåíèþ ýòèõ âàæíûõ çàäà÷, ÷òîáû ïîäãîòîâèòü íàøó ñìåíó ãðàæäàí íå òîëüêî ãðàìîòíûìè ïî ôèçèêå, íî è ñïîñîáíûìè â áóäóùåì êàæäûé íà ñâîåì ðàáî÷åì ìåñòå áûòü äîñòîéíûì íàøåé Ðîäèíû, ìíîæèòü åå áîãàòñòâà, áûòü ðà÷èòåëüíûìè, áåðåæëèâûìè õîçÿåâàìè æèçíè.

48

ÐÀÇÂÈÒÈÅ ÏÐÅÄÑÒÀÂËÅÍÈÉ Î ÌÅÕÀÍÈÇÌÅ ÂÇÀÈÌÎÄÅÉÑÒÂÈß ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÕ ÇÀÐßÄÎÂ*  îñíîâó èçëîæåíèÿ ýëåêòðîäèíàìèêè â øêîëüíîì êóðñå ôèçèêè ïîëîæåíà èäåÿ î ìàòåðèàëüíîñòè ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Îäíàêî, îòäåëüíûå âîïðîñû, êàê íàïðèìåð çàêîí Êóëîíà ðàññìàòðèâàþòñÿ åùå íà óðîâíå òåîðèè äàëüíîäåéñòâèÿ. Ýòî âíîñèò îïðåäåëåííûå ìåòîäè÷åñêèå òðóäíîñòè.  äàííîé ñòàòüå ìû ïîêàæåì, êàê ïðè èçìåíåíèè íàøèõ ïðåäñòàâëåíèé î ïðèðîäå ýëåêòðîìàãíåòèçìà òðàíñôîðìèðîâàëñÿ îäèí èç ôóíäàìåíòàëüíûõ âîïðîñîâ íàóêè – âîïðîñ î ìåõàíèçìå âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ. Çàêîí âçàèìîäåéñòâèÿ íåïîäâèæíûõ òî÷å÷íûõ çàðÿäîâ áûë óñòàíîâëåí ýêñïåðèìåíòàëüíî Êóëîíîì â 1785 ãîäó è ìàòåìàòè÷åñêè âûðàæàåòñÿ ñëåäóþùèì ðàâåíñòâîì:

r

r r qq r F12 = k 12 2 12 , r 12 r12

(1)

ãäå F12 − ñèëà, êîòîðóþ èñïûòûâàåò çàðÿä q2 ñî ñòîðîíû çàðÿäà r q1 , r12 - ðàäèóñ-âåêòîð, ïðîâåäåííûé èç ìåñòà íàõîæäåíèÿ çàðÿäà

q1 â ìåñòî íàõîæäåíèÿ çàðÿäà q 2 , ê- êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè, ÷èñëîâîå çíà÷åíèå è íàèìåíîâàíèå êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ âûáîðîì åäèíèö èçìåðåíèÿ âåëè÷èí, âõîäÿùèõ â ôîðìóëó (1).  ýòîé ôîðìóëå ñîäåðæèòñÿ óòâåðæäåíèå î öåíòðàëüíîì õàðàêòåðå ñèëû âçàèìîäåéñòâèÿ íåïîäâèæíûõ òî÷å÷íûõ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ, çàâèñèìîñòü åå îò âåëè÷èíû ýòèõ çàðÿäîâ è ðàññòîÿíèÿ ìåæäó íèìè, à òàêæå ïðèçíàíèå ìãíîâåííîñòè ïåðåäà÷è äåéñòâèÿ íåïîñðåäñòâåííî îò çàðÿäà ê çàðÿäó. Ñèììåòðèÿ ïðàâîé ÷àñòè ýòîãî âûðàæåíèÿ îòíîñèòåëüíî

r

r

èíäåêñîâ ïîçâîëÿåò íàïèñàòü ðàâåíñòâî F12 = − F21 , ò.å. ñèëû âçàèìîäåéñòâèÿ íåïîäâèæíûõ òî÷å÷íûõ çàðÿäîâ, ÿâëÿÿñü * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ìåòîäè÷åñêîì ñáîðíèêå “Â ïîìîùü ó÷èòåëþ ôèçèêè” èçä.ÏÃÏÈ è ÏÎÈÓÓ ã.Ïñêîâ . 1991 ã., ñ.22-28

49

íüþòîíîâñêèìè ñèëàìè, óäîâëåòâîðÿþò òðåòüåìó çàêîíó ìåõàíèêè. Ôîðìóëà (1) â ñëîâåñíîé ôîðìóëèðîâêå ìîæåò áûòü ïðî÷èòàíà òàê: ñèëà âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõ íåïîäâèæíûõ òî÷å÷íûõ çàðÿäîâ ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà ïðîèçâåäåíèþ âåëè÷èí çàðÿäîâ, îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíà êâàäðàòó ðàññòîÿíèÿ ìåæäó íèìè è íàïðàâëåíà ïî ïðÿìîé, ñîåäèíÿþùåé çàðÿäû; ðàçíîèìåííûå çàðÿäû ïðèòÿãèâàþòñÿ, îäíîèìåííûå – îòòàëêèâàþòñÿ. Çàêîí Êóëîíà ÿâëÿåòñÿ àíàëîãîì çàêîíà âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ è ñîäåðæèò â ñåáå âñå îñíîâíûå ïðåäñòàâëåíèÿ òåîðèè äàëüíîäåéñòâèÿ, â òîì ÷èñëå óòâåðæäåíèå, ÷òî äåéñòâèå îäíîãî çàðÿäà íà äðóãîé ïåðåäàåòñÿ ÷åðåç ëþáîå ðàññòîÿíèå ìãíîâåííî è ïðîìåæóòî÷íàÿ ñðåäà íå ó÷àñòâóåò â ïðîöåññå âçàèìîäåéñòâèÿ. Çàêîí Êóëîíà áûë óñòàíîâëåí áîëåå 200 ëåò íàçàä íà îñíîâàíèè àíàëèçà îïûòîâ âçàèìîäåéñòâèÿ ìàêðîñêîïè÷åñêèõ çàðÿäîâ.  1911 ãîäó Ðåçåðôîðä, èçó÷àÿ ðàññåÿíèå àëüôà-÷àñòèö íà ÿäðàõ àòîìîâ, ïîêàçàë, ÷òî ýòîò çàêîí îñòàåòñÿ ñïðàâåäëèâûì è äëÿ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö âïëîòü äî ðàññòîÿíèÿ ïîðÿäêà 10 −12 ñì. Ëèøü â ïîñëåäíèå ãîäû îáíàðóæåíî îòêëîíåíèå îò çàêîíà Êóëîíà íà ðàññòîÿíèÿõ, ìåíüøèõ 10 −12 ñì, ÷òî, î÷åâèäíî, îáóñëîâëåíî ñòðóêòóðîé ñàìèõ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö. Íîâûé ïîäõîä ê ðàññìîòðåíèþ âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ, íî óæå ñ ïîçèöèé òåîðèè áëèçêîäåéñòâèÿ, ñäåëàë Ôàðàäåé. Îí ïðèäàâàë âàæíîå çíà÷åíèå ñðåäå, îêðóæàþùåé çàðÿäû, íà ïðîöåññ èõ âçàèìîäåéñòâèÿ, Èìåííî Ôàðàäåé ââåë ïîíÿòèå “äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü” êàê ìåðó îñëàáëåíèÿ ñèëû âçàèìîäåéñòâèÿ çàðÿäîâ â íåêîòîðîé ñðåäå ïî ñðàâíåíèþ ñ ñèëîé èõ âçàèìîäåéñòâèÿ â ïóñòîòå. Äåéñòâèå ïåðåäàåòñÿ â ñðåäå ñ êîíå÷íîé ñêîðîñòüþ îò òî÷êè ê òî÷êå. Ìàòåìàòè÷åñêîå âûðàæåíèå âçãëÿäîâ Ôàðàäåÿ è èõ äàëüíåéøåå ðàçâèòèå áûëî ñäåëàíî âî âòîðîé ïîëîâèíå Õ1Õ âåêà Ìàêñâåëëîì.  ýëåêòðîäèíàìèêå Ôàðàäåÿ-Ìàêñâåëëà ýëåêòðè÷åñêèå è ìàãíèòíûå ïîëÿ èç âñïîìîãàòåëüíûõ ìàòåìàòè÷åñêèõ ïîíÿòèé ïåðåõîäÿò â ðàíã ñàìîñòîÿòåëüíûõ ðåàëüíîñòåé. Ïîä ýòèìè ïîíÿòèÿìè ïîíèìàþòñÿ îñîáûå ñîñòîÿíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ýôèðà, çàïîëíÿþùåãî âñå ìèðîâîå 50

ïðîñòðàíñòâî è ïðîíèçûâàþùåãî âñå âåùåñòâåííûå òåëà. Êàæäûé ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä îêðóæåí ñâîèì ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì. Äëÿ èçîáðàæåíèÿ ñîñòîÿíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ýôèðà âîêðóã ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ Ôàðàäåé ââåë ñèëîâûå ëèíèè. Ïðèäàâàÿ ïåðâîñòåïåííîå çíà÷åíèå ýëåêòðîìàãíèòíîìó ïîëþ, Ôàðàäåé è Ìàêñâåëë ðàññìàòðèâàþò ýëåêòðè÷åñêèå çàðÿäû êàê îñîáûå òî÷êè ýëåêòðîìàãíèòíîãî ýôèðà, â êîòîðûõ ïåðåñåêàþòñÿ ñèëîâûå ëèíèè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ.  ýòîò ïåðèîä ðàçâèòèÿ ýëåêòðîäèíàìèêè âîçíèêëè òå ãðàôè÷åñêèå èçîáðàæåíèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ, êîòîðûå è ñåé÷àñ ìîæíî óâèäåòü â ëþáîì ó÷åáíèêå ïî ýëåêòðè÷åñòâó. Íàòÿæåíèÿìè è äàâëåíèÿìè ñèëîâûõ ëèíèé îáóñëàâëèâàþòñÿ íàáëþäàåìûå ìåõàíè÷åñêèå äåéñòâèÿ â ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå. Ýëåêòðè÷åñêèå çàðÿäû âçàèìîäåéñòâóþò ñâîèìè ïîëÿìè – òàê ðàñêðûâàåòñÿ ìåõàíèçì âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ â ýëåêòðîäèíàìèêå Ôàðàäåÿ – Ìàêñâåëëà.  íàøå âðåìÿ ñèëîâûå ëèíèè ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ ðàññìàòðèâàþòñÿ ëèøü êàê âñïîìîãàòåëüíûå ãðàôè÷åñêèå ïîñòðîåíèÿ. Âî âðåìåíà Ôàðàäåÿ áûëè èçâåñòíû ëèøü ñòàòè÷åñêèå èëè ñòàöèîíàðíûå ïîëÿ.  óðàâíåíèÿõ æå Ìàêñâåëëà ñîäåðæàëîñü ïðåäñêàçàíèå âîçìîæíîñòè âîçáóæäåíèÿ è ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ êîëåáàíèé â âèäå ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí. Èõ ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ è ïîâåäåíèå íà ãðàíèöå ðàçíîðîäíûõ ñðåä ñîâïàäàëè ñî ñâîéñòâàìè ñâåòîâûõ âîëí. Ýòî ïîçâîëèëî Ìàêñâåëëó îòîæäåñòâèòü ñâåòîâûå âîëíû ñ ýëåêòðîìàãíèòíûìè è îáúåäèíèòü ñâåòîíîñíûé è ýëåêòðîìàãíèòíûé ýôèð â åäèíûé ýëåêòðîìàãíèòíûé ýôèð – íîñèòåëü ýëåêòðîìàãíèòíûõ êîëåáàíèé, êîòîðûå è áûëè ýêñïåðèìåíòàëüíî îáíàðóæåíû Ãåðöåì â 1887ã. Ýëåêòðîäèíàìèêà Ôàðàäåÿ – Ìàêñâåëëà áûëà ìàêðîñêîïè÷åñêîé, ôåíîìåíîëîãè÷åñêîé òåîðèåé.  ýòîì ñîñòîèò åå çíà÷åíèå, êîòîðîãî îíà íå ïîòåðÿëà è â íàøè äíè. Ýòèì îïðåäåëÿåòñÿ ãðàíèöà åå ïðèìåíèìîñòè. Íå ðàññìàòðèâàÿ ñòðóêòóðó âåùåñòâà, ýëåêòðîäèíàìèêà Ôàðàäåÿ – Ìàêñâåëëà íå ìîãëà îáúÿñíèòü ðÿä ôàêòîâ, íàïðèìåð, äèñïåðñèþ ñâåòà, îáðàçîâàíèå îïòè÷åñêèõ ñïåêòðîâ è äð. 51

Òàêèì îáðàçîì, èñòîðè÷åñêè áûëî îáóñëîâëåíî ïîÿâëåíèå íîâîé ìèêðîñêîïè÷åñêîé òåîðèè ýëåêòðîìàãíèòíûõ ÿâëåíèé – ýëåêòðîííîé òåîðèè Ëîðåíöà. Ê êîíöó Õ1Õ âåêà èçó÷åíèå òàêèõ ÿâëåíèé, êàê ýëåêòðîëèç, ïðîõîæäåíèå òîêà ÷åðåç ãàçû, ôîòîýôôåêò, ïðèâåëî ê óáåæäåíèþ, ÷òî ñóùåñòâóåò äèñêðåòíûé ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä. Ïî ïðåäëîæåíèþ èðëàíäñêîãî ôèçèêà Ñòîóíà ýòà ýëåìåíòàðíàÿ ïîðöèÿ ýëåêòðè÷åñòâà áûëà íàçâàíà ýëåêòðîíîì.  1897 ãîäó áûë îïðåäåëåí óäåëüíûé çàðÿä

å ,à ò

çàòåì è ìàññà ýëåêòðîíà. È õîòÿ ìû äî ñèõ ïîð íå çíàåì, ÷òî òàêîå “ýëåêòðîí”, Ëîðåíö ïðèçíàë åãî íàðÿäó ñ ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîëåì ôèçè÷åñêîé ñóùíîñòüþ è íà áàçå ýëåìåíòàðíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà – ýëåêòðîíà ïîñòðîèë ìèêðîñêîïè÷åñêóþ òåîðèþ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ÿâëåíèé. Ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä è ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå, íîñèòåëåì êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ íåïîäâèæíûé ýôèð, âûñòóïàþò â òåîðèè Ëîðåíöà ðàâíîïðàâíî è ñàìîñòîÿòåëüíî. Èçâåñòíûå ðàíåå ôàêòû è ôîðìóëû ïîëó÷àþò íîâîå ñîäåðæàíèå. Ïðîàíàëèçèðóåì, íàïðèìåð, ôîðìóëó r

r r F12 = q2 E1 ,

(2)

ãäå F12 - ñèëà, êîòîðóþ èñïûòûâàåò çàðÿä q2 , íàõîäÿùèéñÿ â òî÷êå r

ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, íàïðÿæåííîñòü â êîòîðîé E1 . Ïîñëåäíÿÿ âåëè÷èíà åñòü õàðàêòåðèñòèêà ïîëÿ, ïîýòîìó ðàâåíñòâî (2) ñîäåðæèò â ñåáå ïðèíöèï áëèçêîäåéñòâèÿ. Êàæäàÿ èç ôèçè÷åñêèõ r

õàðàêòåðèñòèê q2 è E1 îïðåäåëÿåò ñâîéñòâî ðåàëüíûõ ôèçè÷åñêèõ îáúåêòîâ, ñóùåñòâóþùèõ íåçàâèñèìî äðóã îò äðóãà è âñòóïèâøèõ âî âçàèìîäåéñòâèå. Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, ñîãëàñíî ïðåäñòàâëåíèÿì ýëåêòðîííîé òåîðèè, íåïîñðåäñòâåííî âîçäåéñòâóåò íà ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä, íàõîäÿùèéñÿ â ýòîì ïîëå. Íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â îáùåì ñëó÷àå ìîæåò áûòü ôóíêöèåé íå òîëüêî êîîðäèíàò òî÷êè íàõîæäåíèÿ çàðÿäà, íî è âðåìåíè.  ýòîì ñëó÷àå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ìîæåò ïîðîæäàòüñÿ ìåíÿþùèìñÿ âî âðåìåíè ìàãíèòíûì ïîëåì. Êàê âñÿêàÿ áîëåå îáùàÿ ôèçè÷åñêàÿ òåîðèÿ, ýëåêòðîííàÿ òåîðèÿ â ñëó÷àå âçàèìîäåéñòâèÿ äâóõ íåïîäâèæíûõ òî÷å÷íûõ 52

ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ ñíîâà ïðèâîäèò ê ôîðìóëå (1) – â ýòîì ïðîÿâëÿåòñÿ òàê íàçûâàåìûé ïðèíöèï ñîîòâåòñòâèÿ, ÿâëÿþùèéñÿ êðèòåðèåì èñòèííîñòè âñÿêîé íîâîé ôèçè÷åñêîé òåîðèè. Òî÷å÷íûé ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä q1 îêðóæåí ñâîèì ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì, íàïðÿæåííîñòü êîòîðîãî íà ðàññòîÿíèè r12 îò íåãî âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå: r q E1 = k 21 r 12

⋅

r r12 . r12

(3)

Îáúåäèíÿÿ ôîðìóëû (2) è (3), ïîëó÷àåì âûðàæåíèå (1). Ôîðìàëüíî ðàâåíñòâî (2) ìîãëî èñïîëüçîâàòüñÿ è â ýëåêòðîäèíàìèêå äàëüíîäåéñòâèÿ, è â ýëåêòðîäèíàìèêå Ôàðàäåÿ – Ìàêñâåëëà.  ñëó÷àå ñòàòè÷åñêèõ è ñòàöèîíàðíûõ ïðîöåññîâ âñå òåîðèè ïðèâîäÿò ê îäèíàêîâûì ðåçóëüòàòàì. Îäíàêî, âåëè÷èíàì, âõîäÿùèì â ôîðìóëó (2), â ýòèõ òåîðèÿõ ïðèïèñûâàåòñÿ ñîâåðøåííî ðàçíîå ñîäåðæàíèå.  òåîðèè äàëüíîäåéñòâèÿ ðåàëüíûìè ñ÷èòàëèñü ëèøü ýëåêòðè÷åñêèå çàðÿäû, â òåîðèè Ôàðàäåÿ – Ìàêñâåëëà – ðåàëüíî òîëüêî ïîëå, à çàðÿäû âûñòóïàþò â ðîëè îñîáûõ òî÷åê ïîëÿ; â ýëåêòðîííîé òåîðèè ðåàëüíî ñóùåñòâóþùèìè ïðèçíàþòñÿ è ýëåêòðè÷åñêèå çàðÿäû è ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, ñïîñîáíîå ñóùåñòâîâàòü íåçàâèñèìî îò çàðÿäîâ. Âûÿñíÿÿ ñóùíîñòü ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ÿâëåíèé, íåîáõîäèìî èñõîäèòü èç îïðåäåëåííîãî óðîâíÿ çíàíèé, è èñïîëüçîâàòü ïîíÿòèÿ è îïðåäåëåíèÿ èìåííî ýòîãî óðîâíÿ. Ñìåøåíèå “ÿçûêî┠ïðèâîäèò ê íåäîðàçóìåíèÿì , êîòîðûå òîò÷àñ æå ðàçðåøàþòñÿ, êàê òîëüêî áóäåò óñòàíîâëåíà òà ýëåêòðîäèíàìèêà, íà óðîâíå êîòîðîé ìû õîòèì ðàñêðûòü ÿâëåíèå. Êàê â ýëåêòðîäèíàìèêå Ôàðàäåÿ – Ìàêñâåëëà, òàê è â ýëåêòðîäèíàìèêå Ëîðåíöà ýëåêòðè÷åñêèå ïîëÿ ñóùåñòâóþò â ýôèðå è ÿâëÿþòñÿ ðåçóëüòàòîì åãî íàïðÿæåíèé è äåôîðìàöèé. Îäíàêî, âñå ïîïûòêè ýêñïåðèìåíòàëüíî îáíàðóæèòü ýôèð ïðèâîäèëè ê ïðîòèâîðå÷èâûì ðåçóëüòàòàì. Íî îòêàçàòüñÿ îò ýôèðà êëàññè÷åñêàÿ ôèçèêà íå ìîãëà íå òîëüêî â ñâÿçè ñ ïðîáëåìîé ïðèðîäû ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ñ ýôèðîì áûëè ñâÿçàíû êëàññè÷åñêèå ïðåäñòàâëåíèÿ î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèè. 53

Êðèçèñíàÿ ñèòóàöèÿ, âîçíèêøàÿ â ôèçèêå ýôèðà â êîíöå Õ1Õ âåêà, áûëà ðàäèêàëüíî ðàçðåøåíà â 1905 ãîäó À.Ýéíøòåéíîì. Àíàëèçèðóÿ ñîñòîÿíèå êëàññè÷åñêîé ôèçèêè, Ýéíøòåéí ïðèøåë ê ðåâîëþöèîííîìó âûâîäó: ýôèð íå íóæåí íè äëÿ ñóùåñòâîâàíèÿ è ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ, íè äëÿ îáùåôèçè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèé î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèè. Òåì ñàìûì Ýéíøòåéí óòâåðæäàåò ìàòåðèàëüíîñòü ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ñ ìîìåíòà ñîçäàíèÿ ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè â ôèçèêå è â ôèëîñîôèè ïðèçíàíî, ÷òî ìàòåðèÿ ñóùåñòâóåò â äâóõ âèäàõ: â âèäå âåùåñòâà è â âèäå ïîëÿ (íà äàííîì ýòàïå – ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ, âïîñëåäñòâèè áûëè îáíàðóæåíû è äðóãèå ïîëÿ). Ïðåäñòàâëåíèå î âçàèìîäåéñòâèè ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ èñïûòûâàåò çíà÷èòåëüíîå èçìåíåíèå: âçàèìîäåéñòâèå ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîñðåäñòâîì ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ìåæäó çàðÿäàìè ñóùåñòâóåò åäèíîå ïîëå, êîòîðîå ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì ñóïåðïîçèöèè ïîëåé îòäåëüíûõ çàðÿäîâ. Ïî ñóùåñòâó âñå ôîðìóëèðîâêè ïðîöåññà âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ, ïðèâåäåííûå âûøå, êîíñòàòèðóÿ ôèçè÷åñêèé àêò, íå ðàñêðûâàëè åãî ìåõàíèçìà. Äà ýòî è íå âîçìîæíî áûëî ñäåëàòü íà ïðåäøåñòâóþùèõ ýòàïàõ ðàçâèòèÿ íàóêè. Ðàññìîòðèì ýòîò âîïðîñ, îïèðàÿñü íà èäåè êâàíòîâîé ýëåêòðîäèíàìèêè.  1900 ãîäó Ì.Ïëàíê, ðåøàÿ çàäà÷ó îá èçëó÷åíèè àáñîëþòíî ÷åðíîãî òåëà, ââåë ïðåäñòàâëåíèå î äèñêðåòíîì èçëó÷åíèè è ïîãëîùåíèè ýíåðãèè àòîìíûì îñöèëÿòîðîì.  1905 ãîäó Ýéíøòåéí èñïîëüçóåò èäåþ î êâàíòàõ äëÿ îáúÿñíåíèÿ çàêîíîâ ôîòîýôôåêòà, îáîáùàåò åå, ïðåäïîëàãàÿ, ÷òî êâàíò ýíåðãèè è ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè â âèäå ëîêàëèçîâàííîãî îáðàçîâàíèÿ. ×åðåç ïî÷òè 20 ëåò ýòîé ïîðöèè ýëåêòðîìàãíèòíîé ýíåðãèè äàëè èìÿ – ôîòîí. Ïëîäîòâîðíîå ïðèëîæåíèå èäåÿ Ïëàíêà íàøëà â òåîðèè àòîìà Í.Áîðà.  19251927 ãîäàõ âîçíèêëà êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà, â êîòîðîé ãèïîòåçà Ïëàíêà íàøëà ñâîå òåîðåòè÷åñêîå îáîñíîâàíèå. Íà áàçå êâàíòîâîé ìåõàíèêè è ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè 54

ïðîèñõîäèò ðîæäåíèå íîâîãî ðàçäåëà â ôèçèêå – êâàíòîâîé ýëåêòðîäèíàìèêè – ìèêðîñêîïè÷åñêîé òåîðèè âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðîíîâ è ôîòîíîâ.  ýòîé òåîðèè ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå ðàññìàòðèâàåòñÿ â êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâîì àñïåêòå: ýëåêòðîìàãíèòíîìó ïîëþ ñîïîñòàâëÿþòñÿ åãî êâàíòû-ôîòîíû. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ýëåêòðîíàì è ïîçèòðîíàì, ïðîÿâëÿþùèì âîëíîâûå ñâîéñòâà, ñîïîñòàâëÿåòñÿ ñâîå ïîëå – ýëåêòðîííîïîçèòðîííîå ïîëå, êâàíòàìè êîòîðîãî ÿâëÿþòñÿ ýëåêòðîíû è ïîçèòðîíû. Âçàèìîäåéñòâèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî è ýëåêòðîííîïîçèòðîííîãî ïîëåé ïðèâîäèò ê êâàíòîâûì ïåðåõîäàì â ýòèõ ïîëÿõ, ò.å. ê èçìåíåíèþ ÷èñëà ÷àñòèö, èõ ýíåðãèè, èìïóëüñîâ. Âîêðóã êàæäîãî ýëåìåíòàðíîãî çàðÿäà ñóùåñòâóåò îáëàêî ôîòîíîâ, êîòîðûå íåïðåðûâíî èñïóñêàþòñÿ è ïîãëîùàþòñÿ ýòèìè çàðÿäàìè. Åñëè ýòè ôîòîíû áóäóò ïîãëîùåíû äðóãèìè çàðÿäàìè, à íå òåìè, êîòîðûå èõ èñïóñòèëè, òî íàñòóïèò àêò, êîòîðûé ìû íàçûâàåì âçàèìîäåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ. Òàêèì îáðàçîì, íà óðîâíå êâàíòîâîé ýëåêòðîäèíàìèêè âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó äâóìÿ ýëåìåíòàðíûìè çàðÿæåííûìè ÷àñòèöàìè îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì îáìåíà êâàíòàìè ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ – ôîòîíàìè. Íåñìîòðÿ íà âíåøíþþ “ïðîñòîòó” àêòà âçàèìîäåéñòâèÿ, â íåì åñòü îäíà îñîáåííîñòü, êîòîðóþ ñëåäóåò îáñóäèòü. Äåëî â òîì, ÷òî â ñèñòåìå îòñ÷åòà, â êîòîðîé ýëåêòðîí íåïîäâèæåí, îí îáëàäàåò íàèìåíüøåé ýíåðãèåé – ýíåðãèåé ïîêîÿ. Ïîñëå èçëó÷åíèÿ ôîòîíà ýëåêòðîí äîëæåí óìåíüøèòü ñâîþ ýíåðãèþ. Íî îíà áûëà íàèìåíüøåé! Ñëåäîâàòåëüíî, îáñóæäàåìàÿ ðåàêöèÿ ïðîòèâîðå÷èò çàêîíó ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè, íàðóøàåòñÿ ïðè ýòîì è çàêîí ñîõðàíåíèÿ êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ, òàê êàê äî è ïîñëå èçëó÷åíèÿ ôîòîíà ýëåêòðîí íåïîäâèæåí, ó ôîòîíà æå êîëè÷åñòâî äâèæåíèÿ âñåãäà îòëè÷íî îò íóëÿ, îí íå ìîæåò ñóùåñòâîâàòü â ïîêîå. Ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî ïðåäïîëàãàåìûé ïðîöåññ íå ìîæåò ðåàëüíî íàáëþäàòüñÿ â ïðèðîäå. Òàêèå ïðîöåññû â êâàíòîâîé òåîðèè íàçûâàþòñÿ âèðòóàëüíûìè. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî êâàíòîâûå çàêîíû íå çàïðåùàþò âèðòóàëüíûå ïðîöåññû è ïîòîìó îíè îáñóæäàþòñÿ â êâàíòîâîé òåîðèè êàê óäîáíûé ñïîñîá îïèñàíèÿ ïðèíöèïèàëüíî íåíàáëþäàåìûé ðåàêöèé. Âîçìîæíîñòü âèðòóàëüíûõ ïðîöåññîâ ñëåäóåò èç 55

êâàíòîâî-ìåõàíè÷åñêîãî ñîîòíîøåíèÿ Ãåéçåíáåðãà ∆E ⋅ ∆t ≥ h .  òå÷åíèå âðåìåíè ∆t âîçìîæíî îòêëîíåíèå îò çàêîíà ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè íà íåîïðåäåëåííîñòü èçìåðåíèÿ ýíåðãèè

∆E ~

h . Òàêèì ∆t

îáðàçîì, ïðîöåññ

âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåìåíòàðíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïóòåì îáìåíà âèðòóàëüíûìè ôîòîíàìè – òàê ðàñêðûâàåòñÿ ìåõàíèçì âçàèìîäåéñòâèÿ â íàøè äíè. Ðåçþìèðóÿ, ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ðàçâèòèå ïðåäñòàâëåíèé î ìåõàíèçìå ïðîöåññà âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ îòðàæàåò äèàëåêòèêó ðàçâèòèÿ ñàìîé ôèçè÷åñêîé íàóêè.

56

ÄÀËÜÍÎÄÅÉÑÒÂÈÅ Â ÑÎÂÐÅÌÅÍÍÎÉ ÔÈÇÈÊÅ* Îäíèì èç öåíòðàëüíûõ âîïðîñîâ íå òîëüêî øêîëüíîãî êóðñà, íî âñåé ñîâðåìåííîé ôèçèêè, ÿâëÿåòñÿ âîïðîñ î ïðèðîäå âçàèìîäåéñòâèÿ ôèçè÷åñêèõ òåë íà ëþáîì ñòðóêòóðíîì óðîâíå ìàòåðèè. Âîïðîñ èìååò ïðÿìîå îòíîøåíèå ê ôîðìèðîâàíèþ ìèðîâîççðåíèÿ ó÷àùèõñÿ. Ìåòîäè÷åñêàÿ ñëîæíîñòü âîïðîñà ñîñòîèò â òîì, ÷òî çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè (âîïðîñû êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè, îò÷àñòè çàêîí Êóëîíà) èçëàãàåòñÿ ñ ïîçèöèè äàëüíîäåéñòâèÿ. È òîëüêî ïðè èçó÷åíèè ýëåêòðîäèíàìèêè è ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ) âêëþ÷àþòñÿ èäåè áëèçêîäåéñòâèÿ. Ïðè ýòîì ñîçäàåòñÿ âïå÷àòëåíèå, ÷òî äàëüíîäåéñòâèå ïîëíîñòüþ èçãíàíî èç ñîâðåìåííîé íàóêè.  âóçîâñêîì êóðñå ôèçèêè òàêæå íåò îáîáùåíííîãî ïîäõîäà ê ïðîáëåìå ñîîòíîøåíèÿ äàëüíîäåéñòâèÿ è áëèçêîäåéñòâèÿ. Ó÷èòûâàÿ âûøåñêàçàííîå, ñäåëàåì ïîïûòêó ñâåñòè âîåäèíî ñîâðåìåííûå ïðåäñòàâëåíèÿ ïî ýòîìó âîïðîñó. Çàêîí äèàëåêòèêè î åäèíñòâå ïðîòèâîïîëîæíîñòåé íàõîäèò ÿðêèå èëëþñòðàöèè â ôèçèêå. Ñîøëåìñÿ íà òàêîé êëàññè÷åñêèé ïðèìåð, êàê êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâîé äóàëèçì ñâåòà. Ïîòðåáîâàëîñü íåñêîëüêî ñòîëåòèé îæåñòî÷åííîé áîðüáû äâóõ êîíöåïöèé î ïðèðîäå ñâåòà, ÷òîáû, íàêîíåö, â íà÷àëå ÕÕ âåêà óòâåðäèëîñü èõ äèàëåêòè÷åñêîå åäèíñòâî. Íå÷òî ïîäîáíîå ïðîèñõîäèò ñåé÷àñ è ñ ïðèíöèïàìè äàëüíîäåéñòâèÿ è áëèçêîäåéñòâèÿ ïðè ðàññìîòðåíèè èõ â ñâåòå ñîâðåìåííûõ íàó÷íûõ è ôèëîñîôñêèõ ïðåäñòàâëåíèé. Îïðåäåëèì ñíà÷àëà, ÷òî îáû÷íî ïîíèìàåòñÿ ïîä “äàëüíîäåéñòâèåì” è “áëèçêîäåéñòâèåì”. Âñÿ êëàññè÷åñêàÿ ìåõàíèêà ôàêòè÷åñêè îêàçàëàñü ïîñòðîåííîé íà êîíöåïöèè äàëüíîäåéñòâèÿ, ò.å. ìãíîâåííîñòè ïåðåäà÷è äåéñòâèÿ îò îäíîãî òåëà ê äðóãîìó, íàõîäÿùåìóñÿ íà ëþáîì ðàññòîÿíèè îò ïåðâîãî. Ïðè ýòîì ïðåäïîëàãàåòñÿ ñóùåñòâîâàíèå áåñêîíå÷íî áûñòðîãî * Ñòàòüÿ îïóáëèêîâàíà â ìåòîäè÷åñêîì ñáîðíèêå “Â ïîìîùü ó÷èòåëþ ôèçèêè” ã. Ïñêîâ, èçä. ÏÃÏÈ, 1988ã., âûï.¹2, ñ.11-15

57

ñèãíàëà, ïåðåíîñÿùåãî ýòî äåéñòâèå. Òàêîé ïîäõîä ê ïðîáëåìå âçàèìîñâÿçè òåë âûòåêàë êàê èç óðîâíÿ ôèçè÷åñêèõ çíàíèé â XVIIXVIII âåêàõ, òàê è èç ôèëîñîôñêèõ è ðåëèãèîçíûõ ïðåäñòàâëåíèé ó÷åíûõ òîãî âðåìåíè [1]. Ïîêàæåì, êàê âûðàæåíî äàëüíîäåéñòâèå â îñíîâíûõ çàêîíàõ êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè. Âòîðîé çàêîí Íüþòîíà óòâåðæäàåò, ÷òî óñêîðåíèå àr , ïðèîáðåòàåìîå òåëîì ìàññû m ïîä äåéñòâèåì r ñèëû F (ìåðû âîçäåéñòâèÿ íà äàííîå òåëî äðóãîãî èëè äðóãèõ òåë), âîçíèêàåò ñðàçó æå, êàê òîëüêî âîçíèêàåò âçàèìîäåéñòâèå. r r F a= íåò óêàçàíèÿ íà çàïàçäûâàíèå ýòîãî m

 ôîðìóëå çàêîíà

äåéñòâèÿ. Òî æå îáíàðóæèâàåì è â 3-ì çàêîíå Íüþòîíà r

r

(ïðîòèâîäåéñòâèå F21 âñÿêîìó äåéñòâèþ F12 âîçíèêàåò òîò÷àñ æå, êàê òîëüêî âîçíèêàåò äåéñòâèå), è â çàêîíå âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ (ãðàâèòàöèîííàÿ ñèëà çàâèñèò òîëüêî îò ìàññ òÿãîòåþùèõ òåë è ðàññòîÿíèÿ ìåæäó íèìè): F = G

Mm r2

.

Êàê ÷àñòî áûâàåò â íàóêå, îäíîìó ó÷åíèþ ïðîòèâîïîñòàâëÿåòñÿ äðóãîå. Íàðÿäó ñ êîíöåïöèåé äàëüíîäåéñòâèÿ ðàçâèâàëîñü ó÷åíèå î ïåðåäà÷è äåéñòâèÿ îò òî÷êè ê òî÷êå ïðîñòðàíñòâà ñ îïðåäåëåííîé ñêîðîñòüþ : âñå ñîáûòèÿ â äàííîì ìåñòå è â äàííûé ìîìåíò âðåìåíè îïðåäåëÿþòñÿ òåì, ÷òî ïðîèñõîäèëî â ñîñåäíèõ òî÷êàõ ïðîñòðàíñòâà â ïðåäøåñòâóþùèé ìîìåíò âðåìåíè.  ýòîì è ñîñòîèò ñóùíîñòü áëèçêîäåéñòâèÿ. Òàêîé ïîäõîä áûë íàèáîëåå ïîñëåäîâàòåëüíî ðàçâèò Äæ. Ìàêñâåëëîì, êîòîðûé ïðè ìàòåìàòè÷åñêîé ôîðìóëèðîâêå èäåè áëèçêîäåéñòâèÿ ïîëó÷èë òàê íàçûâàåìûå çàïàçäûâàþùèå ïîòåíöèàëû ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ, ôóíêöèîíàëüíàÿ çàâèñèìîñòü êîòîðûõ îò ðàññòîÿíèÿ è âðåìåíè ïîêàçûâàëà, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíûå âçàèìîäåéñòâèÿ ïåðåäàþòñÿ íå ìãíîâåííî, à ñ êîíå÷íîé ñêîðîñòüþ, â ÷àñòíîñòè, â âàêóóìå ñî ñêîðîñòüþ 300000 êì/ñ. Ñ÷èòàëîñü, ÷òî îêîí÷àòåëüíî êîíöåïöèÿ áëèçêîäåéñòâèÿ ïîáåäèëà êîíöåïöèþ äàëüíîäåéñòâèÿ â ñïåöèàëüíîé òåîðèè 58

îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ), îñíîâàííîé íà òîì, ÷òî ñêîðîñòü ñâåòà â âàêóóìå ÿâëÿåòñÿ ïðåäåëüíîé ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ìàòåðèàëüíûìè òåëàìè. Îäíàêî, áîëåå ãëóáîêîå îñìûñëåíèå ôîðìóë ÑÒÎ, à òàêæå ñîäåðæàíèÿ êâàíòîâîé ìåõàíèêè, ïîêàçàëî, ÷òî äàëüíîäåéñòâèå íå áûëî “èçãíàíî” èç ôèçè÷åñêîé òåîðèè. Íàîáîðîò, ôèçèêà åùå ðàç ïîêàçàëà, ÷òî îíà, ÿâëÿÿñü îáúåêòèâíûì îòðàæåíèåì áûòèÿ, íå ìîæåò ïðîòèâîðå÷èòü íè îáùåíàó÷íûì, íè ôèëîñîôñêèì ïîëîæåíèÿì. Ïîêàæåì, ÷òî, êàê ýòî íè ïàðàäîêñàëüíî, ÑÒÎ íå çàïðåùàåò ñêîðîñòåé, áîëüøèõ ñêîðîñòè ñâåòà â âàêóóìå. Ñîãëàñíî ïîñòóëàòó ÑÒÎ, ýòà ñêîðîñòü- ïðåäåëüíàÿ ñêîðîñòü. Íî…ê ïðåäåëó ìîæíî “ñòðåìèòüñÿ” ñ äâóõ ñòîðîí!  1930 ãîäó àíãëèéñêèé ôèçèê Ï. Äèðàê çàâåðøèë ïîñòðîåíèå ðåëÿòèâèñòñêîé òåîðèè ýëåêòðîíà. Àíàëèçèðóÿ ôîðìóëó Ýéíøòåéíà [2]:

(

E = p2c2 + m2c 4

)

1/ 2

,

(1)

êîòîðàÿ ñïðàâåäëèâà íå òîëüêî äëÿ òåë, èìåþùèõ ìàññó, íî îíà âåðíà è òîãäà, êîãäà ôèçè÷åñêèé îáúåêò íå îáëàäàåò ìàññîé, íàïðèìåð, äëÿ ôîòîíà. Äèðàê ïðåîäîëåë îáùåïðèíÿòóþ äîãìó, ÷òî ïîëíàÿ ýíåðãèÿ Å ÷àñòèöû äîëæíà èìåòü òîëüêî ïîëîæèòåëüíîå çíà÷åíèå, è ðàññìîòðåë ôèçè÷åñêîå ïðîÿâëåíèå äâóõ âîçìîæíûõ çíàêîâ ïåðåä êâàäðàòíûì êîðíåì â ôîðìóëå (1)[3]. Ó÷åò çíàêà (-) ïîçâîëèë Äèðàêó îòêðûòü ìèð àíòè÷àñòèö. Ïåðâàÿ àíòè÷àñòèöà – ïîçèòðîí-âñêîðå áûëà îáíàðóæåíà â êîñìè÷åñêèõ ëó÷àõ. Íûíå èçâåñòíî, ÷òî ó êàæäîé ÷àñòèöû èìååòñÿ ñâîÿ àíòè÷àñòèöà. Òàê ôèçèêè åùå ðàç óáåäèëèñü â íåîáõîäèìîñòè ðàññìîòðåíèÿ âñåõ âîçìîæíîñòåé, êîòîðûå âûòåêàþò èç ìàòåìàòè÷åñêèõ ôîðìóë òåîðèè, òåì áîëåå, åñëè ýòî ÑÒÎ, ÿâëÿþùàÿñÿ ôóíäàìåíòîì ñîâðåìåííîé íàóêè. Ïåðåïèøåì ôîðìóëó (1) â ñëåäóþùåì âèäå: m2c 2 =

E2 c2

− p2,

(2)

è ïðîàíàëèçèðóåì åå ñ òî÷êè çðåíèÿ, êàêèå çíà÷åíèÿ ñêîðîñòè äëÿ äâèæåíèÿ ÷àñòèö îíà ðàçðåøàåò. Âî-ïåðâûõ, âîçìîæíû ñêîðîñòè ìåíüøèå èëè ðàâíûå ñêîðîñòè ñâåòà â âàêóóìå. Åñëè ñêîðîñòü 59

äâèæåíèÿ ÷àñòèöû u ≤ c è åãî èìïóëüñ p =

E c2

u, òî ôîðìóëà (2)

ìîæåò áûòü ïðåîáðàçîâàíà òàê: m2c2 =

E2 c2

−

 u2 2 1 − = u  c2 c2 

E2

 E2   c2 . 

(3)

Òàê êàê ïðè ðàññìàòðèâàåìûõ ñêîðîñòÿõ âåëè÷èíà, ñòîÿùàÿ â ñêîáêàõ, ïîëîæèòåëüíà, òî, ïîñêîëüêó âñå îñòàëüíûå âåëè÷èíû â ýòîé ôîðìóëå çàâåäîìî ïîëîæèòåëüíû, òî è ìàññà ÷àñòèöû m áóäåò ïîëîæèòåëüíîé âåëè÷èíîé (ó ôîòîíà, äâèæóùåãîñÿ ñî ñêîðîñòüþ ñâåòà ñ ìàññà àâòîìàòè÷åñêè îêàçûâàåòñÿ ðàâíîé íóëþ).  ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå ìû ïîëó÷èëè õàðàêòåðèñòèêó – ìàññó-äëÿ îáû÷íûõ, êëàññè÷åñêèõ ÷àñòèö. Íî, âî-âòîðûõ, ôîðìóëà (2) ðàçðåøàåò ðàññìîòðåòü è äðóãîé ñëó÷àé, êîãäà ñêîðîñòü ÷àñòèöû áîëüøå ñêîðîñòè ñâåòà â âàêóóìå: u > c. Òîãäà âåëè÷èíà , ñòîÿùàÿ â ñêîáêàõ, îêàçûâàåòñÿ îòðèöàòåëüíîé, è èç ôîðìóëû (2) ñëåäóåò, ÷òî ìàññà òàêîé ÷àñòèöû ÿâëÿåòñÿ ìíèìîé . Èñõîäÿ èç “çäðàâîãî ñìûñëà”, ýòîò ñëó÷àé ñëåäîâàëî áû îòáðîñèòü, êàê ïðèâîäÿùèé ê áåññìûñëåííîñòè. Íî òîãäà êàê áûòü ñ ñàìîé ÑÒÎ, âûâîäû êîòîðîé ïðîòèâîðå÷àò “çäðàâîìó ñìûñëó”, ò.å. ïðîòèâîðå÷àò íàøèì ïðèâû÷íûì, êëàññè÷åñêèì ïðåäñòàâëåíèÿì. Îäíàêî, ýòîò ñëó÷àé ÿâëÿåòñÿ ðàáî÷åé ãèïîòåçîé ñîâðåìåííîé êâàíòîâîé ýëåêòðîäèíàìèêè è êâàíòîâîé òåîðèè ïîëÿ, â êîòîðûõ àíàëèçèðóþòñÿ ñîñòîÿíèÿ îñîáîé ôèçè÷åñêîé ñèñòåìû – ôèçè÷åñêîãî âàêóóìà, çàïîëíåííîãî òàê íàçûâàåìûìè âèðòóàëüíûìè ÷àñòèöàìè, îáëàäàþùèìè ìíèìûìè ìàññàìè è äâèæóùèìèñÿ ñî ñêîðîñòÿìè, áîëüøèìè ñêîðîñòè ñâåòà â âàêóóìå. Ìèð âèðòóàëüíûõ ÷àñòèö íå ìîæåò áûòü îáíàðóæåí íåïîñðåäñòâåííî ñîâðåìåííûìè ôèçè÷åñêèìè ïðèáîðàìè, òàê êàê îíè ñ ñàìîãî íà÷àëà ïðîåêòèðîâàëèñü è ñòðîèëèñü äëÿ ðåãèñòðàöèè îáû÷íûõ ÷àñòèö, èìåþùèõ âåùåñòâåííóþ (äåéñòâèòåëüíóþ) ìàññó [4]. Ïðîáëåìå ôèçè÷åñêîãî âàêóóìà â ïîñëåäíèå ãîäû ïîñâÿùåíû äåñÿòêè íàó÷íûõ ðàáîò. Åãî 60

ðåàëüíîñòü îáíàðóæèâàåòñÿ â òàêèõ íàáëþäåíèÿõ è ýôôåêòàõ, êàê Ëåìáîâñêèé ñäâèã ýíåðãåòè÷åñêèõ óðîâíåé àòîìà âîäîðîäà â ýôôåêòàõ Óíðó, Êàçèìèðà, Õîêêèíãà è ò.ä. [5]. Ìèð âèðòóàëüíûõ ÷àñòèö, à ñëåäîâàòåëüíî, è ñâåðõñâåòîâûõ ñêîðîñòåé, ñ èõ ïàðàäîêñàëüíûìè ñâîéñòâàìè [4], îáðåòàåò “ïðàâà” ôèçè÷åñêîé ðåàëüíîñòè. Ïî èíîìó äàëüíîäåéñòâèå ðàññìàòðèâàåòñÿ â êâàíòîâîé ìåõàíèêå. Ñâåðõñâåòîâàÿ ïåðåäà÷à èíôîðìàöèè âîçìîæíà â òàê íàçûâàåìîì “íå ñèëîâîì âçàèìîäåéñòâèè” [6]. Òàêîâûì ÿâëÿåòñÿ, íàïðèìåð, âçàèìîäåéñòâèå, âûðàæàåìîå ïðèíöèïîì Ïàóëè. Ñîãëàñíî ïîñëåäíåìó, â îäíîì êâàíòîâîì ñîñòîÿíèè íå ìîãóò íàõîäèòñÿ äâà è áîëåå îäèíàêîâûõ ôåðìèîíà (ôåðìèîí - ýòî ÷àñòèöà, èìåþùàÿ ïîëóöåëîå ñïèíîâîå êâàíòîâîé ÷èñëî) ñ îäíèì è òåì æå íàáîðîì êâàíòîâûõ ÷èñåë, îïðåäåëÿþùèõ ñîñòîÿíèå ÷àñòèöû. “Èíôîðìàöèÿ” î çàíÿòîñòè äàííîãî ñîñòîÿíèÿ ïåðåäàåòñÿ äðóãèì òîæäåñòâåííûì ôåðìèîíàì ìãíîâåííî, ò.å. ðå÷ü èäåò î “äàëüíîäåéñòâèè”, îäíàêî, ñ òîé îñîáåííîñòüþ, ÷òî íå óñòàíàâëèâàåòñÿ ìåõàíèçì ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè. Äðóãèì âèäîì êâàíòîâî-ìåõàíè÷åñêîãî íå ñèëîâîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ÿâëÿåòñÿ “âçàèìîäåéñòâèå” ìåæäó äâóìÿ ÷àñòèöàìè, èìåþùèìè îáùóþ âîëíîâóþ ôóíêöèþ. Èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ ñîñòîÿíèÿ òîëüêî îäíîé èç ÷àñòèö, ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ âîëíîâîé ôóíêöèè âñåé ñèñòåìû, ò.å. èçìåíÿåòñÿ âåðîÿòíîñòü ñîñòîÿíèé è äðóãîé ÷àñòèöû, õîòÿ íåïîñðåäñòâåííîãî âîçäåéñòâèÿ íà ýòó ÷àñòèöó íå ïðîèçâîäèëîñü. È â ýòîì ñëó÷àå ìû âñòðå÷àåìñÿ ñ ïðîÿâëåíèåì äàëüíîäåéñòâèÿ, íî íå â ñòàðîì, êëàññè÷åñêîì åãî ïîíèìàíèè, ñ åãî ôèçè÷åñêèìè è ôèëîñîôñêèìè ïðîòèâîðå÷èÿìè è ñïåêóëÿöèÿìè â äóõå ëàïëàñîâñêîãî äåòåðìèíèçìà è áîæåñòâåííîé âîëè. Äàëüíîäåéñòâèå ïðîÿâëÿåòñÿ çäåñü â ðåäóêöèè âîëíîâîé ôóíêöèè è íàõîäèòñÿ â åäèíñòâå ñ áëèçêîäåéñòâèåì, íà îñíîâå êîòîðîãî ñòðîèòñÿ âîëíîâîå ïîëå.  ýòîì îòðàæàåòñÿ ïðîòèâîðå÷èâîñòü îáúåêòèâíîé ðåàëüíîñòè è ïðîöåññà åå ïîçíàíèÿ. 61

Ëèòåðàòóðà [1] Êóäðÿâöåâ Ï.Ñ. Èñòîðèÿ ôèçèêè ò.1.Ì., 1956ã. [2] Óãàðîâ Â.À. Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè Ì., 1977ã. [3] Êîìïàíååö À.Ñ. Ñèììåòðèÿ â ìèêðî- è ìàêðîìèðå Ì., 1978ã. [4] Òåðëåöêèé ß.Í. Ïàðàäîêñû òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè Ì., 1966ã. [5] Êèðæíèö Ä.À. Íå÷òî ïî èìåíè Íè÷òî æ-ë “Çíàíèå-ñèëà”, ¹8,1977ã. [6] Ôîê Â.À. Çàìå÷àíèÿ ê òâîð÷åñêîé áèîãðàôèè À.Ýéíøòåéíà æ-ë ÓÔÍ,ò.59, âûï.1, ñ.116.1956ã. [7] Ñîðîñîâñêèé îáðàçîâàòåëüíûé æóðíàë 2001, ¹2, ñ.69- ; ¹5, ñ.86-

62

ÇÀÄÀ×À Î ÄÂÈÆÅÍÈÈ ÒÅËÀ  ÏÎËÅ ÑÈËÛ ÒßÆÅÑÒÈ * Ñ ïîÿâëåíèåì ÏÝÂÌ øêîëà ïîëó÷èëà íîâîå òåõíèêîïåäàãîãè÷åñêîå ñðåäñòâî, êîòîðîå ìîæåò çíà÷èòåëüíî îáîãàòèòü ìåòîäèêó ó÷åáíîãî ïðîöåññà, â òîì ÷èñëå è â ïëàíå ïîâûøåíèÿ íàãëÿäíîñòè ïðè èçëîæåíèè ìàòåðèàëà íà óðîêå. Âîïðîñ î âûíîñå èíôîðìàöèè íà ýêðàí íå òàê ïðîñò. Çà ìíîãèå ãîäû ýâîëþöèè ìåòîäèêè ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè ñëîæèëèñü òðàäèöèîííûå èëëþñòðàòèâíûå ñðåäñòâà: òàáëèöû, ñëàéäû, êèíîôèëüìû, äåéñòâóþùèå óñòàíîâêè è ò.ï., êîòîðûå ñïîñîáíû êîíêóðèðîâàòü ñ “êîìïüþòåðíîé” íàãëÿäíîñòüþ. Íî íàì êàæåòñÿ, ÷òî êîãäà íóæíî ïîêàçàòü ïðîöåññ â äèíàìèêå, êîãäà íóæíî ïðîâåñòè àíàëèç ôèçè÷åñêèõ çàêîíîìåðíîñòåé ïðè èçìåíåíèè ïàðàìåòðîâ, ïðèìåíåíèå ÝÂÌ áóäåò áîëåå öåëåñîîáðàçíî, à èíîãäà è ïðåäïî÷òèòåëüíåå. Íèæå áóäåò äàíî àíàëèòè÷åñêîå è ïðîãðàììèðîâàííîå ðåøåíèå çàäà÷è î äâèæåíèè òåëà, áðîøåííîãî ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó. Ýòèì âîïðîñîì çàíèìàëèñü ìíîãèå ó÷èòåëÿ. Ñöåíàðèé èçó÷åíèÿ ýòîé çàâèñèìîñòè â äèàëîãîâîì ðåæèìå ìîæíî íàéòè â ðàáîòàõ [1], [2], [3], [4]. Îáðàçåö ïðîãðàììû äëÿ ïîñòðîåíèÿ ïàðàáîëû ïðåäëîæåí â [5].  óêàçàííûõ ðàáîòàõ äâèæåíèå òåëà ðàññìàòðèâàåòñÿ áåç ó÷åòà ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà.  äàííîé ðàáîòå ìû ïðåäëàãàåì ïðîãðàììó íà ÿçûêå ïðîãðàììèðîâàíèÿ Áåéñèê âåðñèè ÌÕ-2 äëÿ ïîñòðîåíèÿ òðàåêòîðèè äâèæåíèÿ òåëà, áðîøåííîãî ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó, íå òîëüêî áåç ó÷åòà, íî è ñ ó÷åòîì ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà, ÷òî ïðèáëèæàåò çàäà÷ó ê ðåàëüíîñòè. ×òîáû âûâåñòè óðàâíåíèå òðàåêòîðèè áàëëèñòè÷åñêîé êðèâîé, äîïóñòèì, ÷òî ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ òåëà ñèëà ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà áóäåò ïðîïîðöèîíàëüíà ñêîðîñòè: Fòð = −ηv, ãäå êîýôôèöèåíò η çàâèñèò îò ñâîéñòâ ñðåäû, ôîðìû * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ìåòîäè÷åñêîì ñáîðíèêå “Â ïîìîùü ó÷èòåëþ ôèçèêè” èçä.ÏÃÏÈ è ÏÎÈÓÓ, 1994ã., ¹4, ñ.18-23. Ñîàâòîðû À.È.Àíîñîâà, Ñ.Â.Âàñüêîâà, Î.Â.Ñòîþùåâà

63

òåëà è ñîñòîÿíèÿ åãî ïîâåðõíîñòè.  ñèñòåìå îòñ÷åòà “Çåìëÿ” íà òåëî äåéñòâóþò äâå ñèëû: ñèëà òÿæåñòè P=mg è ñèëà òðåíèÿ F = −ηv. Óðàâíåíèå äâèæåíèÿ â âåêòîðíîé ôîðìå èìååò âèä: r r r ma = P + Fòð

r r r èëè m&r& = mg − kmr ,

(1)

ãäå rr − ðàäèóñ-âåêòîð ïîëîæåíèÿ òåëà, à äëÿ ñèììåòðèçàöèè ÷ëåíîâ óðàâíåíèÿ êîýôôèöèåíò η çàìåíÿåòñÿ òàê : η = km. Íîâûé êîýôôèöèåíò ê áóäåì íàçûâàòü êîýôôèöèåíòîì ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà. Èç ôîðìóëû ïîëó÷àåì: &rr& = gr − krr.

(2) Ñïðîåêòèðóåì ýòî óðàâíåíèå íà îñè êîîðäèíàò: &x& = 0 − kx, &y& = − g − ky& .

Òàê êàê &x& =

dx& , òî dt

dx& = − kx& , îòêóäà ïîëó÷àåì dt

dx& = −kdt , îòêóäà ln x& = −kt + C1 . x&

Ïîñòîÿííàÿ C1 íàõîäèòñÿ èç íà÷àëüíûõ óñëîâèé: ïðè t=0 x& 0 = v 0 cos α , ñëåäîâàòåëüíî: C1 = ln (v 0 cos α ) è

x& = v 0 cos α ⋅ e − kt .

(3)

Ïðîèíòåãðèðîâàâ (3), íàõîäèì: x=−

v 0 cos α − kt e + C2 . k

Íîâóþ ïîñòîÿííóþ ñíîâà íàõîäèì èç íà÷àëüíûõ óñëîâèé: ïðè t=0 x=0 , ïîýòîìó:

C2 =

v 0 cos α . k

È äëÿ êîîðäèíàòû õ ïîëó÷àåì:

64

x=

(

)

v 0 cos α 1 − e − kt . k

Ïðîèíòåãðèðóåì

(4)

âòîðóþ

ïðîåêöèþ

óðàâíåíèÿ

(2): &y& = − g − ky& . Çàìåíèì &y& = −

dy& , òîãäà dt

dy& = − g − ky& èëè dt

dy& = dt , îòêóäà − ky& − g

1 ln (ky& + g ) = t + C 3 k

Äëÿ íàõîæäåíèÿ ïîñòîÿííîé Ñ 3 èñïîëüçóåì íà÷àëüíûå óñëîâèÿ: ïðè t = 0 y& 0 = v 0 sin α . Òîãäà Ñ 3 = −

1 (kv 0 sin α + g ). k

ky& + g

1

Ñëåäîâàòåëüíî, k ln kv sin α + g = −t. 0 Ïðîïîòåíöèðîâàâ ïîñëåäíåå ðàâåíñòâî, ïîëó÷àåì:

[

y& = (kv 0 sin α + g )e −kt − g

Çàìåíèâ â (5) y& = y=−

]k1

(5)

dy , ïîëó÷àåì : dt

kv sin α + ge − kt g + C4 . t− 0 k k2

Ïîñëåäíþþ ïîñòîÿííóþ ñíîâà íàõîäèì, èñïîëüçóÿ íà÷àëüíûå óñëîâèÿ: ïðè t=0

C4 =

y = 0, ñëåäîâàòåëüíî, g k

y= - t +

kv 0 sin α + g k

2

(1 − e ). − kt

kv 0 sin α + g k2

è òîãäà (6)

×òîáû ïîëó÷èòü óðàâíåíèå äâèæåíèÿ, íåîáõîäèìî èñêëþ÷èòü èç óðàâíåíèé (4) è (6) âðåìÿ. Èç óðàâíåíèÿ (4) ñëåäóåò:

65

(1 − e ) = v − kt

kx . cos α 0

Âûðàçèì îòñþäà âðåìÿ t: 1  kx  . t = − ln 1 − k  v 0 cos α 

Ïîäñòàâèì ýòî çíà÷åíèå âðåìåíè â óðàâíåíèå (6): y=

 kx  kv 0 sin α + g x  + ln 1 − . ⋅ α α cos cos v k v k 0 0   g

2

(7)

Ìû ïîëó÷èëè óðàâíåíèå òðàåêòîðèè òåëà, áðîøåííîãî ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó â ïîëå òÿæåñòè, íàçûâàåìîãî óðàâíåíèåì áàëëèñòè÷åñêîé êðèâîé. Èç óðàâíåíèÿ (7) ìîæíî ïîëó÷èòü îáû÷íî ðàññìàòðèâàåìûé ñëó÷àé, êîãäà òåëî íå èñïûòûâàåò ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà, ò.å. êîãäà êîýôôèöèåíò ñîïðîòèâëåíèÿ ê=0 . Äëÿ ýòîãî ðàçëîæèì ëîãàðèôìè÷åñêèé ìíîæèòåëü â ðÿä Òåéëîðà è îãðàíè÷èìñÿ äâóìÿ ÷ëåíàìè ðàçëîæåíèÿ. Èçâåñòíî, ÷òî ln (1 ± β ) ≈ ± β −

β2 ... 2 k 2x2

kx

2 .  íàøåì ñëó÷àå β = v cos α , β = v 0 cos 2 α 0

Òîãäà

y = xtgα −

gx 2 2v 0 cos 2 α 2

.

Ýòî è åñòü óðàâíåíèå ïàðàáîëû, îïèñûâàþùåé äâèæåíèå òåëà, áðîøåííîãî ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó â ïîëå òÿæåñòè Çåìëè, â îòñóòñòâèè ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà. Ïðîãðàììà äëÿ êîìïüþòåðà “ßìàõà” ñîñòîèò èç î÷åíü êðàòêîãî òåêñòà è äâóõ êàäðîâ ñ ãðàôèêàìè. Ïîñëå çàïóñêà ïðîãðàììû íà ýêðàíå äèñïëåÿ ïîÿâèòñÿ òåêñò ñ íàçâàíèåì ïðîãðàììû, à çàòåì ïîëüçîâàòåëü ìîæåò âûâåñòè ñåðèþ ïàðàáîë, îòðàæàþùèõ äâèæåíèå òåëà ñ îäíîé è òîé æå íà÷àëüíîé 66

ñêîðîñòüþ, íî áðîøåííûõ ïîä ðàçíûìè óãëàìè. Öèôðû îêîëî êðèâûõ ïîêàçûâàþò ýòè óãëû. Íà âòîðîé êàäð âûâîäèòñÿ ñåðèÿ áàëëèñòè÷åñêèõ êðèâûõ, äëÿ êîòîðûõ óãîë áðîñàíèÿ áóäåò îäèí è òîò æå, à êîýôôèöèåíòû ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà - ðàçíûå. Èõ çíà÷åíèÿ óêàçûâàþòñÿ ó íîìåðà êðèâîé. Äëÿ ñðàâíåíèÿ íà ýòîì æå ãðàôèêå ñòðîèòñÿ ïàðàáîëà ñ òåì æå óãëîì áðîñàíèÿ òåëà. Óïðàâëåíèå ïðîãðàììîé î÷åíü ïðîñòîå – íàæàòèå ëþáîé êëàâèøè áóäåò ìåíÿòü êàäð. 10 REM Äâèæåíèå òåëà, áðîøåííîãî ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó 20 CLS:COLOR1,15,8:SCREEN 2:OPEN “GRP:”AS#1 30 LINE (15,15)-(220,40),10,BF 40 PRESET(20,20),10:PRINT#1, “Äâèæåíèå òåëà, áðîøåííîãî” :PRESET(20,30),10:PRINT#1, “ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó.” 50 LINE (15,150)-(240,180),3,BF 60 PRESET (20,160),3:PRINT#1, “Äëÿ ïðîäîëæåíèÿ ïðîãðàììû” :PRESET(20,170),3:PRINT#1, “íàæìèòå ëþáóþ êëàâèøó” 70 IF INKEY $= “”THEN 70 80 CLS:LINE(15,35)-(250,85),7,BF 90 PRESET(20,40),7:PRINT#1, “Åñëè íå ó÷èòûâàòü ñîïðî-” :PRESET(20,55),7:PRINT#1, “òèâëåíèå ñðåäû, òî òðàåêòî-” :PRESET(20,70),7:PRINT#1, “ðèåé áóäåò ïàðàáîëà.” 100 IF INKEY$= “”THEN 100 110 CLS:PRESET(15,10),15:PTINT#1, “Y” 120 PRESET(247,165),15:PRINT#1, “Õ” 130 DRAW “CIBM 10,180R240NH5NG5” 140 DRAW “C1 BM 10,180u170NG5NF5” 150 V0=10:G=10 160 REM Ïàðàáîëà 170 FOR M=15 TO 75 STER 15 180 Z=3,14*M/180:A=TAN(Z) 190 B=G/(2*(V0^2)):B1=COS(Z)^2 200 C=C+1:1F C>15 THEN C=1 210 DEF FNY (X)=A*X-(B/B1)*X^2 220 FOR X=0 TO 100 STEP,1 230 IF FNY (X) <0 THEN GOTO 260 240 PSET (10+X*20,180-FNY(X)*35),C 250 NEXT X

67

260 NEXT X 270 PRESET (70,160),15:PRINT#1, “15 o ” 280 PRESET (140,140),1:PRINT#1, “30 o ” 290 PRESET (190,130),15:PRINT#1, “45 o ” 300 PRESET (120,50),15:PRINT#1, “60 o ” 310 PRESET(75,20),1:PINT#1, “75 o ” 320 IF INKEY $= “”YHEN 320 330 CLS: LINE(15,15)-(240,120),10,BF 340 PRESET (20,20),10:PRINT#1,” Èç-çà ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà” :PRESET(20,40),10:PRINT#1, “Ñêîðîñòü âî âðåìÿ äâèæåíèÿÿ”:PR ESET (40,60),10:PRINT#1, “óáûâàåò, è òåëî áóäåò” :PRESET(65,80),10 :PRINT#1, “äâèãàòüñÿ ïî” :PRESET(40,100),10:PRINT#1 “áàëëèñòè÷åñêîé êðèâîé.” 350 IF INKEY$= “”THEN 350 360 CLS:LINE(15,15)-(240,130),10,BF 370 PRESET (20,50),10:PRINT#1, “×åì áîëüøå ñîïðîòèâëåíèå”:PRESET(20,70),10:PRINT#1, “ñðåäû, òåì áîëüøå áàëëèñ-”:PRESET(20,90),10:PRINT#1, “òè÷åñêàÿ êðèâàÿ îòëè÷àåòñÿ”:PRESET(50,110),10:PRINT#1, “îò ïàðàáîëû.” 380 IF INKEY$= “”THEN 380 390 REM Áàëëèñòè÷åñêàÿ êðèâàÿ 400 CLS: PRESET(15,10),15:PRINT#1, “Y”:PRESET(246,165),15:PRINT#1, “Õ” 410 DRAW “C1BM 10,180R240NH5NG5” 420 DRAW “C1BM 10,180U170NG5NF5” 430 Z=3.14*45/180:V0=10:G=10 440 FOR K=.7 TO 2 STEP.5 450 Z=3.14*45/180:V0=10:G=10 460 A=G/K^2:B=K/(V0*COS(Z)):D= K*V0*SIN(Z):H=K*V0*COS(Z):C=(D+G)/H 470 C=C+1:1F C>15 THEN C=1 480 DEF FNY(X)=A*LOG(1-B*X)+C*X 490 FOR X=0 TO 100 STEP,1 500 IF FNY(X)<0 THEN GOTO 530 510 PSET (10+X*20,180-FNY(X)*10).C 520 NEXT X 68

530 NEXT K 540 PRESET(175,165),15:PRINT#1, “1”:PRESET (124,165),15:PRIN T#1, “2” 550 PRESET(97,165),15:PRINT#1, “3” 560 PRESET (150,20),15:PRINT#1, “1.K=0.7”:preset(150,30),15:print#1, “2.Ê=1.2” 570 PRESET (150,40),15:PRINT#1, “3.K=1.7” 580 REM Ïàðàáîëà ïîä óãëîì 45 o 590 Z=3.14*45/180:L=G/(2*(V0^2)):R=COS(Z)^2:W=L/ R:M=TAN(Z) 600 DEF FNQ(X)=M*X-W*(X)^2 610 FOR X=0 TO 100 STEP.1 620 IF FNQ(X)<0 THEN GOTO 650 630 PSET (10+X*24,180-FNQ(X)*27).6 640 NEXT X 650 PRESET (225,165),15:PRINT#1, “4”:PRESET(150,50).15:PRINT#1. “4.ïàðàáîëà” 660 GOTO 660

Íèæå ïðèâîäèòñÿ ïðîãðàììà * äëÿ äàííîé çàäà÷è, ñîñòàâëåííîé íà ÿçûêå Turbo Pascal 7.0.  îòëè÷èå îò ïðåäûäóùåé ïðîãðàììû, ñîñòàâëåííîé íà ÿçûêå Basic, â ýòîé ïðîãðàììå êàæäîìó ó÷åíèêó íóæíî èíäèâèäóàëüíî çàäàâàòü íà÷àëüíóþ ñêîðîñòü, èëè óãîë áðîñàíèÿ, èëè êîýôôèöèåíò ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà. program pod; uses crt,graph; const g=10; var d,m,size,c,we:integer;b_m:pointer; v0,w,x,y,a,b,b1,z,k,h,u,l,r,mx:real;ls:string; function f2(x:real):real; begin f2:=a*ln(1-b*x)+u*x; end; function f3(x:real):real; * Äàííàÿ ïðîãðàììà áûëà ñîñòàâëåíà äîïîëíèòåëüíî ñòóäåíòîì 5-ãî êóðñà âûïóñêà 2002 ã. Âëàäèìèðîì Èâàíîâûì.

69

begin f3:=mx*x-w*sqr(x); end; procedure re; begin size:=imagesize(390,280,630,360); getmem(b_m,size); getimage(390,280,630,360,b_m^);setcolor(11); bar3d(390,290,620,330,2,true); setcolor(4);outtextxy(400,300,’Äëÿ ïðîäîëæåíèÿ íàæìèòå’); outtextxy(400,310,’ëþáóþ êëàâèøó’); end; procedure draw; begin size:=imagesize(10,10,200,140); getmem(b_m,size); getimage(10,10,200,140,b_m^);setcolor(6); outtextxy(25,83,’V0 = “);gotoxy(9,6);readln(v0); outtextxy(15,100,’Óãîë = “);gotoxy(9,7);readln(m); outtextxy(15,117,’K = “);gotoxy(9,8);readln(k); putimage(10,10,b_m^,0); end; begin d:=detect; initgraph(d,m,’g:\pod\’); setvisualpage(8); setcolor(12); bar3d(140,20,400,400,2,true); outtextxy(170,170,’Äâèæåíèå òåëà áðîøåííîãî’); outtextxy(170,200,’ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó’); outtextxy(170,230,’ñ ó÷åòîì ñîïðîòèâëåíèÿ’); outtextxy(170,350,’Äëÿ ïðîäîëæåíèÿ íàæìèòå’); outtextxy(170,360,’ëþáóþ êëàâèøó’); readkey;clearviewport; setbkcolor(3);bar3d(0,0,650,50,2,true); outtextxy(10,5,’Èç-çà ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà ñêîðîñòü âî âðåìÿ äâèæåíèÿ óáûâàåò, è òåëî áóäåò’); outtextxy(10,15,’äâèãàòüñÿ ïî áàëëèñòè÷åñêîé êðèâîé. ×åì áîëüøå ñîïðîòèâëåíèå ñðåäû, òåì áîëüøå’); outtextxy(10,25,’áàëëèñòè÷åñêàÿ êðèâàÿ îòëè÷àåòñÿ îò ïàðàáîëû’); 70

setcolor(12);line(0,40,0,480);line(0,479,640,479); Outtextxy(10,55,’X’);outtextxy(630,470,’Y’); {Áàëëèñòè÷åñêàÿ êðèâàÿ} c:=3;we:=0; while we<4 do begin c:=c+1; we:=we+1; draw; z:=pi*m/180; a:=g/sqr(k);b:=k/(v0*cos(z));w:=k*v0*sin(z); h:=k*v0*cos(z);u:=(w+g)/h; if c>15 then c:=1; x:=0; repeat if f2(x)>=0 then begin y:=f2(x); putpixel(abs(trunc(x*10)),getmaxyabs(trunc(y*10)),c); x:=x+0.01; end else break; until x>100; setcolor(c);line(350,50+20*(c-1),390,50+20*(c-1)); outtextxy(400,50+20*(c-1),’K = “);str(k:2:1,ls); outtextxy(435,50+20*(c-1),ls); re;readkey; putimage(390,280,b_m^,0); {Ïàðàáîëà ïîä çàäàííûì óãëîì} z:=pi*m/180;l:=g/(2*sqr(v0));r:=sqr(cos(z)); w:=l/r;mx:=sin(z)/cos(z); x:=0; repeat if f3(x)>=0 then begin y:=f3(x); putpixel(abs(trunc(x*10)),getmaxyabs(trunc(y*5)),15); x:=x+0.01; end else break; 71

until x>100; setcolor(15);line(350,80,390,80);outtextxy(400,80,’Ïàðàáîëà’); end; readkey;halt; end.

Ëèòåðàòóðà 1. Èçâîç÷èêîâ Â.À., Ìàðêîâà È.Â. Øêîëüíèêè èçó÷àþò ÝÂÌ æ-ë “Ôèçèêà â øêîëå” ¹4, 1984ã. 2. Ðàçóìîâñêàÿ Í.Â. Êîìïüþòåð íà óðîêàõ ôèçèêè æ-ë “Ôèçèêà â øêîëå” ¹3, 1985ã. 3. Áàòþêîâà Ç.È., Åãîðîâà Ë.È. Î ïàêåòå îáó÷àþùèõ ïðîãðàìì íà òåìó “Äâèæåíèå òåëà ïîä äåéñòâèåì ñèëû òÿæåñòè” æ-ë “Ôèçèêà â øêîëå” ¹4, 1986ã. 4. Âîïðîñû êîìïüþòåðèçàöèè ó÷åáíîãî ïðîöåññà. Êíèãà äëÿ ó÷èòåëÿ “Ïðîñâåùåíèå”,Ì.,1987ã. 5. Êîíäðàòüåâ À.Ñ., Ëàïòåâ Â.Â. Ôèçèêà è êîìïüþòåð ËÃÓ, Ë., 1989ã.

72

ÎÁ ÎØÈÁÎ×ÍÎÑÒÈ ÐÀÑÑÓÆÄÅÍÈÉ ÏÐÈ ÂÛÂÎÄÅ ÒÅÐÌÎÄÈÍÀÌÈ×ÅÑÊÎÃÎ ÑÎÎÒÍÎØÅÍÈß* Ðå÷ü èäåò î ðàñïðîñòðàíåííîé îøèáêå, êîòîðàÿ ñîâåðøàåòñÿ ïðè ðàññìîòðåíèè ïðîèçâîëüíîãî öèêëà Êàðíî è âûâîäå òàê íàçûâàåìîãî ñîîòíîøåíèÿ Êëàóçèóñà. Ýòî ñîîòíîøåíèå ÿâëÿåòñÿ ïðåäïîñûëêîé ââåäåíèÿ ôóíêöèè ñîñòîÿíèÿ – ýíòðîïèè. Ïîýòîìó âàæíî ëîãè÷íî è ôèçè÷åñêè ãðàìîòíî ïðîâåñòè ðàññóæäåíèå ñíà÷àëà äëÿ îäíîãî öèêëà Êàðíî, à çàòåì îáîáùèòü åãî äëÿ ïðîèçâîëüíîãî çàìêíóòîãî öèêëà. ×òîáû ÿñíî áûëî, î êàêîé îøèáêå èäåò ðå÷ü, ïðèâåäåì öèòàòó èç ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ (1) (àíàëîãè÷íûå ðàññóæäåíèÿ ñ íåáîëüøèìè âàðèàöèÿìè èìåþòñÿ è â äðóãèõ ó÷åáíûõ ïîñîáèÿõ, íàïðèìåð, (2,3,4)). Èòàê, àâòîð ïèøåò: “Îáîáùèì âòîðîå íà÷àëî òåðìîäèíàìèêè íà íàèáîëåå ÷àñòî âñòðå÷àþùèéñÿ ñëó÷àé â ïðèðîäå è ïðàêòèêå -ñëó÷àé áîëüøîãî ÷èñëà íàãðåâàòåëåé è õîëîäèëüíèêîâ. Çàïèøåì ñîîòíîøåíèå Q

T

2 2 íåñêîëüêî èçìåíåííîì âèäå: Q ≥ T 1 1

îòêóäà

èëè

Q1 Q 2 − ≤0. T1 T2

Q1 − Q 2 T1 − T2 ≤ â Q1 T1

Q 2 Q1 ≥ , T2 T1

(1)

Âåëè÷èíû Q 1 è Q 2 , îáîçíà÷àþùèå ñîîòâåòñòâåííî êîëè÷åñòâî òåïëîòû, âçÿòîå îò íàãðåâàòåëÿ è îòäàííîå õîëîäèëüíèêó, èìåþò ðàçíûå çíàêè, ïîñêîëüêó îäíà èç íèõ áåðåòñÿ îò íàãðåâàòåëÿ, äðóãàÿ ïåðåäàåòñÿ õîëîäèëüíèêó. Óñëîâèìñÿ Q1ñ÷èòàòü ïîëîæèòåëüíûì, à Q2 – îòðèöàòåëüíûì. Òîãäà ñîîòíîøåíèå (1) ïðèìåò âèä: Q1  Q 2 − − T1  T2

  ≤ 0 èëè 

Q1 Q 2 + ≤ 0. T1 T2

(2)

* Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â æ-ëå “Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå” Ì., 2001, ¹4. Ñîàâòîð À.À. Êèðñàíîâ.

73

Âåëè÷èíà

Q ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òåïëîòó, îòíåñåííóþ ê T

òåìïåðàòóðå è íàçûâàåòñÿ ïðèâåäåííîé òåïëîòîé. Òàêèì îáðàçîì, èç ôîðìóëû (2) ìîæíî çàêëþ÷èòü, ÷òî äëÿ êàæäîãî öèêëà ñ îäíèì íàãðåâàòåëåì è îäíèì õîëîäèëüíèêîì ñóììà ïðèâåäåííûõ òåïëîò ìåíüøå ëèáî ðàâíà íóëþ”. Îïóñòèì òåðìèíîëîãè÷åñêèå àíàõðîíèçìû (îòñûëàåì ÷èòàòåëÿ êî âòîðîé ñòàòüå â ýòîì ñáîðíèêå) è äàëüíåéøåå îáîáùåíèå ôîðìóëû (2) íà ñëó÷àé íåñêîëüêèõ ðàáîòàþùèõ è ñîïðèêàñàþùèõñÿ òåë, êàæäîå èç êîòîðûõ ñîâåðøàåò ñâîé öèêë, è îñòàíîâèìñÿ íà ýëåìåíàòàðíîé îøèáêå, äîïóùåííîé ïðè ïîëó÷åíèè íåðàâåíñòâà (2). Êîíå÷íî, êîëè÷åñòâó òåïëîòû (à ëó÷øå ãîâîðèòü îá ýíåðãèè, òàê êàê ñ ïîìîùüþ çàìêíóòîãî öèêëà ìîæíî ðàññìàòðèâàòü íå òîëüêî òàê íàçûâàåìûå òåïëîâûå ïðîöåññû, íî, íàïðèìåð, è ðàáîòó ãàëüâàíè÷åñêîãî ýëåìåíòà è ò.ä.) ìîæíî è íóæíî â äàííîì âîïðîñå ïðèïèñàòü çíàê. Ìîæíî ýíåðãèþ, ïîëó÷àåìóþ ðàáî÷èì òåëîì ñ÷èòàòü ïîëîæèòåëüíîé, à îòäàâàåìóþ – îòðèöàòåëüíîé. Àâòîð (1), æåëàÿ ïîëó÷èòü â ôîðìóëå (2) çíàê (+) ïåðåä âòîðîé äðîáüþ, ââîäèò ýòîò çíàê ó Q2 ÿâíî: Q1  Q 2 − − T1  T2

 Q1 Q 2  = + ≤ 0.  T1 T2

(3)

Íî òîãäà âåëè÷èíà Q2 , ñòîÿùàÿ â ôîðìóëå (3) àâòîìàòè÷åñêè ñòàíîâèòñÿ ïîëîæèòåëüíîé âåëè÷èíîé (åå îòðèöàòåëüíîñòü âûâåäåíà âòîðûì çíàêîì (-)). È òóò ìû ïîëó÷àåì ýëåìåíòàðíûé Q

Q



1 2 àáñóðä: ñóììà çàâåäîìî ïîëîæèòåëüíûõ âåëè÷èí  T > 0, T > 0  2  1 

äîëæíà ðàâíÿòüñÿ èëè äàæå áûòü ìåíüøå íóëÿ. Àíàëîãè÷íûå îãðåõè ìû âñòðå÷àåì è â äðóãèõ ó÷åáíûõ ïîñîáèÿõ (2,3,4). Êíèãè ïåðåèçäàþòñÿ, îøèáêè ðàçìíîæàþòñÿ, à ôèçèêà ñòàíîâèòñÿ “ïîòóñòîðîííåé”.  äåéñòâèòåëüíîñòè âñå ãîðàçäî ïðîùå. Âîçâðàòèìñÿ ê ñîîòíîøåíèþ (1). Ïðè åãî âûâîäå ïðàâèëî çíàêîâ óæå ðàáîòàåò, 74

îíî ïðîÿâèëîñü ïðè ñîñòàâëåíèè ôîðìóëû ÊÏÄ öèêëà Êàðíî òåì, ÷òî ïåðåä Q2 áûë ïîñòàâëåí çíàê (-). Ýòî óæå ñèìâîëèçèðîâàëî, ÷òî ýíåðãèÿ Q2 îòäàåòñÿ ðàáî÷èì òåëîì. Èñõîäíîå ñîîòíîøåíèå Q1 − Q 2 T1 − T2 ≤ Q1 T1

ìîæíî çàïèñàòü òàê, ñðàçó ââåäÿ ïðàâèëî çíàêîâ

äëÿ ýíåðãèé Q1 è Q2: Q1 + Q2 T1 − T2 ., ≤ Q1 T1

(4)

ãäå Q2 çàâåäîìî îòðèöàòåëüíàÿ âåëè÷èíà: Q2<0. È âàæíîå ñîîòíîøåíèå äëÿ ââåäåíèÿ ïîíÿòèÿ ýíòðîïèè Q1 Q 2 + ≤ 0. T1 T2

(5)

ïîëó÷àåòñÿ òîò÷àñ æå è áåç âñÿêèõ “ïàðàäîêñîâ”. Ëèòåðàòóðà (1) Íîçäðåâ Â.Ô. Êóðñ òåðìîäèíàìèêè Ì., Ïðîñâåùåíèå, 1967, ñ.1 13. (2) Ìàòâååâ À.Í. Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà Ì., Âûñøàÿ øêîëà, 1981, ñ. 173 (3) Ìèêðþêîâ Â.Å. Êóðñ òåðìîäèíàìèêè Ì., Ïðîñâåùåíèå, 1960, ñ. 77. (4) Ôðèø Ñ.Ý.,Òèìîðåâà À.Â. Êóðñ îáùåé ôèçèêè Ò.1, Ì., Íàóêà, 1968.

75

ÈÌÅÅÒ ËÈ ÝËÅÊÒÐÎÑÒÀÒÈ×ÅÑÊÈÉ ÏÎÒÅÍÖÈÀË ÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÉ ÑÌÛÑË?*  áîëüøèíñòâå ó÷åáíûõ ïîñîáèé “Ôèçèêà-10” äàåòñÿ îäíîçíà÷íîå îïðåäåëåíèå ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà êàê ôèçè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêè ïîëÿ â äàííîé òî÷êå è ðàâíîé îòíîøåíèþ ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà â ýòîé òî÷êå ïîëÿ ê âåëè÷èíå çàðÿäà. Ýòèì îïðåäåëåíèåì ó÷àùèìñÿ âíóøàåòñÿ, ÷òî òàê îïðåäåëåííûé ïîòåíöèàë äåéñòâèòåëüíî ÿâëÿåòñÿ ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíîé, ò.å. ÿâëÿåòñÿ îäíîçíà÷íîé, èìåþùåé íàèìåíîâàíèå è èçìåðèìîé (âåäü èìåííî ýòè ïðèçíàêè ÿâëÿþòñÿ îáÿçàòåëüíûìè, ÷òîáû âåëè÷èíó ñ÷èòàòü ôèçè÷åñêîé). Ïîêàæåì, ÷òî ïðè òàêîì ïîäõîäå ê îïðåäåëåíèþ ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà ñîâåðøàåòñÿ êàê ôèçè÷åñêàÿ, òàê è ìåòîäè÷åñêàÿ îøèáêè. Íà÷íåì ñ òîãî, ÷òî ñàìà ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ îïðåäåëÿåòñÿ íåîäíîçíà÷íî. Àâòîðû ó÷åáíûõ ïîñîáèé, ïîíèìàÿ ýòî (íàäåþñü, ÷òî ïîíèìàþò), äåëàþò “õèòðûé õîä”: ñ÷èòàþò, ÷òî â áåñêîíå÷íîñòè ïîëÿ íåò è òàì ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà ðàâíà íóëþ. Íî òàê ëè ýòî? È ìîæíî ëè íà íåïðîâåðåííîì ïðåäïîëîæåíèè ñòðîèòü ôèçè÷åñêóþ íàóêó, òåì áîëåå øêîëüíóþ?  äåéñòâèòåëüíîñòè ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ (ñð. ñ îïðåäåëåíèåì ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè òåëà, ïîäíÿòîãî íàä Çåìëåé) îïðåäåëÿåòñÿ ñ òî÷íîñòüþ äî íåêîòîðîé ïîñòîÿííîé âåëè÷èíû. Âûáîð íóëåâîãî óðîâíÿ îòñ÷åòà ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè ïðîèçâîëåí. Ïîýòîìó ôèçè÷åñêèé ñìûñë èìååò íå ñàìà ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ çàðÿäà â ýëåêòðîñòàòè÷åñêîì ïîëå, à èçìåíåíèå ýòîé õàðàêòåðèñòèêè ïðè ïåðåõîäå îò îäíîé òî÷êè ïîëÿ ê äðóãîé. Ïðè ñîñòàâëåíèè ýòîé ðàçíîñòè èñ÷åçàåò íåîïðåäåëåííàÿ ïîñòîÿííàÿ, è óæå ðàçíîñòü ïîòåíöèàëüíûõ ýíåðãèé çàðÿäà â äâóõ òî÷êàõ ïîëÿ ñòàíîâèòñÿ

* Ñòàòüñÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ìåòîäè÷åñêîì ñáîðíèêå “Â ïîìîùü ó÷èòåëþ è ñòóäåíòó” èçä.ÏÎÈÏÊÐÎ, ã.Ïñêîâ,2000, âûï.7,ñ.31-34.

76

îäíîçíà÷íîé âåëè÷èíîé è, ê òîìó æå, èçìåðèìîé: ýòà ðàçíîñòü ïî ìîäóëþ ðàâíà ðàáîòå, êîòîðóþ ñîâåðøàþò (ïîëå èëè âíåøíèå ñèëû) ïðè ïåðåìåùåíèè çàðÿäà ìåæäó ýòèìè òî÷êàìè. È êîãäà ïðèíèìàþò ïîòåíöèàëüíóþ ýíåðãèþ çàðÿäà â áåñêîíå÷íîñòè ðàâíîé íóëþ, òî ýòèì ïðîèçâîëüíûì ïðèåìîì ïûòàþòñÿ îñâîáîäèòüñÿ îò íåîäíîçíà÷íîñòè. Íî ñàìîå óäèâèòåëüíîå ñîñòîèò â òîì, ÷òî ñîâåðøåííî íå îáÿçàòåëüíî ñ÷èòàòü , ÷òî ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ çàðÿäà èìåííî â áåñêîíå÷íîñòè ðàâíà íóëþ. Âåäü â ýëåêòðîòåõíèêå çà ìåñòî íóëåâîãî ïîòåíöèàëà ïðèíèìàþò ïîòåíöèàë Çåìëè, à â ðàäèîòåõíèêå - ïîòåíöèàë øàññè ïðèåìíèêà. Ïðîèçâîëüíîñòü âûáîðà òàêîé òî÷êè êàê ðàç è ñâÿçàí ñ òåì, ÷òî ôèçè÷åñêèé ñìûñë èìååò íå ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ çàðÿäà â äàííîé òî÷êå, à ðàçíîñòü ïîòåíöèàëüíûõ ýíåðãèé â äâóõ òî÷êàõ ïîëÿ. Óñòàíîâèâ òàê ïîäðîáíî íå ôèçè÷íîñòü ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè çàðÿäà â íåêîòîðîé òî÷êå ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ, ìû ìîæåì ïåðåéòè ê äîêàçàòåëüñòâó è íå ôèçè÷íîñòè ïîíÿòèÿ ïîòåíöèàëà â äàííîé òî÷êå ïîëÿ, è äàòü ïðàâèëüíîå îïðåäåëåíèå ýòîãî ïîíÿòèÿ. Êàê ìîæåò ïîòåíöèàë â äàííîé òî÷êå ïîëÿ áûòü ôèçè÷åñêîé (îäíîçíà÷íîé è èçìåðÿåìîé) âåëè÷èíîé, åñëè îí îïðåäåëÿåòñÿ ÷åðåç íå ôèç÷åñêóþ âåëè÷èíó? Ïîýòîìó, ïîäîáíî òîìó, êàê ôèçè÷åñêèé ñìûñë èìååò ðàçíîñòü ïîòåíöèàëüíûõ ýíåðãèé çàðÿäà â äâóõ òî÷êàõ ïîëÿ, òî÷íî òàê æå ôèçè÷åñêèé ñìûñë èìååò ëèøü ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ â äâóõ òî÷êàõ ïîëÿ. Ïî ñóòè äåëà, ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ (íàïðÿæåíèå) ÿâëÿåòñÿ óäåëüíîé âåëè÷èíîé äëÿ ðàçíîñòè ïîòåíöèàëüíûõ ýíåðãèé â ðàñ÷åòå íà åäèíèöó çàðÿäà: ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ â äâóõ òî÷êàõ ïîëÿ ÷èñëåííî ðàâíà ðàáîòå, ñîâåðøàåìîé ïîëåì (èëè âíåøíèìè ñèëàìè) ïî ïåðåìåùåíèþ åäèíè÷íîãî ïîëîæèòåëüíîãî çàðÿäà ìåæäó ýòèìè òî÷êàìè. Î÷åíü âàæíî äàòü ïðàâèëüíîå îïðåäåëåíèå è òîëêîâàíèå ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ (íàïðÿæåíèÿ), òàê êàê ýòà âåëè÷èíà âñêîðå áóäåò “ðàáîòàòü” ïðè èçó÷åíèè çàêîíîâ ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà, ïðè ðàññìîòðåíèè ðàáîòû ðÿäà ôèçè÷åñêèõ óñòðîéñòâ (â òîì ÷èñëå è ïîëóïðîâîäíèêîâûõ) è ýëåêòðîèçìåðèòåëüíûõ ïðèáîðîâ. 77

Èç ïðåäûäóùåãî ñëåäóåò, ÷òî íåîáõîäèìî ïîëíîñòüþ îòêàçàòüñÿ îò òîëêîâàíèÿ âñïîìîãàòåëüíîé âåëè÷èíû – ñêàëÿðíîãî ïîòåíöèàëà- êàê ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíû è ðàáîòàòü òîëüêî ñ îäíîçíà÷íîé è èçìåðÿåìîé âåëè÷èíîé – ðàçíîñòüþ ïîòåíöèàëîâ (íàïðÿæåíèåì). Ñôîðìóëèðóåì êðàòêî ìåòîäèêó ââåäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ (öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü èìåííî ýòî íàçâàíèå îáñóæäàåìîé âåëè÷èíû). 1) Ïîêàçûâàåòñÿ íåîäíîçíà÷íîñòü ïîíÿòèÿ “ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ çàðÿäà â äàííîé òî÷êå ïîëÿ”.Çäåñü óìåñòíà àíàëîãèÿ ñ íåîäíîçíà÷íîñòüþ çíà÷åíèÿ ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè òåëà, ïîäíÿòîãî íà íåêîòîðóþ âûñîòó. 2) Ââîäèòñÿ ôèçè÷åñêàÿ âåëè÷èíà “ðàçíîñòü ïîòåíöèàëüíûõ ýíåðãèé çàðÿäà â äâóõ òî÷êàõ ïîëÿ”, êîòîðàÿ ÷èñëåííî ðàâíà ðàáîòå ïî ïåðåìåùåíèþ çàðÿäà ìåæäó ýòèìè òî÷êàìè. 3) Ââîäèòñÿ ôèçè÷åñêàÿ âåëè÷èíà “íàïðÿæåíèå (èëè ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ)”, êîòîðàÿ ÷èñëåííî ðàâíà ðàáîòå ïî ïåðåìåùåíèþ åäèíè÷íîãî (îáû÷íî ïîëîæèòåëüíîãî) çàðÿäà ìåæäó äâóìÿ òî÷êàìè ïîëÿ. Èòàê, íàïðÿæåíèå ðàâíî: U=

Ï 2 − Ï1 . q

Êàê âèäèì, â ïðåäëàãàåìîé ìåòîäèêå îòñóòñòâóåò èñêóññòâåííûé è íåîäíîçíà÷íûé âûáîð òî÷êè, â êîòîðîé ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ çàðÿäà ïî÷åìó-òî ïðèíèìàåòñÿ ðàâíîé íóëþ.  çàêëþ÷åíèå âîñïðîèçâåäåì òå ðàññóæäåíèÿ, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ â ôèçèêå ââîäèòñÿ âñïîìîãàòåëüíàÿ âåëè÷èíà – ñêàëÿðíûé ïîòåíöèàë, êîòîðàÿ â øêîëüíîì êóðñå îáû÷íî íàçûâàåòñÿ ïðîñòî ïîòåíöèàëîì. Ýòà âñïîìîãàòåëüíàÿ âåëè÷èíà ââîäèòñÿ äëÿ òîãî, ÷òîáû ñóùåñòâåííî óïðîñòèòü ìàòåìàòè÷åñêîå ðåøåíèå ýëåêòðîäèíàìè÷åñêèõ çàäà÷, ðåøåíèå óðàâíåíèé Ìàêñâåëëà (ðå÷ü èäåò î ïîëó÷åíèè îäíîòèïíûõ óðàâíåíèé Äàëàìáåðà âî âñåõ ðàçäåëàõ ýëåêòðîäèíàìèêè). Âñïîìîãàòåëüíàÿ 78

ôóíêöèÿ ϕ - ñêàëÿðíûé ïîòåíöèàë ââîäèòñÿ ñ ïîìîùüþ ñëåäóþùåãî ñîîòíîøåíèÿ (â ñòàòè÷åñêèõ è ñòàöèîíàðíûõ ïðîöåññàõ): r E = − gradϕ ,

ãäå çíàê ìèíóñ ââîäèòñÿ èç ìàòåìàòè÷åñêèõ óäîáñòâ, ÷òî ïðîÿâèòñÿ â äàëüíåéøåì. Ôèçè÷åñêàÿ, îäíîçíà÷íàÿ è èçìåðÿåìàÿ ñèëîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ – âåêòîð íàïðÿæåííîñòè r ýòîãî ïîëÿ E îïðåäåëÿåòñÿ íå êàêèì –òî îäíèì çíà÷åíèåì ñêàëÿðíîãî ïîòåíöèàëà, à ìíîæåñòâîì çíà÷åíèé ïîñëåäíåãî, êîòîðûå îòëè÷àþòñÿ äðóã îò äðóãà íà ïîñòîÿííûå ñëàãàåìûå (ñàìè ïî ñåáå ïðîèçâîëüíûå). Äåéñòâèòåëüíî, âîçüìåì äâà çíà÷åíèÿ ñêàëÿðíîãî ïîòåíöèàëà ϕ 1 è ϕ 2 = ϕ 1 + Const , ãäå Ñonstýòî ñîâåðøåííî ïðîèçâîëüíàÿ ïîñòîÿííàÿ âåëè÷èíà. Ïîêàæåì, ÷òî îáå âåëè÷èíû (à â ïðèíöèïå, èõ áåñêîíå÷íîå ìíîæåñòâî), íå ðàâíûå äðóã äðóãó, ñîîòâåòñòâóþò îäíîìó è òîìó æå ðåàëüíîìó r ïîëþ, êîòîðîå îïðåäåëÿåòñÿ âåêòîðîì íàïðÿæåííîñòè E . Ïî îïðåäåëåíèþ r E = − gradϕ .

Ñîñòàâèì ýòî ñîîòíîøåíèå äëÿ ϕ 1 è ϕ 2 : r E = − gradϕ 2 = − grad (ϕ 1 + Const ) = − gradϕ 1 − grad Const = = − gradϕ 1 − 0 = − gradϕ 1 .

Èòàê, äâà íå ðàâíûõ äðóã äðóãó ñêàëÿðíûõ ïîòåíöèàëà ϕ 1 è ϕ 2 ñîïîñòàâëÿþòñÿ îäíîìó è òîìó æå ýëåêòðîñòàòè÷åñêîìó ïîëþ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ñêàëÿðíûé ïîòåíöèàë íå ÿâëÿåòñÿ ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíîé, à èãðàåò ëèøü âñïîìîãàòåëüíóþ ðîëü. Âñå ýòî èçâåñòíî äàâíî. È âûçûâàåò , ïî ìåíüøåé ìåðå, óäèâëåíèå, êàê, çíàÿ î íåôèçè÷íîñòè ñêàëÿðíîãî ïîòåíöèàëà, ïðîäîëæàòü íàçûâàòü åãî ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíîé. Àâòîðû ïðèâîäèìîé íèæå ó÷åáíîé, íàó÷íîé è ìåòîäè÷åñêîé ëèòåðàòóðû ðàçäåëÿþò íàøå ìíåíèå. 79

Ëèòåðàòóðà 1. Øàõìàåâ Í. È äð. “Ôèçèêà-10” 2. Ëàíäàó Ë. , Ëèôøèö Å. Ìåõàíèêà//Ýëåêòðîäèíàìèêà. –Êí.1.-Ì., 1969.-Ñ.168. 3. Ìàòâååâ À. Ýëåêòðîäèíàìèêà. –Ì., 1964.-Ñ.46. 4. Ëåâè÷ Â. Êóðñ òåîðåòè÷åñêîé ôèçèêè. –Ò1.-Ì., 1962.-Ñ.54. 5. Ðåçíèêîâ Ë. è äð. Ìåòîäèêà ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè â ñðåäíåé øêîëå. Ò.3.-Ì., 1961.-Ñ.20.

80

ÍÅÒÐÀÄÈÖÈÎÍÍÎÅ ÎÁÚßÑÍÅÍÈÅ ÏÎßÂËÅÍÈÅ ÇÍÀÊÀ “ÌÈÍÓє  ÔÎÐÌÓËÅ ÇÀÊÎÍÀ ÝËÅÊÒÐÎÌÀÃÍÈÒÍÎÉ ÈÍÄÓÊÖÈÈ* Êàê è äðóãèå ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû, ýëåêòðîìàãíèòíûå ïðîöåññû íåóêîñíèòåëüíî ïîä÷èíÿþòñÿ çàêîíó ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè (ÇÑÏÝ). Èç íåîáúÿòíîãî ÷èñëà ïðîáëåì ýòîãî ðàçäåëà øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè ìû êîñíåìñÿ òîëüêî ÿâëåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè. Òî÷íåå ãîâîðÿ, äàäèì íåòðàäèöèîííîå îáîñíîâàíèå ïîÿâëåíèÿ çíàêà “ìèíóñ” â ôîðìóëå Ôàðàäåÿ-Ìàêñâåëëà: E èíä = −

∆Φ . ∆t

(1)

 øêîëüíûõ ó÷åáíûõ ïîñîáèÿõ çíàê “ìèíóñ” ïîñòóëèðóåòñÿ, à çàòåì îí îáîñíîâûâàåòñÿ íà îñíîâàíèè ÇÑÏÝ ðàññìîòðåíèåì ñëó÷àåâ óâåëè÷åíèÿ èëè óìåíüøåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîòîêà ÷åðåç ïëîùàäêó, ïî ïåðèìåòðó êîòîðîé âîçíèêàåò ÝÄÑ-èíäóêöèè. Ïðè íàëè÷èè íîñèòåëåé çàðÿäà (äàæå ïðè îòñóòñòâèè ïðîâîäíèêà – ýòî îáîáùåíèå ñäåëàë Ìàêñâåëë) âîçíèêàåò èíäóêöèîííûé òîê, ìàãíèòíîå ïîëå êîòîðîãî ïðîòèâîäåéñòâóåò èçìåíåíèþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, âûçâàâøåãî ïîÿâëåíèå ÝÄÑ-èíäóêöèè.  ýòîì è ñîñòîèò ñîäåðæàíèå ïðàâèëà Ëåíöà äëÿ îïðåäåëåíèÿ íàïðàâëåíèÿ èíäóêöèîííîãî òîêà, ìàòåìàòè÷åñêèì âûðàæåíèåì êîòîðîãî è ÿâëÿåòñÿ ïîÿâëåíèå â ôîðìóëå (1) çíàêà “ìèíóñ”. Ôîðìàëüíî íàëè÷èå ýòîãî çíàêà òðåáóåòñÿ ïî ïðàâèëó ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé: ïðèðàâíèâàòü â ôèçèêå ìîæíî òîëüêî îäíîðîäíûå âåëè÷èíû, îáå ñòîðîíû ðàâåíñòâà äîëæíû èìåòü è îäèíàêîâîå íàèìåíîâàíèå, è îäèíàêîâîå íàïðàâëåíèå (åñëè ïðèðàâíèâàþòñÿ âåêòîðíûå âåëè÷èíû) èëè çíàêè “ïëþñ” èëè “ìèíóñ”(åñëè ïðèðàâíèâàåìûì âåëè÷èíàì ïðèïèñûâàåòñÿ óñëîâíîå èëè äåéñòâèòåëüíîå íàïðàâëåíèå). * Ñòàòüñÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ìåòîäè÷åñêîì ñáîðíèêå “Â ïîìîùü ó÷èòåëþ è ñòóäåíòó” èçä. ÏÎÈÏÊÐÎ ,ã .Ïñêîâ, 1998, ¹6, ñ.23-25. Âàðèàíò ñòàòüè îïóáëèêîâàë æ-ë “Ôèçèêà â øêîëå” Ì., èçä. “Ïðåññ”, 2001, ¹8, ñ.75-76

81

 äàííîì ñîîáùåíèè ìû ïîêàæåì , êàê “åñòåñòâåííûì” ïóòåì ìîæíî ïîëó÷èòü çíàê “ìèíóñ” åùå äî åãî îáîñíîâàíèÿ íà îñíîâàíèè ÇÑÏÝ. Êàê èçâåñòíî, â òðàäèöèîííîì ñïîñîáå ââåäåíèÿ çíàêà “ìèíóñ” åñòü ìåòîäè÷åñêàÿ òðóäíîñòü: íóæíî íå òîëüêî çíàòü íàïðàâëåíèå è õàðàêòåð èçìåíåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, íî òàêæå ïðèïèñàòü îïðåäåëåííîå íàïðàâëåíèå (êàêîå?) ÝÄÑèíäóêöèè. Ðàññìîòðèì ÷àñòíûé ñëó÷àé âîçáóæäåíèÿ èíäóêöèîííîãî òîêà ïðè ïåðåìåùåíèè ïðîâîäíèêà (îäíîãî åãî ó÷àñòêà) çàìêíóòîé öåïè. Ó÷àùèìñÿ èçâåñòíî, ÷òî íà ïðîâîäíèê ñ òîêîì âî âíåøíåì ìàãíèòíîì ïîëå äåéñòâóåò ñèëà Àìïåðà: F=I l B, (2) ãäå l- äëèíà äâèæóùåãîñÿ ïðîâîäíèêà, I – ñèëà òîêà â ïðîâîäíèêå,  – èíäóêöèÿ âíåøíåãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ, ïåðïåíäèêóëÿðíî êîòîðîìó ïåðåìåùàåòñÿ ïðîâîäíèê. Ïðè ïåðåìåùåíèè ïðîâîäíèêà íà ðàññòîÿíèå ∆õ ñîâåðøàåòñÿ ðàáîòà: ∆A = F ⋅ ∆x = I∆ (lxB ) = I∆ (SB ) = I∆Φ , (3) ãäå S – âåëè÷èíà ïëîùàäè, îáìåòàåìîé ïðîâîäíèêîì ïðè ïåðåìåùåíèè åãî â ìàãíèòíîì ïîëå. Îäíîâðåìåííî â ïðîâîäíèêå âûäåëÿåòñÿ òàê íàçûâàåìîå “äæîóëåâî òåïëî”, ò.å. óâåëè÷èâàåòñÿ âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ïðîâîäíèêà íà âåëè÷èíó: ∆Q = I 2 R ∆t ,

(4)

ãäå R – ñîïðîòèâëåíèå öåïè. Íà îñíîâàíèè ÇÑÏÝ ñóììà âåëè÷èí (3) è (4) äîëæíà áûòü ðàâíà ðàáîòå âíåøíåãî èñòî÷íèêà, çà ñ÷åò ýíåðãèè êîòîðîãî ñîâåðøàþòñÿ ïðîöåññû, âûðàæåííûå ðàâåíñòâàìè (3) è (4) : I 2 R ∆t + I∆Φ = IE∆t.

(5)

Èç ýòîãî ñîîòíîøåíèÿ ïîëó÷àåì : I=

∆Φ ∆t . R

E−

(6)

82

Òàêèì îáðàçîì, â ïðîâîäíèêå, äâèæóùåìñÿ â ìàãíèòíîì ïîëå, ñèëà òîêà îïðåäåëÿåòñÿ íå òîëüêî ÝÄÑ èñòî÷íèêà òîêà, íî òàêæå äîïîëíèòåëüíîé ÝÄÑ, ñâÿçàííîé ñ èçìåíåíèåì ìàãíèòíîãî ïîòîêà, ïðîíèçûâàþùåãî ïëîùàäêó, îõâàòûâàåìîé êîíòóðîì öåïè, Èìåííî ýòó ÝÄÑ ìû íàçûâàåì ÝÄÑ-èíäóêöèè. Ó ýòîãî ñëàãàåìîãî çíàê “ìèíóñ” ïîÿâëÿåòñÿ “àâòîìàòè÷åñêè”. Èñïîëüçîâàíèå â ðàññóæäåíèÿõ “âíåøíåé ÝÄє íåñóùåñòâåííî, òàê êàê âåëè÷èíà ÝÄÑ – èíäóêöèè íå çàâèñèò îò ýòîé âíåøíåé ÝÄÑ. Ïîñêîëüêó äâèæåíèå è ïîêîé èìåþò îòíîñèòåëüíûé õàðàêòåð, òî âûáîðîì èíåðöèàëüíîé ñèñòåìû îòñ÷åòà (ÈÑÎ) ìîæíî ïîëó÷èòü èçìåíåíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà íå ïåðåìåùåíèåì ïðîâîäíèêà â ìàãíèòíîì ïîëå, à èçìåíåíèåì ñàìîãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà (êàê ïî âåëè÷èíå, òàê è ïî íàïðàâëåíèþ). Ïîýòîìó çíàê “ìèíóñ” íóæíî ñòàâèòü â ôîðìóëå (1) ïðè ëþáîì ñïîñîáå âîçáóæäåíèÿ ÝÄÑ –èíäóêöèè.

83

Î ÄÂÓÕ ÏÅÐÂÛÕ ÓÐÎÊÀÕ ÏÎ ÈÇËÎÆÅÍÈÞ ÎÑÍΠÑÏÅÖÈÀËÜÍÎÉ ÒÅÎÐÈÈ ÎÒÍÎÑÈÒÅËÜÍÎÑÒÈ * Èñõîäÿ èç äèäàêòè÷åñêèõ ñîîáðàæåíèé, ìû îòîøëè îò òðàäèöèîííîãî ïóòè ïîñòðîåíèÿ ïåðâûõ äâóõ óðîêîâ ïî îñíîâàì ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ). Ïðåäëàãàåì ñëåäóþùåå îðèåíòèðîâî÷íîå ðàñïðåäåëåíèå ìàòåðèàëà ïî ýòèì óðîêàì. 1. Êëàññè÷åñêèå ïðåäñòàâëåíèÿ î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèÿ, èõ íåñîîòâåòñòâèå ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì. Îñíîâíîé ìàòåðèàë. Ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ. Ïðîòèâîðå÷èâîñòü îáúÿñíåíèÿ â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå ÿâëåíèÿ àáåððàöèè è îïûòà Ìàéêåëüñîíà. Êðèçèñ ãèïîòåçû îá ýôèðå. Çàäàíèå íà äîì: § 73, ïîâòîðèòü §20 (“Ôèçèêà - 8”). 2. Ïîñòóëàòû ÑÒÎ. Îñíîâíîé ìàòåðèàë. 1-é ïîñòóëàò ÑÒÎ; 2-é ïîñòóëàò ÑÒÎ. Ìûñëåííûé ýêñïåðèìåíò “Âàãîí Ýéíøòåéíà”. Íîâûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ïðîñòðàíñòâå , âðåìåíè è äâèæåíèè. Çàäàíèå íà äîì: §74, ïîâòîðèòü §45 (“Ôèçèêà - 8”). Ðàññìîòðèì ñîäåðæàíèå óðîêîâ Íà ïåðâîì óðîêå êðàòêî ñîîáùàåì ó÷àùèìñÿ âïåðâûå ñôîðìóëèðîâàííûå Íüþòîíîì íàó÷íûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè: “Ïðîñòðàíñòâî - ýòî âìåñòèëèùå âñåãî áûòèÿ, âðåìÿ õàðàêòåðèçóåò äëèòåëüíîñòü ïðîöåññîâ è òå÷åò áåçîòíîñèòåëüíî ê ÷åìó áû òî íè áûëî”. Íüþòîí ñ÷èòàë, ÷òî â òàêèõ ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè âîçìîæíû àáñîëþòíûå äâèæåíèå è ïîêîé. Îäíàêî, îáíàðóæèòü ïîñëåäíèå, íàáëþäàÿ ëèøü ìåõàíè÷åñêèå ÿâëåíèÿ â ðàçëè÷íûõ èíåðöèàëüíûõ ñèñòåìàõ îòñ÷åòà (ÈÑÎ), íåëüçÿ. Ýòî ñëåäîâàëî èç àíàëèçà áîëüøîãî ÷èñëà íàáëþäåíèé, ïîçâîëèâøèõ Ãàëèëåþ ñôîðìóëèðîâàòü êëàññè÷åñêèé ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè: íåâîçìîæíî, íàáëþäàÿ ìåõàíè÷åñêèå ÿâëåíèÿ âíóòðè ÈÑÎ, îáíàðóæèòü, äâèæåòñÿ îíà *Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â æ-ëå “Ôèçèêà â øêîëå”., èçä.“Ïðîñâåùåíèå”, 1986, ¹3, ñ.56-58. Ñîàâòîð Ð.ß.Êðîëèêîâà.

84

èëè ïîêîèòñÿ. Èíà÷å ñîäåðæàíèå ïðèíöèïà îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ âûðàæàåòñÿ òàê: âî âñåõ ÈÑÎ âñå ìåõàíè÷åñêèå ïðîöåññû ïðè îäíèõ è òåõ æå óñëîâèÿõ ïðîòåêàþò îäèíàêîâî, ò.å. â íèõ çàêîíû ìåõàíèêè îäèíàêîâû. Èç ýòîãî ïðèíöèïà ñëåäóåò, ÷òî ìåõàíè÷åñêîå äâèæåíèå èëè ïîêîé îòíîñèòåëüíû: òåëî ïîêîÿùååñÿ (äâèæóùååñÿ) â îäíîé ÈÑÎ, â äðóãîé ìîæåò äâèãàòüñÿ (ïîêîèòñÿ). Äëÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîãî ïîäòâåðæäåíèÿ íüþòîíîâñêèõ ïðåäñòàâëåíèé î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèè ó÷åíûå îáðàòèëèñü ê èññëåäîâàíèþ (â óêàçàííîì ïëàíå) îïòè÷åñêèõ ÿâëåíèé, ïûòàÿñü âûÿñíèòü, âëèÿåò ëè íà èõ õîä äâèæåíèå ÈÑÎ. Ýòè èññëåäîâàíèÿ èìåëè öåëüþ îáíàðóæèòü ñóùåñòâîâàíèå îñîáîé “ñâåòîíîñíîé” ñðåäû – ýôèðà. Åñëè áû óäàëîñü äîêàçàòü, ÷òî îí åñòü, òî ñ íèì ìîæíî áûëî áû ñâÿçàòü îñîáóþ (àáñîëþòíóþ) ñèñòåìó îòñ÷åòà, â êîòîðîé è äâèæåíèå è ïîêîé èìåëè áû àáñîëþòíûé õàðàêòåð. Îäíèì èç ïåðâûõ îïòè÷åñêèõ ÿâëåíèé, îñìûñëåííûõ ñ òàêèõ ïîçèöèé, áûëà àáåððàöèÿ ñâåòà, îòêðûòàÿ àíãëèéñêèì àñòðîíîìîì Áðàäëååì (1725). Îí çàìåòèë, ÷òî çâåçäû â òå÷åíèå ãîäà ñîâåðøàþò íà íåáîñâîäå äâèæåíèÿ ïî çàìêíóòûì òðàåêòîðèÿì (òàêîå âèäèìîå ñìåùåíèå çâåçäû îáóñëîâëåíî ñëîæåíèåì äâèæåíèÿ ñâåòà è äâèæåíèÿ íàáëþäàòåëÿ âìåñòå ñ Çåìëåé). Ó÷åíûé ïðàâèëüíî îáúÿñíèë ýòî ÿâëåíèå íàëè÷èåì êîíå÷íîé ñêîðîñòè ñâåòà è îáðàùåíèåì Çåìëè âîêðóã Ñîëíöà. Èç àíàëèçà ÿâëåíèÿ àáåððàöèè âûòåêàëî, ÷òî íà Çåìëå, åñëè îíà äâèæåòñÿ ñêâîçü íåïîäâèæíûé â ïðîñòðàíñòâå ýôèð, äîëæåí âîçíèêàòü “ýôèðíûé âåòåð”. Âàæíî áûëî îáíàðóæèòü åãî ýêñïåðèìåíòàëüíî. Èäåþ ñîîòâåòñòâóþùåãî îïûòà ïðåäëîæèë Äæ. Ìàêñâåëë, à îñóùåñòâèë åãî â 1881 ãîäó À.À. Ìàéêåëüñîí. (Ïîçæå ó÷åíûé íåîäíîêðàòíî ïîâòîðÿë ýêñïåðèìåíò, óâåëè÷èâàÿ òî÷íîñòü èçìåðåíèé). Ñóòü îïûòà ñîñòîÿëà â ñëåäóþùåì: ñâåòîâîé ëó÷ ðàçäåëÿëñÿ íà äâå ÷àñòè, êîòîðûå äàëåå ðàñïðîñòðàíÿëèñü âî âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûõ íàïðàâëåíèÿõ, à çàòåì ñ ïîìîùüþ çåðêàë ñâîäèëèñü âìåñòå è èíòåðôåðèðîâàëè. Åñëè áû ñóùåñòâîâàë “ýôèðíûé âåòåð”, òî ïðè ïîâîðîòàõ ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè íà ðàçíûå óãëû äîëæíà áûëà áû 85

èçìåíÿòüñÿ èíòåðôåðåíöèîííàÿ êàðòèíà. Îäíàêî ýòîãî íå ïðîèñõîäèëî, ò. å. íàïðàøèâàëñÿ âûâîä, ÷òî íà Çåìëå íåò “ýôèðíîãî âåòðà”. Íî ýòî ìîãëî áûòü è â òîì ñëó÷àå, åñëè ýôèð ïîëíîñòüþ óâëåêàëñÿ Çåìëåé. Òàêîé âûâîä äåëàë íåâîçìîæíûì îáúÿñíåíèå ÿâëåíèÿ àáåððàöèè.( Çàìåòèì, â îïûòå Ìàéêåëüñîíà èñòî÷íèê ñâåòà áûë íåïîäâèæíûì ïî îòíîøåíèþ ê ïðèåìíèêó, íî ïåðåìåùàëñÿ âìåñòå ñ íèì â ïðîñòðàíñòâå). Áûëè ïðîâåäåíû è äðóãèå ýêñïåðèìåíòû, òðåáîâàâøèå äëÿ ñâîåãî òîêîâàíèÿ íàëè÷èÿ ó ýôèðà ñëèøêîì ïðîòèâîðå÷èâûõ ñâîéñòâ. Íàïðèìåð, èç íèõ âûòåêàëî, ÷òî ýôèð äîëæåí áûòü ñðåäîé î÷åíü ðàçðåæåííîé (÷òîáû íå îêàçûâàòü íèêàêîãî âëèÿíèÿ íà äâèæåíèå íåáåñíûõ òåë) è â òî æå âðåìÿ íåîáû÷àéíî òâåðäûì (÷òîáû â íåì ìîãëè ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ ñâåòîâûå âîëíû ñî ñêîðîñòüþ 3 ⋅ 10 5 êì / ñ). Äëÿ ñîãëàñîâàíèÿ ïðîòèâîðå÷èâûõ ñâîéñòâ ýôèðà âûäâèãàëèñü ðàçëè÷íûå ãèïîòåçû, îäíàêî, îíè ëèøü åùå áîëüøå çàïóòûâàëè âñþ ïðîáëåìó. Âòîðîé óðîê ÿâëÿåòñÿ öåíòðàëüíûì äëÿ âñåé òåìû. Íà íåì ôîðìóëèðóþòñÿ äâà ïîñòóëàòà ÑÒÎ, íà îñíîâå êîòîðûõ çàòåì ñòðîÿòñÿ íîâûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèè. Ïàðàäîêñàëüíàÿ ñèòóàöèÿ, ñëîæèâøàÿñÿ â ôèçèêå â ñâÿçè ñ ïðîáëåìîé ýôèðà, èìåëà îáùèé õàðàêòåð. Ïî ñóòè äåëà, ðå÷ü øëà âîîáùå î ñðåäå (íå òîëüêî ñâåòîíîñíîé), ñ êîòîðîé ìîæíî áûëî áû ñâÿçàòü îñîáóþ ñèñòåìó îòñ÷åòà – òàêóþ, îòíîñèòåëüíî êîòîðîé è äâèæåíèå è ïîêîé áûëè áû àáñîëþòíû. Òàêàÿ ñèñòåìà îòñ÷åòà òðåáîâàëàñü êëàññè÷åñêîé ôèçèêå, ÷òîáû ñîõðàíèòü íüþòîíîâñêèå ïðåäñòàâëåíèÿ î âðåìåíè è äâèæåíèè. Âîçíèêøèé â ôèçèêå êðèçèñ â ñâÿçè ñ ïðîáëåìîé ýôèðà áûë ðàçðåøåí â íà÷àëå ÕÕ â. Àëüáåðòîì Ýéíøòåéíîì. Îí ïðèøåë ê âûâîäó, ÷òî íèêàêèìè îïûòàìè (íå òîëüêî ìåõàíè÷åñêèìè, íî è äðóãèìè, â òîì ÷èñëå è îïòè÷åñêèìè) íåëüçÿ îáíàðóæèòü àáñîëþòíîå äâèæåíèå è ïîêîé, íå ñóùåñòâóåò îñîáîé, ïðåèìóùåñòâåííîé ñèñòåìû îòñ÷åòà è íåò íàäîáíîñòè â ïîèñêàõ ýôèðà. Ýéíøòåéí îòâåðã ïðåäëîæåíèå î íàëè÷èè ýôèðà è âïåðâûå 86

âûñêàçàë ìûñëü î ìàòåðèàëüíîñòè ñàìîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ýòî áûë âàæíûé øàã íå òîëüêî â èñòîðèè ðàçâèòèÿ ôèçèêè: ñ ýòîãî ìîìåíòà â íàóêå ñòàëè ñ÷èòàòü, ÷òî ìàòåðèÿ ñóùåñòâóåò â âèäå âåùåñòâà è â âèäå ïîëÿ. Îäíàêî ïîòðåáîâàëîñü åùå îêîëî 30 ëåò, ÷òîáû îáíàðóæèòü åäèíñòâî ýòèõ äâóõ âèäîâ ìàòåðèè, âîçìîæíîñòü è âçàèìîïðåâðàùåíèÿ.  1932 ãîäó áûëà îòêðûòà îáðàòèìàÿ ðåàêöèÿ âçàèìîïðåâðàùåíèÿ ÷àñòèö âåùåñòâà (ýëåêòðîíà è ïîçèòðîíà) â êâàíòû ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Àíàëèç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ïî ðàññìàòðèâàåìîé ïðîáëåìå ïîçâîëèë Ýéíøòåéíó ñôîðìóëèðîâàòü ïåðâûé ïîñòóëàò ïîñòðîåííîé òåîðèè: íåâîçìîæíî, íàáëþäàÿ ëþáîå ôèçè÷åñêîå ÿâëåíèå (à íå òîëüêî ìåõàíè÷åñêîå) âíóòðè ÈÑÎ, óñòàíîâèòü, äâèæåòñÿ ýòà ñèñòåìà îòñ÷åòà èëè ïîêîèòñÿ. Òåì ñàìûì îòðèöàëàñü âîçìîæíîñòü îáíàðóæåíèÿ àáñîëþòíîãî ïîêîÿ èëè äâèæåíèÿ ñ ïîìîùüþ íàáëþäåíèÿ ëþáîãî ôèçè÷åñêîãî ÿâëåíèÿ. Èç ýòîãî ñ íåîáõîäèìîñòüþ òðåáîâàëñÿ ïåðåñìîòð íüþòîíîâñêèõ ïðåäñòàâëåíèé î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèè, ÷òî è áûëî ñäåëàíî Ýéíøòåéíîì â åãî “Ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè”, êîòîðàÿ, ïî ñóòè äåëà, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñîâðåìåííîå ôèçè÷åñêîå ó÷åíèå î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèè. Ïåðâûé ïîñòóëàò ìîæíî ñôîðìóëèðîâàòü è òàê: âî âñåõ ÈÑÎ ïðè îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ âñå ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû ïðîòåêàþò îäèíàêîâî. Äðóãèìè ñëîâàìè: çàêîíû ïðèðîäû îäèíàêîâû âî âñåõ ÈÑÎ. Ýòîò ïîñòóëàò îáû÷íî íàçûâàþò ïîñòóëàòîì (èëè ïðèíöèïîì) îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà äëÿ îòëè÷èÿ åãî îò ïðèíöèïà îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ. ×òîáû ïîñòðîèòü âíóòðåííå íåïðîòèâîðå÷èâóþ òåîðèþ, Ýéíøòåéí ââåë åùå îäèí ïîñòóëàò: ñâåò â ïóñòîòå âñåãäà ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ñ îïðåäåëåííîé ñêîðîñòüþ, íå çàâèñÿùåé íè îò ñîñòîÿíèÿ èçëó÷àþùåãî òåëà, íè îò ñîñòîÿíèÿ ïðèåìíèêà. Èíà÷å, ñêîðîñòü ñâåòà â âàêóóìå îäíà è òà æå âî âñåõ ÈÑÎ. Íåò íè îäíîãî îïûòà, êîòîðûé ïîñòàâèë áû ïîä ñîìíåíèå ýòîò ïîñòóëàò.  1956 ã. ñîâåòñêèé ó÷åíûé À.Ì. Áîí÷-Áðóåâè÷ èçìåðèë ñêîðîñòü ñâåòà, èäóùåãî îò äèàìåòðàëüíî ïðîòèâîïîëîæíûõ êðàåâ ñîëíå÷íîãî äèñêà â 87

ïåðèîä ñîëíå÷íîãî çàòìåíèÿ. Ó÷åíûé íå îáíàðóæèë ðàçëè÷èÿ â ñêîðîñòÿõ êðàåâûõ ëó÷åé è òåì ñàìûì ïîäòâåðäèë, ÷òî âðàùåíèå Ñîëíöà âîêðóã ñâîåé îñè íå âëèÿåò íà ñêîðîñòü èçëó÷àåìîãî ñâåòà. ( Îáðàùàåì âíèìàíèå ó÷àùèõñÿ íà òî, ÷òî â âåùåñòâåííîé ñðåäå ñêîðîñòü ñâåòà íå àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà : åå ÷èñëîâîå çíà÷åíèå çàâèñèò êàê îò âûáîðà ÈÑÎ, òàê è îò ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ ñðåäû. Íî îíà âñåãäà ìåíüøå ñêîðîñòè ñâåòà â âàêóóìå). Âàæíîñòü âòîðîãî ïîñòóëàòà ñîñòîèò â òîì, ÷òî îí óòâåðæäàåò ïðèíöèï áëèçêîäåéñòâèÿ, ïîñêîëüêó îãðàíè÷èâàåò ìàêñèìàëüíóþ ñêîðîñòü ñèãíàëà, ïåðåíîñÿùåãî äåéñòâèå (èíôîðìàöèþ). (Íàïîìèíàåì, ÷òî êëàññè÷åñêèå çàêîíû ìåõàíèêè ïðåäïîëàãàþò ìãíîâåííîñòü ïåðåäà÷è äåéñòâèÿ, êëàññè÷åñêàÿ ìåõàíèêà îñíîâàíà íà ïðèíöèïå äàëüíîäåéñòâèÿ). ×òîáû êà÷åñòâåííî âñêðûòü òî íîâîå, ÷òî îáà ïîñòóëàòà âíîñÿò â ïðåäñòàâëåíèÿ î ñâîéñòâàõ ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, ðàçáèðàåì äàëåå ïîäðîáíî ìûñëåííûé ýêñïåðèìåíò ñ “âàãîíîì Ýéíøòåéíà” (íàçâàíèå óñëîâíîå). Àíàëèç ìûñëåííîãî ýêñïåðèìåíòà ïðèâîäèò ê âûâîäó: âðåìÿ â ðàçëè÷íûõ ÈÑÎ òå÷åò íåîäèíàêîâî; òî, ÷òî îäíîâðåìåííî â îäíîé ÈÑÎ, ìîæåò áûòü íåîäíîâðåìåííûì â äðóãîé. Ïðèíèìàÿ îòíîñèòåëüíîñòü îäíîâðåìåííîñòè, ìû òîò÷àñ æå ïðèõîäèì è ê îòíîñèòåëüíîñòè äëèíû äâèæóùåãîñÿ òåëà. Äåéñòâèòåëüíî, äëÿ èçìåðåíèÿ åãî äëèíû íåîáõîäèìî îäíîâðåìåííî îïðåäåëèòü êîîðäèíàòû åãî êîíöîâ. Íî ýòî ïðîöåññ, îäíîâðåìåííûé äëÿ íàáëþäàòåëÿ â îäíîé ÈÑÎ, íå áóäåò îäíîâðåìåííûì äëÿ íàáëþäàòåëÿ â äðóãîé ÈÑÎ, äâèæóùåéñÿ îòíîñèòåëüíî ïåðâîé.  çàêëþ÷åíèå îòìåòèì, ÷òî ãîòîâíîñòü ó÷àùèõñÿ ïðèíÿòü âûâîäû ÑÒÎ âî ìíîãîì çàâèñèò îò ïðîïåäåâòèêè èçó÷åíèÿ ýòîãî ìàòåðèàëà. Âàæíî îáðàòèòü âíèìàíèå ó÷àùèõñÿ è íà ôèëîñîôñêóþ ñòîðîíó âîïðîñà. Äëÿ ðàçâèòèÿ ìûøëåíèÿ ó÷åíèêîâ íåîáõîäèìî îáñóäèòü ñ íèìè ïðîÿâëåíèå ïðèíöèïà ñîîòâåòñòâèÿ â ÑÒÎ, âûÿñíèòü, ÿâëÿåòñÿ ëè ÑÒÎ áîëåå îáùåé òåîðèåé(âêëþ÷àåò ëè îíà êàê ïðåäåëüíûé ñëó÷àé êëàññè÷åñêóþ ìåõàíèêó), êàêèå óñòàíàâëèâàåò ãðàíèöû ïðèìåíèìîñòè ïðåäøåñòâóþùåé òåîðèè. 88

Ê ÂÎÏÐÎÑÓ Î ÒÀÊ ÍÀÇÛÂÀÅÌÎÉ “ÐÅËßÒÈÂÈÑÒÑÊÎÉ ÌÀÑÑŔ* Ìåòîäè÷åñêèå ïðèåìû, èñïîëüçóåìûå ïðè èçëîæåíèè ôèçèêè, íå äîëæíû èñêàæàòü åå ñîäåðæàíèå. Ýòî áåññïîðíîå óòâåðæäåíèå äåñÿòèëåòèÿìè íàðóøàåòñÿ ïðè èçëîæåíèè âîïðîñà î ìàññå â ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ). Ðå÷ü èäåò î òàê íàçûâàåìîé “ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññå” (ÐÌ), ñ ïîìîùüþ êîòîðîé íåêîòîðûì âûðàæåíèÿì ïðèäàåòñÿ “êëàññè÷åñêèé âèä”, íî êîòîðàÿ, êàê áóäåò ïîêàçàíî íèæå, íå èìååò íèêàêîãî ôèçè÷åñêîãî ñìûñëà. Ïîýòîìó íåïðàâîìåðíî øèðîêî ðàñïðîñòðàíåííîå óòâåðæäåíèå, ÷òî â ÑÒÎ ìàññà áóäòî áû çàâèñèò îò ñêîðîñòè òåëà â äàííîé èíåðöèàëüíîé ñèñòåìå îòñ÷åòà (ÈÑÎ). Ïîêàæåì ñíà÷àëà ýëåìåíòàðíûìè ðàññóæäåíèÿìè âíóòðåííþþ ïðîòèâîðå÷èâîñòü ïîíÿòèÿ ÐÌ. Ðàññìîòðèì äâà ìûñëåííûõ ýêñïåðèìåíòà ñ îäíèì è òåì æå òåëîì. Ïóñòü òåëî äâèæåòñÿ ñî ñêîðîñòüþ v îòíîñèòåëüíî ÈÑÎ “L”.  ýòîé ÈÑÎ, ñîãëàñíî îïðåäåëåíèþ ÐÌ, òåëî îáëàäàåò ìàññîé – ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññîé m ðåë

 v2  = m1 − 2   c 

−

1 2

.

(1)

Íèêàêîãî ôèçè÷åñêîãî îáúÿñíåíèÿ èçìåíåíèþ ìàññû íå äàåòñÿ. Óòâåðæäàåòñÿ, ÷òî âîçðàñòàíèå ìàññû åñòü ñëåäñòâèå òîãî, ÷òî ìàññà â ÑÒÎ ïåðåñòàëà áûòü àáñîëþòíîé âåëè÷èíîé è, ïîäîáíî äëèíå, äëèòåëüíîñòè ïðèíèìàåò ðàçíûå ÷èñëîâûå çíà÷åíèÿ â çàâèñèìîñòè îò ñêîðîñòè äâèæåíèÿ òåëà. Îòíîñèòåëüíîñòü ìàññû ðàññìàòðèâàåòñÿ â ýòîì îïûòå êàê ÷èñòî êèíåìàòè÷åñêèé ýôôåêò, îïðåäåëÿþùèéñÿ âûáîðîì ÈÑÎ. Îäíàêî, ðàññìîòðèì òåïåðü äðóãóþ ñèòóàöèþ. Ïóñòü òî æå òåëî â òîé æå ÈÑÎ ðàçãîíÿåòñÿ èç ñîñòîÿíèÿ ïîêîÿ äî ñêîðîñòè

* Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â æ-ëå “Ôèçèêà â øêîëå” Ì., èçä. “ØêîëàÏðåññ”, 1994, ¹4, ñ.42-45. Âàðèàíò ñòàòüè ïîìåùåí â ìåòîäè÷åñêèé ñá. “ ïîìîùü ó÷èòåëþ ôèçèêè” Ïñêîâ, èçä. ÏÎÈÏÊÐÎ, 1994, ¹4, ñ.24-39.

89

v. Äëÿ ýòîãî, î÷åâèäíî, íåîáõîäèìî ñîâåðøèòü ðàáîòó, çàòðàòèòü ýíåðãèþ. Âîçðàñòàíèå ìàññû òåëà â äàííîì ñëó÷àå åñòü ÷èñòî äèíàìè÷åñêèé ýôôåêò. Ðåçîííî ïîñòàâèòü âîïðîñ: òàê ÷òî æå íà ñàìîì äåëå ïðîèñõîäèò ñ òåëîì ïðè âîçðàñòàíèè åãî ìàññû ïî ôîðìóëå (1)? ×òîáû îòâåòèòü íà ïîñòàâëåííûé âîïðîñ, âûÿñíèì, êàê áûëî ââåäåíî â ÑÒÎ ïîíÿòèå “ðåëÿòèâèñòñêàÿ ìàññà”. Îñìûñëåíèå ðåçóëüòàòîâ ÑÒÎ íåâîçìîæíî áåç ó÷åòà òîãî íîâîãî, ÷òî äàëî óñòàíîâëåíèå â ÑÒÎ íåðàçðûâíîé ñâÿçè ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, áåç ó÷åòà 4 − õ − ìåðíîñòè ìèðà. Ïîýòîìó ïîêàæåì, êàê îïðåäåëÿþòñÿ êîìïîíåíòû 4 − õ − âåêòîðà ñêîðîñòè â ÑÒÎ: Vi =

dx i , dτ

(2)

ãäå i = 1,2,3,4, a dτ − èíòåðâàë ñîáñòâåííîãî âðåìåíè. Âîñïîëüçóåìñÿ ñâÿçüþ èíòåðâàëîâ ñîáñòâåííîãî è ëàáîðàòîðíîãî âðåìåíè:  v2  dt = dτ 1 − 2  c  

−

1 2

,

(3)

ãäå v-ìîäóëü ñêîðîñòè îòíîñèòåëüíîãî äâèæåíèÿ äâóõ ÈÑÎ, ëàáîðàòîðíîé “L”è ÈÑÎ “L`”, ñâÿçàííîé ñ äâèæóùèìñÿ òåëîì. Ïîäñòàíîâêà ôîðìóëû (3) â (2) ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü äëÿ êîìïîíåíò 4 − õ − âåêòîðà ñêîðîñòè ñëåäóþùåå âûðàæåíèå: Vi = v i (1 −

v2 c

2

)

−

1 2,

ãäå vi =

dxi . dt

(4)

Îáðàòèì âíèìàíèå íà òî, ÷òî â ôîðìóëå (4) ïîÿâèëñÿ  v2  ìíîæèòåëü γ = 1 − 2  c  

−

1 2

− ðåëÿòèâèñòñêèé êîýôôèöèåíò, íàëè÷èå

êîòîðîãî óêàçûâàåò íà ðåëÿòèâèñòñêîå ñîäåðæàíèå äàííîãî âûðàæåíèÿ. 90

Óìíîæàÿ âñå êîìïîíåíòû 4 − õ − âåêòîðà ñêîðîñòè íà îäèí è òîò æå ìíîæèòåëü - èíâàðèàíòíóþ ìàññó ïîêîÿ òåëà m , ïîëó÷èì êîìïîíåíòû ðåëÿòèâèñòñêîãî 4 − õ − ìåðíîãî âåêòîðà èìïóëüñà: (5) Pi = mVi = γmv i . Èìåííî ñ ïîìîùüþ ýòîãî âûðàæåíèÿ (5) êîãäà-òî è áûëà ââåäåíà “ðåëÿòèâèñòñêàÿ ìàññà” m ðåë = γm. Ñäåëàíî ýòî áûëî ëèøü èç æåëàíèÿ ïðèäàòü âûðàæåíèþ (5) êëàññè÷åñêèé âèä: Pi = m ðåë ⋅ v i . Òàê ïîÿâèëàñü ôîðìóëà m ðåë = γm, ñîäåðæàíèå

êîòîðîé íåîáúÿñíèìî ñ ôèçè÷åñêîé òî÷êè çðåíèÿ. Èç ïðåäûäóùåãî ÿñíî, ÷òî êîýôôèöèåíò γ íå èìååò íèêàêîãî îòíîøåíèÿ ê ìàññå è ïðèñîåäèíåí ê íåé èç ÷èñòî ìåòîäè÷åñêèõ ñîîáðàæåíèé. Òàêèì îáðàçîì, ìû óñòàíîâèëè, ÷òî íèêàêîé ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíû, íàçûâàåìîé “ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññîé”, â ÑÒÎ íå ñóùåñòâóåò, ìàññà íå çàâèñèò îò ñêîðîñòè äâèæåíèÿ òåëà.  ÑÒÎ èñïîëüçóåòñÿ ëèøü îäíà ìàññà - ìàññà òåëà, îíà èíâàðèàíòíà, è, ê òîìó æå, èìååò òî æå ÷èñëîâîå çíà÷åíèå, ÷òî è ìàññà â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå. Âìåñòå ñ òåì, íà îñíîâàíèè ôîðìóëû Ýéíøòåéíà E 0 = mc 2 â ÑÒÎ óñòàíàâëèâàåòñÿ, ÷òî ìàññà ÿâëÿåòñÿ ìåðîé ýíåðãèè òåëà â ñîñòîÿíèè ïîêîÿ. Ýòî ïðèíöèïèàëüíî íîâûé ðåçóëüòàò ÑÒÎ, êîòîðîãî íå çíàëà êëàññè÷åñêàÿ ôèçèêà : ïîêîÿùååñÿ òåëî òîëüêî èç ôàêòà ñâîåãî ñóùåñòâîâàíèÿ, ðåàëüíîñòè îáëàäàåò ýíåðãèåé – ýíåðãèåé ïîêîÿ E 0 . Ýêñïåðèìåíò (ÿäåðíàÿ ýíåðãåòèêà, ôèçèêà ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö) ïîäòâåðæäàåò ïðàâèëüíîñòü ôîðìóëû Ýéíøòåéíà. Åñëè òåëî äâèæåòñÿ ñî ñêîðîñòüþ v îòíîñèòåëüíî ÈÑÎ “L”, òî ïîìèìî ýíåðãèè ïîêîÿ E 0 = mc 2 , îíî îáëàäàåò è êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèåé. Èñïîëüçóÿ ÷åòâåðòóþ êîìïîíåíòó 4 − õ − âåêòîðà èìïóëüñà Ð4 , ìîæíî ïîëó÷èòü ñëåäóþùóþ ôîðìóëó (òîæå íàçûâàåìóþ ôîðìóëîé Ýéíøòåéíà) äëÿ ýíåðãèè äâèæóùåãîñÿ òåëà: 91

Å = γmc 2 ,

(6) êîòîðàÿ ïðè v=0 ïåðåõîäèò â ôîðìóëó äëÿ ýíåðãèè òåëà â ïîêîå E 0 = mc 2 .

Äî ñèõ ïîð ìû ãîâîðèëè î ìàññå è ýíåðãèè âåùåñòâåííîãî òåëà, âñå ñêàçàííîå âûøå ñïðàâåäëèâî è äëÿ âåùåñòâåííûõ ÷àñòèö. Íî â ôèçèêå (â ïðèðîäå) ñóùåñòâóþò ÷àñòèöû è äðóãîãî ñîðòà - ôîòîíû, ãèïîòåòè÷åñêèå (íå îáíàðóæåííûå åùå ýêñïåðèìåíòàëüíî) ãðàâèòîíû, êîòîðûå âñåãäà äâèæóòñÿ â âàêóóìå ñ ïðåäåëüíîé ñêîðîñòüþ ñ. Äëÿ âûÿñíåíèÿ ñâîéñòâ òàêèõ ÷àñòèö, ïîëó÷èì íåêîòîðûå íîâûå âûðàæåíèÿ. Èñêëþ÷èì èç ôîðìóë (5) è (6) âåëè÷èíó γm , òîãäà E=

p 2 c . v

(7)

Ïðèìåíèì ôîðìóëó (7) ê ðåëÿòèâèñòñêèì ÷àñòèöàì, äâèæóùèìñÿ ñî ñêîðîñòüþ ñâåòà â âàêóóìå, ò.å. ïîëîæèì v = c. Òîãäà èç ôîðìóëû (7) ïîëó÷àåì: E = pc. (8) Âûðàæåíèå (8) óñòàíàâëèâàåò âàæíîå ñîîòíîøåíèå ìåæäó ýíåðãèåé è èìïóëüñîì ðåëÿòèâèñòñêèõ ÷àñòèö. Åñëè æå èç ôîðìóë (5) è (6) óäàëèòü âåëè÷èíó

v2 c2

, òî ïîëó÷èì åùå îäíó î÷åíü âàæíóþ

ôîðìóëó ÑÒÎ, óñòàíàâëèâàþùóþ ñâÿçü ìåæäó ýíåðãèåé, ìàññîé è èìïóëüñîì ëþáîé ôèçè÷åñêîé ÷àñòèöû èëè òåëà: E 2 = m2c4 + p 2c2 ,

(9) â ÷àñòíîñòè, ïðè ð=0 ìû ñíîâà ïîëó÷àåì ôîðìóëó Ýéíøòåéíà äëÿ ýíåðãèè òåëà â ïîêîå, ôîðìóëó E 0 = mc 2 . Ðàçðåøèì ðàâåíñòâî (9) îòíîñèòåëüíî ìàññû òåëà (èëè ÷àñòèöû): (10) Åñëè â ðàâåíñòâî (10) ïîäñòàâèòü ýíåðãèþ ðåëÿòèâèñòñêîé ÷àñòèöû (8), òî ïðàâàÿ ñòîðîíà ðàâåíñòâà (10) ñòàíîâèòñÿ ðàâíîé íóëþ. Îòñþäà íåïîñðåäñòâåííî ñëåäóåò, ÷òî ôîòîí (èñòèííî ðåëÿòèâèñòñêàÿ ÷àñòèöà) èìååò íóëåâóþ ìàññó. Ãîâîðÿò, ÷òî ôîòîí m2c 4 = E 2 − p 2c 2 .

92

– áåçìàññîâàÿ ÷àñòèöà, ó íåãî íåò ìàññû. À òàê êàê ìàññà âûñòóïàåò êàê ìåðà èíåðöèîííûõ ñâîéñòâ, òî, ñëåäîâàòåëüíî, ôîòîí áåç èíåðöèîíåí, îí íå ìîæåò íè óñêîðÿòüñÿ, íè çàìåäëÿòüñÿ. È â ëþáîé ÈÑÎ îí äâèæåòñÿ â âàêóóìå ñ îäíîé è òîé æå ñêîðîñòüþ, ïðåäåëüíîé, ìàêñèìàëüíîé. Ñ òî÷êè çðåíèÿ îòñóòñòâèÿ ìàññû âñå ôîòîíû òîæäåñòâåííû íåçàâèñèìî îò èõ ýíåðãèè è èìïóëüñà. Îäíàêî, êàê ýòî íå çâó÷èò ïàðàäîêñàëüíî, îòñóòñòâèå ìàññû ó îäíîãî ôîòîíà íå îçíà÷àåò, ÷òî ó ñèñòåìû îïðåäåëåííûì îáðàçîì äâèæóùèõñÿ ôîòîíîâ íåò ìàññû. Íèæå ýòîò “ïàðàäîêñ” áóäåò ðàññìîòðåí íà ïðèìåðå ìàññû äâóõ áåçìàññîâûõ ôîòîíîâ. Èçìåíåíèå ïîíÿòèÿ “ÌÀÑÑÀ” â ÑÒÎ, íàëè÷èå áåç ìàññîâûõ, ðåëÿòèâèñòñêèõ ÷àñòèö è óïîìÿíóòûé âûøå ïàðàäîêñ ïðèâîäÿò ê òîìó, ÷òî â ÑÒÎ íå âûïîëíÿåòñÿ êëàññè÷åñêèé çàêîí – çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìàññû. Ïîêàæåì ýòî. Âîñïîëüçóåìñÿ âûðàæåíèåì (10) äëÿ ðàññìîòðåíèÿ ìàññû ñèñòåìû ÷àñòèö èäåàëüíîãî ãàçà: Ì2ñ2=Å2/ñ2-ð2, (11) ãäå Ì – ìàññà ÷àñòèö èäåàëüíîãî ãàçà, Å – èõ ñóììàðíàÿ ïîëíàÿ r ýíåðãèÿ, ð - ñóììàðíûé èìïóëüñ âñåõ ÷àñòèö èäåàëüíîãî ãàçà. Âûáåðåì òàêóþ ÈÑÎ, ÷òîáû ïîëíûé èìïóëüñ âñåõ ÷àñòèö r ð=

∑ ðê ê

ðàâíÿëñÿ íóëþ. Òîãäà èç ôîðìóëà (11) ñëåäóåò: Ì=

∑ Åê ê

ñ2

(12)

.

Êàæäàÿ èç ÷àñòèö èäåàëüíîãî ãàçà îáëàäàåò ìàññîé mk è ïîëíîé ýíåðãèåé E k = m k c 2 + E k êèí , ãäå ïåðâîå ñëàãàåìîå – ýíåðãèÿ ïîêîÿ îòäåëüíûõ ÷àñòèö, âòîðîå – èõ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ; â ñèëó àääèòèâíîñòè ýíåðãèè

∑ E k êèí = E êèí . Âûðàæåíèå (12) ìîæíî k

çàïèñàòü òàê: M =

∑ mk + k

E êèí ñ2

.

(13) 93

Ñîîòíîøåíèå (13) óòâåðæäàåò, ÷òî ìàññà ñèñòåìû ÷àñòèö èäåàëüíîãî ãàçà áîëüøå ñóììû ìàññ ÷àñòèö ýòîé  E êèí  ñèñòåìû  2 > 0  , îòñþäà çàêëþ÷àåì, ÷òî çàêîí ñîõðàíåíèÿ  ñ 

ìàññû äëÿ ÷àñòèö èäåàëüíîãî ãàçà â ÑÒÎ íå âûïîëíÿåòñÿ. Óñëîæíèì çàäà÷ó è ðàññìîòðèì óñòîé÷èâóþ ñèñòåìó âçàèìîäåéñòâóþùèõ ÷àñòèö (ÿäðî, æèäêîñòü, òâåðäîå òåëî è ò.ä.).  ýòîì ñëó÷àå â ôîðìóëó (12) íåîáõîäèìî ïîäñòàâèòü äðóãîå âûðàæåíèå äëÿ ýíåðãèè ÷àñòèöû: E k + m k c 2 + E k êèí +

∑ E ki ïîò , k ≠i

ãäå

(14)

∑ E ki ïîò - ñóììàðíàÿ ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ k ≠i

ê ÷àñòèöû ñî âñåìè îñòàëüíûìè ÷àñòèöàìè ñèñòåìû. Ôîðìóëà (12) ïîñëå ïðîâåäåíèÿ ñóììèðîâàíèÿ ýíåðãèé âñåõ ÷àñòèö ïðèíèìàåò âèä: M =

∑ mk + k

E êèí ñ2

+

Å ïîò ñ2

,

(15)

ãäå Åêèí – ñóììàðíàÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ÷àñòèö ñèñòåìû, Åïîò – èõ ïîëíàÿ ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ïàðíûõ âçàèìîäåéñòâèé. Òàê êàê ÷àñòèöû îáðàçóþò óñòîé÷èâóþ ñèñòåìó, òî ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî Åêèí<< Eïîò è ïðåíåáðå÷ü âòîðûì ñëàãàåìûì â ôîðìóëå (15). Êðîìå òîãî, â óñòîé÷èâîé ñèñòåìå Åïîò< 0. Ïîýòîìó ôîðìóëà (15) çàïèøåòñÿ òàê: M =

∑ mk − k

E ïîò ñ2

,

(16)

÷òî îçíà÷àåò, ÷òî ìàññà óñòîé÷èâîé ñèñòåìû ÷àñòèö ìåíüøå ñóììû ìàññ ÷àñòèö ýòîé ñèñòåìû. Òàêèì îáðàçîì, è â ýòîì ñëó÷àå çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìàññû, êîòîðûé ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ãëàâíûõ çàêîíîâ â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå, â ÑÒÎ íå âûïîëíÿåòñÿ. Âåëè÷èíà ∆m =

∑ mk − M k

(17) 94

íàçûâàåòñÿ äåôåêòîì ìàññû. Îíà îïðåäåëÿåò ýíåðãèþ ñâÿçè ÷àñòèö ñèñòåìû: (18) ∆E = ∆ m ⋅ c 2 . Ôîðìóëà (18) íàõîäèò âàæíîå ïðèìåíåíèå â ÿäåðíîé ýíåðãåòèêå è ôèçèêå ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö. Òàêèì îáðàçîì, â ÑÒÎ íåò çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ìàññû. À ïîòîìó ìîãóò âñòðå÷àòüñÿ “ïàðàäîêñàëüíûå” ñèòóàöèè íå òîëüêî â äóõå ôîðìóë (13) è (16), íî è áîëåå íåîáû÷íûå (ñ òî÷êè çðåíèÿ “çäðàâîãî ñìûñëà”). Äëÿ èëëþñòðàöèè ýòîãî óòâåðæäåíèÿ ðàññìîòðèì ñèñòåìó èç äâóõ ôîòîíîâ, êàæäûé èç êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ áåçìàññîâîé ÷àñòèöåé. Äëÿ ðåøåíèÿ äàííîé çàäà÷è âîñïîëüçóåìñÿ ôîðìóëîé (11), â êîòîðîé ïîä âåëè÷èíîé ð2 íåîáõîäèìî ïîíèìàòü êâàäðàò ìîäóëÿ ïîëíîãî èìïóëüñà ñèñòåìû.  ðàññìàòðèâàåìîì r r r ñëó÷àå ð = ð1 + ð 2 , òîãäà r r r r ð 2 = ð12 + ð2 2 + 2 ð1 ð2 cos( p1 p 2 ).

 ñèëó àääèòèâíîñòè ýíåðãèè Å=Å1+Å2=ð1ñ+ð2ñ è Å2=ð12ñ2+ð22ñ2+2ð1ð2ñ2. Ñîñòàâèì âûðàæåíèå (11):

r r ( r r p1 p 2 ) . Ì ñ = 2 ð1 ð 2 (1 − cos( p1 p 2 )) = 4 p1 p 2 sin 2 2 2

(19)

Åñëè óãîë ìåæäó íàïðàâëåíèÿìè èìïóëüñîâ îòëè÷åí îò íóëÿ, òî ìàññà ñèñòåìû äâóõ ôîòîíîâ Ì îòëè÷íà îò íóëÿ; â ñëó÷àå âñòðå÷íîãî ïîëåòà ôîòîíîâ ìàññà ñèñòåìû ìàêñèìàëüíà. È òîëüêî ïðè ïàðàëëåëüíîì äâèæåíèè ýòèõ ÷àñòèö ìû ïîëó÷àåì “îæèäàåìûé” ðåçóëüòàò: ìàññà ñèñòåìû äâóõ áåçìàññîâûõ ÷àñòèö áóäåò ðàâíà íóëþ. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî â ÑÒÎ íåò çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ìàññû, ìû äîëæíû ïðèíÿòü ðåçóëüòàò, âûðàæàåìûé ôîðìóëîé (19), êàê áû îí íå ïðîòèâîðå÷èë “çäðàâîìó ñìûñëó”. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ñêîðî ìû áóäåì îòìå÷àòü ñòîëåòèå ñîçäàíèÿ ÑÒÎ, ïðîäîëæàåòñÿ è ôèçè÷åñêîå, è ôèëîñîôñêîå, è ìåòîäè÷åñêîå îñìûñëåíèå è î÷èùåíèå åå îò íåíóæíûõ ïîíÿòèé è òîëêîâàíèé. Ïî÷òè 60 ëåò â ëèòåðàòóðå ïî ÑÒÎ ïîâòîðÿëîñü (âñëåä çà Ýéíøòåéíîì) óòâåðæäåíèå, ÷òî äâèæóùèéñÿ øàð áóäåò 95

èìåòü ôîðìó ýëëèïñîèäà âðàùåíèÿ ñ êîðîòêîé îñüþ â íàïðàâëåíèè äâèæåíèÿ. È òîëüêî â êîíöå 50-õ ãã áûëî ïîêàçàíî, ÷òî øàð áóäåò âèäåí òàêæå â âèäå øàðà. Íå ïîðà ëè è â îòíîøåíèè “ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññû” íàâåñòè ïîðÿäîê (ïðè÷åì, ê íåé ñàì Ýéíøòåéí íèêàêîãî îòíîøåíèÿ íå èìååò). Ïðè ðàññìîòðåíèè âîïðîñà “î çàâèñèìîñòè ìàññû îò ñêîðîñòè” íåîáõîäèìî ñëîâî “ìàññà” çàìåíèòü íà ñëîâî “èìïóëüñ”, òàê êàê èìåííî èìïóëüñ çàâèñèò îò ñêîðîñòè, íî íå ëèíåéíî, êàê â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå, à ïî çàêîíó p = γ V. Åñòåñòâåííî, ñëåäóåò îòêàçàòüñÿ îò ðåøåíèÿ çàäà÷, ñâÿçàííûõ ñ ìèôè÷åñêîé ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññîé, ïåðåôðàçèðîâàâ ñîäåðæàíèå òàêèõ çàäà÷ îòíîñèòåëüíî èìïóëüñà. Íå áóäåò íèêàêîãî îïðàâäàíèÿ, åñëè, çíàÿ, ÷òî íå ñóùåñòâóåò ôèçè÷åñêîãî ïîíÿòèÿ “ðåëÿòèâèñòñêàÿ ìàññà”, ìû áóäåì ïðîäîëæàòü æîíãëèðîâàòü ýòèì ïîíÿòèåì è, ÷òî ñàìîå ãëàâíîå, èñêàæàòü ñîäåðæàíèå ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè. Ëèòåðàòóðà 1. Ýéíøòåéí À. Ñóùíîñòü òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè Ì., ÈË, 1955ã., ñ.40-44. 2. Óãàðîâ Â.À. Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè Ì., Íàóêà, 1977ã., §§5.6, 7.6, 8.5. Äîïîëíåíèå4. 3. Ïóñòèëüíèê È.Ã.,Óãàðîâ Â.À. ÑÒÎ â ñðåäíåé øêîëå (Ïîñîáèå äëÿ ó÷èòåëåé) Ì.,Ïðîñâåùåíèå,1975ã, §§8, 9, 10, ñ.141. 4.Îêóíü Ë.Á. Ïîíÿòèå ìàññû (ìàññà, ýíåðãèÿ, îòíîñèòåëüíîñòü) , Æ-ë “Óñïåõè ôèçè÷åñêèõ íàóê” 1989ã.,ò.158, âûï.3,ñ.511-529. 5. Ðîçìàí Ã. À. ÑÒÎ (ó÷åáíîå ïîñîáèå) . Ïñêîâ, ÏÎÈÏÊÐÎ, 1992, 1995ãã.

96

ÊÀÊ ÂÎÇÍÈÊ ÌÈÔ Î “ÐÅËßÒÈÂÈÑÒÑÊÎÉ ÌÀÑÑŔ* Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ñ ìîìåíòà âûõîäà â ñâåò ïåðâîé ðàáîòû À. Ýéíøòåéíà ïî ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ) ïðîøëî ïî÷òè 100 ëåò, ïðîäîëæàåòñÿ è ôèçè÷åñêîå, è ôèëîñîôñêîå, è ìåòîäè÷åñêîå îñìûñëåíèå ýòîé òåîðèè, êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ îñíîâîé ñîâðåìåííîãî ìèðîâîççðåíèÿ. Ó÷èòåëþ ôèçèêè ïðèõîäèòñÿ íå òîëüêî ñîîáùàòü ó÷àùèìñÿ îñíîâû ÑÒÎ, íî è óñòðàíÿòü ðÿä ìèôîâ, âîçíèêøèõ âîêðóã ýòîé òåîðèè. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì è óñòîé÷èâûì ìèôîì ÿâëÿåòñÿ ìèô î ñóùåñòâîâàíèè òàê íàçûâàåìîé “ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññû” (ÐÌ).  äàííîì ñîîáùåíèè íà îñíîâå àíàëèçà èñòîðè÷åñêèõ ôàêòîâ ïîêàçûâàåòñÿ, ÷òî ïîíÿòèå ÐÌ ïîÿâèëîñü â ôèçèêå çà íåñêîëüêî ëåò äî ñîçäàíèÿ ÑÒÎ è íå èìååò ê íåé íèêàêîãî îòíîøåíèÿ. Ñàì ñîçäàòåëü ÑÒÎ À. Ýéíøòåéí íå óïîòðåáëÿë ýòîãî íàçâàíèÿ, è ìîæíî òîëüêî ñîæàëåòü, ÷òî âåëèêèé ó÷åíûé, óäåëÿâøèé ìíîãî âíèìàíèÿ è ôèçè÷åñêèì, è ôèëîñîôñêèì ïðîáëåìàì ÑÒÎ, ìåòîäèêå åå èçëîæåíèÿ, íè ðàçó íå êîñíóëñÿ “ïðîáëåìû” ÐÌ. Òîëüêî îäíàæäû íà ñîîòâåòñòâóþùèé âîïðîñ îí ïîñîâåòîâàë íå ïîëüçîâàòüñÿ ïîíÿòèåì ÐÌ â ñèëó åå íåîïðåäåëåííîñòè. Èäåÿ î çàâèñèìîñòè ìàññû ýëåêòðîíà îò ñêîðîñòè åãî äâèæåíèÿ áûëà âûäâèíóòà Êàóôìàíîì â 1896-98ãã. Èì áûëè ïîñòàâëåíû îïûòû ïî îòêëîíåíèþ êàòîäíûõ ëó÷åé â ìàãíèòíîì ïîëå. Åñòåñòâåííî, â ñâîèõ ðàñ÷åòàõ îí ïîëüçîâàëñÿ êëàññè÷åñêèìè âûðàæåíèÿìè äëÿ èìïóëüñà è êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ýëåêòðîíà (äî ñîçäàíèÿ ÑÒÎ ïðîéäåò åùå 7-9 ëåò). Ðàñ÷åòû Êàóôìàíà ïðèâîäèëè ê ôîðìóëå, èç êîòîðîé ñëåäîâàëî, ÷òî óäåëüíûé çàðÿä ýëåêòðîíà

å çàâèñèò îò åãî ñêîðîñòè. À òàê ò

êàê åùå Ôàðàäååì áûë ñôîðìóëèðîâàí çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà, òî Êàóôìàí ïðåäïîëîæèë, ÷òî îò ñêîðîñòè çàâèñèò ìàññà ýëåêòðîíà.  òî æå âðåìÿ (1899 ã.) Ã. Ëîðåíö – çíàìåíèòûé ãîëëàíäñêèé ôèçèê, ñîçäàòåëü ýëåêòðîííîé òåîðèè * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ìåòîäè÷åñêîì ñáîðíèêå “Â ïîìîùü ó÷èòåëþ è ñòóäåíòó” èçä. ÏÎÈÏÊÐÎ, 1998ã., ¹6, ñ.106-111. Ñîàâòîð Í.Â.Ðÿáöåâà.

97

âåùåñòâà, èñïîëüçóÿ âòîðîé çàêîí Íüþòîíà, ââîäèò äëÿ ýëåêòðîíà “ïðîäîëüíóþ” è “ïîïåðå÷íóþ” ìàññû. “Ïðîäîëüíîé” ìàññîé îáëàäàåò ýëåêòðîí, ó êîòîðîãî óñêîðåíèå ñîâïàäàåò ñ íàïðàâëåíèåì äâèæåíèÿ (ñêîðîñòè), à “ïîïåðå÷íàÿ” ìàññà õàðàêòåðèçóåò äâèæåíèå ýëåêòðîíà, ó êîòîðîãî óñêîðåíèå ïåðïåíäèêóëÿðíî íàïðàâëåíèþ äâèæåíèÿ (ñêîðîñòè). Îáå ìàññû ÷àñòèöû îêàçàëèñü çàâèñÿùèìè îò ñêîðîñòè åå äâèæåíèÿ, íî ïîðàçíîìó: m ïðîä =

m 3 2 2 u

 1 −   c 2  

,

m ïîïåð =

m 1 2

.

 u 1 −   c 2   2

Íî ðåçóëüòàòû îïûòîâ Êàóôìàíà íå ñîãëàñîâàëèñü ñ ýòèìè ôîðìóëàìè Ëîðåíöà.  1900 ãîäó À. Ïóàíêàðå (ôðàíöóçñêèé ìàòåìàòèê è ôèçèê), èñïîëüçóÿ íüþòîíîâñêóþ ôîðìóëó äëÿ êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ, ââåë â óïîòðåáëåíèå “èíåðòíóþ” ìàññó, õàðàêòåðèçóþùóþ èíåðòíûå ñâîéñòâà ýëåêòðîìàãíèòíîé âîëíû. Ïóàíêàðå èñõîäèë èç òîãî, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíàÿ âîëíà, íåñóùàÿ ýíåðãèþ Å, îáëàäàåò èìïóëüñîì ð, àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà êîòîðîãî, â ñîîòâåòñòâèè ñ òåîðåìîé Óìîâà – Ïîéíòèíãà, ðàâíà Å/ñ. Ïîäñòàâëÿÿ ýòî çíà÷åíèå èìïóëüñà â ôîðìóëó äëÿ êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ, À. Ïóàíêàðå ââåë ìàññó äëÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ, ðàâíóþ Å/ñ2. Ïîñêîëüêó ýëåêòðîìàãíèòíàÿ âîëíà íå ìîæåò íàõîäèòñÿ â ïîêîå, òî íàéäåííàÿ ìàññà ÿâëÿåòñÿ äèíàìè÷åñêîé ìàññîé äâèæóùåéñÿ âîëíû. Òàê â ôèçèêå ïîÿâèëîñü òðè âèäà ìàññ: “ïðîäîëüíàÿ”, “ïîïåðå÷íàÿ” è “ðåëÿòèâèñòñêàÿ” (ýëåêòðîìàãíèòíàÿ). Ïîñëå ââîäà ôîðìóëû äëÿ ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññû À.Ïóàíêàðå, â ôèçè÷åñêîé ëèòåðàòóðå ðåëÿòèâèñòñêóþ ìàññó ñòàëè íàçûâàòü ïðîñòî ìàññîé. Íî òîãäà äîëæíà áûëà âîçíèêíóòü åùå îäíà ìàññà – “ìàññà ïîêîÿ”. Èìåííî ýòà ìàññà ñîâïàäàëà ñ íüþòîíîâñêîé ìàññîé, äëÿ åå îáîçíà÷åíèÿ ââåëè äîïîëíèòåëüíûé èíäåêñ ó ìàññû “0”: m0 . 98

Èòàê, åùå äî ñîçäàíèÿ ÑÒÎ À. Ýéíøòåéíîì â 1905 ãîäó â ôèçèêå óòâåðäèëèñü ñëåäóþùèå ìàññû: “ïðîäîëüíàÿ”, “ïîïåðå÷íàÿ”, “ðåëÿòèâèñòñêàÿ” – âñå ýòè ìàññû çàâèñåëè îò ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ÷àñòèöû (òåëà) è åùå îäíà ìàññà- “ìàññà ïîêîÿ”.  1905 ãîäó À. Ýéíøòåéí ïóáëèêóåò ðàáîòó “Ê ýëåêòðîäèíàìèêå äâèæóùèõñÿ òåë”, â êîòîðîé îí îòêàçûâàåòñÿ îò ýôèðà êàê íîñèòåëÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ êîëåáàíèé, è òåì ñàìûì óòâåðæäàåò ìàòåðèàëüíîñòü ñàìîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ñ 1905 ãîäà â íàóêå ñòàëè ðàññìàòðèâàòü äâà âèäà ìàòåðèè: âåùåñòâî è ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå. Åñëè ðàíüøå ìàññà âûñòóïàëà êàê ìåðà êîëè÷åñòâà ìàòåðèè (âåùåñòâî îòîæäåñòâëÿëîñü ñ ìàòåðèåé), òî ñ 1905 ã. (ââèäó ââåäåíèÿ åùå îäíîãî âèäà ìàòåðèè) ìàññà âûñòóïàåò êàê ìåðà âåùåñòâà, åãî èíåðòíûõ ñâîéñòâ. Íî â òîì æå ãîäó À. Ýéíøòåéí, ðàçâèâàÿ ñîäåðæàíèå ÑÒÎ, ïóáëèêóåò êîðîòêóþ çàìåòêó, â êîòîðîé ïðèõîäèò ê âûâîäó, ÷òî ìàññà òåëà ÿâëÿåòñÿ ìåðîé ñîäåðæàùåéñÿ â íåì ýíåðãèè: Å 0=mc2, ãäå Å0 – ýíåðãèÿ ïîêîÿùåãîñÿ òåëà (÷àñòèöû). È åñëè òåëî îòäàåò ∆Å

ýíåðãèþ ∆Å , òî ìàññà òåëà óìåíüøàåòñÿ íà âåëè÷èíó ∆ò = 2 : ñ (Ïðèìå÷àíèå. Íå ñëåäóåò ýòó âåëè÷èíó îòîæäåñòâëÿòü ñ òàê íàçûâàåìûì äåôåêòîì ìàññû, âîçíèêàþùèì ïðè îáðàçîâàíèè óñòîé÷èâîé ñèñòåìû âçàèìîäåéñòâóþùèõ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, íàïðèìåð -îáðàçîâàíèå ÿäðà èç íåéòðîíîâ è ïðîòîíîâ.  19051906 ãã. ñòðîåíèå ÿäðà åùå íå áûëî èçâåñòíî!). Òàêèì îáðàçîì â ÑÒÎ óòâåðæäàåòñÿ íîâîå ñîäåðæàíèå ïîíÿòèÿ “ìàññà”: îíà ÿâëÿåòñÿ ìåðîé ýíåðãèè òåëà â ñîñòîÿíèè ïîêîÿ.  1909 ãîäó Ã. Ìèíêîâñêèé (íåìåöêèé ìàòåìàòèê) ïðèäàåò ôîðìóëàì ÑÒÎ ñèììåòðè÷íûé âèä, èñïîëüçóÿ åäèíîå ÷åòûðåõìåðíîå ìíîãîîáðàçèå “ïðîñòðàíñòâî – âðåìÿ”. Íîâîå ìàòåìàòè÷åñêîå èçëîæåíèå ÑÒÎ ïîçâîëÿåò ÿð÷å óâèäåòü òî, ÷òî ââåëà ýòà òåîðèÿ â ôèçèêó è ôèëîñîôèþ. Âûøå îòìå÷àëîñü, ÷òî òåîðåòè÷åñêîå îïèñàíèå îïûòîâ Êàóôìàíà áûëî ñäåëàíî íà îñíîâå êëàññè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèé, ÑÒÎ åùå íå áûëà ñîçäàíà. Ïðè ñîñòàâëåíèè óðàâíåíèé äâèæåíèÿ áûñòðûõ ÷àñòèö íåïðåäíàìåðåííî áûëà óñòàíîâëåíà çàâèñèìîñòü 99

ìàññû îò ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ÷àñòèö (ýëåêòðîíîâ). Ñàìûì íåóäà÷íûì â ýòîì áûëî òî, ÷òî ýòó çàâèñèìîñòü ïûòàëèñü îáúÿñíèòü ôèçè÷åñêè. Ëèøü ïîñëå ñîçäàíèÿ ÑÒÎ ñòàëî ÿñíî, ÷òî äëÿ îïèñàíèÿ äâèæåíèÿ áûñòðûõ ÷àñòèö íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü íå êëàññè÷åñêèå ôîðìóëû êèíåìàòèêè è äèíàìèêè, à íîâóþ ìåõàíèêó, ìåõàíèêó ÑÒÎ. Ðàññìàòðèâàÿ ÷åòûðåõìåðíûå âåëè÷èíû ìåõàíèêè ÑÒÎ (ñêîðîñòü, èìïóëüñ, ñèëó), Ã. Ìèíêîâñêèé ïîêàçàë, ÷òî ðåëÿòèâèñòñêèé êîðåíü (1-u 2/ñ2)1/2 ïîÿâëÿåòñÿ åùå â êèíåìàòèêå ÑÒÎ è íèêàêîãî îòíîøåíèÿ ê ìàññå íå èìååò. Òàê “ýëåìåíòàðíî” ÑÒÎ îñâîáîäèëàñü îò íåôèçè÷åñêîé âåëè÷èíû – ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññû. Îäíàêî ñàìè ôèçèêè íå ìîãëè òàê “ïðîñòî” îñâîáîäèòñÿ îò î÷åðåäíîãî çàáëóæäåíèÿ. Ïðîäîëæèì èññëåäîâàíèå èñòîðèè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýòîãî çàáëóæäåíèÿ.  1909 ãîäó â ðàáîòàõ ôèçèêîâ Ëüþèñà è Òîëìåíà èñïîëüçóåòñÿ ïîíÿòèå ÐÌ ïðè îïèñàíèè äâèæåíèÿ áûñòðûõ ýëåêòðîíîâ, ïðè ðàññìîòðåíèè ïðîöåññà èõ ñòîëêíîâåíèé.  1921 ãîäó âûõîäèò êíèãà Â. Ïàóëè “Òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè”, â êîòîðîé îòáðàñûâàþòñÿ òàêèå ïîíÿòèÿ êàê “ïðîäîëüíàÿ” è “ïîïåðå÷íàÿ” ìàññû, íî çà ÐÌ ñîõðàíÿåòñÿ ïðåäñòàâëåíèå êàê î ðåàëüíîé ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíå. Çäåñü æå Â. Ïàóëè äåëàåò åùå îäíó ôèçèêî-ôèëîñîôñêóþ îøèáêó: çàêîí ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ìàññû è ýíåðãèè Â. Ïàóëè òðàêòóåò êàê çàêîí ýêâèâàëåíòíîñòè ìàññû è ýíåðãèè.  äåéñòâèòåëüíîñòè ìàññà è ýíåðãèÿ – ýòî äâå ñàìîñòîÿòåëüíûå ôèçè÷åñêèå âåëè÷èíû, ìåæäó êîòîðûìè â ÑÒÎ óñòàíàâëèâàåòñÿ ôóíäàìåíòàëüíàÿ ñâÿçü, ñâÿçü ìåæäó ýíåðãèåé ïîêîÿ è ìàññîé âåùåñòâåííîãî òåëà. Íî íå âñÿêîé ýíåðãèè ñîïîñòàâëÿåòñÿ ìàññà. Íàïðèìåð, ó ôîòîíà íåò ìàññû, ôîòîí – áåçìàññîâàÿ ÷àñòèöà, à ýíåðãèåé îí îáëàäàåò.  ÑÒÎ íåò çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ìàññû êàê â êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêå. Âñå ýòî ãîâîðèò î òîì, ÷òî ìàññà, êàê ôèçè÷åñêàÿ âåëè÷èíà, íå ýêâèâàëåíòíà ýíåðãèè, õîòÿ â îòäåëüíûõ ñëó÷àÿõ ìîæåò áûòü åé ïðîïîðöèîíàëüíà. Âñëåä çà ìîíîãðàôèåé Â. Ïàóëè âûøåë òðóä À. Ýéíøòåéíà “Ñóùíîñòü òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè”.  ýòîé ðàáîòå À. Ýéíøòåéí èñïîëüçóåò ëèøü îäíó ìàññó, òó, êîòîðàÿ ïðîïîðöèîíàëüíà ýíåðãèè ïîêîÿ Å 0. Âîçìîæíî, åñëè áû À. Ýéíøòåéí áîëåå 100

ïîñëåäîâàòåëüíî è ïîäðîáíî ïðîêîììåíòèðîâàë ñâîå óðàâíåíèå E0=mc2 è ïîêàçàë áû ðàçíèöó ìåæäó ýòîé ôîðìóëîé è ôîðìóëîé E=mc 2, òî ïîñëåäíÿÿ ôîðìóëà èñ÷åçëà áû èç ëèòåðàòóðû óæå â 20-õ ãã. ÕÕ âåêà. Íî, ê ñîæàëåíèþ, îí ýòîãî íå ñäåëà, è ÐÌ äî ñèõ ïîð “ãóëÿåò” ïî ïîïóëÿðíûì êíèãàì, ñïðàâî÷íûì ïîñîáèÿì äëÿ ïîñòóïàþùèõ â âóçû, îòäåëüíûì çàäà÷íèêàì. Èíòåðåñíî îòìåòèòü, çíàìåíèòûé ôèçèê Ð. Ôåíéìàí â ñâîèõ ëåêöèÿõ ïîñâÿùàåò âûâîäó ôîðìóëû äëÿ ÐÌ íåñêîëüêî ñòðàíèö, à çàòåì íåîæèäàííî äåëàåò ñòðàííîå çàìå÷àíèå: “íî ýòà ôîðìóëà íà ïðàêòèêå íå èñïîëüçóåòñÿ”. Òàê çà÷åì æå áûëî “îãîðîä ãîðîäèòü”?.. Åùå â 1941 ãîäó âûøåë 4-é òîì êóðñà òåîðåòè÷åñêîé ôèçèêè “Òåîðèÿ ïîëÿ” Ë. Ëàíäàó è Å. Ëèôøèöà, â êîòîðîì èçëîæåíèå ÑÒÎ ñòðîèëîñü íà áàçå ëèøü îäíîé ìàññû. Îäíàêî àâòîðû øêîëüíûõ ó÷åáíèêîâ, âêëþ÷èâ ñîãëàñíî íîâîé ïðîãðàììå ïî ôèçèêå îòäåëüíóþ ãëàâó ïî ÑÒÎ, íàðóøèëè óñòàíîâèâøóþñÿ òðàäèöèþ è ìåòîäèêó è âêëþ÷èëè â èçëîæåíèå ÑÒÎ ÐÌ. Íå îòñòàâàëè îò íèõ è àâòîðû âóçîâñêèõ ó÷åáíèêîâ ïî îáùåé ôèçèêå. Íå áóäåì ïåðå÷èñëÿòü èìåíà óâàæàåìûõ àâòîðîâ, îíè èçâåñòíû âñåì. È òîëüêî â 1977 ãîäó âûøåë âóçîâñêèé ó÷åáíèê ïî ÑÒÎ Â.À. Óãàðîâà, â êîòîðîì âïåðâûå â íàøåé ó÷åáíîé ëèòåðàòóðå íå òîëüêî íå èñïîëüçîâàëîñü ïîíÿòèå ÐÌ, íî è áûë âêëþ÷åí ñïåöèàëüíûé ïàðàãðàô, â êîòîðîì ëîãè÷åñêè áûëî ïîêàçàíî îòñóòñòâèå âñÿêîãî ôèçè÷åñêîãî ñîäåðæàíèÿ â ÐÌ. Íî øêîëüíûå è âóçîâñêèå ïðîãðàììû ïî ôèçèêå, îáøèðíàÿ íàó÷íî-ïîïóëÿðíàÿ è âñÿêàÿ äðóãàÿ ëèòåðàòóðà, êàñàâøàÿñÿ ÑÒÎ, ïðîäîëæàëè ñ âîîäóøåâëåíèåì îáñóæäàòü çàâèñèìîñòü ìàññû äâèæóùåãîñÿ òåëà îò ñêîðîñòè åãî äâèæåíèÿ. Ïîòðåáîâàëîñü âìåøàòåëüñòâî êðóïíîãî ñîâåòñêîãî ôèçèêà-òåîðåòèêà Ë.Á. Îêóíÿ, îïóáëèêîâàâøåãî áîëüøóþ ñòàòüþ â æóðíàëå ìåæäóíàðîäíîãî êëàññà “Óñïåõè ôèçè÷åñêèõ íàóê” ïîä íàçâàíèåì “Ïîíÿòèå ìàññà” (1989 ã.). Çàòåì æóðíàë “Ôèçèêà â øêîëå” ïîìåñòèë ñòàòüþ îäíîãî èç àâòîðîâ äàííîãî ñîîáùåíèÿ ïîä íàçâàíèåì “Ñóùåñòâóåò ëè ðåëÿòèâèñòñêàÿ ìàññà?” (1994 ã.). Ðàíåå âûøëî åãî ó÷åáíîå ïîñîáèå (Ã.À. Ðîçìàí Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè (1992ã). Ýòè è äðóãèå ïóáëèêàöèè î ÐÌ 101

çàñòàâèëè ñîñòàâèòåëåé øêîëüíûõ è âóçîâñêèõ ïðîãðàìì è ó÷åáíûõ ïîñîáèé íàêîíåö-òî èñêëþ÷èòü ïîíÿòèå ÐÌ. Ïîÿâèëèñü íîâûå øêîëüíûå ó÷åáíèêè (“Ôèçèêà-11” ïîä ðåä. À.À. Ïèíñêîãî, “Ôèçèêà - 11” ïîä ðåä. Øàõìàåâà Í.Ì. “Ôèçèêà-10” Ãðîìîâà Ñ.Â.), èçëàãàþùèõ îñíîâû ÑÒÎ íà ñîâðåìåííîì íàó÷íîì è ìåòîäè÷åñêîì óðîâíå. Áóäåì íàäåÿòüñÿ, ÷òî íîâîå ïîêîëåíèå ó÷èòåëåé íå áóäåò óïîòðåáëÿòü ïîíÿòèå ÐÌ è ôèçèêà çàáóäåò åùå îäèí ìèô, ñâÿçàííûé ñ òîëêîâàíèåì ÑÒÎ Ëèòåðàòóðà 1. Óãàðîâ Â.À. ÑÒÎ.-Ì., Ïðîñâåùåíèå, 1977. 2. Ðîçìàí Ã.À.. ÑÒÎ-Ïñêîâ,ÏÎÈÏÊÐÎ, 1992,1995. 3. Îêóíü Ë.Á. æ-ë “Óñïåõè ôèçè÷åñêèõ íàóê”(ÓÔÍ).ò.158, âûï. ¹, 1989. 4. Øàõìàåâ Í.Ì.è äð. Ôèçèêà-11.-Ì.,Ïðîñâåùåíèå.1994. 5. Ïèíñêèé À.À.è äð. Ôèçèêà-11.-Ì.,Ïðîñâåùåíèå, 1995. 6.Ãðîìîâ Ñ.Â. Ôèçèêà-10 –Ì.,Ïðîñâåùåíèå,1997. 7. Ìàëèíèí À.Í. Òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè â çàäà÷àõ è óïðàæíåíèÿõ, Ì.,Ïðîñâåùåíèå,1983.

102

ÊÀÊ ÎÁÎÉÒÈÑÜ ÁÅÇ “ÐÅËßÒÈÂÈÑÒÑÊÎÉ ÌÀÑÑ۔* Íåîáû÷íàÿ ñèòóàöèÿ ñëîæèëàñü â ïðåïîäàâàíèè ñîâðåìåííîé ôèçèêè êàê â ñðåäíåé, òàê è â âûñøåé øêîëå. Äåñÿòèëåòèÿìè àâòîðàìè ïî÷òè âñåõ ó÷åáíèêîâ è, îñîáåííî, ïîïóëÿðíîé ëèòåðàòóðû âíóøàëàñü (øêîëüíèêàì, ñòóäåíòàì, áóäóùèì ó÷èòåëÿì è íàó÷íûì ðàáîòíèêàì) çàâîðàæèâàþùàÿ ìûñëü î çàâèñèìîñòè ìàññû äâèæóùåãîñÿ òåëà îò ñêîðîñòè åãî äâèæåíèÿ. È âñå æå ñðåäè âñåîáùåãî çàáëóæäåíèÿ â íàøåé îòå÷åñòâåííîé ëèòåðàòóðå áûëè ó÷åíûå è ïåäàãîãè, êîòîðûå øëè “íå â íîãó”, ïîëíîñòüþ îòðèöàÿ óïîìÿíóòóþ âûøå çàâèñèìîñòü. Èõ íåìíîãî, ïîýòîìó ñòîèò èõ ïåðå÷èñëèòü. (1) Ë.Ä. Ëàíäàó, Å.Ì. Ëèôøèö Òåîðèÿ ïîëÿ Ì., ÎÃÈÇ, 1948ã.,èçä.2. (2) Â.À. Óãàðîâ Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè Ì., Íàóêà, 1977ã.,èçä.2 (3) À.Í. Ìàëèíèí Òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè â çàäà÷àõ è óïðàæíåíèÿõ Ì., Ïðîñâåùåíèå , 1983ã. (4) Ë.Á. Îêóíü Î ìàññå Ì.,èçä ÀÍ æ-ë Óñïåõè ôèçè÷åñêèõ íàóê ,1989ã.,ò.158,âûï.3. (5) Ã.À. Ðîçìàí Ñóùåñòâóåò ëè “ðåëÿòèâèñòñêàÿ ìàññà”? Ì., Ïðîñâåùåíèå , æ-ë Ôèçèêà â øêîëå, 1994ã., ¹4, ñ.42-45 ; Ó÷åáíîå ïîñîáèå “Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè”, Ïñêîâ, èçä.ÏÎÈÏÊÐÎ, 1992, 1995ãã.  èçäàòåëüñòâå “Ïðîñâåùåíèå” âûøëè íîâûå øêîëüíûå ó÷åáíèêè (6-8), â êîòîðûõ àâòîðû èëè âîîáùå íå óïîìèíàþò î “ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññå”(ÐÌ), èëè ñ ñîæàëåíèåì ãîâîðÿò î ìíîãîëåòíåì çàáëóæäåíèè â ñîâðåìåííîé ôèçè÷åñêîé íàóêå.  äàííîì ñîîáùåíèè ìû ñíîâà âîçâðàùàåìñÿ ê ïðîáëåìå î ÐÌ. Ýòîìó åñòü íåñêîëüêî ïðè÷èí, ïàãóáíî âëèÿþùèõ íà ôîðìèðîâàíèå íàó÷íîãî ìèðîâîççðåíèÿ îêàí÷èâàþùèõ ñðåäíþþ øêîëó. * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â æ-ëå “Ôèçèêà â øêîëå”, Ì., èçä. ”Ïðåññ”, ¹5, ñ.71-74; âàðèàíò ñòàòüè îïóáëèêîâàí â ìåòîäè÷åñêîì ñá. “ ïîìîùü ó÷èòåëþ è ñòóäåíòó”, Ïñêîâ, ÏÃÏÈ, âûï. ¹8, ñ.57-63, ñîàâòîðû Âîðîáüåâà Ì.È.,Ìîèñååâ, È.È., Ñèëèíà Â.Ñ.

103

Äî ñèõ ïîð ó áîëüøèíñòâà ó÷àùèõñÿ ñðåäíåé øêîëû ðàáî÷èì ïîñîáèåì ÿâëÿåòñÿ êíèãà àâòîðîâ (9) “Ôèçèêà – 11”, àêòèâíûõ ñòîðîííèêîâ ðåàëüíîñòè ÐÌ è åå èçó÷åíèÿ è èñïîëüçîâàíèÿ ïðè îáúÿñíåíèè ðÿäà ÿâëåíèé è ðåøåíèÿ çàäà÷ (10).  íåñêîëüêèõ ïîñëåäíèõ ïåðåèçäàíèÿõ àâòîðû (9) ïûòàþòñÿ â ïîäñòðî÷íûõ ïðèìå÷àíèÿõ óáåäèòü ó÷àùèõñÿ (è ó÷èòåëåé) â ñóùåñòâîâàíèè êàêèõ-òî äâóõ ôèçèê: òåîðåòè÷åñêîé è ýêñïåðèìåíòàëüíîé.  ïåðâîé èç íèõ “ ñóùåñòâóåò òåíäåíöèÿ ïîíÿòèå ÐÌ íå ââîäèòü”. Íî, âî – ïåðâûõ, ôèçèêà êàê íàóêà åäèíà, âî – âòîðûõ, ñóùåñòâóåò íå äâå óïîìÿíóòûå âûøå ôèçèêè, à äâà ìåòîäà – òåîðåòè÷åñêèé è ýêñïåðèìåíòàëüíûé – èçó÷åíèÿ ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé. È åñëè “òåîðåòèêè” íå ïîëüçóþòñÿ ïîíÿòèåì ÐÌ, òî ÷òî áóäóò èçó÷àòü è èññëåäîâàòü ýêñïåðèìåíòàòîðû? Çíàìåíèòûé ôèçèê ÕÕ âåêà Ð.Ôåéíìàí â ñâîèõ ëåêöèÿõ (èçä.3, ò.1-2, ñ.298), ïîòðàòèâ íåñêîëüêî ñòðàíèö íà âûâîä ôîðìóëû ÐÌ, äåëàåò çàìå÷àíèå: 2 2 1/2 “Êàê íè ñòðàííî ôîðìóëà m=m0/(1-v /c ) î÷åíü ðåäêî óïîòðåáëÿåòñÿ íà ïðàêòèêå”. Î÷åíü æàëü, ÷òî Ð. Ôåéíìàí íå âûÿñíèë ïðè÷èíó òàêîãî îòíîøåíèÿ ê ÐÌ. Ïðèâåäåì ïðîòèâîïîëîæíîå ïîäñòðî÷íîå ïðèìå÷àíèå, êîòîðîå àâòîð (8) äåëàåò â ñâÿçè ñ óïîìèíàíèåì î ÐÌ. “Ïðåäñòàâëåíèå î çàâèñèìîñòè ìàññû îò ñêîðîñòè, êîòîðîå ìîæíî âñòðåòèòü â íåêîòîðûõ ñòàðûõ êíèãàõ ïî òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, âûçâàíî îøèáî÷íûì òîëêîâàíèåì ïðèñóòñòâèÿ êâàäðàòíîãî êîðíÿ â ôîðìóëå r r u 2 p = mu 1 − 2 c 

   

−

1 2

.

Íå ïîíèìàÿ, ÷òî êîðåíü ïîÿâèëñÿ â ðåçóëüòàòå ïåðåõîäà îò ñîáñòâåííîãî âðåìåíè ê êîîðäèíàòíîìó(ëàáîðàòîðíîìó), àâòîðû ýòèõ êíèã ïðèïèñàëè åãî ïðîèñõîæäåíèå óâåëè÷åíèþ “èíåðòíûõ” ñâîéñòâ ðàçãîíÿþùåãîñÿ òåëà, ïîëàãàÿ, ÷òî p = m ∗u , 104

 u2 ãäå m∗ = m1 − 2 c 

   

−

1 2

- ìàññà, çàâèñÿùàÿ îò ñêîðîñòè.

Íà ñàìîì äåëå íèêàêîãî èçìåíåíèÿ âíóòðåííèõ ñâîéñòâ ïðè óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè íå ïðîèñõîäèò, è ïîýòîìó ôîðìàëüíî ââåäåííàÿ âåëè÷èíà m* íå ìîæåò íàçûâàòüñÿ ìàññîé”.  ñâÿçè ñ çàâèäíûì óïîðñòâîì, êîòîðîå ïðîÿâëÿþò ñòîðîííèêè ÐÌ, èìååò ñìûñë íàïîìíèòü èñòîðèþ åå ïîÿâëåíèÿ â ôèçèêå (4). Êàê íè ïîêàæåòñÿ óäèâèòåëüíûì ìíîãèì èç íàñ, ïîíÿòèå ÐÌ áûëî ââåäåíî â íàøó íàóêó åùå çà íåñêîëüêî ëåò äî ñîçäàíèÿ ÑÒÎ À. Ýéíøòåéíîì â 1905 ãîäó. Èäåÿ çàâèñèìîñòè ìàññû ýëåêòðîíà îò ñêîðîñòè åãî äâèæåíèÿ áûëà âûñêàçàíà Â. Êàóôìàíîì â 1898 ã. Èì áûëè ïîñòàâëåíû îïûòû ïî îòêëîíåíèþ êàòîäíûõ ëó÷åé â ìàãíèòíîì ïîëå.  òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ Â. Êàóôìàí, åñòåñòâåííî, ïîëüçîâàëñÿ êëàññè÷åñêèìè âûðàæåíèÿìè äëÿ èìïóëüñà è êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ýëåêòðîíà. Ìàòåìàòè÷åñêèå âûêëàäêè ïðèâîäèëè ê ôîðìóëå, èç êîòîðîé ñëåäîâàëî, ÷òî óäåëüíûé çàðÿä ýëåêòðîíà çàâèñèò îò ñêîðîñòè åãî äâèæåíèÿ. À òàê êàê åùå Ì. Ôàðàäåé (1834 ã.) ñôîðìóëèðîâàë çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà, òî Êàóôìàí ïðåäïîëîæèë, ÷òî îò ñêîðîñòè çàâèñèò ìàññà ýëåêòðîíà.  òî æå âðåìÿ (1899 ã.) çíàìåíèòûé ãîëëàíäñêèé ôèçèê Ã. Ëîðåíö, èñïîëüçóÿ ôîðìóëó 2-ãî çàêîíà Íüþòîíà, ââîäèò äëÿ ýëåêòðîíà “ïðîäîëüíóþ” è “ïîïåðå÷íóþ” ìàññû (íàçâàíèÿ ñâÿçàíû ñ îðèåíòàöèåé âåêòîðîâ ñêîðîñòè ýëåêòðîíà è äåéñòâóþùåé íà íåãî ñèëû). Îáå ìàññû îêàçàëèñü çàâèñÿùèìè îò ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ÷àñòèöû, íî ïî-ðàçíîìó è íå òàê (ó ïðîäîëüíîé ìàññû), êàêóþ çàâèñèìîñòü ââîäèë Êàóôìàí.  1900 ã. À. Ïóàíêàðå, èñïîëüçóÿ íüþòîíîâñêóþ ôîðìóëó äëÿ êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ, ââåë â óïîòðåáëåíèå ýëåêòðîìàãíèòíóþ ìàññó, õàðàêòåðèçóþùóþ èíåðòíûå ñâîéñòâà ýëåêòðîìàãíèòíîé âîëíû mýëåêòðîìàãíèòàÿ=Å/ñ2. Òàê â ôèçèêå ïîÿâèëèñü òðè âèäà ìàññ: “ïðîäîëüíàÿ”, “ïîïåðå÷íàÿ” è “ðåëÿòèâèñòñêàÿ” (“ýëåêòðîìàãíèòíàÿ”). Äëÿ îòëè÷èÿ ýòèõ ìàññ îò íüþòîíîâñêîé, ó ïîñëåäíåé ïîÿâèëñÿ èíäåêñ “0” : m0 . 105

 1905 ãîäó À. Ýéíøòåéí â ñâîåé ðàáîòå “Ê ýëåêòðîäèíàìèêå äâèæóùèõñÿ òåë”, â êîòîðîé áûëè èçëîæåíû îñíîâû ÑÒÎ, óòâåðæäàåò ìàòåðèàëüíîñòü ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ îòêàçîì îò íåîáõîäèìîñòè äëÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí ñïåöèôè÷åñêîé ñðåäû - ýôèðà. È òåïåðü ìàññà âûñòóïàåò ëèøü êàê ìåðà êîëè÷åñòâà âåùåñòâà, åãî èíåðòíûõ ñâîéñòâ (êàê ó Íüþòîíà).  ñëåäóþùåé ðàáîòå, ïîñâÿùåííîé ÑÒÎ, À. Ýéíøòåéí ïðèõîäèò ê âûâîäó, ÷òî ìàññà òåëà ÿâëÿåòñÿ ìåðîé ñîäåðæàùåéñÿ â íåì ýíåðãèè: Å0=mc2, ãäå Å0 – ýíåðãèÿ ïîêîÿùåãîñÿ òåëà, êîòîðîé îíî îáëàäàåò èç ôàêòà ñâîåãî ñóùåñòâîâàíèÿ, èíäåêñ ó ìàññû Ýéíøòåéí îïóñêàåò. Åñëè ýíåðãèÿ ïîêîÿùåãîñÿ òåëà èçìåíÿåòñÿ (â ïðîöåññå èçëó÷åíèÿ èëè ïîãëîùåíèÿ) íà âåëè÷èíó ∆Å , òî åãî ìàññà òîæå èçìåíÿåòñÿ (â òîì æå íàïðàâëåíèè – óìåíüøàåòñÿ èëè óâåëè÷èâàåòñÿ) íà âåëè÷èíó ∆m = ∆E / c 2 .  ýòèõ ðàññóæäåíèÿõ ïðîñìàòðèâàþòñÿ òå ôèëîñîôñêèå ïðîáëåìû, êîòîðûå ñòàíóò ïðè÷èíîé èëè îòâåðæåíèÿ ÑÒÎ “êàê èäåàëèñòè÷åñêîãî ó÷åíèÿ” (áóäòî - áû ýíåðãèÿ ïðåâðàùàåòñÿ â ìàññó èëè íàîáîðîò, ÷òî íèêàê íå ñëåäóåò èç îäíî íàïðàâëåííîñòè èçìåíåíèÿ ∆Å è ∆m ), èëè èñêàæåíèÿ åå ñîäåðæàíèÿ (áóäòî – áû ìàññà ýêâèâàëåíòíà ýíåðãèè, õîòÿ îíè – äâå ñàìîñòîÿòåëüíûå ôèçè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè, ìåæäó êîòîðûìè ÑÒÎ óñòàíîâèëà ôóíäàìåíòàëüíóþ ñâÿçü).  1909ã. Ã. Ìèíêîâñêèé ïðèäàåò ÑÒÎ íîâîå ìàòåìàòè÷åñêîå ïðåäñòàâëåíèå (âñïîìíèì, ÷òî êëàññè÷åñêàÿ ìåõàíèêà èìååò ðàçíûå ïðåäñòàâëåíèÿ: 1).  ôîðìå Íüþòîíà; 2).  ôîðìå Ëàãðíàæà; 3).  ôîðìå Ãàìèëüòîíà). Ðàññìàòðèâàÿ ÷åòûðåõìåðíûå âåëè÷èíû ìåõàíèêè ÑÒÎ (ñêîðîñòü, èìïóëüñ, ñèëó), Ìèíêîâñêèé ïîêàçàë, ÷òî ðåëÿòèâèñòñêèé êîðåíü (1-u2/c2)1/2 ïîÿâëÿåòñÿ åùå â êèíåìàòèêå ÑÒÎ è íèêàêîãî îòíîøåíèÿ ê ìàññå íå èìååò. Òàê “ýëåìåíòàðíî” ÑÒÎ îñâîáîäèëàñü îò íåôèçè÷åñêîé âåëè÷èíû - ÐÌ. Îäíàêî, èñòîðèÿ ñ ÐÌ íå çàêîí÷èëàñü. Âîò ïî÷åìó îíà “æèâà” è ñåãîäíÿ. Íå èìåÿ âîçìîæíîñòè ïðîäîëæàòü ðàññìîòðåíèå äàëüíåéøåé ìèôîëîãèçàöèè ÐÌ, îòñûëàåì 106

÷èòàòåëÿ ê ðàáîòå (4), à òàêæå ê ïðåäûäóùåé ñòàòüå â ýòîì ñáîðíèêå. Ìèô î ÐÌ ðàçâåÿí. Î÷åíü æàëü, ÷òî âåëèêèé À. Ýéíøòåéí, ïðèäàâàâøèé áîëüøîå çíà÷åíèå ïåäàãîãè÷åñêèì ïðîáëåìàì, íå óäåëèë ñâîåãî âíèìàíèÿ îáñóæäàåìîìó âîïðîñó, õîòÿ ñàì íå ïîëüçîâàëñÿ ïîíÿòèåì î ÐÌ ( òîëüêî îäíàæäû â 1947 ã.íà ïðÿìîé âîïðîñ î ÐÌ Ýéíøòåéí ïîñîâåòîâàë íå ïîëüçîâàòüñÿ ýòèì ïîíÿòèåì â ñèëó åãî íåîïðåäåëåííîñòè). È ñåãîäíÿ, ê ñîæàëåíèþ, èìåþòñÿ ñòîðîííèêè èñïîëüçîâàíèÿ ïîíÿòèÿ î ÐÌ (ñì. ññûëêó î ÐÌ â ó÷åáíèêå (9) è â äèñêóññèè (10)). Ïðàâäà, íåêîòîðûå èç íèõ ïûòàþòñÿ ôèçè÷åñêîå çàáëóæäåíèå ñâåñòè ê òåðìèíîëîãèè (10). Íî, âî-ïåðâûõ, êàêàÿ æå ýòî òåðìèíîëîãèÿ, êîãäà ïûòàþòñÿ ôèçè÷åñêè “îáúÿñíèòü” çàâèñèìîñòü ìàññû òåëà îò ñêîðîñòè åãî äâèæåíèÿ; âî-âòîðûõ, çà÷åì ïîëüçîâàòüñÿ ïîíÿòèåì, êîòîðîå “íà ïðàêòèêå íå ðàáîòàåò” (11)? Íàðóøàåòñÿ îñíîâíîå òðåáîâàíèå ìåòîäèêè ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè – ââîäèìîå ïîíÿòèå äîëæíî “ðàáîòàòü”. Õîðîøî, ÷òî ïîÿâèëèñü ðàçíîîáðàçíûå è ãðàìîòíûå ïîñîáèÿ äëÿ ñðåäíåé øêîëû (6, 7, 8). Íî âûçûâàåò óäèâëåíèå “ðàáîòà” ðåäàêòîðà íîðìàòèâíîãî ñáîðíèêà øêîëüíûõ ïðîãðàìì ïî ôèçèêå (12): â ÷àñòè ïðîãðàìì ðåêîìåíäóåòñÿ èçó÷àòü “çàâèñèìîñòü ìàññû îò ñêîðîñòè”, â äðóãèõ æå – òîëüêî “âçàèìîñâÿçü ìàññû è ýíåðãèè”. Ñîçäàåòñÿ âïå÷àòëåíèå, ÷òî ðåäàêòîð ñáîðíèêà, íåñóùåãî ïîëíóþ îòâåòñòâåííîñòü çà íåïðîòèâîðå÷èâîñòü ïðîãðàìì, ñàì íå ðàçîáðàëñÿ â âîïðîñå î ÐÌ. Óæå íåñêîëüêî ëåò ïðîâîäèòñÿ ðàçðåêëàìèðîâàííîå ïëàòíîå Âñåðîññèéñêîå òåñòèðîâàíèå âûïóñêíèêîâ. Òàêàÿ ïðîáà ñèë ïðîâîäèòñÿ è â íàøåì ãîðîäå. Íî ñêîëüêî îãîð÷åíèé äîñòàâëÿþò ó÷àùèìñÿ (è èõ ó÷èòåëÿì è ðîäèòåëÿì) ðåçóëüòàòû, ñíèæåíèå îáùåãî áàëëà, åñëè ñðåäè çàäà÷ áûëà çàäà÷à íà ÐÌ, î êîòîðîé ó÷èòåëü (íà ÷òî èìåë ïîëíîå ïðàâî) íå ñîîáùàë è íå ðåøàë ñîîòâåòñòâóþùèå çàäà÷è. Ïðîøëî óæå 8 ëåò, êàê æóðíàë “Ôèçèêà â øêîëå”-íàø ãëàâíûé Âñåðîññèéñêèé ìåòîäè÷åñêèé æóðíàë ïðîâåë äèñêóññèþ î ÐÌ (“çàòðàâî÷íóþ” ñòàòüþ â æóðíàë íàïèñàë àâòîð ýòèõ ñòðîê) è îò èìåíè ðåäàêöèè ïðîôåññîð À. À. Ïèíñêèé âûíåñ âåðäèêò: ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññû íåò è åå íóæíî èñêëþ÷èòü 107

èç øêîëüíîé ïðîãðàììû (10). Íî âîò ìåòîäè÷åñêèå æóðíàëû äëÿ âûñøåé øêîëû îòñòðàíèëèñü îò ýòîé ïðîáëåìû. Åñëè ïðåïîäàâàòåëè ïåäèíñòèòóòîâ îáÿçàíû ÷èòàòü æóðíàë “Ôèçèêà â øêîëå”, òî çà ïðåïîäàâàòåëåé òåõíè÷åñêèõ âóçîâ ìû íå ìîæåì ïîðó÷èòüñÿ. Ñêîëüêî ó÷åáíûõ ïîñîáèé äëÿ àáèòóðèåíòîâ ïîÿâèëîñü íà ïðèëàâêàõ è ëîòêàõ, ñêîëüêî “øïàðãàëîê” è “ðåøåáíèêî┠ðàñïðîñòðàíÿþò ìèô î ÐÌ. Áîëüøèíñòâî èç ýòèõ êíèã íàïèñàíî ïðåïîäàâàòåëÿìè âóçîâ! Îòñþäà ñ íåîáõîäèìîñòüþ ñëåäóåò îòðåøèòüñÿ îò ÐÌ åùå â øêîëüíûå ãîäû. Íî êàê áûòü , êîãäà áîëüøèíñòâî ó÷åáíèêîâ è çàäà÷íèêîâ äëÿ ñðåäíåé è âûñøåé øêîëû (äàæå èçäàíèÿ 2001 ãîäà!) ñîäåðæàò çàâåäîìî îøèáî÷íûå ñâåäåíèÿ íå òîëüêî î ÐÌ, íî è î ìàññå ôîòîíà, î ñîêðàùåíèé òåë ïðè äâèæåíèè, î ïðåâðàùåíèè ìàññû â ýíåðãèþ? Íèæå ìû õîòèì ïðåäëîæèòü ðÿä ìåòîäè÷åñêèõ ñîâåòîâ, êîòîðûå ïîçâîëÿò õîòÿ áû âðåìåííî èñïîëüçîâàòü ñòàáèëüíûå ó÷åáíûå ïîñîáèÿ, “íàïîëíåííûå” óêàçàííûìè àíàõðîíèçìàìè. Âî âñåõ ïðåæíèõ ó÷åáíûõ ïîñîáèÿõ è çàäà÷íèêàõ ïðèâîäèëñÿ ãðàôèê çàâèñèìîñòè ìàññû îò ñêîðîñòè. Ïîñêîëüêó òàêîé çàâèñèìîñòè íå ñóùåñòâóåò, òî öåëåñîîáðàçíî àíàëèçèðîâàòü ãðàôèê çàâèñèìîñòè ðåëÿòèâèñòñêîãî èìïóëüñà (ÐÈ) ÷àñòèöû îò ñêîðîñòè (ðèñ.1): P = m u (1-u2/c2)-1/2. Ó÷àùèìñÿ ìîæíî ïðåäëàãàòü ïåðåôðàçèðîâàòü çàäà÷è, ñâÿçàííûå ñ ÐÌ, íà ðàñ÷åò èëè èçìåíåíèå ÐÈ. Ðèñ. 1. Ìíîãî çàäà÷ ïî ÑÒÎ ñîõðàíÿþò ñâîé ñìûñë, òàê êàê íå èìåþò îòíîøåíèÿ ê ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññå. Ýòî êàñàåòñÿ, â ïåðâóþ î÷åðåäü, çàäà÷ ïî ðàñ÷åòó äåôåêòà ìàññû è ýíåðãèè ñâÿçè íóêëîíîâ â ÿäðå. Ê òàêèì çàäà÷àì îòíîñÿòñÿ è òå, â êîòîðûõ ðàññ÷èòûâàåòñÿ èçìåíåíèå ýíåðãèè (è, ñîîòâåòñòâåííî, ìàññû) â ðåçóëüòàòå ïåðåäà÷è (îòíÿòèÿ) òåëó ýíåðãèè, íàïðèìåð, â ðåçóëüòàòå îáëó÷åíèÿ (èñïóñêàíèÿ), 108

òåïëîïåðåäà÷è (íàïðèìåð, íàãðåâ âîäû) èëè ñîâåðøåíèÿ ðàáîòû âíåøíèìè ñèëàìè(íàïðèìåð, èçìåíåíèå ýíåðãèè ïðóæèíû ïðè åå äåôîðìàöèè). Åñòü è çàäà÷è – “ëîâóøêè”, íàïðèìåð, òàêîãî ñîäåðæàíèÿ: èçìåíèòñÿ ëè êîëè÷åñòâî âûäåëèâøåéñÿ ýíåðãèè ïðè ñãîðàíèè äðîâ, åñëè èõ ïîäíÿòü ñ çåìëè íà âòîðîé ýòàæ (òàê êàê ïðè ñãîðàíèè äðîâ âûñâîáîæäàåòñÿ õèìè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ, îáóñëîâëåííàÿ âçàèìîäåéñòâèåì âàëåíòíûõ ýëåêòðîíîâ, òî äîáàâî÷íàÿ ýíåðãèÿ ïîäíÿòûõ äðîâ îñòàíåòñÿ â çîëå, ïîäíÿòûå íà 2-é ýòàæ äðîâà íå «òåïëåå»òåõ, ÷òî ñãîðÿò íà ïåðâîì ýòàæå). Êóðüåçíåå îáñòîèò äåëî ñ òàê íàçûâàåìîé “ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññîé ôîòîíà”.Î÷åíü ÷àñòî ôîòîíó ïðèïèñûâàåòñÿ ìàññà ñîãëàñíî ôîðìóëå: mô =

E c

2

=

hν c2

.

Îäíàêî, ìû èìååì äåëî ñ åùå îäíèì çàáëóæäåíèåì, èìåþùèì îòíîøåíèå ê ïðàâèëüíîìó òîëêîâàíèþ ÑÒÎ. Ôîòîí – ýòî èñòèííî ðåëÿòèâèñòñêàÿ ÷àñòèöà, âñåãäà äâèæóùàÿñÿ ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ â îäíîðîäíîé è èçîòðîïíîé ñðåäå, â âàêóóìå ýòà ñêîðîñòü ïðåäåëüíà è íå çàâèñèò îò äâèæåíèÿ èñòî÷íèêà èëè íàáëþäàòåëÿ. Ôîòîí – ýòî åäèíñòâåííàÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî íàáëþäàåìàÿ ÷àñòèöà, ìàññà êîòîðîé ðàâíà íóëþ, ôîòîí – ýòî áåçìàññîâàÿ ÷àñòèöà (ó íåéòðèíî ýíåðãèÿ ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ ýÂ, ãèïîòåòè÷åñêèé ãðàâèòîí ýêñïåðèìåíòàëüíî åùå íå îáíàðóæåí). Ôîòîí íå óñêîðÿåòñÿ è íå çàìåäëÿåòñÿ. Êàòåãîðè÷åñêè íóæíî îòêàçàòüñÿ îò ðåøåíèÿ çàäà÷, â êîòîðûõ ôèãóðèðóåò “ðåëÿòèâèñòñêàÿ ìàññà ôîòîíà”. Âî ìíîãèõ ó÷åáíèêàõ è çàäà÷íèêàõ äëÿ âûñøåé øêîëû (íàïðèìåð (13)) ÐÌ èñïîëüçóåòñÿ òàì, ãäå îíà ñîâñåì íå íóæíà. Ðàññìîòðèì òèïè÷íûé ïðèìåð, îáõîäÿñü áåç ÐÌ. Ïðèâåäåì àíàëèòè÷åñêîå ðåøåíèå çàäà÷è ïî ðàññåÿíèþ ôîòîíà íà íåïîäâèæíîì ñâîáîäíîì ýëåêòðîíå (ýôôåêò Êîìïòîíà).  ïðîöåññå ðàññåÿíèÿ âûïîëíÿþòñÿ çàêîíû ñîõðàíåíèÿ è 109

ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè è èìïóëüñà çàìêíóòîé ñèñòåìû “ôîòîí + ýëåêòðîí”: Eγ + E e 0 = Eγ ′ + E e , r r r p γ + 0 = pγ ′ + p e ,

ãäå Eγ = hω - ýíåðãèÿ ôîòîíà äî ðàññåÿíèÿ, Eγ ′ = hω ` - ýíåðãèÿ ôîòîíà ïîñëå ðàññåÿíèÿ, Å å0 =mc 2 – ýíåðãèÿ ýëåêòðîíà äî ñòîëêíîâåíèÿ ñ ôîòîíîì, Ee =

mc 2 1−

u2 c2

−

ïîëíàÿ ýíåðãèÿ ýëåêòðîíà îòäà÷è.

 ðåçóëüòàòå àëãåáðàè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàíèÿ (ñ èñïîëüçîâàíèåì ÷åðòåæà), ïîëó÷àåì: ω' =

1+

hω mc 2

ω (1 − cos Θ)

<ω

Êàê ñàìà ôèçè÷åñêàÿ íàóêà, òàê è ìåòîäèêà åå èçëîæåíèÿ, èçìåíÿþòñÿ. Ýòî åñòåñòâåííî. Íååñòåñòâåííî òî, ÷òî, çíàÿ î òîì, ÷òî ÐÌ íå ñóùåñòâóåò, íåêîòîðûå àâòîðû ïðîäîëæàþò “ðàáîòàòü” ñ íåé. Ïîðà ñôîðìóëèðîâàòü øêîëüíûå ïðîãðàììû ïî ôèçèêå îäíîçíà÷íî äëÿ âñåõ âàðèàíòîâ øêîëüíîãî îáó÷åíèÿ. Ïîðà óáðàòü èç ïîñîáèÿ (9) íàáðàííîå ïåòèòîì “îáîñíîâàíèå” ÐÌ, êîòîðîå ïî ìåíüøåé ìåðå âûçûâàåò óäèâëåíèå. Íåîáõîäèìî, ïî âèäèìîìó, èçäàòü äîïîëíåíèå ê ðàçäåëó ÑÒÎ øêîëüíûõ ó÷åáíèêîâ, íàïðèìåð, â âèäå êðàòêîãî âàðèàíòà çàäà÷íèêà (3), äîïîëíèâ åãî òåîðåòè÷åñêèì ïàðàãðàôîì. Ñ÷èòàåì íåîáîñíîâàííûì èñêëþ÷åíèå èç áèëåòîâ âûïóñêíûõ ýêçàìåíîâ îáùåîáðàçîâàòåëüíûõ êëàññîâ âîïðîñû ïî ÑÒÎ (14), òåì áîëåå, ÷òî â ïðîãðàììå âñòóïèòåëüíûõ ýêçàìåíîâ ïî ôèçèêå â âóçû âîïðîñîâ ïî ÑÒÎ åñòü (15). Ôèçèêà âñåãäà áûëà, åñòü è áóäåò 110

îñíîâîé íàó÷íîãî ìèðîâîççðåíèÿ. Íåäîïóñòèìî, ÷òîáû âûïóñêíèê íàøèõ øêîë-÷åëîâåê ÕÕ1 âåêà íå çíàë îñíîâ ÑÒÎ, ïî êàêîìó áû ïðîôèëþ îí íå ïîëó÷èë ñðåäíåå îáðàçîâàíèå. Ëèòåðàòóðà (1) Ë.Ä. Ëàíäàó, Å.Ì. Ëèôøèö Òåîðèÿ ïîëÿ, Ì., ÎÃÈÇ, 1948ã., 2-å èçä. (2) Â.À. Óãàðîâ Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè Ì., Íàóêà, 1977ã. èçä.2-å. (3) À.Í. Ìàëèíèí Òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè â çàäà÷àõ è óïðàæíåíèÿõ Ì.,Ïðîñâåùåíèå,1983ã. (4) Ë.Á. Îêóíü Î ìàññå Ì., èçä. ÀÍ æ-ë “Óñïåõè ôèçè÷åñêèõ íàóê”,1989ã.,ò.158, âûï.3. (5) Ã.À .Ðîçìàí Ñóùåñòâóåò ëè “ðåëÿòèâèñòñêàÿ ìàññà”? Ì., Ïðîñâåùåíèå, æ-ë “Ôèçèêà â øêîëå”, 1994ã., ¹4, ñ.42-45. (6) Í.Ì. Øàõìàåâ è äð. Ôèçèêà-11, Ì., 1994ã. (7) À.À. Ïèíñêèé è äð. Ôèçèêà-11 , Ì., 1995ã. (8) Ñ.Â. Ãðîìîâ Ôèçèêà-10 Ì., 1997ã. (9) Ã.ß .Ìÿêèøåâ, Á.Á Áóõîâåö Ôèçèêà-11, Ì., 1991ã. (10) Æóðíàë “Ôèçèêà â øêîëå”, 1994ã., ¹4, ðàçäåë “Äèñêóññèÿ î ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññå”. (11) Ð. Ôåéíìàí è äð. Ôåéíìàíîâñêèå ëåêöèè ïî ôèçèêå Ì., Ìèð, 1976ã., âûï1-2, ãë.16,ñ.298,5 ñòðîêà ñíèçó. (12) Ñáîðíèê “Ïðîãðàììû îáùåîáðàçîâàòåëüíûõ ó÷ðåæäåíèé. Ôèçèêà, àâòðîíîìèÿ”, Ì., Ïðîñâåùåíèå, 1996ã.,ñ.103, 145. (13) Ý. Øïîëüñêèé Àòîìíàÿ ôèçèêà ò.1, Ì., Íàóêà, 1974ã., ñ.395-400. (14) Æóðíàë “Ôèçèêà â øêîëå” Ì., èçä-âî “Øêîëà-Ïðåññ”, 1993ã.,¹2, ñ.26-40 (15) “Ôèçèêà” ¹10, ìàðò 1998ã.,ñ.15 (åæåíåäåëüíîå ïðèëîæåíèå ê ãàçåòå “Ïåðâîå ñåíòÿáðÿ”).

111

ÎÐÃÀÍÈÇÀÖÈß È ÌÅÒÎÄÈÊÀ ÏÐÎÂÅÄÅÍÈß ÇÀÍßÒÈÉ ÏÎ ÔÀÊÓËÜÒÀÒÈÂÓ “ÎÑÍÎÂÛ ÑÏÅÖÈÀËÜÍÎÉ ÒÅÎÐÈÈ ÎÒÍÎÑÈÒÅËÜÍÎÑÒȔ Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ), ÿâëÿÿñü ñîâðåìåííûì ó÷åíèåì î ñâîéñòâàõ ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è äâèæåíèÿ, ëåæèò â îñíîâå ôîðìèðîâàíèÿ ñîâðåìåííîãî íàó÷íîãî ìèðîâîççðåíèÿ. Íåîáõîäèìîñòü åå èçó÷åíèÿ îïðåäåëåíà ãîñóäàðñòâåííûì ñòàíäàðòîì. Îäíàêî, ÿâëÿåòñÿ ïàðàäîêñîì, ÷òî íà èçó÷åíèå ýòîãî âàæíîãî, è íå ïîáîèìñÿ ñêàçàòü, òðóäíîãî ðàçäåëà øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè ìàêñèìàëüíî îòâîäèòñÿ 5 óðîêîâ. ×òî ìîæåò ñäåëàòü ó÷èòåëü çà ýòîò îòðåçîê âðåìåíè? Ôàêòè÷åñêè, íè÷åãî. Íå ïîýòîìó ëè ìíîãèå ó÷èòåëÿ âûíóæäåíû çàìåíÿòü èçó÷åíèå ÑÒÎ ëèøü çíàêîìñòâîì ñ íåé ? Âîò óæå áîëåå 3-õ äåñÿòêîâ ëåò àâòîð ÷èòàåò ïî øêîëàì îáçîðíûå ëåêöèè ïî ÑÒÎ, ìíîãèå ãîäû ïðîâîäèë îáùåãîðîäñêîé ôàêóëüòàòèâ, à òåïåðü ïðèâëåêàåò ê ýòîé âàæíîé ðàáîòå ñòóäåíòîâ-ôèçèêîâ. Óæå íåñêîëüêî òûñÿ÷ øêîëüíèêîâ ã. Ïñêîâà è îáëàñòè èçó÷àëè îñíîâû ÑÒÎ íà ôàêóëüòàòèâíûõ çàíÿòèÿõ, ïðîâîäèìûõ ñòóäåíòàìè-äèïëîìíèêàìè. Íèæå ïðèâîäèòñÿ ïðîãðàììà ôàêóëüòàòèâà ïî ÑÒÎ è òåçèñû îòäåëüíûõ çàíÿòèé. Êóðñ ðàññ÷èòàí íà äåñÿòü ïàðíûõ ó÷åáíûõ çàíÿòèé. Ìåòîäèêà ïðîâåäåíèÿ çàíÿòèé îòëè÷àåòñÿ îò ìåòîäèêè ïðîâåäåíèÿ îáû÷íûõ óðîêîâ, â îñíîâíîì, áîëüøèì ïî îáúåìó òåîðåòè÷åñêèì ìàòåðèàëîì, íåîáõîäèìîñòüþ çàïèñè ó÷àùèìèñÿ ïîä äèêòîâêó ñîîáùàåìîãî ìàòåðèàëà (â ýòîì îòíîøåíèè íàì óäàëîñü øèðîêî èñïîëüçîâàòü óïîìèíàåìîå íèæå ó÷åáíîå ïîñîáèå è èçáàâèòüñÿ îò äèêòîâêè). Íî ìû ïîñòîÿííî èñïîëüçîâàëè ôðîíòàëüíûé îïðîñ ïî ìàòåðèàëó ïðåäûäóùèõ çàíÿòèé, ðàññêàç íîâîãî ìàòåðèàëà âåëñÿ ìåòîäîì áåñåäû (÷àñòî ñ èñïîëüçîâàíèåì ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ àâòîðà ýòèõ ñòðîê “Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè”, êîòîðîå ïðîäàåòñÿ â ìàãàçèíå “Çîëîòàÿ ñîâà” ïðè ÏÎÈÏÊÐÎ ïî ñìåõîòâîðíîé äëÿ íûíåøíèõ âðåìåí öåíå - 1,5 ðóá!). Äëèòåëüíîñòü çàíÿòèÿ ïîçâîëÿëà ïðîâîäèòü äåòàëüíîå çàêðåïëåíèå íîâîãî ìàòåðèàëà,îáÿçàòåëüíî äàâàëîñü çàäàíèå íà äîì (ïî ó÷åáíîìó 112

ïîñîáèþ) è, åñëè îñòàâàëîñü âðåìÿ, ñîîáùàëñÿ äîïîëíèòåëüíûé ìàòåðèàë èç áèîãðàôèè ñîçäàòåëÿ ÑÒÎ – À. Ýéíøòåéíà. ×àñòî ïî çàâåðøåíèè êóðñà ïðîâîäèëàñü êîíôåðåíöèÿ, âûïóñêàëñÿ “Áþëëåòåíü î ÑÒΔ, ÷òî ïîçâîëÿëî ïîçíàêîìèòü ñ óäèâèòåëüíîé òåîðèåé è òåõ ó÷àùèõñÿ, êîòîðûå íå ïîñåùàëè ôàêóëüòàòèâ. Îòìå÷àÿ âàæíîñòü èçó÷åíèÿ “Îñíîâ ÑÒΔ ó÷àùèìèñÿ, ñëåäóåò ñêàçàòü è î çíà÷åíèè ýòîé òâîð÷åñêîé ðàáîòû è äëÿ ñàìîãî ó÷èòåëÿ ôèçèêè, äëÿ åãî âíóòðåííåãî è âíåøíåãî ñàìîóòâåðæäåíèÿ, äëÿ ïîëó÷åíèÿ òâîð÷åñêîãî óäîâëåòâîðåíèÿ ïðè ðàáîòå ñ ñàìûìè ëþáîçíàòåëüíûìè øêîëüíèêàìè. ÏÐÎÃÐÀÌÌÀ ÔÀÊÓËÜÒÀÒÈÂÀ ÏÎ ÑÒÎ

1-å çàíÿòèå. Îçíàêîìëåíèå ó÷àùèõñÿ ñ ïðîãðàììîé êóðñà. Âîññòàíîâëåíèå â ïàìÿòè ó÷àùèõñÿ çíàíèé ïî îñíîâàì êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè, îá îñíîâíûõ êëàññè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèÿõ î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèè. Ñèñòåìà îòñ÷åòà, ìåòðèçàöèÿ ïðîñòðàíñòâà è ñèíõðîíèçàöèÿ ÷àñîâ â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå. 2-å çàíÿòèå. Ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ. Ôîðìóëû Ãàëèëåÿ. Àáñîëþòíûå è îòíîñèòåëüíûå âåëè÷èíû â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå. Èíâàðèàíòíîñòü çàêîíîâ ìåõàíèêè. 3-å çàíÿòèå. Ðåøåíèå çàäà÷ (ñ âûáîðîì ðàçëè÷íûõ ñèñòåì îòñ÷åòà). 4-å çàíÿòèå. Ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè è êëàññè÷åñêàÿ ýëåêòðîäèíàìèêà Ýôèð. Îïûòû ïî îáíàðóæåíèþ ýôèðà (ÿâëåíèå àáåððàöèè, îïûò Ôèçî, îïûò Ìàéêåëüñîíà). 5-å çàíÿòèå. Ïîñòóëàòû À. Ýéíøòåéíà, èõ êàæóùàÿñÿ ïðîòèâîðå÷èâîñòü. Îòíîñèòåëüíîñòü îäíîâðåìåííîñòè, âðåìåíè, äëèíû. 6-å çàíÿòèå. Ôîðìóëû Ëîðåíöà (áåç âûâîäà), êèíåìàòè÷åñêèå ñëåäñòâèÿ èç íèõ. 7-å çàíÿòèå. Ðåøåíèå çàäà÷ ïî êèíåìàòèêå ÑÒÎ. 8-å çàíÿòèå. Èíòåðâàë, åãî èíâàðèàíòíîñòü, äâà âèäà èíòåðâàëà. Ñâåòîâîé êîíóñ. 9-å çàíÿòèå. Äèíàìèêà ÑÒÎ. Ôîðìóëû À. Ýéíøòåéíà, èõ ñîäåðæàíèå. Ðåøåíèå çàäà÷ ïî äèíàìèêå ÑÒÎ 113

10-å çàíÿòèå. “ Ïàðàäîêñû” ÑÒÎ. Ðîëü ÑÒÎ â ôèçèêå, ôèëîñîôèè, â ýêîíîìèêå, ñîöèàëüíîé æèçíè îáùåñòâà è êóëüòóðå. Ïî çàâåðøåíèþ çàíÿòèé ôàêóëüòàòèâà ïðîâîäèòñÿ çà÷åò èëè ïî áèëåòàì, èëè ïî äîêëàäàì, òåìàòèêà êîòîðûõ áûëà ñîîáùåíà â íà÷àëå âñåõ çàíÿòèé. Êðàòêîå ñîäåðæàíèå ó÷åáíûõ çàíÿòèé. 1-å çàíÿòèå. Êðàòêîå èçëîæåíèå ïðîãðàììû ôàêóëüòàòèâà. Ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ – àòðèáóòû ìàòåðèè. Ïðåäñòàâëåíèÿ äðåâíèõ î ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè. Íüþòîí – îñíîâîïîëîæíèê êëàññè÷åñêîé ôèçèêè. Ñèñòåìà îòñ÷åòà â êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêå è â ñîâðåìåííîé ôèçèêå. 2-å çàíÿòèå. Çíàêîìñòâî ñ ðàáîòàìè Ãàëèëåÿ. Ôîðìóëèðîâêè êëàññè÷åñêîãî ïðèíöèïà îòíîñèòåëüíîñòè. Ôîðìóëû ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè Ãàëèëåÿ. Àáñîëþòíîñòü âðåìåíè, âðåìåííûõ ïðîìåæóòêîâ, îòíîñèòåëüíîñòü êîîðäèíàòû, àáñîëþòíîñòü äëèíû. Âûâîä ôîðìóëû ñëîæåíèÿ ñêîðîñòåé. Àáñîëþòíîñòü óñêîðåíèÿ, ìàññû, ñèëû â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå. Èíâàðèàíòíîñòü ôîðìóëû 2-ãî çàêîíà ìåõàíèêè. 3-å çàíÿòèå. Ðåøåíèå çàäà÷ ïî êèíåìàòèêå è äèíàìèêå êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè (ãëàâíàÿ öåëü – çàôèêñèðîâàòü â ñîçíàíèè ó÷àùèõñÿ, ÷òî áåç âûáîðà ñèñòåìû îòñ÷åòà íåâîçìîæíî ðåøàòü ôèçè÷åñêèå çàäà÷è). Çàäà÷è ïîäáèðàëèñü èç ïîñîáèÿ àâòîðà. Òàê êàê áîëüøèíñòâî èõ ñíàáæåíî ïîäðîáíûìè ðåøåíèÿìè, òî ó÷àùèìñÿ ïðåäëàãàëîñü ïðåäâàðèòåëüíî ïîçíàêîìèòüñÿ ñ ýòèìè ðåøåíèÿìè, à íà çàíÿòèè “îçâó÷èòü” èõ è ïðîâåñòè ìåòîäè÷åñêè îïðàâäàííóþ çàïèñü. 4-å çàíÿòèå. Çàíÿòèå ïîñâÿùåíî òùàòåëüíîìó àíàëèçó îïûòîâ, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ ïûòàëèñü îáíàðóæèòü ãèïîòåòè÷åñêèé ýôèð. Ïîä÷åðêèâàåòñÿ, ÷òî ýôèð íóæåí áûë êëàññè÷åñêîé ôèçèêå íå òîëüêî êàê ñâåòîíîñíàÿ ñðåäà, íî è äëÿ ïîèñêà àáñîëþòíîé ñèñòåìû îòñ÷åòà, íåîáõîäèìîé äëÿ óòâåðæäåíèÿ íüþòîíîâñêèõ ïðåäñòàâëåíèé î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèè. Àíàëèç îïûòîâ Áðàäëåÿ, Ôèçî è Ìàéêåëüñîíà âûÿâëÿåò ïðîòèâîðå÷èâîñòü ïîâåäåíèÿ ýôèðà â íàáëþäàåìûõ ÿâëåíèÿõ, ÷òî ïðèâîäèò ê êðèçèñó â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå. 114

5-å çàíÿòèå. Ýòî çàíÿòèå ÿâëÿåòñÿ öåíòðàëüíûì. Àíàëèç Ýéíøòåéíîì êðèçèñà ãèïîòåçû îá ýôèðå ïðèâîäèò åãî ê îòâåðæåíèþ ýôèðà êàê íîñèòåëÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí è ïðèçíàíèþ ìàòåðèàëüíîñòè ñàìîãî ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Äëÿ ïîñòðîåíèÿ íîâîãî ó÷åíèÿ î ñâîéñòâàõ ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è äâèæåíèÿ Ýéíøòåéí âûäâèãàåò äâà ïîñòóëàòà. Ïîêàçûâàåòñÿ, ÷òî îíè íå ïðîòèâîðå÷àò äðóã äðóãó, à ïðîòèâîðå÷àò êëàññè÷åñêèì ïðåäñòàâëåíèÿì. Óñòàíàâëèâàåòñÿ (êà÷åñòâåííî) îòíîñèòåëüíîñòü âðåìåííûõ ïðîìåæóòêîâ è äëèíû(ýòî äîñòèãàåòñÿ àíàëèçîì ìûñëåííîãî ýêñïåðèìåíòà ñ “Âàãîíîì Ýéíøòåéíà” è ââåäåíèÿ ñïîñîáà îïðåäåëåíèÿ äëèíû äâèæóùåãîñÿ òåëà). 6-å çàíÿòèå. Ïîñëå ïîâòîðåíèÿ ìàòåðèàëà ïðåäûäóùåãî çàíÿòèÿ, äàþòñÿ áåç âûâîäà ôîðìóëû ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè â ÑÒÎ – ôîðìóëû Ëîðåíöà (â îòäåëüíûå ãîäû, â çàâèñèìîñòè îò óðîâíÿ ïîäãîòîâëåííîñòè ó÷àùèõñÿ, ïðîâîäèëñÿ âûâîä ôîðìóë Ëîðåíöà, òàê êàê ýòî çàêðåïëÿåò ñîäåðæàíèå ïîñòóëàòîâ ÑÒÎ, íî òðåáóåò, îäíàêî, âðåìåíè ïî÷òè öåëîãî çàíÿòèÿ). Íà îñíîâàíèè ôîðìóë Ëîðåíöà âûâîäèëèñü ôîðìóëû îòíîñèòåëüíîñòè âðåìåííûõ ïðîìåæóòêîâ è äëèíû. Ââîäèëèñü ïîíÿòèÿ “ñîáñòâåííîé äëèòåëüíîñòè” è “ñîáñòâåííîé äëèíû”. Äåëàëñÿ âûâîä ðåëÿòèâèñòñêîé òåîðåìû ñëîæåíèÿ ñêîðîñòåé. Óòâåðæäàëñÿ âàæíûé ïðèíöèï ñîâðåìåííîé ôèçèêè – ïðèíöèï ñîîòâåòñòâèÿ íà êîíêðåòíûõ ïðèìåðàõ ôîðìóë ÑÒÎ. 7-å çàíÿòèå. Ðåøåíèå çàäà÷ ïî êèíåìàòèêå ÑÒÎ (çàäà÷è ïîäáèðàëèñü èç ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ àâòîðà). 8-å çàíÿòèå. Ïîñòóëèðóåòñÿ “èíòåðâàë”, êàê íîâàÿ àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà â ÑÒÎ, ñèìâîëèçèðóþùàÿ íåðàçðûâíîñòü ïðîñòðàíñòâåííûõ è âðåìåííûõ ïðåäñòàâëåíèé â ÑÒÎ, óòâåðæäàþùàÿ íîâîå ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîå ìíîãîîáðàçèå “ïðîñòðàíñòâî-âðåìÿ”. Ââîäÿòñÿ äâà èíòåðâàëà: âðåìåííîïîäîáíûé è ïðîñòðàíñòâåííî-ïîäîáíûé. Àíàëèçèðóåòñÿ êðèòåðèé ïðè÷èííî-ñëåäñòâåííûõ ñâÿçåé â ÑÒÎ. Ñòðîèòñÿ “ñâåòîâîé êîíóñ”. 9-å çàíÿòèå. Îíî ïîñâÿùåíî äèíàìèêå ÑÒÎ. Àíàëèçèðóþòñÿ äâå ôîðìóëû Ýéíøòåéíà äëÿ ýíåðãèè. Óòâåðæäàåòñÿ áåçìàññîâîñòü ôîòîíà. Ââîäÿòñÿ ïîíÿòèÿ äåôåêòà ìàññû è 115

ýíåðãèè ñâÿçè. Çàâåðøàåòñÿ çàíÿòèå ðåøåíèåì íåñêîëüêèõ íåáîëüøèõ çàäà÷ ïî äèíàìèêå ÑÒÎ. 10-å çàíÿòèå. Ôàêòè÷åñêè îíî ÿâëÿåòñÿ èòîãîâûì, òàê êàê íà íåì ðàññìàòðèâàþòñÿ “ïàðàäîêñû”, óñòðàíèòü êîòîðûå íåëüçÿ áåç ïîíèìàíèÿ îñíîâ ÑÒÎ. Ñîîáùåíèÿ î “ïàðàäîêñàõ” äåëàþò ñàìè ó÷àùèåñÿ, îíè æå, ïðèâëåêàÿ àóäèòîðèþ, ïûòàþòñÿ óñòðàíèòü êàæóùèåñÿ ïðîòèâîðå÷èÿ. Çàâåðøàåò çàíÿòèå ïðåïîäàâàòåëü, ðàññêàçûâàÿ î çíà÷åíèè ÑÒÎ êàê â èñòîðèè ðàçâèòèÿ ôèçèêè, òàê è â èñòîðèè ðàçâèòèÿ ÷åëîâå÷åñêîãî îáùåñòâà. “  äâóõ ñëîâàõ” ðàññêàçûâàåòñÿ îá îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè.

116

ÝËÅÌÅÍÒÛ ÇÎÍÍÎÉ ÒÅÎÐÈÈ ÍÀ ÓÐÎÊÀÕ ÔÈÇÈÊÈ* Ñîâåðøåíñòâîâàíèå ìåòîäèêè ïðåïîäàâàíèÿ, ïîèñêè íîâûõ ïðèåìîâ èçëîæåíèÿ, â îñîáåííîñòè íîâûõ ðàçäåëîâ øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè – âàæíàÿ çàäà÷à, êîòîðàÿ âñåãäà ñòîèò ïåðåä òâîð÷åñêè ðàáîòàþùèì ó÷èòåëåì. Íèæå èçëàãàåòñÿ îäíà èç ïîïûòîê ðåøåíèÿ óêàçàííîé çàäà÷è ïðè èçëîæåíèè òåìû “Ïîëóïðîâîäíèêè”.  òå÷åíèå ðÿäà ëåò â íåñêîëüêèõ øêîëàõ ã.Ïñêîâà è îáëàñòè èçëîæåíèå ýòîé òåìû ïðîâîäèëîñü ïî ïðåäëîæåííîé íàìè ìåòîäèêå íà îñíîâå èñïîëüçîâàíèÿ ýëåìåíòîâ çîííîé òåîðèè (ñ ýòîé òåîðèåé ó÷àùèåñÿ çíàêîìÿòñÿ íà ôàêóëüòàòèâíûõ çàíÿòèÿõ ïî êóðñó “Ñòðîåíèå è ñâîéñòâà âåùåñòâà”- 10 êëàññ). Áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî óñâîåíèå ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà ïî íîâîé ìåòîäèêå ïðîèñõîäèò óñïåøíåå è ñ áîëüøèì èíòåðåñîì, ÷åì â êîíòðîëüíûõ êëàññàõ, â êîòîðûõ èçó÷åíèå ýòîé òåìû òåì æå ó÷èòåëåì âåëîñü òðàäèöèîííûì ñïîñîáîì. Ðàçáîð ñâîéñòâ ïîëóïðîâîäíèêîâ íà îñíîâå çîííûõ ïðåäñòàâëåíèé äàâàë ó÷àùèìñÿ ñîâðåìåííîå è åäèíñòâåííî ïðàâèëüíîå òîëêîâàíèå ðÿäà ÿâëåíèé, â ÷àñòíîñòè, îáúÿñíÿëñÿ è ñàì ôàêò ñóùåñòâîâàíèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâ, ÷òî íå ìîæåò îáúÿñíèòü êëàññè÷åñêàÿ ýëåêòðîííàÿ òåîðèÿ. Îñíîâû çîííîé òåîðèè èñïîëüçîâàëèñü çàòåì äëÿ îáúÿñíåíèÿ òàêèõ ÿâëåíèé, êàê îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà òâåðäûõ òåë, â òîì ÷èñëå ëþìèíåñöåíöèè, îáðàçîâàíèå ýëåêòðåòíîãî ñîñòîÿíèÿ è äð. Ýòî íå òîëüêî äàâàëî âûèãðûø âî âðåìåíè, òàê êàê èçó÷åíèå âñåõ ýòèõ âîïðîñîâ âåëîñü íà îäíîé è òîé æå ôèçè÷åñêîé îñíîâå, ÷òî è ïðè èçó÷åíèå ýëåêòðè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîëóïðîâîäíèêîâ, íî, ÷òî íå ìåíåå âàæíî, ðàñêðûâàëî ïåðåä ó÷àùèìèñÿ âçàèìîñâÿçü ìåæäó, êàçàëîñü áû, äàëåêèìè ìåæäó ñîáîé ôèçè÷åñêèìè ÿâëåíèÿìè. À ýòî íåîáõîäèìî äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ó ó÷àùèõñÿ íàó÷íîãî ìèðîâîççðåíèÿ. Êàê è â íûíå äåéñòâóþùåé ïðîãðàììå, íà èçëîæåíèå òåìû “Ïîëóïðîâîäíèêè” íà îñíîâå çîííûõ ïðåäñòàâëåíèé òàêæå * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ìåòîäè÷åñêîì ñáîðíèêå “Âîïðîñû ïðåïîäàâàíèÿ øêîëüíîãî êóðñà ôèçèêè” 1986ã., âûï. ¹1, ñ.21-26. Ñîàâòîð Ë.À.Ñåðãååâà.

117

îòâîäèòñÿ 5 óðîêîâ. Ïðèâåäåì äëÿ ñðàâíåíèÿ ïîóðî÷íîå ïëàíèðîâàíèå èçó÷åíèÿ òåìû ïî äâóì ìåòîäèêàì: Ðàññìîòðèì êðàòêî ñîäåðæàíèå è ìåòîäèêó ïðîâåäåíèÿ çàíÿòèé ñ èñïîëüçîâàíèåì ýëåìåíòîâ çîííîé òåîðèè. Ýëåêòðè÷åñêèå ñâîéñòâà òâåðäûõ òåë îïðåäåëÿþòñÿ çîííîé Ïî ïðèíÿòîé ìåòîäèêå

Íà îñíîâå çîííûõ ïðåäñòàâëåíèé

ñòðóêòóðîé èõ ýíåðãåòè÷åñêîãî ñïåêòðà. Êëàññèôèêàöèÿ òâåðäûõ òåë îñíîâûâàåòñÿ, â îñíîâíîì, íà øèðèíå çàïðåòíîé çîíû è íà õàðàêòåðå ðàñïðåäåëåíèÿ ýëåêòðîíîâ ïî ýíåðãåòè÷åñêèì çîíàì. Íà ïåðâîì óðîêå ó÷àùèìñÿ ñîîáùàåòñÿ, ÷òî èçìåíåíèå ýíåðãåòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ ýëåêòðîíà â àòîìå ïðîèñõîäèò äèñêðåòíî, ñêà÷êîîáðàçíî.  ðàññêàçå èñïîëüçóþòñÿ çíàíèÿ ó÷àùèõñÿ î ñòðîåíèè àòîìà, ïîëó÷åííûå èìè êàê íà óðîêàõ ôèçèêè, òàê è õèìèè.  çàêëþ÷åíèå äàåòñÿ ãðàôè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ýíåðãåòè÷åñêèõ ñîñòîÿíèé ýëåêòðîíà â èçîëèðîâàííîì àòîìå. Êàê è íà ïîñëåäóþùèõ óðîêàõ, ó÷àùèåñÿ êðàòêî çàïèñûâàþò îñíîâíîå ñîäåðæàíèå ðàññêàçà ó÷èòåëÿ. Íà âòîðîì óðîêå ðàññìàòðèâàåòñÿ èäåàëèçèðîâàííûé ïðîöåññ îáðàçîâàíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí. Ïðè èçëîæåíèè ìàòåðèàëà èñïîëüçóþòñÿ ãðàôèêè ýíåðãåòè÷åñêèõ ñîñòîÿíèé ýëåêòðîíîâ â àòîìàõ. Ïîêàçûâàåòñÿ, êàê ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ 118

îáìåí ýëåêòðîíàìè ìåæäó äâóìÿ, òðåìÿ è ò.ä. âçàèìîäåéñòâóþùèìè àòîìàìè. Ïðè îáðàçîâàíèè óñòîé÷èâîé ñèñòåìû èç N àòîìîâ, ïðîèñõîäèò îáúåäèíåíèå èõ ýíåðãåòè÷åñêèõ óðîâíåé. Íî îáúåäèíåííûå óðîâíè íå ñëèâàþòñÿ â îäèí, à îáðàçóþò ñèñòåìó èç N áëèçêî ðàñïîëîæåííûõ ïîäóðîâíåé. Òàêîé îáúåäèíåííûé óðîâåíü, ñîñòîÿùèé èç N áëèçêî ðàñïîëîæåííûõ ïîäóðîâíåé, ïîëó÷èë íàçâàíèå ýíåðãåòè÷åñêîé çîíû, à ïî íàçâàíèþ ýòîãî ôèçè÷åñêîãî îáðàçà è âñÿ òåîðèÿ íàçûâàåòñÿ çîííîé òåîðèåé. Ó÷àùèìñÿ äàþòñÿ ïîíÿòèÿ î âàëåíòíîé çîíå, çîíå ïðîâîäèìîñòè è çàïðåòíîé çîíå. Îáúÿñíÿåòñÿ, ÷òî â ïðîöåññå ýëåêòðîïðîâîäíîñòè ó÷àñòèå ïðèíèìàþò ëèøü òå ýëåêòðîíû, êîòîðûå ìîãóò âîçáóæäàòüñÿ íà ñâîáîäíûå óðîâíè â äàííîé èëè âûøå ðàñïîëîæåííîé çîíå. Ïîñëå êðàòêîãî ðàññìîòðåíèÿ îñíîâ çîííîé òåîðèè, “ñòðîÿòñÿ” ýíåðãåòè÷åñêèå ñõåìû äèýëåêòðèêîâ, ïîëóïðîâîäíèêîâ è ìåòàëëîâ (ïðîâîäíèêîâ). Âíèìàíèå ó÷àùèõñÿ îáðàùàåòñÿ íà òî, ÷òî çîííàÿ òåîðèÿ ÿâëÿåòñÿ ñëåäóþùèì ïîñëå êëàññè÷åñêîé ôèçèêè ýòàïîì ðàçâèòèÿ íàóêè, è ÷òî òîëüêî â íåé óäàëîñü îáúÿñíèòü ñóùåñòâîâàíèå îáøèðíîãî êëàññà âåùåñòâ, ïîëó÷èâøèõ íàçâàíèå ïîëóïðîâîäíèêîâ. Ñ ïîìîùüþ çîííûõ ñõåì ÷èñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ è ïîëóïðîâîäíèêîâ ñ ïðèìåñÿìè, ýíåðãåòè÷åñêèå óðîâíè ñîñòîÿíèé ýëåêòðîíîâ êîòîðûõ ðàñïîëàãàþòñÿ â çàïðåòíîé çîíå èñõîäíîãî ïîëóïðîâîäíèêà, íà òðåòüåì óðîêå ðàññìàòðèâàåòñÿ ñîáñòâåííàÿ è ïðèìåñíàÿ ïðîâîäèìîñòü ýòîãî êëàññà âåùåñòâ. Òàê íàçûâàåìàÿ ñîáñòâåííàÿ ïðîâîäèìîñòü ÷èñòûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ âîçíèêàåò òîãäà, êîãäà ýëåêòðîíû âàëåíòíîé çîíû ïîëó÷àþò èçâíå äîñòàòî÷íóþ ýíåðãèþ, ÷òîáû ïðåîäîëåòü çàïðåòíóþ çîíó è ïåðåéòè èç âàëåíòíîé çîíû â çîíó ïðîâîäèìîñòè. Îêàçàâøèñü â ñâîáîäíîé çîíå, ýòè ýëåêòðîíû ìîãóò ïðèäòè â íàïðàâëåííîå äâèæåíèå, íàïðèìåð, ïîä äåéñòâèåì âíåøíåãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî è âîçíèêàåò òîê â ïîëóïðîâîäíèêå. Íî ýòî ëèøü ÷àñòü òîêà, âîçíèêàþùåãî â ÷èñòîì ïîëóïðîâîäíèêå. Ïîñëå ïåðåõîäà ýëåêòðîíîâ èç âàëåíòíîé çîíû â çîíó ïðîâîäèìîñòè â âàëåíòíîé çîíå âîçíèêàþò âàêàíòíûå (ñâîáîäíûå) ñîñòîÿíèÿ. Áëàãîäàðÿ ýòîìó è ýëåêòðîíû, òåïåðü óæå â íå ïîëíîñòüþ çàïîëíåííîé âàëåíòíîé çîíå, ìîãóò ïðèäòè â 119

íàïðàâëåííîå äâèæåíèå ïîä âíåøíèì âîçäåéñòâèåì, ò. å. ñîçäàòü òîê. Ñ òî÷êè çðåíèÿ çîííîé òåîðèè ýëåêòðè÷åñêèé òîê â ÷èñòîì ïîëóïðîâîäíèêå ñîçäàåòñÿ äâèæåíèåì ýëåêòðîíîâ êàê â çîíå ïðîâîäèìîñòè, òàê è â âàëåíòíîé çîíå, åñëè òàì âîçíèêëè ñâîáîäíûå ñîñòîÿíèÿ. Îäíàêî, óäîáíåå ãîâîðèòü íå î äâèæåíèè áîëüøîãî ÷èñëà ýëåêòðîíîâ â âàëåíòíîé çîíå, êîòîðûå ïîñëåäîâàòåëüíî çàíèìàþò îñâîáîäèâøèåñÿ ýíåðãåòè÷åñêèå ñîñòîÿíèÿ, à î äâèæåíèè ñâîáîäíîãî âàêàíòíîãî ñîñòîÿíèÿ, ïîëó÷èâøåãî íàçâàíèå “äûðêè”, êîòîðàÿ äâèæåòñÿ, êàê ýòî î÷åâèäíî, â ïðîòèâîïîëîæíîì, ÷åì ýëåêòðîíû, íàïðàâëåíèè. Ïîñëåäíåå îáñòîÿòåëüñòâî ïîçâîëÿåò ïðèïèñàòü “äûðêàì” ýôôåêòèâíûé ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä, ïðîòèâîïîëîæíûé çàðÿäó ýëåêòðîíà (Âíèìàíèå! Ðåçóëüòèðóþùèé òîê â ÷èñòîì ïîëóïðîâîäíèêå ðàâåí àðèôìåòè÷åñêîé ñóììå ýëåêòðîííîãî òîêà â çîíå ïðîâîäèìîñòè è ýëåêòðîííîãî òîêà â âàëåíòíîé çîíå. “Äûðêà” ââîäèòñÿ òîëüêî äëÿ óïðîùåíèÿ ðàññóæäåíèé, â âàëåíòíîé çîíå äâèæóòñÿ âñå-òàêè ýëåêòðîíû!). Ïðèìåñíàÿ ïðîâîäèìîñòü ïîëóïðîâîäíèêîâ âîçíèêàåò òîãäà, êîãäà ýíåðãåòè÷åñêèå óðîâíè ïðèìåñè ðàñïîëàãàþòñÿ â çàïðåòíîé çîíå âáëèçè åå äíà èëè âåðõà. Ñîîòâåòñòâåííî ïðèìåñü íàçûâàåòñÿ “àêöåïòîðîì” èëè “äîíîðîì”. Ó÷àùèìñÿ îáúÿñíÿåòñÿ ïðîèñõîæäåíèå òàêèõ íàçâàíèé. Òàê êàê ïðèìåñíûå àòîìû íàõîäÿòñÿ äàëåêî äðóã îò äðóãà â êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêå áàçèñíîãî ïîëóïðîâîäíèêà è âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó íèìè ïðàêòè÷åñêè íåò, òî ïðèìåñíûå óðîâíè íå “ñëèâàþòñÿ” â çîíû: ôèçè÷åñêîé îñíîâîé îáðàçîâàíèÿ ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí ÿâëÿåòñÿ âçàèìîäåéñòâèå àòîìîâ òâåðäîãî òåëà. Íà ÷åòâåðòîì óðîêå ïðè ïîìîùè çîííûõ ñõåì ðàññìàòðèâàåòñÿ îáðàçîâàíèå ð– n - ïåðåõîäà ïðè êîíòàêòå ïîëóïðîâîäíèêîâ ñ ðàçíûìè òèïàìè ïðîâîäèìîñòè ( ïðè íàëè÷èè äîíîðíîé ïðèìåñè ïîëóïðîâîäíèêè íàçûâàþòñÿ ïîëóïðîâîäíèêàìè n- òèïà, åñëè ïðèìåñü îáëàäàåò àêöåïòîðíûìè ñâîéñòâàìè – ïîëóïðîâîäíèêàìè ð- òèïà). Òàê æå ïðè ïîìîùè çîííûõ ñõåì ðàññìàòðèâàåòñÿ âûïðÿìëÿþùåå ñâîéñòâî ð – n - ïåðåõîäà, êîòîðîå íàõîäèò ïðèìåíåíèå â ïîëóïðîâîäíèêîâîì äèîäå. Ïî íàøåé ìåòîäèêå ðàññìîòðåíèå 120

ñâîéñòâ òðàíçèñòîðà íå âûçûâàåò çàòðóäíåíèå, òàê êàê ñ òî÷êè çðåíèÿ çîííîé òåîðèè òðàíçèñòîð ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê äâîéíîé äèîä, îäèí èç ð – n - ïåðåõîäîâ êîòîðîãî ìîæåò ìåíÿòü ñâîþ ïðîâîäèìîñòü â òàêò âíåøíåãî ñèãíàëà, âòîðîé æå ð – n – ïåðåõîä, êàê ïðàâèëî, íàõîäèòñÿ â çàïîðíîì ñîñòîÿíèè; ó ýòèõ äâóõ ð – n – ïåðåõîäîâ îäèí ïîëóïðîâîäíèê ÿâëÿåòñÿ îáùèì (“áàçà”). Ðàçëè÷àþò òðàíçèñòîðû ð – n - ð - è n – ð -n - âèäîâ.  çàâåðøåíèå èçó÷åíèÿ òåìû íà 5-ì óðîêå ðàññìàòðèâàåòñÿ ïðàêòè÷åñêîå èñïîëüçîâàíèå ñâîéñòâ ïîëóïðîâîäíèêîâ, ïðè÷åì, ôèçè÷åñêèå îñíîâû ðàáîòû ýòèõ ïðèáîðîâ ðàçáèðàþòñÿ òàêæå ïðè ïîìîùè çîííûõ ñõåì. Ìíîãîêðàòíîå èñïîëüçîâàíèå íàøåé ìåòîäèêè ïðè èçó÷åíèè òåìû “Ïîëóïðîâîäíèêè” ïîçâîëÿåò óòâåðæäàòü î äîñòóïíîñòè òàêîãî èçëîæåíèÿ ìàòåðèàëà ó÷àùèìñÿ 10-õ êëàññîâ. Î íàó÷íîñòè è îáùíîñòè òàêîãî ïîäõîäà ãîâîðèëîñü âûøå.  ïðåäëàãàåìîì ìåòîäå ÿâíî ïðîÿâëÿåòñÿ ìåæïðåäìåòíàÿ ñâÿçü, î çíà÷åíèè êîòîðîé íåò íåîáõîäèìîñòè ãîâîðèòü äîïîëíèòåëüíî. Èç ñêàçàííîãî âûøå, îäíàêî, íå ñëåäóåò äåëàòü âûâîä, ÷òî ó ó÷èòåëÿ íå âîçíèêàþò îïðåäåëåííûå òðóäíîñòè, áîëüøèíñòâî èç êîòîðûõ óñòðàíÿþòñÿ òåðïåëèâûì ïîâòîðíûì îáúÿñíåíèåì ìàòåðèàëà. Ðàññìîòðèì íåêîòîðûå èç ýòèõ òðóäíîñòåé. Öåíòðàëüíîé ìåòîäè÷åñêîé çàäà÷åé âòîðîãî óðîêà ÿâëÿåòñÿ ôîðìèðîâàíèå ó ó÷àùèõñÿ ïîíÿòèÿ “ýíåðãåòè÷åñêàÿ çîíà”. Íåñìîòðÿ íà êàæóùóþñÿ ïðîñòîòó âîïðîñà ïðèõîäèòñÿ ïðåîäîëåâàòü ó ó÷àùèõñÿ æåëàíèå “óâèäåòü” ýíåðãåòè÷åñêóþ çîíó âíóòðè òâåðäîãî òåëà. Òðåáóåòñÿ ðàçúÿñíåíèå, ÷òî “ýíåðãåòè÷åñêàÿ çîíà” – ýòî ìîäåëüíûé îáðàç êâàíòîâîé òåîðèè, ïîçâîëÿþùèé íå íàãëÿäíîñòü ñîâðåìåííîé ôèçèêè ñäåëàòü “íàãëÿäíîé”. Íà 4-ì óðîêå îïðåäåëåííóþ òðóäíîñòü ïðåäñòàâëÿåò ðàññìîòðåíèå ïðè ïîìîùè çîííîé ñõåìû îáðàçîâàíèå êîíòàêòíîé ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ íà ãðàíèöå ð- è n- òèïîâ. Ýòà ìåòîäè÷åñêàÿ òðóäíîñòü ïðåîäîëåâàåòñÿ áëàãîäàðÿ “íàãëÿäíîñòè” ýíåðãåòè÷åñêîé ñõåìû ð – n- ïåðåõîäà. Äèôôóçèÿ êàæäîãî ïîñëåäóþùåãî ýëåêòðîíà èç ïîëóïðîâîäíèêà n- òèïà â ïîëóïðîâîäíèê ð – òèïà òðåáóåò ïðåîäîëåíèÿ îòòàëêèâàþùåãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ðàíåå äèôôóíäèðîâàâøèõ ýëåêòðîíîâ. 121

Ïîýòîìó ýëåêòðîíû, ïåðåøåäøèå â ïîëóïðîâîäíèê ð – òèïà ïî îòíîøåíèþ ê ñâîåìó ïåðâîíà÷àëüíîìó ñîñòîÿíèþ áóäóò îáëàäàòü èçáûòî÷íîé ýíåðãèåé, ÷òî íà çîííîé ñõåìå îòîáðàæàåòñÿ îòíîñèòåëüíûì ïîäíÿòèåì âñåõ óðîâíåé â ïîëóïðîâîäíèêå ð – òèïà ïî îòíîøåíèþ ê èõ ïåðâîíà÷àëüíîìó ïîëîæåíèþ. Äèôôóçèÿ ïîñëåäóþùèõ ýëåêòðîíîâ çàìåäëÿåòñÿ è, íàêîíåö, íàñòóïàåò äèíàìè÷åñêîå ðàâíîâåñèå. Ïîñëå òîãî, êàê áóäåò ðàçúÿñíåíî îáðàçîâàíèå ð -n –ïåðåõîäà, ðàçáîð åãî ðàáîòû ïðè âûïðÿìëåíèè ïåðåìåííîãî òîêà óæå íå âûçîâåò ñåðüåçíûõ çàòðóäíåíèé. Ïðè ýòîì áîëüøóþ ïîìîùü ñíîâà îêàçûâàþò çàãîòîâëåííûå çàðàíåå çîííûå ñõåìû ð-n - ïåðåõîäà â çàïîðíîì è ïðîïóñêíîì ñîñòîÿíèÿõ. Ðàäè ñïðàâåäëèâîñòè ñëåäóåò ñêàçàòü, ÷òî ýòîò æå ìîìåíò èçó÷åíèÿ ñâîéñòâ ïîëóïðîâîäíèêîâ èìååò òå æå òðóäíîñòè è ïðè èñïîëüçîâàíèè îáû÷íîé ìåòîäèêè, îäíàêî, îíà ëèøåíà íàãëÿäíîñòè çîííûõ ñõåì. Çíàêîìñòâî ó÷àùèõñÿ 10-õ êëàññîâ ñ ýëåìåíòàìè êâàíòîâîé òåîðèè ïðè èçó÷åíèè ýëåìåíòîâ çîííîé òåîðèè ïîçâîëÿåò èì áîëåå åñòåñòâåííî âîñïðèíèìàòü â 11 –ì êëàññå êâàíòîâîå îïèñàíèå ñâîéñòâ ñâåòà ïðè èçó÷åíèè òåìû “Äåéñòâèÿ ñâåòà. Ñâåòîâûå êâàíòû”, à çàòåì è êîðïóñêóëÿðíî- âîëíîâîé äóàëèçì ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö è ëîãè÷íî ïîäîéòè ê ôîðìèðîâàíèþ ñîâðåìåííîé ôèçè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà. Ëèòåðàòóðà 1. Øêîëüíèêàì î ñîâðåìåííîé ôèçèêå. Ôèçèêà òâåðäîãî òåëà. Ì., Ïðîñâåùåíèå, 1975ã. 2. Ðîçìàí Ã.À. Ñîâðåìåííûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ñòðîåíèè è ñâîéñòâàõ òâåðäûõ òåë(ó÷åáíîå ïîñîáèå). Ëåíèíãðàä., èçä. ËÃÏÈ, 1975. 3. Ðîçìàí Ã.À. Ñòðîåíèå è ñâîéñòâà âåùåñòâà. Ïñêîâ., èçä. ÏÃÏÈ, 2001ã.

122

ÎÐÃÀÍÈÇÀÖÈß È ÌÅÒÎÄÈÊÀ ÏÐÎÂÅÄÅÍÈß ÔÀÊÓËÜÒÀÒÈÂÀ “ÝËÅÌÅÍÒÛ ÇÎÍÍÎÉ ÒÅÎÐÈȔ Áîëåå òðèäöàòè ëåò â íàøåé øêîëå ïðîâîäÿòñÿ ôàêóëüòàòèâíûå çàíÿòèÿ. Ïåðâîíà÷àëüíî ôàêóëüòàòèâû âûïîëíÿëè ðîëü òâîð÷åñêîé ëàáîðàòîðèè, â êîòîðîé ó÷èòåëü îòðàáàòûâàë òîò íîâûé ó÷åáíûé ìàòåðèàë, êîòîðûé ñïóñòÿ íåñêîëüêî ëåò, ââîäèëñÿ â îáÿçàòåëüíóþ øêîëüíóþ ïðîãðàììó. Ìîæíî óêàçàòü íà òàêèå ôàêóëüòàòèâû, êàê “Ñòðîåíèå è ñâîéñòâà âåùåñòâà”, “Ýëåìåíòû ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè”, “Ôèçèêà ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö” è ò.ä. Âïîñëåäñòâèè â øêîëüíîì êóðñå ôèçèêè ïîÿâèëèñü ñîîòâåòñòâóþùèå ðàçäåëû: “Ïîëóïðîâîäíèêè” ( â òåìå “Ïðîõîæäåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà ÷åðåç ðàçëè÷íûå ñðåäû), èëè “Îñíîâû ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè” è ò.ä. Îäíàêî, â ïîñëåäíèå ãîäû ñòàëà èçìåíÿòüñÿ è âíåøíÿÿ ôîðìà íàøåé øêîëû. Ïîÿâèëèñü ëèöåè, ãèìíàçèè, êëàññû ñ îïðåäåëåííîé îðèåíòàöèåé íà óãëóáëåííîå èçó÷åíèå îòäåëüíûõ ïðåäìåòîâ. Ñîîòâåòñòâåííî, èçìåíèëîñü è ñîäåðæàíèå, è óðîâåíü ïðåïîäàâàíèÿ. Íî ôàêóëüòàòèâû ñîõðàíèëèñü, õîòÿ ñóùåñòâåííî èçìåíèëàñü èõ ðîëü. Áåç ôàêóëüòàòèâíûõ çàíÿòèé íåâîçìîæíî ñóùåñòâåííîå ïîâûøåíèå êà÷åñòâà îáó÷åíèÿ, äàëüíåéøåå ïîâûøåíèå íàó÷íîñòè ïðåïîäàâàíèÿ, îíè âûïîëíÿþò ïðîôîðèåíòàöèîííóþ ðîëü. Ôàêóëüòàòèâíûå çàíÿòèÿ òðåáóþò áîëåå óñèëåííîé ñàìîñòîÿòåëüíîé ðàáîòû ó÷àùèõñÿ, áîëåå ïîëíîãî ðàñêðûòèÿ èõ ïîòåíöèàëüíûõ ñïîñîáíîñòåé. Èñõîäÿ èç ýòîãî, ê ôàêóëüòàòèâíûì çàíÿòèÿì íà äîáðîâîëüíîé îñíîâå ïðèâëåêàþòñÿ ñàìûå ëþáîçíàòåëüíûå è ðàáîòîñïîñîáíûå ó÷àùèåñÿ. Ìåòîäèêà ïðîâåäåíèÿ ôàêóëüòàòèâíûõ çàíÿòèé â îïðåäåëåííîé ñòåïåíè îòðàáîòàíà. Îñíîâíîé ôîðìîé òåîðåòè÷åñêèõ çàíÿòèé ÿâëÿåòñÿ ó÷åáíàÿ ëåêöèÿ ñ íåïðåìåííûìè ýëåìåíòàìè îáðàòíîé ñâÿçè. ×àñòü âðåìåíè îòâîäèòñÿ (ïðè îòñóòñòâèè ó÷åáíîé ëèòåðàòóðû) íà çàïèñü ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà 123

ó÷àùèìèñÿ (ïîä äèêòîâêó), åñëè íåò äðóãîãî ñïîñîáà ðàçìíîæåíèÿ òåêñòà. Äëÿ êîíòðîëÿ óñâîåíèÿ ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà íåîáõîäèìî ïðîâîäèòü çà÷åòíûå çàíÿòèÿ. Ïî îòäåëüíûì âîïðîñàì ïðîãðàììû ôàêóëüòàòèâà ìîæíî ãîòîâèòü ñ ó÷àùèìèñÿ ñåìèíàðñêèå çàíÿòèÿ, íà êîòîðûõ íà îñíîâå ðàíåå èçó÷åííîãî ìàòåðèàëà ñàìè ó÷àùèåñÿ äàþò îáúÿñíåíèÿ, íàïðèìåð, ðàáîòû íåêîòîðûõ òåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâ. Êîíå÷íî, ïîñëåäíèå çàíÿòèÿ òðåáóþò äîïîëíèòåëüíîé ðàáîòû ó÷èòåëÿ. Ïðåäëàãàåìàÿ íèæå ïðîãðàììà ôàêóëüòàòèâà ñîñòàâëÿåò îñíîâó äàâíî ïðîâîäèìîãî êóðñà “Ñòðîåíèå è ñâîéñòâà âåùåñòâà”. Âûäåëÿåìàÿ ÷àñòü èìååò ñàìîñòîÿòåëüíîå çíà÷åíèå, ïîýòîìó íàçîâåì íîâûé ôàêóëüòàòè⠓Ýëåìåíòû çîííîé òåîðèè”. Îí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé àäàïòèðîâàííûé äëÿ ñðåäíåé øêîëû êóðñ ñîâðåìåííîé ôèçèêè òâåðäîãî òåëà. Åãî ãëàâíîé îñîáåííîñòüþ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî â íåì ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóþò àíàëèòè÷åñêèå ðàñ÷åòû. Ôèçè÷åñêàÿ ñóòü ÿâëåíèé è óñòðîéñòâ ïîçíàåòñÿ ñ ïîìîùüþ òàê íàçûâàåìûõ çîííûõ ñõåì (äèàãðàìì). Ìíîãîëåòíèé ëè÷íûé îïûò àâòîðà óáåäèòåëüíî ñâèäåòåëüñòâóåò î äîñòóïíîñòè äëÿ ó÷àùèõñÿ òàêîé ìåòîäèêè. À åãî íîâèçíà, ïî ñðàâíåíèþ ñ îáû÷íîé ìåòîäèêîé øèðîêîãî èñïîëüçîâàíèÿ àíàëèòè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ, âûçûâàåò ó ó÷àùèõñÿ ïîâûøåííûé èíòåðåñ. Ïðåäëàãàåìàÿ ìåòîäèêà ïîçâîëÿåò ãëóáîêî ðàçîáðàòüñÿ â ôèçè÷åñêîé ñóùíîñòè ðàññìàòðèâàåìîãî âîïðîñà, ó÷èò ó÷àùèõñÿ íå òîëüêî ìûñëèòü, íî è ãðàìîòíî èçëàãàòü ñâîè ìûñëè, êîòîðûå óæå íå “ñïðÿ÷åøü” çà ìàòåìàòè÷åñêèìè ïîñòðîåíèÿìè. Íåáîëüøóþ è âðåìåííóþ òðóäíîñòü (åñëè, êîíå÷íî, ó÷èòåëü îáðàòèò íà ýòî âíèìàíèå) ïðåäñòàâëÿåò òî, ÷òî “ýíåðãåòè÷åñêàÿ çîíà” – ýòî íå ôèçè÷åñêàÿ ðåàëüíîñòü, à ôèçè÷åñêèé îáðàç, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî ìû ãðàôè÷åñêè âûðàæàåì òî, ÷òî ïðîèñõîäèò â òâåðäûõ òåëàõ â ðåçóëüòàòå ñèëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ èõ ñòðóêòóðíûõ ÷àñòèö ìåæäó ñîáîé. Íî ýêñïåðèìåíòàëüíîå ïîäòâåðæäåíèå ñëåäñòâèé, âûòåêàþùèõ èç íàøèõ ìîäåëüíûõ ôèçè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèé, ñâèäåòåëüñòâóåò îá àäåêâàòíîì 124

îòðàæåíèè íàøåé òåîðèåé òîãî, ÷òî ïðîèñõîäèò ñ ýíåðãåòè÷åñêèìè ñîñòîÿíèÿìè àòîìîâ (ìîëåêóë, èîíîâ) ïðè îáúåäèíåíèè èõ ñ îáðàçîâàíèåì òâåðäîãî òåëà. Íå ñëåäóåò çàáûâàòü, ÷òî çîííàÿ òåîðèÿ ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ êâàíòîâîé ýëåêòðîííîé òåîðèè, îñíîâàííîé íà êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâûõ ñâîéñòâàõ ýëåêòðîíîâ, âõîäÿùèõ â ñîñòàâ ñòðóêòóðíûõ ÷àñòèö òâåðäîãî òåëà. Èìåííî ýòî è îáóñëàâëèâàåò âîçíèêíîâåíèå ýíåðãåòè÷åñêèõ çîí.

Ïðèâåäåì ïðèìåðíóþ ïðîãðàììó ïðåäïîëàãàåìîãî ôàêóëüòàòèâà ¹

Òå ìà çà íÿòèÿ

Ó÷ å áíû å âîïðîñû

Êëà ññè÷ å ñêà ÿ ýëå êòðîííà ÿ 1. òå îðèÿ òâå ðä û õ òå ë, å å óñïå õè è çà òðóä íå íèÿ.

1. Èñòîðèÿ îòêðû òèÿ ýëå êòðîíà . 2. Ýëå êòðîíû â ìå òà ëëà õ è ä èýëå êòðèêà õ. Óñïå õè â îáú ÿñíå íèè ýëå êòðîïðîâîä íîñòè è çà òðóä íå íèÿ â îáú ÿñíå íèè òå ïëîå ìêîñòè ìå òà ëëîâ.

2. Ñ òðîå íèå à òîìà .

1. Îïû òû Ðå çå ðôîðä à . 2. Òå îðèÿ Áîðà è å å ýêñïå ðèìå íòà ëü íîå ïîä òâå ðæä å íèå . 3. Ñ ïèí. Ïðèíöèï Ïà óëè. 4. Âîëíîâû å è êîðïóñêóëÿðíû å ññâîéñòâà ýëå êòðîíîâ.

3.

1. Ñ òðóêòóðà òâå ðä û õ òå ë. Ñ ò ð î å íèå ò âå ð ä û õ 2. Êðèñòà ëëè÷ å ñêà ÿ ðå øå òêà . òå ë. Òèïû ñâÿçå é â òâå ðä û õ òå ëà õ.

Îáðà çîâà íèå 4. ýíå ðãå òè÷ å êñèõ çîí.

1. Èä å à ëèçèðîâà íííû é ïðîöå ññ îáðà çîâà íèÿ òâå ðä îãî òå ëà . 2. Êîëëå êòèâèçà öèÿ ýíå ðãå òè÷ å ñêèõ ñîñòîÿíèé. 3. Ç à ïîëíå íèå êîëëå êòèâèçèðîâà ííû õ ñîñòîÿíèé ýëå êòðîíà ìè.

125

Ïðèìå ðû " ïîñòðîå íèÿ" 5. ýíå ðãå òè÷ å ñêèõ çîí.

1. Îïòè÷ å ñêà ÿ (ñïå êòðîñêîïè÷ å ñêà ÿ) ñèìâîëèêà ýíå ðãå òè÷ å ñêèõ ñîñòîÿíèé â à òîìå . 2. Ýíå ðãå òè÷ å ñêèå çîíû â òâå ðä îì íà òðèè. 3. Ýíå ðãå òè÷ å ñêèå çîíû â êðèñòà ëëå ïîâà ðå ííîé ñîëè. 4. Ç à âèñèìîñòü øèðèíû ýíå ðãå òèå ñêîé çîíû îò ðà ññòîÿíèÿ ìå æä ó ñòðóêòóðíû ìè ÷ à ñòèöà ìè.

6.

Äå ëå íèå òâå ðä û õ 1. Íà çâà íèÿ ýíå ðãå òè÷ å ñêèõ çîí. òå ë íà ä èýëå êòðèêè, 2. Ç îííû å ñõå ìû ðà çëè÷ íû õ òèïîâ ï î ëó ï ð î â î ä í è êè è òâå ðä û õ òå ë. ïðîâîä íèêè.

7.

Ç îííû å ìîä å ëè ä å ôå êòîâ êðèñòà ëëè÷ å ñêîé ðå øå òêè.

1. Âèä û ä å ôå êòîâ (èõ êâà ëèôèêà öèÿ). 2. Ç îííû å ñõå ìû ä å ôå êòîâ. 3. Äîíîðû è à êöå ïòîðû , èõ ýíå ðãå òè÷ å ñêèå ñîñòîÿíèÿ.

8.

Ñ îáñòâå ííà ÿ ïðîâîä èìîñòü ïîëóïðîâîä íèêîâ.

1. Ç îííà ÿ ñõå ìà ÷ èñòîãî ïîëóïðîâîä íèêà . 2. Ýëå êòðîíû è " ä û ðêè" . 3. Ýëå êòðîííû é è " ä û ðî÷ íû é" òîêè. 4. Òå ìïå ðà òóðíà ÿ ïðîâîä èìîñòü ÷ èñòîãî ïîëóïðîâîä íèêà .

9.

Ïðèìå ñíà ÿ ïðîâîä èìîñòü ïîëóïðîâîä íèêà

1. Äîíîðíû å è à êöå ïòîðíû å ïðèìå ñè. 2. Ïîëóïðîâîä íèêè n- è ð- òèïîâ. 3. Ç îííû å ñõå ìû ïîëóïðîâîä íèêîâ n- è ð- òèïîâ.

Êîíò à êò ä âóõ ïîëó ïðîâîä íèêîâ 10. ðà çíîãî òèïà ïðîâîä èìîñòè (p-n-ïå ðå õîä ).

1. Ñ ïîñîáû ïîëó÷ å íèÿ ïîëóïðîâîä íèêîâ n- è ð- òèïîâ. 2. Âîçíèêíîâå íèå êîíòà êòíîé ðà çíîñòè ïîòå íöèà ëîâ íà p-n-ïå ðå õîä å . 3. Âû ïðÿìëÿþùå å ä å éñòâèå p-n-ïå ðå õîä à .

126

11.

12.

Êðèñòà ëëè÷ å ñêèé òðèîä -òðà íçèñòîð

1. Ðà âíîâå ñíîå ñîñòîÿíèå n-p-n-òðà íçèñòîðà . 2. Òðà íçèñòîð êà ê óñèëèòå ëü ñèãíà ëà .

Ïîëóïðîâîä íèêîâû å ïðèáîðû

1. Ïîëóïðîâîä íèêîâû å ïðèáîðû , îñíîâà ííû å íà p-n-ïå ðå õîä å â òðà íçèñòîðå . 2. Ïîëóïðîâîä íèêîâû é êâà íòîâû é ãå íå ðà òîð.

Îáú ÿñíå íèå ðÿä à ôèçè÷ å ñêèõ ÿâëå íèé 13. íà îñíîâå çîííû õ ïðå ä ñòà âëå íèé.

14.

Êâà íòîâû å ñòà òèñòèêè.

15. Èòîãîâîå çà íÿòèå .

1. ßâëå íèå ëþìèíå ñöå íöèè. 2. Ýëå êòðå òíîå ñîñòîÿíèå òâå ðä îãî òå ëà . 3. Ç îííà ÿ ñõå ìà îñíîâíîãî ñîñòîÿíèÿ ôèçè÷ å ñêîãî ôà êóóìà . 1. Êâà íòîâîìå õà íè÷ å ñêîå îáú ÿñíå íèå ÿâëå íèé ñâå ðõïðîâîä èìîñòè è ñâå ðõòå êó÷ å ñòè. Êîíñóëü òà öèîííî-çà ÷ å òíîå çà íÿòèå .

 ïðåäëàãàåìîé ïðîãðàììå ñîäåðæèòñÿ 15 ïóíêòîâ. Îäíàêî, ýòî íå îçíà÷àåò, ÷òî íà ôàêóëüòàòè⠓Ýëåìåíòû çîííîé òåîðèè” îòâîäèòñÿ 30 ó÷åáíûõ ÷àñîâ. Äëèòåëüíîñòü èçó÷åíèÿ òåìû çàâèñèò êàê îò ïîäãîòîâëåííîñòè ñàìîãî ó÷èòåëÿ, òàê è îò óñïåøíîãî óñâîåíèÿ ìàòåðèàëà ó÷àùèìèñÿ. Èíîãäà èìååò ñìûñë çàäåðæàòüñÿ ñ ïåðåõîäîì ê ñëåäóþùåìó âîïðîñó ïðîãðàììû. Âîçìîæåí è ñîêðàùåííûé âàðèàíò êóðñà. Îñîáåííîñòüþ äàííîãî ôàêóëüòàòèâà ÿâëÿåòñÿ èçëîæåíèå ìàòåðèàëà íà îñíîâå çîííûõ ñõåì, èçãîòîâëåííûõ çàðàíåå (ó àâòîðà äàííîãî ñîîáùåíèÿ íàáîð òàêèõ ïëàêàòîâ ñëóæèò óæå áîëåå äâóõ äåñÿòêîâ ëåò, õðàíèòñÿ â ïëîñêîì ïëàíøåòå, ðàçìåð ïëàêàòî⠖ îáû÷íûé âàòìàíñêèé ëèñò). Íå îòðèöàÿ ñóùåñòâîâàíèå ðàçëè÷íûõ ìåòîäè÷åñêèõ “ñåêðåòîâ”, àâòîð ñîîáùåíèÿ àáñîëþòíî óáåæäåí, ÷òî òîëüêî ãðàìîòíîñòü è óâëå÷åííîñòü ñàìîãî ó÷èòåëÿ ïîçâîëèò åìó 127

èíòåðåñíî è ïðàâèëüíî èçëîæèòü ñîäåðæàíèå êóðñà, îáùåîáðàçîâàòåëüíîå è ïðàêòè÷åñêîå çíà÷åíèÿ êîòîðîãî òðóäíî ïåðåîöåíèòü. Ïðåäëàãàåìûé ôàêóëüòàòèâ ïîñâÿùåí ðàñêðûòèþ ôèçè÷åñêèõ îñíîâ ÿâëåíèé, ïðîèñõîäÿùèõ â ïîëóïðîâîäíèêàõ.  ïîñîáèè îòñóòñòâóþò ðàäèîòåõíè÷åñêèå ñõåìû, òàê êàê ýòî äîëæíî áûòü ïðåäìåòîì ðàññìîòðåíèÿ ñîâåðøåííî äðóãîãî ôàêóëüòàòèâà èëè êðóæêà. Íå âîøëè â ïðîãðàììó è òàêèå âîïðîñû, êàê “òóííåëüíûå äèîäû” èëè “èíòåãðàëüíûå ñõåìû” è äðóãèå äîñòèæåíèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâîé òåõíèêè. Íî ýòî íåëüçÿ ñ÷èòàòü íåäîñòàòêîì ôàêóëüòàòèâà ïîòîìó, ÷òî ýòî íåâîçìîæíî ñäåëàòü íà ïåðâîì ýòàïå èçó÷åíèÿ îñíîâ îäíîé èç ãëàâ ñîâðåìåííîé ôèçèêè òâåðäîãî òåëà. Àâòîð ãîòîâ ïîäåëèòüñÿ ñâîèì ìíîãîëåòíèì îïûòîì . Óáåæäåí, ÷òî ó÷èòåëÿ , ïðîâîäÿ ýòîò ôàêóëüòàòèâ, ïîëó÷àò è ëè÷íóþ òâîð÷åñêóþ ðàäîñòü, è, âîçìîæíî, îïðåäåëÿò äàëüíåéøóþ ñóäüáó ñâîèõ ó÷åíèêîâ. Ëèòåðàòóðà 1. Ã.À.Ðîçìàí Ñîâðåìåííûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ñòðîåíèè è ñâîéñòâàõ òâåðäûõ òåë (ó÷åáíîå ïîñîáèå). Ëåíèíãðàä, 1975ã., 2. Ã.À. Ðîçìàí Ôèçèêà ïîëóïðîâîäíèêîâ è ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ (ó÷åáíîå ïîñîáèå) Ïñêîâ., èçä. ÏÎÈÏÊÐÎ, 1994ã. 3. Ã.À. Ðîçìàí Ñòðîåíèå è ñâîéñòâà âåùåñòâà (ó÷åáíîå ïîñîáèå) Ïñêîâ, èçä. ÏÃÏÈ, 2001ã.

128

ÑÌÅÍÀ ÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÕ ÊÀÐÒÈÍ ÌÈÐÀ ÇÀÊÎÍÎÌÅÐÍÎÅ ßÂËÅÍÈÅ Â ÏÐÎÖÅÑÑÅ ÏÎÇÍÀÍÈß*

Î÷åðê 1 Îñíîâû ìåõàíè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà  ïðîöåññå ïîçíàíèÿ è èçó÷åíèÿ ñâîéñòâ îêðóæàþùåãî ìèðà â íàóêå âûäåëÿþòñÿ íàèáîëåå îáùèå ïîíÿòèÿ è èäåè, ïðèíöèïû è òåîðèè, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ íà äàííîì ýòàïå ðàçâèòèÿ ôèçèêè ñîçäàåòñÿ îáùàÿ ìîäåëü ïðèðîäû. Ýòîò èäåàëèçèðîâàííûé â ðàìêàõ ñóùåñòâóþùèõ ïðåäñòàâëåíèé îáðàç ïðèðîäû è íîñèò íàçâàíèå ôèçè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà (ÔÊÌ). Ñ ìîìåíòà âîçíèêíîâåíèÿ ñîâðåìåííîé ôèçèêè (ñî âðåìåí Ãàëèëåÿ, Äåêàðòà, Íüþòîíà) ñìåíèëîñü óæå íåñêîëüêî ÔÊÌ.  ïåðèîä ãîñïîäñòâà ìåõàíèêè, êîãäà êàçàëîñü, ÷òî âñå ÿâëåíèÿ ìîæíî îáúÿñíèòü, èñõîäÿ èç çàêîíîâ ìåõàíèêè, áûëà ïîñòðîåíà ìåõàíè÷åñêàÿ êàðòèíà ìèðà. Òàê, òåîðèÿ òåïëîâûõ ïðîöåññîâ èñõîäèëà èç ìîäåëè òåïëîðîäíîé æèäêîñòè, äâèæåíèå êîòîðîé (ãèäðîäèíàìèêà!) èç òåëà â òåëî ïðèâîäèëî ê èõ íàãðåâàíèþ èëè îõëàæäåíèþ.  ñîâðåìåííîì ôèçè÷åñêîì ñëîâàðå ñîõðàíèëèñü òàêèå ïîíÿòèÿ ýòîãî ïîíèìàíèÿ òåïëîâûõ ïðîöåññîâ êàê òåïëîåìêîñòü, òåïëîïðîâîäíîñòü, óäåëüíàÿ òåïëîòà ïðîöåññà, êîëè÷åñòâî òåïëîòû è ò.ä. Ýëåêòðè÷åñêèå, ìàãíèòíûå è ñâåòîâûå ÿâëåíèÿ òàêæå ðàññìàòðèâàëèñü íà ìåõàíè÷åñêîé îñíîâå: âñå ýëåêòðîìàãíèòíûå ïðîöåññû ïðîèñõîäÿò â ãèïîòåòè÷åñêîì ýôèðå. Òå÷åíèå ýëåêòðè÷åñêîé æèäêîñòè – ýëåêòðè÷åñêèé òîê, ðàñïðîñòðàíåíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí – âñå ýòî îñîáîå ñîñòîÿíèå ýëåêòðè÷åñêîãî, ìàãíèòíîãî è ñâåòîâîãî ýôèðîâ. Ýôèð ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê îñîáàÿ âåùåñòâåííàÿ ñðåäà. Ìîëåêóëÿðíîêèíåòè÷åñêèå ïðåäñòàâëåíèÿ áûëè ëèøü ãèïîòåçîé è óòâåðäèëèñü â ôîðìå òåîðèè òîëüêî ïîñëå òåîðåòè÷åñêèõ ðàáîò Ýéíøòåéíà è * Ìåòîäè÷åñêàÿ ðàçðàáîòêà áûëà îïóáëèêîâàíà â èçä. ÏÎÈÏÊÐÎ, ã.Ïñêîâ, 1998ã. Ñîàâòîðû Ì.È.Âîðîáüåâà è Ð.Í.Äìèòðèåâ.

129

Ñìîëóõîâñêîãî (1905ãîä), îáúÿñíèâøèõ ïðèðîäó áðîóíîâñêîãî äâèæåíèÿ, è ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðàáîò Ïåððåíà (1909ãîä), ïîäòâåðäèâøèõ ðåàëüíîñòü àòîìîâ. Íàïîìíèì, ÷òî ïåðâàÿ ýëåìåíòàðíàÿ ÷àñòèöà (ýëåêòðîí) áûëà ýêñïåðèìåíòàëüíî èññëåäîâàíà ëèøü â 1897ãîäó (îïûòû Òîìñîíà), à äî ýòîãî ìîìåíòà ïîä ýëåêòðè÷åñêèì çàðÿäîì ïîíèìàëàñü ìèêðîñêîïè÷åñêàÿ ïîðöèÿ ýëåêòðè÷åñêîé æèäêîñòè èëè îñîáàÿ òî÷êà â ýëåêòðîìàãíèòíîì ýôèðå. Òàêèì îáðàçîì, ìåõàíè÷åñêóþ ìîäåëü ìèðà ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå ñëåäóþùèõ ïîëîæåíèé: 1. Ïðèíöèïû (ïîñòóëàòû), ëåæàùèå â îñíîâå êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè: • ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ, • ïðèíöèï äàëüíîäåéñòâèÿ. Ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ (ÏÎÃ) èìåë îãðîìíîå íàó÷íîå (è ôèçè÷åñêîå, è ôèëîñîôñêîå) çíà÷åíèå, óòâåðæäàÿ, ÷òî âî âñåõ èíåðöèàëüíûõ ñèñòåìàõ îòñ÷åòà (ÈÑÎ) (ýòî ïîíÿòèå áûëî ââåäåíî Äåêàðòîì è Ãàëèëååì è óòâåðäèëîñü ïîñëå ðàáîò Íüþòîíà) äåéñòâóþò îäèíàêîâûå (ìåõàíè÷åñêèå) çàêîíû, âñå ÈÑÎ ðàâíîïðàâíû è ìåõàíè÷åñêèå ÿâëåíèÿ â íèõ ïðè îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ ïðîòåêàþò îäèíàêîâî. Ïðèíöèï äàëüíîäåéñòâèÿ èìåë íå ñòîëüêî ôèçè÷åñêîå ñîäåðæàíèå, ïðåäïîëàãàÿ ñóùåñòâîâàíèå èäåàëèçèðîâàííûõ àáñîëþòíî òâåðäûõ òåë, ñêîëüêî òåîëîãè÷åñêîå — ñóùåñòâîâàíèå Áîãà, ïðåäïîëàãàÿ ó íåãî íàëè÷èå óíèêàëüíûõ âîçìîæíîñòåé: çíàòü îáî âñåì òîò÷àñ æå, ãäå áû íè ïðîèñõîäèëî ýòî âî Âñåëåííîé. Ýòîò ïðèíöèï óòâåðæäàë àáñîëþòíóþ ïðè÷èííîñëåäñòâåííóþ ñâÿçü ìåæäó âñåìè ÿâëåíèÿìè â ìèðå (“àáñîëþòíûé äåòåðìèíèçì Ëàïëàñà”). Ïîñëå çàâåðøåíèÿ ïîñòðîåíèÿ êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè Íüþòîíîì â åãî “Ìàòåìàòè÷åñêèõ íà÷àëàõ íàòóðàëüíîé ôèëîñîôèè” (1784 ã.), ýòîò ïðèíöèï ïîëó÷èë ìàòåìàòè÷åñêîå îôîðìëåíèå â òàê íàçûâàåìîé “êëàññè÷åñêîé òåîðåìå ñëîæåíèÿ ñêîðîñòåé”, êîòîðàÿ íå îãðàíè÷èâàëà ñêîðîñòè äâèæåíèÿ âåùåñòâåííûõ òåë. Ïîýòîìó íåâåðíî óòâåðæäåíèå, ÷òî êëàññè÷åñêàÿ ìåõàíèêà ýòî ôèçèêà ìàëûõ ñêîðîñòåé (ìû âåðíåìñÿ ê ýòîìó âîïðîñó ïðè ðàññìîòðåíèè ïðèíöèïà ñîîòâåòñòâèÿ â Î÷åðêå 2). 130

Êàê ýòî íå óäèâèòåëüíî íà ïåðâûé âçãëÿä, íî èìåííî â ýòèõ äâóõ ïðèíöèïàõ ñîäåðæèòñÿ âñÿ êëàññè÷åñêàÿ ìåõàíèêà. Äàëåå ìû áóäåì “âûñâîáîæäàòü” èç íèõ îòäåëüíûå ìîìåíòû. 2. Âèä ìàòåðèè: ñóùåñòâóþò òîëüêî âåùåñòâåííûå òåëà, âåùåñòâî è ìàòåðèÿ ðàññìàòðèâàþòñÿ êàê ñèíîíèìû. Ïîìèìî âåùåñòâà ⠓îáû÷íîì âèäå” (ãàçû, æèäêîñòè, òâåðäûå òåëà), â ôèçèêå èñïîëüçóþòñÿ îñîáûå âåùåñòâåííûå ñðåäû: òåïëîðîä, ýëåêòðè÷åñêèå æèäêîñòè, ýôèð. 3. Ïðåäñòàâëåíèÿ î âðåìåíè (Â), îäíîâðåìåííîñòè. Áóäó÷è ãëóáîêî ðåëèãèîçíûì ÷åëîâåêîì, Íüþòîí, â ñîîòâåòñòâèè ñî ñâîèì ìèðîâîççðåíèåì, ââîäèò àáñîëþòíîå âðåìÿ, èìåþùåå íà÷àëî ñ ìîìåíòà ñîòâîðåíèÿ âñåãî ñóùåãî Áîãîì. Âðåìÿ âåçäå (âî âñåõ ÈÑÎ) èìååò îäèí õîä (“òå÷åò” îäèíàêîâî). Îäíîâðåìåííîñòü òàêæå àáñîëþòíà (÷òî îäíîâðåìåííî â îäíîé ÈÑÎ, òî îäíîâðåìåííî â ëþáîé äðóãîé ÈÑÎ) - ýòî ñëåäñòâèå ïðåäïîëîæåíèÿ î ñóùåñòâîâàíèè áåñêîíå÷íîé ñêîðîñòè ïåðåäà÷è ñèãíàëà (èìåííî ýòîìó óäîâëåòâîðÿåò ââåäåíèå àáñîëþòíî òâåðäîãî òåëà - ñäâèã îäíîãî êîíöà àáñîëþòíî òâåðäîãî ñòåðæíÿ ìãíîâåííî ïðèâîäèò ê ñìåùåíèþ åãî äðóãîãî êîíöà, ýòîò ñïîñîá ïåðåäà÷è ñèãíàëà ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ñèíõðîíèçàöèè ÷àñîâ). Íå ïîíèìàÿ - ïðèðîäû òÿãîòåíèÿ, Íüþòîí ñ÷èòàë, ÷òî è ãðàâèòàöèîííîå âçàèìîäåéñòâèå ïåðåäàåòñÿ ìãíîâåííî. Áóäó÷è ïîðîæäåíî Áîãîì, âðåìÿ ñóùåñòâóåò áåçîòíîñèòåëüíî ê ÷åìóëèáî: ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû, óñëîâèÿ èõ ïðîòåêàíèÿ íå âëèÿþò íà õîä âðåìåíè.  ïîâñåäíåâíîé æèçíè ìû èçìåðÿåì òîëüêî îòðåçêè (ïðîìåæóòêè) àáñîëþòíîãî âðåìåíè, èõ íàçûâàþò îòíîñèòåëüíûìè ïðîìåæóòêàìè - îíè àáñîëþòíû. 4. Ïðîñòðàíñòâî (Ï) ó Íüþòîíà ñëóæèò “âìåñòèëèùåì”, “ÿùèêîì”, îòíîñèòåëüíî åãî “ñòåíîê” äâèæåíèå íîñèò àáñîëþòíûé õàðàêòåð, íî ïðîñòðàíñòâåííûå ïðîòÿæåííîñòè òåë âî âñåõ ÈÑÎ èìåþò îäèíàêîâóþ âåëè÷èíó - äëèíà àáñîëþòíà, òàê êàê ýòî “îòðåçîê” àáñîëþòíîé ïðîòÿæåííîñòè. Ïðîñòðàíñòâî, ïðîòÿæåííîñòü òåë íå çàâèñèò íè îò ñîñòîÿíèÿ òåë, íè îò óñëîâèé íàáëþäåíèÿ. Ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ ìîãóò ñóùåñòâîâàòü áåç âåùåñòâåííûõ òåë, áåç ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. Ýòî ïðåäñòàâëåíèå î Ï è  òàêæå 131

íàõîäèòñÿ â ñîãëàñèè ñ áèáëåéñêèì ïðåäñòàâëåíèåì î ñîòâîðåíèè Ìèðà Áîãîì, ïðè÷åì èìåííî Ï è  áûëè ñîòâîðåíû ñíà÷àëà, à óæå çàòåì âñå îñòàëüíîå ñóùåå. 5. Ôîðìóëû ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè Ãàëèëåÿ. Âñå âûøåñêàçàííîå íàøëî ìàòåìàòè÷åñêîå âûðàæåíèå â òàê íàçûâàåìûõ êëàññè÷åñêèõ ôîðìóëàõ ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè Ãàëèëåÿ, èõ ÷àñòíûé âèä òàêîâ: t’=t, (1) x’=x-ut; y’=y; z’=z (2) Ôîðìóëà (1) óòâåðæäàåò àáñîëþòíîñòü õîäà âðåìåíè, àáñîëþòíîñòü îäíîâðåìåííîñòè: Èç ôîðìóëû (2) ñëåäóåò àáñîëþòíîñòü äëèíû l ' = l . Äåëÿ ôîðìóëû (2) íà âðåìÿ (1), ïîëó÷àåì êëàññè÷åñêóþ òåîðåìó ñëîæåíèÿ ñêîðîñòåé (Êë. ÒÑÑ): r r r (3) u =u −v . Èç ýòîé ôîðìóëû (3), èñïîëüçóÿ (1), òîò÷àñ æå ïîëó÷àåì àáñîëþòíîñòü óñêîðåíèÿ. Òàê êàê ñèëû, èñïîëüçóåìûå â ìåõàíèêå ëèáî çàâèñÿò îò ðàññòîÿíèÿ (óäëèíåíèÿ), ëèáî îò îòíîñèòåëüíîé ñêîðîñòè äâèæåíèÿ îäíîãî òåëà ïî îòíîøåíèþ ê äðóãîìó (ýòà ñêîðîñòü íå ìåíÿåòñÿ ïðè ïåðåõîäå îò îäíîé ÈÑÎ ê äðóãîé), òî ôîðìóëà âòîðîãî çàêîíà Íüþòîíà íå ìåíÿåòñÿ ïðè ïåðåõîäå îò îäíîé ÈÑÎ ê äðóãîé (ìàññà àáñîëþòíà â ñèëó çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ìàññû, óñòàíîâëåííîãî Ëîìîíîñîâûì è Ëàâóàçüå, à’ =à), ÷òî ýêâèâàëåíòíî óòâåðæäåíèþ, ÷òî âî âñåõ ÈÑÎ äåéñòâóþò îäíè çàêîíû ìåõàíèêè, è ïðè îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ ÿâëåíèÿ ïðîòåêàþò îäèíàêîâî.  ÷àñòíîñòè, óñêîðåíèå ïðèîáðåòàåìîå òåëîì, ïðîïîðöèîíàëüíî äåéñòâóþùåé ñèëå è íàïðàâëåíî â ñòîðîíó äåéñòâóþùåé ñèëû. Èç ñèíòåçà âñåõ ðàññìîòðåííûõ ïîëîæåíèé âîçíèêàåò ìåõàíè÷åñêàÿ êàðòèíà ìèðà. Îäíàêî ìíîæåñòâî ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ íå óêëàäûâàëîñü â ñõåìó ìåõàíè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà. Óêàæåì ëèøü íåêîòîðûå. Âî-ïåðâûõ, ýôèð îêàçàëñÿ íåóëîâèìûì è, ê òîìó æå, îáëàäàë ïðîòèâîðå÷èâûìè ñâîéñòâàìè: ÷òîáû â íåì ðàñïðîñòðàíÿëèñü ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû ñî ñêîðîñòüþ 300000 êì/ñ, îí äîëæåí îáëàäàòü îãðîìíûì ìîäóëåì ñäâèãà (ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû îêàçàëèñü ïîïåðå÷íûìè âîëíàìè). 132

Âìåñòå ñ òåì, ÷òîáû íå ïðåïÿòñòâîâàòü äâèæåíèþ íåáåñíûõ òåë, åãî ïëîòíîñòü (à óïðóãîñòü è ïëîòíîñòü âçàèìîñâÿçàíû è ïðîïîðöèîíàëüíû) äîëæíà áûòü íè÷òîæíîé. Òî÷íåéøèå ýêñïåðèìåíòû ïî îïðåäåëåíèþ ñêîðîñòè ñâåòà (â òîì ÷èñëå èç íàáëþäåíèÿ äâîéíûõ çâåçä) îáíàðóæèâàëè, ÷òî ýòà ñêîðîñòü íå ïîä÷èíÿåòñÿ êëàññè÷åñêîé ÒÑÑ: åå âåëè÷èíà â âàêóóìå íå çàâèñèò îò âûáîðà ÈÑÎ. Îêàçàëîñü, ÷òî óðàâíåíèÿ Ìàêñâåëëà äëÿ âàêóóìà íå èíâàðèàíòíû îòíîñèòåëüíî ôîðìóë ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè Ãàëèëåÿ, íî âìåñòå ñ òåì ýëåêòðîìàãíèòíûå ÿâëåíèÿ òàêæå ïîä÷èíÿþòñÿ ïðèíöèïó îòíîñèòåëüíîñòè, òî åñòü ïðîòåêàþò â ðàçíûõ ÈÑÎ îäèíàêîâî ïðè îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ. Âñå ýòî óêàçûâàëî íà îãðàíè÷åííîñòü ìåõàíè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà è òðåáîâàëî èçìåíåíèÿ íåêîòîðûõ îáùåïðèçíàííûõ, ñîîòâåòñòâóþùèõ “çäðàâîìó ñìûñëó”, ïðåäñòàâëåíèé. Òàê âîçíèêëè ïðåäïîñûëêè ñîçäàíèÿ íîâîé ôèçè÷åñêîé òåîðèè î ñâîéñòâàõ ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è äâèæåíèÿ, êîòîðàÿ è âîçíèêëà â 1905 ã. è íàçâàíà ñïåöèàëüíîé òåîðèåé îòíîñèòåëüíîñòè (ÑÒÎ), åå àâòîðîì ñòàë ìîëîäîé ôèçèê Àëüáåðò Ýéíøòåéí. ÑÒÎ çàâåðøèëà ïîñòðîåíèå ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà, íà÷àòîé åùå ïîñëå óòâåðæäåíèÿ òåîðèè Ìàêñâåëëà â îïûòàõ Ãåðöà â 1887 ã. Ñîäåðæàíèå ÑÒÎ ðàññìîòðèì â ñëåäóþùåì î÷åðêå.

Î÷åðê 2 Îñíîâû ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà, åå çàâåðøåíèå â ÑÒÎ Íåïîëíîòà ìåõàíè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà îñîáåííî ïðîÿâèëàñü ïîñëå óòâåðæäåíèÿ â îïûòàõ Ãåðöà òåîðèè Ìàêñâåëëà, îñíîâàííîé íà ïðèíöèïå áëèçêîäåéñòâèÿ è ãëàâåíñòâóþùåé ðîëè ãèïîòåòè÷åñêîãî ýôèðà â ïðîöåññå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âçàèìîäåéñòâèé è, â òîì ÷èñëå, ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí, ïðåäñêàçûâàåìûõ ýòîé òåîðèåé. Óòâåðæäåíèå ýëåêòðîìàãíèòíîé òåîðèè Ìàêñâåëëà ïðèâåëî ê ñìåíå ôèçè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà, ïîÿâëåíèþ ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà. 133

Îäíàêî âñå ïîïûòêè îáíàðóæèòü ýôèð îêàí÷èâàëèñü íåóäà÷åé. Ñëèøêîì ïðîòèâîðå÷èâî âåëà ñåáÿ ýòà ñðåäà: òî îíà, çàïîëíÿÿ âñå ìèðîâîå ïðîñòðàíñòâî, áûëà íåïîäâèæíà â íåì, è ñ íåé ìîæíî áûëî ñâÿçàòü òàê íåîáõîäèìóþ íüþòîíîâñêîé ôèçèêå àáñîëþòíóþ ñèñòåìó îòñ÷åòà (ÿâëåíèå àáåððàöèè), òî îíà ïîëíîñòüþ óâëåêàëàñü äâèæóùåéñÿ ëàáîðàòîðèåé (ÑÎ), êàê â îïûòå Ìàéêåëüñîíà. ×òîáû áûòü ñðåäîé, â êîòîðîé ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí äîñòèãàëà áû 300000 êì/ñ, íóæíî, ÷òîáû ýôèð áûë òâåðæå (óïðóæå) âñåõ èçâåñòíûõ âåùåñòâåííûõ òåë. Íî, ÷òîáû íå òîðìîçèòü äâèæåíèå íåáåñíûõ òåë ìëðä. ëåò, ýôèð îäíîâðåìåííî äîëæåí áûòü äåéñòâèòåëüíî ýôèðîì - òîí÷àéøåé ìàòåðèåé ñ íè÷òîæíîé ïëîòíîñòüþ. Ìíîãî÷èñëåííûå ñïîñîáû îïðåäåëåíèÿ ñêîðîñòè ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí (â òîì ÷èñëå è ñâåòîâûõ) ïîêàçûâàëè, ÷òî êëàññè÷åñêàÿ òåîðåìà ñëîæåíèÿ ñêîðîñòåé íåïðèìåíèìà äëÿ íèõ. Íî ÒÑÑ ÿâëÿëàñü ñëåäñòâèåì îñíîâíûõ ïðåäñòàâëåíèé êëàññè÷åñêîé ôèçèêè î ñâîéñòâàõ Ï,  è Ä (äâèæåíèÿ), ìàòåìàòè÷åñêè âûðàæåííûõ â ôîðìóëàõ Ãàëèëåÿ. Òóïèêîâàÿ ñèòóàöèÿ, ñëîæèâøàÿñÿ â ôèçèêå, áûëà ðàçðåøåíà â 1905 ã. â ðàáîòå Àëüáåðòà Ýéíøòåéíà “Ê ýëåêòðîäèíàìèêå äâèæóùèõñÿ òåë”, â êîòîðîé áûëà ïîñòðîåíà ñîâðåìåííàÿ òåîðèÿ î ñâîéñòâàõ ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è äâèæåíèÿ, ïîëó÷èâøàÿ âïîñëåäñòâèè íàçâàíèå ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, òàê êàê ðàññìàòðèâàåò ôèçè÷åñêèå ÿâëåíèÿ ëèøü â èíåðöèàëüíûõ ñèñòåìàõ îòñ÷åòà (ÈÑÎ).  îñíîâó ñâîèõ ðàññóæäåíèé À. Ýéíøòåéí ïîëîæèë äâà îáîáùåíèÿ îïûòíûõ ôàêòîâ, íàçâàííûõ ïîñòóëàòàìè À. Ýéíøòåéíà. Áóäåì ñòðîèòü èçëîæåíèå â ñîîòâåòñòâèè ñ òåêñòîì ãëàâû 1, ãäå ïðåäñòàâëåíû îñíîâû ìåõàíè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà, ÷òî ñðàçó ïîçâîëÿåò îáíàðóæèòü òî íîâîå, ÷òî âíåñëà ÑÒÎ â ïîçíàíèå ìèðà. 1. Ïîñòóëàòû ÑÒÎ: • Ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà. • Ïðèíöèï áëèçêîäåéñòâèÿ, âûðàçèâøèéñÿ â óòâåðæäåíèè, ÷òî ñêîðîñòü ñâåòà â âàêóóìå íå çàâèñèò îò äâèæåíèÿ èñòî÷íèêà è èìååò îïðåäåëåííóþ êîíå÷íóþ âåëè÷èíó. Çàòåì, èñïîëüçóÿ ÒÑÑ, â ÑÒÎ ïîêàçûâàåòñÿ, ÷òî ýòà ñêîðîñòü ÿâëÿåòñÿ èíâàðèàíòîì, ò.å. èìååò îäíî è òî æå çíà÷åíèå âî âñåõ ÈÑÎ. 134

Ïåðâûé ïîñòóëàò íå òîëüêî îáîáùàåò ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ íà âñå ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû (à âñå ïðîöåññû - ýòî ìåõàíè÷åñêèå è ýëåêòðîìàãíèòíûå ïðîöåññû) , íî, îòêàçûâàÿñü îò ýôèðà êàê íîñèòåëÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïðîöåññîâ, îêîí÷àòåëüíî îñòàâëÿåò íàäåæäó îáíàðóæèòü ñ ïîìîùüþ íàáëþäåíèÿ âñåõ ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ (â òîì ÷èñëå è ýëåêòðîìàãíèòíûõ) àáñîëþòíûé ïîêîé è àáñîëþòíîå äâèæåíèå. Êðîìå òîãî, íåíóæíîñòü ýôèðà ïðèâîäèò ê ïðèçíàíèþ, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå ÿâëÿåòñÿ ñàìîñòîÿòåëüíûì âèäîì ìàòåðèè: ñ 1905 ã. â ôèçèêå (è â ôèëîñîôèè) óòâåðæäàþòñÿ äâà âèäà ìàòåðèè: âåùåñòâî è ýëåêòðîìàãíèòíîå íîëå (ñëåäóåò îáðàòèòü âíèìàíèå, ÷òî ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ êàê âèäà ìàòåðèè â ôèçèêå åùå íåò, â ÑÒÎ ãðàâèòàöèîííîå ïîëå íå ó÷èòûâàåòñÿ, òàê êàê åãî ïðèðîäà åùå íèêîìó íå ÿñíà (ëèøü â 1916 ã. À. Ýéíøòåéí ðàçðåøèò è ýòó ïðîáëåìó, ïîñòðîèâ ÎÒÎ (îáùóþ òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè), êîòîðàÿ, ïî ñóòè äåëà, ÿâëÿåòñÿ ðåëÿòèâèñòñêîé òåîðèåé Ï,  è òÿãîòåíèÿ). Êàê è â ìåõàíè÷åñêîé êàðòèíå ìèðà, ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà óòâåðæäàåò ïîçíàâàåìîñòü, ïîâòîðÿåìîñòü è îäèíàêîâîñòü ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé â ðàçíûõ ÈÑÎ (åñëè ñîáëþäåíû îäèíàêîâûå óñëîâèÿ). Âòîðîé ïîñòóëàò óòâåðæäàåò áëèçêîäåéñòâèå, òàê êàê ïðèâîäèò ê óòâåðæäåíèþ, ÷òî èíôîðìàöèÿ (âçàèìîäåéñòâèå) ïåðåäàåòñÿ íå ìãíîâåííî, à ñ êîíå÷íîé ñêîðîñòüþ, íå áûñòðåå ñêîðîñòè ñâåòà â âàêóóìå. Ýòîò ïîñòóëàò ïðèâîäèò ê íîâîìó ïîíèìàíèþ ïðè÷èííî-ñëåäñòâåííûõ ñâÿçåé, îòêàçà îò àáñîëþòíîãî äåòåðìèíèçìà Ëàïëàñà, îòêàçà îò àáñîëþòíîãî âðåìåíè è ïðîñòðàíñòâà, îñíîâàííûõ íà ñóùåñòâîâàíèè áåñêîíå÷íî áûñòðîãî ñèãíàëà. 2. Âûøå óæå áûëî ïîêàçàíî, ÷òî â ÑÒÎ óòâåðæäàåòñÿ ñóùåñòâîâàíèå äâóõ âèäîâ ìàòåðèè: âåùåñòâà è ïîëÿ; è ïîëíûé îòêàç îò ãèïîòåòè÷åñêèõ ñðåä: ýôèðà, òåïëîðîäà, ýëåêòðè÷åñêîé æèäêîñòè è ò.ä. Ñóùåñòâåííûì îòëè÷èåì ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ îò âåùåñòâà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïîëå ïîä÷èíÿåòñÿ ïðèíöèïó ñóïåðïîçèöèè. Åñëè ñ ïîáåäîé ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè (ïîñëå òåîðåòè÷åñêèõ ðàáîò Ýéíøòåéíà è Ñìîëóõîâñêîãî è 135

ýêñïåðèìåíòîâ Ïåððåíà ïî áðîóíîâñêîìó ýôôåêòó) âåùåñòâî ñ÷èòàëîñü ñîñòîÿùèì èç äèñêðåòíûõ ÷àñòèö (àòîìîâ, ìîëåêóë, èîíîâ, ýëåêòðîíîâ), òî ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå îáëàäàëî íåïðåðûâíîñòüþ (ââåäåíèå êâàíòîâ Ïëàíêîì è Ýéíøòåéíîì ïîëîæèëî íà÷àëî íîâîé ÔÊÌ -êâàíòîâî-ïîëåâîé, ðàçâèòîé äàëåå ëèøü â 20-õ ãîäàõ XX âåêà ïîñëå ñîçäàíèÿ êâàíòîâîé ìåõàíèêè è êâàíòîâîé ýëåêòðîäèíàìèêè). Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ êàê ôèçè÷åñêîé ðåàëüíîñòè íå áûëî âïëîòü äî 1916ã., êîãäà À. Ýéíøòåéí ñîçäàë òàê íàçûâàåìóþ Îáùóþ òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè.  XVIII-XIX ââ. ãðàâèòàöèîííîå ïîëå ÿâëÿëîñü ëèøü ìàòåìàòè÷åñêèì âåêòîðíûì ïîíÿòèåì, ïîçâîëÿþùèì îïðåäåëÿòü âçàèìîäåéñòâèå òåë áëàãîäàðÿ òÿãîòåíèþ. Îäíàêî ïðèðîäà ãðàâèòàöèîííûõ âçàèìîäåéñòâèé íå áûëà ïîçíàíà. Âñïîìèíàþòñÿ ñëîâà Íüþòîíà, ñâÿçàííûå èìåííî ñ ïîçíàíèåì ãðàâèòàöèè: “Ãèïîòåç ÿ íå âûäâèãàþ”. 3. Åñëè â ìåõàíè÷åñêîé ÊÌ âðåìÿ, îäíîâðåìåííîñòü èìåëè àáñîëþòíûé õàðàêòåð (âî âñåõ ÈÑÎ ÷àñû â äàííûé ìîìåíò ïîêàçûâàþò îäíî è òî æå âðåìÿ, ÷òî ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì âîçìîæíîñòè ìãíîâåííî ïðåîäîëåòü ëþáîå ðàññòîÿíèå áåñêîíå÷íî áûñòðûì ñèãíàëîì è ñîáûòèÿ îäíîâðåìåííûå â îäíîé ÈÑÎ îñòàþòñÿ îäíîâðåìåííûìè â ëþáîé äðóãîé ÈÑÎ), òî ÑÒÎ ëèøàåò ýòè ïîíÿòèÿ àáñîëþòíîñòè â óêàçàííîì âûøå ñìûñëå: íåò áåñêîíå÷íî áûñòðîé ïåðåäà÷è âçàèìîäåéñòâèÿ (ñêîðîñòü ñâåòà â âàêóóìå - íàèáîëüøàÿ â ïðèðîäå), íåò àáñîëþòíî òâåðäûõ òåë, íåò àáñîëþòíîé ïðè÷èííî-ñëåäñòâåííîé ñâÿçè ìåæäó âñåìè ñîáûòèÿìè â ìèðå: ìûñëåííûé îïûò ñ “âàãîíîì Ýéíøòåéíà” óáåæäàåò, ÷òî îäíîâðåìåííîñòü, âðåìÿ - ïîíÿòèÿ îòíîñèòåëüíûå. Ìåæäó îäíèìè ñîáûòèÿìè â îäíîé ÈÑÎ ìîæåò áûòü ïðè÷èííî-ñëåäñòâåííàÿ ñâÿçü, è îíà (ýòà ñâÿçü) ïðîÿâëÿåòñÿ è â ëþáîé äðóãîé ÈÑÎ, íî ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïîëîæåíèå ýòèõ ñîáûòèé íå àáñîëþòíî. Òåì ñàìûì è ïðîñòðàíñòâî ïîòåðÿëî àáñîëþòíûé õàðàêòåð, íå àáñîëþòíî ðàññòîÿíèå ìåæäó ñîáûòèÿìè, íå àáñîëþòíî âðåìåííîå ÷åðåäîâàíèå íå ñâÿçàííûõ ìåæäó ñîáîé ñîáûòèé. 4. Íà ñìåíó îòíîñèòåëüíûì ïîíÿòèÿì “äëèíà” è “ïðîìåæóòîê âðåìåíè” ÑÒÎ ââîäèò åäèíîå ïîíÿòèå “èíòåðâàë”, 136

êîòîðûé âîåäèíî ñâÿçûâàåò â àáñîëþòíóþ âåëè÷èíó îòíîñèòåëüíûå äëèíó è ïðîìåæóòîê âðåìåíè. ×èñëåííûå çíà÷åíèÿ äëèíû è äëèòåëüíîñòè çàâèñÿò îò âûáîðà ÈÑÎ, ò.å. îò óñëîâèé íàáëþäåíèÿ. Òåì ñàìûì èñ÷åçàåò íåçàâèñèìîñòü ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè îò ñîñòîÿíèÿ òåë è ïðîöåññîâ. À ââåäåíèå íîâîé ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíû - èíòåðâàëà, óêàçûâàåò íà ñâÿçü ñâîéñòâ ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè ìåæäó ñîáîé. Íà ñìåíó òðåõìåðíîìó ìèðó, ñóùåñòâóþùåìó â íåçàâèñèìûõ ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè, ââåäåí ÷åòûðåõìåðíûé ìèð, èìåþùèé òðè ïðîñòðàíñòâåííûõ èçìåðåíèÿ è îäíî âðåìåííîå. Ñâÿçàííûå ìåæäó ñîáîé, îíè âñå-òàêè íå ðàâíîïðàâíû: â ïðîñòðàíñòâå âîçìîæíî äâèæåíèå ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì, âî âðåìåíè - òîëüêî îò ïðîøëîãî ê áóäóùåìó. Ýòî îòëè÷èå íàøëî îòðàæåíèå è â âûðàæåíèè èíòåðâàëà - ýòîãî àíàëîãà òðåõìåðíîãî ðàññòîÿíèÿ. Èíòåðâàë - ýòî ðàññòîÿíèå â ÷åòûðåõìåðíîì ìèðå. Íî â ôîðìóëå, îïðåäåëÿþùåé èíòåðâàë S2 = õ2 + ó2 + z2 - ñ 2 t 2 , ãäå x 2 + y 2 + z 2 = R2 – ïðîñòðàíñòâåííîå ðàññòîÿíèå ìåæäó äâóìÿ ñîáûòèÿìè, t - ïðîìåæóòîê âðåìåíè ìåæäó ýòèìè ñîáûòèÿìè, âðåìåííàÿ “êîîðäèíàòà” âõîäèò ñ äðóãèì çíàêîì, ÷åì ïðîñòðàíñòâåííûå êîîðäèíàòû. Óòâåðæäåíèå ïðåäñòàâëåíèÿ î ÷åòûðåõ-ìåðíîñòè ìèðà - áåçóñëîâíî íîâûé øàã â ïîçíàíèè äåéñòâèòåëüíîñòè. Íî òîëüêî â îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéí ïîêàæåò, ÷òî ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè îïðåäåëÿþòñÿ íàëè÷èåì è ñîñòîÿíèåì ìàòåðèè. Ïîêà æå â ÑÒÎ - ïðîñòðàíñòâî îäíîðîäíî è èçîòðîïíî, âðåìÿ - îäíîðîäíî. Âñå ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî â ÑÒÎ íå ó÷èòûâàåòñÿ ñóùåñòâîâàíèå ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ, ïîðîæäàåìîãî òÿãîòåþùèìè òåëàìè. Åñëè â ìåõàíè÷åñêîé ÊÌ Ï è  îñòàâàëèñü ñóùåñòâóþùèìè è áåç âåùåñòâåííûõ òåë, òî â ÑÒÎ Ï è  íåîòäåëèìû äðóã îò äðóãà è îò äâèæåíèÿ (ñóùåñòâîâàíèÿ ìàòåðèè), Ï è  íå ìîãóò ñóùåñòâîâàòü áåç ìàòåðèè. 5. Êàê è â ìåõàíè÷åñêîé êàðòèíå ìèðà íîâûå ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûå ïðåäñòàâëåíèÿ èìåþò ìàòåìàòè÷åñêîå ïðåäñòàâëåíèå. Î÷åâèäíî, ÷òî ôîðìóëû Ãàëèëåÿ íåñîâìåñòèìû ñ ïîñòóëàòàìè ÑÒÎ. Ýòî âèäíî íåïîñðåäñòâåííî èç àíàëèçà 137

ñîäåðæàíèÿ âòîðîãî ïîñòóëàòà, êîòîðûé íåñîâìåñòèì ñ òåîðåìîé ñëîæåíèÿ ñêîðîñòåé êëàññè÷åñêîé ôèçèêè, à ñëåäîâàòåëüíî, ñ ôîðìóëàìè ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè Ãàëèëåÿ, âûðàæàþùèìè íà ìàòåìàòè÷åñêîì ÿçûêå âñå ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, íà êîòîðûõ îñíîâàíà ìåõàíè÷åñêàÿ êàðòèíà ìèðà. Èñõîäÿ èç ïîñòóëàòîâ ÑÒÎ, âûâîäÿòñÿ íîâûå ôîðìóëû ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè, êîòîðûå, åñòåñòâåííî, ñîäåðæàò âñå îñíîâíîå, ÷òî çàëîæåíî â ïîñòóëàòàõ ÑÒÎ, âñå íîâîå, ÷òî ââåëà â ôèçèêó ÑÒÎ. x′ =

x − vt 1−

v2

, y ′ = y, z ′ = z, t ′ =

t− 1−

c2

xv c2 . v2 c2

Èç ýòèõ ôîðìóë âûâîäèòñÿ íîâàÿ òåîðåìà ñëîæåíèÿ ñêîðîñòåé

u ′x′ =

u x − vt , u′ = u v y′ 1 − x2 c

uy 1− 1−

v2

c2 , u ′z′ = uxv c2

uz 1 − 1−

v2

c2 . uxv c2

Èç ïîñëåäíèõ ôîðìóë âèäíî, ÷òî ÒÑÑ â ÑÒÎ ïðèíèìàåò áîëåå ñëîæíûé âèä, ÷åì îíà èìååò â êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêå. Íî òàê êàê ÑÒÎ ÿâëÿåòñÿ áîëåå îáùåé ôèçè÷åñêîé òåîðèåé ïî îòíîøåíèþ ê êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêå, òî âûïîëíÿåòñÿ ïðèíöèï ñîîòâåòñòâèÿ, ñîãëàñíî êîòîðîìó âñÿêàÿ áîëåå îáùàÿ ôèçè÷åñêàÿ òåîðèÿ ñîäåðæèò â ñåáå êàê ïðåäåëüíûé ñëó÷àé ïðåäøåñòâóþùóþ òåîðèþ. Òàê ôîðìóëû ÑÒÎ ïåðåõîäÿò â ôîðìóëû êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè, åñëè âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå v << 1. c

(*)

Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ýòî ñîîòíîøåíèå íåðåäêî òîëêóþò òàê: êëàññè÷åñêàÿ ìåõàíèêà ñïðàâåäëèâà ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ òåë, à ÑÒÎ - ïðè ñêîðîñòÿõ, ñðàâíèìûõ ñî ñêîðîñòüþ ñâåòà â 138

âàêóóìå. À êàê áûòü ñ ôîðìóëîé E0 = mc 2 , êîòîðàÿ óêàçûâàåò íà ôóíäàìåíòàëüíóþ ñâÿçü ýíåðãèè ïîêîÿ òåëà è åãî ìàññû? Åñëè ó÷åñòü, ÷òî â êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêå, ñîãëàñíî åå òåîðåìå ñëîæåíèÿ ñêîðîñòåé, ñêîðîñòü ñâåòà íå èìååò îãðàíè÷åíèÿ, òî ñîîòíîøåíèå (*) ìîæåò âûïîëíÿòüñÿ è íå ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ òåë. Ïðàâèëüíåå ãîâîðèòü òàê: êëàññè÷åñêèìè ïðåäñòàâëåíèÿìè (è ôîðìóëàìè) ìîæíî ïîëüçîâàòüñÿ (ñ ó÷åòîì ñîäåðæàíèÿ çàäà÷è) ïðè âûïîëíåíèè óñëîâèÿ (*). Ñ ïîìîùüþ èíòåðâàëà, ââîäÿùåãî ïðåäñòàâëåíèå î ÷åòûðåõìåðíîñòè ðåàëüíîãî ìèðà, âñå ïàðû ñîáûòèé ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâà êëàññà: 1. S2 > 0 - êëàññ ïðîñòðàíñòâåííî-ïîäîáíûõ ñîáûòèé, èõ ðàñïîëîæåíèå â ïðîñòðàíñòâå àáñîëþòíî, íî ïðè÷èííî-ñëåäñòâåííîé ñâÿçè ìåæäó ñîáûòèÿìè íå ñóùåñòâóåò íè â îäíîé ÈÑÎ. 2

2. S < 0 - äâà ñîáûòèÿ ñâÿçàíû âðåìåííî-ïîäîáíûì èíòåðâàëîì, ìåæäó ïàðîé ñîáûòèé ìîæåò áûòü ïðè÷èííî-ñëåäñòâåííàÿ ñâÿçü. Ýòî äåëåíèå îáóñëîâëåíî àáñîëþòíîñòüþ, èíâàðèàíòíîñòüþ èíòåðâàëà. Òðåòèé ñëó÷àé S 2 = 0 = õ2 + ó2 + z2 - c 2 t 2 îïðåäåëÿåò ðàñïðîñòðàíåíèå ñâåòîâîãî ñèãíàëà. Ïîñêîëüêó ðàññòîÿíèå è îòíîñèòåëüíàÿ ñêîðîñòü ïåðåñòàëè áûòü àáñîëþòíûìè âåëè÷èíàìè â ÑÒÎ, òî è ñèëû (ñèëà òðåíèÿ, óïðóãîñòè, òÿãîòåíèÿ, êóëîíîâñêàÿ) îêàçûâàþòñÿ îòíîñèòåëüíûìè âåëè÷èíàìè. Òàê êàê ìàññà â ÑÒÎ ÿâëÿåòñÿ èíâàðèàíòîì, òî r r F îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî çàêîí äâèæåíèÿ â ôîðìå a = m

îêàçûâàåòñÿ

íåèíâàðèàíòíûì. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî óñêîðåíèå íå ïðîïîðöèîíàëüíî äåéñòâóþùåé ñèëå âî âñåõ ÈÑÎ è, êàê áóäåò âèäíî èç ïðèâîäèìîé íèæå ôîðìóëû, íå îäíîíàïðàâëåíî ñ âåêòîðîì ñèëû. Óðàâíåíèå äâèæåíèÿ â ÑÒÎ èìååò ñëåäóþùèé âèä: r u

rr  r r a =  F − 2 Fu  c  

( )

1− m

u2 c2

.

139

Îñòàíîâèìñÿ íà îäíîì çàáëóæäåíèè, êîòîðîå èìååò øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå. Ðå÷ü èäåò î òàê íàçûâàåìîé “ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññå”. Äåëî â òîì, ÷òî â ÑÒÎ òàêîãî ïîíÿòèÿ íåò, íåò çàâèñèìîñòè ìàññû îò ñêîðîñòè. Ðåëÿòèâèñòñêàÿ ìàññà êàê ôèçè÷åñêîå ïîíÿòèå áûëî ââåäåíî äî ñîçäàíèÿ ÑÒÎ. Âïîñëåäñòâèè äëÿ ïðèäàíèÿ íåêîòîðûì ôîðìóëàì ÑÒÎ áîëåå êîìïàêòíîãî âèäà, ïî-ïðåæíåìó èñïîëüçîâàëè âûðàæåíèå m

m ðåë =

1−

u2

.

c2

Íî âñÿ òðàãåäèÿ (äà, èìåííî òàê) çàêëþ÷àëàñü â òîì, ÷òî ýòîìó ìàòåìàòè÷åñêîìó îáîçíà÷åíèþ ñòàëè ïðèïèñûâàòü ôèçè÷åñêîå ñîäåðæàíèå. Ó ñàìîãî Ýéíøòåéíà ýòîãî ïîíÿòèÿ íåò, â ëåêöèÿõ Ôåéíìàíà (ò.1- 2) íåñêîëüêî ñòðàíèö ïîñâÿùåíî âûâîäó ýòîãî âûðàæåíèÿ, à â çàêëþ÷åíèå çíàìåíèòûé ôèçèê çàìå÷àåò: “íî íà ïðàêòèêå ýòî âûðàæåíèå íå èñïîëüçóåòñÿ”. Âîò òàê...  äåéñòâèòåëüíîñòè îò ñêîðîñòè äâèæåíèÿ çàâèñèò èìïóëüñ òåëà (÷àñòèöû) ïî ôîðìóëå r P=

r mu 1−

u2

,

c2

è ãðàôèê ýòîé ôóíêöèè íà÷èíàåòñÿ èç íà÷àëà êîîðäèíàò, àñèìïòîòè÷åñêè ïðèáëèæàÿñü â áåñêîíå÷íîñòè ïðè çíà÷åíèè ñêîðîñòè u → c.  ÑÒÎ èñïîëüçóåòñÿ ëèøü îäíà ìàññà, è åé íå íóæíî ïðèïèñûâàòü íàçâàíèå “ìàññà ïîêîÿ”, òàê êàê äðóãîé ìàññû ïðîñòî íåò. Âìåñòî äâóõ íåçàâèñèìûõ çàêîíîâ ñîõðàíåíèÿ êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè (çàêîíà ñîõðàíåíèÿ êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ è çàêîíà ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè) â ÑÒÎ “ðàáîòàåò” åäèíûé çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè - èìïóëüñà, êîòîðûé â ÷åòûðåõìåðíîé ôîðìå ïðåäñòàâëÿåòñÿ 4-ìåðíûì âåêòîðîì. 140

Èòàê, ÑÒÎ çàâåðøèëà ïîñòðîåíèå ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà, èñõîäíûì ìîìåíòîì êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ ýëåêòðîäèíàìèêà Ôàðàäåÿ-Ìàêñâåëëà, óòâåðäèâøàÿ ïðèíöèï áëèçêîäåéñòâèÿ, îäíàêî, ñ÷èòàâøàÿ ïðèíöèï îòíîñèòåëüíîñòè Ãàëèëåÿ óíèâåðñàëüíûì ïðèíöèïîì ôèçèêè. Íî òîëüêî îòêàç îò ýôèðà è ïîñòóëèðîâàíèå íîâûõ ïîëîæåíèé (â ôîðìå ïîñòóëàòîâ Ýéíøòåéíà) óñòðàíèëî òóïèê, â êîòîðûé âîøëà ôèçèêà, îäíîâðåìåííî ñîõðàíÿÿ íüþòîíîâñêèå âçãëÿäû íà ïðîñòðàíñòâî, âðåìÿ è äâèæåíèå è óòâåðæäàÿ áëèçêîäåéñòâèå ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîäèíàìè÷åñêèõ ÿâëåíèé. Ðàçâèòèå ôèçèêè ïîêàçàëî, ÷òî ÑÒÎ èìååò îáùåíàó÷íîå çíà÷åíèå, òàê êàê äåëàåò ñëåäóþùèé øàã â ïîçíàíèè ñâîéñòâ îáúåêòèâíîé ðåàëüíîñòè, ñâîéñòâ åãî ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è äâèæåíèÿ ìàòåðèàëüíûõ îáúåêòîâ. Íî ñíîâà, êàê è â êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêå, ìèð ÑÒÎ â îïðåäåëåííîé ñòåïåíè èäåàëèçèðîâàí, òàê êàê ÑÒÎ ñïðàâåäëèâà äî òåõ ïîð, ïîêà íå íóæíî ó÷èòûâàòü âëèÿíèå ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ, åãî âîçäåéñòâèÿ íà ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è äâèæåíèÿ ìàòåðèàëüíûõ îáúåêòîâ.  1916 ã. À. Ýéíøòåéí ïîñòðîèë òåîðèþ, ó÷èòûâàþùóþ âîçäåéñòâèå ãðàâèòàöèè, ýòà òåîðèÿ, ïîëó÷èëà íàçâàíèå Îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, è ÿâëÿåòñÿ ðåëÿòèâèñòñêîé òåîðèåé ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è òÿãîòåíèÿ. Ðàññìîòðåíèå ýòîé òåîðèè âûõîäèò çà ðàìêè äàííîé ñòàòüè. Ïîäîáíî òîìó, êàê âîçíèêíîâåíèå ýëåêòðîìàãíèòíîé òåîðèè è ÑÒÎ ïðèâåëî ê ïîñòðîåíèþ ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà, òàê è ðîæäåíèå êâàíòîâîé ìåõàíèêè ïðèâåëî ê âîçíèêíîâåíèþ íîâîãî ïîíèìàíèÿ ñâîéñòâ ìèðà, â îñîáåííîñòè íà óðîâíå ñâîéñòâ ìèêðî÷àñòèö, ê âîçíèêíîâåíèþ êâàíòîâîïîëåâîé êàðòèíû ìèðà.

Î÷åðê 3 Êâàíòîâî-ïîëåâàÿ êàðòèíà ìèðà

Êàê è ýëåêòðîäèíàìè÷åñêàÿ êàðòèíà ìèðà, âîçíèêøàÿ â íåäðàõ ìåõàíè÷åñêîé ôèçèêè, ïðèøåäøåé â òóïèêîâîå ñîñòîÿíèå 141

â ñâÿçè ñ ïðîáëåìîé ýôèðà, òàê è êâàíòîâî-ïîëåâàÿ êàðòèíà ìèðà íà÷àëà âîçíèêàòü â ñâÿçè ñ íåâîçìîæíîñòüþ ýëåêòðîäèíàìè÷åñêè îáúÿñíèòü âíîâü îáíàðóæåííûå ñâîéñòâà ìàòåðèè.  äåêàáðå 1900 ã. íåìåöêèé ôèçèê Ìàêñ Ïëàíê äëÿ ïðåîäîëåíèÿ òðóäíîñòåé â îáúÿñíåíèè çàêîíîâ èçëó÷åíèÿ íàãðåòûõ òåë (òàê íàçûâàåìîé “óëüòðàôèîëåòîâîé êàòàñòðîôû”) âûäâèãàåò ãèïîòåçó î òîì, ÷òî àòîìû èçëó÷àþò è ïîãëîùàþò ýíåðãèþ íå íåïðåðûâíî, à ïîðöèÿìè, êâàíòàìè. Ýòà èäåÿ, îáîáùåííàÿ çàòåì À. Ýéíøòåéíîì (â 1905 ã. îí îáúÿñíÿåò çàêîíû ôîòîýôôåêòà, ïðåäïîëàãàÿ, ÷òî êâàíòû è ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ â ïðîñòðàíñòâå â âèäå êîðïóñêóë; âïîñëåäñòâèè â 1927 ã. àìåðèêàíñêèé ôèçèê Ëüþèñ èìåííî èç-çà ýòîãî ñâîéñòâà ýëåêòðîìàãíèòíûõ êâàíòîâ ïðè÷èñëèë èõ ê ýëåìåíòàðíûì ÷àñòèöàì è äàë èìÿ “ôîòîíû”), ÿâëÿåòñÿ õàðàêòåðíûì ïðèçíàêîì êâàíòîâîé ôèçèêè: ôèçè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö (ýíåðãèÿ, èìïóëüñ, ìîìåíò èìïóëüñà, ñèëû, ÷åòíîñòü è ò.ä.) èçìåíÿþòñÿ äèñêðåòíî, ñêà÷êàìè íà îïðåäåëåííóþ âåëè÷èíó. Ôðàíöóçñêèé ôèçèê Ëóè äå Áðîéëü, çàíèìàÿñü èñòîðèåé ôèçèêè, óñòàíîâèë, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå (è ñâåò) â îäíèõ ÿâëåíèÿõ ïðîÿâëÿåò âîëíîâûå ñâîéñòâà (èíòåðôåðåíöèÿ, äèôðàêöèÿ, ïîëÿðèçàöèÿ), â äðóãèõ - êîðïóñêóëÿðíûå (ôîòîýôôåêò, Êîìïòîí - ýôôåêò). Èñõîäÿ èç èäåè î äèàëåêòè÷åñêîì åäèíñòâå ñâîéñòâ ïðèðîäû, Ëóè äå Áðîéëü âûäâèãàåò “áåçóìíóþ” èäåþ: ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû òàêæå äîëæíû ïðîÿâëÿòü íå òîëüêî êîðïóñêóëÿðíûå, íî è âîëíîâûå ñâîéñòâà. Ïåðâîå ïîäòâåðæäåíèå ýòîé ãèïîòåçû (âèäèìî, íå áûëî èçâåñòíî Ëóè äå Áðîéëþ) áûëî äàíî åùå â 1921 ã. â îïûòàõ Òàóíñåíäà è Ðàìçàóýðà: ïîòîê ýëåêòðîíîâ ïðè îïðåäåëåííîé ñêîðîñòè ïðè âñòðå÷å ñ öåíòðàìè ðàññåÿíèÿ (àòîìàìè èíåðòíûõ ãàçîâ) äèôðàãèðîâàë, êàê åñëè áû ýëåêòðîíû îáëàäàëè âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè.  1925 - 1927 ãã. âîëíîâûå ñâîéñòâà ýëåêòðîíîâ áûëè òâåðäî óñòàíîâëåíû ïðè íàáëþäåíèè ðàññåÿíèÿ èõ íà ìîíîêðèñòàëëàõ (Äæåðìåð è Äåâèññîí) è ïîëèêðèñòàëëàõ (Òîìñîí è Òàðòàêîâñêèé).  1949 ã. íàøè ñîîòå÷åñòâåííèêè 142

Ñóøêèí, Ôàáðèêàíò è Áèáåðìàí ïîêàçàëè, ÷òî âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè îáëàäàåò êàæäûé ýëåêòðîí. Èäåÿ äå Áðîéëÿ áûëà ïîëîæåíà Øðåäèíãåðîì â îñíîâó ïîñòðîåíèÿ íîâîé ôèçè÷åñêîé òåîðèè - òåîðèè ñâîéñòâ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö è èõ ñèñòåì - êâàíòîâîé ìåõàíèêè. Èòàê, ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöà îáëàäàþò è êîðïóñêóëÿðíûìè è âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè. Îäíàêî èç ýòîé èäåè íå ñëåäóåò, ÷òî ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû - ýòî è êîðïóñêóëû è âîëíû îäíîâðåìåííî. Êàê ðàç íàîáîðîò: ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû - ýòî íè êîðïóñêóëû è íè âîëíû, îíè îáëàäàþò êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâûì äóàëèçìîì. Íà âîïðîñ: òàê ÷òî æå òàêîå ýëåìåíòàðíàÿ ÷àñòèöà? - è ñåãîäíÿ ìû íå ìîæåì äàòü îòâåò, òàê êàê òåîðèè ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö åùå íå ñóùåñòâóåò, õîòÿ ìû è çíàåì ìíîãî ñâîéñòâ ýòèõ ÷àñòèö. Íî ìû íå ìîæåì îòâåòèòü íà òàêèå âîïðîñû, êàê: 1) ïî÷åìó ó ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö òàêèå, à íå äðóãèå ìàññû; 2) ïî÷åìó ó íèõ îïðåäåëåííûé ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä; 3) ïî÷åìó ýëåêòðîí “íå âçðûâàåòñÿ”, õîòÿ îí ñîäåðæèò ëèøü ýëåêòðè÷åñòâî îäíîãî çíàêà è ò.ä. Íå íàäî ïðåäñòàâëÿòü ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû íåêèìè êåíòàâðàìè. Äåëî â òîì, ÷òî â îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ (îïûòàõ) ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû ïðîÿâëÿþò ëèáî êîðïóñêóëÿðíûå, ëèáî âîëíîâûå ñâîéñòâà. È íèêîãäà - è òå, è äðóãèå ñâîéñòâà îäíîâðåìåííî â îäíîì îïûòå. Îá ýòîì ãîâîðèò îñíîâîïîëàãàþùèé ïðèíöèï ñîâðåìåííîé ôèçèêè - ïðèíöèï äîïîëíèòåëüíîñòè, ñôîðìóëèðîâàííûé Íèëüñîì Áîðîì â 1926 ã.: êîðïóñêóëÿðíûå è âîëíîâûå ñâîéñòâà ÿâëÿþòñÿ äîïîëíèòåëüíûìè, ôèçè÷åñêèå ïðèáîðû äåëÿòñÿ íà äâà êëàññà, ñ ïîìîùüþ îäíèõ ïðèáîðîâ ìîæíî èçó÷àòü âîëíîâûå, ñ ïîìîùüþ äðóãèõ êîðïóñêóëÿðíûå ñâîéñòâà ÷àñòèö. Òó æå ìûñëü, íî íà ÿçûêå ìàòåìàòèêè, âûðàæàþò ñîîòíîøåíèÿ íåîïðåäåëåííîñòåé Ãåéçåíáåðãà. Ïðè÷åì íåîïðåäåëåííîñòè íå ÿâëÿþòñÿ íåòî÷íîñòÿìè îïðåäåëåíèÿ õàðàêòåðèñòèê ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, à åñòü âíóòðåííèå èõ ñâîéñòâà, ñëåäóþùèå èç êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâîãî äóàëèçìà, èç íåîáõîäèìîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ñëîâàðÿ êëàññè÷åñêîé ôèçèêè äëÿ îïèñàíèÿ îáúåêòîâ, ïðèíöèïèàëüíî îòëè÷íûõ îò êëàññè÷åñêèõ ÷àñòèö. Õàðàêòåðíûì ñâîéñòâîì ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö ÿâëÿåòñÿ èõ 143

âçàèìíàÿ ïðåâðàùàåìîñòü, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î ìàòåðèàëüíîì åäèíñòâå ìèðà íà óðîâíå ýëåìåíòàðíûõ ïðîöåññîâ. Ïðè ýòîì ïðîÿâëÿþòñÿ ñëåäóþùèå âèäû âçàèìîäåéñòâèé: 1) ñèëüíîå (ÿäåðíîå); 2) ýëåêòðîìàãíèòíîå; 3)ñëàáîå; 4)ãðàâèòàöèîííîå. Åñëè ÿäåðíîå âçàèìîäåéñòâèå îöåíèòü (â óñëîâíûõ åäèíèöàõ) åäèíèöåé, òî â óêàçàííîé âûøå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè âçàèìîäåéñòâèÿ îòíîñÿòñÿ, êàê 1:1/137 : 10 −16 : 10 −41.  70-õ ãîäàõ íàøåãî âåêà ôèçèêàì óäàëîñü ïîêàçàòü, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíîå è ñëàáîå âçàèìîäåéñòâèÿ ÿâëÿþòñÿ ïðîÿâëåíèÿìè åäèíîãî ýëåêòðîñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Îñóùåñòâëÿåòñÿ ìå÷òà Àëüáåðòà Ýéíøòåéíà, áåçóñïåøíî ïûòàâøåãîñÿ â òå÷åíèå ïîñëåäíèõ 30-òè ëåò ñâîåé æèçíè îáúåäèíèòü ýëåêòðîìàãíèòíîå è ãðàâèòàöèîííîå âçàèìîäåéñòâèÿ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàçðàáàòûâàåòñÿ òåîðèÿ “âåëèêîãî îáúåäèíåíèÿ”, âêëþ÷àþùåãî ïåðâûõ òðè âçàèìîäåéñòâèÿ. Åñëè íåðåëÿòèâèñòñêàÿ êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà ÿâëÿåòñÿ ôèçèêîé äàëüíîäåéñòâèÿ (êâàíòîâûå ïåðåõîäû ïðîèñõîäÿò ìãíîâåííî, ïðèíöèï Ïàóëè òîæå òðåáóåò äàëüíîäåéñòâèÿ è ò.ä.), òî êâàíòîâàÿ ýëåêòðîäèíàìèêà è õðîìîäèíàìèêà (òåîðèÿ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö), ïî ñóòè äåëà, ó÷èòûâàÿ ïîëîæåíèÿ ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, ÿâëÿþòñÿ òåîðèÿìè, îñíîâàííûìè íà ïðèíöèïå áëèçêîäåéñòâèÿ. Íà òîì æå ïðèíöèïå îñíîâàíà è îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè À. Ýéíøòåéíà, ñîâðåìåííàÿ ðåëÿòèâèñòñêàÿ òåîðèÿ ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è òÿãîòåíèÿ. Íîâûì ìîìåíòîì â êâàíòîâî-ïîëåâîé êàðòèíå ìèðà ÿâëÿåòñÿ âçàèìîñâÿçü ìèêðî- è ìåãàìèðîâ. Ñòîëåòèÿìè ñ÷èòàëîñü, ÷òî â êîñìîñå îñíîâíûì âçàèìîäåéñòâèåì ÿâëÿåòñÿ ãðàâèòàöèîííîå. Óñòàíîâëåíèå íåðàçðûâíîñòè óêàçàííûõ îáúåêòîâ ïðîèçîøëî èççà áóðíîãî ðàçâèòèÿ êîñìîëîãèè, âûäâèíóâøåé íà áàçå ÎÒÎ ìîäåëü “Áîëüøîãî âçðûâà”, â ñöåíàðèè êîòîðîãî ñóùåñòâóåò ýòàï “ðîæäåíèÿ” ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, àòîìîâ, ìîëåêóë è óæå çàòåì ìàêðîñêîïè÷åñêèõ íåáåñíûõ òåë, îáðàçóþùèõ ãàëàêòèêè, ñîäåð144

æàùèõ ìèëëèàðäû çâåçä. Åùå ìíîãî çàãàäîê íå ðàçðåøåíû ó÷åíûìè. Ïîýòîìó íåëüçÿ ñ÷èòàòü êâàíòîâî-ïîëåâóþ êàðòèíó ìèðà çàâåðøåííîé. Ìîæíî óïîìÿíóòü ëèøü îäíó ïðèíöèïèàëüíî âàæíóþ ïðîáëåìó: åñëè ìèð âîçíèê â ìîìåíò “Áîëüøîãî âçðûâà”, òî ÷òî áûëî äî ýòîãî, êàê áûòü ñ ïðîñòðàíñòâîì è âðåìåíåì, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ ôîðìàìè ñóùåñòâîâàíèÿ ìàòåðèè è áåç íåå áåññìûñëåííî ãîâîðèòü î ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè... Ðàññìîòðåíèå ôèçè÷åñêèõ êàðòèí ìèðà äîëæíî ïðîèçâîäèòüñÿ â êîíöå èçó÷åíèÿ êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè, êëàññè÷åñêîé ýëåêòðîäèíàìèêè è ÑÒÎ è ýëåìåíòîâ êâàíòîâîé ôèçèêè. Íî îñîáåííî èíòåðåñíî è ãíîñåîëîãè÷åñêè âàæíî ïðè çàâåðøåíèè ñðåäíåãî îáðàçîâàíèÿ íà èòîãîâûõ çàíÿòèÿõ ïîñòðîèòü ýâîëþöèþ ÔÊÌ. Íàì êàæåòñÿ, ÷òî íàèáîëåå ðàöèîíàëüíîé ôîðìîé ýòîãî ýòàïà èçó÷åíèÿ ôèçèêè ìîæåò áûòü íàó÷íî-ïðàêòè÷åñêàÿ êîíôåðåíöèÿ ó÷àùèõñÿ, êîòîðàÿ, åñòåñòâåííî, äîëæíà ãîòîâèòüñÿ çàáëàãîâðåìåííî.  ïîìîùü ïðîâåäåíèÿ ïîäîáíîé êîíôåðåíöèè â ñëåäóþùåé ñòàòüå íàñòîÿùåãî ñáîðíèêà äàåòñÿ òàáëèöà ñîïîñòàâëåíèÿ ÔÊÌ, êîòîðàÿ ìîæåò ñëóæèòü îïîðíûì êîíñïåêòîì äëÿ âûñòóïàþùèõ. Îáëåã÷èò ðàáîòó ïî ïîäãîòîâêå ê êîíôåðåíöèè è óêàçàííàÿ ëèòåðàòóðà. Áåçóñëîâíî, ó÷èòåëü äîëæåí îáÿçàòåëüíî ïðî÷èòàòü êîíñïåêòû âûñòóïëåíèé è äàòü ðàçúÿñíåíèå îòäåëüíûì ìîìåíòàì, âûõîäÿùèì çà ïðåäåëû øêîëüíîé ïðîãðàììû. Æåëàòåëüíî ïîäãîòîâèòü ñòåíä òåçèñîâ äîêëàäîâ, ÷òî ïîçâîëèò ó÷àùèìñÿ-ñëóøàòåëÿì çàáëàãîâðåìåííî âîéòè â òåìó âûñòóïëåíèé. Æåëàòåëüíî ïî êàæäîé ÔÊÌ ïîäãîòîâèòü íåñêîëüêî äîêëàä÷èêîâ, ÷òî âûçîâåò áîëüøèé èíòåðåñ áëàãîäàðÿ ñìåíå è òåì âûñòóïëåíèé, è ñòèëåé èõ èçëîæåíèÿ. Ó÷èòåëþ ïðåäñòîèò ñäåëàòü “Çàêëþ÷åíèå”, â êîòîðîì îí äîëæåí ïîêàçàòü, ÷òî ñìåíà ÔÊÌ - ýòî ïðîÿâëåíèå áåñêîíå÷íîñòè ïðîöåññà ïîçíàíèÿ îáúåêòèâíî ñóùåñòâóþùåãî ìèðà. Ïîñòàíîâêà ìíîæåñòâà íåðåøåííûõ ïðîáëåì, âîçìîæíî, âûçîâåò èíòåðåñ âûïóñêíèêîâ è ïîâëèÿåò íà âûáîð èìè äàëüíåéøåãî æèçíåííîãî ïóòè. 145

Ëèòåðàòóðà

1. Ýéíøòåéí À., Èíôåëüä Ë. Ýâîëþöèÿ ôèçèêè. - Ì., 1956. 2. Êóäðÿâöåâ Ï.Ñ. Èñòîðèÿ ôèçèêè. - Ò. 1, 2,3. - Ì. 3. Äóêîâ Â.Ì. Èñòîðè÷åñêèå îáçîðû â êóðñå ôèçèêè ñðåäíåé øêîëû. Ì.: Ïðîñâåùåíèå, 1983. 4. Ìîùàíñêèé Â.Í. Ôîðìèðîâàíèå ìèðîâîççðåíèÿ ó÷àùèõñÿ ïðè èçó÷åíèè ôèçèêè. - Ì.: Ïðîñâåùåíèå, 1976. 5. Ñïàññêèé Á.È. Âîïðîñû ìåòîäîëîãèè è èñòîðèçìà â êóðñå ôèçèêè ñðåäíåé øêîëû. - Ì.: Ïðîñâåùåíèå, 1975. 6. Èâàíîâ Á.Í. Çàêîíû ôèçèêè. - Ì.: Âûñøàÿ øêîëà, 1986. 7. Ôåéíìàí Ð. Õàðàêòåð ôèçè÷åñêèõ çàêîíîâ. - Ì.: Ìèð, 1968. 8. Çåëüäîâè÷ ß.Á., Õëîïîâ Ì.Þ. Äðàìà èäåé â ïîçíàíèè ïðèðîäû. - Ì.: Íàóêà, 1988. - Âûï. 67. - (Á-êà “Êâàíò”). 9. Ðîçìàí Ã.À. Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè. - Ïñêîâ: ÏÎÈÏÊÐÎ, 1995. 10. Ðîçìàí Ã. À. Ââåäåíèå â îáùóþ òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè. -Ïñêîâ: ÏÎÈÏÊÐÎ, 1996. 11. Ïèíñêèé À.À. Ôèçèêà-11. • Ì.: Ïðîñâåùåíèå, 1995. 12. Ìîñòåïàíåíêî À.Ì. Ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ â ìàêðî-, ìåãà-è ìèêðîìèðå. - Ì., 1974.

146

ÒÀÁËÈÖÀ ÑÎÏÎÑÒÀÂËÅÍÈß ÎÑÍÎÂÍÛÕ ÀÒÐÈÁÓÒΠÐÀÇËÈ×ÍÛÕ ÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÕ ÊÀÐÒÈÍ ÌÈÐÀ Äàííàÿ ñòàòüÿ ÿâëÿåòñÿ ïðîäîëæåíèåì ïðåäûäóùåé “Ñìåíà ôèçè÷åñêèõ êàðòèí ìèðà”. Êàæäàÿ êàðòèíà ìèðà ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ ïî ìåðå ïðîõîæäåíèÿ ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà. Íàïðèìåð, ïîñòðîåíèå ìåõàíè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà (ÌÊÌ) ìîæåò áûòü ñäåëàíî êàê çàêëþ÷èòåëüíîå çàíÿòèå ïîñëå èçó÷åíèÿ êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè. Ñîîòâåòñòâåííî, ïîñòðîåíèå ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà (ÝÊÌ) ìîæåò èäòè ïîñëåäîâàòåëüíî ïðè èçó÷åíèè ýëåêòðîäèíàìèêè è çàâåðøèòüñÿ ïîñëå çíàêîìñòâà ó÷àùèõñÿ ñ îñíîâàìè ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè. Êâàíòîâî-ïîëåâàÿ êàðòèíà ìèðà âûðàñòàåò â ïðîöåññå èçó÷åíèÿ êâàíòîâîé ôèçèêè. Íî îñîáûé ìîìåíò â ôîðìèðîâàíèè ó ó÷àùèõñÿ íàó÷íîãî ìèðîâîççðåíèÿ íàñòóïàåò ïîñëå çàâåðøåíèÿ èçó÷åíèÿ âñåãî êóðñà ôèçèêè è ïðîâåäåíèÿ òàê íàçûâàåìûõ îáîáùàþùèõ óðîêîâ. Íà ýòîì ýòàïå âîçíèêàåò óíèêàëüíàÿ âîçìîæíîñòü ñîïîñòàâèòü âñå èçâåñòíûå ó÷àùèìñÿ ÔÊÌ è ïîêàçàòü, ÷òî ñìåíà ÔÊÌ – ýòî çàêîíîìåðíîå ÿâëåíèå â ïðîöåññå ïîçíàíèÿ îêðóæàþùåãî íàñ ìèðà. Ñìåíà ôèçè÷åñêèõ êàðòèí ìèðà ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðîöåññ ïîçíàíèÿ äåéñòâèòåëüíîñòè äèíàìè÷åí, îí ñîïðîâîæäàåòñÿ ïåðåõîäîì îò íåçíàíèÿ ê çíàíèþ, ñâèäåòåëüñòâóåò î áåñêîíå÷íîñòè ïîçíàíèÿ ìèðà è ñèëå ÷åëîâå÷åñêîãî óìà.  ñâîåé ïåäàãîãè÷åñêîé ïðàêòèêå ìû èñïîëüçóåì ïëàêàò áîëüøèõ ðàçìåðîâ, íà êîòîðîì â âåðòèêàëüíîì íàïðàâëåíèè èçîáðàæåíû îñíîâíûå àòðèáóòû êàæäîé êàðòèíû ìèðà. Íî åñëè â ïðîöåññå èçó÷åíèÿ ôèçèêè “ïîñòðîåíèå” ÔÊÌ èäåò èìåííî â âåðòèêàëüíîì íàïðàâëåíèè (íà ïëàêàòå), òî íà çàêëþ÷èòåëüíûõ îáîáùàþùèõ çàíÿòèÿõ öåëåñîîáðàçíî ïðîâåñòè ñîïîñòàâëåíèå îäíèõ è òåõ æå àòðèáóòîâ âñåõ ÔÊÌ.  òàêîì ñîïîñòàâëåíèè ó÷àùèåñÿ ñðàçó óâèäÿò, ïî÷åìó ïðîèñõîäèò ñìåíà îäíîé ÔÊÌ äðóãîé, ò.å. óâèäÿò ýâîëþöèþ íàøèõ çíàíèé â îðèãèíàëüíîì èñòîðè÷åñêîì ñðàâíåíèè. 147

 êà÷åñòâå ïðèìåðà òàêîãî “ãîðèçîíòàëüíîãî” ñîïîñòàâëåíèÿ ÔÊÌ ðàññìîòðèì àíàëèç ïåðâîãî àòðèáóòà: “Âèäû ìàòåðèè”. Äî íà÷àëà ÕÕ âåêà ôèçèêà ïðèçíàâàëà ëèøü îäèí âèä ìàòåðèè – âåùåñòâî, ïîä êîòîðûì ïîíèìàëîñü íå òîëüêî òî, ÷òî îñÿçàåìî íàøèìè îðãàíàìè ÷óâñòâ, íî è ôëþèäû òèïà ýôèðà, òåïëîðîäà, ýëåêòðè÷åñêîé æèäêîñòè è òîìó ïîäîáíîå.  ñåðåäèíå ÕIÕ âåêà ôèçèêà âûíóæäåíà áûëà îòêàçàëàñü îò òåïëîðîäà (îïûòû Äæîóëÿ è äð.). Çàòåì, â íà÷àëå ÕÕ âåêà, áëàãîäàðÿ àíàëèçó ìíîæåñòâà ýêñïåðèìåíòîâ (ÿâëåíèÿ àáåððàöèè, îïûòà Ôèçî, îïûòà Ìàéêåëüñîíà è äð.), ïðîèçâåäåííûõ À. Ýéíøòåéíîì, ïðèøëîñü îòêàçàòüñÿ è îò ýôèðà, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî îí òàê áûë íåîáõîäèì êëàññè÷åñêîé ôèçèêå íå òîëüêî êàê íîñèòåëü ýëåêòðîìàãíèòíûõ êîëåáàíèé, íî è êàê ñðåäà, ñ êîòîðîé ìîæíî áûëî áû ñâÿçàòü àáñîëþòíóþ ñèñòåìó îòñ÷åòà, îòíîñèòåëüíî êîòîðîé è äâèæåíèå, è ïîêîé íîñèëè áû àáñîëþòíûé õàðàêòåð – âñå ýòî áûëî íåîáõîäèìî äëÿ ïîäòâåðæäåíèÿ âçãëÿäîâ Íüþòîíà íà ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è äâèæåíèÿ – îñíîâå ìåõàíè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà.  1897 ãîäó àíãëèéñêèé ôèçèê Òîìñîí ýêñïåðèìåíòàëüíî èçó÷àåò ñâîéñòâà ïåðâîé ýëåìåíòàðíîé ÷àñòèöû – ýëåêòðîíà, îïðåäåëÿåò åãî óäåëüíûé çàðÿä. Ýòî îòêðûòèå âûíóæäàåò ïåðåñìîòðåòü ïðèðîäó ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà è îòêàçàòüñÿ îò ýëåêòðè÷åñêîé æèäêîñòè, êàê íåïðåðûâíîé ñðåäû è ðàññìàòðèâàòü ýëåêòðè÷åñêèé òîê êàê äâèæåíèå ýëåìåíòàðíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà – ýëåêòðîíîâ. Àòîìàðíàÿ ãèïîòåçà, çàðîäèâøàÿñÿ åùå â äðåâíåì ìèðå (Äåìîêðèò è äð.) óòâåðæäàåòñÿ â íà÷àëå ÕÕ âåêà áëàãîäàðÿ òåîðåòè÷åñêèì ðàáîòàì Ýéíøòåéíà è Ñìîëóõîâñêîãî è ýêñïåðèìåíòîâ Ïåððåíà, îáúÿñíèâøèõ ïðèðîäó òàê íàçûâàåìîãî “áðîóíîâñêîãî äâèæåíèÿ”. Òàêèì îáðàçîì, ê íà÷àëó ÕÕ âåêà âåùåñòâî (òî, èç ÷åãî ñîñòîÿò òâåðäûå, æèäêèå è ãàçîîáðàçíûå òåëà) ñòàëî åäèíñòâåííûì ñèíîíèìîì ìàòåðèè. Îòêðûòèå ðàäèîàêòèâíîñòè ïîêàçàëî, ÷òî àòîì (èëè ìîëåêóëà âåùåñòâà) – ýòî ñëîæíàÿ ñèñòåìà, êîòîðàÿ îáðåëà 148

ðåàëüíîñòü â ìîäåëÿõ Òîìñîíà, îïûòàõ Ðåçåðôîðäà è ïîëóêëàññè÷åñêîé, ïîëóêâàíòîâîé òåîðèè Áîðà. Îòêðûòèÿ ïîñëåäíèõ ëåò Õ1Õ âåêà (ôîòîýôôåêò, ðàäèîàêòèâíîñòü, ðåíòãåíîâñêèå ëó÷è, èçìåðåíèå óäåëüíîãî çàðÿäà ýëåêòðîíà è äð.) óêàçàëè íà òî, ÷òî âåùåñòâî – ýòî íå íåïðåðûâíàÿ, à äèñêðåòíàÿ ñðåäà. Èòàê, â ìåõàíè÷åñêîé êàðòèíå ìèðà èìååòñÿ îäèí âèä ìàòåðèè – âåùåñòâî, ñîñòîÿùåå èç äèñêðåòíûõ (íà òîò ìîìåíò ýëåìåíòàðíûõ) ÷àñòèö – àòîìîâ, ìîëåêóë, ýëåêòðîíîâ, èîíîâ. Ýëåêòðîäèíàìè÷åñêàÿ êàðòèíà ìèðà çàðîæäàåòñÿ â íåäðàõ êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè. Äëÿ ó÷åòà âëèÿíèÿ ñðåäû íà âçàèìîäåéñòâèå çàðÿäîâ è òîêîâ Ôàðàäåé ââîäèò ïîíÿòèå “ïîëå”. Ìàêñâåëë ïðèäàåò èäåÿì Ôàðàäåÿ ìàòåìàòè÷åñêîå ïðåäñòàâëåíèå. Ââåäÿ òîê ñìåùåíèÿ, Ìàêñâåëë ïðåäñêàçûâàåò ñóùåñòâîâàíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí è óñòàíàâëèâàåò ýëåêòðîìàãíèòíóþ ïðèðîäó ñâåòà. Îäíàêî, ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå Ôàðàäåÿ Ìàêñâåëëà åùå íå áûëî âèäîì ìàòåðèè, à ÿâëÿëîñü îñîáûì ñîñòîÿíèåì åäèíîãî (è ýëåêòðè÷åñêîãî, è ìàãíèòíîãî, è ñâåòîâîãî) ýôèðà. Óïîìÿíóòîå âûøå ïðîòèâîðå÷èâîå ïîâåäåíèå ýôèðà â îïûòàõ Áðàäëåÿ (1627 ã.), Ôèçî (1851 ã.), Ìàéêåëüñîíà (1881 ã.) è äð., ïðîòèâîðå÷èâîñòü åãî ñâîéñòâ (íåîáõîäèìîñòü áåñêîíå÷íî ìàëîé ïëîòíîñòè, ÷òîáû íå òîðìîçèòü äâèæåíèå íåáåñíûõ òåë è, îäíîâðåìåííî, íàëè÷èå ãèãàíòñêîãî ìîäóëÿ ñäâèãà, ÷òîáû ñêîðîñòü ïîïåðå÷íûõ ñâåòîâûõ âîëí áûëà 300 000 êì/ñ) ïðèâîäèò ê êðèçèñó â ôèçèêå.  1905 ã. À. Ýéíøòåéí îòâåðãàåò íåîáõîäèìîñòü ýôèðà äëÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí, è, òåì ñàìûì, ïðèçíàåò çà ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîëåì ñàìîñòîÿòåëüíîé ôèçè÷åñêîé ðåàëüíîñòè. Ñîçäàâàÿ íîâóþ òåîðèþ î ñâîéñòâàõ ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è äâèæåíèÿ – ñïåöèàëüíóþ òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè - Ýéíøòåéí, òåì ñàìûì, çàâåðøàåò ïîñòðîåíèå ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà, íà÷àëî êîòîðîé áûëî ïîëîæåíî â ðàáîòàõ Ôàðàäåÿ è Ìàêñâåëëà. Òàêèì îáðàçîì, ñ 1905 ãîäà â ôèçèêå óòâåðæäàåòñÿ ñóùåñòâîâàíèå äâóõ âèäîâ ìàòåðèè – âåùåñòâî è ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå. 149

Ïðîâåäåì ñðàâíåíèå ñâîéñòâ ýòèõ äâóõ âèäîâ ìàòåðèè, ïåðå÷èñëèì èõ îáùèå ÷åðòû è ðàçëè÷èÿ. 1. Ïåðâîå, ÷òî îáúåäèíÿåò è âåùåñòâî è ïîëå - ýòî òî, ÷òî îíè ÿâëÿþòñÿ âèäàìè ìàòåðèè, è ñóùåñòâóþò íåçàâèñèìî äðóã îò äðóãà â ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè. 2. Ïîëå, ïîäîáíî âåùåñòâó, èìååò ðàçëè÷íûå ôîðìû è ñîñòîÿíèÿ (ýëåêòðîìàãíèòíàÿ, ýëåêòðè÷åñêàÿ, ìàãíèòíàÿ). 3. Êàê âåùåñòâåííûå òåëà, òàê è ïîëå îáëàäàþò ýíåðãèåé, êîëè÷åñòâîì äâèæåíèÿ, ìîìåíòîì êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ , ò.å. âñåìè îñíîâíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè ìàòåðèè. 4. Ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû âåùåñòâà è ïîëå îáëàäàþò âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè. 5. Ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû è ïîëå (åãî êâàíòû) ïðîÿâëÿþò êîðïóñêóëÿðíûå ñâîéñòâà. 6. È âåùåñòâî è ïîëå ïîä÷èíÿþòñÿ îáùèì çàêîíàì ñîõðàíåíèÿ. 7. Âåùåñòâåííûå îáúåêòû ìîãóò ïðåâðàùàòüñÿ â ïîëåâûå è íàîáîðîò. Íî ó íèõ åñòü è ðàçëè÷èÿ. 1. Âåùåñòâåííûå òåëà îãðàíè÷åíû â ïðîñòðàíñòâå.  ìåñòå íàõîæäåíèÿ îäíîãî âåùåñòâåííîãî òåëà íå ìîæåò íàõîäèòüñÿ äðóãîå âåùåñòâåííîå òåëî. Äëÿ ïîëåé æå ñïðàâåäëèâ ïðèíöèï ñóïåðïîçèöèè: â îäíîé ïðîñòðàíñòâåííîé îáëàñòè âîçìîæíà ëîêàëèçàöèÿ ìíîæåñòâà îäèíàêîâûõ è ðàçëè÷íîãî òèïà ïîëåé. 2. Âñå âåùåñòâåííûå òåëà îáëàäàþò ìàññîé. Ïîëåâûå îáúåêòû, íàïðèìåð, ôîòîíû, íå èìåþò ìàññû. 3. Âåùåñòâåííûå òåëà ìîãóò äâèãàòüñÿ è ðàâíîìåðíî è óñêîðåííî, â òî âðåìÿ êàê ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ â âàêóóìå âñåãäà ñ îäíîé ñêîðîñòüþ. 4. Ó âåùåñòâåííûõ ÷àñòèö (ìèêðîîáúåêòîâ) îáíàðóæåíû ñïåöèôè÷åñêèå ñâîéñòâà: ñòðàííîñòü, èçîòîïè÷åñêèé ñïèí è äðóãèå, îòñóòñòâóþùèå ó êâàíòîâ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. 150

 ýòîì ïåðå÷íå ñâîéñòâ âåùåñòâåííûõ òåë è ïîëÿ ìû íåñêîëüêî îïåðåäèëè íàø ðàññêàç. Äåëî â òîì, ÷òî â 1932 ãîäó áûëà îáíàðóæåíà ðåàêöèÿ âçàèìîïðåâðàùåíèÿ äâóõ ÷àñòèö -ýëåêòðîíà è ïîçèòðîíàâ äâà êâàíòà ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ýòî ÿâëåíèå îêàçàëîñü îáùèì äëÿ âñåõ ïàð ÷àñòèöà + àíòè÷àñòèöà. Íàëè÷èå ýòîé ðåàêöèè ïîêàçàëî, ÷òî ìåæäó ÷àñòèöàìè âåùåñòâà è ÷àñòèöàìè ïîëÿ ñóùåñòâóåò ãëóáîêîå åäèíñòâî, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î íåèñ÷åðïàåìîñòè è ïîçíàâàåìîñòè ñâîéñòâ ìàòåðèàëüíîãî ìèðà. Ïî ñóòè äåëà ìû ïåðåøëè ê ïîñòðîåíèþ êâàíòîâî-ïîëåâîé êàðòèíå ìèðà (ÊÏÊÌ). Êàê ÝÊÌ çàðîæäàëàñü â íåäðàõ êëàññè÷åñêîé ôèçèêè, òàê è ýëåìåíòû ÊÏÊÌ ïîÿâèëèñü, êîãäà ÝÊÌ åùå íå áûëà çàâåðøåíà.  1900 ãîäó 14 äåêàáðÿ íåìåöêèé ôèçèê Ìàêñ Ïëàíê äîëîæèë íà çàñåäàíèè íåìåöêîãî ôèçè÷åñêîãî îáùåñòâà ðåøåíèå ïðîáëåìû èçëó÷åíèÿ íàãðåòûõ òåë, êîòîðàÿ ïîëó÷èëà íàçâàíèå “óëüòðàôèîëåòîâàÿ êàòàñòðîôà” (íàçâàíèå ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî òåîðåòè÷åñêàÿ ôîðìóëà äëÿ èçëó÷åíèÿ íàãðåòûõ òåë äàâàëà ðàñõîäèìîñòü ïðè âîçðàñòàíèè ÷àñòîòû èçëó÷åíèÿ). Ìàêñ Ïëàíê ïðåäëîæèë ñ÷èòàòü, ÷òî àòîìû èçëó÷àþò è ïîãëîùàþò ýíåðãèþ ïîðöèÿìè, êâàíòàìè. Òàê çàðîäèëàñü íîâàÿ ôèçèêà, ïîëó÷èâøàÿ íàçâàíèå êâàíòîâîé ôèçèêè.  1905 ãîäó À. Ýéíøòåéí, îáúÿñíÿÿ çàêîíû ôîòîýôôåêòà, îáîáùèë èäåþ Ì. Ïëàíêà: ýíåðãèÿ íå òîëüêî èçëó÷àåòñÿ è ïîãëîùàåòñÿ êâàíòàìè, íî îíà ñïîñîáíà è ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ â ïðîñòðàíñòâå ëîêàëèçîâàííûìè îáðàçîâàíèÿìè, êîòîðûå â ïîñëåäñòâèè ïîëó÷èëè íàçâàíèå ôîòîíîâ.  1925-1927 ãã. áûëà ïîñòðîåíà êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà. Åå ñèíòåç ñ ÑÒÎ ïðèâåë ê ïîÿâëåíèþ íîâîãî ðàçäåëà ôèçèêè – êâàíòîâîé ýëåêòðîäèíàìèêè.  ýòîé íîâîé òåîðèè ôîòîíû ðàññìàòðèâàþòñÿ êàê âîçáóæäåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ýòà èäåÿ çàòåì áûëà ðàñïðîñòðàíåíà è íà äðóãèå ïîëÿ, â ÷àñòíîñòè íà ÿäåðíîå ïîëå, îñóùåñòâëÿþùåå âçàèìîäåéñòâèå ïðîòîíîâ è íåéòðîíîâ â ÿäðàõ àòîìîâ âåùåñòâà. Êâàíòàìè ýòîãî ïîëÿ, îñóùåñòâëÿþùèìè âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó íóêëîíàìè, áûëè îáúÿâëåíû π - ìåçîíû. Òàêèì îáðàçîì, â êâàíòîâî-ïîëåâîé êàðòèíå ìèðà ìàòåðèÿ ñîñòîèò èç ýëåìåíòàðíûõ 151

÷àñòèö, ìåæäó êîòîðûìè âçàèìîäåéñòâèå îñóùåñòâëÿåòñÿ êâàíòàìè ýòèõ ïîëåé- ôîòîíàìè, ìåçîíàìè, ãëþîíàìè (ïîñëåäíèå – ýòî ïåðåíîñ÷èêè âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó êâàðêàìè, íîâûìè ìåëü÷àéøèìè ÷àñòèöàìè ìèêðîìèðà, èç êîòîðûõ ñîñòîÿò âñå ïðî÷èå ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû). Ìû çàâåðøèëè ñõåìàòè÷åñêèé ðàçáîð ïåðâîãî ïóíêòà ëþáîé ôèçè÷åñêîé êàðòèíû ìèðà – âèäû ìàòåðèè. Êîãäà ìû óïîìèíàëè, ÷òî íà êîíôåðåíöèè ïî ÔÊÌ ìîãóò âûñòóïàòü íåñêîëüêî äîêëàä÷èêîâ ïî îäíîìó è òîìó æå ïóíêòó òàáëèöû, òî èìåëîñü ââèäó èìåííî òî, ÷òî êàæäûé âûñòóïàþùèé çàòðîíåò òîëüêî àíàëèç ïðåäñòàâëåíèé â îäíîé èç ôèçè÷åñêèõ êàðòèí ìèðà. Ïîäãîòîâêà è ïðîâåäåíèå òàêîé êîíôåðåíöèè - ÷ðåçâû÷àéíî òðóäíîå äåëî. Îíî òðåáóåò è âðåìåíè è äîïîëíèòåëüíûõ çíàíèé. Íî äëÿ ó÷àùèõñÿ âûïóñêíûõ êëàññîâ, â êîòîðûõ ôèçèêà ÿâëÿåòñÿ ïðîôèëèðóþùåì ïðåäìåòîì, äà è äëÿ ñàìîãî ó÷èòåëÿ – ýòà êîíôåðåíöèÿ ïîäâåäåò èòîã ìíîãîëåòíåìó èçó÷åíèþ ìèðîâîççðåí÷åñêîé íàóêè – ôèçèêè.

152

¹

Ýëå ìå íòû Ô ÊÌ

Ýëå êòðîä èíà ìè÷ å ñêà ÿ êà ðòèíà ìèðà (ÝÊÌ)

Êâà íòîâî-ïîëå âà ÿ êà ðòèíà ìèðà (ÊÏÊÌ)

Âèä û ìà òå ðèè

Âå ùå ñòâî (ä èñêðå òíîå )

1. Âå ùå ñòâî (ä èñêðå òíîå ). 2. Ýëå êòðîìà ãíèòíîå ïîëå .

Âñå ñîñòîèò èç " êèðïè÷ èêîâ" - ýëå ìå íòà ðíû õ ÷ à ñòèö, ÷ èñëî è ñîñòà â êîòîðû õ èçìå íÿå òñÿ ïî ìå ðå ïîçíà íèÿ ñâîéñòâ ìèêðîìèðà .

Âèä ä âèæå íèÿ

Ìå õà íè÷ å ñêîå ïå ðå ìå ùå íèå òå ë. Îòíîñèòå ëü íîñòü ìå õà íè÷ å ñêîãî ä âèæå íèÿ.

1. Ìå õà íè÷ å ñêîå ä âèæå íèå . 2. Ýëå êòðîìà ãíèòíû å âîëíû . Îòíîñèòå ëü íîñòü âñå õ âèä îâ ä âèæå íèÿ.

Âçà èìîïðå âðà ùà å ìîñòü ýëå ìå íòà ðíû õ ÷ à ñòèö, êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâîé ä óà ëèçì, îòðèöà íèå ðÿä à êëà ññè÷ å ñêèõ õà ðà êòå ðèñòèê ä âèæå íèÿ (òðà å êòîðèè, òî÷ íîãî ìå ñòîïîëîæå íèÿ è ñêîðîñòè â ä à ííîé òî÷ êå ).

Õà ðà êòå ð âçà èìîä å éñòâèÿ

Äà ëü íîä å éñòâèå

Áëèçêîä å éñòâèå , âñå âçà èìîä å éñòâèÿ (êðîìå ãðà âèòà öîííîãî) èìå þò ýëå êòðîìà ãíèòíû é õà ðà êòå ð

Áëèçêîä å éñòâèå (îä íà êî, îòä å ëü íû å ïðîöåññû, êàê íàïðèìåð, îïðåäåëÿåìûå ïðèíöèïîì Ïà óëè " òðå áóþò" ä ëÿ ïîíèìà íèÿ ä à ëü íîä å éñòâèå ). Îáíà ðóæå íû íîâû å âèä û âçà èìîä å éñòâèé, âñå ãî èõ 4: 1. ñèëü íîå (ÿä å ðíîå ), 2. ýëå êòðîìà ãíèòíîå , 3. ñëà áîå , 4. ãðà âèòà öèîííîå (2 è 3 - îáú å ä èíå íû â îä íî - ýëå êòðîñëà áîå ).

1.

2.

3.

Ìå õà íè÷ å ñêà ÿ êà ðòèíà ìèðà (ÌÊÌ)

153

4.

Ïðè÷ èííîñëå ä ñòâå ííà ÿ ñ âÿ ç ü

Âñå îáùèé-à áñî ëþòíû é ä å òå ðìèíèçì Ëà ïëà ñà

Ðà çä å ëå íèå âñå õ ñîáû òèé íà ïà ðû (ïðè ïîìîùè ïðîñòðà íñòâå ííî è âðå ìå ííî ïîä îáíû õ èíòå ðâà ëîâ)

Âå ðîÿòíîñòíû é õà ðà êòå ð ïðè÷ èííî-ñëå ä ñòâå ííû õ ñâÿçå é

Ïðîñòðà íñòâî è âðå ìÿ

Àá ñî ëþò íû , íå ç à âèñèìû ä ðóã îò ä ðóãà è îò ìà òå ðèè. Íà áëþä à å ìû òîëü êî îòíîñèòå ëü íû å ïå ðå ìå ùå íèÿ è ïðîìå æóòêè âðå ìå íè, ÷ èñëå ííû å çíà ÷ å íèÿ êîòîðû õ à áñîëþòíû . Ãå îìå òðèÿ ïðîñòðà íñòâà å âêëèä îâà .

Ïðîñòðà íñòâî è âðå ìÿ âçà èìîñâÿçà íû è ÷ èñëå ííû å çíà ÷ å íèÿ ä ëèíû , ïðîìå æóòêîâ âðå ìå íè çà âèñÿò îò ñîñòîÿíèÿ ìà òå ðèà ëü íû õ òå ë. Ãå îìå òðèÿ ïðîñòðà íñòâà âðå ìå íè (ìèð 4-õ ìå ðíû é) ïñå âä îå âêëèä îâà .

Ñ âîéñòâà ïðîñòðà íñòâà è âðå ìå íè ìèêðîìèðà âïëîòü ä î 10-15 ì è 10-23 ñ ñîâïà ä à þò ñî ñâîéñòâà ìè èõ â ýëå êòðîä èíà ìè÷ å ñêîé êà ðòèíå ìèðà . Íà áîëå å ãëóáîêèõ óðîâíÿõ ïðå ä ïîëà ãà å òñÿ ïðîÿâëå íèå íîâû õ ä èñêðå òíû õ ñâîéñòâ.

Ôèëîñîôèÿ

Ìå õà íè÷ å ñêèé ìà òå ðèà ëèçì, îñëîæíå ííû é ðå ëèãèîçíû ìè ïðå ä ñòà âëå íèÿìè ÌÊÌ - Íü þòîíà

Áîëå å ñëîæíîå ìèðîïîíèìà íèå , â îñíîâå êîòîðîãî ëå æà ò èä å è ìà òå ðèà ëèçìà è ä èà ëå êòèêè.

Óãëóáëå íèå ìèðîïîíèìà íèÿ, âîçíèêøå ãî íà ñòà ä èè ïîñòðîå íèÿ ÝÊÌ, âêëþ÷ å íèå âå ðîÿòíîñòíîãî îïèñà íèÿ ôèçè÷ å ñêèõ ïðîöå ññîâ è êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâîãî ä óà ëèçìà ýëå ìå íòà ðíû õ ÷ à ñòèö.

5.

6.

154

7.

Ïðèíöèï ñîîòâå òñòâèÿ

8.

Ï î ç í à â à å ìî ñ ò ü ìèðà

____________

Îøèáî÷ íîå ïðå ä ñòà âëå íèå î òîì, ÷ òî ìèð ïîçíàí

v

Ïðè óñëîâèè, ÷ òî c << 1 ýëå êòðîä èíà ìè÷ å ñêà ÿ ÊÌ ïå ðå õîä èò â ÌÊÌ.

Ïðè ïðå íå áðå æå íèè ä èñêðå òíîñòü þ èçìå íå íèÿ ôèçè÷ å ñêèõ õà ðà êòå ðèñòèê ýëå ìå íòà ðíû õ ÷ à ñòèö êâà íòîâî-ïîëå âà ÿ ÊÌ ïå ðå õîä èò â ÌÊÌ.

Ïîíèìà íèå îòíîñèòå ëü íîñòè íà øèõ çíà íèé, íî óáå æä å íèå â ïîçíà âà å ìîñòè îáú å êòèâíî ñóùå ñòâóþùå ãî ìèðà .

Ïðîöå ññ ïîçíà íèÿ ìèðà ïðîä îëæà å òñÿ...

155

ÍÀÓ×ÍÀß ÐÀÁÎÒÀ ØÊÎËÜÍÈÊÎÂ È ÒÅÌÛ ÈÕ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÉ Íàó÷íûå øêîëüíûå îáùåñòâà ðàáîòàþò óæå íå îäèí äåñÿòîê ëåò. Èõ áëàãîòâîðíîå âëèÿíèå êàê íà ó÷åáíûé ïðîöåññ, òàê è íà äàëüíåéøóþ ñóäüáó âûïóñêíèêîâ øêîë – áåç âñÿêèõ ñîìíåíèé.  ýòèõ øêîëüíûõ íàó÷íûõ îáùåñòâàõ ãîòîâèòñÿ áóäóùåå íàøåé íàóêè, áóäóùåå íàøåãî îáùåñòâà. Ó÷èòåëÿ, îñóùåñòâëÿþùèå ðóêîâîäñòâî íàó÷íîé ðàáîòîé øêîëüíèêîâ, âûïîëíÿþò áëàãîðîäíóþ ðàáîòó è ÷àñòî íà îáùåñòâåííûõ íà÷àëàõ. Ýòà íåó÷åáíàÿ äåÿòåëüíîñòü òåñíî ïåðåïëåòàåòñÿ ñ òâîð÷åñêîé ó÷åáíîé ðàáîòîé, è ïîâûøàåò íàó÷íûé óðîâåíü ñàìèõ ó÷èòåëåé. Äëÿ ó÷àùèõñÿ ó÷àñòèå â íàó÷íîé øêîëüíîé ðàáîòå ñëóæèò íåñêîëüêèì öåëÿì. Ýòî, âî-ïåðâûõ, ñàìîóòâåðæäåíèå; âî-âòîðûõ, âûÿâëåíèå ïîòåíöèàëüíûõ ñïîñîáíîñòåé; â-òðåòüèõ, ó÷èò ó÷åíèêîâ ãðàìîòíî ñòàâèòü çàäà÷è, îñìûñëèâàòü ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ, ïðàâèëüíî èçëàãàòü ðåçóëüòàòû ñâîåé ðàáîòû, ó÷èò óìåíèþ çà îòâåäåííîå ðåãëàìåíòîì âðåìÿ èçëàãàòü ñóòü ñâîåé ðàáîòû. Äàæå ÷èñòî ðåôåðàòèâíàÿ ðàáîòà áåçóñëîâíî ïîëåçíà, òàê êàê ó÷èò ðàáîòàòü ñ ëèòåðàòóðíûìè èñòî÷íèêàìè. Âñþ òåìàòèêó øêîëüíûõ èññëåäîâàíèé ïî ôèçèêå ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâå ÷àñòè. Îäíè èññëåäîâàíèÿ ïîâòîðÿþò, âîçìîæíî, óãëóáëÿþò øêîëüíûé ó÷åáíûé ìàòåðèàë. Äîêëàäû ýòèõ ðàáîò ðåêîìåíäóåòñÿ çàñëóøèâàòü òîëüêî íà çàñåäàíèÿõ ñåêöèè øêîëüíîé êîíôåðåíöèè. Äðóãàÿ ãðóïïà èññëåäîâàíèé èìååò ýëåìåíò íàó÷íûõ ïîèñêîâ, âûõîäÿùèõ çà ãðàíèöû øêîëüíîé ó÷åáíîé ïðîãðàììû. Òàêèå ðàáîòû ó÷àùèõñÿ ìîæíî çàñëóøèâàòü íå òîëüêî íà øêîëüíûõ íàó÷íûõ êîíôåðåíöèÿõ, íî è ïðåäñòàâëÿòü íà ãîðîäñêèå èëè îáëàñòíûå íàó÷íî-ïðàêòè÷åñêèå êîíôåðåíöèè ó÷àùèõñÿ. Ýòî äåëåíèå íå èñêóññòâåííîå, à îïðåäåëÿåòñÿ ñóòüþ íàó÷íûõ ðàáîò øêîëüíèêîâ. Âàæíî, ÷òîáû ó øêîëüíèêîâ íå ñëîæèëîñü 156

ëîæíîå ïðåäñòàâëåíèå î íàó÷íîé ðàáîòå âîîáùå. Îïàñíî âñÿêóþ òâîð÷åñêóþ ðàáîòó ó÷àùèõñÿ íàçûâàòü íàó÷íîé. Íèæå ïðåäëàãàåòñÿ ïðèìåðíûé ñïèñîê òåì äëÿ ó÷àùèõñÿ, ÷òîáû ïðèâëå÷ü èõ ê òâîð÷åñêîé (ñàìîñòîÿòåëüíîé) èëè íàó÷íîé (èññëåäîâàòåëüñêîé) ðàáîòå ïîä ðóêîâîäñòâîì ñòàðøåãî íàñòàâíèêà. Îòäåëüíûå òåìû ìîãóò âûïîëíÿòüñÿ ãðóïïîé ó÷àùèõñÿ. Òåìû ðåôåðàòèâíûõ äîêëàäîâ ó÷àùèõñÿ, ñîäåðæàíèå êîòîðûõ öåëåñîîáðàçíî çàñëóøèâàòü òîëüêî íà çàñåäàíèÿõ êðóæêà èëè øêîëüíîé êîíôåðåíöèè. 1. Ôèçèêà â äðåâíåì ìèðå. 2. Ìåõàíèêà Ãàëèëåÿ, Äåêàðòà, Íüþòîíà. 3. Ðàçâèòå ó÷åíèÿ îá ýëåêòðè÷åñòâå è ìàãíåòèçìå ñ äðåâíèõ âðåìåí äî Ýðñòåäà è Ôàðàäåÿ. 4. Ýëåêòðîäèíàìèêà Ôàðàäåÿ è Ìàêñâåëëà. Âêëàä Ýéíøòåéíà â ïîíèìàíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ ÿâëåíèé. 5. Èñòîðèÿ îòêðûòèÿ ýëåêòðîíà. 6. Ðàçâèòèå ó÷åíèÿ î ñâåòå. 7. Óñòàíîâëåíèå çàêîíîâ òåðìîäèíàìèêè. 8. Ðàçâèòèå ïîíÿòèÿ “ýëåìåíòàðíàÿ ÷àñòèöà”. 9. Ñòàíîâëåíèå êâàíòîâîé ôèçèêè. 10. Çàãàäêè ãðàâèòàöèè (äðåâíèé ìèð, Ãàëèëåé, Íüþòîí, Ýéíøòåéí) 11. Ñòðîåíèå è ñâîéñòâà òâåðäûõ òåë. 12. Øàðîâàÿ ìîëíèÿ. 13. Îòêðûòèÿ â ôèçèêå êîíöà 19 âåêà. 14. Ñâåðõïðîâîäèìîñòü. 15. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå îñíîâàíèÿ êâàíòîâîé ìåõàíèêè. 16. Çîííàÿ òåîðèÿ òâåðäîãî òåëà. 17. Ëþìèíåñöåíöèÿ. 18. Ñâåðõòåêó÷åñòü. 19. Ôèëîñîôñêèå ïðîáëåìû â ôèçèêå. 20. Âêëàä îòå÷åñòâåííûõ ó÷åíûõ â ðàçâèòèå ôèçèêè. 21. Ôèçèêà è íàó÷íî-òåõíè÷åñêèé ïðîãðåññ. 157

22. Àòîìíàÿ ýíåðãåòèêà: ïðîáëåìû è ïåðñïåêòèâû. 23. Ñâÿçü àêòèâíîñòè Ñîëíöà è æèçíè íà Çåìëå. 24. ×òî òàêîå ôèçè÷åñêèé âàêóóì? 25. Ïàðàäîêñû ÑÒÎ. 26. Ôèçèêà â ñîñòîÿíèè íåâåñîìîñòè. 27. Èñêóññòâåííûå ñïóòíèêè Çåìëè. 28. Âåëèêèå çàáëóæäåíèÿ â ôèçèêå (ýôèð, ýëåêòðè÷åñêàÿ æèäêîñòü, ôëîãèñòîí, òåïëîðîä è äð.), èõ çíà÷åíèå äëÿ ðàçâèòèÿ ôèçèêè. 29. Ñâÿçü çàêîíîâ ñîõðàíåíèÿ ñî ñâîéñòâàìè ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè. 30. Îêîí÷èòñÿ ëè ôèçè÷åñêàÿ íàóêà? 31. Âåðîÿòíîñòíûé õàðàêòåð ÿâëåíèé â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå è â êâàíòîâîé ôèçèêå. 32. Ñèíýðãåòèêà-÷òî ýòî òàêîå? 33. Ôèçèêà â ñåëüñêîì õîçÿéñòâå. 34. Äèà-ïàðà- è ôåððîìàãíåòèçì. 35. Ñåãíåòîýëåêòðè÷åñòâî. 36. Ñâîéñòâà òåë ïðè ñâåðõíèçêèõ è ñâåðõâûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ. 37. Êâàíòîâàÿ îïòèêà (ëàçåðû è ìàçåðû). 38. Âîçìîæíîå è íåâîçìîæíîå â îïòèêå. 39. Ñâåò è öâåò â ïðèðîäå. 40. Òåïëîâûå äâèãàòåëè (èñòîðèÿ ðàçâèòèè è ìîäåðíèçàöèè). 41. Ïðîñòûå ìåõàíèçìû. Èç ïðèâåäåííîé òåìàòèêè âèäíî, ÷òî áîëüøèíñòâî òåì äîñòóïíî ó÷àùèìñÿ ñòàðøèõ êëàññîâ, êîòîðûå ôàêòè÷åñêè è ñïîñîáíû ó÷àñòâîâàòü â òâîð÷åñêîé ðàáîòå. Òåìû èññëåäîâàòåëüñêèõ ðàáîò ýêñïåðèìåíòàëüíîãî õàðàêòåðà, ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ìîãóò áûòü äîëîæåíû íå òîëüêî íà øêîëüíûõ, íî è íà ãîðîäñêèõ è îáëàñòíûõ íàó÷íîïðàêòè÷åñêèõ êîíôåðåíöèÿõ. 1. Ôèçè÷åñêèå ÿâëåíèÿ â íåèíåðöèàëüíûõ ñèñòåìàõ îòñ÷åòà (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 158

2. Èçó÷åíèå çàêîíîâ âðàùàòåëüíîãî äâèæåíèÿ òâåðäîãî òåëà ïðè ïîìîùè ìàÿòíèêà Îáåðáåêà (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 3. Îïðåäåëåíèå ñêîðîñòè çâóêà ðàçíûìè ìåòîäàìè (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 4. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ïðîâåðêà çàêîíîâ êîëåáàíèÿ ìàòåìàòè÷åñêîãî ìàÿòíèêà (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 5. Îïðåäåëåíèå êîýôôèöèåíòà ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ æèäêîñòåé (÷èñòûõ è ñ ïðèìåñÿìè) ðàçíûìè ìåòîäàìè (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 6. Èçó÷åíèå çàêîíîâ ïëàâëåíèÿ ÷èñòûõ è ñìåøàííûõ êðèñòàëëè÷åñêèõ òåë (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 7. Îïðåäåëåíèå âëàæíîñòè âîçäóõà è èçó÷åíèå âëèÿíèÿ åå íà æèçíåäåÿòåëüíîñòü ÷åëîâåêà (â áûòó, íà ïðîèçâîäñòâå, â ñåëüñêîì õîçÿéñòâå) - òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû. 8. Èññëåäîâàíèå âðàùàòåëüíîãî ìîìåíòà íà âàëó ýëåêòðîäâèãàòåëÿ ïðè ðàçíûõ íàãðóçêàõ (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 9. Èññëåäîâàíèå ñâîéñòâ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ (äèîäîâ, òðàíçèñòîðîâ) - òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû. 10. Èññëåäîâàíèÿ ñâîéñòâ ìàãíèòíûõ âåùåñòâ (äèà-, ïàðà-, ôåððîìàãíåòèêîâ) - òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû. 11. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ïðîâåðêà çàêîíîâ âíåøíåãî ôîòîýôôåêòà (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 12. Èññëåäîâàíèå ðàäèîìåòðè÷åñêîé îáñòàíîâêè â ðàéîíå äîìà, øêîëû, ðàéîíà (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 13. Èçó÷åíèå êîñìè÷åñêîãî ôîíà (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 14. Îïðåäåëåíèå óäåëüíîãî çàðÿäà ýëåêòðîíà (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, âûâîäû). 15. Ôèçèêà è ìåäèöèíà (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 159

16. Ôèçèêà è ýêîëîãèÿ (òåîðèÿ, ýêñïåðèìåíò, ïðàêòè÷åñêèå âûâîäû). 17. Ôèçèêà â ïðîçå è ïîýçèè (ïîèñêè, îáîáùåíèÿ). Àâòîð óòâåðæäàåò, ÷òî ïðåäëàãàåìûå òåìû ïðàêòè÷åñêè âûïîëíèìû, òàê êàê íåêîòîðûå èç íèõ óæå ïðîøëè àïðîáàöèþ â øêîëàõ ã. Ïñêîâà. Íà âûïîëíåíèå ìíîãèõ èç óêàçàííûõ òåì ïîòðåáóåòñÿ äëèòåëüíîå âðåìÿ è ðàáîòû öåëîãî êîëëåêòèâà èññëåäîâàòåëåé (èìååòñÿ ââèäó ÷ëåíîâ êðóæêà èëè íàçíà÷åííûõ ó÷èòåëåì ãðóïï ó÷àùèõñÿ). Êîíå÷íî, äëèòåëüíîñòü âûïîëíåíèÿ èññëåäîâàíèé òðåáóåò âíèìàíèÿ ó÷èòåëÿ, ðåãóëÿðíîñòè ðàáîòû è îáñóæäåíèÿ ïðîìåæóòî÷íûõ ðåçóëüòàòîâ. Ó÷åíèêè äîëæíû ÷óâñòâîâàòü âàæíîñòü èõ äåÿòåëüíîñòè. Âåäü äàæå íåçíà÷èòåëüíûé ðåçóëüòàò (ñ òî÷êè çðåíèÿ ó÷èòåëÿ) äëÿ ó÷åíèêàöåëîå ñîáûòèå, äîñòîéíîå âîçãëàñà –“ÝÂÐÈÊÀ”. Âîò óæå ìíîãî ëåò àâòîð íà îáùåñòâåííûõ íà÷àëàõ ðóêîâîäèò íàó÷íûìè èññëåäîâàíèÿìè øêîëüíèêîâ ã. Ïñêîâà è îáëàñòè ïî ôèçèêå. È âñåãäà áóäåò ðàä îêàçàòü íåîáõîäèìóþ ïîìîùü .

160

Ïóáëèöèñòèêà ÂÎÑÏÎÌÈÍÀÍÈß Î ÊÀÔÅÄÐÅ ÔÈÇÈÊÈ ÏÃÏÈ 50-õ ã.ã. Äîðîãèå êîëëåãè, ñîòðóäíèêè èíñòèòóòà è ñòóäåíòû! Ìû îòìå÷àåì î÷åðåäíóþ ãîäîâùèíó ðîæäåíèÿ íàøåãî èíñòèòóòà. ß, ïîæàëóé, îäèí èç íåìíîãèõ, ðàáîòàþùèõ ñåãîäíÿ, êòî ìîæåò ðàññêàçàòü î ïåðâîì äåñÿòèëåòèè íàøåãî èíñòèòóòà ïîñëå îêîí÷àíèÿ Âåëèêîé Îòå÷åñòâåííîé âîéíû, Íûíå ÿ íà÷àë 50-é ó÷åáíûé ãîä. Ïîñëå ó÷àñòèÿ íà ôðîíòå â Âåëèêóþ Îòå÷åñòâåííóþ âîéíó è îêîí÷àíèÿ ôèçè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà Ëåíèíãðàäñêîãî óíèâåðñèòåòà ïî ñïåöèàëüíîñòè “Òåîðåòè÷åñêàÿ ôèçèêè” ÿ áûë íàïðàâëåí äëÿ ðàáîòû â Ïñêîâñêèé ïåäàãîãè÷åñêèé èíñòèòóò, íà êàôåäðó ôèçèêè. Ïîñëå ðÿäà ïåðååçäîâ (Ïå÷åðû, óë. Ïîçåìñêîãî â Ïñêîâå, óë. Êàðëà Ëèáêíåõòà, ãäå ñåé÷àñ íàõîäèòñÿ îáùåæèòèå ôèçìàòà) èíñòèòóò íà ìíîãèå ãîäû îáîñíîâàëñÿ â çäàíèè íà óë. Ñîâåòñêàÿ, 21 (íûíå òàì ðàçìåùàþòñÿ òðè ôàêóëüòåòà). Ïî ñðàâíåíèþ ñ ñåãîäíÿøíèì äíåì, èíñòèòóò áûë íåáîëüøèì, âñå ïðåïîäàâàòåëè çíàëè äðóã äðóãà, âñåõ èõ çíàëè ñòóäåíòû è ñ óâàæåíèåì çäîðîâàëèñü. Ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèé ôàêóëüòåò çàíèìàë çàäíþþ ÷àñòü çäàíèÿ. Íà ïåðâîì ýòàæå ðàçìåùàëàñü èíñòèòóòñêàÿ áèáëèîòåêà è ó÷åáíûå ìàñòåðñêèå (ñòîëÿðíàÿ, ñëåñàðíàÿ è ìåõàíè÷åñêàÿ). Íà âòîðîì ýòàæå áûëè ó÷åáíûå àóäèòîðèè è ôèçè÷åñêèå ëàáîðàòîðèè. Êàôåäðó ôèçèêè âîçãëàâëÿë (ñ 1947 ã. ïî 1987 ã.) òîãäà êàíäèäàò ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê, äîöåíò ßêîâ Íèêîëàåâè÷ Ïåðøèö. Ñ åãî èìåíåì ñâÿçàíî âñå, ÷òî áûëî è åùå îñòàåòñÿ íå òîëüêî íà êàôåäðå ( ãäå íûíå ðàáîòàþò åãî êîëëåãè è ó÷åíèêè), íî è íà âñåì ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêîì ôàêóëüòåòå. Ê åãî íàó÷íîé ýðóäèöèè äîáàâëÿëàñü æèòåéñêàÿ ìóäðîñòü, ÷òî ñîçäàâàëî íà êàôåäðå äîáðîæåëàòåëüíóþ è òâîð÷åñêóþ àòìîñôåðó. Ïîä åãî 161

ðóêîâîäñòâîì ñîçäàâàëèñü è ìîäåðíèçèðîâàëèñü ëàáîðàòîðèè, â òîì ÷èñëå áûëà ñîçäàíà íàó÷íàÿ ëàáîðàòîðèÿ. Áëàãîäàðÿ åé ßêîâ Íèêîëàåâè÷ ïîäãîòîâèë ñâîþ äîêòîðñêóþ äèññåðòàöèþ è âûðàñòèë ó÷åíèêîâ ñâîåé íàó÷íîé øêîëû (Â.È. Ãóòìàí, Å.Â. Ïàâëîâ, Í.Í. Âàñèëüåâ è äð.).  ñîñòàâå êàôåäðû áûëè ñïåöèàëèñòû, êîòîðûå óñïåøíî ìîãëè âåñòè âñå ïðîãðàììíûå êóðñû. ßêîâ Íèêîëàåâè÷ ÷èòàë ëåêöèè ïî îáùåé ôèçèêå, Â.È. Ãóòìàí è Ã.À. Ðîçìàíòåîðåòè÷åñêèå êóðñû è âåëè ëàáîðàòîðíûå çàíÿòèÿ. Âàëåíòèí Ïåòðîâè÷ Àëåêñàíäðîâ è Äìèòðèé Ìèõàéëîâè÷ Êàëèíèí – âîçãëàâëÿëè ìåòîäèêó.  ñîñòàâ êàôåäðû áûë ââåäåí âûïóñêíèê 1952 ã. Âëàäèìèð Àíäðååâè÷ Àíäðóñè÷, êîòîðûé ñâîèì ýíòóçèàçìîì áóêâàëüíî íà ïóñòîì ìåñòå ñîçäàë êàáèíåò ýëåêòðîè ðàäèîòåõíèêè.  1954 ã. ñîñòàâ ïðåïîäàâàòåëåé êàôåäðû ïîïîëíèëñÿ âûïóñêíèöåé Ëåíèíãðàäñêîãî ïåäàãîãè÷åñêîãî èíñòèòóòà Àðîé Èâàíîâíîé Àíîñîâîé – ñïåöèàëèñòîì ïî ýêñïåðèìåíòàëüíîé ôèçèêå, à ãîäîì ðàíüøå íà êàôåäðó ïðèøåë âûïóñêíèê èíñòèòóòà 1953 ã. Ãàé Ñòåïàíîâè÷ Ñîëîâüåâ.  òå ãîäû íà ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêîì ôàêóëüòåòå áûëî íå òîëüêî î÷íîå, íî è çàî÷íîå îáó÷åíèå, à òàêæå îòäåëåíèå Ó÷èòåëüñêîãî èíñòèòóòà. Ñòóäåíòû ãîòîâèëèñü íà ðàâíûõ áûòü ó÷èòåëÿìè êàê ôèçèêè, òàê è ìàòåìàòèêè. È ëèøü ñ 1955ã. ôàêóëüòåò ñòàë ãîòîâèòü îòäåëüíî ó÷èòåëåé ôèçèêè è ó÷èòåëåé ìàòåìàòèêè. Ñëåäóåò îòìåòèòü îãðîìíóþ ðîëü â ó÷åáíîì ïðîöåññå ëàáîðàíòîâ êàôåäðû Èâàíà Ìèõàéëîâè÷à Ìàòâååâà è, îñîáåííî, Àëåêñåÿ Àëåêñàíäðîâè÷à Àëåêñååâà, ÷üèìè “çîëîòûìè” ðóêàìè áûëè ñîçäàíû ëàáîðàòîðèè, ïðîëîæåíû ýëåêòðî- è ðàäèîëèíèè, èçãîòîâëåíû è óñòàíîâëåíû çàòåìåíåíèÿ â àóäèòîðèÿõ. Îñîáåííî âåëèêà ðîëü Àëåêñåÿ Àëåêñàíäðîâè÷à â ïðèîáðåòåíèè ïðèáîðîâ è îáîðóäîâàíèÿ. Îí åçäèë è â Ëåíèíãðàä, è â Âûáîðã, è â Ìîñêâó, è â Âåëèêèå Ëóêè è ïðèâîçèë íóæíûå ïðèáîðû, êîòîðûå ñëóæàò è ñåãîäíÿ.  ýòè ãîäû (50-å) îñíîâíûì íàïðàâëåíèåì â íàðîäíîì îáðàçîâàíèè áûëà ïîëèòåõíèçàöèÿ. Èìåííî ïîýòîìó ïî èíèöèàòèâå ßêîâà Íèêîëàåâè÷à áûëè ñîçäàíû ó÷åáíûå ìàñòåðñêèå (ìàñòåðà - Ïåòð Ôåäîðîâè÷ Áûêîâ, Àëåêñàíäð 162

Àëåêñàíäðîâè÷ Ñèìàíîâè÷ è Þðèé Èâàíîâè÷ Ñåìåíîâ), â êîòîðûõ ñòóäåíòû ïðèîáðåòàëè ýëåìåíòàðíûå íàâûêè, à çàòåì ïðèìåíÿëè ñâîè óìåíüÿ ê èçãîòîâëåíèþ ôèçè÷åñêèõ ïðèáîðîâ. Èìåííî â ýòè ãîäû ðàñöâåò ïîëó÷èëè êîíñòðóêòîðñêèå êðóæêè (ðóê. Â.À . Àíäðóñè÷, Ã.Ñ. Ñîëîâüåâ, Ã.À.Ðîçìàí).  ÷àñòíîñòè, ïîä ðóêîâîäñòâîì Ã.À. Ðîçìàíà áûëè èçãîòîâëåíû 3 äåéñòâóþùèå âåòðîýëåêòðîñòàíöèè, îäíà èç êîòîðûõ äàâàëà ýëåêòðè÷åñêèé òîê â êîðîâíèê íà áèîñòàíöèè èíñòèòóòà. Áèîëîãè øóòèëè, ÷òî ó êîðîâ ñòàëà “ñâåòëàÿ æèçíü” è îíè ñòàëè äàâàòü áîëüøå ìîëîêà.  1956 ã., îïåðåæàÿ îáùåå íàïðàâëåíèå â îáðàçîâàíèè, ßêîâ Íèêîëàåâè÷ îðãàíèçóåò êàáèíåòû ñåëüõîçòåõíèêè è ìàøèíîâåäåíèÿ.  ÷àñòíîñòè, ïîä ðóêîâîäñòâîì ìàñòåðà Àííû Ìèõàéëîâíû Ñåìåíîâîé ñòóäåíòû è ïðåïîäàâàòåëè èçó÷àëè àâòîäåëî è ñäàâàëè ýêçàìåí íà ïðàâî âîæäåíèÿ àâòîìàøèíû.  ýòè æå ãîäû ñîçäàåòñÿ ëàáîðàòîðèÿ ñïåöèàëüíîãî ôèçè÷åñêîãî ïðàêòèêóìà è ëàáîðàòîðèÿ äëÿ íàó÷íîèññëåäîâàòåëüñêîé ðàáîòû, ïîçâîëèâøàÿ âïîñëåäñòâèè îòêðûòü ïðè êàôåäðå àñïèðàíòóðó (ðóê. ïðîô. ß.Í. Ïåðøèö).  ëåòíèå è îñåííèå ìåñÿöû ñòóäåíòû îêàçûâàëè îãðîìíóþ ïîìîùü êîëõîçàì è ñîâõîçàì, àêòèâíî ó÷àñòâóÿ â ñåëüõîçðàáîòàõ. Âî ãëàâå ñòóäåí÷åñêèõ ãðóïï âûåçæàëè è ïðåïîäàâàòåëè êàôåäðû. Èìåííî â ýòè ãîäû íà÷àëîñü îñâîåíèå öåëèíû íà çåìëÿõ Êàçàõñòàíà è îò ôèçìàòà òóäà âûåçæàëè ñòóäåí÷åñêèå îòðÿäû. Êàôåäðà ôèçèêè ðîñëà è êîëè÷åñòâåííî , è êà÷åñòâåííî. Åñëè â 1947 ã. íà íåé áûëî âñåãî 5 ñîòðóäíèêîâ, òî â 1955 ã. – óæå 17.  ñëåäóþùåì ãîäó ê íàøåìó èíñòèòóòó áûë ïðèñîåäèíåí Âûáîðãñêèé ïåäèíñòèòóò, à ÷åðåç ïàðó ëåò ê íàì áûëè ïåðåâåäåíû ñòóäåíòû ñòàðøèõ êóðñîâ Âåëèêîëóêñêîãî ïåäèíñòèòóòà. Êàôåäðà ôèçèêè îáîãàòèëàñü, â îñíîâíîì, îáîðóäîâàíèåì äëÿ ëàáîðàòîðèé. Óâåëè÷èâàåòñÿ ïðèåì ñòóäåíòîâ, â èíñòèòóòå âûäåëÿþòñÿ íîâûå ôàêóëüòåòû, îáðàçóþòñÿ íîâûå êàôåäðû. Ïîìåùåíèå íà óë.Ñîâåòñêàÿ, 21 ñòàíîâèòñÿ òåñíûì. Ïî ðåøåíèþ ìåñòíûõ è öåíòðàëüíûõ îðãàíîâ íàðîäíîãî îáðàçîâàíèÿ íà ïëîùàäè ó ðûíêà (íûíå ïë. èì.Â.È. Ëåíèíà) íà÷èíàåòñÿ ñòðîèòåëüñòâî íîâîãî çäàíèÿ èíñòèòóòà. È â ýòî äåëî ñòóäåíòû ôèçìàòà âëîæèëè ñâîé òðóä.  1960 ã. ôàêóëüòåò ïåðååõàë â íîâûå ïîìåùåíèÿ. 163

 50-å ãîäû äåêàíîì ôàêóëüòåòà ñòàíîâèòñÿ ÷åëîâåê âûäàþùèõñÿ îðãàíèçàòîðñêèõ ñïîñîáíîñòåé Îëåã Ïåòðîâè÷ Õîëîäêîâ. Åñëè â íà÷àëå íà ôàêóëüòåòå áûëè òîëüêî äâå êàôåäðû (ôèçèêè è ìàòåìàòèêè), òî ïîäãîòàâëèâàþòñÿ óñëîâèÿ äëÿ ðàçäåëåíèÿ êàôåäðû ìàòåìàòèêè íà äâå. Ïðàêòè÷åñêè èìåííî â ýòè ãîäû ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèé ôàêóëüòåò ñôîðìèðîâàëñÿ êàê ïîëíîöåííûé êîëëåêòèâ, ñïîñîáíûé êà÷åñòâåííî ãîòîâèòü ó÷èòåëüñêèå êàäðû äëÿ øêîëû. 50 ëåò ïðîæèòûå ìíîþ â ýòîì êîëëåêòèâå ñïîñîáñòâîâàëè è ìîåìó ðîñòó. Îò àññèñòåíòà, ïðåïîäàâàòåëÿ, ñòàðøåãî ïðåïîäàâàòåëÿ, äîöåíòà – ÿ ïðîøåë âñå ýòè ñòóïåíè è, çàùèòèâ äîêòîðñêóþ äèññåðòàöèþ, ñòàë ïðîôåññîðîì. Çà ñâîé òðóä ÿ íàãðàæäåí çíàêàìè “Îòëè÷íèê ïðîñâåùåíèÿ Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè”, “Îòëè÷íèê íàðîäíîãî îáðàçîâàíèÿ ÑÑÑД è ìåäàëüþ èì. Óøèíñêîãî çà âêëàä â ðàçâèòèå ïåäàãîãè÷åñêîé íàóêè è ìíîæåñòâîì áëàãîäàðíîñòåé. Íàäåþñü, ÷òî ìîè çíàíèÿ è îïûò åùå áóäóò âîñòðåáîâàíû â äåëå ïîäãîòîâêè êâàëèôèöèðîâàííûõ êàäðîâ íàðîäíîãî îáðàçîâàíèÿ.

164

“ÍÀ ÇÄÀÐ, ÍÀ ÇÄÀÐ!” (Èç âîñïîìèíàíèé î Âåëèêîé Îòå÷åñòâåííîé âîéíå) Âåëèêàÿ Îòå÷åñòâåííàÿ âîéíà äëÿ ìåíÿ çàêîí÷èëàñü íà äâà äíÿ ïîçæå – 11 ìàÿ 1945 ãîäà. Íàø 7-é ìåõàíèçèðîâàííûé ãâàðäåéñêèé êîðïóñ â ñîñòàâå 1-ãî Óêðàèíñêîãî ôðîíòà áûë íàïðàâëåí íà ñïàñåíèå Ïðàãè è îñâîáîæäåíèå ×åõîñëîâàêèè îò ôàøèñòñêèõ âîéñê. Åùå äâà äíÿ ïîñëå ïðîâîçãëàøåíèÿ îêîí÷àíèÿ âîéíû øëè îæåñòî÷åííûå ñðàæåíèÿ â çàïàäíîé ÷àñòè ñòðàíû. Áûëè è ðàíåíûå, è óáèòûå, â òîì ÷èñëå è âî âçâîäå, êîòîðûì ÿ êîìàíäîâàë. …Îòêàçàâøèñü îò “áðîíè” (îñâîáîæäåíèå îò ïðèçûâà â àðìèþ), ÿ äîáðîâîëüíî ïîäàë çàÿâëåíèå â âîåíêîìàò. Ìíå òîëüêî ÷òî èñïîëíèëîñü 18 ëåò, ÿ áûë ñòóäåíòîì 1-ãî êóðñà, à óæå ÷åðåç ìåñÿö ïîñëå äíÿ ðîæäåíèÿ ìåíÿ ïðîâîæàëè â àðìèþ. Ñíà÷àëà áûëî Ñàðàíñêîå, à çàòåì Àðçàìàññêîå ñòðåëêîâî-ìèíîìåòíîå ó÷èëèùå. ß áûë îïðåäåëåí â ó÷åáíûé âçâîä, êîòîðûì êîìàíäîâàë ëåéòåíàíò Íèêîëàåâ Ïåòð Àðõèïîâè÷. Äà, òîò ñàìûé Ïåòð Àðõèïîâè÷ Íèêîëàåâ, êîòîðûé ñïóñòÿ 40 ëåò ñòàë ðåêòîðîì íàøåãî èíñòèòóòà. «Îïîçíàíèå” ïðîèçîøëî ñîâåðøåííî ñëó÷àéíî, êîãäà ìû ñòàëè âñïîìèíàòü áûëîå: Ãäå? Êîãäà? Êåì ? È òîìó ïîäîáíûå âîïðîñû. À óçíàòü äðóã äðóãà â ëèöî ÷åðåç ñîðîê ëåò, ïîæàëóé , áûëî òðóäíî: ãîäû íàëîæèëè ñâîé îòïå÷àòîê… Ôðîíòîâàÿ æèçíü íà÷àëàñü íà Ñàíäîìèðñêîì ïëàöäàðìå â Ïîëüøå. ß áûë íàïðàâëåí â 7-é ãâàðäåéñêèé ìåõàíèçèðîâàííûé êîðïóñ, â 24 ìåõàíèçèðîâàííóþ áðèãàäó, âî âòîðóþ ðîòó êîìàíäèðîì âçâîäà 82-õ ìèëëèìåòðîâûõ ìèíîìåòîâ. Íàøà ÷àñòü âñåãäà ïîñûëàëàñü â ïðîðûâ ñ öåëüþ çàéòè â òûë âðàãà. Âñå ýòî, êàê ïðàâèëî, âûïîëíÿëîñü óñïåøíî, íî íåðåäêî ñî çíà÷èòåëüíûìè ïîòåðÿìè ëþäåé è òåõíèêè (â îñíîâíîì, àâòîìàøèí). Òàêèå ìàíåâðåííûå äåñàíòíûå áîè íàø êîðïóñ ïðîâåë â ñîñòàâå 1-ãî Óêðàèíñêîãî ôðîíòà. Áîåâîé ïóòü ïðîëåãàë â íàïðàâëåíèè ãîðîäîâ ×åíñòîõîâî, Áðåñëàó, Áàóöåí è, íàêîíåö, Ïðàãà. Òðóäíî âûäåëèòü ñðåäè áóäíåé âîéíû ÷òî-íèáóäü îñîáåííîå. Ýòî âåäü âîéíà, à ïóëÿ – äóðà…Áûë, ïðàâäà, îäèí ìîìåíò â êîíöå âîéíû. Ïîä Áàóöåíîì íàø ôëàíã îãîëèëà 2-ÿ 165

Ïîëüñêàÿ àðìèÿ, è ìû (íàø êîðïóñ) ôàêòè÷åñêè îêàçàëèñü â îêðóæåíèè. Íî âðàãó íå óäàëîñü ñîçäàòü íàì “êîòåë”. Ñ òåïëîòîé âñïîìèíàþòñÿ âñòðå÷è ñ ÷åõàìè, êîòîðûå ïðèâåòñòâîâàëè íàñ êàê îñâîáîäèòåëåé.  êîíöå âîéíû ôàøèñòû ãíàëè âïåðåäè ñâîèõ ÷àñòåé ìèðíîå íàñåëåíèå êàê æèâîé ùèò. Ýòî ìåøàëî íàì âåñòè áîåâîå ñðàæåíèå. È âîò îäíàæäû âáëèçè ãîðîäà Ìåëüíèê (ñåâåðî-çàïàäíåå Ïðàãè-ñòîëèöû ×åõîñëîâàêèè) øèðîêèì ôðîíòîì ïî ïîëþ øëà òîëïà ìèðíûõ ëþäåé. È ìû ÿñíî ñëûøàëè êðèêè: “Íàçàä, íàçàä!”. Äàåòñÿ êîìàíäà: “Ê áîþ!”. È òîëüêî â ïîñëåäíèé ìîìåíò ìû ñòàëè ðàçëè÷àòü äðóãîå ñëîâî: “Íà çäàð! Íà çäàð!”, - ÷òî ïî-÷åøñêè îçíà÷àëî “Äà çäðàâñòâóåò!”. Íàøà âñòðå÷à ñ íàñåëåíèåì áûëà ðàäîñòíîé, íî êðàòêîé. Íàäî áûëî äâèãàòüñÿ âïåðåä, íà Ïðàãó… Äåíü âåëèêîé Ïîáåäû-9 Ìàÿ 1945 ãîäà –íàâñåãäà âîéäåò â èñòîðèþ íàøåé ñòðàíû. Íåëüçÿ çàáûòü íè ïîäâèãà íàðîäà íà ôðîíòàõ âîéíû, íè âåëèêîãî òðóäà ëþäåé â òûëó.

166

ÀÊÀÄÅÌÈÊ Ê. Ê. ÊÈÊÎÈÍ* (áèîãðàôè÷åñàÿ ñïðàâêà) Íà ïåðåñå÷åíèè Îêòÿáðüñêîãî ïðîñïåêòà è óëèöû Ãðàæäàíñêîé â Ïñêîâå, â ñåðåäèíå íåáîëüøîãî ñêâåðà, óñòàíîâëåí áþñò äâàæäû Ãåðîÿ Ñîöèàëèñòè÷åñêîãî Òðóäà àêàäåìèêà Èñààêà Êîíñòàíòèíîâè÷à Êèêîèíà (1908-1980 ãã.). Ñðåäíåìó è ìîëîäîìó ïîêîëåíèþ íàøåé ñòðàíû, â òîì ÷èñëå æèòåëÿì Ïñêîâùèíû, ýòî èìÿ íàïîìèíàåò øêîëüíûå ãîäû, êîãäà ïî ó÷åáíèêó “Ôèçèêà-9” îíè ïîñòèãàëè îñíîâû ôèçèêè, åå ïåðâîãî ðàçäåëà “Ìåõàíèêè”; ñòàðøåìó ïîêîëåíèþ îíî ãîâîðèò î ãèãàíòñêîì ñêà÷êå ñîâåòñêîé íàóêè, êîòîðûé îíà îñóùåñòâèëà çà êîðîòêèé ïåðèîä 1943-1946 ãã. â äåëå îâëàäåíèÿ âíóòðèÿäåðíîé ýíåðãèåé. Ó òåõ æå, êòî èìååò íåïîñðåäñòâåííîå îòíîøåíèå ê ôèçèêå, èìÿ àêàäåìèêà Èñààêà Êîíñòàíòèíîâè÷à Êèêîèíà ñâÿçàíî ñ ðåøåíèåì ìíîæåñòâà çàäà÷ â ôèçèêå òâåðäîãî òåëà.  ñåðåäèíå 70-õ ãã. È. Ê. Êèêîèí ïîñåòèë Ïñêîâ, âñòðåòèëñÿ ñ ó÷àùèìèñÿ è ó÷èòåëÿìè ñðåäíåé øêîëû ¹1, êîòîðóþ áóäóùèé àêàäåìèê îêîí÷èë â 1923 ã.  òî âðåìÿ â øêîëå áûë õîðîøèé ôèçè÷åñêèé êàáèíåò è áîãàòàÿ áèáëèîòåêà. Ïðîÿâëÿÿ áîëüøîå òðóäîëþáèå è èíòåðåñ, ñòàâÿ îïûòû è ÷èòàÿ êíèãè ïî ôèçèêå, Èñààê åùå â øêîëüíûå ãîäû ðåøèë ïîñâÿòèòü åé ñâîþ æèçíü. Ó÷åáà íà ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêîì ôàêóëüòåòå Ëåíèíãðàäñêîãî ïîëèòåõíè÷åñêîãî èíñòèòóòà ñî÷åòàëàñü ó íåãî ñ íàó÷íîé ðàáîòîé â ôèçèêî-òåõíè÷åñêîì èíñòèòóòå; òîãäà æå îïðåäåëèëîñü è íàïðàâëåíèå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé Êèêîèíà – ôèçèêà òâåðäîãî òåëà, èçó÷åíèå ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ ìåòàëëîâ è ïîëóïðîâîäíèêîâ.  1929 ã., ñòóäåíòîì, îí ïóáëèêóåò ñâîþ ïåðâóþ íàó÷íóþ ðàáîòó – “Î ðîëè ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè â ôåððîìàãíåòèçìå”, âûñîêî îöåíåííóþ ñïåöèàëèñòàìè. Åùå â ñòóäåí÷åñêèå ãîäû Èñààê Êîíñòàíòèíîâè÷ ïîëó÷èë ïðåêðàñíûé ýêñïåðèìåíòàëüíûé ðåçóëüòàò – îáíàðóæèë ýôôåêò Õîëëà â æèäêèõ ìåòàëëàõ, à òàêæå îïðåäåëèë èõ ñîïðîòèâëåíèå * Âïåðâûå î÷åðê áûë îïóáëèêîâàí â æóðíàëå “Ïñêîâ”, èçä. ÏÃÏÈ, 1996ã., ¹4, ñ.101-103

167

â ìàãíèòíîì ïîëå. Êàæäàÿ çàäà÷à òðåáîâàëà äëèòåëüíûõ è ìíîãîêðàòíî ïîâòîðÿåìûõ íàáëþäåíèé, à íåðåäêî è èçãîòîâëåíèÿ îðèãèíàëüíîé ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè. Ïîñëå îêîí÷àíèÿ èíñòèòóòà (1930 ã.) òàëàíòëèâîãî âûïóñêíèêà íàïðàâëÿþò â íàó÷íóþ êîìàíäèðîâêó ñíà÷àëà â Ãåðìàíèþ, à çàòåì â Ãîëëàíäèþ. Ïî âîçâðàùåíèè èç-çà ãðàíèöû Èñààê Êîíñòàíòèíîâè÷ èçó÷àåò ìàãíèòíûå ñâîéñòâà ôåððîìàãíåòèêîâ â ðàçíûõ ôàçîâûõ ñîñòîÿíèÿõ.  ýòîò æå ïåðèîä ñîâìåñòíî ñ Ì. Ì. Íîñêîâûì Êèêîèí îáíàðóæèâàåò íîâûé ýëåêòðîìàãíèòíûé ýôôåêò â ïîëóïðîâîäíèêàõ, âîøåäøèé â íàóêó ïîä íàçâàíèåì “Ýôôåêò Íîñêîâà- Êèêîèíà”. Âûäàþùèéñÿ âêëàä ìîëîäîãî ó÷åíîãî â èçó÷åíèå ôèçèêè ìàãíåòèçìà äàë âîçìîæíîñòü Èñààêó Êîíñòàíòèíîâè÷ó óñïåøíî çàùèòèòü äîêòîðñêóþ äèññåðòàöèþ (1935 ã.).  òî âðåìÿ íàøà ñòðàíà îñòðî íóæäàëàñü â íàó÷íûõ êàäðàõ. Îò Ëåíèíãðàäñêîãî ôèçèêî-òåõíè÷åñêîãî èíñòèòóòà “îòïî÷êîâûâàþòñÿ” ðÿä íàó÷íûõ ó÷ðåæäåíèé, êîòîðûå íà÷èíàþò ðàáîòó â ðåãèîíàõ. È. Ê. Êèêîèí ñî ñâîåé ëàáîðàòîðèåé (îáîðóäîâàíèåì è ñîòðóäíèêàìè) ïåðååçæàåò íà Óðàë.  Ñâåðäëîâñêå, â Óðàëüñêîì ôèçèêî-òåõíè÷åñêîì èíñòèòóòå îí ïðèäàåò ñâîèì ðàáîòàì ïðèêëàäíîé õàðàêòåð, ðåøàÿ òåõíè÷åñêèå çàäà÷è, âîçíèêàþùèå â ïðîöåññå ïðîèçâîäñòâà. Çà ýòè ðàáîòû Èñààê Êîíñòàíòèíîâè÷ âìåñòå ñ ñîòðóäíèêàìè áûë óäîñòèí Ãîñóäàðñòâåííîé ïðåìèè (1942 ã.).  1943 ãîäó ïî ðåêîìåíäàöèè àêàäåìèêà È. Â. Êóð÷àòîâà îí íà÷èíàåò çàíèìàòüñÿ íîâûì íàó÷íûì íàïðàâëåíèåì – âûñâîáîæäåíèåì âíóòðèÿäåðíîé ýíåðãèè. Åãî íàçíà÷àþò çàìåñòèòåëåì äèðåêòîðà èíñòèòóòà àòîìíîé ýíåðãèè ( ïåðâîíà÷àëüíî èíñòèòóò ïî ñîîáðàæåíèÿì ñåêðåòíîñòè èìåíîâàëñÿ “ëàáîðàòîðèåé”), çäåñü ðàñêðûâàåòñÿ íå òîëüêî íàó÷íûé, íî îðãàíèçàòîðñêèé òàëàíò Èñààêà Êîíñòàíòèíîâè÷à. Çà ðåøåíèå îãðîìíîé íàó÷íîé, òåõíè÷åñêîé è îáîðîííîé çàäà÷è ïî âûñâîáîæäåíèþ âíóòðèÿäåðíîé ýíåðãèè îí óäîñòàèâàåòñÿ çâàíèÿ Ãåðîÿ Ñîöèàëèñòè÷åñêîãî Òðóäà.  1943 ãîäó È. Ê. Êèêîèí èçáèðàåòñÿ ÷ëåíîì-êîððåñïîíäåíòîì Àêàäåìèè Íàóê ÑÑÑÐ, à â 1953 ãîäó ñòàíîâèòñÿ åå äåéñòâèòåëüíûì ÷ëåíîì. 168

 ïîñëåâîåííûå ãîäû È. Ê. Êèêîèí âíîâü âîçâðàùàåòñÿ ê èçó÷åíèþ ôèçèêè òâåðäîãî òåëà: èññëåäóåò ìàãíèòíûå ñâîéñòâà ãåðìàíèÿ è êðåìíèÿ (ýòè ïîëóïðîâîäíèêè ÿâëÿþòñÿ îñíîâîé ïîëóïðîâîäíèêîâîé òåõíèêè), îòêðûâàåò ôîòîïüåçîýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò, àíîìàëüíî áîëüøîé ýôôåêò Õîëëà â ôåððîìàãíåòèêàõ, èçó÷àåò ýëåêòðîïðîâîäíîñòü íåðåãóëÿðíûõ ñèñòåì, ïàðîâ ðòóòè ïðè êðèòè÷åñêèõ óñëîâèÿõ, àêòèâíî ðàçðàáàòûâàåò ÿäåðíûé ðåàêòîð íà ãàçîîáðàçíîì ãîðþ÷åì.  1978 ãîäó åìó âòîðè÷íî ïðèñâàèâàåòñÿ Çâàíèå Ãåðîÿ Ñîöèàëèñòè÷åñêîãî Òðóäà . Çà çàñëóãè ïåðåä íàóêîé îí ñåìü ðàç íàãðàæäàåòñÿ îðäåíîì Ëåíèíà, øåñòü ðàç óäîñòàèâàåòñÿ Ãîñóäàðñòâåííûõ ïðåìèé ÑÑÑÐ (1942, 1949, 1953, 1954, 1967, 1980 ãã.), ïðåìèè èì. Ï. Í. Ëåáåäåâà (1979), Çîëîòîé ìåäàëè èìåíè È. Â. Êóð÷àòîâà (1971 ã.) Ïî÷òè ñ ïåðâûõ äíåé ñâîåé ñàìîñòîÿòåëüíîé äåÿòåëüíîñòè È. Ê. Êèêîèí ìíîãî âíèìàíèÿ óäåëÿë âîñïèòàíèþ ìîëîäûõ ôèçèêîâ. Ïåäàãîãè÷åñêóþ ðàáîòó îí âåë â Ëåíèíãðàäñêîì, à çàòåì â Ñâåðäëîâñêîì ïîëèòåõíè÷åñêîì èíñòèòóòå, â Ìîñêîâñêîì èíæåíåðíî-ôèçè÷åñêîì èíñòèòóòå è â Ìîñêîâñêîì óíèâåðñèòåòå. Ñîâìåñòíî ñ À. Ê. Êèêîèíîì èì áûë íàïèñàí ó÷åáíèê “Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêè” äëÿ ñòóäåíòîâ âóçîâ. À åùå â 30-å ãã. â ñîàâòîðñòâå ñ ß. Ã. Äîðôìàíîì èì áûëà íàïèñàíà ìîíîãðàôèÿ ïî ôèçèêå ìåòàëëîâ.  ïîñëåäíèå äåñÿòèëåòèÿ ñâîåé æèçíè ó÷åíûé ó÷àñòâîâàë â ðàçðàáîòêå íîâûõ øêîëüíûõ ïðîãðàìì, ïîäíèìàÿ íàó÷íûé óðîâåíü ïðåïîäàâàíèÿ øêîëüíîé ôèçèêè.  ýòî âðåìÿ ñîâìåñòíî ñ À. Ê. Êèêîèíîì îí ñîçäàåò ó÷åáíèê “Ôèçèêà-9”, êîòîðûé è äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè ñ÷èòàåòñÿ îñíîâíûì ó÷åáíèêîì ïî ìåõàíèêå. Ó÷åíûé íàøåë åùå îäèí ïóòü âîñïèòàíèÿ òàëàíòëèâîé ìîëîäåæè : ñ 1970 ã. Èñààê Êîíñòàíòèíîâè÷ èçäàåò îðèãèíàëüíûé æóðíàë äëÿ ó÷àùèõñÿ, óâëå÷åííûõ ôèçèêîé è ìàòåìàòèêîé – æóðíàë “Êâàíò”. Äî êîí÷èíû îí îñòàâàëñÿ åãî ãëàâíûì ðåäàêòîðîì. Èìÿ ñâîåãî âûäàþùåãîñÿ âûïóñêíèêà ÷òÿò â ñðåäíåé øêîëå ¹1 ã. Ïñêîâà. Äâàæäû Ãåðîåì Ñîöèàëèñòè÷åñêîãî òðóäà, âûäàþùèìñÿ ó÷åíûì , àêàäåìèêîì Èñààêîì Êîíñòàíòèíîâè÷åì Êèêîèíîì âìåñòå ñî âñåé ñòðàíîé ãîðäèòñÿ è Ïñêîâñêàÿ çåìëÿ. 169

Ëèòåðàòóðà 1. Èñààê Êîíñòàíòèíîâè÷ Êèêîèí: Ê 70-ëåòèþ ñî äíÿ ðîæäåíèÿ // Ôèçèêà â øêîëå, 1978, ¹2, ñ.35-37 2.Êèêîèí Èñààê Êîíñòàíòèíîâè÷ // Ñîâåòñêèé ýíöèêëîïåäè÷åñêèé ñëîâàðü Ì., 1979, ñ.581 3. Êèêîèí Èñààê Êîíñòàíòèíîâè÷ // Áîëüøàÿ ñîâåòñêàÿ ýíöèêëîïåäèÿ èçä.3, Ì., 1973, ò.12, ñ.105

170

ÄÂÀÄÖÀÒÛÉ ÂÅÊ ÃËÀÇÀÌÈ ÔÈÇÈÊÀ* Êîíåö XX â. îçíàìåíîâàëñÿ òðèóìôîì îòå÷åñòâåííîé ôèçèêè - 10 äåêàáðÿ 2000 ã. àêàäåìèêó Ðîññèéñêîé Àêàäåìèè íàóê Æîðåñó Èâàíîâè÷ó Àëô¸ðîâó âìåñòå ñ äâóìÿ àìåðèêàíñêèìè ó÷åíûìè áûëà âðó÷åíà Íîáåëåâñêàÿ ïðåìèÿ çà ïèîíåðñêèå ðàáîòû â îáëàñòè êâàíòîâîé ìèêðîýëåêòðîíèêè. Ýòà ïîáåäà áûëà ïîäãîòîâëåíà âñåì ðàçâèòèåì íàóêè â XX âåêå, äàâøåé ÷åëîâå÷åñòâó íîâîå ïîíèìàíèå ìèðà, ïîñòðîèâøåé íîâóþ êâàíòîâî-ïîëåâóþ êàðòèíó ìèðà. Âñïîìíèì íåìíîãî èñòîðèè. Ðîâíî 100 ëåò íàçàä íà÷àëàñü ýðà êâàíòîâîé ôèçèêè. 14 äåêàáðÿ 1900 ãîäà íåìåöêèé ôèçèê Ìàêñ Ïëàíê îáúÿñíèë ïðèðîäó òàê íàçûâàåìîé “óëüòðàôèîëåòîâîé êàòàñòðîôû”. Ñóòü ýòîãî ïàðàäîêñà çàêëþ÷àëàñü â òîì, ÷òî ýíåðãèÿ, èçëó÷àåìàÿ íàãðåòûì òåëîì, äîëæíà íåîãðàíè÷åííî âîçðàñòàòü ñ óâåëè÷åíèåì ÷àñòîòû ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí â ñòîðîíó ôèîëåòîâîé (óëüòðàôèîëåòîâîé) ÷àñòè ñïåêòðà. Òàê ïðåäñêàçûâàëà òåîðèÿ, íî ýòî ïðîòèâîðå÷èëî ýêñïåðèìåíòó. Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è Ïëàíê ââåë â ñâîèõ òåîðåòè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ èäåþ äèñêðåòíîñòè èçëó÷åíèÿ è ïîãëîùåíèÿ ýíåðãèè àòîìàìè (íàäî îòìåòèòü, ÷òî “óëüòðàôèîëåòîâàÿ êàòàñòðîôà” âîçíèêàëà ïîòîìó, ÷òî ïðè ðàñ÷åòàõ ïðåäïîëàãàëîñü, ÷òî àòîìû èçëó÷àþò ýíåðãèþ íåïðåðûâíî). Ýòó ïîðöèþ ýíåðãèè Ïëàíê íàçâàë êâàíòîì. Èìåííî ýòî è äàëî èìÿ âñåé ôèçèêå XX âåêà - êâàíòîâàÿ ôèçèêà. Èäåþ Ïëàíêà ðàçâèë äðóãîé ôèçèê -âåëèêèé Àëüáåðò Ýéíøòåéí. Îí ïðåäïîëîæèë, ÷òî êâàíòû íå òîëüêî ïîãëîùàþòñÿ è èçëó÷àþòñÿ àòîìàìè, íî è ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ ëîêàëèçîâàííûìè ïîðöèÿìè, êîòîðûå âïîñëåäñòâèè ïîëó÷èëè èìÿ “ôîòîíû”. Áëàãîäàðÿ ñâîåé ãèïîòåçå Ýéíøòåéíó óäàëîñü îáúÿñíèòü âñå çàêîíû îòêðûòîãî íåçàäîëãî äî ýòîãî (1887 ã., Ãåíðèõ Ãåðö) ôèçè÷åñêîãî ÿâëåíèÿ - ôîòîýôôåêòà (âûðûâàíèå ýëåêòðîíîâ èç îñâåùàåìîé ìåòàëëè÷åñêîé ïëàñòèíêè). Èçó÷åíèåì ýòîãî ÿâëåíèÿ è óñòàíîâëåíèåì åãî çàêîíîâ çàíèìàëñÿ ðîññèéñêèé ôèçèê Àëåêñàíäð Ñòîëåòîâ. * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ãàçåòå “Ïñêîâñêàÿ ãóáåðíèÿ” 2001ã., ¹9, ñ.18

171

Èäåÿ êâàíòîâàíèÿ ñâîéñòâ àòîìîâ íà÷àëà òðèóìôàëüíîå øåñòâèå â íàóêå (è íå òîëüêî â ôèçèêå).  1913 ãîäó äàòñêèé ôèçèê Íèëüñ Áîð îáúÿñíÿåò óñòîé÷èâîñòü àòîìîâ, âûäâèãàÿ “áåçóìíûå” (äëÿ òîãî ñîñòîÿíèÿ íàóêè) ïîñòóëàòû: 1) â àòîìå ñóùåñòâóþò ñòàöèîíàðíûå îðáèòû, íà êîòîðûõ ýëåêòðîíû ìîãóò íàõîäèòüñÿ íåîãðàíè÷åííîå âðåìÿ (áåç âíåøíåãî âîçäåéñòâèÿ); 2) òîëüêî ïðè ïåðåõîäå ýëåêòðîíà ñ îäíîé ñòàöèîíàðíîé îðáèòû íà äðóãóþ àòîì èçëó÷àåò èëè ïîãëîùàåò ýíåðãèþ ïîðöèÿìè, êâàíòàìè.  òîì æå ãîäó èäåÿ Áîðà ïîëó÷èëà ýêñïåðèìåíòàëüíîå ïîäòâåðæäåíèå. Áîëüøîé âêëàä â ðàçâèòèå êâàíòîâîé ôèçèêè (êâàíòîâîé îïòèêè) âíåñ ðîññèéñêèé àêàäåìèê Ä. Ðîæäåñòâåíñêèé.  1916 ãîäó Ýéíøòåéí òåîðåòè÷åñêè ïðåäñêàçûâàåò âîçìîæíîñòü èíäóöèðîâàííîãî (âûíóæäåííîãî) èçëó÷åíèÿ.  1951 ãîäó ðîññèéñêèå ôèçèêè àêàäåìèêè Íèêîëàé Áàñîâ è Àëåêñàíäð Ïðîõîðîâ è àìåðèêàíåö ×. Òàóíñ ñîçäàþò ïåðâûé êâàíòîâûé ãåíåðàòîð-ìàçåð, çà ÷òî âñå òðîå áûëè óäîñòîåíû Íîáåëåâñêîé ïðåìèè çà 1964 ãîä. Ñ ýòèõ ðàáîò ïðàêòè÷åñêè íà÷àëàñü ýðà êâàíòîâîé ýëåêòðîíèêè. Óïîìÿíóòàÿ âûøå êâàíòîâàÿ òåîðèÿ Áîðà áûëà íåïîñëåäîâàòåëüíîé, ïîëóêëàññè÷åñêîé, ïîëó êâàíòîâîé. Òðåáîâàëñÿ ïðèíöèïèàëüíûé ïåðåñìîòð îñíîâ ôóíäàìåíòàëüíîé íàóêè, êàêîâîé ñòàíîâèëàñü ôèçèêà â ðàçâèòèè ÷åëîâå÷åñêîãî îáùåñòâà. È ýòî áûëî ñäåëàíî â ñåðåäèíå 20-õ ãîäîâ XX âåêà. Ñîçäàåòñÿ ïðèíöèïèàëüíî íîâîå íàïðàâëåíèå â ðàçâèòèè ôèçèêè - êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà, â îñíîâå êîòîðîé ëåæèò êîðïóñêóëÿðíîâîëíîâîé äóàëèçì ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö (ýëåêòðîíîâ, ïðîòîíîâ, ôîòîíîâ è äð.). Ýòîò äóàëèçì ïðîÿâëÿåòñÿ â òîì, ÷òî â îäíèõ îïûòàõ ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû âåäóò ñåáÿ êàê êîðïóñêóëû, â äðóãèõ - ïðîÿâëÿþò âîëíîâûå ñâîéñòâà. Îäíàêî íåëüçÿ ãîâîðèòü, ÷òî ýëåêòðîí - è âîëíà, è ÷àñòèöà. Ïðàâèëüíåå (íà äàííîì ýòàïå ïîíèìàíèÿ ôèçèêè) ãîâîðèòü, ÷òî ýëåêòðîí îáëàäàåò è êîðïóñêóëÿðíûìè, è âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè. Ê ñîæàëåíèþ, íàóêà åùå íå ìîæåò äàòü îòâåò íà “ïðîñòîé” âîïðîñ: ÷òî æå òàêîå 172

ýëåêòðîí (ïðîòîí è ò.ä.). Ýòó ïðîáëåìó ðåøàò â XXI âåêå òå; êòî ñåãîäíÿ èçó÷àåò ôèçèêó â øêîëå. Íà áàçå êâàíòîâîé ìåõàíèêè ñîçäàåòñÿ ñîâðåìåííàÿ ôèçèêà òâåðäîãî òåëà., òàê íàçûâàåìàÿ çîííàÿ òåîðèÿ. Èäåÿ êâàíòîâàíèÿ ïðîíèçûâàåò âñþ ñîâðåìåííóþ ôèçèêó.  1956 ãîäó íà îñíîâå êâàíòîâûõ ñâîéñòâ ýëåêòðîíîâ îáúÿñíÿåòñÿ íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ñâåðõïðîâîäèìîñòü: ðÿä âåùåñòâ ïðè î÷åíü íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîâîäÿò ýëåêòðè÷åñêèé òîê áåç âñÿêîé ïîòåðè íà íàãðåâàíèå ïðîâîäíèêîâ. Ñàìî ÿâëåíèå áûëî îòêðûòî åùå â 1911 ãîäó ãîëëàíäñêèì ôèçèêîì Êàìåðëèíã-Îííåñîì.  1938 ãîäó ðîññèéñêèé àêàäåìèê Ïåòð Êàïèöà îòêðûë ÿâëåíèå ñâåðõòåêó÷åñòè ãåëèÿ, êîòîðûé ïðè ñâåðõíèçêèõ òåìïåðàòóðàõ òåðÿåò âÿçêîñòü. Îáúÿñíåíèå ýòîãî ÿâëåíèÿ òàêæå äàíî êâàíòîâîé ôèçèêîé. Çà ñâîè ðàáîòû Ï. Êàïèöà áûë óäîñòîåí Íîáåëåâñêîé ïðåìèè â 1978 ãîäó.  1986 ã. áûëà îòêðûòà âûñîêîòåìïåðàòóðíàÿ ñâåðõïðîâîäèìîñòü. Îäíàêî, òåîðèè ýòîãî ÿâëåíèÿ åùå íåò, íåò è ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ, òàê êàê âûñîêîòåìïåðàòóðíûå ñâåðõïðîâîäíèêè - ýòî êåðàìè÷åñêèå âåùåñòâà îïðåäåëåííîãî ñîñòàâà, è ïîêà åùå íå íàó÷èëèñü äåëàòü èç íèõ ãèáêèå ïðîâîäà. Ìîæíî ïðèâåñòè ìíîæåñòâî äðóãèõ ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé, ïðèðîäà êîòîðûõ ëåæèò â îáëàñòè êâàíòîâîé ôèçèêè. Íî... íåëüçÿ â êîðîòêîé ñòàòüå îáúÿòü íåîáúÿòíîå. Ñëåäóåò ëèøü óïîìÿíóòü ïñêîâñêèõ ó÷åíûõ-ôèçèêîâ, âíåñøèõ îïðåäåëåííûé âêëàä â ðàçâèòèå ôèçèêè XX â. Ýòî äîêòîð ôèçèêîìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê, ïðîôåññîð ßêîâ Íèêîëàåâè÷ Ïåðøèö, êîòîðûé â òå÷åíèå 40 ëåò âîçãëàâëÿë êàôåäðó ôèçèêè Ïñêîâñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî ïåäàãîãè÷åñêîãî èíñòèòóòà. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðàáîòû ß. Í. Ïåðøèöà, âûïîëíåííûå ñîâìåñòíî ñ åãî ó÷åíèêàìè, íûíå â îñíîâíîì ñîòðóäíèêàìè êàôåäðû, ñîçäàëè íîâîå íàó÷íîå íàïðàâëåíèå â ôèçèêå äèýëåêòðèêîâ. Àâòîð äàííîé ñòàòüè ñâîèìè òåîðåòè÷åñêèìè èññëåäîâàíèÿìè êîìïëåêñíîãî äåôåêòà êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè-äèïîëîíà - ñîçäàë íîâîå íàïðàâëåíèå â ôèçèêå èîííûõ êðèñòàëëîâ. Íûíå äåéñòâóþùàÿ ïðè êàôåäðå àñïèðàíòóðà ïî ôèçèêå êîíäåíñèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ ïðîäîëæàåò ëó÷øèå 173

òðàäèöèè ïñêîâñêîé ôèçè÷åñêîé øêîëû.  ïðîøëîå óøåë XX âåê, âåê êâàíòîâîé ôèçèêè. Ìíîãî îòêðûòèé ñäåëàíî â òîì âåêå. Íî åùå áîëüøå ïðåäñòîèò ñäåëàòü â íàñòóïèâøåì XXI âåêå. Ýòî ñäåëàþò ìîëîäûå - íàøè äåòè, íàøè ó÷åíèêè. Íî ñíà÷àëà íàäî çíàòü è ïîíèìàòü, ÷òî ñäåëàíî äî íèõ...

174

ÍÎÁÅËÅÂÑÊÈÅ ÏÐÅÌÈÈ* Ñðåäè ìåæäóíàðîäíûõ ïðåñòèæíûõ ïðåìèé Íîáåëåâñêèå ïðåìèè èìåþò òó îñîáåííîñòü, ÷òî îíè ïðèñóæäàþòñÿ êàê çà âêëàä â óòâåðæäåíèå ìèðà ìåæäó íàðîäàìè, òàê è çà âûäàþùèåñÿ îòêðûòèÿ â îáëàñòè ôèçèêè, õèìèè, ôèçèîëîãèè, ìåäèöèíû è ëèòåðàòóðû (ñ 1968 ã. ââåäåíà ïðåìèÿ ïî ýêîíîìèêå). Äåíåæíûå ñðåäñòâà íà ïðåìèè âûäåëÿåò òàê íàçûâàåìûé “Ôîíä Íîáåëÿ”, à ñàìè ïðåìèè â îáëàñòè ôèçèêè è õèìèè ïðèñóæäàþòñÿ Øâåäñêîé àêàäåìèåé íàóê, ïðåìèÿ çà ðàáîòû â îáëàñòè ôèçèîëîãèè è ìåäèöèíû – Êàðîëèíñêèì èíñòèòóòîì â Ñòîêãîëüìå, ïðåìèÿ ïî ëèòåðàòóðå – àêàäåìèåé â Ñòîêãîëüìå, à “Ïðåìèÿ çà ìè𔠖 êîìèòåòîì, èçáèðàåìûì íîðâåæñêèì ïàðëàìåíòîì. Ïðåìèÿ ïî ýêîíîìèêå îôèöèàëüíî íàçûâàåòñÿ “Ïðåìèåé â ïàìÿòü Àëüôðåäà Íîáåëÿ” è ïðèñóæäàåòñÿ ãîñóäàðñòâåííûì áàíêîì Øâåöèè. Íî êòî òàêîé Àëüôðåä Íîáåëü?  1842 ã., êîãäà Àëüôðåäó áûëî äåâÿòü ëåò, ñåìüÿ ïðåäïðèíèìàòåëÿ è èíæåíåðà øâåäà Íîáåëÿ ïðèåçæàåò â Ïåòåðáóðã. Ìàëü÷èê áûñòðî îâëàäåë ÿçûêîì ñâîåé âòîðîé ðîäèíû è áëåñòÿùå ãîâîðèë ïî-ðóññêè, åìó ëåãêî äàâàëèñü è äðóãèå ÿçûêè. Îí ñâîáîäíî ãîâîðèë ïî-ôðàíöóçñêè, ïî-íåìåöêè è ìîã ïèñàòü ñòèõè íà àíãëèéñêîì ÿçûêå. Íî èñòèííûì óâëå÷åíèåì áûëà õèìèÿ.  1864 ãîäó îí äåëàåò ñâîå ïåðâîå îòêðûòèå, à â 1868 ãîäó èçîáðåòàåò äèíàìèò. Êàê îòåö è áðàòüÿ, Àëüôðåä ñòàíîâèòñÿ ïðîìûøëåííèêîì, ñòðîèò çàâîäû è ëàáîðàòîðèè â Ðîññèè, Øâåöèè, Ãåðìàíèè, Àíãëèè, Èòàëèè, Ôðàíöèè è â äðóãèõ (âñåãî â 20) ñòðàíàõ. Ê êîíöó æèçíè (1896 ã.) ñîñòîÿíèå Àëüôðåäà Íîáåëÿ áûëî îöåíåíî â 9,2 ìëí. äîëëàðî⠖ îãðîìíàÿ ïî òåì âðåìåíàì ñóììà. Íûíå ëè÷íûé êàïèòàë “Ôîíäà Íîáåëÿ” ïðåâûøàåò 4000 ìëí. äîëëàðîâ. Çà ãîä äî êîí÷èíû, áóäó÷è áåçäåòíûì è õîëîñòÿêîì, Àëüôðåä Íîáåëü ñîñòàâèë çàâåùàíèå, ñîãëàñíî êîòîðîìó äîõîä ñ êàïèòàëà åæåãîäíî äîëæåí ðàñïðåäåëÿòüñÿ â âèäå ïðåìèé. Ðàçìåð ïðåìèè ìåíÿåòñÿ îò ãîäà ê ãîäó â çàâèñèìîñòè îò ïðèáûëüíîñòè êàïèòàëà (â1996 ã. ðàçìåð ïðåìèè áûë ðàâåí 1,1 * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ãàçåòå “Íîâîñòè Ïñêîâà” 1996ã., ¹23,ñ.3

175

ìëí. äîëëàðîâ). Âûáîð íàóê, ïî êîòîðûì ïðèñóæäàþòñÿ ïðåìèè, îïðåäåëåí ëè÷íûìè èíòåðåñàìè À. Íîáåëÿ. Íàïðèìåð, îí ñàì ïèñàë ñòèõè(íà ðàçíûõ ÿçûêàõ) è áûë èñêðåííèì ñòîðîííèêîì ìèðà, ïðèçûâàë ïðàâèòåëüñòâà âåäóùèõ ñòðàí çàêëþ÷èòü ñîãëàøåíèå ïî ðàçîðóæåíèþ. Ïåðâûå ïðåìèè áûëè ïðèñóæäåíû â 1901 ãîäó. Çà ïðîøåäøèå ãîäû áûëî íàãðàæäåíî îêîëî 600 ÷åë. Íåðåäêî ïðåìèè äåëèëèñü ìåæäó äâóìÿ èëè òðåìÿ ëàóðåàòàìè. Îáû÷íî èìåíà íàãðàæäàåìûõ íàçûâàþòñÿ â îêòÿáðå, à 10 äåêàáðÿ, â äåíü ñìåðòè Àëüôðåäà Íîáåëÿ, â òîðæåñòâåííîé îáñòàíîâêå ïðè ó÷àñòèè êîðîëåâñêîé ñåìüè ïðîèñõîäèò íàãðàæäåíèå. Ëàóðåàòû ïðè ïîëó÷åíèè íàãðàäû âûñòóïàþò ñ êðàòêîé ðå÷üþ – “íîáåëåâñêîé ëåêöèåé”. Ñðåäè Íîáåëåâñêèõ ëàóðåàòîâ èìåíà âñåìèðíî èçâåñòíûõ ëþäåé: Àëüáåðò Ýéíøòåéí, Íèëüñ Áîð, Ðàáèíäðàíàò Òàãîð, Áåðíàðä Øîó, Ðîìåí Ðîëëàí, Ýðíåñò Õåìèíãóåé, Òåîäîð Ðóçâåëüò, Óèíñòîí ×åð÷èëëü… Åñòü ñðåäè íàãðàæäåííûõ è èìåíà íàøèõ ïèñàòåëåé, ó÷åíûõ è ãîñóäàðñòâåííûõ äåÿòåëåé: Èâàí Ïàâëîâ, Èëüÿ Ìå÷íèêîâ, Èâàí Áóíèí è Áîðèñ Ïàñòåðíàê, Ìèõàèë Øîëîõîâ è Àëåêñàíäð Ñîëæåíèöèí, Àíäðåé Ñàõàðîâ è Ìèõàèë Ãîðáà÷åâ. Óäîñòîåíû ïðåñòèæíîé ïðåìèè è ó÷åíûå Ðîññèè: Íèêîëàé Ñåìåíîâ (ïî õèìèè), Ïàâåë ×åðåíêîâ, Èãîðü Òàìì, Èëüÿ Ôðàíê, Ëåâ Ëàíäàó, Íèêîëàé Áàñîâ, Àëåêñàíäð Ïðîõîðîâ, Ïåòð Êàïèöà, Æîðåñ Àëüôåðîâ (âñå ïî ôèçèêå). Áóäåì âåðèòü, ÷òî íàøà ñòðàíà íå îñêóäåëà òàëàíòàìè, è ñðåäè áóäóùèõ ëàóðåàòîâ Íîáåëåâñêèõ ïðåìèé ìû íå ðàç óñëûøèì ôàìèëèè íàøèõ ó÷åíûõ, ïèñàòåëåé è ãîñóäàðñòâåííûõ äåÿòåëåé.

176

ÇÀÃÀÄÊÈ ÁÎËÜØÎÃÎ ÂÇÐÛÂÀ* Ó÷åíûå óñòàíîâèëè, ÷òî íàøåé Âñåëåííîé 15 ìëðä. ëåò, åå ïîÿâëåíèå ñâÿçàíî ñî âçðûâîì, ïîëó÷èâøèì íàçâàíèå“Áîëüøîãî âçðûâà”.Íî îòêóäà èçâåñòíî, ÷òî Âñåëåííàÿ âçîðâàëàñü è ÷òî âçîðâàëîñü? È ÷òî áûëî äî ýòîãî, è ÷òî ïîñëåäîâàëî ïîñëå ýòîãî? Ýòè è ìíîãèå äðóãèå âîïðîñû âîçíèêëè ïåðåä ó÷åíûìè âî âòîðîé ïîëîâèíå XX âåêà è îñòàëèñü â íàóêå XXI âåêà. Âñïîìíèì íåìíîãî èñòîðèþ.  1916 ã. âåëèêèé ôèçèê Àëüáåðò Ýéíøòåéí ñîçäàë íîâóþ ôèçè÷åñêóþ òåîðèþ - Îáùóþ òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè, ñòàâøóþ îñíîâîé êîñìîëîãèè - íàóêè î ïðîèñõîæäåíèè è ðàçâèòèÿ ìèðà. Ñîãëàñíî ïåðâîíà÷àëüíîìó ðåøåíèþ ïðîáëåìû, äàííîìó ñàìèì Ýéíøòåéíîì, Âñåëåííàÿ ñòàöèîíàðíà è êîíå÷íà â ñâîèõ ðàçìåðàõ. Îäíàêî â 1922 ã. ðîññèéñêèé ó÷åíûé À. À. Ôðèäìàí ðàññìîòðåë áîëåå ñëîæíûé ñöåíàðèé ðàçâèòèÿ Ìèðà. Îäèí èç âàðèàíòîâ åãî ðåøåíèÿ ïðåäïîëàãàë ðàñøèðåíèå Âñåëåííîé. Àìåðèêàíñêèé àñòðîíîì Ý. Õàááë, íàáëþäàÿ äâèæåíèå äàëåêèõ çâåçä, ïîäòâåðäèë ôàêò ðàñøèðåíèÿ: çâåçäû óäàëÿëèñü îò íàñ è äðóã îò äðóãà. Ñíîâà âîçíèêàëè âîïðîñû: ïî÷åìó Âñåëåííàÿ ðàñøèðÿåòñÿ, âåäü ïî çàêîíó âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ, îòêðûòîãî åùå Íüþòîíîì, çâåçäû äîëæíû ïðèòÿãèâàòüñÿ äðóã ê äðóãó? È êàê äîëãî ýòî ðàñøèðåíèå áóäåò ïðîäîëæàòüñÿ? Ó÷åíûå, â òîì ÷èñëå è íàøè ðîññèéñêèå, èùóò îòâåòû íà âñå ïîñòàâëåííûå âûøå âîïðîñû. È óæå åñòü ôàêòû, êîòîðûå ïîçâîëÿþò âîññòàíîâèòü ñöåíàðèé Âçðûâà, äàòü âîçìîæíûå âàðèàíòû îòâåòîâ. Îêîëî 40 ëåò íàçàä áûëî îáíàðóæåíî ñëàáîå ýëåêòðîìàãíèòíîå èçëó÷åíèå (ðàäèîâîëíû), êîòîðîå ðàâíîìåðíî çàïîëíÿåò âñå ìèðîâîå ïðîñòðàíñòâî. Åãî íàçâàëè “ðåëèêòîâûì”, òî åñòü ñîõðàíèâøèìñÿ îò ìîìåíòà íà÷àëà ðàñøèðåíèÿ Âñåëåííîé. Çàíèìàÿ âñå áîëüøåå ïðîñòðàíñòâî, ðåëèêòîâîå èçëó÷åíèå îñòûâàëî, èìåÿ âíà÷àëå î÷åíü âûñîêóþ òåìïåðàòóðó. * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ãàçåòå “Ïñêîâñêàÿ ãóáåðíèÿ”, 2001ã, ¹43, ñ.13.

177

Òàêóþ æå âûñîêóþ òåìïåðàòóðó èìåëî è âåùåñòâî – Âñåëåííàÿ áûëà ãîðÿ÷åé. Àíàëèç ñâîéñòâ ðåëèêòîâîãî èçëó÷åíèÿ ïîçâîëÿåò ïîíÿòü, ïî÷åìó Âñåëåííàÿ â áîëüøèõ ìàñøòàáàõ áûëà è îñòàåòñÿ îäíîðîäíîé, ñðåäíÿÿ ïëîòíîñòü âåùåñòâà ïîñòîÿííà. Äåëî â òîì, ÷òî òîëüêî â ýòîì ñëó÷àå ñåãîäíÿ ìû è íàáëþäàåì, ÷òî ñî âñåõ ñòîðîí íà Çåìëþ ïðèõîäèò îäíîðîäíîå ðåëèêòîâîå èçëó÷åíèå: îíî ïðîõîäèò ÷åðåç îäíîðîäíî çàïîëíåííîå ìàòåðèåé ïðîñòðàíñòâî, Íî ñðàçó âîçíèêàåò äðóãîé âîïðîñ: ïî÷åìó â äèàìåòðàëüíî ïðîòèâîïîëîæíûõ òî÷êàõ Âñåëåííîé îäèíàêîâîå ñîñòîÿíèå ìàòåðèè, ÷òî è îïðåäåëÿåò óïîìÿíóòóþ âûøå îäíîðîäíîñòü èçëó÷åíèÿ, ïðèõîäÿùåãî ñî âñåõ ñòîðîí. Ýòà çàãàäêà Âñåëåííîé íàçûâàåòñÿ “Ïðîáëåìîé ãîðèçîíòà”. Ñîãëàñíî ðàñ÷åòàì À. Ôðèäìàíà, îñíîâàííûì íà ïîëîæåíèÿõ Îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà, â ìîìåíò Áîëüøîãî âçðûâà ñðåäíÿÿ ïëîòíîñòü âåùåñòâà áûëà áëèçêà ê òàê íàçûâàåìîé “êðèòè÷åñêîé ïëîòíîñòè”. Îò êðèòè÷åñêîé ïëîòíîñòè çàâèñèò ñöåíàðèé ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé: ëèáî îíà áóäåò âñåãäà ðàñøèðÿòüñÿ, ëèáî íàñòóïèò ìîìåíò, êîãäà ðàñøèðåíèå çàêîí÷èòñÿ è íà÷íåòñÿ ñæàòèå. Ó÷åíûå íå ìîãóò ñåé÷àñ îïðåäåëèòü ìàññó âñåãî Ìèðà. Ïîìèìî äðóãèõ ïðè÷èí åñòü åùå îäíà: ïðåäïîëàãàåòñÿ äëÿ îáúÿñíåíèÿ íàáëþäàåìûõ ÿâëåíèé ñóùåñòâîâàíèå “ñêðûòîé”, íåâèäèìîé ìàññû, ïðèðîäà êîòîðîé åùå íå îïðåäåëåíà. Ïîýòîìó íå ÿñíî, êàêîâà æå êðèòè÷åñêàÿ ïëîòíîñòü âåùåñòâà Âñåëåííîé, êàêîâ áóäóùèé ñöåíàðèé ðàçâèòèÿ Ìèðà. Ýòà çàãàäêà ïîëó÷èëà íàçâàíèå “Ïðîáëåìû êðèòè÷åñêîé ïëîòíîñòè”.  íà÷àëå Áîëüøîãî âçðûâà ìàòåðèÿ ñîñòîÿëà èç ãîðÿ÷åé ïëàçìû, ÷àñòèöû êîòîðîé îáëàäàëè çàðÿäàìè ðàçíûõ çíàêîâ.  ìîìåíò âðåìåíè, îòñòîÿùèé íà 10-33 ñåêóíäû îò íà÷àëà âçðûâà, íà÷àëîñü îáúåäèíåíèå ðàçíîèìåííî çàðÿæåííûõ ÷àñòèö. Ýòà “ýïîõà Âåëèêîãî îáúåäèíåíèÿ” ïîñòàâèëà ïåðåä ó÷åíûìè íîâóþ çàãàäêó: ïî÷åìó ñåãîäíÿøíèé ìèð ñîñòîèò ïðåèìóùåñòâåííî èç ÷àñòèö, êóäà èñ÷åçëè àíòè÷àñòèöû â íàøåé Âñåëåííîé? Êóäà èñ÷åçëè è äðóãèå ñâèäåòåëè Áîëüøîãî âçðûâà, òàê íàçûâàåìûå ìàãíèòíûå ìîíîïîëè, ïðåäñêàçàííûå òåîðåòè÷åñêè, “íà êîí÷èêå ïåðà” àíãëèéñêèì ôèçèêîì Äèðàêîì åùå â 1928 ã? Âîçíèêëà íîâàÿ çàãàäêà ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé - “çàãàäêà ìîíîïîëåé”. 178

Äî ñèõ ïîð íå ðåøåíà çàãàäêà ðîæäåíèÿ çâåçä è ïëàíåò. Îäíî äîñòîâåðíî, ÿñíî, ÷òî â ñòàöèîíàðíîé Âñåëåííîé Ýéíøòåéíà (ñì. âûøå) îíè îáðàçîâàòüñÿ íå ìîãëè. Âñå óïîìÿíóòûå âûøå çàãàäêè - ýòî ïîñëåäñòâèÿ Áîëüøîãî âçðûâà. Òåîðèÿ òÿãîòåíèÿ, ïîñòðîåííàÿ âåëèêèì Íüþòîíîì, íå ìîæåò îáúÿñíèòü ýòî ÿâëåíèå. Ïî çàêîíó âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ Íüþòîíà ìàòåðèàëüíûå îáðàçîâàíèÿ ìîãóò òîëüêî ñáëèæàòüñÿ áëàãîäàðÿ âçàèìíîìó ïðèòÿæåíèþ. Ìû ýòî îùóùàåì ïîñòîÿííî, íàõîäÿñü êàê íà Çåìëå, òàê è â áëèæíåì êîñìîñå. Íî â 1972 ã. ñîâåòñêèå ôèçèêè Ý. Ãëèíåð, Ä. Êèðæíèö è À. Ëèíäå, èñõîäÿ èç Îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà, ïîäñ÷èòàëè, ÷òî â ìîìåíò âçðûâà ïëîòíîñòü âåùåñòâà áûëà ôàíòàñòè÷åñêîé - 1094 ã/ ñì3 (äëÿ ñðàâíåíèÿ - ïëîòíîñòü âåùåñòâà â ÿäðàõ -10 16 ã/ñì3). Îêàçûâàåòñÿ, ÷òî ïðè ýòèõ ñîñòîÿíèÿõ ìàòåðèè â íåé âîçíèêàþò íå òîëüêî ñèëû ïðèòÿæåíèÿ, íî è âî ìíîãî ðàç áîëåå ìîùíûå ñèëû îòòàëêèâàíèÿ. Èìåííî ýòè ñèëû îòòàëêèâàíèÿ è âûçûâàþò ðàñøèðåíèå Âñåëåííîé. Ýòè âûâîäû íàøèõ ó÷åíûõ ïîëó÷èëè äàëüíåéøåå ðàçâèòèå è ñåé÷àñ ñ÷èòàþòñÿ âïîëíå ïðàâäîïîäîáíûìè. Âåùåñòâî ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé ìåíÿëî ñâîè ñâîéñòâà â ïðîöåññå ðàçäóâàíèÿ, òàêèå ïåðåõîäû ìàòåðèè èç îäíîãî ñîñòîÿíèÿ â äðóãîå íàçûâàþò ôàçîâûìè ïåðåõîäàìè (â íàøåé îáûäåííîé æèçíè òàêèìè ôàçîâûìè ïåðåõîäàìè ÿâëÿþòñÿ, íàïðèìåð, êèïåíèå âîäû è ïðåâðàùåíèå åå â ïàð). Ðàñ÷åòû ïîêàçûâàþò, ÷òî èçâåñòíûå íàì ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû-ýëåêòðîíû, ïðîòîíû, íåéòðîíû è ò.ä. âîçíèêëè ÷åðåç âðåìÿ 10-25 ñåêóíäû ïîñëå Âçðûâà â ðåçóëüòàòå ïåðåõîäà ìàòåðèè â íîâîå ôàçîâîå ñîñòîÿíèå. Ìîäåëü ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé ïîçâîëÿåò äàòü ïðåäâàðèòåëüíûå îòâåòû íà íåêîòîðûå ïîñòàâëåííûå âûøå âîïðîñû. Ðàñïîëîæåííîå ñåãîäíÿ íà êðàþ ãîðèçîíòà âèäèìîñòè â ïðîòèâîïîëîæíûõ åãî òî÷êàõ âåùåñòâî êîãäà-òî íàõîäèëîñü “ñîâñåì ðÿäîì”, ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàëî, íàõîäèëîñü â îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ. È ðàçëåòàÿñü, ðàçâèâàëîñü îäèíàêîâî. Ïîýòîìó ñî âñåõ ñòîðîí ê íàì íà Çåìëþ è ïðèõîäèò îäíîðîäíîå ðåëèêòîâîå èçëó÷åíèå. Âûøå ãîâîðèëîñü, ÷òî ðàñøèðÿþùàÿñÿ Âñåëåííàÿ èñïûòûâàëà ôàçîâûå ïåðåõîäû. Íî â òåõ óñëîâèÿõ “äåéñòâîâàëè” íå êëàññè÷åñêèå, à êâàíòîâûå çàêîíû. Íå âî âñåì ïðîñòðàíñòâå 179

îäíîâðåìåííî ïðîèñõîäèëè ýòè ïåðåõîäû, ÷òî áëàãîïðèÿòñòâîâàëî îáðàçîâàíèþ “ñãóñòêî┠ìàòåðèè, èç êîòîðûõ è ìîãëè îáðàçîâàòüñÿ çâåçäû è ïëàíåòû. Òàêóþ ãèïîòåçó ïðåäëîæèë àíãëèéñêèé àñòðîôèçèê, ÷åëîâåê óäèâèòåëüíîé ñóäüáû Ñ. Õîêèíã è óïîìÿíóòûå âûøå íàøè ó÷åíûå. Îòíîñèòåëüíî îòñóòñòâèÿ ìîíîïîëåé â ñåãîäíÿøíåé Âñåëåííîé ïðåäëàãàåòñÿ òàêîé “ïðîñòîé” îòâåò: äëÿ ðîæäåíèÿ ìîíîïîëåé íåîáõîäèìû óñëîâèÿ, êîòîðûå áûëè òîëüêî ëèøü â ïåðâûå ìãíîâåíèÿ Áîëüøîãî âçðûâà. Çàòåì îíè óæå áîëüøå íå âîçíèêàëè. À ðàçáðîñàííûå ïî âñåé ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé ïåðâûå ìîíîïîëè ñòàíîâÿòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåíàáëþäàåìûìè. Çíà÷èòåëüíî ñëîæíåå îáúÿñíèòü àñèììåòðèþ ÷àñòèö è àíòè÷àñòèö â íàøåì ìèðå. Íàïðàøèâàåòñÿ òàêîé âûõîä: ìîæåò áûòü, â îäèí èç ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ ìàòåðèè (ñì. âûøå) óñòîé÷èâîñòü àíòè÷àñòèö óìåíüøèëàñü ïî ñðàâíåíèþ ñ ÷àñòèöàìè è îíè èñ÷åçëè... Ïîïûòàåìñÿ “îòâåòèòü” íà âîïðîñ: à ÷òî áûëî äî Áîëüøîãî âçðûâà, èñõîäÿ èç ãèïîòåçû íàøèõ ó÷åíûõ À. Ëèíäå è À. Ñòàðîáèíñêîãî, âûñêàçàííîé èìè åùå â 1986 ã.  îñíîâå íîâîé ãèïîòåçû ïîëîæåíà îïðåäåëÿþùàÿ ðîëü êâàíòîâûõ ïðîöåññîâ, êîòîðûå äîëæíû ïðîèñõîäèòü ïðè ãèãàíòñêèõ ïëîòíîñòÿõ ìàòåðèè. Âñåëåííàÿ íàõîäèëàñü (è, âîçìîæíî, åùå íàõîäèòñÿ) â ñîñòîÿíèè ñ îòðèöàòåëüíûì äàâëåíèåì è ïîýòîìó ðàçäóâàåòñÿ.  ðàçíûõ ìåñòàõ âîçíèêàþò êâàíòîâûå íåóñòîé÷èâîñòè ïðè îäèíàêîâûõ íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ. Ïóñòü ïåðâîíà÷àëüíûé ýëåìåíò îáúåìà óâåëè÷èëñÿ (èç-çà ðàçäóâàíèÿ) â ïîïåðå÷íèêå âäâîå. Òîãäà ñàì îáúåì óâåëè÷èëñÿ â 8 ðàç âìåñòî îäíîãî ýëåìåíòà îáúåìà áóäåò 8 ðàçäóâàþùèõñÿ “ìèíè-Âñåëåííûõ”, êîòîðûå áóäóò “æèòü” íåçàâèñèìî äðóã îò äðóãà. Ýòî ïåðâîå (ñ ìîìåíòà íàøåãî ðàññìîòðåíèÿ) ïîêîëåíèå ìèíè-Âñåëåííûõ. Ïðîöåññ “ðàçìíîæåíèÿ” äîëæåí ïðîäîëæàòüñÿ, òàê êàê êàæäàÿ ìèíèÂñåëåííàÿ ïî-ïðåæíåìó íàõîäèòñÿ â ñîñòîÿíèè ñ îòðèöàòåëüíûì äàâëåíèåì (èìåííî îíî è âûçûâàåò ðàçäóâàíèå ìèíè-Âñåëåííûõ). Ñîãëàñíî ýòîé ãèïîòåçå Âñåëåííàÿ âå÷íî âîñïðîèçâîäèò ñàìó ñåáÿ. Ó òàêîé Âñåëåííîé íåò íè íà÷àëà, íè êîíöà.  òàêîì ìèðå ïîñòîÿííî ïðîèñõîäÿò “Áîëüøèå âçðûâû”.  îäíîé èç òàêèõ Âñåëåííûõ æèâóò çåìëÿíå... 180

ÒÅÎÐÈß, ÄÀÂØÀß ÈÌß ÑÒÎËÅÒÈÞ* Êàæäîå âûäàþùååñÿ îòêðûòèå â ôèçèêå îïðåäåëÿëî æèçíü ÷åëîâå÷åñêîãî îáùåñòâà íà ìíîãèå äåñÿòèëåòèÿ. Òàê, ñîçäàíèå ïàðîâîé ìàøèíû áûëî ñâÿçàíî ñ ïðîìûøëåííîé ðåâîëþöèåé â ñòðàíàõ Åâðîïû, è XVIII âåê âîøåë â èñòîðèþ êàê “âåê ïàðà” (êîíå÷íî, äðóãèå íàóêè äàþò âðåìåííûì ïðîìåæóòêàì èíûå íàçâàíèÿ, òîò æå XVIII âåê äëÿ èñòîðèêîâ - ýòî âåê ôðàíöóçñêîé áóðæóàçíîé ðåâîëþöèè). Ðàñêðûòèå òàéí ýëåêòðè÷åñêèõ ÿâëåíèé, ñîçäàíèå ýëåêòðè÷åñêèõ ìîòîðîâ, ãåíåðàòîðîâ è òðàíñôîðìàòîðîâ, îòêðûòèå ðàäèîâîëí - âñå ýòî . îïðåäåëèëî íàçâàíèå XIX âåêà: “âåê ýëåêòðè÷åñòâà”. XX âåê âîøåë â èñòîðèþ ÷åëîâå÷åñòâà êàê “âåê ÿäåðíîé ýíåðãåòèêè”. Òåîðåòè÷åñêîå ïðåäñêàçàíèå î íàëè÷èè â ÿäðå àòîìîâ ãèãàíòñêîé êîíöåíòðàöèè ýíåðãèè áûëî ñäåëàíî â òàê íàçûâàåìîé ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, ñîçäàííîé âåëèêèì ôèçèêîì XX âåêà - Àëüáåðòîì Ýéíøòåéíîì â 1905 ãîäó. Êðàòêîìó èçëîæåíèþ ýòîé òåîðèè, ñ êîòîðîé äîëæåí áûòü çíàêîì êàæäûé êóëüòóðíûé ÷åëîâåê, ïîñâÿùåíà äàííàÿ ñòàòüÿ. Âûâîä î òîì, ÷òî âíóòðè ÿäðà çàêëþ÷åíà îãðîìíàÿ ýíåðãèÿ, -ýòî ëèøü îäèí, õîòÿ è î÷åíü âàæíûé, âûâîä èçëàãàåìîé òåîðèè, ïîëó÷èâøåé íå ñîâñåì òî÷íîå íàçâàíèå - ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè (êñòàòè, ýòî íàçâàíèå òåîðèè äàë íå Ýéíøòåéí, à åãî ïîñëåäîâàòåëè). Ãëàâíûì ñîäåðæàíèåì ÑÒÎ (ýòî àááðåâèàòóðà ïîëíîãî íàçâàíèÿ òåîðèè) ÿâëÿåòñÿ, íîâîå áîëåå òî÷íîå ðàñêðûòèå ñîäåðæàíèÿ òàêèõ, ïðèâû÷íûõ ïîíÿòèé, êàê “ïðîñòðàíñòâî” è “âðåìÿ”. Ïîýòîìó ÑÒÎ, ïî ñóòè äåëà, ÿâëÿåòñÿ ñîâðåìåííûì ôèçè÷åñêèì ó÷åíèåì î ñâîéñòâàõ ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è äâèæåíèÿ. Àâòîðîì ýòîé òåîðèè áûë â òî âðåìÿ (1905 ã.) íèêîìó íå èçâåñòíûé ìîëîäîé ôèçèê Àëüáåðò Ýéíøòåéí. Ïðîéäóò äåñÿòèëåòèÿ, ïîêà ÑÒÎ èç-çà ñâîèõ ïàðàäîêñàëüíûõ âûâîäîâ áóäåò ïðèçíàíà ó÷åíûì ìèðîì è íàéäåò ïðàêòè÷åñêîå âîïëîùåíèå â ÿäåðíûõ ðåàêòîðàõ, * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ãàçåòå “Íîâîñòè Ïñêîâà” , 1996ã., îêòÿáðü, 12, ñ.4.

181

óñêîðèòåëÿõ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, â âûñâîáîæäåíèè âíóòðèÿäåðíîé ýíåðãèè. Òîãäà ýòà òåîðèÿ îêàæåò âëèÿíèå íà æèçíü ÷åëîâå÷åñòâà âî âòîðîé ïîëîâèíå XX âåêà, íà ïîëèòè÷åñêèå, ýêîíîìè÷åñêèå, ýòè÷åñêèå, ýêîëîãè÷åñêèå è ôèëîñîôñêèå ñòîðîíû âçàèìîîòíîøåíèé íàðîäîâ è ãîñóäàðñòâ. Èìÿ À. Ýéíøòåéíà ñòàíåò èçâåñòíî âñåìó ìèðó íå òîëüêî çà íàó÷íûå çàñëóãè, íî è çà òî, ÷òî îí âîçãëàâèë â ïîñëåâîåííûå 40-å è 50-å ãîäû ìåæäóíàðîäíîå äâèæåíèå ó÷åíûõ çà ìèð, çà çàïðåùåíèå ÿäåðíîãî îðóæèÿ. Òðóäíî â íåáîëüøîé ñòàòüå ðàññêàçàòü âñå î ÑÒÎ, ïîýòîìó ìû êîñíåìñÿ òîëüêî ñàìîãî ãëàâíîãî â ýòîé òåîðèè. Ñóùåñòâóåò ìíîãî ïîïóëÿðíîé ëèòåðàòóðû, ïîñâÿùåííîé èçëîæåíèþ îñíîâ ÑÒÎ. Îäíàêî çà ïîñëåäíèå ãîäû â îáû÷íîå èçëîæåíèå áûëè ââåäåíû ñóùåñòâåííûå ïîïðàâêè. Ðîæäåíèå íîâîé òåîðèè ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ñòàðàÿ òåîðèÿ íå ìîæåò îáúÿñíèòü ðÿä íàáëþäàåìûõ ÿâëåíèé. Îäíîé èç ãëàâíûõ òðóäíîñòåé ïðåäøåñòâóþùåé êëàññè÷åñêîé, íüþòîíîâñêîé ôèçèêè áûëà íåñïîñîáíîñòü îáúÿñíèòü ïðèðîäó ñâåòà (è îòêðûòûõ ê ýòîìó âðåìåíè ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí, ÷àñòíûì ñëó÷àåì êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ ñâåò), ïîñòîÿíñòâî åãî ñêîðîñòè â îäíîðîäíîé (îáëàäàþùåé îäèíàêîâûìè ñâîéñòâàìè âî âñåõ òî÷êàõ) è èçîòðîïíîé (îáëàäàþùåé îäèíàêîâûìè ñâîéñòâàìè ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì) ñðåäå, ìàêñèìàëüíîñòü ýòîé ñêîðîñòè â ïóñòîì ïðîñòðàíñòâå è íåçàâèñèìîñòü åå òàì îò ñêîðîñòè äâèæåíèÿ èñòî÷íèêà ñâåòà è íàáëþäàòåëÿ. Ïîñëåäíåå îñîáåííî áûëî íåïîñòèæèìî â ðàìêàõ êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêè. Ýòîò îïûòíûé ôàêò À. Ýéíøòåéí, âçÿë â êà÷åñòâå ïîñòóëàòà (áàçû, ïðèíöèïà) â ñâîåé òåîðèè. Âòîðûì ïîñòóëàòîì áûëî óòâåðæäåíèå, ÷òî âî âñåé Âñåëåííîé äåéñòâóþò îäíè è òå æå ôèçè÷åñêèå çàêîíû. Èç ýòèõ, íà ïåðâûé âçãëÿä, åñòåñòâåííûõ óòâåðæäåíèé ñëåäóþò ïîðàçèòåëüíûå, ïðîòèâîðå÷àùèå æèòåéñêîìó (“çäðàâîìó”) ñìûñëó âûâîäû.  ïåðâóþ î÷åðåäü ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå (ñâåò) ïðèîáðåòàåò ñòàòóñ âèäà ìàòåðèè (à äî ýòîãî ýëåêòðîìàãíèòíîå ïîëå ñ÷èòàëîñü ñîñòîÿíèåì îñîáîé, ñðåäû – ýôèðà, êîòîðûé íå òîëüêî îáëàäàë ïðîòèâîðå÷èâûìè ñâîéñòâàìè, íî è íå îáíàðóæèâàëñÿ â îïûòàõ, è ïîýòîìó Ýéíøòåéí îòêàçàëñÿ îò íåãî). 182

Ñ 1905 ãîäà â ôèçèêå è â ôèëîñîôèè ðàññìàòðèâàþòñÿ óæå äâà âèäà ìàòåðèè: âåùåñòâî è ïîëå; â 1932 ãîäó áûëî óñòàíîâëåíî âçàèìîïðåâðàùåíèå ýòèõ âèäîâ ìàòåðèè äðóã â äðóãà, ÷òî ïîäòâåðäèëî ìàòåðèàëüíîå åäèíñòâî ìèðà. Âïåðâûå íàó÷íûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè áûëè ñôîðìóëèðîâàíû â ìåõàíèêå Íüþòîíà. Îíè ðàññìàòðèâàëèñü êàê íåçàâèñèìûå äðóã îò äðóãà è îò ìàòåðèè ñóùíîñòè. Òîëüêî ÑÒÎ ïîêàçàëà, ÷òî ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ âçàèìîñâÿçàíû è èõ ñâîéñòâà çàâèñÿò îò ñîñòîÿíèÿ ìàòåðèàëüíûõ îáúåêòîâ. Òðåõìåðíûé ìèð êëàññè÷åñêîé ôèçèêè òðàíñôîðìèðîâàëñÿ â åäèíûé ÷åòûðåõìåðíûé ìèð ñ òðåìÿ ïðîñòðàíñòâåííûìè è îäíîé âðåìåííîé êîîðäèíàòîé. Îêàçàëîñü, ÷òî ïðîòÿæåííîñòü òåë è äëèòåëüíîñòü ïðîöåññîâ çàâèñÿò îò ñîñòîÿíèÿ íàáëþäàåìîãî îáúåêòà, ïîêîèòñÿ îí îòíîñèòåëüíî íàáëþäàòåëÿ (ïðèáîðîâ) èëè äâèæåòñÿ. Îäíàêî ÑÒÎ íå îòðèöàåò ðåàëüíîñòè äëèíû è äëèòåëüíîñòè: íå ñóùåñòâóåò òàêîé ñèòóàöèè, ÷òîáû ó òåëà íå áûëî ïðîòÿæåííîñòè, à ó ïðîöåññà - äëèòåëüíîñòè, íî êîëè÷åñòâåííûå èõ çíà÷åíèÿ äëÿ ðàçíûõ íàáëþäàòåëåé (ïðèáîðîâ) ðàçíûå. Åñëè ïî øêîëüíîé íüþòîíîâñêîé ôèçèêå óñêîðåíèå òåëà âñåãäà ñîâïàäàåò ñ íàïðàâëåíèåì äåéñòâóþùåé ñèëû, òî â ÑÒÎ ìåæäó ýòèìè âåëè÷èíàìè íå âñåãäà èìååòñÿ òàêîå ïðîñòîå ñîîòíîøåíèå. Íåñìîòðÿ íà íåîáû÷íîñòü ýòîãî âûâîäà, îí ïîäòâåðæäàåòñÿ ìåõàíèêîé äâèæåíèÿ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö â óñêîðèòåëüíûõ óñòðîéñòâàõ. Èíîãäà ãîâîðÿò, ÷òî ÑÒÎ - ýòî ôèçèêà, ðàññìàòðèâàþùàÿ äâèæåíèÿ ñî ñêîðîñòÿìè, áëèçêèìè ê ñêîðîñòè ñâåòà â âàêóóìå (300000 êì/ñ). Íî ýòî íå òàê. ÑÒÎ ñïðàâåäëèâà ïðè ëþáûõ ðàçðåøåííûõ ïðèðîäîé ñêîðîñòÿõ, íî â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ (îáû÷íî ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ ïî ñðàâíåíèþ ñ 300000 êì/ñ) åå óòî÷íåíèÿìè ìîæíî ïðåíåáðå÷ü (êàê ìû è äåëàåì â ïîâñåäíåâíîé æèçíè). Òàêèì îáðàçîì, ÑÒÎ óêàçàëà ãðàíèöû ñïðàâåäëèâîñòè êëàññè÷åñêèõ, íüþòîíîâñêèõ ïðåäñòàâëåíèé: êëàññè÷åñêîé ôèçèêîé ìîæíî ïîëüçîâàòüñÿ ëèøü ïðè ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ, âî ìíîãî ðàç ìåíüøèõ ñêîðîñòè ñâåòà â âàêóóìå. Ýòî óòâåðæäåíèå íîñèò íàçâàíèå ïðèíöèïà ñîîòâåòñòâèÿ: âñÿêàÿ íîâàÿ òåîðèÿ íå îòâåðãàåò ïðåäøåñòâóþùóþ, à óêàçûâàåò ãðàíèöû åå ïðèìåíèìîñòè, òåì ñàìûì âêëþ÷àåò åå êàê ïðåäåëüíûé ñëó÷àé. 183

Ñðåäè âûâîäîâ ÑÒÎ åñòü è òàêîé: âñÿêîå âåùåñòâåííîå òåëî (èìåþùåå ìàññó) òîëüêî èç ôàêòà ñâîåãî ñóùåñòâîâàíèÿ îáëàäàåò ýíåðãèåé - ýíåðãèåé ïîêîÿ, âûñâîáîæäåíèå êîòîðîé è ïðîèñõîäèò â ÿäåðíûõ óñòàíîâêàõ., Âìåñòå ñ òåì ÑÒÎ ïîêàçàë, ÷òî ñóùåñòâóþò ÷àñòèöû (ôîòîíû - ÷àñòèöû ñâåòà, ãðàâèòîíû - ïîêà åùå íå îáíàðóæåííûå), íå èìåþùèå ìàññû, íî îáëàäàþùèå ïðè ýòîì ýíåðãèåé, êîëè÷åñòâîì äâèæåíèÿ è äðóãèìè ôèçè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè.  êëàññè÷åñêîé ìåõàíèêå ïðåäïîëàãàëîñü ñóùåñòâîâàíèå ñèãíàëà (è äâèæåíèÿ òåëà) ñ ëþáîé, â òîì ÷èñëå è áåñêîíå÷íîé, ñêîðîñòüþ. Ïîýòîìó ìåæäó âñåìè ñîáûòèÿìè â ìèðå ìîãëà ñóùåñòâîâàòü ïðè÷èííî-ñëåäñòâåííàÿ ñâÿçü. Îäíàêî ýòà ôèçèêîôèëîñîôñêàÿ ïðîáëåìà ïðèíöèïèàëüíî èíà÷å ðåøàåòñÿ â ÑÒÎ. Âûøå áûë ñôîðìóëèðîâàí ïîñòóëàò Ýéíøòåéíà î ìàêñèìàëüíîñòè è ïðåäåëüíîñòè ñêîðîñòè ñâåòà â ïóñòîì ïðîñòðàíñòâå. Ïîýòîìó åñëè ðàññòîÿíèå, ðàçäåëÿþùåå äâà ñîáûòèÿ, íå ìîæåò áûòü ïðåîäîëåíî ñâåòîâûì ñèãíàëîì çà âðåìÿ ÷åðåäîâàíèÿ ýòèõ ñîáûòèé, òî, ñëåäîâàòåëüíî, ìåæäó ýòèìè ñîáûòèÿìè íèãäå è íèêîãäà íå ìîæåò áûòü ïðè÷èííî-ñëåäñòâåííîé ñâÿçè. Ýòîò âûâîä ïîçâîëÿåò âûÿñíèòü âçàèìîñâÿçü ÿâëåíèé íå òîëüêî â ìàñøòàáå êîñìîñà, íî è ïðè àíàëèçå âçàèìîäåéñòâèé ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö è ïðîäóêòîâ èõ âçàèìîïðåâðàùåíèé. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ñ ìîìåíòà ñîçäàíèÿ ÑÒÎ (1905 ã.) ïðîøëî áîëåå 90 ëåò è îíà ÿâëÿåòñÿ îñíîâîé ñîâðåìåííîé ôèçèêè, ïîäòâåðæäåíà ýêñïåðèìåíòàëüíî, íàõîäÿòñÿ ëþäè (êàê ïðàâèëî, íå èìåþùèå íèêàêîãî îòíîøåíèÿ ê íàóêå, à ðóêîâîäñòâóþùèåñÿ ñîâåðøåííî äðóãèìè ñòèìóëàìè), ïîäâåðãàþùèå ýòó òåîðèþ è åå àâòîðà “óíè÷òîæàþùåé” êðèòèêå. Èñòîðèÿ ïîâòîðÿåòñÿ, òàê êàê êîãäà-òî íåìåöêèå ôàøèñòû îáúÿâèëè ÑÒÎ “íåàðèéñêîé ôèçèêîé”, ÑÒÎ áûëà çàïðåùåíà â Ãåðìàíèè, êíèãè Ýéíøòåéíà áûëè ïóáëè÷íî ñîææåíû, à ñàì âåëèêèé ôèçèê áûë îáúÿâëåí “âðàãîì ¹ 1 ãåðìàíñêîãî ðåéõà”. Íî, êàê ãîâîðèòñÿ, “íåò õóäà áåç äîáðà”. Òðóäíî ñåáå ïðåäñòàâèòü, ÷åì áû îêîí÷èëàñü Âòîðàÿ ìèðîâàÿ âîéíà, åñëè áû ó ôàøèñòîâ áûëà ÿäåðíàÿ áîìáà. Äðóãèå “êðèòèêè”, íå ñìåÿ êîñíóòüñÿ ñàìîé òåîðèè, îñ184

êâåðíÿþò ïàìÿòü ãóìàíèñòà XX âåêà - Àëüáåðòà Ýéíøòåéíà. Óíèæåíèå âåëèêîãî ó÷åíîãî ïðîèçâîäèòñÿ íèçêîïðîáíûìè ñïîñîáàìè íà÷èíàÿ ñ êðèòèêè åãî ñêðîìíîé îäåæäû è êîí÷àÿ îáâèíåíèåì â ïëàãèàòå. Îñíîâàíèåì ïîñëåäíåãî “îáâèíåíèÿ” áûëî òî, ÷òî Ýéíøòåéí îòäàë âñþ ñâîþ Íîáåëåâñêóþ ïðåìèþ áûâøåé æåíå, êîòîðàÿ âîñïèòûâàëà åãî äâóõ ñûíîâåé. È ýòîò áëàãîðîäíûé ïîñòóïîê î÷åðíèòåëè ïðèâîäÿò êàê äîâîä òîãî, ÷òî àâòîðîì ÑÒÎ ÿâëÿåòñÿ æåíà ó÷åíîãî. Íî Íîáåëåâñêàÿ ïðåìèÿ À. Ýéíøòåéíó áûëà ïðèñóæäåíà íå çà ñîçäàíèå ÑÒÎ, à çà äðóãèå îòêðûòèÿ. Ìû ïèøåì îá ýòîì äîâîëüíî ïîäðîáíî, òàê êàê èìåííî â ðîññèéñêîé ïðåññå ïîÿâëÿþòñÿ ïîäîáíûå ïóáëèêàöèè, Äîïîëíèòåëüíûé âñïëåñê “êðèòèêè” ÑÒÎ è åå àâòîðà âîçíèê ïîñëå ÷åðíîáûëüñêîé êàòàñòðîôû. Òî, ÷òî ïðîèçîøëî íà ×åðíîáûëüñêîé àòîìíîé ýëåêòðîñòàíöèè, äåéñòâèòåëüíî ÷óäîâèùíî è ÿâëÿåòñÿ ñåðüåçíûì ïðåäóïðåæäåíèåì ÷åëîâå÷åñòâó. Íî íè ÑÒÎ, íè åå àâòîð (À. Ýéíøòåéí óìåð â 1955 ãîäó) íèêàêîãî îòíîøåíèÿ ê êàòàñòðîôå íå èìåþò. Äåëî â òîì, ÷òî â ×åðíîáûëå âçîðâàëñÿ íå ÿäåðíûé ðåàêòîð, à çîíà òåïëîîáìåíà, â êîòîðîé âîçíèêëî òàêîå âûñîêîå äàâëåíèå ïàðà, ÷òî òðóáîïðîâîäû íå âûäåðæàëè è âçðûâíîé âîëíîé ðàçìåòàëî âñå ñîäåðæèìîå àòîìíîãî ðåàêòîðà. Âîçäóøíûå ïîòîêè ðàçíåñëè ðàäèîàêòèâíóþ ïûëü íà îãðîìíóþ òåððèòîðèþ. Âèíîâíèêîì êàòàñòðîôû áûë äåæóðíûé îáñëóæèâàþùèé ïåðñîíàë, ïîêàçàâøèé ñâîþ íå ïðîôåññèîíàëüíîñòü, íå âûïîëíèâøèé îñíîâíûå ïðàâèëà ðàáîòû íà àòîìíîé ýëåêòðîñòàíöèè. Íå êàñàÿñü áóäóùíîñòè àòîìíûõ ñòàíöèé, íå áóäåì çàáûâàòü, ÷òî àòîìíîé ýíåðãåòèêå íåò àëüòåðíàòèâû. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, íå áóäåì çàáûâàòü, ÷òî îãîíü ïðèíåñ ÷åëîâå÷åñòâó íå òîëüêî áëàãî, íî îò îãíÿ íèêòî íå äóìàåò îòêàçûâàòüñÿ, ïîíèìàÿ, ÷òî ÷åòêîå ñîáëþäåíèå ïðàâèë îáðàùåíèÿ ñ íèì - ïóòü ê áåçîïàñíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ îãíÿ. Äðóãàÿ ãðóïïà “êðèòèêî┠óòâåðæäàåò, ÷òî àâòîðàìè ÑÒÎ ÿâëÿþòñÿ ãîëëàíäñêèé ôèçèê Ã. Ëîðåíö è ôðàíöóçñêèé ìàòåìàòèê À. Ïóàíêàðå, à íå À.Ýéíøòåéí. Íî è ýòè ðàññóæäåíèÿ -äîñóæèå âûìûñëû. Ã. Ëîðåíö âïëîòü äî ñâîåé ñìåðòè â 1928 ãîäó îòðèöàë òåîðèþ À. Ýéíøòåéíà êàê íåôèçè÷åñêóþ, à À. Ïóàíêàðå âîîáùå èãíîðèðîâàë ÑÒÎ, íè ðàçó íå óïîìèíàë î íåé íè â îäíîé èç ñâîèõ 185

ðàáîò. Äåëàëèñü ïîïûòêè “îïðîâåðãíóòü” ÑÒÎ ýëåìåíòàðíûìè ïîäòàñîâêàìè è ìàòåìàòè÷åñêèìè îøèáêàìè. Çàâåðøàÿ êðàòêèé ðàññêàç î ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, ñëåäóåò ñêàçàòü, ÷òî ÑÒÎ - ýòî íå ïðåäåë íàøèõ çíàíèé, îíà ñïðàâåäëèâà â íàèáîëåå “ïðîñòûõ” óñëîâèÿõ, êîãäà îòñóòñòâóåò ãðàâèòàöèîííîå ïîëå, à ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ ñ÷èòàþòñÿ îäíîðîäíûìè. Åå äàëüíåéøåå ðàçâèòèå äàë ñàì À.Ýéíøòåéí â òàê íàçûâàåìîé îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè (ñì. “Íϔ îò 10 è 14 àâãóñòà 1996 ã.). Äî ñèõ ïîð íå ïîñòðîåíà òåîðèÿ ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è äâèæåíèÿ äëÿ ìèêðîìèðà. Ãäåòî ñðåäè íàñ ðàñòåò áóäóùèé âåëèêèé ôèçèê...

186

ÎÄÍÀ ÌÀËÅÍÜÊÀß “ÒÓ×ÊÀ”, ÈÇ ÊÎÒÎÐÎÉ ÕËÛÍÓË ÁËÀÃÎÄÀÒÍÛÉ ÄÎÆÄÜ ÎÒÊÐÛÒÈÉ* (ê 100-ëåòèþ êâàíòîâîé ôèçèêè) Ñìåíà ôèçè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèé îá îêðóæàþùåì íàñ ìèðå èìååò íå òîëüêî íàó÷íîå çíà÷åíèå. Îíà ñêàçûâàåòñÿ è íà êóëüòóðå, è íà ýêîíîìèêå, à â êîíå÷íîì ñ÷åòå, íà ðàçâèòèè ÷åëîâå÷åñêîãî îáùåñòâà. Òàê áûëî â äåâÿòíàäöàòîì âåêå, êîãäà íà ñìåíó ìåõàíè÷åñêèõ ïðåäñòàâëåíèé î ìèðå ïðèøëè ýëåêòðîäèíàìè÷åñêèå ñ óòâåðæäåíèåì èìè íîâîãî âèäà ìàòåðèè - ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ñ óòâåðæäåíèåì «ïðèíöèïà áëèçêîäåéñòâèÿ», òî åñòü ïðèçíàíèÿ, ÷òî ëþáîé ìàòåðèàëüíûé ñèãíàë, ëþáàÿ èíôîðìàöèÿ, ëþáîå âçàèìîäåéñòâèå íå ìîæåò ïåðåäàâàòüñÿ áûñòðåå ñêîðîñòè ñâåòà â âàêóóìå. Óñïåõè ôèçèêè âñåëÿëè óâåðåííîñòü â ó÷åíûõ: èì êàçàëîñü, ÷òî îíè ïîëíîñòüþ ïîçíàëè çàêîíîìåðíîñòè îêðóæàþùåãî ìèðà. «Òîëüêî äâå ìàëåíüêèå òó÷êè, - êàê ãîâîðèë çíàìåíèòûé àíãëèéñêèé ó÷åíûé Äæîçåô Òîìñîí, - îìðà÷àþò ãîðèçîíò ôèçèêè». Ýòèìè «òó÷êàìè» áûëè íåîáúÿñíèìûå ÿâëåíèÿ îá èçëó÷åíèè íàãðåòûõ òåë è ïðîáëåìà ýëåêòðîìàãíèòíîãî ýôèðà, ñðåäû, â êîòîðîé ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ñâåò. Ïðîøëî íåìíîãî âðåìåíè, è èç âòîðîé «òó÷êè» âûðîñëà ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè ñ åå íîâûìè è íåîáû÷íûìè äëÿ áîëüøèíñòâà ëþäåé ïðåäñòàâëåíèÿìè î ñâîéñòâàõ ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è äâèæåíèÿ. Åå ñîçäàòåëåì áûë âåëèêèé ôèçèê XX âåêà Àëüáåðò Ýéíøòåéí. Èç ïåðâîé æå «òó÷êè» âûðîñëà òàêæå ïðèíöèïèàëüíî íîâàÿ íàóêà, ïîëó÷èâøàÿ òîãäà íåîáû÷íîå íàçâàíèå «Êâàíòîâàÿ ôèçèêà». Ìîæíî òî÷íî óêàçàòü åå äåíü ðîæäåíèÿ. Ýòî ïðîèçîøëî â êîíöå XIX âåêà - 14 äåêàáðÿ 1900 ãîäà .  ýòîò äåíü íåìåöêèé ôèçèê Ìàêñ Ïëàíê äîëîæèë íà çàñåäàíèè Íåìåöêîãî ôèçè÷åñêîãî îáùåñòâà ðåøåíèå ïðîáëåìû îá èçëó÷åíèè íàãðåòûõ òåë. Ýòà ïðîáëåìà ïîëó÷èëà îáðàçíîå íàçâàíèå «óëüòðàôèîëåòîâîé êàòàñò* Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ãàçåòå “Ïñêîâñêàÿ ïðàâäà” 01.02.2001ã., ñ.6.

187

ðîôû». Äåëî â òîì, ÷òî ïðè òåîðåòè÷åñêîì îáúÿñíåíèè íîâîãî ÿâëåíèÿ ïîëó÷àëîñü, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì ÷àñòîòû èçëó÷åíèÿ â óëüòðàôèîëåòîâóþ îáëàñòü ñïåêòðà ýíåðãèÿ èçëó÷åíèÿ íåîãðàíè÷åííî âîçðàñòàëà. Íî îïûò äàâàë ïðÿìî ïðîòèâîïîëîæíûé ðåçóëüòàò. Äëÿ ñîãëàñîâàíèÿ òåîðèè ñ ýêñïåðèìåíòîì Ïëàíêó ïðèøëîñü ââåñòè ÷óæäîå êëàññè÷åñêîé ôèçèêå ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî ýíåðãèÿ èçëó÷àåòñÿ è ïîãëîùàåòñÿ àòîìàìè ïîðöèÿìè, êâàíòàìè (îòñþäà è íàçâàíèå «êâàíòîâàÿ» ôèçèêà). Êâàíò ýíåðãèè ó Ïëàíêà îêàçàëñÿ ïðîïîðöèîíàëüíûì ÷àñòîòå èçëó÷åíèÿ (ïîãëîùåíèÿ). Ãèïîòåçà Ïëàíêà ïðîòèâîðå÷èëà ïðåäñòàâëåíèÿì êëàññè÷åñêîé ôèçèêè, ñîãëàñíî êîòîðûì âñå âåëè÷èíû, îïðåäåëÿþùèå ñîñòîÿíèå òåë, ÷àñòèöû èëè ñèñòåìû ÷àñòèö, ìîãóò èçìåíÿòüñÿ òîëüêî íåïðåðûâíî. È õîòÿ «óëüòðàôèîëåòîâàÿ êàòàñòðîôà» áûëà óñòðàíåíà, íî ôèçèêè ñêåïòè÷åñêè îòíåñëèñü ê èäåå Ïëàíêà. Òðåáîâàëèñü íîâûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå ôàêòû, êîòîðûå ìîãëè áû áûòü îáúÿñíåíû è ïðèòîì ëèøü ñ ïîçèöèé êâàíòîâàíèÿ. Ê ñ÷àñòüþ, äëÿ ôèçèêè òàêîå ÿâëåíèå áûëî èçâåñòíî, è êëàññè÷åñêîé íàóêîé îíî íå îáúÿñíÿëîñü. Åùå â 1887 ãîäó íåìåöêèé ôèçèê Ãåíðèõ Ãåðö îòêðûë ÿâëåíèå, ïîëó÷èâøåå íàçâàíèå ôîòîýôôåêòà: ïîä äåéñòâèåì ñâåòà èç ìåòàëëè÷åñêîé ïëàñòèíêè âûëåòàëè îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííûå ÷àñòèöû (âïîñëåäñòâèè áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ýòèìè ÷àñòèöàìè áûëè ýëåêòðîíû). Îñíîâíûå ñâîéñòâà ýòîãî ÿâëåíèÿ èçó÷èë ðîññèéñêèé ó÷åíûé Àëåêñàíäð Ñòîëåòîâ. Íî êàê óæå áûëî ñêàçàíî âûøå, êëàññè÷åñêàÿ ôèçèêà ýòè ñâîéñòâà ñ îäíèõ èñõîäíûõ, êëàññè÷åñêèõ ïîçèöèé îáúÿñíèòü íå ìîãëà.  1905 ãîäó Ýéíøòåéí âîñïîëüçîâàëñÿ ãèïîòåçîé Ïëàíêà è, ðàçâèâ åå äàëüøå, îáúÿñíèë çàêîíû ôîòîýôôåêòà. Ýéíøòåéí ïðåäïîëîæèë, ÷òî ýíåðãèÿ íå òîëüêî èçëó÷àåòñÿ è ïîãëîùàåòñÿ ïîðöèÿìè, êâàíòàìè, íî è ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â ïðîñòðàíñòâå â âèäå ëîêàëèçîâàííûõ îáðàçîâàíèé, íàçâàííûõ âïîñëåäñòâèè ôîòîíàìè. Ýéíøòåéí íàïèñàë ôîðìóëó, âûðàæàþùóþ çàêîí ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè â ÿâëåíèè ôîòîýôôåêòà. Ïîñëå ýòîãî êâàíòîâàÿ ôèçèêà íà÷èíàåò òðèóìôàëüíîå øåñòâèå â íàóêå. 188

Îáúÿñíÿþòñÿ òàêèå ÿâëåíèÿ êàê çàâèñèìîñòü òåïëîåìêîñòè òâåðäûõ òåë îò òåìïåðàòóðû, óñòîé÷èâîñòü àòîìà (ýòî çàñëóãà Íèëüñà Áîðà, êîòîðûé ñâîèìè ïîñòóëàòàìè «ñïàñ» ôèçè÷åñêè íåñîñòîÿòåëüíóþ ìîäåëü, ïðåäëîæåííóþ íåçàäîëãî äî ýòîãî Ýðíåñòîì Ðåçåðôîðäîì).  1913 ãîäó áûë ïðîâåäåí ýêñïåðèìåíò, êîòîðûé ïîäòâåðäèë ïîñòóëàòû Áîðà: â àòîìå ñóùåñòâóþò ñòàöèîíàðíûå îðáèòû, íà êîòîðûõ ýëåêòðîíû ìîãóò íàõîäèòüñÿ äîëãî, íå èçëó÷àÿ ýíåðãèþ, òîëüêî ïðè ïåðåõîäå ñ îäíîé ñòàöèîíàðíîé îðáèòû íà äðóãóþ ïðîèñõîäèò ïîãëîùåíèå èëè èçëó÷åíèå ôîòîíà. Êâàíòîâàÿ ôèçèêà òîðæåñòâîâàëà, îäíàêî åå íåëüçÿ áûëî ñ÷èòàòü âíóòðåííå íå ïðîòèâîðå÷èâîé: îíà ñî÷åòàëà íîâûå êâàíòîâûå èäåè ñî ñòàðûìè êëàññè÷åñêèìè ïðåäñòàâëåíèÿìè. Î÷åðåäíîé ýòàï ðàçâèòèÿ Íîâîé ôèçèêè íà÷àëñÿ â ñåðåäèíå 20-õ ãîäîâ XX âåêà. Áûëà âûñêàçàíà åùå îäíà «áåçóìíàÿ» (òàê ãîâîðèëè ôèçèêè î ñâîèõ íåîáû÷íûõ ãèïîòåçàõ) èäåÿ: ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû îáëàäàþò íå òîëüêî êîðïóñêóëÿðíûìè, íî è âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè. Íàóêó, îñíîâàííóþ íà ýòîé ãèïîòåçå, íàçâàëè êâàíòîâîé (èëè âîëíîâîé) ìåõàíèêîé. Íà ñìåíó ýëåêòðîäèíàìè÷åñêîé êàðòèíå ìèðà ïðèøëà êâàíòîâî-ïîëåâàÿ, ïîñòðîåíèå êîòîðîé åùå íå çàâåðøåíî è ñåé÷àñ. Îòäàâàÿ äàíü ñòîëåòíåé ãîäîâùèíå êâàíòîâîé ôèçèêè, âñëåä .çà âåëèêèì íàøèì ïîýòîì Àëåêñàíäðîì Ñåðãååâè÷åì Ïóøêèíûì ïðîèçíåñåì: «Î ñêîëüêî íàì îòêðûòèé ÷óäíûõ ãîòîâèò ïðîñâåùåíüÿ äóõ...».

189

ÝËÅÊÒÐÎÍÓ ÂÑÅÃÎ ËÈØÜ ÑÒÎ ËÅÒ*  ñòóäåí÷åñêîì ôîëüêëîðå åñòü òàêîé àíåêäîò: íà ýêçàìåíå ñòóäåíò ñ îãîð÷åíèåì ïðèçíàåòñÿ ïðåïîäàâàòåëþ, ÷òî “çíàë, íî çàáûë, ÷òî òàêîå ýëåêòðîí”.  îòâåò ïðîôåññîð òàêæå ñ ñîæàëåíèåì çàìåòèë: “î÷åíü æàëü, ÷òî âû çíàëè, íî çàáûëè, òàê êàê íèêòî â ìèðå íå çíàåò, ÷òî òàêîå ýëåêòðîí”. È õîòÿ àíåêäîò ñ “áîðîäîé”, íî è ñåãîäíÿ, êàê ýòî íè ïàðàäîêñàëüíî, ìîæíî ïîâòîðèòü ñëîâà ýêçàìåíàòîðà.  ýòè äíè èñïîëíèëîñü 100 ëåò, êàê ýëåêòðîí áûë îáíàðóæåí ýêñïåðèìåíòàëüíî. Ïîñìîòðèì ðåòðîñïåêòèâíî íà ñìåíó ïðåäñòàâëåíèé î ïðèðîäå ýëåêòðè÷åñòâà, ïðèâåäøèõ ê îòêðûòèþ ïåðâîé ýëåìåíòàðíîé ÷àñòèöû. Äðåâíåãðå÷åñêèé ó÷åíûé Ôàëåñ Ìèëåòñêèé (640 - 550 äî í. ý.) ïèñüìåííî çàñâèäåòåëüñòâîâàë óäèâèòåëüíîå ÿâëåíèå, êîòîðîå îí íàáëþäàë íåîäíîêðàòíî: êóñîê ÿíòàðÿ (ïî ãðå÷åñêè - ýëåêòðîíà) ïîñëå íàòèðàíèÿ åãî ëîñêóòîì ìåõà, ïðèîáðåòàë ñâîéñòâî ïðèòÿãèâàòü ëåãêèå ïðåäìåòû. Ñïóñòÿ ïî÷òè äâå òûñÿ÷è ëåò àíãëèéñêèé âðà÷ Â. Ãèëüáåðò (1540 -1603) ïðîâåë ñèñòåìàòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå ýòîãî ÿâëåíèÿ, íàçâàííîãî ýëåêòðè÷åñòâîì. Àíàëèç íàêîïëåííûõ ôàêòîâ ïîçâîëèë âûäàþùåìóñÿ àìåðèêàíñêîìó äèïëîìàòó, ïèñàòåëþ è ó÷åíîìó Áåíæàìèíó Ôðàíêëèíó (1706 1790) ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ñóùåñòâóåò ñâîåîáðàçíàÿ ìàòåðèàëüíàÿ ñóáñòàíöèÿ, êîòîðàÿ “ñîñòîèò èç ÷ðåçâû÷àéíî ìàëûõ ÷àñòèö, ñïîñîáíûõ ïðîíèêàòü â îáûêíîâåííóþ ìàòåðèþ, äàæå â ñàìûå ïëîòíûå ìåòàëëû”. Òàê âïåðâûå áûëà âûñêàçàíà èäåÿ î äèñêðåòíîñòè ýëåêòðè÷åñòâà. Íî ôèçèêà â îñíîâå ñâîåé ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ íàóêà, ïîýòîìó ïîòðåáîâàëîñü åùå ñòî ëåò, ÷òîáû äîñòîâåðíûå îïûòíûå ôàêòû ïîäòâåðäèëè ïðåä÷óâñòâèå Á. Ôðàíêëèíà.  1897 ãîäó àíãëèéñêèé ôèçèê Äæ. Òîìñîí, íàáëþäàÿ âëèÿíèå ýëåêòðè÷åñêîãî è ìàãíèòíîãî ïîëåé íà äâèæåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà â âàêóóìíîé òðóáêå, óñòàíîâèë, ÷òî îò ðàñêàëåííîãî êàòîäà äâèæåòñÿ ïîòîê îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííûõ * Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ãàçåòå “Íîâîñòè Ïñêîâà” 24 èþíÿ 1998ã., ñ.5.

190

÷àñòèö, êîòîðûå íàçâàëè ýëåêòðîíàìè. Ñ îòêðûòèåì ýëåêòðîíà ìíîæåñòâî ðàçðîçíåííûõ ôèçè÷åñêèõ ôàêòîâ ïîëó÷èëè åäèíîå áàçèñíîå îáúÿñíåíèå. Ðàññìîòðèì íåêîòîðûå èç íèõ. Ïðè òðåíèè äðóã î äðóãà îäíè òåëà çàðÿæàþòñÿ ïîëîæèòåëüíî, à äðóãèå îòðèöàòåëüíî. Òåïåðü ñòàëî ÿñíî, ÷òî òåëî ïðèîáðåëî ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä ïîòîìó, ÷òî îíî ïîòåðÿëî íåêîòîðîå êîëè÷åñòâî ýëåêòðîíîâ, êîòîðûå ïåðåøëè íà äðóãîå òåëî, è çàðÿäèëî åãî îòðèöàòåëüíî.  60-õ ãã. XIX â. áûëè îòêðûòû òàê íàçûâàåìûå êàòîäíûå ëó÷è (èìåííî ñâîéñòâà ýòèõ ëó÷åé è èçó÷àë Äæ. Òîìñîí, î êîòîðîì ìû ãîâîðèëè âûøå). Óñòàíîâèâ, ÷òî êàòîäíûå ëó÷è - ýòî ïîòîê ýëåêòðîíîâ, ó÷åíûé ðàçðåøèë çàãàäêó î ïðèðîäå ýòèõ ëó÷åé.  1887 ãîäó íåìåöêèé ôèçèê Ã. Ãåðö îáíàðóæèë, ÷òî íåéòðàëüíàÿ ìåòàëëè÷åñêàÿ ïëàñòèíêà ïðèîáðåòàåò ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä â ðåçóëüòàòå îñâåùåíèÿ åå óëüòðàôèîëåòîâûì ñâåòîì. ßâëåíèå ïîëó÷èëî íàçâàíèå ôîòîýôôåêòà è ñòàëî îáúÿñíÿòüñÿ òàê: ýíåðãèÿ ïàäàþùåãî ñâåòà èäåò íà ñîâåðøåíèå ðàáîòû ïî âûðûâàíèþ ýëåêòðîíîâ èç ìåòàëëà è ñîîáùåíèþ ýòèì ÷àñòèöàì ýíåðãèè äâèæåíèÿ. Çàêîíû ôîòîýôôåêòà áûëè óñòàíîâëåíû ðóññêèì ó÷åíûì Ï. Ñòîëåòîâûì, íî èõ ïðèðîäà îêàçàëàñü òàêîâà, ÷òî ïîòðåáîâàëîñü åùå äâà äåñÿòêà ëåò, ÷òîáû îáúÿñíèòü èõ, èñõîäÿ èç êâàíòîâûõ ïðåäñòàâëåíèé. Ýòî ñäåëàë âåëèêèé ôèçèê XX â. À. Ýéíøòåéí â 1905 ãîäó.  1896 ãîäó ôðàíöóçñêèé ôèçèê À. Áåêêåðåëü îòêðûë íîâîå ôèçè÷åñêîå ÿâëåíèå, êîòîðîå ïîëó÷èëî íàçâàíèå ðàäèîàêòèâíîñòü: èç óðàíà è åãî ñîëåé âûëåòàþò òðè âèäà ÷àñòèö, êîòîðûå ïî-ðàçíîìó îòêëîíÿþòñÿ â ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ïîëÿõ. Îäèí âèä ýòèõ ÷àñòèö, òàê íàçûâàåìûå áåòà-ëó÷è, îêàçàëèñü ýëåêòðîíàìè. Èç ðàññìîòðåíèÿ ïåðå÷èñëåííûõ ÿâëåíèé, îáúÿñíÿåìûõ ñ òî÷êè çðåíèÿ ñóùåñòâîâàíèÿ ýëåêòðîíà, ÿñíî, êàêîå âåëèêîå ñîáûòèå ïðîèçîøëî 100 ëåò íàçàä, îíî îêàçàëî âëèÿíèå íå òîëüêî íà ðàçâèòèå ôèçèêè, íî è íà âñå ìèðîïîíèìàíèå. Ñ ïðèçíàíèåì ðåàëüíîñòè ýëåêòðîíà çàêîí÷èëñÿ äëèòåëüíûé, íî, ïî ñóòè äåëà, íàêîïèòåëüíûé ïåðèîä èçó÷åíèÿ ïðèðîäû ýëåêòðè÷åñòâà. Íà÷àëñÿ âòîðîé, ïîëíûé äðàìàòèçìà ýòàï èçó÷åíèÿ ÿâëåíèé, â 191

êîòîðûõ àêòèâíóþ ðîëü èãðàëè ýëåêòðîíû. Íà áàçå èõ ñóùåñòâîâàíèÿ áûëà ïîñòðîåíà íîâàÿ ôèçè÷åñêàÿ òåîðèÿ ýëåêòðîííàÿ òåîðèÿ âåùåñòâà. Ñ ïîìîùüþ ýòîé òåîðèè óäàåòñÿ îáúÿñíèòü ñóùåñòâîâàíèå ìåòàëëîâ, â êîòîðûõ ýëåêòðîíû ñâîáîäíû è ìîãóò ïåðåìåùàòüñÿ ïî êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêå, è äèýëåêòðèêîâ, â êîòîðûõ ýëåêòðîíû ïðî÷íî ñâÿçàíû ñî ñòðóêòóðíûìè ÷àñòèöàìè è íå ìîãóò ó÷àñòâîâàòü â ñîçäàíèè òîêà. Íå áóäåì ïåðå÷èñëÿòü ìíîæåñòâî ÿâëåíèé, îáúÿñíåííûõ èëè ïðåäñêàçàííûõ ýòîé òåîðèåé. Îäíàêî... ýòà òåîðèÿ íå ìîãëà îáúÿñíèòü ñàìî ñóùåñòâîâàíèå ýëåêòðîíà, êàêèå ñèëû óäåðæèâàþò åãî îò ðàñïàäà, âåäü îí çàðÿæåí îäíîèìåííûì (îòðèöàòåëüíûì) ýëåêòðè÷åñòâîì, à îäíîèìåííûå çàðÿäû îòòàëêèâàþòñÿ (äëÿ ñâåäåíèÿ ÷èòàòåëåé ñêàæåì, ÷òî ýòà ïðîáëåìà íå ðåøåíà è ñåãîäíÿ, â êîíöå XX âåêà!). Îäíîé èç âàæíûõ çàäà÷, äëÿ ðåøåíèÿ êîòîðîé ïðèâëåêàåòñÿ ýëåêòðîí, áûëà ïðîáëåìà îáúÿñíåíèÿ âîçíèêíîâåíèÿ ëèíåé÷àòûõ ñïåêòðîâ èñïóñêàíèÿ, êîòîðûå ìîæíî íàáëþäàòü, ïðîïóñêàÿ ñâåò îò ðàñêàëåííûõ ãàçîâ ÷åðåç ñòåêëÿííóþ ïðèçìó.  êîíöå ïðîøëîãî âåêà âîçíèê âàæíûé (ðàáîòàþùèé è ñåãîäíÿ) ìåòîä èçó÷åíèÿ ñòðîåíèÿ è ñâîéñòâ âåùåñòâà -ñïåêòðàëüíûé àíàëèç. Èìåííî ñ ïîìîùüþ ýòîãî ìåòîäà áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî íà Ëóíå, Ñîëíöå è äð. íåáåñíûõ òåëàõ èìåþòñÿ òå æå õèìè÷åñêèå ýëåìåíòû, ÷òî è íà Çåìëå. Ýòî ìîæíî áûëî óñòàíîâèòü ïîòîìó, ÷òî êàæäîå âåùåñòâî èìååò ñâîé èíäèâèäóàëüíûé ñïåêòð. Âñå ïîïûòêè òåîðåòè÷åñêè îáúÿñíèòü ïðîèñõîæäåíèå ñïåêòðîâ íå óâåí÷àëèñü óñïåõîì. Îòêðûòèå ýëåêòðîíà ïîçâîëèëî ïðîäâèíóòü ðåøåíèå è ýòîé ïðîáëåìû.  1902 ãîäó ïðåäëàãàåòñÿ ïåðâàÿ ìîäåëü ñòðîåíèÿ àòîìà: â ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííîì îáëàêå ðàçìåùàþòñÿ ýëåêòðîíû, â öåëîì àòîì íåéòðàëåí, à ýëåêòðîíû ñîâåðøàþò âíóòðè íåãî êîëåáàòåëüíîå äâèæåíèå. Îäíàêî òàêàÿ ìîäåëü íå ìîãëà îáúÿñíèòü ëèíåé÷àòûé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ, òàê êàê ýëåêòðîíû äîëæíû áûëè, òåðÿÿ ñâîþ ýíåðãèþ, â êîíöå êîíöîâ îñòàíîâèòüñÿ, íåïðåðûâíî ìåíÿÿ ÷àñòîòó ñâîèõ êîëåáàòåëüíûõ äâèæåíèé, è ñïåêòð èçëó÷åíèÿ äîëæåí áûë ñîñòîÿòü èç áåñêîíå÷íî áëèçêèõ ëèíèé, îáðàçóþùèõ ñïëîøíîé ñïåêòð. Ñëåäóþùàÿ ìîäåëü ñòðîåíèÿ àòîìà ïîÿâèëàñü ëèøü â 1911 ãîäó. Àíãëèéñêèé ôèçèê Ý. Ðåçåðôîðä ýêñïåðèìåíòàëüíî óñòàíîâèë, ÷òî 192

ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííîå îáëàêî çàíèìàåò öåíòðàëüíóþ ÷àñòü àòîìà, îáðàçóÿ ÿäðî, âîêðóã êîòîðîãî ïî êðóãîâûì îðáèòàì îáðàùàþòñÿ ýëåêòðîíû.  ñèëó ïîõîæåñòè ýòîé ìîäåëè íà Ñîëíå÷íóþ ñèñòåìó (Ñîëíöå - ÿäðî, ïëàíåòû - ýëåêòðîíû) îíà ïîëó÷èëà íàçâàíèå ïëàíåòàðíîé ìîäåëè ñòðîåíèÿ àòîìà. Ìîäåëü Ðåçåðôîðäà îòðàæàëà ðåàëüíîñòü òî÷íåå, ÷åì ïðåäøåñòâóþùàÿ, íî è îíà íå ïîçâîëÿëà ïîíÿòü ëèíåé÷àòîñòü ñïåêòðà àòîìîâ è òåì áîëåå îáúÿñíèòü èõ óñòîé÷èâîñòü. Äåëî â òîì, ÷òî ýëåêòðîí, äâèãàÿñü âîêðóã ÿäðà, ïî çàêîíàì ôèçèêè äîëæåí íåïðåðûâíî èçëó÷àòü ýíåðãèþ è, ïðèòÿãèâàÿñü ê ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííîìó ÿäðó, óïàñòü íà íåãî çà ìèëëèàðäíóþ äîëþ ñåêóíäû. Íî àòîìû ñóùåñòâóþò ìèëëèàðäû ëåò! Âûõîä èç òóïèêîâîé ñèòóàöèè, âîçíèêøåé â ôèçèêå ñ ïëàíåòàðíîé ìîäåëüþ ñòðîåíèÿ àòîìà, áûë ðàçðåøåí â 1913 ãîäó äàòñêèì ó÷åíûì Íèëüñîì Áîðîì. Îí ñôîðìóëèðîâàë ñëåäóþùèå äâà ïîëîæåíèÿ: 1.  àòîìå åñòü ñòàöèîíàðíûå îðáèòû, äâèãàÿñü ïî êîòîðûì ýëåêòðîí íå èçìåíÿåò ñâîþ ýíåðãèþ. 2. Òîëüêî ïðè ïåðåõîäå ñ îäíîé îðáèòû íà äðóãóþ ïðîèñõîäèò èëè óâåëè÷åíèå, èëè óìåíüøåíèå ýíåðãèè ýëåêòðîíà. Ýòè ïîñòóëàòû Í. Áîðà áûëè ÷óæäû òîé ôèçèêå, êîòîðàÿ ñôîðìèðîâàëàñü ñî âðåìåí Ãàëèëåÿ è Íüþòîíà è ïîëó÷èëè íàçâàíèå “êëàññè÷åñêàÿ ôèçèêà”. È õîòÿ òåîðèÿ Í. Áîðà “îáúÿñíÿëà” è óñòîé÷èâîñòü àòîìîâ, è âîçíèêíîâåíèå ëèíåé÷àòûõ ñïåêòðîâ, íî ôèçèêå ïîòðåáîâàëîñü åùå ìíîãî ëåò, ÷òîáû ïîíÿòü ïðèðîäó áîðîâñêèõ óòâåðæäåíèé.  1926-1927 ãã. ðîæäàåòñÿ íîâàÿ ôèçè÷åñêàÿ òåîðèÿ êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà.  åå îñíîâàíèè ëåæàëè íîâûå ïîñòóëàòû, à áîðîâñêèå ïîëó÷àëèñü êàê ñëåäñòâèÿ. Ýêñïåðèìåíòàëüíûì îñíîâàíèåì êâàíòîâîé ìåõàíèêè áûë îáíàðóæåííûé ó ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö (à â ýòî âðåìÿ áûëè èçâåñòíû óæå òðè ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû - ýëåêòðîíû, ïðîòîíû è ôîòîíû) êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâîé äóàëèçì, ò. å. ïðîÿâëåíèå è êîðïóñêóëÿðíûõ, è âîëíîâûõ ñâîéñòâ. Ïðàâäà, â îäíîì îïûòå ýòà äâîéñòâåííîñòü îäíîâðåìåííî íå ïðîÿâëÿëàñü: îáíàðóæèâàëèñü ëèáî êîðïóñêóëÿðíûå ñâîéñòâà, ëèáî âîëíîâûå. Íî òàêàÿ òðàêòîâêà ñâîéñòâ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö (â òîì ÷èñëå è ýëåêòðîíà) òðåáîâàëà îòêàçà îò ñëîæèâøåéñÿ ìîäåëè ýëåêòðîíà êàê êîðïóñêóëû, èìåþùåé îïðåäåëåííûå ðàçìåðû, êîðïóñêóëà íå 193

ìîæåò áûòü â òî æå âðåìÿ è âîëíîé. Ïðîáëåìà îñëîæíÿëàñü òåì, ÷òî ïðîÿâëÿòü êîðïóñêóëÿðíûå è âîëíîâûå ñâîéñòâà íå ñîâìåñòèìî ñ ïðåäñòàâëåíèåì î òîì, ÷òî ýëåêòðîí - ýòî è ÷àñòèöà è âîëíà. Îáëàäàòü âîëíîâûìè ñâîéñòâàìè íå îçíà÷àåò áûòü âîëíîé. Òàê ÷òî æå òàêîå ýëåêòðîí? Òåïåðü ÷èòàòåëü ïîéìåò âåñü òðàãèçì, çàêëþ÷åííûé â ñòóäåí÷åñêîì àíåêäîòå, ñ êîòîðîãî íà÷àòà íàøà ñòàòüÿ. Âîò óæå êîíåö XX âåêà. Êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà, à, ñëåäîâàòåëüíî, èäåÿ î êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâîì äóàëèçìå â ñâîéñòâàõ âñåõ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö (à èõ íàóêå èçâåñòíî óæå áîëåå ñîòíè) ìíîãîêðàòíî ïîäòâåðæäåíà è ëåæèò â îñíîâå ñîâðåìåííûõ ïðåäñòàâëåíèé î ìèðå. Ëèøü íîâàÿ ôèçè÷åñêàÿ òåîðèÿ, êóäà äîëæíà âîéòè íå ñîçäàííàÿ åùå ñåé÷àñ ôèçèêà ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, îáúÿñíèò íàì óäèâèòåëüíûå ñâîéñòâà ìàòåðèè. Ìîæåò áûòü, ñðåäè íàñ æèâåò òîò þíûé ôèçèê, êîòîðîãî áóäóò âåëè÷àòü “Íüþòîíîì XXI âåêà”!

194

ÎÁ ÝÒÎÉ ÒÅÎÐÈÈ ÑËÛØÀËÈ ÌÍÎÃÈŅ* Êàê òîëüêî ðå÷ü çàõîäèò î ïðîèñõîæäåíèè îêðóæàþùåãî íàñ ìèðà, âñïîìèíàþò íå òîëüêî Áèáëèþ, íî è ýòó ôèçè÷åñêóþ òåîðèþ, ñîçäàííóþ ðîâíî 80 ëåò íàçàä âåëèêèì ó÷åíûì XX â. Àëüáåðòîì Ýéíøòåéíîì è ïîëó÷èâøóþ íàçâàíèå ÎÁÙÅÉ ÒÅÎÐÈÈ ÎÒÍÎÑÈÒÅËÜÍÎÑÒÈ. Çíà÷åíèå ýòîé òåîðèè âîçðîñëî ïîñëå îòêðûòèÿ “ñâèäåòåëÿ” òîãî, ÷òî ïðîèçîøëî îêîëî 15 ìèëëèàðäîâ ëåò íàçàä - òàê íàçûâàåìîãî Áîëüøîãî âçðûâà, çà êîòîðûì ïîñëåäîâàëî ðàñøèðåíèå Âñåëåííîé.  äàííîé íåáîëüøîé ñòàòüå ìû íàäååìñÿ çàèíòåðåñîâàòü ÷èòàòåëÿ è óêàçàòü åìó äîñòóïíóþ íàó÷íóþ è íàó÷íî-ïîïóëÿðíóþ ëèòåðàòóðó, â êîòîðîé îí íàéäåò åùå ìíîãî óäèâèòåëüíîãî, ñâÿçàííîãî ñ ñîäåðæàíèåì è ñëåäñòâèÿìè Îáùåé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè (â äàëüíåéøåì äëÿ êðàòêîñòè áóäåì íàçûâàòü åå àááðåâèàòóðîé - ÎÒÎ): Íà÷íåì ñ îáùåãî îïðåäåëåíèÿ: ÷òî òàêîå ÎÒÎ? Ïåðâîíà÷àëüíî åå ðàññìàòðèâàëè êàê ôèçè÷åñêîå ó÷åíèå î ñâîéñòâàõ ïðîñòðàíñòâà, âðåìåíè è ïðèðîäå òÿãîòåíèÿ. Åùå â 1687 ã. îñíîâîïîëîæíèêîì êëàññè÷åñêîé ôèçèêè È. Íüþòîíîì áûë óñòàíîâëåí çàêîí âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ: äâà òî÷å÷íûõ òåëà ïðèòÿãèâàþò äðóã äðóãà ñ ñèëîé ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíîé ïðîèçâåäåíèþ ìàññ ýòèõ òåë è îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíîé êâàäðàòó ðàññòîÿíèÿ ìåæäó íèìè. Ýòîìó çàêîíó âçàèìîäåéñòâèÿ ïîä÷èíÿþòñÿ âñå âåùåñòâåííûå (îáëàäàþùèå ìàññîé) òåëà Âñåëåííîé, èìåííî ïîýòîìó çàêîí è ïîëó÷èë íàçâàíèå çàêîíà Âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ. Îäíàêî íè ñàì È. Íüþòîí, íè äðóãèå ôèçèêè íå ìîãëè îáúÿñíèòü ïðèðîäó òÿãîòåíèÿ. Íåðàçðåøèìîñòü äëÿ íåãî ýòîé çàäà÷è È. Íüþòîí âûðàçèë ñëåäóþùåé ôðàçîé: “Ãèïîòåç ÿ íå âûäâèãàþ”. Áëàãîäàðÿ íüþòîíîâñêîìó çàêîíó óäàëîñü îáúÿñíèòü äâèæåíèå ïëàíåò ñîëíå÷íîé ñèñòåìû, Ëóíû âîêðóã Çåìëè, ïàäåíèå òåë íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè è äâèæåíèå êîìåò â ìåæçâåçäíîì ïðîñòðàíñòâå, îïðåäåëèòü ìàññó Çåìëè, Ëóíû. è äðóãèõ íåáåñíûõ · Ñòàòüÿ áûëà îïóáëèêîâàíà â ãàçåòå “Íîâîñòè Ïñêîâà” 1996ã. àâãóñò, 10, ñ.5; · àâãóñò14, ñ.6.

195

òåë. Âåðøèíîé òîðæåñòâà çàêîíà âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ áûëî îòêðûòèå “íà êîí÷èêå ïåðà” (çà ïèñüìåííûì ñòîëîì) ó÷åíûì Ëåâåðüå (1846 ã.) íîâîé íå èçâåñòíîé äî òîãî ïëàíåòû ñîëíå÷íîé ñèñòåìû -Íåïòóíà, êîòîðàÿ òîò÷àñ æå áûëà îáíàðóæåíà íà íåáîñâîäå â óêàçàííîì ìåñòå. È âñå æå ïðèðîäà òÿãîòåíèÿ íå ïîääàâàëàñü îáúÿñíåíèþ. Áûëî îáíàðóæåíî íîâîå ÿâëåíèå: ïîâîðîò îñè îðáèòû ñàìîé áëèçêîé ê Ñîëíöó ïëàíåòû - Ìåðêóðèÿ. Çà 100 ëåò íàáëþäåíèÿ îñü ýëëèïñà îðáèòû ïîâåðíóëàñü íà óãîë 43" (ñîðîê òðè óãëîâûõ ñåêóíäû, óãëîâàÿ ñåêóíäà - ýòî óãîë, ïîä êîòîðûì 1 ñì “âèäåí” ñ ðàññòîÿíèÿ â 2 êì). Èç çàêîíà òÿãîòåíèÿ òàêîé ïîâîðîò îðáèòû íå ñëåäîâàë. Âñå ïîïûòêè óòî÷íèòü çàêîí íå ïðèâîäèëè ê óñòðàíåíèþ çàãàäêè. À â íàóêå åñòü ïðàâèëî: åñëè õîòÿ áû îäèí îïûò ïðîòèâîðå÷èò òåîðèè, åå íóæíî èçìåíÿòü.  ïðåäñòàâëåííîì âûøå íåáîëüøîì èñòîðè÷åñêîì î÷åðêå ìû ïîêàçàëè íåîáõîäèìîñòü ïîñòðîåíèÿ íîâîé òåîðèè òÿãîòåíèÿ. È õîòÿ ñàì À. Ýéíøòåéí ïîäõîäèë ê ðåøåíèþ ýòîé çàäà÷è íåñêîëüêî èíà÷å, íî åãî òåîðèÿ ñìîãëà íå òîëüêî îáúÿñíèòü âñå òî, ÷òî îáúÿñíÿëà òåîðèÿ È. Íüþòîíà, íî è ðàçðåøèòü çàãàäêó ïîâîðîòà îðáèòû Ìåðêóðèÿ (âîîáùå îêàçàëîñü, ÷òî îðáèòû âñåõ ïëàíåò ïîâîðà÷èâàþòñÿ, íî ÷åì äàëüøå îíè îò Ñîëíöà, òåì ìåíüøå óãîë ïîâîðîòà çà òå æå 100 ëåò). Êðîìå òîãî, òåîðèÿ À. Ýéíøòåéíà ïðåäñêàçàëà íîâûå ÿâëåíèÿ, íàïðèìåð, îòêëîíåíèå ñâåòîâîãî ëó÷à îò ïðÿìîëèíåéíîñòè ïðè ïðîõîæäåíèè âáëèçè áîëüøîãî òÿãîòåþùåãî òåëà. Ýòî ïðåäñêàçàíèå áûëî óáåäèòåëüíî ïîäòâåðæäåíî óæå ÷åðåç òðè ãîäà ïîñëå ñîçäàíèÿ ÎÒÎ (â 1919 ã.) ïðè íàáëþäåíèè ïîëíîãî ñîëíå÷íîãî çàòìåíèÿ: íà ôîòîãðàôèÿõ çàêðûòîãî Ëóíîé ñâåòèëà âáëèçè êðàÿ ó÷åíûå îáíàðóæèëè èçîáðàæåíèÿ òåõ çâåçä, êîòîðûå äîëæíû áûëè íàõîäèòüñÿ â îáëàñòè ãåîìåòðè÷åñêîé “òåíè” çà Ñîëíöåì. Òåîðèÿ À. Ýéíøòåéíà ïðåäñêàçûâàëà è äðóãèå ÿâëåíèÿ, íàïðèìåð, óìåíüøåíèå ÷àñòîòû ñâåòà, èçëó÷åííîãî çâåçäîé. Ïîäîáíîå ÿâëåíèå áûëî èçâåñòíî â îïòèêå (ýôôåêò Äîïëåðà), íî òàì èçìåíåíèå ÷àñòîòû áûëî ñâÿçàíî ñ äâèæåíèåì èñòî÷íèêà èëè íàáëþäàòåëÿ.  ñëó÷àå æå ÿâëåíèÿ, ðàññìàòðèâàåìîãî â ÎÒÎ, îíî íå áûëî ñâÿçàíî ñ äâèæåíèåì èñòî÷íèêà (ïðèåìíèêà), à îáóñ196

ëîâëåíî èñêëþ÷èòåëüíî èçìåíåíèåì ñâîéñòâ ïðîñòðàíñòâà ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò çâåçäû. Íèæå ìû îñòàíîâèìñÿ è íà äðóãèõ âûâîäàõ ÎÒÎ À. Ýéíøòåéíà, áëàãîäàðÿ êîòîðûì ÎÒÎ îêàçàëàñü ñâÿçàííîé ñ êîñìîëîãèåé, íàóêîé, îáúÿñíÿþùåé ïðîèñõîæäåíèå è ðàçâèòèå Âñåëåííîé. Íà ïîñòðîåíèå ÎÒÎ À. Ýéíøòåéíó ïîòðåáîâàëîñü îêîëî 10 ëåò.  1916ã. âûøëà ïîñëåäíÿÿ ñòàòüÿ, â êîòîðîé áûë çàâåðøåí íàó÷íûé ïîäâèã ó÷åíîãî.  îñíîâó ñâîèõ ðàññóæäåíèé À. Ýéíøòåéí ïîëîæèë ñîâïàäåíèå äâóõ ìàññ, ñ êîòîðûìè âñòðå÷àþòñÿ ôèçèêè, ðåøàÿ ðàçíûå çàäà÷è. Ñ îäíîé ñòîðîíû, ìàññà õàðàêòåðèçóåò èíåðòíûå ñâîéñòâà òåë, ñïîñîáíîñòü èõ ïðîòèâîäåéñòâîâàòü ñèëàì, ïûòàþùèìñÿ èçìåíèòü ñîñòîÿíèå òåë. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, êàê ãîâîðèëîñü âûøå, ìàññà îïðåäåëÿåò ãðàâèòàöèîííûå ñâîéñòâà òåë, ñïîñîáíîñòü èõ ïðèòÿãèâàòü äðóãèå òåëà. Äî À. Ýéíøòåéíà ýòè ìàññû íå ðàçëè÷àëè, èõ ñîâïàäåíèå ñ÷èòàëîñü ñàìî ñîáîé î÷åâèäíûì. Ýéíøòåéí æå ïðèäàë ýòîìó ñîâïàäåíèþ õàðàêòåð çàêîíà, åãî ÷àñòî íàçûâàþò ïðèíöèïîì ýêâèâàëåíòíîñòè èíåðòíîé è ãðàâèòàöèîííîé ìàññ. Åùå Ãàëèëåé â XVI â. óñòàíîâèë, ÷òî âñå òåëà, ïàäàÿ ñâîáîäíî â ïîëå òÿæåñòè Çåìëè, ïðèîáðåòàþò îäíî è òî æå óñêîðåíèå.  ýòîì ïðîÿâëÿåò ñåáÿ ãðàâèòàöèîííàÿ ìàññà ïàäàþùèõ òåë. Ïðè ðåçêîé îñòàíîâêå òðàíñïîðòà ïàññàæèðû ïîäàþòñÿ âïåðåä, ïðè óñêîðåííîì æå äâèæåíèè òîãî æå òðàíñïîðòà ïàññàæèðû ïðèæèìàþòñÿ ê ñèäåíèþ.  îáîèõ ñëó÷àÿõ âîçíèêàþùèé ýôôåêò ìîæíî îáúÿñíèòü ïîÿâëåíèåì ñèë èíåðöèè. Ïðè ýòîì âñå òåëà, íàõîäÿùèåñÿ â òðàíñïîðòå, íåçàâèñèìî îò èõ ìàññû, ïðèîáðåòàþò îäèíàêîâîå óñêîðåíèå.  ýòîì ïðèìåðå ïðîÿâëÿåò ñåáÿ èíåðòíàÿ ìàññà. Èç ðàññìîòðåííûõ ïðèìåðîâ, â êîòîðûõ ïî îòäåëüíîñòè ïðîÿâëÿþò ñåáÿ ëèáî ãðàâèòàöèîííàÿ, ëèáî èíåðòíàÿ ìàññû, è èñõîäÿ èç ýêâèâàëåíòíîñòè ýòèõ ìàññ, Ýéíøòåéí äåëàåò ñëåäóþùèé âûâîä, êîòîðûé îáû÷íî è íàçûâàþò ïðèíöèïîì ýêâèâàëåíòíîñòè: ñâîáîäíîå äâèæåíèå â ïîëå òÿãîòåíèÿ è óñêîðåííîå äâèæåíèå â îòñóòñòâèè ýòîãî ïîëÿ ïðîèñõîäÿò ñîâåðøåííî îäèíàêîâî, äðóãèìè ñëîâàìè, ÿâëåíèå òÿãîòåíèÿ è óñêîðåííîå äâèæåíèå èìåþò îäíó è òó æå ôèçè÷åñêóþ ñóùíîñòü, ýòî äâà ïðîÿâëåíèÿ îäíîãî è òîãî æå ôèçè÷åñêîãî ïðîöåññà. Ýòî ãëàâíîå óòâåðæäåíèå ÎÒÎ è íà ïåð197

âûé âçãëÿä îíî êàæåòñÿ íåâåðîÿòíûì. Íî èìåííî â ýòîì óòâåðæäåíèè ïðîÿâèëàñü ãåíèàëüíîñòü À. Ýéíøòåéíà, ïîçâîëèâøàÿ åìó íåòðàäèöèîííî ïîäîéòè ê ïîâñåäíåâíûì ÿâëåíèÿì è ñîçäàòü óäèâèòåëüíóþ ïî êðàñîòå è ñëåäñòâèÿì ôèçè÷åñêóþ òåîðèþ - ÎÒÎ. Òåïåðü ïîñìîòðèì, ê êàêèì ñëåäñòâèÿì ïðèâîäèò ñôîðìóëèðîâàííûé âûøå ïðèíöèï ýêâèâàëåíòíîñòè. Ïðè âçëåòå ñ óñêîðåíèåì êîñìè÷åñêîãî êîðàáëÿ êîñìîíàâòû èñïûòûâàþò ïåðåãðóçêè. Ýòî ýêâèâàëåíòíî òîìó, ÷òî êîñìîíàâòû êàê áû îêàçûâàþòñÿ â áîëåå ñèëüíîì ãðàâèòàöèîííîì ïîëå, ÷åì ïîëå Çåìëè. Óñêîðåííîå äâèæåíèå ïðèâîäèò ê òåì æå ñëåäñòâèÿì, ÷òî è ãðàâèòàöèîííîå ïîëå. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïðè ñâîáîäíîì äâèæåíèè ðàêåòû (äâèãàòåëè îòêëþ÷åíû) âîêðóã Çåìëè âñå òåëà â êàáèíå ñòàíîâÿòñÿ íåâåñîìûìè. Èõ ñâîáîäíîå ïàäåíèå (âìåñòå ñ êîñìè÷åñêèì êîðàáëåì), íàõîäÿñü âíóòðè êîðàáëÿ, íåâîçìîæíî îòëè÷èòü îò ñâîáîäíîãî äâèæåíèÿ (äâèæåíèÿ ïî èíåðöèè, êîãäà íà òåëî íå äåéñòâóåò âíåøíÿÿ ñèëà) â îòñóòñòâèè ïîëÿ òÿãîòåíèÿ (â ìàëîì îáúåìå êîðàáëÿ - ýòî î÷åíü âàæíîå óñëîâèå - êàê áû óñòðàíÿåòñÿ ïîëå òÿãîòåíèÿ). Âñå, î ÷åì ðàññêàçàíî âûøå, ìû íåîäíîêðàòíî âèäåëè ïðè òåëåâèçèîííûõ ïåðåäà÷àõ ñ áîðòà êîñìè÷åñêèõ êîðàáëåé. Òàêèì îáðàçîì, íå ñóùåñòâóåò âîçìîæíîñòè îòëè÷èòü ñîñòîÿíèå ñâîáîäíîãî äâèæåíèÿ îò ñîñòîÿíèÿ ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ. Ñâîáîäíîå ïàäåíèå è ñâîáîäíîå äâèæåíèå óòâåðæäàåò Ýéíøòåéí ñâîèì ïðèíöèïîì ýêâèâàëåíòíîñòè -ýòî îäíî è òî æå! Ìû çíàåì, ÷òî ñâîáîäíîå äâèæåíèå (äâèæåíèå ïî èíåðöèè) ïðîèñõîäèò ïðÿìîëèíåéíî. Íî ïðÿìàÿ - ýòî ïðîñòåéøåå ïîíÿòèå ãåîìåòðèè. Òåì ñàìûì ìû åñòåñòâåííûì îáðàçîì óñòàíàâëèâàåì ñâÿçü ìåæäó ôèçèêîé è ãåîìåòðèåé.  íàøåì ìèðå ñïðàâåäëèâà òàê íàçûâàåìàÿ ãåîìåòðèÿ Ýâêëèäà, â êîòîðîé ïðîñòðàíñòâî òðåõìåðíî (âïðàâî-âëåâî, âåðõ-íèç, âïåðåä-íàçàä), ñóùåñòâóåò òîëüêî îäíà ïðÿìàÿ, ñîåäèíÿþùàÿ äâå òî÷êè, ñóììà óãëîâ òðåóãîëüíèêà âñåãäà ðàâíà 180 ãðàäóñàì è ò. ä. Ïî ïðÿìîé, êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ êðàò÷àéøèì ðàññòîÿíèåì ìåæäó äâóìÿ òî÷êàìè, ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ñâåòîâîé ëó÷ (â ýòîì ìû ñíîâà îáíàðóæèâàåì ñâÿçü ôèçèêè è ãåîìåòðèè). 198

Íî ïîìèìî ýâêëèäîâîé ãåîìåòðèè ñóùåñòâóþò è äðóãèå, íåýâêëèäîâû ãåîìåòðèè. Ïåðâûì òàêóþ íåýâêëèäîâó ãåîìåòðèþ ïîñòðîèë ðóññêèé ìàòåìàòèê ðåêòîð Êàçàíñêîãî óíèâåðñèòåòà Í. Ëîáà÷åâñêèé (1829 ã.).  êà÷åñòâå íàãëÿäíîãî ïðèìåðà “ìèðà”, ãäå ãåîìåòðèÿ íåýâêëèäîâà, ìîæíî ïðèâåñòè êðèâîé ìèð ïîâåðõíîñòè øàðà. Äâóõìåðíûå ñóùåñòâà â ýòîì ìèðå (ó íèõ íå áûëî áû âûñîòû) ïîä “ïðÿìîé” (êðàò÷àéøåé) ëèíèåé ìåæäó äâóìÿ òî÷êàìè ïîíèìàëè áû äóãó áîëüøîãî êðóãà, ñóììà óãëîâ òðåóãîëüíèêà, ëåæàùåãî íà ïîâåðõíîñòè øàðà, óæå íå áûëà áû ðàâíà 180 ãðàäóñàì è ò.ä. Ýòè ïðåäñòàâëåíèÿ î ãåîìåòðèè íà ïîâåðõíîñòè øàðà ìîæíî îáîáùèòü íà áîëåå ñëîæíûå ïîâåðõíîñòè. Íî ãëàâíûì â íàøèõ ðàññóæäåíèÿõ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ãåîìåòðèÿ Ýâêëèäà - ýòî ëèøü îäíà èç âîçìîæíûõ ãåîìåòðèé. À òàê êàê ãåîìåòðèÿ ñâÿçàíà ñ ôèçèêîé, òî ñëåäîâàòåëüíî, ìîãóò ñóùåñòâîâàòü èíûå ìèðû, ãäå äåéñòâóþò áîëåå ñëîæíûå ôèçè÷åñêèå çàêîíû. È ñíîâà ïåðâûì, êòî ïûòàëñÿ âûÿñíèòü, êàêîé ãåîìåòðèè ïîä÷èíÿåòñÿ íàø ìèð, áûë Í. Ëîáà÷åâñêèé. Íåòî÷íîñòü èçìåðåíèé íå ïîçâîëèëà åìó íàéòè ïðàâèëüíûé îòâåò. Îñíîâíóþ èäåþ Í. Ëîáà÷åâñêîãî (ñâÿçü ãåîìåòðèè ìèðà è ôèçèêè) òðàíñôîðìèðîâàë â ñâîåé òåîðèè À. Ýéíøòåéí. Íåîäíîðîäíîñòü ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ, èçìåíåíèå åãî îò òî÷êè ê òî÷êå Ýéíøòåéí îáúÿñíèë ïàðàäîêñàëüíî: ãåîìåòðèÿ ôèçè÷åñêîãî ìèðà íå ýâêëèäîâà è òàêîãî ôèçè÷åñêîãî îáúåêòà - ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ - íå ñóùåñòâóåò, íåò è íèêàêèõ ñèë òÿãîòåíèÿ. À äâèæåíèå, êîòîðîå ìû äî ñèõ ïîð íàçûâàåì ñâîáîäíûì ïàäåíèåì, ôàêòè÷åñêè ÿâëÿåòñÿ ñâîáîäíûì äâèæåíèåì ïî êðàò÷àéøåé (ãåîäåçè÷åñêîé) ëèíèè â ýòîì íåýâêëèäîâîì ìèðå.  ýòîì ìåñòå íàøèõ ðàññóæäåíèé ñëåäóåò ñêàçàòü, ÷òî äëÿ îïèñàíèÿ ëþáîãî ôèçè÷åñêîãî ïðîöåññà, â òîì ÷èñëå è ñâîáîäíîãî äâèæåíèÿ, íóæíî çàäàâàòü íå òîëüêî ïðîñòðàíñòâåííûå êîîðäèíàòû, íî è âðåìÿ. Ñ ýòîé òî÷êè çðåíèÿ íàø ìèð ÿâëÿåòñÿ íå òðåõ-, à ÷åòûðåõìåðíûì. Ïðàâäà, âðåìÿ, â îòëè÷èå îò ïðîñòðàíñòâåííûõ êîîðäèíàò, ìîæåò èçìåíÿòüñÿ òîëüêî îò ïðîøëîãî ê áóäóùåìó. Ñâÿçü ôèçèêè ñ ãåîìåòðèåé ïðîÿâëÿåòñÿ è â òîì, ÷òî íå òîëüêî ïðîñòðàíñòâåííûé ìèð ìîæåò áûòü íåýâêëèäîâûì, íî è õîä âðåìåíè â ðàçíûõ òî÷êàõ ïðîñòðàíñòâà ìîæåò áûòü ðàçíûì. 199

Òåïåðü óñòàíîâèì, îò ÷åãî çàâèñèò ãåîìåòðèÿ ìèðà. Äëÿ ýòîãî ñîâåðøèì êðàòêîå ïóòåøåñòâèå ñ ôèçè÷åñêèìè ïðåäñòàâëåíèÿìè î ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè.  òîì, ÷òî ýòè ïîíÿòèÿ òðóäíû äëÿ ÷åëîâå÷åñêîãî ñîçíàíèÿ, ìû óáåæäàåìñÿ íà ìíîãî÷èñëåííûõ ïðèìåðàõ, íàïðèìåð, ïóòàíèöà ñ ïîíÿòèÿìè “â÷åðà” è “çàâòðà” â äåòñêîì âîçðàñòå, òðóäíîñòè îðèåíòèðîâêè â ïðîñòðàíñòâå, êîòîðîé ëèøåíû è ìíîãèå âçðîñëûå (êîãäà - òî ê ðóêàâàì îäåæäû íåãðàìîòíûõ íîâîáðàíöåâ ïðèâÿçûâàëè ïó÷êè ñåíà è ñîëîìû è äëÿ ïîâîðîòà íàïðàâî è íàëåâî îòäàâàëèñü êîìàíäû “íà ñåíî!” èëè “íà ñîëîìó!”. Íå ïðàâäà ëè, ñìåøíî, à âñïîìíèì, ÷òî ïðîèñõîäèò â ñòðîþ øêîëüíèêîâ, êîãäà ïîäàåòñÿ îäíà èç êîìàíä ïîâîðîòà...). Îïóñêàÿ “ñòðàíèöó” íàèâíûõ ïðåäñòàâëåíèé î ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè â äðåâíèå âðåìåíà, íà÷íåì ïóòåøåñòâèå ñ íàó÷íûõ ïðåäñòàâëåíèé È. Íüþòîíà. Ïðîñòðàíñòâî, ïî Íüþòîíó, - ýòî “ÿùèê”, âìåñòèëèùå âñåãî áûòèÿ, îíî ñóùåñòâóåò íåçàâèñèìî îò òåë è ÿâëåíèé, ïðîèñõîäÿùèõ ⠓ÿùèêå”. Âðåìÿ - ýòî äëèòåëüíîñòü ïðîöåññîâ (ÿâëåíèé), âî âñåì ìèðå ñóùåñòâóåò åäèíîå (ìèðîâîå) âðåìÿ, åãî õîä íå çàâèñèò íè îò ìåñòà íàõîæäåíèÿ ÷àñîâ, íè îò õàðàêòåðà ïðîöåññîâ. Ïðîñòðàíñòâî è âðåìÿ íå ñâÿçàíû äðóã ñ äðóãîì, íå âëèÿþò äðóã íà äðóãà, îíè - ñàìîñòîÿòåëüíûå ñóùíîñòè. Íå êàñàÿñü ïðè÷èíû ýâîëþöèè íàøèõ ïðåäñòàâëåíèé î ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè (èíòåðåñóþùèõñÿ ýòèì âîïðîñîì îòñûëàåì ê êíèãå àâòîðà ñòàòüè, óêàçàííîé íèæå â ñïèñêå ëèòåðàòóðû), ñôîðìóëèðóåì êðàòêî òî íîâîå, ÷òî âíåñ â äàííóþ ïðîáëåìó À. Ýéíøòåéí â ñâîåé ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè. Îêàçàëîñü, ÷òî íåëüçÿ îòðûâàòü ïðîñòðàíñòâåííîå îïèñàíèå ÿâëåíèÿ îò âðåìåííîãî ìîìåíòà, èìåííî òîãäà ôàêòè÷åñêè â ôèçèêó áûëî ââåäåíî ïðåäñòàâëåíèå î òîì, ÷òî íàø ìèð èìååò ÷åòûðå èçìåðåíèÿ (òðè ïðîñòðàíñòâåííûõ è îäíî âðåìåííîå). À òàê êàê â îñíîâó ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè áûë ïîëîæåí ïîñòóëàò î ïîñòîÿíñòâå ñêîðîñòè ñâåòà â îäíîðîäíîé è èçîòðîïíîé ñðåäå (îäèíàêîâîé âî âñåõ òî÷êàõ è ïî âñåì íàïðàâëåíèÿì), åãî ìàêñèìàëüíîñòè (ïðåäåëüíîñòè) â âàêóóìå è íåçàâèñèìîñòè îò ñêîðîñòè 200

äâèæåíèÿ èñòî÷íèêà ñâåòà è íàáëþäàòåëÿ, òî îòñþäà íåïîñðåäñòâåííî ñëåäîâàëî, ÷òî â ðàçíûõ òî÷êàõ ïðîñòðàíñòâà âðåìÿ òå÷åò ïî-ðàçíîìó (ïî îïðåäåëåíèþ, ñêîðîñòü ÷èñëåííî ðàâíà îòíîøåíèþ ïðîéäåííîãî ðàññòîÿíèÿ ê ïðîìåæóòêó âðåìåíè ïðîõîæäåíèÿ ýòîãî ðàññòîÿíèÿ, åñëè ìåíÿåòñÿ ðàññòîÿíèå ìåæäó ñîáûòèÿìè äëÿ ðàçíûõ íàáëþäàòåëåé, òî è ïðîìåæóòêè âðåìåíè òàêæå äîëæíû èçìåíÿòüñÿ, òîëüêî â ýòîì ñëó÷àå ñêîðîñòü ñâåòà â âàêóóìå ìîæåò áûòü âñåãäà îäíîé è òîé æå âåëè÷èíîé).  ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, êàê è â òåîðèè Íüþòîíà, ïðîñòðàíñòâî îäíîðîäíî è èçîòðîïíî, è âðåìÿ ðàâíîìåðíî òå÷åò îò ïðîøëîãî ê áóäóùåìó. Ïðè ýòîì Ýéíøòåéí íå ó÷èòûâàåò, ÷òî â äåéñòâèòåëüíîñòè âáëèçè òÿãîòåþùèõ ìàññ ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà (è âðåìåíè) íå îáëàäàþò óêàçàííûìè ñâîéñòâàìè. Íàïðàâëåíèÿ â ãîðèçîíòàëüíîé ïëîñêîñòè è ïî âåðòèêàëè íå ðàâíîöåííû (âñïîìíèòå õîäüáó ïî ðîâíîìó ìåñòó è â ãîðó!), ÷àñû-õîäèêè, õîä êîòîðûõ îïðåäåëÿåòñÿ ïðèòÿæåíèåì ê Çåìëå, íà ðàâíèíå è âûñîêî â ãîðàõ èìåþò ðàçíûé ðèòì..  ðàññìàòðèâàåìîì âîïðîñå ìîæíî ãîâîðèòü, ÷òî ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè, ñîçäàííàÿ Ýéíøòåéíîì çà 10 ëåò äî ÎÒÎ - â 1905 ãîäó, - ÿâëÿåòñÿ ïðèáëèæåííîé òåîðèåé. Íî ýòî íå óìàëÿåò åå çíà÷åíèÿ â ïîçíàíèè ïðèðîäû è â æèçíè ÷åëîâå÷åñêîãî îáùåñòâà. Èòàê, ÷òîáû ó÷åñòü âëèÿíèå íà ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè ãðàâèòèðóþùèõ ìàññ, Ýéíøòåéí è ïîñòðîèë îáùóþ òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè. Âîò ìû è ïðèøëè ê îòâåòó íà ïîñòàâëåííûé âûøå âîïðîñ: îò ÷åãî çàâèñèò ãåîìåòðèÿ ìèðà. Ãåîìåòðèÿ ìèðà, è, ñëåäîâàòåëüíî, ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, çàâèñÿò îò íàëè÷èÿ è äâèæåíèÿ â ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè ìàòåðèè. Èìåííî òàì, ãäå èìååòñÿ “ñãóñòîê” ìàòåðèè, ãåîìåòðèÿ ìèðà îòëè÷àåòñÿ îò òîé ãåîìåòðèè, êîòîðóþ ìû íàáëþäàåì â ïðåäåëàõ ìàëîãî ó÷àñòêà çåìíîé ïîâåðõíîñòè è êîòîðóþ îáû÷íî íàçûâàåì ïëîñêîé ãåîìåòðèåé, èëè ãåîìåòðèåé Ýâêëèäà. Âáëèçè æå ìàññèâíûõ çâåçä (ïëîòíîñòü èõ âåùåñòâà äîñòèãàåò ìíîãèõ ìëí. òîíí â 1 êóá. ñì, ñðåäíÿÿ ïëîòíîñòü Çåìëè - 5,5 ã/êóá. ñì) ñâîéñòâà ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ îò òîãî, ÷òî ìû 201

îáíàðóæèâàåì âîêðóã íàñ íà Çåìëå. Ãîâîðÿò, ÷òî âáëèçè ìàññèâíûõ òåë ãåîìåòðèÿ íå Ýâêëèäîâà, “êðèâàÿ”. Ïîñëåäíèì ñëîâîì õîòÿò îòìåòèòü îòëè÷èå íàáëþäàåìîé ãåîìåòðèè îò ýâêëèäîâîé.  òàêîì ïðîñòðàíñòâå (ïî ñóòè äåëà, íóæíî ãîâîðèòü î åäèíîì ïðîñòðàíñòâå - âðåìåíè) êðàò÷àéøèì ðàññòîÿíèåì ìåæäó äâóìÿ òî÷êàìè áóäåò íå ýâêëèäîâà ïðÿìàÿ, à êðèâàÿ, ïîäîáíàÿ òîìó, êàê â äâóõìåðíîì “êðèâîì” ìèðå ïîâåðõíîñòè øàðà êðàò÷àéøèì ðàññòîÿíèåì ìåæäó äâóìÿ òî÷êàìè áóäåò äóãà áîëüøîãî êðóãà. Èìåííî ïî ýòîé “êðèâîé” (ãåîäåçè÷åñêîé) áóäåò ðàñïðîñòðàíÿòüñÿ ñâåòîâîé ëó÷, ïî òàêîé ãåîäåçè÷åñêîé ëèíèè áóäåò ïðîèñõîäèòü ñâîáîäíîå äâèæåíèå òåëà. Âñå èçëîæåííîå âûøå ñëåäóåò èç ñëîæíåéøèõ óðàâíåíèé, êîòîðûå Ýéíøòåéí ïîëó÷èë â ñâîåé òåîðèè. (Ñëîæíîñòü ìàòåìàòè÷åñêîãî àïïàðàòà îãðàíè÷èâàåò êðóã ó÷åíûõ, êîòîðûå çàíèìàþòñÿ ðàçðàáîòêîé ïðîáëåì ÎÒÎ. Èç ñîòåí òûñÿ÷ ôèçèêîâ è ìàòåìàòèêîâ íà çåìíîì øàðå òîëüêî íåñêîëüêî ñîòåí ó÷åíûõ ïîñâÿòèëè ñåáÿ ýòîé òåîðèè. Äàííîå çàìå÷àíèå ñäåëàíî äëÿ òåõ ìîëîäûõ ëþäåé, êîòîðûå èùóò îáëàñòü ïðèëîæåíèÿ ñâîèõ ñïîñîáíîñòåé è îñóùåñòâëåíèÿ ìå÷òàíèé).  1922 ãîäó ëåíèíãðàäñêèé ìàòåìàòèê À. À. Ôðèäìàí ðåøèë ýòè óðàâíåíèÿ è ïîëó÷èë ïîðàçèòåëüíûé ðåçóëüòàò: íàø îáîçðèìûé ìèð íå ìîæåò íàõîäèòüñÿ â ñòàòè÷åñêîì, ðàâíîâåñíîì ñîñòîÿíèè, îí äîëæåí ëèáî ðàñøèðÿòüñÿ, ëèáî ñæèìàòüñÿ. Âñå çàâèñèò îò ñðåäíåé ïëîòíîñòè âåùåñòâà âî Âñåëåííîé: åñëè ýòà ïëîòíîñòü ìåíüøå, ÷åì 10 -29 ã/êóá. ñì, òî ìèð áóäåò âå÷íî ðàñøèðÿòüñÿ: åñëè æå ýòà ïëîòíîñòü ïðåâûøàåò 10-29 ã/êóá. ñì, òî Âñåëåííàÿ äîëæíà ñæèìàòüñÿ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ íåò äîñòîâåðíûõ äàííûõ î ñðåäíåé ïëîòíîñòè âåùåñòâà â ìèðå. Íî âîò â 1929 ãîäó àìåðèêàíñêèé àñòðîíîì Õàááë îáíàðóæèë, ÷òî äàëåêèå çâåçäû îò íàñ “óáåãàþò”, ìèð ðàñøèðÿåòñÿ, î ÷åì ãîâîðèëî îäíî èç ðåøåíèé Ôðèäìàíà. ×òî áóäåò ñî Âñåëåííîé ïîòîì (÷åðåç ìíîãî ìëðä. ëåò), áóäåò îíà è äàëüøå ðàñøèðÿòüñÿ èëè íàñòóïèò êîíåö ðàñøèðåíèþ è íà÷íåòñÿ ñæàòèå (ýòî äðóãîé âàðèàíò ðåøåíèÿ Ôðèäìàíà), çàâèñèò îò ñðåäíåé ïëîòíîñòè âåùåñòâà â ìèðå. Îäíàêî, åñëè ìèð ñåé÷àñ ðàñøèðÿåòñÿ, òî ìîæíî ðàññ÷èòàòü, 202

ñêîëüêî âðåìåíè íàçàä íà÷àëîñü ýòî ðàñøèðåíèå, êîãäà ìàòåðèÿ áûëà ñêîíöåíòðèðîâàíà â îòíîñèòåëüíî ìàëîì îáúåìå, êîãäà ïðîèçîøëî òî, ÷òî ïîëó÷èëî íàçâàíèå “Áîëüøîé âçðûâ”. Ýòó èäåþ ïåðâûì âûñêàçàë íàø ñîîòå÷åñòâåííèê Ã. Ãàìîâ. Ó÷åíûå îáíàðóæèëè è âåñòî÷êó îò ýòîãî “âçðûâà”, òàê íàçûâàåìîå “ðåëèêòîâîå” (îñòàòî÷íîå îò äðåâíîñòè) èçëó÷åíèå, êîòîðîå ñîïðîâîæäàëî “âçðû┠è çàòåì, ðàñøèðÿÿñü, çàïîëíèëî âñå ìèðîâîå ïðîñòðàíñòâî. Åñëè ó÷åíûå óñòàíîâÿò, ÷òî ñðåäíÿÿ ïëîòíîñòü ìàòåðèè âî Âñåëåííîé áîëüøå 10 -29 ã/êóá. ñì, òî íàáëþäàåìîå ñåé÷àñ ðàñøèðåíèå äîëæíî îñòàíîâèòüñÿ è íà÷íåòñÿ ñæàòèå. Âñå ýòàïû æèçíè Âñåëåííîé ïðîäîëæàþòñÿ äåñÿòêè ìëðä. ëåò. Ïîýòîìó äîñòîâåðíî ãîâîðèòü î “Áîëüøîì âçðûâå” êàê îá àêòå òâîðåíèÿ ìèðà íå ñëåäóåò. Ñóùåñòâóþò è äðóãèå ìîäåëè ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé. Íàïðèìåð, Âñåëåííàÿ ïîäîáíà ìàÿòíèêó è ïåðèîäû ðàñøèðåíèÿ ñìåíÿþòñÿ ïåðèîäàìè ñæàòèÿ, è ýòè ïðîöåññû ïîâòîðÿþòñÿ áåñêîíå÷íîå ÷èñëî ðàç. Êîíå÷íî, ìèð áåñïðåðûâíî îáíîâëÿåòñÿ, îäíè çâåçäû ñãîðàþò, äðóãèå ðîæäàþòñÿ. Íî äëÿ òàêîé ìîäåëè ðàçâèòèÿ íå òðåáóåòñÿ êàêîãî-ëèáî ïåðâîíà÷àëüíîãî òîë÷êà.  ýòîé ìîäåëè ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé “Áîëüøîé âçðû┠- ýòî òîò ìîìåíò, êîãäà ãðàâèòàöèîííîå ïðèòÿæåíèå âñåõ òåë Âñåëåííîé îêàçàëîñü ñëàáåå òîãî ïðîòèâîäåéñòâóþùåãî ñâåòîâîãî äàâëåíèÿ, êîòîðîå ñîçäàþò ìèëëèàðäû çâåçä ïðè ñâîåì ñáëèæåíèè. Óðàâíåíèÿ Ýéíøòåéíà ïðåäñêàçûâàþò ñóùåñòâîâàíèå “ãðàâèòàöèîííûõ âîëí” - ðàñïðîñòðàíÿþùèõñÿ â ïðîñòðàíñòâåâðåìåíè èçìåíåíèé ñâîéñòâ ïðîñòðàíñòâà-âðåìåíè, âîçíèêàþùèõ èç-çà ìîùíûõ íåñòàöèîíàðíûõ ïðîöåññîâ âî Âñåëåííîé. Äî ñèõ ïîð ýêñïåðèìåíòàëüíî ãðàâèòàöèîííûå âîëíû íå îáíàðóæåíû.  ÎÒÎ áûëè ïðåäñêàçàíû òàê íàçûâàåìûå íåéòðîííûå çâåçäû, â êîòîðûõ èç-çà ìîùíûõ ãðàâèòàöèîííûõ âçàèìîäåéñòâèé àòîìû áûëè “ðàçäàâëåíû”, ýëåêòðîíû “âäâèíóòû” â ÿäðà è, ñîåäèíÿÿñü ñ ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûìè ïðîòîíàìè, âõîäÿùèìè â ñîñòàâ ÿäåð, ïðåâðàùàëè èõ â íåéòðàëüíûå ÷àñòèöû-íåéòðîíû (îòñþäà è íàçâàíèå ýòèõ çâåçä). Äàëüíåéøåå ñæàòèå çâåçäû ìîæåò ïðèâåñòè åå ê “êîëëàïñó” - êàòàñòðîôè÷åñêîìó óìåíüøåíèþ ðàçìåðîâ è ïðåâðàùåíèþ â òàê 203

íàçûâàåìóþ “÷åðíóþ äûðó”. Òàêîå íàçâàíèå âîçíèêëî ïîòîìó, ÷òî âîêðó㠓÷åðíîé äûðû” ïðîñòðàíñòâî-âðåìÿ ïðèîáðåëè òàêèå ñâîéñòâà, òàêóþ “êðèâèçíó”, ÷òî íè îäèí ñèãíàë íå ìîæåò ïîêèíóòü òàêóþ çâåçäó, îíà äåéñòâèòåëüíî ñòàíîâèòñÿ íåâèäèìîé - “÷åðíîé äûðîé” âî Âñåëåííîé. È âñå æå “÷åðíóþ äûðó” ìîæíî îáíàðóæèòü ïî åå ìîùíîìó âëèÿíèþ íà äâèæåíèå äðóãèõ íåáåñíûõ òåë. Ó “÷åðíîé äûðû” åñòü è äðóãèå ýêçîòè÷åñêèå ñâîéñòâà... Çàâåðøàÿ ðàññêàç îá ÎÒÎ, ìû îòñûëàåì ÷èòàòåëÿ ê óêàçûâàåìîé íèæå ëèòåðàòóðå (îíà åñòü, íàïðèìåð, â îáëàñòíîé íàó÷íîé áèáëèîòåêå), â êîòîðîé ìîæíî åùå ðàç ïðîñëåäèòü ëîãèêó ïîñòðîåíèÿ ÎÒÎ è ïîçíàêîìèòüñÿ ñ äðóãèìè ðåøåííûìè è íåðåøåííûìè çàäà÷àìè ÎÒÎ. Ëèòåðàòóðà 1. Ýéíøòåéí À., Èíôåëüä Ë. Ýâîëþöèÿ (ôèçèêè - Ì., ÃÈÒÒË, 1956 ã. 2. Êóçíåöîâ Á. Ýéíøòåéí (æèçíü, ñìåðòü, áåññìåðòèå) -Ì., Íàóêà, 1972 ã. 3. Áðàãèíñêèé Â. è äð. Óäèâèòåëüíàÿ ãðàâèòàöèÿ -M., Íàóêà, á-êà “Êâàíò”, âûï. 39. 4. Íîâèêîâ Í. ×åðíûå äûðû è Âñåëåííàÿ - Ì., Ìîëîäàÿ ãâàðäèÿ, 1995 ã. 5. Ðîçìàí Ã. Ñïåöèàëüíàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè - Ïñêîâ, ÏÎÈÏÊÐÎ, 1995 ã. 6. Ðîçìàí Ã. Ââåäåíèå â îáùóþ òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè À.ÝéíøòåéíàÏñêîâ , ÏÎÈÏÊÐÎ, 1998ã.

204

“ÒÅÏËÎÂÀß ÑÌÅÐÒܔ ÂÑÅËÅÍÍÎÉ - ×ÒÎ ÝÒÎ ÒÀÊÎÅ? Íà íàäãðîáíîé ïëèòå êðóïíåéøåãî àâñòðèéñêîãî ôèçèêà âòîðîé ïîëîâèíû Õ1Õ âåêà Ëþäâèãà Áîëüöìàíà âûãðèðîâàíà íåáîëüøàÿ ïî ðàçìåðàì ôîðìóëà, èìåþùàÿ îãðîìíîå ìèâîâîççðåí÷åñêîå çíà÷åíèå. Âîò îíà: S = k lnW ,

ãäå S –õàðàêòåðèñòèêà ñîñòîÿíèÿ ôèçè÷åñêîé ñèñòåìû – ýíòðîïèÿ, ê – ïîñòîÿííàÿ, ïîëó÷èâøàÿ íàçâàíèå “ïîñòîÿííîé Áîëüöìàíà”, W –÷èñëî ñïîñîáîâ ïåðåñòàíîâêè ÷àñòèö ñèñòåìû, ïðè êîòîðûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ îäíî è òî æå ñîñòîÿíèå ýòîé ôèçè÷åñêîé ñèñòåìû.  1951 ãîäó ãëàâà ðèìñêîé êàòîëè÷åñêîé öåðêâè ïàïà Ïèé Õ11, îïèðàÿñü íà ýòó ôîðìóëó, íàïèñàë â ñâîåì ïîñëàíèè (ïàïñêîé áóëëå), ÷òî “ …è ôèçèêà, êàê åñòåñòâåííàÿ íàóêà, ïîäòâåðæäàåò ñóùåñòâîâàíèå íà÷àëà èñòîðèè Âñåëåííîé è åå áåçóñëîâíûé êîíåö â áóäóùåì”. Òåì ñàìûì óòâåðæäàëîñü áîæåñòâåííîå ïðîèñõîæäåíèå âñåãî ñóùåãî. Íî ïðè÷åì çäåñü Ë. Áîëüöìàí, ïî÷åìó íà ìîãèëüíîì ïàìÿòíèêå íå ïåðå÷èñëåíî ìíîæåñòâî äðóãèõ íàó÷íûõ çàñëóã ó÷åíîãî, à ëèøü ýòà ìíîãèì íåèçâåñòíàÿ, à ïîòîìó òàèíñòâåííàÿ ôîðìóëà? Âåðíåìñÿ ê ñåðåäèíå Õ1Õ âåêà. Èäåò áóðíîå ðàçâèòèå ôèçèêè. Ïîÿâëÿþòñÿ íîâûå íàïðàâëåíèÿ: òåîðèÿ òåïëîâûõ ïðîöåññîâ, òåîðèÿ ýëåêòðîìàãíåòèçìà è ò.ä. Ôîðìóëèðóþòñÿ âíîâü óñòàíàâëèâàåìûå çàêîíû, äåéñòâóþùèå â Ïðèðîäå. Ñåãîäíÿ ìû ïðèâûêëè ê òîìó, ÷òî ýíåðãèÿ â ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññàõ íå èñ÷åçàåò, à ëèøü ïåðåõîäèò èç îäíîé ôîðìû â äðóãóþ, îñòàâàÿñü êîëè÷åñòâåííî íåèçìåííîé. Èìåííî â ñåðåäèíå Õ1Õ â. ôîðìóëèðóåòñÿ ýòîò âåëèêèé çàêîí Ïðèðîäû – çàêîí ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè, íàçâàííûé â òî âðåìÿ 1-ì íà÷àëîì òåðìîäèíàìèêè. Îäíàêî, ýòî çàêîí íå óêàçûâàë, â êàêîì íàïðàâëåíèè áóäóò ïðîòåêàòü ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû, êàêèå ñîñòîÿíèÿ ôèçè÷åñêèõ òåë èëè ñèñòåì áóäóò áîëåå âåðîÿòíû, è, òåì ñàìûì, íàèáîëåå íàáëþäàåìû. Ýòà ïðîáëåìà áûëà ðåøåíà íåìåöêèì ó÷åíûì Ã. Ãåëüìãîëüöåì, êîòîðûé ââåë íîâóþ 205

ôèçè÷åñêóþ âåëè÷èíó – ýíòðîïèþ. Ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî ôîðìóëèðîâîê, óêàçûâàþùèõ, â êàêîì íàïðàâëåíèè ñàìîïðîèçâîëüíî áóäóò ïðîòåêàòü ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû, â êàêîå ñîñòîÿíèå ïåðåéäóò ïðè ýòîì ôèçè÷åñêèå ñèñòåìû. Ìû âîñïîëüçóåìñÿ òîëüêî îäíîé èç íèõ: ïðè ïåðåõîäå ôèçè÷åñêîé ñèñòåìû â áîëåå óñòîé÷èâîå ñîñòîÿíèå, ýíåðãåòè÷åñêè áîëåå âûãîäíîå, åå ýíòðîïèÿ ñòðåìèòüñÿ ê ìàêñèìàëüíîìó çíà÷åíèþ. Òàê, íàïðèìåð, áîëåå íàãðåòîå òåëî áóäåò îõëàæäàòüñÿ, à îêðóæàþùèå òåëà, ïîëó÷èâ äîáàâî÷íóþ ýíåðãèþ- íàãðåâàòüñÿ. Âîò òóò ìû è ïðèõîäèì ê âûâîäó, êîòîðûé ïîðàçèë ó÷åíûé ìèð – Âñåëåííîé ãðîçèò “òåïëîâàÿ ñìåðòü”. Äåëî â òîì, ÷òî ñîãëàñíî çàêîíó Ãåëüìãîëüöà, òåìïåðàòóðà ó âñåõ òåë Âñåëåííîé äîëæíà ñòàòü îäíîé è òîé æå, åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî íàø ìèð ñóùåñòâóåò â ïðîøëîì âå÷íî. À ðàç ýòî íå íàáëþäàåòñÿ, òî ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ìèð â ïðîøëîì èìåë íà÷àëî è òåïëîâîå ðàâíîâåñèå åùå íå óñïåëî íàñòóïèòü. Èìåííî òàêîé ïîäõîä ê ÿâëåíèÿì Ïðèðîäû è âäîõíîâèë ïàïó Ïèÿ Õ11 íà âûâîä, ÷òî è íàóêà ïîäòâåðæäàåò áîæåñòâåííîå ïðîèñõîæäåíèå Âñåëåííîé, íà ñóùåñòâîâàíèå íà÷àëà Ìèðîçäàíèÿ. Èíà÷å ðåøèë ýòó ïðîáëåìó Ë. Áîëüöìàí. Îí ïîäîøåë ê çàêîíó âîçðàñòàíèÿ ýíòðîïèè, ñ ô î ð ì ó ë è ð î â à í í î ì ó Ã. Ãåëüìãîëüöåì, ñ âåðîÿòíîñòíûõ ïîçèöèé : ýòîò çàêîí èìååò íå àáñîëþòíûé, à âåðîÿòíîñòíûé õàðàêòåð, ôèçè÷åñêàÿ ñèñòåìà ñòðåìèòüñÿ ïðèäòè ê ðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ (ïðè ýòîì ýíòðîïèÿ áóäåò ìàêñèìàëüíîé) òåì âåðîÿòíåå, ÷åì áîëüøèì ÷èñëîì ñïîñîáîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ ýòî ñîñòîÿíèå. Ïðèâåäåííàÿ âûøå ôîðìóëà ìàòåìàòè÷åñêè âûðàæàåò ýòó òåíäåíöèþ. Èç íåå ñëåäóåò òàêæå, ÷òî âîçìîæíî ñîñòîÿíèå ñ ìåíüøåé ýíòðîïèåé, åñëè ñîâåðøàåòñÿ ïåðåõîä ñ óìåíüøåíèåì âåëè÷èíû W. Ýòî è îçíà÷àåò, ÷òî çàêîí âîçðàñòàíèÿ ýíòðîïèè èìååò âåðîÿòíîñòíûé õàðàêòåð. Îòñóòñòâèå “òåïëîâîé ñìåðòè” âî Âñåëåííîé, ò.å. âûðàâíèâàíèå òåìïåðàòóðû ó âñåõ òåë, Áîëüöìàí îáúÿñíèë òàê: ñàìîïðîèçâîëüíî ôèçè÷åñêàÿ ñèñòåìà ñòðåìèòüñÿ íå òîëüêî ê ðàâíîâåñíîìó ñîñòîÿíèþ , íî ñëó÷àéíî, ïî çàêîíàì òåîðèè âåðîÿòíîñòè, ìîæåò ïåðåéòè â áëèæàéøåå ê ðàâíîâåñíîìó íåóñòîé÷èâîå ñîñòîÿíèå. Òàê è íàøà Âñåëåííàÿ 206

íàõîäèòñÿ â íåðàâíîâåñíîì ñîñòîÿíèè â ñèëó çàêîíà ñëó÷àÿ. È õîòÿ Ë. Áîëüöìàí îáúÿñíèë îòñóòñòâèå “òåïëîâîé ñìåðòè” Âñåëåííîé, íî åãî ãèïîòåçà âñå-òàêè èìåëà áîëüøîé íåäîñòàòîê: ïîëó÷àëîñü, ÷òî íàøà öèâèëèçàöèÿ, ÷åëîâåê, åãî ìîç㠖 íå çàêîíîìåðíîå ðàçâèòèå ìàòåðèè, à ñëó÷àéíîå ÿâëåíèå. Èíà÷å ïîäîøëè ê òîëêîâàíèþ çàêîíà âîçðàñòàíèÿ ýíòðîïèè è ôîðìóëû Áîëüöìàíà ó÷åíûå ÕÕ âåêà. Äåëî â òîì, ÷òî çàêîí ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè è çàêîí âîçðàñòàíèÿ ýíòðîïèè è äðóãèå çàêîíû ñîõðàíåíèÿ ñïðàâåäëèâû ëèøü â çàìêíóòûõ ñèñòåìàõ, íå ïîâåðãàþùèõñÿ âîçäåéñòâèþ èçâíå. À íàøó Âñåëåííóþ íåëüçÿ ñ÷èòàòü çàìêíóòîé, ìû íå çíàåì, ãäå îíà êîí÷àåòñÿ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî òàêèõ ãàëàêòèê, êàê íàøà , ñóùåñòâóåò òûñÿ÷è. Ïîýòîìó âûâîä î “òåïëîâîé ñìåðòè” Âñåëåííîé – íå èìååò ñìûñëà, òàê êàê ðàñïðîñòðàíåí íà íàøó Âñåëåííóþ íåçàêîííî. Íîâîå ïîíèìàíèå ôîðìóëû Áîëüöìàíà è ïðîáëåìû “òåïëîâîé ñìåðòè” Âñåëåííîé äàëà Îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè, ñîçäàííàÿ Àëüáåðòîì Ýéíøòåéíîì áîëåå 80 ëåò íàçàä. Âñåëåííàÿ, ïî Ýéíøòåéíó, íå ìîæåò íàõîäèòüñÿ â ðàâíîâåñíîì ñîñòîÿíèè, îòñþäà åå “òåïëîâàÿ ñìåðòü” íåâîçìîæíà. Óì ÷åëîâå÷åñêèé ïîçíàåò íåâåäîìûå òàéíû ìèðîçäàíèÿ. Ðàçðåøàÿ îäíè çàãàäêè, îí îáíàðóæèâàåò äðóãèå. Ïðîöåññ ïîçíàíèÿ áåñêîíå÷åí, êàê è ñàìà Ïðèðîäà…

207

ÎÁ ÝÉÍØÒÅÉÍÅ - Ñ ÞÌÎÐÎÌ* 1. Àëüáåðò Ýéíøòåéí ëþáèë ôèëüìû ×àðëè ×àïëèíà è îòíîñèëñÿ ñ ñèìïàòèåé ê ñîçäàííîìó èì ãåðîþ. Îäíàæäû îí íàïèñàë â ïèñüìå ê ×àïëèíó: “Âàø ôèëüì “Çîëîòàÿ ëèõîðàäêà” ïîíÿòåí âñåì â ìèðå, è Âû íåïðåìåííî ñòàíåòå âåëèêèì ÷åëîâåêîì. Ýéíøòåéí”. Íà ýòî ×àïëèí îòâåòèë òàê: “ß Âàìè âîñõèùàþñü åùå áîëüøå. Âàøó òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè íèêòî â ìèðå íå ïîíèìàåò, à Âû âñå-òàêè ñòàëè âåëèêèì ÷åëîâåêîì. ×àïëèí”. 2. -Íèêàê íå ìîãó íàéòè ñåáå ïîìîùíèêà, - ïîæàëîâàëñÿ îäíàæäû Ýäèññîí Ýéíøòåéíó. - Êàæäûé äåíü çàõîäÿò ìîëîäûå ëþäè, íî íè îäèí íå ïîäõîäèò. - À êàê Âû îïðåäåëÿåòå èõ ïðèãîäíîñòü ? - ïîèíòåðåñîâàëñÿ Ýéíøòåéí. Ýäèññîí ïîêàçàë åìó ëèñòîê ñ âîïðîñàìè. - Êòî íà íèõ îòâåòèò, òîò è ñòàíåò ìîèì ïîìîùíèêîì. “Ñêîëüêî ìèëü îò Íüþ-Éîðêà äî ×èêàãî?”- ïðî÷åë Ýéíøòåéí è îòâåòèë: “Íóæíî çàãëÿíóòü â æåëåçíîäîðîæíûé ñïðàâî÷íèê”. “Èç ÷åãî äåëàþò íåðæàâåþùóþ ñòàëü?” - “Îá ýòîì ìîæíî óçíàòü èç ñïðàâî÷íèêà ïî ìåòàëëîâåäåíèþ”… Ïðîáåæàâ ãëàçàìè îñòàëüíûå âîïðîñû, Ýéíøòåéí ñêàçàë: - Íå äîæèäàÿñü îòêàçà, ñâîþ êàíäèäàòóðó ñíèìàþ ñàì. 3. Ýéíøòåéí áûë â ãîñòÿõ ó ñâîèõ çíàêîìûõ. Íà÷àëñÿ äîæäü. Êîãäà Ýéíøòåéí ñîáèðàëñÿ óõîäèòü, åìó ïðåäëîæèëè âçÿòü øëÿïó. – Çà÷åì? – ñêàçàë Ýéíøòåéí. – ß çíàë, ÷òî áóäåò äîæäü, è èìåííî ïîýòîìó íå íàäåë øëÿïó. Âåäü îíà ñîõíåò äîëüøå, ÷åì ìîè âîëîñû. Ýòî æå î÷åâèäíî. 4. Îäíàæäû Ýéíøòåéí áûë ïðèãëàøåí â ãîñòè ê Ñêëàäîâñêîé – Êþðè. Ñèäÿ ó íåå â ãîñòèíîé, îí çàìåòèë, ÷òî äâà êðåñëà îêîëî íåãî ïóñòóþò – íèêòî íå ñìåë â íèõ ñåñòü. * Þìîðåñêè çàèìñòâîâàíû èç ñáîðíèêà “Ôèçèêè ïðîäîëæàþò øóòèòü” Ì. “Ìèð”, 1968ã

208

- Ñÿäüòå îêîëî ìåíÿ, ñìåÿñü ñêàçàë Ýéíøòåéí, îáðàùàÿñü ê Æîëèî. – À òî ìíå êàæåòñÿ, ÷òî ÿ â Ïðóññêîé àêàäåìèè íàóê. 5. Ðåçåðôîðä íè ðàçó íå ñäåëàë ññûëêè â ñâîèõ ïóáëèêàöèÿõ íà Ýéíøòåéíà. Íà âîïðîñ, ÷òî îí äóìàåò î òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, Ðåçåðôîðä îòâåòèë: “ À, ÷åïóõà! Äëÿ íàøåé ðàáîòû ýòî íå íóæíî” (â ýòî âðåìÿ Ðåçåðôîðä çàíèìàëñÿ ïðîáëåìîé, êîòîðàÿ ïðèâåëà åãî ê îòêðûòèþ èñêóññòâåííîé ðàäèîàêòèâíîñòè…). 6. Îäíà çíàêîìàÿ Ýéíøòåéíà ïðîñèëà ïîçâîíèòü åé ïî òåëåôîíó, íî ïðåäóïðåäèëà, ÷òî íîìåð î÷åíü òðóäíî çàïîìíèòü : 2 - 4 3 – 61. - È ÷åãî æå òóò òðóäíîãî ? - óäèâèëñÿ Ýéíøòåéí. – Äâå äþæèíû è 19 â êâàäðàòå. 7.  íà÷àëå íàó÷íîé êàðüåðû Ýéíøòåéíà îäèí æóðíàëèñò ñïðîñèë ãîñïîæó Ýéíøòåéí, ÷òî îíà äóìàåò î ñâîåì ìóæå. - Ìîé ìóæ ãåíèé! -ñêàçàëà ãîñïîæà Ýéíøòåéí. – Îí óìååò äåëàòü àáñîëþòíî âñå, êðîìå äåíåã. 8. Îäíàæäû äåâÿòèëåòíèé ñûí ñïðîñèë ó Ýéíøòåéíà: “ Ïàïà, ïî÷åìó òû ñòàë òàêîé çíàìåíèòûé? ×òî, ñîáñòâåííî, òû ñäåëàë?” Ïîäóìàâ, Ýéíøòåéí îòâåòèë òàê: “ Êîãäà ñëåïîé æóê ïîëçåò ïî èçîãíóòîìó ñóêó, îí íå çàìå÷àåò, ÷òî ñóê èñêðèâëåí. Ìíå ïîñ÷àñòëèâèëîñü çàìåòèòü òî, ÷åãî íå çàìåòèë æóê!”.

209

Ñîäåðæàíèå Ïðåäèñëîâèå .............................................................................. 3 Íàâñåãäà â øêîëå ...................................................................... 4 Ãðàìîòíîñòü ðå÷è – çàëîã ïîíèìàíèÿ ôèçèêè ........................ 9 Èñïîëüçîâàíèå ìåòîäà ðàçìåðíîñòåé ...................................... 21 â øêîëüíîì êóðñå ôèçèêè ..................................................... 21 Íåêîòîðûå âîïðîñû ìåòîäèêè ðåøåíèÿ ôèçè÷åñêèõ çàäà÷ .... 33 Âîïðîñû ýêîëîãèè íà óðîêàõ ôèçèêè ..................................... 38 Ýêîíîìè÷åñêîå âîñïèòàíèå ó÷àùèõñÿ íà çàíÿòèÿõ ïî ôèçèêå .... 46 Ðàçâèòèå ïðåäñòàâëåíèé î ìåõàíèçìå âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ ............................................................ 49 Äàëüíîäåéñòâèå â ñîâðåìåííîé ôèçèêå .................................. 57 Çàäà÷à î äâèæåíèè òåëà â ïîëå ñèëû òÿæåñòè ........................ 63 Îá îøèáî÷íîñòè ðàññóæäåíèé ïðè âûâîäå òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ñîîòíîøåíèÿ ........................................ 73 Èìååò ëè ýëåêòðîñòàòè÷åñêèé ïîòåíöèàë ôèçè÷åñêèé ñìûñë? ... 76 Íåòðàäèöèîííîå îáúÿñíåíèå ïîÿâëåíèå çíàêà “ìèíóñ” â ôîðìóëå çàêîíà ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè ................... 81 Î äâóõ ïåðâûõ óðîêàõ ïî èçëîæåíèþ îñíîâ ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè ......................................................... 84 Ê âîïðîñó î òàê íàçûâàåìîé “ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññå” .......... 89 Êàê âîçíèê ìèô î “ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññå” ............................ 97 Êàê îáîéòèñü áåç “ðåëÿòèâèñòñêîé ìàññû” .......................... 103 Îðãàíèçàöèÿ è ìåòîäèêà ïðîâåäåíèÿ çàíÿòèé ïî ôàêóëüòàòèâó “Îñíîâû ñïåöèàëüíîé òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè” ................. 112 Ýëåìåíòû çîííîé òåîðèè íà óðîêàõ ôèçèêè ........................ 117 Îðãàíèçàöèÿ è ìåòîäèêà ïðîâåäåíèÿ ôàêóëüòàòèâà “Ýëåìåíòû çîííîé òåîðèè” .................................................... 123 Ñìåíà ôèçè÷åñêèõ êàðòèí ìèðà - çàêîíîìåðíîå ÿâëåíèå â ïðîöåññå ïîçíàíèÿ .............................................................. 129 Òàáëèöà ñîïîñòàâëåíèÿ îñíîâíûõ àòðèáóòîâ ðàçëè÷íûõ ôèçè÷åñêèõ êàðòèí ìèðà ........................................................ 147 Íàó÷íàÿ ðàáîòà øêîëüíèêîâ è òåìû èõ èññëåäîâàíèé ........ 156 210

Ïóáëèöèñòèêà

Âîñïîìèíàíèÿ î êàôåäðå ôèçèêè ÏÃÏÈ 50-õ ã.ã. ............. 161 “Íà çäàð, íà çäàð!” (Èç âîñïîìèíàíèé î Âåëèêîé Îòå÷åñòâåííîé âîéíå) ........... 165 Àêàäåìèê Ê. Ê. Êèêîèí (áèîãðàôè÷åñàÿ ñïðàâêà) ........................................................ 167 Äâàäöàòûé âåê ãëàçàìè ôèçèêà ............................................ 171 Íîáåëåâñêèå ïðåìèè .............................................................. 175 Çàãàäêè áîëüøîãî âçðûâà ..................................................... 177 Òåîðèÿ, äàâøàÿ èìÿ ñòîëåòèþ .............................................. 181 Îäíà ìàëåíüêàÿ “òó÷êà”, èç êîòîðîé õëûíóë áëàãîäàòíûé äîæäü îòêðûòèé (ê 100-ëåòèþ êâàíòîâîé ôèçèêè) ........................................... 187 Ýëåêòðîíó âñåãî ëèøü ñòî ëåò .............................................. 190 Îá ýòîé òåîðèè ñëûøàëè ìíîãèå… ....................................... 195 “Òåïëîâàÿ ñìåðòü” Âñåëåííîé - ÷òî ýòî òàêîå? .................. 205 Îá Ýéíøòåéíå - ñ þìîðîì .................................................... 208

211

Ð649 Ã å ð ì à í À ð î í î â è ÷ Ð î ç ì à í ÈÇÁÐÀÍÍÎÅ ÏÎ ÌÅÒÎÄÈÊÅ ÏÐÅÏÎÄÀÂÀÍÈß ÔÈÇÈÊÈ

â ñðåäíåé øêîëå

è ÏÓÁËÈÖÈÑÒÈÊÀ

Èçäàòåëüñêàÿ ëèöåíçèÿ ÈÄ ¹ 06024 îò 09.10.2001 ãîäà. Ïîäïèñàíî â ïå÷àòü 01.07.2002 ã. Ôîðìàò 60õ90/16. Îáúåì èçäàíèÿ: 13,25 ó.ï.ë. Òèðàæ 200 ýêç. Çàêàç ¹ 139 Ïñêîâñêèé ãîñóäàðñòâåííûé ïåäàãîãè÷åñêèé èíñòèòóò èì.Ñ.Ì.Êèðîâà, 180760, ã.Ïñêîâ, ïë.Ëåíèíà, 2. Ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêèé îòäåë ÏÃÏÈ èì.Ñ.Ì.Êèðîâà, 180760, ã.Ïñêîâ, óë.Ñîâåòñêàÿ, 21, òåëåôîí 2-86-18.

212