Бальмер-Брэгг

   Сэр Эрнест Рутерфорд, президент Королевской Академии и лауреат Нобелевской премии по физике, рассказывал следующую историю, служащую великолепным примером того, что не всегда просто дать единственно правильный ответ на вопрос.
   Некоторое время назад коллега обратился ко мне за помощью. Он собирался поставить самую низкую оценку по физике одному из своих студентов, в то время как этот студент утверждал, что заслуживает высшего балла. Оба, преподаватель и студент, согласились положиться на суждение третьего лица, незаинтересованного арбитра; выбор пал на меня. Экзаменационный вопрос гласил: "Объясните, каким образом можно измерить высоту здания с помощью барометра".
   Ответ студента был таким: "Нужно подняться с барометром на крышу здания, спустить барометр вниз на длинной веревке, а затем втянуть его обратно и измерить длину веревки, которая и покажет точную высоту здания".
   Случай был и впрямь сложный, так как ответ был абсолютно полным и верным! С другой стороны, экзамен был по физике, а ответ имел мало общего с применением знаний в этой области.
   Я предложил студенту попытаться ответить еще раз. Дав ему шесть минут на подготовку, я предупредил его, что ответ должен демонстрировать знание физических законов. По истечении пяти минут он так и не написал ничего в экзаменационном листе. Я спросил его, сдается ли он, но он заявил, что у него есть несколько решений проблемы, и он просто выбирает лучшее.
   Заинтересовавшись, я попросил молодого человека приступить к ответу, не дожидаясь истечения отведенного срока. Новый ответ на вопрос гласил: "Поднимитесь с барометром на крышу и бросьте его вниз, замеряя время падения. Затем, используя формулу L = a*t^2/2, вычислите высоту здания".
   Тут я спросил моего коллегу, преподавателя, доволен ли он этим ответом. Тот, наконец, сдался, признав ответ удовлетворительным. Однако студент упоминал, что знает несколько ответов, и я попросил его открыть их нам.
   "Есть несколько способов измерить высоту здания с помощью барометра", начал студент. "Например, можно выйти на улицу в солнечный день и измерить высоту барометра и его тени, а также измерить длину тени здания. Затем, решив несложную пропорцию, определить высоту самого здания."
   "Неплохо", сказал я. "Есть и другие способы?"
   "Да. Есть очень простой способ, который, уверен, вам понравится. Вы берете барометр в руки и поднимаетесь по лестнице, прикладывая барометр к стене и делая отметки. Сосчитав количество этих отметок и умножив его на размер барометра, вы получите высоту здания. Вполне очевидный метод."
   "Если вы хотите более сложный способ", продолжал он, "то привяжите к барометру шнурок и, раскачивая его, как маятник, определите величину гравитации у основания здания и на его крыше. Из разницы между этими величинами, в принципе, можно вычислить высоту здания. В этом же случае, привязав к барометру шнурок, вы можете подняться с вашим маятником на крышу и, раскачивая его, вычислить высоту здания по периоду прецессии."
   "Наконец", заключил он, "среди множества прочих способов решения данной проблемы лучшим, пожалуй, является такой: возьмите барометр с собой, найдите управляющего и скажите ему: "Господин управляющий, у меня есть замечательный барометр. Он ваш, если вы скажете мне высоту этого здания".
   Тут я спросил студента - неужели он действительно не знал общепринятого решения этой задачи. Он признался, что знал, но сказал при этом, что сыт по горло школой и колледжем, где учителя навязывают ученикам свой способ мышления.

   Студента этот был Нильс Бор (1885-1962), датский физик, лауреат Нобелевской премии 1922 г.

	Родился 1 октября 1938 г. в г. Томске. Российский физик-теоретик, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой квантовой теории поля Томского Университета, заведующий теоретическим отделом Института сильноточной электроники Сибирского Отделения РАН, член президиума Российского физического общества, член правления Российского гравитационной ассоциации, заслуженный деятель науки Российской Федерации. Окончил физический факультет Томского госуниверситета в 1961 году по специальности «физика» и аспирантуру физического факультета Московского госуниверситета в 1964 году с защитой кандидатской диссертации. После окончания аспирантуры работал в Томском политехническом институте на кафедре теоретической и экспериментальной физики. В 1967-69 годах, будучи старшим научным сотрудником, занимался научными исследованиями в области квантовой электродинамики и квантовой механики на физическом факультете Московского университета, где и защитил в 1969 году докторскую диссертацию по специальности «теоретическая и математическая физика».
С 1 декабря 1970 года — заведующий теоретическим отделом Института сильноточной электроники Сибирского Отделения РАН. Учёное звание профессора по кафедре теоретической и экспериментальной физики присвоено в 1971 году. С 1973 года работает в Томском университете. По его инициативе в 1974 году открыта кафедра квантовой теории поля, заведующим которой он является с момента основания кафедры. Научные интересы в области классической и квантовой теории поля, общей теории относительности, математической физики. После кончины профессоров Иваненко, Соколова и Тернова, Багрова можно считать главой школы по синхротронному излучению, или теории «светящегося электрона» в России. Синхротронное излучение возникает при движении ультрарелятивиских заряженных частиц и электронов по круговым орбитам в магнитном поле и имеет многочисленные проявления в астрофизике, применения в биологии, медицине. В. Багров является автором более 400 научных работ в отечественных и зарубежных изданиях. Удостоен премии Московского общества испытателей природы, премией Томского Государственного Университета за цикл работ по квантовой электродинамике. В. Багров является основателем томской школы теоретической физики, под его руководством защищено 42 кандидатских диссертации. Педагогический дар, эрудиция и мастерство Багрова невольно ассоциируются с талантом такого выдающегося ученого как Ричард Фейнман. Студенты любят лекции Багрова за глубину изложения материала, современность и насыщенность информацией, изящные аналогии и добрый юмор, присущий этому великому мастеру.

	14.12.1922–01.07.2001 г. Русский физик, один из основоположников квантовой электроники. Родился в деревне (ныне городе) Усмань, вблизи Воронежа. Придумал способ использования индуцированного излучения для усиления поступающего излучения и создания молекулярного генератора. Чтобы добиться этого, ему пришлось получить состояние вещества с инверсной заселенностью энергетических уровней, увеличив число возбужденных молекул относительно числа молекул, находящихся в основном состоянии. Этого удалось достигнуть с помощью выделения возбужденных молекул, используя для этой цели неоднородные электрические и магнитные поля. Если после этого облучить вещество излучением нужной частоты, чьи фотоны обладают энергией, равной разности между возбужденным и основным состояниями молекул, то возникает индуцированное излучение той же частоты, усиливающее подающий сигнал. Затем ему удалось создать генератор, направляя часть излучаемой энергии на то, чтобы возбудить больше молекул и получить еще большую активизацию излучения. Полученный прибор был не только усилителем, но и генератором излучения с частотой, точно определяемой энергетическими уровнями молекулы.
Американский физик Чарлз Х. Таунс, работая независимо в том же направлении в Колумбийском университете, создал работающий мазер (он с коллегами и придумал этот термин) в 1953, как раз за десять месяцев до того, как Басов и Прохоров опубликовали свою первую работу по молекулярным генераторам. Таунс использовал резонансную полость, заполненную возбужденными молекулами аммиака и достиг невероятного усиления микроволн с частотой в 24000 МГц. В 1960 американский физик Т. Меймен, работая в компании «Хьюз эйркрафт», построил прибор, основанный на трехуровневом принципе, для усиления и генерирования красного света. Резонансная полость Меймена представляла собой длинный кристалл синтетического рубина с зеркальными концами; возбуждающее излучение получалось при вспышках окружающей рубин спиральной трубки, заполненной ксеноном (аналогичной неоновой трубке). Прибор Меймена стал известен как лазер – название, образованное от начальных букв английского выражения, означающего световое усиление с помощью индуцированного излучения. За фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию генераторов и усилителей, основанных на лазерно-мазерном принципе», Басов разделил в 1964 Нобелевскую премию по физике с Прохоровым и Таунсом. Два советских физика уже получили к тому времени за свою работу Ленинскую премию в 1959.

	20.02.1844–05.09.1906 г. Австрийский физик-теоретик. Один из основоположников классической статистической физики. Основные работы в области кинетической теории газов, термодинамики и теории излучения. Вывел в 1866 закон распределения газовых молекул по скоростям (статистика Больцмана). Формула равновесного больцмановского распределения легла в основу классической статистической физики. В 1871 высказал эргодическую гипотезу. Применяя статистические методы к кинетической теории идеальных газов, вывел (1872) основное кинетическое уравнение газов, являющееся основой физической кинетики. Связал энтропию физической системы с вероятностью ее состояния (1872) и доказал статистический характер второго начала термодинамики, дав ему свою формулировку, чем был нанесен удар идеалистической гипотезе тепловой смерти Вселенной. Впервые применил к излучению принцип термодинамики. Используя гипотезу Дж. Максвелла о световом давлении, в 1884 теоретически открыл закон теплового излучения, по которому излучаемая энергия абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры тела. Этот закон был экспериментально установлен в 1879 Й. Стефаном (закон Стефана–Больцмана).
На постаменте надгробного памятника Больцману высечена, выведенная им формула: S = к lnW, выражающая статистический смысл второго закона термодинамики.

	07.10.1885–18.11.1962 г. Гениальный датский физик, основатель копенгагенской школы теоретической физики, один из создателей квантовой теории строения атома, которая в 1922 году была отмечена Нобелевской премией. Эта теория в корне противоречила устоявшимся положениям классической физики, поэтому зачастую не находила понимания даже среди маститых ученых. Бор создал квантовую теорию атома водорода (1913 г.), рассчитал спектр атома водорода, показав полное совпадение расчетных данных с эмпирическими. Построил модели атомов других элементов периодической системы (1913–21 гг.), разработав реальную схему формирования электронных конфигураций атомов по мере роста заряда ядра. Связал периодичность свойств элементов с последовательностью построения электронных конфигураций атомов. Обосновал подразделение групп периодической системы на главные и побочные.
У Бора обучалось много молодых талантливых физиков. Секрет своих педагогических успехов он объяснил просто: "Главное, по-моему, чтобы в общении с молодежью мы никогда не боялись кому-нибудь показаться глупыми, никогда и никому не давали готовых рецептов..., чтобы был открыт путь к новым, свежим мыслям". Сэр Эрнест Рутерфорд, президент Королевской Академии и лауреат Нобелевской премии по физике, рассказывал следующую историю, служащую великолепным примером того, что не всегда просто дать единственно правильный ответ на вопрос. Некоторое время назад коллега обратился ко мне за помощью. Он собирался поставить самую низкую оценку по физике одному из своих студентов, в то время как этот студент утверждал, что заслуживает высшего балла. Оба, преподаватель и студент, согласились положиться на суждение третьего лица, незаинтересованного арбитра; выбор пал на меня. Экзаменационный вопрос гласил: "Объясните, каким образом можно измерить высоту здания с помощью барометра". Ответ студента был таким: "Нужно подняться с барометром на крышу здания, спустить барометр вниз на длинной веревке, а затем втянуть его обратно и измерить длину веревки, которая и покажет точную высоту здания". Случай был и впрямь сложный, так как ответ был абсолютно полным и верным! С другой стороны, экзамен был по физике, а ответ имел мало общего с применением знаний в этой области. Я предложил студенту попытаться ответить еще раз. Дав ему шесть минут на подготовку, я предупредил его, что ответ должен демонстрировать знание физических законов. По истечении пяти минут он так и не написал ничего в экзаменационном листе. Я спросил его, сдается ли он, но он заявил, что у него есть несколько решений проблемы, и он просто выбирает лучшее. Заинтересовавшись, я попросил молодого человека приступить к ответу, не дожидаясь истечения отведенного срока. Новый ответ на вопрос гласил: "Поднимитесь с барометром на крышу и бросьте его вниз, замеряя время падения. Затем, используя формулу L = a*t^2/2, вычислите высоту здания". Тут я спросил моего коллегу, преподавателя, доволен ли он этим ответом. Тот, наконец, сдался, признав ответ удовлетворительным. Однако студент упоминал, что знает несколько ответов, и я попросил его открыть их нам. "Есть несколько способов измерить высоту здания с помощью барометра", начал студент. "Например, можно выйти на улицу в солнечный день и измерить высоту барометра и его тени, а также измерить длину тени здания. Затем, решив несложную пропорцию, определить высоту самого здания." "Неплохо", сказал я. "Есть и другие способы?" "Да. Есть очень простой способ, который, уверен, вам понравится. Вы берете барометр в руки и поднимаетесь по лестнице, прикладывая барометр к стене и делая отметки. Сосчитав количество этих отметок и умножив его на размер барометра, вы получите высоту здания. Вполне очевидный метод." "Если вы хотите более сложный способ", продолжал он, "то привяжите к барометру шнурок и, раскачивая его, как маятник, определите величину гравитации у основания здания и на его крыше. Из разницы между этими величинами, в принципе, можно вычислить высоту здания. В этом же случае, привязав к барометру шнурок, вы можете подняться с вашим маятником на крышу и, раскачивая его, вычислить высоту здания по периоду прецессии." "Наконец", заключил он, "среди множества прочих способов решения данной проблемы лучшим, пожалуй, является такой: возьмите барометр с собой, найдите управляющего и скажите ему: "Господин управляющий, у меня есть замечательный барометр. Он ваш, если вы скажете мне высоту этого здания". Тут я спросил студента - неужели он действительно не знал общепринятого решения этой задачи. Он признался, что знал, но сказал при этом, что сыт по горло школой и колледжем, где учителя навязывают ученикам свой способ мышления. Студента этот был Нильс Бор (1885-1962), датский физик, лауреат Нобелевской премии 1922 г.

	11.12.1882 – 05.01.1970 г. Немецкий физик, удостоенный в 1954 г. Нобелевской премии по физике за фундаментальные исследования по квантовой механике. В 1901 поступил в университет Бреслау, где прослушал самые разные курсы. Вскоре увлекся математикой и физикой и провел два летних семестра в университетах Гейдельберга и Цюриха. В 1904 поступил в Гёттингенский университет, где его профессорами были прославленные математики Д.Гильберт, Ф.Клейн и Г. Минковский. В 1905 стал ассистентом Гильберта, в 1907 защитил диссертацию, посвященную теории устойчивости упругих тел. В 1907 г. Борн посещал лекции Дж.Дж.Томсона в Кембридже, а вернувшись в Бреслау, занялся теорией. Ему удалось, соединив идеи Эйнштейна с математическим подходом Минковского, создать упрощенный метод вычисления массы электрона. По приглашению Минковского он вернулся в Гёттинген, где занялся исследованиями свойств кристаллов и совместно с Т. фон Карманом разработал точную теорию зависимости теплоемкости от температуры, до сих пор являющуюся основой физики кристаллического состояния. В 1915 Борн стал ассистент-профессором теоретической физики у М.Планка в Берлинском университете.
В 1926 Борн со своим ассистентом В.Гейзенбергом и студентом П.Иорданом разработал математическое обоснование квантовой механики, а затем ему удалось дать статистическую интерпретацию волновой функции, введенной Э.Шрёдингером, и показать, что квадрат ее амплитуды равен вероятности нахождения частицы в данной точке. Борн также разработал метод решения квантовомеханических задач о столкновениях частиц (борновское приближение), оказавшийся крайне важным для физики высоких энергий; ввел (совместно с Н.Винером) понятие оператора в квантовой механике; в 1927 разработал (совместно с Р.Оппенгеймером) теорию строения двухатомных молекул. Помимо Нобелевской премии, Борн был награжден медалью Макса Планка Германского физического общества (1948), медалью Хьюза Лондонского королевского общества и др.; он являлся членом многих научных обществ и академий.

	31.03.1890–01.07.1971 г. Английский физик. Сын В. Г. Брэгга. Исследования Брэггов показали, что кристаллы хлористого натрия состоят не из молекул, а из определенным образом расположенных ионов натрия и ионов хлора (ион – заряженный атом). В кристалле нет молекул хлористого натрия. Тем самым было установлено различие между молекулярными соединениями (кристаллы которых состоят из молекул) и ионными соединениями (кристаллы которых состоят из определенным образом расположенных ионов), что имело огромное значение и позволило ученым гораздо глубже понять поведение растворов. Работая совместно, Брэгги свели к 1914 рентгеновский анализ простых материалов к стандартной процедуре. В этом же году Брегг был избран членом ученого совета и лектором Тринити-колледжа.
Работа, проделанная Браггом и его отцом в 1912–14, заложила основы современной рентгеновской кристаллографии. Анализ рентгеновских дифракционных картин служит мощным инструментом для минералогов, металлургов, керамистов и других исследователей, имеющих дело с атомной структурой материалов. Этот метод также позволил ученым определить строение очень сложных молекул, что вызвало к жизни целую область молекулярной биологии. В 1915 г. Брегг вместе со своим отцом был награжден Нобелевской премией «за заслуги в исследовании структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей».