Наука и техника: прошлое и настоящее

Памятные даты

3 февраля. 160 лет тому назад родился русский физик Пётр Алексеевич Зилов. Окончил (1873) Московский университет, специализировался (1874–1877) в Гейдельбергском и Берлинском университетах, преподавал физику в Московском техническом училище (1877–1884), в Варшавском университете. Был попечителем Киевского учебного округа (1905–1912). Впервые измерил (1877) диэлектрическую проницаемость ряда жидкостей двумя методами и доказал справедливость для них одного из важнейших выводов теории электромагнитного поля: ε = n². Первый метод был основан на измерении ёмкости конденсатора с помощью баллистического отброса гальванометра. Зарядка и разрядка конденсатора производились с применением равномерно вращающегося переключателя. При этом конденсатор разряжался в каждую единицу времени равное (до 30) число раз. Время разрядки было значительно меньше периода колебания гальванометра, так что отклонение гальванометра при одинаковой разности потенциалов, до которой периодически заряжался конденсатор, служило мерой ёмкости конденсатора. Измеряя ёмкость образцового конденсатора до и после заливки жидкостью, определял диэлектрическую проницаемость жидкости. Идея второго метода принадлежит самому П.А. Зилову. В стеклянном сосуде симметрично размещались четыре электрода из оловянной фольги, причём каждый покрывал часть дна и часть внутренней поверхности стеклянного сосуда. В центре сосуда на тонкой серебряной проволоке висела платиновая стрелка, состоящая из стерженька и двух пластинок в форме части боковой поверхности цилиндра каждая. При подаче разности потенциалов между двумя парами электродов платиновая стрелка поворачивалась, закручивая нить; угол закручивания измерялся методом зеркального отброса. Отношение угла закручивания при заполнении сосуда исследуемой жидкостью к углу закручивания в воздухе полагалось равным диэлектрической проницаемости жидкости. Первые данные о диэлектрической проницаемости ряда неполярных жидкостей были проанализированы в сравнении с показателями преломления света. Показал, что «магнитные среды влияют на электродинамическую индукцию, подобно тому как диэлектрические среды влияют на электростатическую». Результаты обобщил в докторской диссертации «Опытное исследование магнитной поляризации в жидкостях». Эта работа проводилась под руководством А.Г. Столетова в продолжение знаменитого исследования «О функции намагничения мягкого железа». Результат подтвердил основной вывод столетовского исследования: «функция намагничения» (магнитная восприимчивость) не является величиной постоянной, а зависит от напряжённости поля. С 1900 г. издавал журнал «Физическое обозрение», сыгравший большую роль в распространении физических знаний в России.

12 февраля. 225 лет тому назад родился французский физик и химик Пьер Луи Дюлонг. Изучал медицину в Париже, после чего работал химиком в лаборатории К.Л. Бертолле в Политехнической школе. С 1811 г. – профессор химии в Ветеринарной школе в Париже, с 1820 г. – профессор физики в Политехнической школе, с 1830 г. – её директор. Совместно с Д.Ф. Араго определил (1824–1830) давление насыщенного водяного пара при различных температурах (до 224 °С) и выполнил экспериментальную проверку закона Бойля–Мариотта при давлениях до 27 атм. Многие исследования выполнены в сотрудничестве с профессором физики Политехнической школы А.-Т. Пти. Они изобрели катетометр – прибор для измерения вертикального расстояния между двумя точками, которые не лежат на одной вертикали (1816), вывели общую формулу для скорости охлаждения твёрдых тел (1818), установили закон теплоёмкости твёрдых тел (1819): произведение удельных теплоёмкостей простых твёрдых тел на атомную массу образующих элементов есть величина постоянная – в современных единицах примерно 25 Дж/(г · К). Закон Дюлонга–Пти послужил основой метода приближённой оценки атомных масс тяжёлых элементов. Впоследствии он был распространён на жидкости, газы и даже на химические соединения.

13 февраля. 100 лет со дня рождения американского физика Уильяма Брэдфорда Шокли. Родился в Лондоне (Англия). Окончил Калифорнийский технологический институт, работал (1936–1955) в лаборатории фирмы Bell, руководил лабораторией полупроводников фирмы «Бекман Инструментс Инкорпорейшн» (1955–1958), был президентом «Шокли Транзистор Корпорейшн» (1958–1960) и директором «Шокли Транзистор» (1960–1963). Профессор Стэнфордского университета (1963–1975). Занимался исследованиями по физике твёрдого тела и выдвинул (1939) план разработки твердотельных усилителей как альтернативы вакуумным электронным лампам. Во время Второй мировой войны работал над военными проектами: разрабатывал электронное оборудование полевой радарной станции фирмы Bell, исполнял обязанности директора по науке группы по исследованию противолодочных операций (1942–1944), был консультантом при канцелярии военного министра (1944–1945). При нём появилась новая область военных задач – «исследование операций», которые решались научными методами, например, разработка оптимальных схем сбрасывания глубинных бомб при охоте за подводными лодками или выбор оптимального времени и целей для бомбардировочной авиации. В 1945 г. возвратился в лабораторию Bell в качестве директора программы научных исследований по физике твёрдого тела. В его группу вошли физик-теоретик Дж. Бардин и физик-экспериментатор У. Браттейн. Группа возобновила начатые перед войной исследования полупроводниковых материалов. В 1947 г. достигнут первый успех – получен полупроводниковый транзистор. Шокли предложил заменить в нём точечные контакты выпрямляющими переходами между областями p- и n-типов в том же кристалле. Это устройство (плоскостной транзистор) было изготовлено в 1950 г. и, как основа, наиболее широко распространено до сих пор. Последующая миниатюризация, позволившая формировать сотни тысяч транзисторов на миниатюрных кремниевых кристаллах, стимулировала быстрое развитие персональных компьютеров, портативных калькуляторов, сложных средств связи, приборов управления, слуховых аппаратов, медицинских зондов и других электронных устройств. В 1948 г. Шокли обнаружил эффект поля, экспериментально наблюдал дырочную проводимость, исследовал эффекты инжекции носителей заряда. Предложил диффузионный базовый транзистор. Вместе с Дж. Хейнсом непосредственно измерил подвижность и время жизни носителей заряда в германии (опыт Хейнса–Шокли, 1949), с Г. Сулом установил влияние магнитного поля на концентрацию носителей. Построил теорию p–n-перехода, получил уравнение для плотности полного тока в нём и на основе этого предложил p–n–p-транзистор. Предсказал (1951) явление насыщения в полупроводниках и разработал метод определения эффективной массы носителей заряда. В 1956 г. У.-Б. Шокли, Дж. Бардин и У. Браттейн были удостоены Нобелевской премии по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта». Шокли внёс также важный вклад в использование свойств магнитных материалов для банков памяти компьютеров и в развитие электромагнитной теории, изучал энергетические полосы в твёрдых телах, пластические свойства металлов, теорию границ зёрен, порядок и беспорядок в сплавах.

22 февраля. 100 лет со дня рождения советского физика Сергея Леонидовича Мандельштама. Область научных интересов: спектральный анализ, спектроскопия плазмы, внеатмосферная спектроскопия и астрофизика. В работах по физическим основам и экспрессным методам спектрального анализа заложил основы лабораторной и астрофизической плазмы. Создал первый отечественный стилоскоп (универсальный прибор для быстрого визуального качественного и сравнительного количественного анализа наиболее распространённых марок легированных сталей и цветных сплавов по их спектрам излучения). По его инициативе в Институте спектроскопии РАН были начаты работы по созданию малогабаритных спектрометров для анализа металлов и сплавов (1980). Изучал процессы возбуждения спектральных линий и физических характеристик плазмы пламени, дуги и искры. Первым измерил температуру молнии и разработал гидродинамическую теорию искрового разряда. Основное внимание уделял приложению атомной спектроскопии к астрофизическим проблемам. Провёл систематические экспериментальные и теоретические исследования, нацеленные на получение и идентификацию спектров многократно заряженных ионов. Под его руководством и при непосредственном участии выполнено более 30 экспериментов на различных космических аппаратах. Эти исследования позволили понять природу рентгеновского излучения Солнца, определить физические условия в спокойной короне и выяснить характеристики тепловых и нетепловых процессов во время вспышек. В результате этих исследований развито новое направление астрономии – рентгеновская астрономия Солнца.

22 февраля. 225 лет тому назад родился французский физик Жан Шарль Атаназ Пельтье. Вначале он изучал, по настоянию отца, часовое производство, но затем всецело предался науке. Первые работы были по анатомии мозга, но вскоре электричество стало главным предметом его занятий. Наблюдал электрические явления в атмосфере и пытался доказать опытным путём, что Земля представляет собой тело, заряженное отрицательно, тогда как небесное пространство имеет некоторый положительный заряд. Открыл (1834) явление выделения или поглощения тепла при прохождении электрического тока через контакт (спай) двух разнородных проводников – эффект Пельтье (эффект, используемый в холодильниках). Элементы Пельтье используются, если необходимо охлаждение с небольшой разницей температур или если энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, в маленьких автомобильных холодильниках, т. к. применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, а требуемая мощность охлаждения невелика; для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах (достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в ИК-датчиках, для охлаждения и термостатирования диодных лазеров для стабилизации длины волны излучения.

26 февраля. 150 лет тому назад родился русско болгарский физик-экспериментатор Порфирий Иванович Бахметьев (Бахметев). Его отец был крепостным, но ещё до отмены крепостного права смог выкупиться на волю и открыл в городе Сызрани винокуренный завод. Сыну дал по тому времени хорошее образование – городское реальное училище. Затем обучение в Цюрихском университете (1879–1885). В 1890–1907 гг. – профессор Софийского университета, в 1892 г. принял болгарское подданство. Читал лекции в университете Шанявского (Москва, 1913). Основные работы посвящены ферромагнетизму, термоэлектричеству и биофизике. Один из основоположников «дальновидения». Познакомившись с изобретением фотофона А. Белла, предложил (1880) теоретическую модель прибора для передачи изображения на расстоянии (телефотографа). К сожалению, о сохранении каких-либо материалов, связанных с этим изобретением, не заботился. Не сохранился даже текст реферата, в котором учёный изложил его суть. Только через несколько лет он снова вернулся к этой теме и написал статью о своем юношеском увлечении. Аппарат не построил, но первым сформулировал один из фундаментальнейших принципов телевидения – разложение картинки на дискретные элементы для их последовательной отправки на расстояние (независимо от португальца Адриану ди Пайва). Описывал прибор Бахметьев так: «Если в одно прекрасное утро повесить перед этим аппаратом только что отпечатанный номер ״Нового времени״, то по прошествии нескольких секунд во Владивостоке, например, получится фотографическое факсимиле первой страницы этой газеты <…> Недалеко время, когда он будет введён во всеобщее употребление как аппарат, служащий для глаза тем же, чем служит телефон для уха». Механизм действия «телефотографа» и развёртки изображения был изложен им в научном докладе на одном из заседаний общества «Славиа», членами которого были студенты из славянских стран, обучавшиеся в высших учебных заведениях Цюриха. Первым вызвал анабиоз у млекопитающих (летучих мышей). Объединил вокруг себя сторонников анабиоза человека, среди них были даже добровольцы, готовые заморозиться во славу науки. Д.И. Менделеев воевал с ними, убеждал, что заморозка влечёт за собой неминуемую смерть. Бахметьев же разработал термоэлектрический термометр для измерения температуры насекомых и показал, что выход из состояния анабиоза возможен, если тканевые жидкости остаются в переохлаждённом, но жидком состоянии. Автор более 200 работ по физике и биологии, математике, медицине, биометрии, среди которых сочинения «Современные представления о блуждающих электрических токах» (диссертация), «Специальные исследования по термоэлектричеству и магнетизму», «Геометрический микроскоп», «Исследование землеэлектрических сил Болгарии», «Рецепт прожить до XXI века», «Завещание миллиардера: Метод разработки естественных наук в будущем».