Портал:Физика/Хорошая статья
 Деление ядра — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии. (далее…)
|
 Лазер (англ. laser, акроним от англ. light amplification by stimulated emission of radiation — усиление света посредством вынужденного излучения), оптический квантовый генератор — устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. (далее…)
|
|
 Теория струн — направление математической физики, изучающее динамику и взаимодействия не точечных частиц, а одномерных протяжённых объектов, так называемых квантовых струн. Теория струн сочетает в себе идеи квантовой механики и теории относительности, поэтому на её основе, возможно, будет построена будущая теория квантовой гравитации. Теория струн основана на гипотезе, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия возникают в результате колебаний и взаимодействий ультрамикроскопических квантовых струн на масштабах порядка планковской длины 10−35 м. Данный подход, с одной стороны, позволяет избежать таких трудностей квантовой теории поля, как перенормировка, а с другой стороны, приводит к более глубокому взгляду на структуру материи и пространства-времени. (далее…)
|
 Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР-парадокс) — попытка указания на неполноту квантовой механики с помощью мысленного эксперимента, заключающегося в измерении параметров микрообъекта косвенным образом, не оказывая на этот объект непосредственного воздействия. Целью такого косвенного измерения является попытка извлечь больше информации о состоянии микрообъекта, чем даёт квантовомеханическое описание его состояния. Изначально споры вокруг парадокса носили скорее философский характер, связанный с тем, что следует считать элементами физической реальности — считать ли физической реальностью лишь результаты опытов и может ли Вселенная быть разложена на отдельно существующие «элементы реальности», так что каждый из этих элементов имеет своё математическое описание. (далее…)
|
|
 Оптический пинцет (англ. Optical tweezers), иногда «лазерный пинцет» или «оптическая ловушка» — научный прибор, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами с помощью лазерного света (обычно испускаемого лазерным диодом). Он позволяет прикладывать к диэлектрическим объектам силы от фемтоньютонов до наноньютонов и измерять расстояния от нескольких нанометров до микронов. В последние годы оптические пинцеты начали использовать в биофизике для изучения структуры и принципа работы белков. (далее…)
|
 Эквивалентность массы и энергии — физическая концепция, согласно которой масса тела является мерой энергии, заключённой в нём. Энергия тела равна массе тела, умноженной на размерный множитель квадрата скорости света в вакууме:
где E — энергия тела, m — его масса, c — скорость света в вакууме, равная 299 792 458 м/с. (далее…)
|
|
 Адиабати́ческий, или адиаба́тный проце́сс (от др.-греч. ἀδιάβατος — «непроходимый») — термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не получает и не отдаёт тепловой энергии. Серьёзное исследование адиабатических процессов началось в XVIII веке. Адиабатический процесс является частным случаем политропного процесса. Адиабатические процессы обратимы, только тогда, когда в каждый момент времени система остаётся равновесной (например, изменение состояния происходит достаточно медленно) и изменения энтропии не происходит. Некоторые авторы (в частности, Л. Д. Ландау) называли адиабатическими только квазистатические адиабатические процессы. (далее…)
|
 Чёрная дыра́ — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер — гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда. Точный изобретатель термина неизвестен, но само обозначение было популяризовано Джоном Арчибальдом Уилером и впервые публично употреблено в популярной лекции «Наша Вселенная: известное и неизвестное» (англ. Our Universe: the Known and Unknown) 29 декабря 1967 года. Ранее подобные астрофизические объекты называли «сколлапсировавшие звёзды» или «коллапсары» (от англ. collapsed stars), а также «застывшие звёзды» (англ. frozen stars). (далее…)
|
|
 Белые карлики — проэволюционировавшие звёзды с массой, не превышающей предел Чандрасекара (максимальная масса, при которой звезда может существовать как белый карлик), лишённые собственных источников термоядерной энергии. Белые карлики представляют собой компактные звёзды с массами, сравнимыми или большими, чем масса Солнца, но с радиусами в 100 раз меньшими и, соответственно, болометрическими светимостями в ~10 000 раз меньше солнечной. Средняя плотность вещества белых карликов в пределах их фотосфер 105—109 г/см³, что почти в миллион раз выше плотности звёзд главной последовательности. По распространённости белые карлики составляют, по разным оценкам, 3—10 % звёздного населения нашей Галактики. Неопределённость оценки обусловлена трудностью наблюдения удалённых белых карликов из-за их малой светимости. (далее…)
|
 Волоконный лазер — лазер, активная среда и, возможно, резонатор которого являются элементами оптического волокна. При полностью волоконной реализации такой лазер называется цельноволоконным, при комбинированном использовании волоконных и других элементов в конструкции лазера он называется волоконно-дискретным или гибридным. Волоконные лазеры применяются в промышленности для резки металлов и маркировки продукции, сварке и микрообработке металлов, линиях волоконно-оптической связи. Их основными преимуществами являются высокое оптическое качество излучения, небольшие габариты и возможность встраивания в волоконные линии. Существует большое разнообразие конструкций волоконных лазеров, обусловленное спецификой их применения. Для их изготовления широко применяются как резонаторы типа Фабри — Перо, так и кольцевые резонаторы. Специальными методиками можно создать однополяризационные лазеры, лазеры сверхкоротких импульсов и другие. Во всех волоконных лазерах применяются специальные типы оптических волокон, в которые встроены один или несколько волноводов для осуществления оптической накачки. (далее…)
|
|
 Горение — сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света. Светящаяся зона называется фронтом пламени или просто пламенем. Химические реакции горения, как правило, идут по разветвлённо-цепному механизму с прогрессивным самоускорением за счёт выделяющегося в реакции тепла. Особенности горения, отличающие его от других физико-химических процессов с участием окислительно-восстановительных реакций, — это большой тепловой эффект реакции и большая энергия активации, приводящая к сильной зависимости скорости реакции от температуры. Вследствие этого горючая смесь, способная храниться при комнатной температуре неограниченно долго, может воспламениться или взорваться при достижении критической температуры воспламенения (самовоспламенение) или при инициировании внешним источником энергии (вынужденное воспламенение, или зажигание). Если продукты, образующиеся при сгорании исходной смеси в небольшом объёме за короткий промежуток времени, совершают значительную механическую работу и приводят к ударным и тепловым воздействиям на окружающие объекты, то это явление называют взрывом. Процессы горения и взрыва составляют основу для создания огнестрельного оружия, взрывчатых веществ, боеприпасов и различных видов обычных вооружений. Особым видом горения является детонация. (далее…)
|
 Численная относительность (англ. numerical relativity) — область общей теории относительности, которая разрабатывает и использует численные методы и алгоритмы для компьютерного моделирования физических процессов в сильных гравитационных полях, когда необходимо численно решать уравнения Эйнштейна. Основные физические системы, для описания которых необходима численная относительность, относятся к релятивистской астрофизике и включают в себя гравитационный коллапс, нейтронные звёзды, чёрные дыры, гравитационные волны и другие объекты и явления, для адекватного описания которых необходимо обращаться к полной общей теории относительности без обычных приближений слабых полей и малых скоростей (как в постньютоновских разложениях и теории возмущений на фоне точных решений уравнений Эйнштейна). Моделирование в этой области требует специальных численных методов из-за сложности и нелинейности уравнений Эйнштейна (например, гиперболичность и корректность постановки задачи Коши их временно́й эволюции зависит от представления уравнений, а также начальных и граничных условий, а также — для большинства трёхмерных задач — большой вычислительной мощности, доступной лишь современным суперкомпьютерам. На данный момент в численной относительности актуальны исследования в области моделирования релятивистских тесных двойных звёзд и связанных с ними гравитационных волн, а также многие другие математические и астрофизические проблемы. (далее…)
|
|
 Гониометр — класс измерительных приборов для высокоточного измерения углов. Объекты измерения и способы измерения могут быть самыми различными, от конечностей человека до световых потоков. Исторически первые гониометры были вариациями транспортира с одной или несколькими передвижными частями. Позднее и в применении к отдельным областям науки речь идёт о разных приборах, объединённых одним названием и сутью измерения (угол между чем-либо). Само название происходит из сложения др.-греч. γωνία (угол) и μετρέω (измеряю). (далее…)
|
 Детонация (от фр. détoner — «взрываться» и лат. detonare — «греметь») — это режим горения, в котором по веществу распространяется ударная волна, инициирующая химические реакции горения, в свою очередь, поддерживающие движение ударной волны за счёт выделяющегося в экзотермических реакциях тепла. Комплекс, состоящий из ударной волны и зоны экзотермических химических реакций за ней, распространяется по веществу со сверхзвуковой скоростью и называется детонационной волной. Фронт детонационной волны — это поверхность гидродинамического нормального разрыва. (далее…)
|
|
 Идеальный газ — математическая модель газа, в которой в рамках молекулярно-кинетической теории предполагается, что: потенциальной энергией взаимодействия частиц, составляющих газ, можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией; суммарный объём частиц газа пренебрежимо мал; между частицами нет дальнодействующих сил притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги; время взаимодействия между частицами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями. Модель широко применяется для решения задач термодинамики газов и аэрогазодинамики. (далее…)
|
 Ионный двигатель — тип электрического ракетного двигателя, принцип работы которого основан на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Технические характеристики ионного двигателя: потребляемая мощность 1—7 кВт, скорость истечения ионов 20—50 км/с, тяга 20—250 мН, КПД 60—80 %, время непрерывной работы более трёх лет. Рабочим телом, как правило, является ионизированный инертный газ (аргон, ксенон и т. п.), но иногда и ртуть. Достоинством этого типа двигателей является малый расход топлива и продолжительное время функционирования (максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более трёх лет). Недостатком ионного двигателя является ничтожная по сравнению с химическими двигателями тяга. Сфера применения: управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли (некоторые спутники оснащены десятками маломощных ионных двигателей) и использование в качестве главного тягового двигателя небольших автоматических космических станций. (далее…)
|
|
 Момент инерции — скалярная (в общем случае — тензорная) физическая величина, мера инертности во вращательном движении вокруг оси, подобно тому, как масса тела является мерой его инертности в поступательном движении. Характеризуется распределением масс в теле: момент инерции равен сумме произведений элементарных масс на квадрат их расстояний до базового множества (точки, прямой или плоскости). Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): кг·м². Обозначение: I или J. (далее…)
|
Параметризованный постньютоновский формализм (ППН формализм) — это версия постньютоновского формализма, применимая не только к общей теории относительности, но и к другим метрическим теориям гравитации, когда движения тел удовлетворяют принципу эквивалентности Эйнштейна. В таком подходе явно выписываются все возможные зависимости гравитационного поля от распределения материи вплоть до соответствующего порядка обратного квадрата скорости света (точнее, скорости гравитации, при этом обычно ограничиваются первым порядком) и составляется наиболее общее выражение для решения уравнений гравитационного поля и движения материи. Различные теории гравитации при этом предсказывают различные значения коэффициентов — так называемых ППН параметров — в общих выражениях. Это приводит к потенциально наблюдаемым эффектам, экспериментальные ограничения на величину которых приводят к ограничениям на ППН параметры, и соответственно — к ограничениям на теории гравитации, их предсказывающие. Можно сказать, что ППН параметры описывают различия между ньютоновой и описываемой теорией гравитации. ППН формализм применим когда гравитационные поля слабы, а скорости движения формирующих их тел малы по сравнению со скоростью света (точнее, скоростью гравитации) — каноническими примерами применения являются движение Солнечной системы и систем двойных пульсаров. (далее…)
|
|
 Эксперимент Паунда и Ребки — проверка замедления хода времени в поле тяготения (экспериментальное подтверждение существования гравитационного красного смещения), предложенная в 1959 и осуществлённая в 1959—1960 годах сотрудником Гарвардского университета Робертом Паундом и его аспирантом Гленом Ребкой в лабораторном контролируемом эксперименте. Полученное значение в пределах ошибок эксперимента (10 %) блестяще подтвердило принцип эквивалентности и основанную на нём общую теорию относительности Эйнштейна. Позже (в 1964 году) в подобном эксперименте Паунд и Снайдер получили совпадение измеренного и теоретического значений с точностью около 1 %. В 1980 году точность проверки релятивистских предсказаний гравитационного красного смещения была улучшена до 0,007 % в экспериментах Gravity Probe A с водородным мазером в космосе. (далее…)
|
GW151226 — гравитационно-волновой всплеск, обнаруженный гравитационно-волновой обсерваторией LIGO 25 декабря 2015 года по местному времени (в UTC событие произошло 26 декабря 2015 года). 15 июня 2016 года обсерватории LIGO и Virgo сообщили, что они верифицировали сигнал. Также было объявлено, что это второй в мире выявленный сигнал гравитационных волн после GW150914. Анализ показал, что гравитационная волна появилась в результате слияния двух чёрных дыр общей массой 22 солнечных масс на расстоянии около 1,4 млрд световых лет от Земли. Слияние произошло за одну секунду, и за это время энергия, унесённая гравитационными волнами, составила примерно одну массу Солнца. Всплеск GW151226 впервые дал наблюдательные данные по вращению чёрных дыр. Событие позволило более строго проверить теорию относительности и впервые предоставило информацию для оценки распределения чёрных дыр на основе непосредственного наблюдения. (далее…)
|
|
|
Соотношение Майера (уравнение Майера) — это уравнение, связывающее теплоёмкость идеального газа при постоянном давлении с его теплоёмкостью при постоянном объёме. Для газа, взятого в количестве одного моля, соотношение Майера имеет вид: где — универсальная газовая постоянная, — молярная теплоёмкость при постоянном давлении, — молярная теплоёмкость при постоянном объёме. Это соотношение впервые было обосновано в 1842 году немецким исследователем Юлиусом Робертом Майером, а более подробно и доказательно — в его научной публикации 1845 года «Органическое движение в его связи с обменом веществ» (нем. Die organische Bewegung im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel). (далее…)
|
Соотношения Бриджмена представляют собой базовый набор уравнений для термодинамических производных. Носят имя американского физика Перси Уильямса Бриджмена. Соотношения связывают термодинамические величины: температуру, Т, давление, Р, объем, V, энтропию, S и четыре наиболее распространенных термодинамических потенциала. Для простой системы, в которой число частиц постоянно, уравнения Бриджмена выражают все термодинамические производные (то есть первые и вторые производные термодинамических потенциалов), через P, T, V, S, а также через три термодинамические характеристики среды. (далее…)
|
|
 Соотношения Максвелла (термодинамические уравнения Максвелла) — тождественные соотношения между производными термодинамических величин. Являются следствием математического тождества — равенства смешанных производных термодинамического потенциала. Соотношения используются при выполнении математических выкладок с целью преобразования термодинамических формул. Они существенно расширяют аппарат термодинамики, так как позволяют выразить трудноизмеримые или вообще не допускающие прямое измерение термодинамические величины (как, например, энтропия или химический потенциал) через экспериментально измеримые. Введены в термодинамику в 1871 году Джеймсом Клерком Максвеллом и носят его имя. (далее…)
|
 Закон Бернулли (также уравнение Бернулли, теорема Бернулли или интеграл Бернулли) является результатом интегрирования уравнений гидродинамики вдоль линии тока для стационарного потока идеальной жидкости (то есть без вязкости и теплопроводности). Закон утверждает, что, если вдоль линии тока давление возрастает, то скорость течения убывает, и наоборот. Было получено в 1738 году Даниилом Бернулли, с именем которого обычно связывают интеграл Бернулли. В современном виде интеграл был опубликован Иоганном Бернулли около 1742 года. (далее…)
|
|
 Снежинка — отдельный снежный или ледяной кристалл, выпадающий из облаков в виде атмосферных осадков с размерами от долей до нескольких миллиметров. Их формирование в атмосфере связано с процессами конденсации и кристаллизации из воздуха водяного пара. В течение столетий снежинки вызывали как любопытство обывателей, так и академический интерес научного сообщества благодаря своим эстетическим качествам, сложным геометрическим формам и свойствам симметрии. (далее…)
|
 Формула Планка (закон Планка) — формула, описывающая спектральную плотность излучения, которое создаётся абсолютно чёрным телом определённой температуры. Формула была открыта Максом Планком в 1900 году и названа по его фамилии. Её открытие сопровождалось появлением гипотезы о том, что энергия может принимать только дискретные значения. Эта гипотеза некоторое время после открытия не считалась значимой, но, как принято считать, дала рождение квантовой физике. (далее…)
|
|
 Кра́сное смеще́ние в астрофизике — явление, при котором длина волны электромагнитного излучения для наблюдателя увеличивается относительно длины волны излучения, испущенного источником. Также красным смещением называется безразмерная величина, которая характеризует изменение длины волны при данном явлении. Красное смещение может быть вызвано тремя причинами: оно может быть доплеровским, гравитационным и космологическим, но несмотря на разную природу, во всех трёх случаях красное смещение внешне проявляется одинаковым образом. Обратное явление — уменьшение наблюдаемой длины волны, имеющее ту же природу, — называется синим смещением. Наблюдение красных смещений широко используется в астрономии, так как позволяет получать информацию о движении небесных тел и других их свойствах. Особенно важны красные смещения для космологии. (далее…)
|
 Тео́рия пласти́н — раздел теории упругости, в котором рассматриваются упругие тела с толщиной много меньше, чем остальные геометрические размеры. Сведение трёхмерной задачи теории упругости к двумерной и её решение являются основными темами теории пластин. Общий вопрос теории заключается в нахождении уравнений, отвечающих за связи между деформациями и напряжениями при различных допущениях. В случае тонких пластин и малых прогибов применяют теорию Кирхгофа — Лява. Большие прогибы тонких пластин описываются уравнениями Фёппля — фон Кармана. Для упругих свойств толстых пластин применяют теорию Миндлина. Исторически теория пластин развивалась в связи с многочисленными практическими применениями в строительстве, а позже — в кораблестроении и самолётостроении, где важны расчёты на прочность В общем случае теория пластин строится на выводе уравнений для совместности деформаций, уравнений равновесия, указания материальных соотношений теории упругости и заданием граничных условий. Современная трактовка уравнений теории пластин основывается на вариационных принципах. Если задача имеет высокую симметрию, то уравнения теории пластин принимают упрощённый вид. В целом теория пластин в её оригинальной аналитической формулировке теряет актуальность; в настоящее время используют численные методы для расчёта пластин, среди которых наибольшей распространённостью пользуются методы конечных элементов. (далее…)
|
|
 Фи́зика конденси́рованного состоя́ния (от англ. condensed matter physics) — область физики, которая занимается исследованиями макроскопических и микроскопических свойств вещества (материи). В частности, это касается «конденсированных» фаз, которые появляются всякий раз, когда число составляющих вещество компонент (атомов, молекул, квазичастиц) в системе чрезвычайно велико и взаимодействия между компонентами сильны. Наиболее знакомыми примерами конденсированных фаз являются твёрдые вещества и жидкости, которые возникают из-за взаимодействия между атомами. Физика конденсированных сред стремится понять и предсказать поведение этих фаз, используя физические законы. В частности, они включают законы квантовой механики, электромагнетизма и статистической механики. Помимо твёрдых и жидких фаз, существуют более экзотические конденсированные фазы такие как сверхпроводящая фаза, встречающаяся в некоторых материалах при низкой температуре, ферромагнитная и антиферромагнитная фазы, состоящие из электронных спинов атомов кристаллических решёток, и конденсат Бозе — Эйнштейна, обнаруженный в ультрахолодных атомных системах. Изучение физики конденсированного состояния включает измерение различных свойств материала с помощью экспериментальных зондов, а также использование методов теоретической физики для разработки математических моделей, помогающих понять физическое поведение систем. (далее…)
|
_C.jpg) Опыт Ву — эксперимент в области физики элементарных частиц и ядерной физики, проведённый в 1956 году китайским и американским физиком Ву Цзяньсюн в сотрудничестве с Лабораторией низких температур Национального бюро стандартов США. Целью опыта было установить, сохраняется ли пространственная чётность (P-чётность), которая ранее была установлена в электромагнитных и сильных взаимодействиях, также и для слабого взаимодействия. Если бы P-чётность была истинной сохраняющейся величиной, то зеркальная версия мира (где левое заменяется на правое, а правое — на левое) вела бы себя, как зеркальное отображение настоящего мира. Если бы P-чётность была нарушена, можно было бы различать зеркальную версию мира и зеркальное отображение настоящего мира. Опыт состоял в наблюдении распределения направлений вылета электронов из ядер кобальта-60 при бета-распаде в условиях очень низкой температуры и сильного магнитного поля и позволил обнаружить асимметрию распределения бета-частиц, вылетающих из источника. Результаты опыта показали, что сохранение пространственной чётности нарушается из-за слабого взаимодействия, что приводит к возможности оперативно определять левое и правое без привязки к макрообъектам реального мира. Этот результат был неожиданным для физического сообщества, которое раньше считало чётность сохраняющейся величиной. Ли Чжэндао и Янг Чжэньнин, физики-теоретики, которые положили начало идее несохранения чётности и предложили этот эксперимент, получили за свою теоретическую работу Нобелевскую премию по физике 1957 года. Роль Ву Цзяньсюн в открытии была упомянута в нобелевской речи, но не была отмечена вплоть до 1978 года, когда ей впервые присудили премию Вольфа. (далее…)
|
|
 Опыт Физо провёл Ипполит Физо в 1851 году для измерения относительной скорости света в движущейся воде. Физо использовал специальный интерферометр для измерения влияния движения среды на скорость света. Согласно теории, преобладавшей в то время, проходящий через движущуюся среду свет будет увлекаться этой средой таким образом, что измеренная скорость света будет простой суммой его скорости внутри среды и скорости среды. Физо действительно обнаружил эффект увлечения, но наблюдаемая величина эффекта была намного меньше, чем ожидалось. Когда он повторил эксперимент с воздухом вместо воды, то не заметил никакого эффекта. Его результаты, как казалось, подтверждали гипотезу Огюстена Френеля о частичном увлечении эфира средой, что привело в замешательство большинство физиков. Прошло более полувека, прежде чем появилось удовлетворительное объяснение неожиданного результата Физо в рамках специальной теории относительности Альберта Эйнштейна. Позднее Эйнштейн указал на важность для специальной теории относительности этого эксперимента, являющегося демонстрацией релятивистской формулы сложения скоростей. (далее…)
|
 Эксперимент Гейгера — Марсдена или опыт Резерфорда — серия опытов, инициированная Эрнестом Резерфордом, проведённая между 1909 и 1913 годами Хансом Гейгером и Эрнстом Марсденом и ставшая решающим доказательством планетарной модели атома. Исследователи обнаружили отклонение альфа-частиц на большие углы при их прохождении через тонкую золотую фольгу. На углы более 90° рассеивалась только одна из 8000 альфа-частиц, иногда наблюдалось обратное рассеяние альфа-частиц. Господствующая в то время модель атома Томсона не могла объяснить парадоксальные результаты этих экспериментов, так как вероятность рассеяния на большие углы в этой модели должна была быть порядка 10−3500. Для объяснения рассеяния альфа-частиц на большие углы Резерфорд в своей знаменитой статье, опубликованной в 1911 году, предложил новую планетарную модель атома, в которой почти вся масса атома сосредоточена в крохотном по сравнению с размерами атома сверхплотном ядре. По результатам обработки статистики рассеяний он в этой же статье привёл результаты расчётов размера ядра атома золота; его результат всего на 20 % отличается от современного значения. Последний эксперимент 1913 года имел весьма важное значение для физики, так как впервые подтвердил гипотезу существования атомного ядра, что привело к дальнейшему развитию планетарной модели атома. (далее…)
|
|
 Опыт Милликена или эксперимент с каплей масла — важный эксперимент по определению электрического заряда электрона, названный в честь американского физика Роберта Эндрюса Милликена, который провёл этот опыт совместно с Харви Флетчером[англ.] в 1909 году. Милликен усовершенствовал опыт в 1913 году и в 1923 году получил Нобелевскую премию по физике. Эксперимент состоял в создании капель масла с помощью распылителя и наблюдении за их поведением в электрическом поле. Некоторые из капель были электрически заряжены в результате захвата ионов после облучения воздуха рентгеновским излучением, так что, задав соответствующее значение электрического поля, можно было управлять вертикальным движением капель. Измеряя напряжённость электрического поля, необходимого для противодействия силе тяжести и зная массу капель, которую можно вычислить, измеряя скорость их свободного падения в воздухе, Милликен заметил, что значения электрических зарядов капель всегда были целыми числами, кратными фиксированной величине, которая была отождествлена с элементарным зарядом. Полученное значение составило e = −1,5924(17) × 10−19 Кл, всего на 0,62 % ниже принятого в настоящее время значения e = −1,602… × 10−19 Кл. (далее…)
|
 Сла́бая локализа́ция (англ. weak localization) — совокупность явлений, обусловленных эффектом квантово-механической интерференции электронов в слабо разупорядоченных материалах с металлическим типом проводимости. Явления слабой локализации являются универсальными и проявляются в любых неупорядоченных проводниках — в металлическом стекле, тонких металлических плёнках, системах с двумерным электронным газом и тому подобными. Причиной слабой локализации служит изменение скорости диффузии электронов благодаря интерференции электронных волн, многократно рассеивающихся на дефектах кристаллической решётки. При низких температурах, когда сопротивление проводника определяется преимущественно рассеянием на случайном потенциале, создаваемом дефектами, интерференция приводит к квантовым поправкам в классической электропроводности. Экспериментально слабая локализация проявляется в явлении отрицательного магнетосопротивления, нехарактерной для металлов температурной зависимости электрического сопротивления при низких температурах, универсальных флуктуациях проводимости в мезоскопических образцах и так далее. Происхождение термина «слабая локализация» связано с тем, что интерференционные явления можно интерпретировать как предвестник андерсоновского перехода металл-диэлектрик, когда при достаточно сильном уровне беспорядка происходит полная локализация электронов. (далее…)
|
|
 Спектральная линия — узкий участок спектра электромагнитного излучения, где интенсивность излучения усилена или ослаблена по сравнению с соседними областями спектра. В первом случае линия называется эмиссионной линией, во втором — линией поглощения. Положение линии в спектре обычно задаётся длиной волны, частотой или энергией фотона. Чаще всего спектральные линии возникают при переходах между дискретными уровнями энергии в квантовых системах: молекулах, атомах и ионах, а также атомных ядрах. У каждого химического элемента атомы и ионы имеют собственную структуру энергетических уровней, набор спектральных линий у них уникален, а значит, по спектральным линиям можно определять присутствие и количественное содержание тех или иных химических элементов в исследуемом объекте. Спектральные линии имеют малую ширину, но они не монохромны. Распределение интенсивности излучения в линии называется профилем, или контуром, спектральной линии, вид которого зависит от множества факторов, называемых механизмами уширения. Среди них — естественная ширина спектральной линии, доплеровское уширение и другие эффекты. Спектральные линии наблюдаются во всех диапазонах электромагнитного излучения: от гамма-лучей до радиоволн, причём линии в разных диапазонах обусловлены различными процессами: например, линии атомных ядер попадают в гамма- и рентгеновский диапазоны, а различные линии молекул — в основном в инфракрасный и радиоволновой диапазоны. Профили и характеристики спектральных линий содержат различную информацию об условиях среды, где они возникли. (далее…)
|
 Первичный нуклеосинтез — совокупность процессов, которые привели к образованию химического состава вещества во Вселенной до появления первых звёзд. К началу первичного нуклеосинтеза, через 3 минуты после Большого взрыва, соотношение нейтронов и протонов составляло 1 к 7. Через 20 минут после Большого взрыва первичный нуклеосинтез завершился: в барионной массе Вселенной стали доминировать водород (75% массы) и гелий (25% массы). В меньшем количестве образовались дейтерий, гелий-3 и литий-7, другие же элементы сформировались в незначительном количестве. Наблюдаемое содержание различных элементов достаточно хорошо сходится с теоретически предсказанным, за исключением содержания лития-7. Несмотря на это исключение, считается, что реальная распространённость химических элементов хорошо описывается существующей теорией и свидетельствует о правильности современных представлений о Большом взрыве. (далее…)
|
|
 Профиль (контур) спектральной линии — распределение интенсивности излучения или поглощения в спектральной линии в зависимости от длины волны или частоты. Профиль часто характеризуется шириной на полувысоте и эквивалентной шириной, а его вид и ширина зависят от множества факторов, называемых механизмами уширения. Поскольку чаще всего механизмы уширения, отдельно взятые, создают либо гауссовский, либо лоренцевский профиль, то наблюдаемые профили линий представляют собой их свёртку — фойгтовский профиль, который достаточно хорошо описывает большинство спектральных линий. Однако в некоторых условиях, например, при высоком давлении, могут возникать профили линий сложной асимметричной формы. К механизмам уширения относятся, например, естественное уширение, доплеровское уширение и некоторые другие эффекты. Кроме того, на наблюдаемый профиль линии влияет аппаратная функция используемых приборов: поскольку оптические приборы имеют конечное разрешение, даже достаточно узкая линия всё равно будет иметь некоторую ширину и профиль, называемый инструментальным; зачастую инструментальный профиль и определяет наблюдаемую ширину линии. (далее…)
|
 Проблема солнечных нейтрино, или проблема дефицита солнечных нейтрино, — проблема астрофизики, которая состояла в различии между теоретически предсказанным и наблюдаемым количеством нейтрино, излучаемых Солнцем. Проблема считается решённой: обнаружены нейтринные осцилляции, из-за которых часть электронных нейтрино превращается в нейтрино других типов, ненаблюдаемые в нейтринных детекторах некоторых видов. С учётом осцилляций поток нейтрино всех типов согласуется со значениями, которые предсказываются теорией. Проблема солнечных нейтрино возникла после того, как в 1968 году были опубликованы результаты первого эксперимента по наблюдению этих частиц: тогда было обнаружено, что их приблизительно в три раза меньше, чем предсказывалось теорией. Для решения проблемы выдвигались различные гипотезы: идея о существовании нейтринных осцилляций была выдвинута в том же 1968 году, а экспериментально подтвердилась в 2002 году, что решило проблему солнечных нейтрино. В 2015 году за открытие осцилляций нейтрино Такааки Кадзита и Артур Макдональд были удостоены Нобелевской премии по физике. (далее…)
|
|
 Эксперимент Кавендиша — опыт, проведённый в 1797—1798 годах британским учёным Генри Кавендишем с целью определения средней плотности Земли, что впоследствии позволило вычислить её массу из радиуса Земли, определить массы Луны, Солнца и остальных планет Солнечной системы. Измерения плотности Земли с использованием маятников выполнялись до Кавендиша, но точность этих измерений была недостаточной. Хотя значение универсальной гравитационной постоянной также можно было определить по плотности Земли и в некоторых источниках оно приводится со ссылкой на Кавендиша, в его статье значение указано не было. Кавендиш усовершенствовал устройство, названное крутильными весами, разработанное примерно в 1783 году Джоном Мичеллом, который умер, не сумев завершить предложенный им эксперимент. Результат, полученный Кавендишем, заключался в том, что средняя плотность Земли составляла 5,437 г/см3, что всего на 1,4 % ниже принятого в настоящее время значения 5,515 г/см3. Использование крутильных весов для определения гравитационной постоянной или тестирования закона всемирного тяготения на малых расстояниях происходило и в дальнейшем с использованием всё более точных измерений. (далее…)
|
 Опыт Дэвиссона — Джермера — важный эксперимент, проведённый в 1927 году американскими физиками Клинтоном Джозефом Дэвиссоном и Лестером Хэлбертом Джермером, с помощью которого они показали, что частицы вещества при определённых условиях демонстрируют волновые свойства. Он подтверждает гипотезу о корпускулярно-волновом дуализме, высказанную Луи де Бройлем в 1924 году. Для демонстрации волновой природы частиц, обладающих массой, Дэвиссон и Джермер создали вакуумную колбу с источником электронов, энергией которых можно было управлять электростатическим полем. Эксперимент состоял в бомбардировке монокристалла никеля пучком электронов; на приёмной пластине наблюдалась, как и в случае рентгеновских лучей, картина дифракции на кристаллической решётке с сильным максимумом при определённых напряжении и угле падения. Это явление оказалось в хорошем согласии с длиной волны электронов при данной кинетической энергии и с постоянной решётки никеля, на которой происходила дифракция. Волновая природа объектов с большей массой впоследствии неоднократно подтверждалась в аналогичных экспериментах. (далее…)
|
|
 Шихаллионский эксперимент (англ. Schiehallion experiment) — эксперимент с целью определения средней плотности Земли, проведённый летом 1774 года в районе шотландской горы Шихаллион[англ.] в Пертшире при финансовой поддержке гранта Королевского общества. Эксперимент включал измерение малых отклонений от вертикали подвеса маятника из-за гравитационного притяжения близлежащей горы. Шихаллион считался идеальным местом для эксперимента благодаря своей изоляции и почти симметричной форме. Постановка эксперимента ранее рассматривалась Исааком Ньютоном как практическая демонстрация его теории гравитации, но он выразил сомнения в достаточной точности измерений. Группа учёных, в частности королевский астроном Невил Маскелайн, были убеждены, что эффект можно обнаружить, и Маскелайн взялся за проведение опыта. Угол отклонения зависел от относительных плотностей и объёмов Земли и горы: если можно было определить плотность и объём Шихаллиона, то можно было определить и плотность Земли. Эта величина также даёт приблизительные значения для плотностей других планет, их лун и Солнца, для которых ранее были известны только их соотношения. (далее…)
|
«О квантовотеоретическом истолковании кинематических и механических соотношений» (нем. Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen) — написанная Вернером Гейзенбергом статья, которая появилась в журнале Zeitschrift für Physik в сентябре 1925 года и заложила основу квантовой механики. Статья поступила в редакцию 25 июля 1925 года — этот день может считаться днём рождения современной квантовой теории. Гейзенберг работал над статьёй, выздоравливая от сенной лихорадки на острове Гельголанд и состоя в переписке по этому поводу с Вольфгангом Паули. Когда его спросили, что он думает о рукописи, Паули ответил положительно, но Гейзенберг сказал, что он всё ещё «очень не уверен в этом». В июле 1925 года он отправил рукопись Максу Борну для рецензирования и принятия решения о её публикации. В статье Гейзенберг попытался объяснить уровни энергии одномерного ангармонического осциллятора, избегая конкретных, но ненаблюдаемых представлений электронных орбит, и используя наблюдаемые величины, такие как вероятности перехода для «квантовых скачков», что потребовало использования двух индексов, соответствующих начальному и конечному состояниям. Также в работе появился коммутатор Гейзенберга, его закон умножения, необходимый для описания определённых свойств атомов, посредством чего произведение двух физических величин не коммутирует. Поль Дирак, получивший корректурный экземпляр в августе 1925 года, понял, что закон коммутативности не имел законченного вида и создал алгебраическое выражение тех же результатов в более логической форме. (далее…)
|
|
 Кварк — элементарная частица и фундаментальная составляющая материи. Кварки объединяются в составные частицы, называемые адронами, наиболее стабильными из которых являются протоны и нейтроны, компоненты атомных ядер. Всё обычно наблюдаемое вещество состоит из верхних кварков, нижних кварков и электронов. Из-за явления, известного как удержание цвета, кварки никогда не встречаются изолированно; их можно найти только внутри адронов, которые включают барионы (такие как протоны и нейтроны) и мезоны, или в кварк-глюонной плазме. По этой причине много информации о кварках было получено из наблюдений за адронами. Кварки обладают различными внутренними[англ.] свойствами, включая электрический заряд, массу, цветовой заряд и спин. Это единственные элементарные частицы в Стандартной модели физики элементарных частиц, которые участвуют во всех четырёх фундаментальных взаимодействиях (электромагнитном, гравитационном, сильном и слабом), а также единственные известные частицы, электрические заряды которых не целые числа кратные элементарному заряду. Существует шесть типов кварков, известных как ароматы: верхний, нижний, очарованный, странный, истинный и красивый. У верхних и нижних кварков самые низкие массы среди всех кварков. Более тяжёлые кварки быстро превращаются в верхние и нижние кварки в процессе распада частиц[англ.]: перехода из состояния с большей массой в состояние с меньшей массой. Из-за этого верхние и нижние кварки, как правило, стабильны и наиболее распространены во Вселенной, в то время как странные, очарованные, истинные и красивые кварки могут образовываться только в столкновениях с высокой энергией частиц (например, с участием космических лучей и в ускорителях частиц). Для каждого аромата кварка существует соответствующий тип античастицы, известный как антикварк, который отличается от кварка только тем, что некоторые его свойства (например, электрический заряд) имеют одинаковую величину, но противоположный знак. (далее…)
|
 Магнитные поверхностные уровни — квантовые уровни энергии электронов, совершающих движение по «скачущим» траекториям вдоль поверхности металла, параллельно которой приложено внешнее магнитное поле. Такие траектории, состоящие из идентичных повторяющихся участков, возникают при зеркальном отражении электронов поверхностью проводника. Энергия периодического движения электронов в направлении нормали к поверхности квантуется, образуя систему квантовых уровней, существенно отличающихся от уровней Ландау электронов, находящихся в объеме металла. (далее…)
|
|
 Космологическое уравнение состояния (уравнение состояния космологической модели) — зависимость давления от плотности энергии определённой среды. В космологии принимают, что давление зависит линейно от плотности энергии : Уравнение состояния определяет, как со временем происходит расширение Вселенной и изменение плотности энергии самой среды. Для нерелятивисткого вещества безразмерные коэффициент пропорциональности для излучения и релятивистских частиц Среда с уравнением состояния, для которого приводит к ускорению расширения Вселенной и называется тёмной энергией; наиболее общепринятым вариантом тёмной энергии является космологическая постоянная с (далее…)
|
 Осцилляции Фриделя — периодическое распределение электронной плотности, возникающее при экранировании электрического заряда дефекта в металле или вырожденном полупроводнике. Это квантовый эффект, обусловленный интерференцией электронных волн зарядов, рассеивающихся на дефекте. Двумерные фриделевские осцилляции поверхностных состояний металла могут наблюдаться с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Осцилляции плотности заряда вокруг дефекта названы в честь теоретически предсказавшего их в 1952 году французского физика Жака Фриделя. (далее…)
|
|
 Теорема Ньютона о сферической оболочке — два утверждения, связанных с гравитационным притяжением тонкой сферической оболочки с равномерно распределённой массой. Первая часть теоремы состоит в том, что такая сфера не придаёт ускорения телам, находящимся внутри неё. Вторая часть состоит в том, что такая сфера определённой массы притягивает внешние тела так же, как и материальная точка такой же массы, расположенная в центре сферы. Теорему доказал Исаак Ньютон. Из этой теоремы, в частности, следует, что шары со сферически симметричным распределением массы притягиваются друг к другу так же, как и точечные тела. (далее…)
|
 Квантовый мираж — возникновение проекции электронной структуры, окружающей находящийся на проводящей поверхности атом, размещённый внутри квантового загона. Эффект является следствием когерентного отражения парциальных волн электронов, рассеянных реальным атомом, в результате которого на некотором расстоянии от атома возникает спектральный образ[англ.]. Квантовый загон играет роль резонатора, а двумерные электронные состояния на поверхности металла образуют проекционную среду. В 2000 году квантовый мираж впервые наблюдался в экспериментах Гари Манохарана, Кристофера Луца и Дональда Эйглера в IBM Almaden Research Center. (далее…)
|
|
 Треугольная квантовая яма — одномерная потенциальная яма, ограниченная с одной стороны бесконечно высокой потенциальной стенкой, а с другой — потенциалом, линейно растущим с увеличением координаты. Один из простых профилей потенциала в квантовой механике, допускающих точное решение задачи о нахождении уровней энергии и волновых функций находящейся в яме частицы. Модель треугольной ямы используется, в частности, при исследованиях двумерных систем электронного газа. (далее…)
|
_ring.jpg) Muon g-2 (произносится как «мюон джи минус два») — эксперимент по физике элементарных частиц, который проводится в Фермилабе и ставит своей целью измерение аномального магнитного момента мюона с точностью до 0,14 ppm. Это делает его одним из самых чувствительных тестов предсказаний Стандартной модели. Мюон, как и его более лёгкий аналог — электрон, ведёт себя как крошечный магнит. Параметр, известный как g-фактор, характеризует силу магнита и скорость его вращения во внешнем магнитном поле. Именно эта скорость вращения косвенно измеряется в эксперименте Muon g − 2. Значение g немного превышает 2, что дало название эксперименту. Это отличие от 2 (его «аномальная» часть) вызвано флуктуациями вакуума в ряду теории возмущений квантовой теории поля. Измеряя величину g − 2 с высокой точностью и сравнивая его значение с теорией, физики выяснят, насколько хорошо они согласуются между собой. Отклонение экспериментального значения от предсказаний Стандартной модели указывало бы на существование ещё неоткрытых частиц или неизвестной силы. 9 июля 2023 года коллаборация Muon g-2 завершила набор экспериментальных данных, продолжавшийся шесть лет. Первые результаты, полученные после обработки данных первого года работы, были опубликованы 7 апреля 2021 года. Физики сообщили, что результаты исследований мюонов бросают вызов Стандартной модели и, соответственно, могут потребовать пересмотра существующей модели элементарных частиц. Результаты первых трёх лет сбора данных коллаборация опубликовала в августе 2023 года. Ожидается, что окончательные результаты, основанные на статистике за полные шесть лет измерений, будут представлены в 2025 году. (далее…)
|
|
 Глаз омара (англ. Lobster-eye optics) — схема в рентгеновской оптике, которая имитирует структуру глаза омара и может иметь сверхширокое поле зрения. Применение этой схемы в рентгеновской астрономии позволяет не только наблюдать за заранее выбранными объектами, но и осуществлять непрерывный мониторинг больших областей небесной сферы. Хотя «глаз омара» был предложен ещё в 1970-х годах, он был впервые использован для астрономических наблюдений в миссии Lobster Eye Imager for Astronomy[англ.] (LEIA) на китайском космическом аппарате-демонстраторе технологий SATech‑01, запущенном в 2022 году. По этой же схеме построен широкоугольный рентгеновский телескоп WXT, установленный на запущенной в январе 2024 года космической обсерватории Einstein Probe, созданной Китайской академией наук. Планируется применение «глаза омара» в ряде других проектов космических рентгеновских телескопов. Приборы, построенные по этой схеме, находят применение также в медицине и системах безопасности. (далее…)
|
