Опубліковано: 2020-04-24
ТЕМА: ВПЛИВ ФІЗИКИ НА СУСПІЛЬНИЙ РОЗВИТОК ТА НАУКОВО-ТЕХНІЧНИЙ ПРОГРЕС
Увесь навколишній простір заповнений радіохвилями, які приходять до нас не тільки від радіо – і телевізійних станцій, а й з космосу – від галактик і квазарів. На протязі мільйонів і мільярдів років, вдень і вночі. Проте ще 150 років тому ніхто про них нічого не знав, – крім однієї людини – Джеймса Клерка Максвела, який відкрив існування електромагнітних хвиль.
Від відкриття – до практичного застосування
Радіомовлення, як ми його тепер розуміємо, існує вже біля 100 років. Таким чином, інопланетні цивілізації, які здатні прийняти радіопередачі земних радіостанцій, повинні знаходяться від нас на відстані, не більшій, ніж 100 світлових років. Ті, що мешкають далі – навіть не підозрюють про наше існування! Це не так вже й далеко, саме на такій відстані потужні телескопи можуть встановити наявність у зорі планет.
Цьому радіоприймачу усього 60 років
Насправді, радіозв’язок здійснюється досить складним способом через систему ретрансляторів, телевізійних супутників і волоконно-оптичних ліній.
Цілком можливо, що в природі існують способи телекомунікації набагато кращі і надійніші, ніж радіохвилі, але ми нічого про них не знаємо.
Усього 50 років назад телевізор міг прийняти максимум 12 телевізійних каналів, а реально їх було не більше шести, і якість зображення була не найкраща. Самі телевізійні приймачі були громіздкими, а розміри екранів – маленькими.
Порівняйте з сьогоднішніми можливостями – тисячі каналів, зображення високої чіткості, 3D-зображення, можливість прийняти сигнал навіть на кишеньковий прилад через Інтернет.
Цьому телевізору – 50 років
Прискорення технічного прогресу
Щоб теоретичні знання втілилися в створення парової машини, знадобилося біля 100 років. Шлях радіо – від ідеї до широкого вжитку – також зайняв близько 100 років, фотографії – 110 років. В останні 20 років спостерігається небувале прискорення технічного і технологічного прогресу. Мобільні телефони системи 3G айфони, планшети.
В галузі фотографії сталася справжня революція. Відбувся спочатку перехід до машинного друку фотографій, а згодом – до створення цифрових фотоапаратів і цифрових зображень (мал. 39.1). А ще не так давно фахівці сперечалися, чи вистачить наявних у світі запасів срібла для виготовлення фотоплівок! Основою нових технологій є мікроелектроніка і дослідження в галузі напівпровідникових матеріалів.
Мал. 39.1. Стрімкий перехід від плівок до “цифри”
Можливості нанотехнологій
Інженерів давно будоражить ідея про космічний ліфт – трос, який зв’яже наземну станцію з геостаціонарним супутником (мал. 39.2) і замінить дорогі ракети. По цьому тросу, довжиною 36 000 км буде їздити ліфт, який возитиме вантажі на космічну станцію. Донедавна ця ідея відносилася до розряду фантастичних, оскільки сталевий трос рветься під власною вагою вже при довжині 6 км.
Поява у 1991 році вуглецевих нанотрубок (мал. 39.3) надала винахідникам оптимізму. Новий матеріал втричі легший і в 120 разів міцніший за сталь. Сьогодні нанотрос діаметром 1 мм здатний витримати вантаж 10 т і це не межа.
Багато лабораторій цілеспрямовано створюють матеріали з наперед заданими властивостями, і ця галузь науки набуває промислового розмаху.
Ще один дивовижний матеріал створено зовсім недавно – аерогель (мал. 39.4). Цей матеріал міцніший за цеглу і майже такий за густиною, як повітря. Він дуже погано проводить тепло і його можна буде використовувати як ідеальний теплоізолятор.
Мал. 39.2. Космічний ліфт
Мал. 39.3. Вуглецеві нанотрубки набагато легші і міцніші за сталь
Мал. 39.4. Аерогель має густину, як у повітря і міцність цегли
Роботизація виробництва
В останні десятиріччя відбувається бурхливий розвиток нових галузей механіки, зокрема – робототехніки. Наприклад, сучасне виробництво автомобілів майже повністю роботизоване (мал. 39.5).
Мал. 39.5. Роботи звільнили людей від важкої та одноманітної праці
Багато лабораторій і компаній інтенсивно працюють над створенням роботів, які можуть ходити і самостійно навчатися. Роботи звільнили людей від важкої та одноманітної праці.
З’являється все більше заводів, де можна побачити тільки поодиноких інженерів і техніків, які зайняті, в основному творчою роботою. Підвищиласяякість продукції, адже роботи не помиляються.
Поява машин зі штучним інтелектом веде до створення надійних систем управління. Вже з’явилися автомобілі, які їздять без водія, а комп’ютерні програми давно обігрують гросмейстерів. Інженери створюють роботів, які досліджують інші планети, управляються на відстані і можуть проводити самостійні дослідження (мал. 39.6).
Мал. 39.6.
Розвиток досліджень Історики помітили, що більшість відкриттів було зроблено не через безпосередню практичну необхідність, а просто з цікавості.
Насправді відбувається постійна взаємодія між розвитком науки і її застосуванням на практиці. Без конструкторського бюро Антонова не було б унас таких літаків, а без великого бажання літати – не було б конструкторів.
Україна має значні досягнення в розвитку як практичної так і теоретичної механіки. В нас будують найбільші в Європі та світі літаки (мал. 39.7), космічні ракети, оптичні та радіотелескопи, теплові, атомні та гідроелектростанції.
Складність створених машин та механізмів вражає уяву (мал. 39.8). Ці галузі науки і техніки потребують великої кількості наукових та інженерних кадрів, які здатні придумати щось нове.
Марсохід
Мал. 39.7. Щоб чогось досягти – потрібно мріяти
Мал. 39.8. Турбореактивний двигун сучасного літака містить біля 6000 високотехнологічних деталей
Технічний і науковий прогрес потребує нових ідей
Класична механіка, створена більш як 300 років тому Ісаком Ньютоном, з її абсолютним і непохитним простором і часом в 1905 році зазнала драматичних випробувань з боку нової механіки Альберта Ейнштейна, в якій часом можна керувати, сповільнюючи його майже до нуля при великих швидкостях. Це відкрило принципову можливість мандрівок у майбутнє, і справа тільки за технічним втіленням висновків теорії відносності.
Проте у теорії Ейнштейна є фундаментальне обмеження, яке вже 100 років не дає спокою любителям науки і науковцям – швидкості світла у вакуумі не може досягти ні один об’єкт, крім світла. Але це не спинило американського фізика українського походження Олексу-Мирона Біланюка, який створив теорію “тахіонів” – частинок, що можуть рухатися зі швидкістю більшою, ніж світлова. І хоча покищо існування цих частинок не підтверджене експериментами, не виключено, що саме хто-небудь з вас це зробить.
Мал. 39.9. М’яка посадка робота-дослідника на Марс
Сучасний стан фізичної науки. Колайдер
В ЦЕРНі на кордоні між Швейцарією і Францією недалеко від м. Женева знаходиться найбільший і найдорожчий на сьогодні фізичний прилад, побудований для дослідження глибинних властивостей матерії. Ця унікальна машина працює за найновішими технологіями. В кільцевому тунелі довжиною майже 27 км і розташованому на середній глибині 100 м знаходяться дві трубки (рис. 39.10), всередині яких рухаються назустріч один одному два пучки протонів. Вакуум у трубках у 10 разів глибший, ніж у космосі.
Мал. 39.10. М’яка посадка робота-дослідника на Марс
Протони утримуються на коловій орбіті 9500 надпровідними магнітами, обмотки яких охолоджені до температури -271°C.
По трубах, в яких знаходяться надпровідні кабелі тече рідкий гелій, який знаходиться у надтекучому стані, а струм у кабелі становить близько 12 000 А (двигуни тролейбуса чи трамвая споживають 200-300 А).
Протони в кількості дві мільярдні долі грама прискорюються на протязі десяти годин до швидкості, яка складає 99,9999991 % від швидкості світла. Кільце прискорювача протони проходять 11000 разів за секунду. В результаті ця мізерна за масою кількість частинок набуває енергії, яку має швидкісний потяг масою 140 тонн на швидкості 150 км/год. (мал. 39.11).
Для установки CMS, збудованої для вивчення протон-протонних зіткнень і пошуку бозона Хіггса, харківський Інститут монокристалів створив 22 тисячі детекторів з радіаційно стійкої пластмаси. Крім того, Україна поставляє залізо для магнітів і унікальні кристали.
Мал. 39.11. Цей 140-тонний потяг на швидкості 150 км/год. має таку саму енергію, як дві мільярдні долі грама протонів, розігнаних майже до швидкості світла
За допомогою колайдера вчені вже сьогодні отримують і зберігають антиречовину (антиводень), вчаться лікувати рак за допомогою протонів і антипротонів, відкрили частинку Хігса (6 липня 2012 р.), намагаються зрозуміти природу темної матерії і темної маси.
