Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Отчет по практике студента(ки) 1 курса физического факультета - файл


скачать (470.9 kb.)



Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«САРАТОВСКИЙ национальный исследовательский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО»


УТВЕРЖДАЮ



Зав. кафедрой

Профессор, д.ф.-м.н.

уч. ст., уч. зв.







О.Е. Глухова

подпись, дата




иниц., фамилия


ОТЧЕТ ПО ПРАКТИКЕ


Студента(ки)

1

курса

физического

факультета

наименование факультета

Федюков Данила Эльдарович

фамилия, имя, отчество

Ознакомительная

вид практики

продолжительность 25.06.2020 – 8.07.2020 (2 недели)

сроки практики, количество недель

Руководитель практики




Профессор, д.ф.-м.н.










Г.Н. Тен

должность, уч. ст., уч. зв.




личная подпись, дата




инициалы, фамилия


ДНЕВНИК УЧЕТА РАБОТЫ СТУДЕНТА-ПРАКТИКАНТА

Фамилия _______Федюков________

Имя ___________Данила______________

Отчество __________Эльдарович___________

Курс 1

Группа 121

Направление Радиофизика

Место практики Учебная лаборатория электрорадиотехники

Руководитель практики профессор, д.ф.-м.н. Г.Н. Тен

должность, уч.ст., уч.зв, инициалы, фамилия



№ п/п

Дата

Краткое содержание выполненной работы

Подпись руководителя подразделения

1

25.06.20

Знакомство с историей физического факультета СГУ




2

26.06.20

Знакомство с историей кафедры.




3

27.06.20

Знакомство с научными направлениями кафедры.




4

29.06.20

Получение задания по практике.




5

30.06.20

Работа с литературой.




6

1.07.20

Работа с литературой.




7

2.07.20

Работа с литературой.




8

3.07.20

Работа с литературой.




9

4.07.20

Работа с литературой.




10

6.07.20

Работа с литературой.




11

7.07.20

Написание и оформление отчёта




12

8.07.20

Написание и оформление отчёта




Студент __________________

(подпись)


Руководитель

практики __________________

(подпись)
СПРАВКА (ОТЗЫВ) О РЕЗУЛЬТАТАХ ПРОХОЖДЕНИЯ ПРАКТИКИ

Студент (слушатель)________Федюков Данила Эльдарович____________



(ФИО полностью)

в период с «25» июня 2020 г. по «8» июля 2020 г.

Проходил ознакомительную практику в качестве практиканта

(Вид практики) (Должность)

в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского», физический факультет, кафедра радиотехники и электродинамики.



(полное наименование организации и структурного подразделения)

В период прохождения практики студент(ка) выполнил полностью программу прохождения практики.



За время прохождения практики студент(ка) проявил себя дисциплинированным, аккуратным, пунктуальным, способным к решению вычислительных задач.

(указать соответствие качеств студента требованиям положения и программы организации и прохождения практики: добросовестность, дисциплинированность, аккуратность, пунктуальность, наличие теоретических знаний и т.п.)

По итогам прохождения практики студент получает _______

Руководитель

практики



профессор, д.ф.-м.н. __________________ Тен Г.Н

должность, уч. ст., уч. зв (подпись) расшифровка



« » 20 г.

Отчёт

по вычислительной практике студента 1 курса

Федюков Данила Эльдарович

Цель ознакомительной практики – закрепление и углубление основ теоретической подготовки студента и приобретение им первичных практических навыков и компетенций в сфере профессиональной деятельности.


Задача практики:

  1. Ознакомление с содержанием основных направлений и исследований, выполняемых на кафедре радиотехники и электродинамики.

  2. Закрепление теоретических знаний, полученных при изучении базовых дисциплин.

  3. Приобретение специальных навыков работы с литературой и умения оформлять отчёты.

  4. Умение представления и интерпретации результатов научного исследования.


Задание:

1.​ Рассмотреть один из вопросов, связанных с историей развития радиофизики (в мире, в СССР, в настоящее время в России).

2.​ Представить вклад известного учёного в развитие радиофизики (краткая биография, желательна фотография, описание открытия).

3. Тема из книги Герштейна Г.М. – разобрать, понять и объяснить


Тема 1.

История радиофизики
На мой взгляд, уже давно стоит вопрос выделения истории радиофизики в отдельное направление истории физики. Чтобы это сделать, необходимо определить предмет, цели и методы истории радиофизики, выработать возможные подходы к изучению и раскрыть ее содержание. Подобные исследования до настоящего времени практически не велись. Предметом истории радиофизики является непосредственно история возникновения и дальнейшего развития радиофизики как единой науки, занимающей определенное место в жизни людей и выполняющей в ней определенную роль. Другой вариант рассмотрения истории радиофизики — как процесс эволюции ряда фундаментальных понятий и идей этой науки. Можно выделить следующие три основополагающих аспекта, определяющих предмет истории радиофизики. Во-первых — физический аспект. Для изучения истории радиофизики важно иметь естественнонаучное или техническое образование и владеть определенным запасом знаний в области физики. Во-вторых, это исторический аспект. Необходимо не просто знать, но и уметь использовать методы и принципы истории физики при изучении истории развития основных направлений радиофизических исследований, научных биографий отцов радиофизики и т.д. В-третьих, необходимо иметь в виду социально-культурный аспект истории радиофизики. Здесь следует рассмотреть весомый вклад радиофизики в развитие человеческой цивилизации, Основной целью истории радиофизики, как и любой науки, связанной с историей, является накопление и систематизация научных фактов в контексте определенных социокультурных явлений. К этому нужно добавить изучение процесса развития радиофизической науки. Другой целью истории радиофизики является исследование закономерностей, по которым развивается эта наука. По словам советского радиофизика С. М. Рытова, «Представление об истории физики и об ее творцах позволяет лучше понять эволюцию и борьбу идей, позволяет почувствовать динамику науки, внутреннюю логику ее развития лучше, чем знание только добытых результатов». Развитие радиофизики является сложным, нелинейным процессом. В нем тесно переплетены внутренние («самодвижение» науки - концепция интернализма) и внешние (социально-экономические явления - концепция экстернализма) факторы развития науки. Данные факторы связаны диалектически и обеспечивают эволюцию радиофизики. Необходимо отметить, что развитие есть процесс поочередного явления относительно спокойных (эволюционных) периодов и периодов революционных изменений теорий, понятий, основных принципов и ключевых идей. В эволюционный период радиофизика развивается спокойно. Однако постепенно спокойный этап развития заканчивается, так как постоянно накапливаются новые научные факты и теории, объяснение которых уже не вписывается в каноны устоявшейся парадигмы. Это приводит к крушению старых принципов. Момент перехода науки из нормальной в «экстраординарную» трактуется Т. Куном как революционный переворот. Началом научной революции в радиофизике можно считать создание Максвеллом теории электромагнитного поля. Она возникла еще тогда, когда не существовало экспериментов, опровергающих теорию дальнодействия и указывающих на конечную скорость распространения электромагнитных возмущений. Поэтому данная теория была признана только после экспериментальных исследований Герца с электромагнитными волнами. Тогда гипотеза Максвелла о существовании электромагнитных волн превратилась в теорию электромагнитных волн, а представления Фарадея о существовании электрических и магнитных полей как физической реальности получили эмпирическое подтверждение. Как и любая историческая наука, история радиофизики располагает специфическими методами исследования: исследование источников (первичных и вторичных), моделирование исторически значимых экспериментов, метод интервью, статистический метод, компьютерный метод (в отличие от традиционных учебников и пособий, электронные издания позволяют создавать достаточно большие массивы информации по всему комплексу направлений развития науки). Разумеется, данные методы не могут считаться абсолютно строгими, но с их помощью можно получить наиболее приближенную картину развития науки и ее отдельных отраслей, а также стать основой для прогнозирования дальнейшей эволюции. Одной из важнейших проблем в истории науки является ее периодизация, которая позволяет лучше понять эволюцию основополагающих научных идей и методов, тенденции развития, движущие факторы, поворотные (бифуркационные) моменты, практические применения и социальные последствия. В развитии радиофизики можно выделить три этапа.
1. Этап предыстории радиофизики (середина XIX в. - 1930-е гг.). Здесь речь идет о творцах электромагнитной теории поля (М. Фарадее, Дж. К. Максвелле, Г. Герце, О. Хевисайде, П. Н. Лебедеве, Н. А. Умове, Дж. Г. Пойнтинге и др.), пионерских исследованиях в области электросвязи гениальных дилетантов и ученых (М. Лумис, Д. Хьюз, А. Долбэр, А. Риги, Э. Томсон и др.), основополагающих работах по беспроволочной телеграфии (А. С. Попов, Г. Маркони, К. Ф. Браун и др.).
2. Этап зарождения и становления радиофизики как науки (19301940-е гг.).
3. Этап дифференциации и интеграции радиофизической науки (с 1950-х гг. до настоящего времени). Проникая во многие разделы физики, радиофизика вносит туда, кроме экспериментальной методики, радиофизические представления. Радиофизический язык и терминология все глубже проникают в общефизическую терминологию, создавая весьма удобный и вносящий большую ясность во многие вопросы «интернациональный язык теории колебаний» (формулировка Л. И. Мандельштама), т.е. единый подход ко всем колебательным явлениям.
История физики хранит огромное количество событий и фактов, оказавших влияние на формирование наших представлений об окружающем мире, становление и развитие физической науки. При этом история физики представляет собой не просто хронологически упорядоченный набор фактов, но целостную картину возникновения и развития физических идей. Так как современная физика практически необъятна, целесообразно применить историко-физический подход к какому-то ее разделу и экстраполировать полученные результаты на историю развития всей постнеклассической физики. Такой научной дисциплиной может быть радиофизика. Начнем с обсуждения предмета и методов этой науки.

Радиофизика – раздел физики, охватывающий изучение и использование электромагнитных колебаний и волн радиодиапазона: их возбуждение, распространение, прием и преобразование частоты, а также возникающие при этом взаимодействия электрических и магнитных полей с зарядами в вакууме и в веществе [4]. На шкале электромагнитных волн радиодиапазон занимает интервал частот (длин волн): 104 –1011 Гц (103 –10–4 м), и первоначально радиофизические исследования велись именно в этих границах. Со временем методы радиофизики проникли и в другие диапазоны: от очень низких частот до γ-излучения, а также в область исследований волновых процессов неэлектромагнитной природы (например, в акустику). Радиофизика охватывает различные области науки и техники, современные технологии, производство, здравоохранение, СМИ и культуру современного цивилизованного общества. В ней неразрывно сочетаются научный, технический и гуманитарный потенциалы современной физики [5]. Научный потенциал.



Радиофизика – важнейший источник знаний об окружающем мире. Благодаря появлению таких радиофизических направлений исследований, как радиоспектроскопия, статистическая радиофизика, квантовая радиофизика, микроэлектроника, радиоастрономия и другие был осуществлен стремительный прорыв во многих областях современной науки. Недаром 45 ученых стали лауреатами 21 Нобелевской премии за работы в этой области! Технический потенциал. Расширяя и многократно умножая возможности человека, радиофизика обеспечивает его уверенное продвижение по пути технического прогресса. Радиофизические открытия являются основой технических устройств (мобильная телефония, лазерные технологии, микроэлектронные устройства и т.д.), определяющих жизнь современного общества.

Радиофизические методы используются во многих областях науки и техники (современные средства связи, исследование космоса, медицина, геология, оборонные технологии и т.д.). Гуманитарный потенциал. Изучение истории развития радиофизики показывает, что она вносит весомый вклад в развитие духовного облика человека, формирует его научное мировоззрение, учит ориентироваться в шкале культурных ценностей. Изучение истории становления и развития научных взглядов в области радиофизики способствует глубокому пониманию физической сущности рассматриваемых явлений. Современное общество все больше осознает необходимость формирования у каждого человека целостного научного мировоззрения, которое бы соответствовало последним достижениям фундаментальной науки. Науки о природе развивают менталитет людей, в частности, формируют научный стиль мышления, дефицит которого ощущается в сегодняшнем обществе. Формирование научного стиля мышления невозможно, в частности, без достаточно прочных радиофизических знаний. Рассмотрим характерные особенности современной физики на примере радиофизики. Начнем с междисциплинарности научных исследований, которая предполагает существование взаимосвязи, преемственности, взаимопревращаемости различных объектов, изучаемых в естественных науках. В современной радиофизике междисциплинарность проявляется весьма активно. В качестве примера можно привести томографию, которая одновременно является разделом современной радиофизики, одним из основных методов неинвазивной диагностики и отдельным направлением в области получения и обработки информации. Томографические методы применяют в радиолокации и оптике, в медицине и физиологии, в геофизике и химии, астрономии и исследовании атмосферы и т.д. Радиофизика играет ведущую роль в разработке и совершенствовании методологии современного физического эксперимента. Анализ этого вопроса свидетельствует об универсальности радиофизических методов – возможности их применения в различных областях науки и техники. В этом отношении радиофизика представляет собой многоликую научную дисциплину, которая сама развивает собственные методы и «экспортирует» их в другие области знаний. Широкое применение методов вычислительной математики в научных исследованиях кардинально изменило получение и обработку их результатов. Компьютерные технологии становятся неотъемлемой частью любых физических исследований. Не следует забывать, что именно радиофизические изобретения (транзисторы, интегральные схемы, гетероструктуры, устройства на квантовых точках и др.) стали предвестниками наступления компьютерной эры и способствовали формированию информационного общества XXI в. Усложнение экспериментальной базы. Выдающиеся успехи физики получены с помощью сложных инженерных устройств, действие которых часто основано на недавно открытых физических явлениях, не в последнюю очередь радиофизических. Так, применение методов лазерного охлаждения атомов позволило глубже понять взаимодействие лазерного излучения с веществом и квантовомеханическое поведение газов при сверхнизких температурах. Развитие техники фазированной антенной решетки (ФАР) позволило решить проблемы СВЧ-микроэлектроники как основы микроминиатюризации СВЧ-компонентов и обеспечения их массового производства. Индустриализация современных физических исследований приобретает в настоящее время космическое ускорение. Фактически сейчас в макро-, микро- и мегафизике значимые результаты исследований удается получить только с помощью сложнейших индустриальных установок, в которых всегда присутствует весомая радиофизическая составляющая. В качестве примеров можно привести ряд уникальных радиофизических установок: спутник «COBE», радиотелескоп Аресибо, систему апертурного синтеза VLA и др. Международная научная кооперация проявляется в том, что в настоящее время практически все крупные научные проекты строятся при финансовой поддержке нескольких государств. Так, в России находится в стадии разработки международный проект «Радиоастрон». В нем предусматривается запуск на эллиптическую орбиту с периодом около 9,5 суток и максимальным удалением от Земли 350 тыс. км 10-метрового космического радиотелескопа. В проекте участвуют обсерватории США, Канады, европейских государств, Китая, Индии и Австралии. Все вышесказанное позволяет говорить о радиофизике как об одном из наиболее бурно развивающихся направлений в физике и о краеугольном камне современной фундаментальной науки. Однако история этой научной дисциплины исследована явно недостаточно. Отметим, что радиофизика изобилует не только значительными открытиями, но также рядом уникальных научных школ, возглавляемых выдающимися учеными. Так, благодаря работам научных школ Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси, М. А. Леонтовича, Е. К. Завойского и других отечественная радиофизика добилась впечатляющих успехов. История радиофизики как наука На наш взгляд, уже давно назрела необходимость выделить историю радиофизики в отдельное направление истории физики. Для этого следует определить предмет, цели и методы истории радиофизики, выработать возможные подходы к ее изучению, раскрыть содержание этой науки. Исследования подобного рода до настоящего времени практически не проводились. Предметом истории радиофизики является история возникновения и развития радиофизики как единой науки, занимающей определенное место в общественной жизни людей и выполняющей в ней определенную роль. Историю радиофизики можно рассматривать и как процесс эволюции ряда фундаментальных понятий и идей этой науки. Можно выделить три главных аспекта, определяющих предмет истории радиофизики. Во-первых, это физический аспект. Для изучения истории радиофизики необходимо иметь естественнонаучное или техническое образование и обладать определенным запасом знаний в области физики. Во-вторых, это исторический аспект. Важно не просто знать, но активно использовать методы и принципы истории физики [6] при изучении истории развития магистральных направлений радиофизических исследований, научных биографий творцов радиофизики и т.д. В-третьих, необходимо учитывать социально-культурный аспект истории радиофизики. Здесь следует рассмотреть весомый вклад радиофизики в развитие человеческой цивилизации, Нобелевские премии по радиофизике, многогранные связи радиофизики и других областей науки и техники. Главной целью истории радиофизики, как и любой исторической науки, является накопление и систематизация научных фактов в контексте определенных социокультурных явлений. К этому нужно добавить изучение процесса развития радиофизической науки. Еще одной целью истории радиофизики является исследование закономерностей, следуя которым развивается эта наука. По словам выдающегося советского радиофизика С. М. Рытова, «Представление об истории физики и об ее творцах позволяет лучше понять эволюцию и борьбу идей, позволяет почувствовать динамику науки, внутреннюю логику ее развития лучше, чем знание только добытых результатов» [7]. Развитие радиофизики представляет собой сложный, нелинейный процесс. В нем тесно переплетены внутренние («самодвижение» науки – концепция интернализма) и внешние (социально-экономические явления – концепция экстернализма) факторы развития этой науки. Данные факторы связаны диалектически и обеспечивают эволюцию радиофизики. Отметим, что развитие есть процесс чередования относительно спокойных (эволюционных) периодов и периодов революционных изменений теорий, понятий, основных принципов и ключевых идей. В эволюционный период физика или какая-либо ее область (в том числе радиофизика) развиваются спокойно. Однако постепенно спокойный этап развития заканчивается, так как непрерывно накапливаются новые научные факты, объяснение которых уже не вписывается в каноны существующей теории. Это приводит к крушению старых принципов. Момент превращения науки из нормальной в «экстраординарную» трактуется Т. Куном [8] как революционный переворот. Применительно к радиофизике началом научной революции можно считать создание Максвеллом теории электромагнитного поля. Она возникла еще тогда, когда не было экспериментов, опровергающих теорию дальнодействия и указывающих на конечную скорость распространения электромагнитных возмущений. Поэтому для признания данной теории потребовались экспериментальные исследования Герца с электромагнитными волнами. После этого гипотеза Максвелла о существовании электромагнитных волн превратилась в теорию электромагнитных волн, а представления Фарадея о существовании электрических и магнитных полей как физической реальности получили экспериментальное подтверждение. Указанные выше цели истории радиофизики будут так или иначе преследоваться при изложении материала. К ним, однако, следует добавить еще одну цель – педагогическую. К ней мы вернемся в конце статьи. Как любая историческая наука, история радиофизики использует специфические методы исследования: исследование источников (первичных и вторичных), моделирование исторически значимых экспериментов, статистический метод, метод интервью, компьютерный метод (в отличие от традиционных учебников и пособий, электронные учебные издания позволяют создавать достаточно большие массивы исторической информации по всему комплексу направлений развития физической науки). Конечно, данные методы не могут считаться абсолютно строгими, но они позволяют получить приближенную картину развития науки и ее отдельных отраслей, а также стать основой для составления футурологических прогнозов. Одной из важнейших проблем в истории науки является ее периодизация, которая позволяет лучше понять эволюцию основополагающих научных идей и методов, тенденции развития, движущие факторы, поворотные (бифуркационные) моменты, практические применения и социальные последствия. В развитии радиофизики можно выделить три этапа. 1. Этап предыстории радиофизики (середина XIX в. – 1930-е гг.). Здесь речь идет о творцах электромагнитной теории поля (М. Фарадее, Дж. К. Максвелле, Г. Герце, О. Хевисайде, П. Н. Лебедеве, Н. А. Умове, Дж. Г. Пойнтинге и др.), пионерских исследованиях в области электросвязи гениальных дилетантов и ученых (М. Лумис, Д. Хьюз, А. Долбэр, А. Риги, Э. Томсон и др.), основополагающих работах по беспроволочной телеграфии (А. С. Попов, Г. Маркони, К. Ф. Браун и др.). 2. Этап зарождения и становления радиофизики как науки (1930– 1940-е гг.). На первом этапе развитие радиофизики опиралось на электродинамику, общую теорию колебаний и волн, электронику. Охарактеризуем эти научные направления [4]. Электродинамика, в основе которой лежит электромагнитная теория Максвелла, обеспечила понимание процессов излучения, распространения и приема радиоволн. Теория колебаний создала математический аппарат, позволяющий исследовать и управлять процессами в колебательных системах. Важную роль сыграли исследования нелинейных колебаний (и особенно автоколебаний). Электроника – наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и устройств, в которых это взаимодействие используется. Итак, радиофизика, по меткому выражению В. И. Гапонова, «держится на трех китах: теории колебаний, электродинамике и электронике» [9]. Зарождение и становление радиофизики как науки предопределилось развитием радиотехники, в истории которой можно выделить несколько этапов. Первый из них – искровая радиотехника – начинается непосредственно с изобретения радиоприемника и создания систем радиосвязи. Начальным пунктом второго этапа следует считать создание в 1907 г. американским радиотехником Л. де Форестом электронной лампы – триода, внедрению которого в американскую промышленность и радиотехнику способствовал сам изобретатель. Вторая мировая война стимулировала развитие микроволновой радиотехники и полупроводниковой электроники – третий этап в истории радиотехники. 3. Этап дифференциации и интеграции радиофизической науки (с 1950-х гг. до настоящего времени). Проникая во многие разделы физики, радиофизика вносит туда, кроме экспериментальной методики, радиофизические представления. Радиофизический язык и терминология все глубже проникают в общефизическую терминологию, создавая весьма удобный и вносящий большую ясность во многие вопросы «интернациональный язык теории колебаний» (формулировка Л. И. Мандельштама), т.е. единый подход ко всем колебательным явлениям. В результате взаимных обменов с другими областями физики, с одной стороны, и обособления отдельных разделов – с другой, внутри радиофизики образовалось несколько важных «дочерних» направлений исследований: статистическая радиофизика, квантовая радиофизика (квантовая электроника), радиоспектроскопия, радиоастрономия, микроэлектроника и др. Из приведенного перечня весьма затруднительно определить собственно предмет радиофизики. Согласно С. М. Рытову, целесообразно выделить те направления, которые позволяют уточнить предмет радиофизики на каждом этапе ее развития [10]. Предполагается, что радиофизика охватывает в основном два таких направления: 1. Изучение физических явлений, существенных для радиофизики, т.е. для всех основных этапов радиосвязи – генерация электромагнитных сигналов, излучение и распространение электромагнитных волн, прием радиосигналов. Это направление можно назвать «физикой для радио». 2. Применение радиофизических методов в различных областях физики, астрономии, химии и др. Это направление может быть охарактеризовано как «радио для физики». Таким образом, развитие радиофизики сопровождается открытием новых явлений, находящих практическое применение и составляющих основу ее новых разделов. При этом некоторые разделы радиофизики выделяются в самостоятельные области физики (радиоастрономия, радиоспектроскопия и др.), где методы радиофизики служат лишь средством изучения явлений, лежащих за пределами радиофизики. Выдающийся немецкий ученый, Нобелевский лауреат М. фон Лауэ писал: «История может быть написана с различных точек зрения при полном сохранении достоверности. Оправданной является любая точка зрения, исходя из которой, историк может открыть что-либо исторически интересное» [11]. В связи с этим целесообразно выделить ряд подходов к изучению истории радиофизики. Вооружившись ими, историк науки сможет грамотно приступить к исследованию процесса развития радиофизики. Исторические опыты в радиофизике. В радиофизике можно выделить ряд исторических (фундаментальных) экспериментов, оказавших основополагающее влияние на становление и развитие этой науки. К ним можно отнести: – фундаментальные исследования и изобретения Г. Герца, доказавшие справедливость теории электромагнитного поля Дж. К. Максвелла; – экспериментальные работы А. С. Попова, Г. Маркони и К. Ф. Брауна, заложившие основы беспроволочной телеграфии и радиосвязи; – опыты Е. К. Завойского по обнаружению и исследованию электронного парамагнитного резонанса (ЭПР); – экспериментальные исследования У. Лэмба процессов поглощения и испускания микроволнового излучения атомами, и работы П. Куша по измерению магнитного момента электрона, которые послужили эмпирическим базисом квантовой электродинамики – магистрального направления современной физики элементарных частиц; – экспериментальные исследования А. М. Прохорова, Н. Г. Басова и Ч. Таунса по созданию малошумящих квантовых усилителей и генераторов радиодиапазона (мазеров) и оптического диапазона (лазеров) и др. Научные биографии творцов радиофизики. Знакомство с биографическими данными выдающихся ученых естественно вызывает интерес к их научной деятельности. Недаром Дж. Максвелл писал: «Наука захватывает нас тогда, когда, заинтересовавшись жизнью великих исследователей, мы начинаем следить за историей их открытий» [7]. Условно можно выделить следующие факторы, влияющие на научную деятельность ученых: случайность и закономерность открытия, научная смелость и подвиг ученого, приоритет в открытии. Рассмотрим эти факторы, опираясь на примеры из радиофизики. Случайность и закономерность открытия. Здесь удобно использовать историю открытия ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Первые сигналы, ЯМР были независимо получены исследовательскими группами Ф. Блоха в Оксфорде и Э. Перселла в Гарварде. После длительных бесплодных попыток обнаружить сигнал, Перселл решил, что ожидаемое явление не наблюдаемо, и дал указание выключить ток, питающий электромагнит. Пока магнитное поле уменьшалось, экспериментаторы продолжали смотреть на экран осциллографа. В некоторый момент магнитное поле достигло необходимой для резонанса величины и на экране неожиданно появился сигнал ЯМР. Таким образом, удачное стечение обстоятельств позволило экспериментально обнаружить физический эффект [12]. С этого момента техника ЯМР начала бурно развиваться и получила широкое применение в физике конденсированного состояния, химии, биологии, метрологии, медицине. В истории радиофизики есть открытия, которые являются закономерным результатом долгих и кропотливых научных исследований. В начале 1930-х гг. темой экспериментальных работ И. Раби, по его словам, было «проигрывание различных вариантов с использованием оригинальной установки Штерна» [13]. Во многом благодаря работам по измерению магнитных моментов нейтрона и дейтрона у Раби возникла гениальная идея использовать дополнительное периодическое магнитное поле, частота которого может варьироваться с высокой точностью. Последующие исследования Раби и его учеников, использующих эту идею, заложили фундамент радиоспектроскопии – нового направления в радиофизике. Научная смелость и подвиг ученого. В начальный период работы Нижегородской радиолаборатории параллельно с разработкой приемно-усилительных электронных ламп проводились широкие исследования по созданию надежных методов радиотелефонирования. В марте 1920 г. правительство поручило Нижегородской радиолаборатории «изготовить в срочном порядке центральную радиотелефонную станцию с радиусом действия 2000 верст». Изготовление мощной генераторной лампы для нее казалось тогда неразрешимой задачей. Нужен был тугоплавкий анод из тантала или молибдена, но таких металлов в России не было. В условиях невиданных трудностей, испытываемых страной, М. А. Бонч-Бруевичу удалось найти удивительно смелое и оригинальное техническое решение. Он предложил охлаждаемый водой анод из меди. Такая конструкция позволила рассеивать мощность до 950 Вт, что вполне соответствовало требованиям радиотелефонной передачи. Приоритет в открытии. Кратко обсудим ставший уже хрестоматийным вопрос о приоритете в изобретении радио. По словам Л. И. Мандельштама, «настоящим изобретателем можно считать того, кто дал идее конкретное осуществление... после чьих работ не остается сомнения в том, что поставленная практическая цель достигнута» [14]. К работе А. С. Попова это относится в полной мере, так как он впервые дал техническое решение, вполне пригодное для радиосвязи. Согласно положениям изобретательского права входящие в устройство Попова известные ранее элементы нельзя трактовать как прототипы, так как именно их совокупность позволила создать первый радиоприемник. Хотя Маркони нельзя считать изобретателем радио, бесспорны его заслуги в последующем увеличении дальности передачи сигналов, освоении промышленного производства радиоаппаратуры. История изобретения радиофизических методов, приборов и устройств. По мере развития радиофизики ее методы (например: радиотехнические методы, радиолокационный метод, резонансные методы исследования вещества, радиоинтерференционный метод, томографический метод др.) стали проникать в другие области физики. Возник и обратный процесс взаимодействия. Новые задачи, а также освоение высокочастотных диапазонов привлекли в радиофизику идеи и методы из других областей физики, в частности из оптики, что привело к появлению нового раздела радиофизики – квазиоптики. В свою очередь, радиофизические методы, проникнув в оптику, заметно расширили возможности последней, вызвав к жизни такие разделы, как волоконная оптика, голография, интегральная оптика и др., так что и оптический диапазон частот стал областью приложения методов радиофизики. Иногда это поясняют термином «радиооптика». Радиофизические приборы и методы исследования революционизировали экспериментальную технику, что позволило достичь выдающихся результатов во многих областях современной физики. Научные школы в радиофизике. В СССР сформировались уникальные в мировой практике сообщества – научные школы. Эти школы, как правило, возглавлялись выдающимися учеными, вокруг которых формировался устойчивый коллектив единомышленников, способный решать крупные общественно значимые задачи [15]. Кратко охарактеризуем некоторые наиболее яркие отечественные и зарубежные радиофизические школы. Нижегородская радиолаборатория (НРЛ). Научно-исследовательская деятельность НРЛ заложила основы радиосвязи, радиотехники, электроники, радиовещания отечественной радио- и электронной промышленности и получила высокую оценку и признание как в нашей стране, так и за рубежом. В НРЛ были собраны первоклассные специалисты: М. А. Бонч-Бруевич, В. К. Лебединский, А. Ф. Шорин, Д. А. Рожанский, В. П. Вологдин, братья Б. А. и Г. А. Остроумовы, А. М. Кугушев, А. А. Пистолькорс, О. В. Лосев, С. И. Шапошников и др. Кроме того, наездами – на дважды проведенных конгрессах Ассоциации физиков – бывали В. А. Стеклов, Л. И. Мандельштам, Н. Д. Папалекси, О. Д. Хвольсон и др. После открытия НРЛ в 1918 г. радиотехнические центры возникают и в других городах России. Так, в 1919 г. М. В. Шулейкин основывает при Высшем техническом училище (ныне Московский энергетический институт) кафедру радиотехники. В 1920 г. Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси организуют подобный же центр в Одессе, а А. А. Чернышев – радиолабораторию в Ленинграде при Политехническом институте. С 1923 г. в Ленинграде возникает Центральная радиолаборатория при участии Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси, Д. А. Рожанского, М. А. Бонч-Бруевича, В. П. Вологдина и др. В 1923 г. в Ленинграде создается крупный центр – Центральная радиолаборатория (ЦРЛ). Радиотехническая школа И. Г. Фреймана. Имант Георгиевич Фрейман является одним из основателей отечественной радиотехники. Его важнейшая заслуга – создание крупнейшей в СССР научной радиотехнической школы, давшей мощный импульс к развитию практически всех основных разделов этой науки. Имена выдающихся учеников Иманта Георгиевича широко известны. Это – академик А. И. Берг, внесший огромный вклад в развитие методов расчета мощных усилительных трактов, крупный организатор науки, основатель Военно-морского НИИ связи (НИМИСТ), Института радиотехники и электроники (ИРЭ) АН СССР; академик А. А. Харкевич – специалист в области электроакустики, радиотехники и теории связи, основатель Института проблем передачи информации (ИППИ) АН СССР; академик А. Н. Щукин – выдающийся ученый в области распространения радиоволн, организатор военной науки; член-корреспондент АН СССР С. Я. Соколов – крупнейший ученый в области акустики, гидроакустики, получивший мировое признание в области методов неразрушающего контроля; член-корреспондент АН СССР В. И. Сифоров – выдающийся отечественный ученый в области радиоприемной техники и теории связи; профессор Б. П. Асеев – разработчик специальной аппаратуры, автор фундаментальных курсов по радиотехнике и многие другие известные отечественные радиотехники. Научная школа Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси. В области теории колебаний, значение которой для физики и техники выходит далеко за пределы радиотехники, были достигнуты столь значительные успехи, что полученные в этой области результаты можно с полным правом отнести к числу наиболее ярких достижений советской физики. Выдающуюся роль в этих достижениях сыграли работы Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси и их научной школы. Начатые еще в Страсбурге, они первоначально относились к линейным колебательным системам. Однако с началом использования в радиоприемных и радиопередающих устройствах электронных ламп в радиотехнике начинают интенсивно изучаться явления генерации незатухающих колебаний, которые линейная теория описать уже не могла. Это привело к возникновению учения о нелинейных колебаниях. Талант крупного ученого и педагога, богатство мыслей и идей, личные качества привлекали к Мандельштаму творческую молодежь и привели к созданию им большой научной школы. В нее вошли талантливые молодые ученые, аспиранты и студенты: А. А. Андронов, А. А. Витт, Г. С. Горелик, М. А. Дивильковский, Г. Д. Малюжинец, В. В. Мигулин, С. М. Рытов, П. А. Рязин, С. П. Стрелков, К. Ф. Теодорчик, М. И. Филиппов, С. Э. Хайкин (теория колебаний), Г. С. Ландсберг, П. А. Бажулин (оптика), М. А. Леонтович, И. Е. Тамм, С. П. Шубин (теоретическая физика), И. М. Борушко, К. Э. Виллер, В. П. Гуляев, Э. М. Рубчинский, Е. Я. Щеголев (радиофизика), М. А. Исакович (молекулярная физика) и др. Вдохновляемая идеями Мандельштама школа творчески развила созданные им направления в физике и технике и инициировала новые, а его ученики – И. Е. Тамм, А. А. Андронов и М. А. Леонтович – создали собственные широко известные научные школы. Нижегородская школа радиофизики. В 1931 г. А. А. Андронов вместе с женой Е. А. Леонтович переехал на постоянное жительство из Москвы в Нижний Новгород (г. Горький). В это же время сюда приехали М. Т. Грехова и В. И. Гапонов. Причин для переезда молодых московских физиков было много, в том числе искренняя забота о развитии отечественной науки и стремление создать подлинный научный центр в провинции. В 1937 г. к ним присоединился Г. С. Горелик. Вскоре вокруг А. А. Андронова сплотилась группа молодых ученых и преподавателей – Г. С. Горелик, С. М. Рытов, А. Г. Майер, Н. Н. Баутин, И. Л. Берштейн и др. В созданной им творческой атмосфере не могла не развиваться серьезная, настоящая наука. В 1945 г. в Горьковском государственном университете (ГГУ) благодаря усилиям А. А. Андронова, М. Т. Греховой, Г. С. Горелика был создан первый в стране радиофизический факультет. А. А. Андронов возглавил кафедру теории колебаний и автоматического регулирования. Научной базой подготовки студентов был Горьковский исследовательский физико-технический институт (ГИФТИ), а впоследствии – Научно-исследовательский радиофизический институт (НИРФИ, с 1956 г.), Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики (НИИ ПМК, с 1964 г.) и НИИ механики (с 1974 г.). Впоследствии НИРФИ разделился, и новый академический Институт прикладной физики (ИПФ) возглавил А. В. Гапонов-Грехов, а спустя годы отпочковавшийся от ИПФ Институт физики микроструктур РАН – С. В. Гапонов. История нижегородской школы радиофизики, которую называют одной из динамично развивающихся научных школ России, тесно связана с двумя поколениями ученых из этой талантливой семьи [16]. Научная школа по нелинейной динамике Д. И. Трубецкова. В середине 70-х гг. прошлого века группой молодых научных работников под руководством Д. И. Трубецкова были начаты исследования, охватывающие широкий круг нелинейных и нестационарных явлений [17]. Одним из первых результатов, полученных Д. И. Трубецковым, стало создание нестационарной нелинейной теории электронных приборов с распределенным взаимодействием. С начала 1980-х гг. одним из основных направлений научной школы Трубецкова становятся исследования в области нелинейной динамики. Кроме того, Д. И. Трубецков является одним из неформальных лидеров такого нового научного направления, как синергетика. Серьезным успехом в этом направлении стало издание первой монографии в России, посвященной применению методов нелинейной динамики к анализу нефизических (социальных, геологических, экономических и др.) систем. Отдел радиоастрономии в Государственном астрономическом институте имени П. К. Штернберга (ГАИШ). В 1953 г. в ГАИШе был создан отдел радиоастрономии под руководством выдающегося советского ученого И. С. Шкловского [18]. Первыми сотрудниками отдела стали Б. М. Чихачев и студент 4-го курса механико-математического факультета МГУ Н. С. Кардашев. Будучи теоретиком, И. С. Шкловский тем не менее считал необходимым развивать прежде всего экспериментальные исследования. В 1955 г. в отдел был зачислен В. Г. Курт, в 1956 г. – В. И. Мороз. Позднее В. Ф. Есипов, Г. Б. Шоломицкий, Т. А. Лозинская, В. Н. Курильчик, М. И. Пащенко, В. И. Слыш, Л. М. Гиндилис и др. Это – первое поколение сотрудников отдела, большинство из которых были непосредственными учениками И. С. Шкловского. Затем В. И. Мороз создал группу инфракрасной астрономии, В. Г. Курт занялся внеатмосферными исследованиями, Н. С. Кардашев, В. И. Слыш, Г. Б. Шоломицкий и другие посвятили себя радиоастрономии, П. В. Щеглов и Т. А. Лозинская – оптической интерферометрии, В. Ф. Есипов – оптической спектроскопии, Л. М. Гиндилис – проблеме SETI

К известным радиофизическим школам можно также отнести казанскую научную школу магнитной радиоспектроскопии, основателем которой был Е. К. Завойский, научную школу Р. В. Хохлова и С. А. Ахманова по нелинейной оптике, радиофизический семинар С. М. Рытова и др. История радиофизики сквозь призму Нобелевских премий. Из-за невозможности отразить деятельность всех ученых, внесших решающий вклад в становление радиофизики, а также рассказать обо всех открытиях в этой области целесообразно провести исследование истории радиофизики в контексте самой престижной научной награды – Нобелевской премии. Анализ содержания радиофизических исследований, удостоенных Нобелевских премий по физике, позволил определить магистральные направления радиофизических исследований. К ним относятся радиотехника, радиоспектроскопия, информационные технологии, радиоастрономия [19]. Изучение истории развития и современных достижений магистральных направлений радиофизических исследований позволяет проследить эволюцию развития основных идей этой науки. При этом не должны оставаться без внимания основополагающие радиофизические исследования, не удостоенные этой научной награды. История радиофизики как учебная дисциплина В техническом вузе студенты изучают полноценный теоретический курс радиофизики, посвященный современным проблемам этой научной дисциплины. В педагогическом вузе изучение радиофизики имеет особый характер: будущие учителя приобретают необходимые знания и умения для преподавания этой дисциплины в школе. В то же время в педагогическом вузе не уделяется должного внимания истории развития, межпредметным связям и методологическим аспектам радиофизики. На факультете физики и информационных технологий Московского педагогического государственного университета разработан и апробирован спецкурс «История радиофизики», предназначенный для студентов старших курсов, бакалавров, магистров и аспирантов физических специальностей университетов и педагогических вузов. Он реализован в виде мультимедийных лекций. По своей тематике спецкурс охватывает не только указанные четыре магистральных направления радиофизических исследований, но и учитывает междисциплинарные связи радиофизики и других областей знания. Помимо Нобелевских открытий в области радиофизики, обсуждаются исследования, не удостоенные этой награды, но имеющие высокое научное значение. Подробный рассказ о спецкурсе «История радиофизики» не входит в задачу данной статьи. С его описанием, методикой проведения, тематикой лекций можно ознакомиться, например в [20]. Таким образом, к изучению истории радиофизики рационально применять комплексный подход, позволяющий представить эту науку как непрерывно эволюционирующий организм. Попробуем разработать интегративную теоретическую модель изучения истории радиофизики, которую в будущем можно применить к другим разделам современной физики. Отметим основные компоненты этой модели: – физический, технический и гуманитарный аспекты радиофизики; – характерные особенности радиофизики, как и всей современной физики: междисциплинарность научных исследований, широкое применение методов вычислительной математики, международная научная кооперация;

– гносеологические аспекты радиофизики: элементы теории познания, научные методы познания, история развития и современные достижения ключевых научных направлений; – вклад отечественных ученых в зарождение и развитие радиофизики; – применение качественных методов изучения истории радиофизики, современных информационных технологий (компьютерные модели, мультимедийные лекции, компьютерная база данных и др.) и статистических методов (анализ тематики Нобелевских премий, присужденных в области радиофизики, как основа футурологического прогноза возможных открытий); – подходы к изучению истории радиофизики: исторические опыты в радиофизике, научные биографии творцов радиофизики, история создания радиофизических методов, приборов и устройств, научные школы в радиофизике, связь радиофизики с другими разделами физики и другими научными дисциплинами, в том числе гуманитарными, история радиофизики сквозь призму Нобелевских премий; – дуальное представление истории радиофизики – самостоятельное направление в истории физики и учебная дисциплина в вузе.




Тема 2.

Ученый, изобретатель радио Александр Степанович Попов родился 16 марта (4 марта) 1859 года в Турьинских рудниках Верхотурского уезда Пермской губернии (ныне Краснотурьинск Свердловской области) в семье священника. В семье, кроме Александра, было еще шестеро детей. Александра Попова отдали учиться сначала в начальное духовное училище, а затем в 1873 году в духовную семинарию, где детей духовенства обучали бесплатно. В семинарии с большим увлечением и интересом он занимался математикой и физикой, хотя этим предметам в семинарской программе было отведено мало часов. После окончания общеобразовательных классов Пермской духовной семинарии в 1877 году Попов успешно сдал вступительные экзамены на физико-математический факультет Петербургского университета.

Вскоре Александр Попов обратил на себя внимание преподавателей. На четвертом курсе он стал выполнять обязанности ассистента на лекциях по физике – редкий случай в учебной практике университета. Участвовал он также в работе студенческих научных кружков, стремясь расширить и пополнить знания по математической физике и электромагнетизму.

В 1881 году Попов стал работать в обществе "Электротехника" и участвовал в установке дугового электрического освещения (преимущественно дифференциальные лампы Владимира Чиколева) на Невском проспекте, в садах и общественных учреждениях, на вокзалах и фабриках, вел монтаж электростанций, работал монтером на одной из первых электростанций Санкт-Петербурга, установленной на барже неподалеку от моста через Мойку на Невском проспекте.

После окончания Петербургского университета в 1882 году Александр Попов защитил диссертацию. Его диссертация "О принципах магнито- и динамоэлектрических машин постоянного тока" получила высокую оценку, и Совет Петербургского университета 29 ноября 1882 года присудил ему ученую степень кандидата. Попов был оставлен при университете для подготовки к профессорскому званию.

Однако условия работы в университете не удовлетворили Александра Попова, и в 1883 году он принял предложение занять должность ассистента в Минном офицерском классе в Кронштадте, единственном в России учебном заведении, в котором видное место занимала электротехника и велась работа по практическому применению электричества (в морском деле). Прекрасно оборудованные лаборатории Минной школы обеспечивали благоприятные условия для научной работы. В Кронштадте ученый прожил 18 лет, с этим периодом его жизни связаны все основные изобретения и работы по оснащению русского флота радиосвязью. С 1890 по 1900 годы Попов преподавал также в Морском инженерном училище в Кронштадте. С 1889 по 1899 год в летнее время Александр Попов заведовал электрической станцией Нижегородской ярмарки.

Деятельность Александра Попова, предшествовавшая открытию радио ‑ это исследования в области электротехники, магнетизма и электромагнитных волн. Труды в этой сфере привели ученого к выводу, что электромагнитные волны можно использовать для беспроволочной связи. Такую мысль он высказывал в публичных докладах и выступлениях еще в 1889 году. 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества Александр Попов выступил с докладом и демонстрацией созданного им первого в мире радиоприемника. Свое сообщение Попов закончил следующими словами: "В заключение могу выразить надежду, что мой прибор при дальнейшем усовершенствовании его может быть применен к передаче сигналов на расстояние при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающих достаточной энергией". Этот день вошел в историю мировой науки и техники как день рождения радио. Через 10 месяцев, 24 марта 1896 года, Попов на заседании того же русского физико-химического общества передал первую в мире радиограмму на расстояние в 250 метров. Летом следующего года дальность беспроволочной связи была увеличена до пяти километров.

В 1899 году Попов сконструировал приемник для приема сигналов на слух при помощи телефонной трубки. Это дало возможность упростить схему приема и увеличить дальность радиосвязи.

В 1900 году ученый осуществил связь в Балтийском море на расстоянии свыше 45 километров между островами Гогланд и Кутсало, недалеко от города Котка. Эта первая в мире практическая линия беспроволочной связи обслуживала спасательную экспедицию по снятию с камней броненосца "Генерал-адмирал Апраксин", севшего на камни у южного берега Гогланда.

Успешное применение этой линии послужило толчком к "введению беспроволочного телеграфа на боевых судах, как основного средства связи" - так гласил соответствующий приказ по Морскому министерству. Работы по внедрению радиосвязи в русском военно-морском флоте производились при участии самого изобретателя радио и его соратника и ассистента Петра Николаевича Рыбкина.

В 1901 году Александр Попов стал профессором Петербургского электротехнического института, а в октябре 1905 года – его первым избранным директором. Заботы, связанные с выполнением ответственных обязанностей директора, расшатали здоровье Попова, и он скоропостижно скончался 13 января 1906 года от кровоизлияния в мозг.

За два дня до смерти Александра Попова избрали председателем физического отделения Русского физико-химического общества.

Александр Степанович Попов не только изобрел первый в мире радиоприемник и осуществил первую в мире радиопередачу, но и сформулировал главнейшие принципы радиосвязи. Он разработал идею усиления слабых сигналов с помощью реле, изобрел приемную антенну и заземление; создал первые походные армейские и гражданские радиостанции и успешно провел работы, доказавшие возможность применения радио в сухопутных войсках и в воздухоплавании.




Скачать файл (470.9 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации