Физики 21 века известные: Физика в XXI веке | КПИ им. Игоря Сикорского
Физика в XXI веке | КПИ им. Игоря Сикорского
Изменения, происходящие в развитии человечества, поражают. Буквально на глазах одного-двух поколений технический и даже бытовой ландшафт нашего бытия изменился кардинально, что полностью опирается на открытия в науке. Это признал и президент США Барак Обама, который в апреле с.г., выступая перед членами НАН США, заявил, что «все цивилизационные завоевания человечества обязаны науке» и «наука нам нужна как никогда раньше». Любой молодой человек или школьник может узнать из газет, телевидения, но, прежде всего, от родителей (которые, не исключено, родились, когда еще не было ни полетов в космическое пространство, ни цветного, а тем более цифрового телевидения, ни мобильной связи, ни много-много чего еще), как было и как есть сейчас. А если сравнивать развитие уже самой науки как отдельной отрасли в течении ее истории, что по сути насчитывает не более 300-400 лет, то становится очевидным, что оно только ускоряется. Особенно заметным это ускорение стало во второй половине прошлого века, и нет никаких сомнений, что в ближайшем будущем оно, как минимум, не затормозится.
На него трудно ответить и в том случае, если речь идет только об одной из наук, но я рискну поделиться с молодежью, которая читает «Киевский политехник», своими мыслями по физике. На это меня вдохновляет большая собственная вера в непреодолимую силу науки, которая давно, прямо по выражению Карла Маркса, превратилась в самую мощную производительную силу. Если сравнивать роль той или иной естественной науки, то достаточно легко убедиться, что ведущее место среди них, безусловно, занимает физика. Такой вывод следует из того, что она изо всех естественных наук наиболее фундаментальная, или такая, что изучает наиболее глубокие и наиболее общие законы природы. Открытые ней (или, точнее сказать, физиками) закономерности лежат в основе и химических, и биологических, и геологических и космологических процессов.
Однако начну с прошлого и фрагментарно прослежу, какой была и к чему привела физика предыдущего, ХХ века. Чаще всего сегодняшние студенты знают о нем, как о веке революций, мировых войн и социальных потрясений. Но в то же время страны не только воевали друг с другом за территории и природные ресурсы, а люди в них отстаивали свои социальные права. Непрерывные поиски шли и в научных (прежде всего, университетских) лабораториях — вспомним хотя бы КПИ, где, несмотря на войны, революции и мировые кризисы сравнительно небольшие группы энтузиастов самоотверженно выполняли выбранное ими для себя, но очень нужное всем дело — познание тайн и исследование свойств окружающей материи — от микро- до макромира. Позже все это и составило предмет физического научного подхода. Поэтому осмелюсь утверждать, что с полным правом прошлый век можно и нужно называть веком физики. Именно ее развитием обусловлен невероятный технико-технологический прогресс человечества и его наиболее известные научные, технические и инженерные достижения (среди которых, если честно, не все с пометкой «плюс», если вспомнить хотя бы оружие массового уничтожения).
Догадка о квантах не была выдумкой гениального ума, а, как и подавляющее большинство других глубоких идей, созрела на фоне эксперимента и неоспоримых фактов. В частности, выяснилось, что кванты составляют основной элемент гипотезы, что ведет к конечному успеху в понимании определенного вопроса. Немного подробнее напомню, что они были привлечены для объяснения спектра излучения абсолютно черного тела.
Первым, кому удалось сделать важный шаг, стал, как известно даже школьникам, выдающийся немецкий физик-теоретик М.
Довольно скоро, чтобы описать фотоэффект, идею квантов подхватил и развил А. Эйнштейн. Впоследствии датчанин Н. Бор, немец В.Гейзенберг, француз Л.де Бройль, австриец Е.Шредингер, швейцарец В.Паули, англичанин П.Дирак и другие довели ее до логического завершения, сделав квантовую теорию целостным и по сути единственным рабочим инструментом для вычисления любых измеряемых данных микромира.
Сказанное ярко демонстрирует, насколько мощный интеллектуальный «интернационал» присоединился к решению актуальных проблем физической науки, которая фактически уже в позапрошлом веке перестала чувствовать границы государств, наций и народов. Должны быть и почти всегда являются национальными культура и искусство, не говоря уже о языке, а вот физика, как бы к этому ни относиться, является объективным и изначально общемировым произведением. Поэтому не будет преувеличением заявить, что глобализация, охватившая и другие континенты, началась в естественных науках задолго до того, как ее осознали мыслители, философы, газетчики.
Рассказывая о физике ХХ века, нельзя обойти вышеупомянутую ее роль в развитии техники и передовых технологий. Однако это далеко не главное или, честно говоря, не вся правда. Не менее, а, по-моему, даже более важным является то, что законы физики, включая общие законы о строении пространства-времени, заложили основы последовательного и предсказуемого понимания законов химии, геологии, механики, материаловедения и тому подобное.
Конечно, физики уверены, что физика и дальше будет главной силой научно-технического прогресса. И если квантовая теория — фундамент физики — действительно является вершиной современного познания, то, чтобы представить или спрогнозировать, каким путем она будет развиваться в будущем, надо определить, какие события в физике оказали наибольшее влияние на ход ХХ века. Понятно, что у разных специалистов свой «гамбургский счет», поэтому такие перечни могут весьма существенно различаться. Но я придерживаюсь мнения выдающихся физиков современности — единственного дважды лауреата Нобелевской премии за открытия в области физики американского теоретика Дж.Бардина и Нобелевского лауреата российского экспериментатора Ж.И.Алферова. Они среди многих возможных выделили три определяющие события.
Первое — это открытие в 1938 году искусственного деления ядер, сделанное немецким химиком О.Ганом, который измерял особенности рассеяния нейтронов на уране. Из полученных, что стали крайне важными, данных распада урановых ядер исследователям быстро стала понятной принципиальная возможность ядерных взрывных процессов, которые, будучи сверхмощными, в неуправляемом режиме легли в основу созданного вскоре ядерного оружия, а в управляемом — определяют полезную работу ядерной техники, наиболее известным гражданам творением которой являются атомные электростанции. Наличие ядерного оружия или ядерной энергетики является теперь одним из главных факторов, по которым можно оценивать военный или промышленный потенциал того или иного государства.
Думаю, не стоит оставлять без внимания молодежи и такие научно-исторические факты, что первая в мире атомная бомба была взорвана американцами летом 1945 года, а первая работающая атомная станция была построена в Советском Союзе в 1955 году.
Довольно скоро атомного оружия стало так много, что это стало угрозой миру, поэтому разные страны с ее избытком пришли к выводу об ограничении проектирования и производства новых атомных изделий военного направления. Что касается атомных станций, то, наоборот, они стали широко использоваться в электроэнергетике и здесь наблюдается постоянный рост их количества. Сейчас есть страны, в частности Украина, где ядерная составляющая в производстве электроэнергии достигла или превышает тепло- и гидроэлектрическую составляющие, а тем более взнос от так называемого альтернативного электричества (например, ветрового или солнечного).
Однако после чернобыльской катастрофы (причины которой окончательно, между прочим, так и не обнародованы) отношение нашей общественности к ядерному способу получения электроэнергии, который грозит экологическими потрясениями, достаточно сложное и неблагоприятное. Тем не менее, абсолютное большинство (в том числе, отечественных) физиков-ядерщиков и энергетиков не сомневаются, что в ближайшей перспективе человечеству не удастся отойти от интенсивного развития этой отрасли, поскольку традиционные и широко используемые источники энергии — уголь, нефть и газ — в целом, хотя и по-разному во времени, ограничены.
С этого однозначно следует, что ядерная физика и ядерная техника должны оставаться среди приоритетов научной отрасли, если люди собираются увеличивать потребление энергии. А на это указывают и история, и настоящее, и имеющиеся тенденции развития всех сфер жизнедеятельности человечества. Поэтому роль КПИ, где готовятся специалисты соответствующего профиля, уверен, будет только расти.
Что касается термоядерного способа производства энергии, или, как говорят популяризаторы и фантасты, создание искусственного Солнца на Земле, то эта проблема в полном объеме еще не решена и даже примерно назвать срок, за который это произойдет, не решается никто. Несмотря на научные и прикладные успехи в этом направлении, в котором, замечу, Украина занимает одно из ведущих мест, специалисты из разных стран, будучи уверенными в принципиальной осуществимости искусственного, или управляемого, термоядерного синтеза в промышленных масштабах, тем не менее считают, что запуск экономически выгодного термоядерного реактора состоится не ранее середины XXI века.
Поэтому и по этой причине можно предположить, что на «обычный» ядерный способ получения энергии остается еще достаточно много времени.
Осуществляются интенсивные поиски и других вариантов. Так, не исключено, что будут созданы материалы, благодаря которым откроется путь к дешевому использования самой солнечной энергии, хотя сейчас ни один серьезный специалист также не станет прогнозировать, когда и как физики и химики справятся со сложной материаловедческой проблемой накопления энергии Солнца, которая бесперебойно и в значительных количествах поступает на Землю, к тому же экономически приемлемого уровня. Учитывая такое положение проблемы утилизации и преобразования солнечной энергии в электрическую снова можно с уверенностью предполагать, что фундаментальные ядерные исследования в аспекте дальнейшего совершенствования и повышения безопасности производства электроэнергии должны оставаться одними из самых актуальных в течении, как минимум, первой половины XXI века, а может и дальше .
Поэтому физики, технологи и инженеры будут уделять этим проблемам первостепенное внимание. Важным обещает быть и медицинское применение ядерных процессов на потребность людям, поскольку составляет одно из эффективных средств борьбы со многими неизлечимыми болезнями.
Второе из трех важнейших физических событий века состоялась в декабре 1947 года, когда американские специалисты, проводившие исследования в одной из лабораторий фирмы Bell, Дж.Бардин, У.Браттейн и У.Шокли открыли транзисторный эффект. Дело в том, что в то время значительное развитие получили радиотехника и радиолокация, где на смену ламповым усилителям пришли кристаллические, основой которых служили полупроводниковые среды. Интересно, что целью исследователей, изучавших возможности применения этих кристаллов, была фундаментальная проверка работоспособности квантовой теории в твердых телах, в первую очередь — полупроводниках. Однако, как распорядилась история, основным результатом работы группы стало несколько иное: изобретение германиевого усилителя, или точечного транзистора.
А после того, как экспериментально было доказано, что главным при этом является инжекция, или впрыскивание, носителей к германию, физики догадались, какой принцип надо положить в основу создания полупроводниковой техники. Собственно, так и произошло, и явление инжекции определяет работу подавляющего большинства полупроводниковых, включая вычислительные, приборов, где используются pn-переходы. Между прочим, на нем «выросла» и вся современная бытовая техника.
Полезно также знать, что первая интегральная схема — два транзистора, несколько конденсаторов и сопротивление — была собрана вручную на одном кристалле диаметром около 2 см в 1959 году. Теперь же в современных интегральных схемах того же размера располагается в 100 млн. транзисторов и они намного экономичнее — удельная мощность каждого уменьшена примерно в 100 тыс. раз! Такие неожиданные изменения произошли всего за 40-50 лет, когда основными лозунгами прогресса были и в значительной степени еще сохраняются такие: меньше, быстрее, дешевле.
Микроэлектроника и информационная техника, без которых невозможно представить нашу теперешнюю жизнь и специалисты для которых, что важно знать и новым, и будущим студентам, готовятся на нескольких факультетах и кафедрах КПИ, стали не только наиболее яркими выразителями научно-технического прогресса, но и отраслями промышленности, где занято до 50% трудоспособного населения технологически развитых стран. Однако проторенный путь постепенного уменьшения размеров до микрон и улучшения работы транзисторов себя уже по сути исчерпывает, и на пути проникновения в отрасль настоящих наноразмеров стоит вопрос о принципиально новых физических принципах, технологиях и элементной базе. Если такое действительно произойдет, то это на самом деле будет электроника нового поколения, а фактически — квантовая сфера. Возможно, ее прообразом станет молекулярная электроника, где активными рабочими элементами должны выступать отдельные молекулы. Она находится еще на этапе поисковых исследований, интенсивно развивается, уже имеет определенные достижения, но рассказ о ней требует специальной статьи с привлечением специалистов КПИ.
Наконец, третьим еще одним решающим физическим событием ХХ века стало, на мой взгляд, создание лазера.
Подчеркну, что речь идет только о выдающихся событиях именно в физике. Потому что если бы меня спросили о трех крупнейших научных открытия ХХ века, то мой выбор был бы несколько иным: как и выше, это создание квантовой механики, а кроме этого — раскрытие генетического кода и изобретение компьютеров (прежде всего, персональных). Но анализ этих открытий выходит за рамки данной статьи. Можно только гордиться, что физика и физики здесь тоже были на ведущих ролях, поскольку квантовая механика является разделом физики, генетический код разгадал физик-теоретик (между прочим, одессит по рождению и детству) Г.Гамов, а вычислительную технику невозможно представить без физического материаловедения .
Что же касается истории лазера, то она интересна и поучительна. Все началось в 1917 году, когда А. Эйнштейн, который, имея в виду объяснить распределение плотности излучения нагретыми телами (и, скорее всего, совершенно не представляя себе лазеры, но зная об атоме Бора), высказал предположение о наличии наряду с так называемыми спонтанными также и стимулированных оптических атомных переходов.
Прошло еще несколько десятилетий до того момента, когда в 1957-58 годах исследователи и будущие Нобелевские лауреаты О.М.Прохоров и его ученик М. Басов смогли, опираясь на идею о стимулированное (иногда говорят — вынужденное) излучение, теоретически сформулировать принцип усиления электромагнитных волн и изобрели такой усилитель в радиочастотном диапазоне волн — мазер.
Позже в США, исходя из того же принципа, был запущен первый усилитель в оптическом диапазоне, или лазер. С тех пор мазеры и лазеры получили очень широкое применение — научное, технологическое, медицинское и, что греха таить, военное — все они также широко представлены и разрабатываются в соответствующих учебных и исследовательских подразделениях КПИ! А второе — информационное — родилось после важнейшего достижения, которым оказалась технология создания полупроводниковых гетероструктур. Первые были выращены Ж.И.Алферовым в 1967 году с вполне конкретной целью, в успех которой мало кто верил, — иметь химически разные слои в едином монокристалле, а не в слойной композиции, чио принципиально и что именно и было отмечено Нобелевской премией.
Не прошло и трех лет, как зажегся полупроводниковый лазер, где накачкой служит легко управляемый электрический ток. Сейчас такие лазерные мультислойные элементы из самых разнообразных составляющих стали сердцем волоконно-оптической связи, что обеспечивает миллионы телефонных разговоров одновременно. Около 100 млн. оптических кабелей опоясывают земной шар, их количество постоянно растет, а качество — особенно помехоустойчивость — улучшается. Кроме того, лазерные полупроводниковые микроустройства, что конструируются в нашем университете, служат «иглами», снимающими звук и изображение с лазерных дисков.
В целом, несмотря на неоспоримые и многочисленные достижения, можно быть уверенным, что квантовая теория твердого тела есть и еще долго будет оставаться основой дальнейшего научно-технического прогресса, а соответствующие специалисты — выпускники КПИ — без работы не будут сидеть. Созданием новых материалов, а затем и сбором из них микросхем и, наконец, везде необходимых устройств, фактически ежедневно проверяются квантовые законы.
Они постоянно в действии, потому что технологии постоянно совершенствуются, превращаясь в нанотехнологии, и, например, уже существует, хотя и в единичных экземплярах, надпрецезионное оборудование из структурного дизайна. С его помощью физики и инженеры-исследователи научились составлять атомы различных элементов в заранее заданном порядке и буквально частично строить искусственные композиции, которые сами по себе в природе не встречаются. Появился даже термин «лаборатория-на-кристалле», который отражает именно такое моделирование наноструктур. Понятно, что их свойства могут быть весьма непредсказуемыми, что открывает перспективу для глубоких и всесторонних их исследований. Важно только понимать, что с точки зрения физики размер не имеет какого-то отдельного содержания — важны только физические эффекты. Несмотря на такое замечание, это очень важная и перспективная отрасль физического (а фактически — квантового) материаловедения, которое давно вышло на путь служения человеку, хотя еще не может похвастаться производством массовых изделий.
Другой пример: один из новейших приборов последнего времени — лазер на так называемых квантовых полупроводниковых точках. Каждая из них может состоять из нескольких сотен атомов, изменением количества или формой укладки которых можно менять частоту излучения, а следовательно микроскопический по размерам объект будет иметь многоцветный спектр свечения. В целом же строительство подобных нанообъектов представляет собой, образно говоря, «квантовую алхимию». Не вызывает сомнений, что ее развитие составляет первоочередную задачу для национальных лабораторий, академий, университетов.
Добавлю, что квантовые точки — очень нестандартные образования. Их можно конструировать атом-к-атому, а можно выращивать путем молекулярно-пучковой эпитаксии. Именно точки, по мнению некоторых экспертов, являются прообразом нового типа транзисторов. Дело в том, что основное действие последних опирается на переход из одного стабильного состояния к другому. В коллективе квантовых точек состояний больше, а энергетические барьеры между ними ниже.
Это означает, что соответствующие переходы могут инициироваться считанными электронами. Создание таких транзисторов, безусловно, требует нового уровня технологий, что и будут определять развитие полупроводниковой электроники, которая все больше приближается к границе, установленной самой госпожой Природой. При этом работу любого устройства, которым может быть и одиночная молекула, будут определять одноэлектронные процессы, а значит — исключительно квантовые закономерности. Они заставят работать лазерные и компьютерные компоненты, энергопотребление которых также станет мизерным, что тождественно предельно экономным.
У меня лично не вызывает сомнений, что развитие названных отраслей физики в XXI веке, как это произошло в ХХ, будет продолжать определять реальный прогресс человечества. В то же время многое в выборе научных исследований стали диктовать рынок и насущные потребности человечества, и все больше внимания уделяется развитию таких, в значительной мере прикладных направлений, как, например, борьба с угрозой глобального потепления, городская инфраструктура, технологии очистки воды, предотвращение выбросов шахтного метана и т.
д., а также высокодоходные быстродействующая информационная электроника, беспроводная связь, сетевые технологии и наноиндустрия. Последняя вообще на глазах становится междисциплинарной и доминирующей, и через 3-5 лет, охватывая все больший круг проблем, объем ее мирового рынка может, по разным оценкам, превысить $ 2-3 триллиона. США уже сегодня выделяют примерно $ 10 миллиардов в год, Китай и Россия по $ 5 миллиардов. Все это, конечно, не может не учитывать любой молодой человек, который начинает учиться и думает о своей будущей (в том числе, финансовой) успешности. Последняя, у меня нет сомнений, может быть достигнута только на основе передового образования, что готовит и к научной деятельности.
Но, опять надо подчеркнуть, современная наука не сводится и не может сводиться только к исследованиям, что быстро и многократно окупаются, и природное любопытство человека будет побуждать его к новым и новым поискам, единственным самодостаточным следствием которых будет исключительно познания.
При этом вопроса о полезных применениях полученного знания может вообще не быть. Речь, конечно, идет о естественных науках, которые отличаются не только содержанием (что очевидно), но и «выходами на внешний мир». Для каждой из них ситуация действительно разная, поскольку некоторые науки — скажем, о Земле или химия, биология, медицина — легко находят потребителя. А вот открытия в астрономии, космологии, физике высоких энергий, которые к тому же почти всегда требуют чрезвычайно дорогостоящего оборудования, прямых связей с насущными потребностями человека, на первый взгляд, совсем не предусматривают (более того, ученые о них в основном вовсе и не заботятся). Приборы для этих фундаментальных дисциплин настолько дорогие, что часто не подъемные и для хорошо развитых стран. Поэтому популярными — а лучше сказать, что неизбежными — стали совместные исследования ученых разных стран в международных научных центрах, деньги в работу которых одновременно вкладывают несколько стран. Тем не менее, возникает резонный вопрос: «Зачем государствам тратить немалые средства на то, что не дает непосредственной выгоды и почему бы не развивать только прикладные отрасли, относительно быструю и понятную отдачу которых легко объяснить налогоплательщикам?»
На этот законный «запрос» должен сказать следующее. Весь мировой опыт, должен твердо осознавать и студент, учит: такой путь является ошибочным. Достаточно привести лишь два аргумента. Прежде всего, несмотря на отсутствие непосредственного внедрения, так называемые побочные результаты, или косвенное применение результатов, очень часто становятся неоценимым. Вспомним хотя бы суперкомпьютеры, сверхпроводящие магниты, ускорители и детекторы различных излучений, томографы, компьютерные сети, спутниковая связь, Интернет — все это зарождалось благодаря исключительно фундаментальным физическим исследованиям. В думающего человека это удивления не вызывает — физики уже давно работают на пределе возможного, стандартных, адекватных поставленным целям, приборов не существует и их необходимо создавать «под задачу». Свежий яркий пример — строительство и запуск осенью 2008 года Большого адронного коллайдера в Международном ядерном центре (ЦЕРН) в Женеве для наблюдения процессов рождения и взаимных превращений новых элементарных частиц. Объем получаемых данных при этом ожидается таким, что соизмеримый с существующим в мире, а анализ соответствующей информации не способен сделать ни один среди существующих суперкомпьютеров. Попытки найти способ ее обработки привели к созданию отсутствующего ранее вычислительного Интернета, получившего название грид-технологии. Коллайдер еще не вышел на полную мощность, а грид-вычисления уже применяются не только физиками и математиками-вычислителем, но и фармакологами при синтезе новых веществ для лекарств, экономистами для оценок работы предприятий, метеорологами при прогнозах погоды, геофизиками при выяснении рисков землетрясений , экологами при определении степени загрязнения окружающей среды парниковыми газами в результате работы топливно-энергетических компаний и использования транспорта. Очевидно, что будут и новые использования. Приятно лишь отметить, что неплохая грид-сеть уже есть и работает в Украине, объединяя вычислительные кластеры НАН Украины, КНУ им. Тараса Шевченка, НТУУ «КПИ» и ЦЕРНа (Швейцария).
Еще одним аргументом в пользу необходимости поддержки фундаментальных направлений является то, что для эффективного продвижения прикладных работ физические лаборатории, пусть не связаны с соответствующей тематикой, оказываются крайне полезными как для оперативной помощи в непредвиденных ситуациях, так и предварительной экспертизы намерений, которая вообще отсекает запрещенные наукой пути, а следовательно, таким образом, существенно ускоряет и удешевляет прикладные разработки. Наконец, международная кооперация в области фундаментальных исследований позволяет любой стране находиться на новейших технологических направлениях и отслеживать технические ноу-хау, что тоже немаловажно для сохранения своей конкурентоспособности в нашем довольно жестком мире.
Какие же интересные задачи фундаментальных исследований можно было бы определить и сформулировать для молодого человека, который мечтает о профессии физика? Конечно, их много, и, по моему мнению, такими, например, являются:
Могут законы физики быть унифицированы?
Являются ли фундаментальные постоянные действительно постоянными?
Одни ли мы во Вселенной?
Каково его строение и роль темной энергии — слабо взаимодействующей субстанции, которая пронизывает все пространство видимой Вселенной и открытие которой стало сенсацией номер один на рубеже ХХ-ХХI веков?
Являются ли более глубокими физические принципы, чем принцип неопределенности или нелокальности?
Откуда приходят лучи с ультравысокими энергиями?
В чем заключается механизм высокотемпературной сверхпроводимости и вообще есть ли ограничения на температуру ее появления?
Как зависят свойства воды от ее структуры?
Что такое стекло и стеклянное состояние?
Что управляет Солнечными циклами?
Почему направление магнитного поля Земли время от времени меняется?
Почему происходят землетрясения и как их предвидеть?
Еще больше вопросов возникает перед физикой, когда она и физики обращаются к наукам о жизни и одно, на мой взгляд, из самых интересных:
Как биомолекулы узнают друг друга?
А вообще таких вопросов на границе между физикой и биологией множество, и мне кажется, что век, в котором мы находимся, должен стать веком биологии, которая все больше будет превращаться в физику живой материи.
Как было отмечено в начале статьи, развитие техники, что опирается на научные открытия и достижения фундаментальных исследований, непрерывно. И ни один человек, даже, допустим, известный футуролог, не в состоянии предусмотреть все перспективы познания в полном объеме, а высказанные мной свои мысли опираются только на известные мне нынешние достижения и немножко — на историю физики.
XXI век только начался, и хотя мы все чувствуем, что огромное развитие физики в предыдущем веке действительно сказалось на качестве нашей жизни, мы все еще далеки от момента — и наступит ли он? — когда сможем прийти к выводу, что наука вообще и физика в частности себя исчерпали. Я лично не верю, что такое вообще может произойти. Следовательно, не будет преувеличением сказать, что углубленное выяснения физической природы всего сущего — это центральная проблема естествознания на все будущие времена. Работы хватит на всех, кто посвятит свою жизнь науке и достижению этой грандиозной цели.
Кругом наши. Выдающиеся российские ученые нового тысячелетия
Андрей Гейм. Фото: ИТАР-ТАСС/ Станислав КрасильниковВ новом тысячелетии Нобелевская премия по физике доставалась русскоязычным ученым трижды, правда лишь в 2010 году — за открытие, совершенное в XXI веке. Выпускники МФТИ Андрей Гейм и Константин Новоселов в лаборатории Манчестерского университета впервые смогли получить стабильный двумерный кристалл углерода — графен. Он представляет собой очень тонкую — толщиной в один атом — углеродную пленку, которая благодаря своей структуре обладает множеством интересных свойств: это и замечательная проводимость, и прозрачность, и гибкость, и очень высокая прочность. Для графена все время находят новые и новые области применения, например в микроэлектронике: из него создают гибкие дисплеи, электроды и солнечные батареи.
Михаил Лукин. Фото: ИТАР-ТАСС/ Денис ВышинскийЕще один выпускник МФТИ, а ныне профессор физики Гарвардского университета Михаил Лукин, сделал, казалось бы, невозможное: он остановил свет. Для этого ученый использовал сверхохлажденные пары рубидия и два лазера: контрольный делал среду проводимой для света, а второй служил источником короткого светового импульса. При отключении контрольного лазера частицы светового импульса переставали выходить из среды, как бы останавливаясь в ней. Этот эксперимент стал настоящим прорывом на пути создания квантовых компьютеров — машин совершенно нового типа, которые могут параллельно выполнять колоссальное количество операций. Ученый продолжил исследования в этой области, и в 2012 году его группа в Гарварде создала самый долгоживущий на тот момент кубит, наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере. А в 2013-м Лукин впервые получил фотонную материю — подобие вещества, только состоящее не из атомов, а из частиц света, фотонов. Ее также планируют использовать для квантовых вычислений.
Юрий Оганесян (в центре) с Георгием Флеровым и Константином Петржаком. Фото из электронного архива ОИЯИРоссийские ученые в XXI веке значительно расширили таблицу Менделеева. Например, в январе 2016 года в нее добавились элементы с номерами 113, 115, 117 и 118, три из которых были впервые получены в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне под руководством академика РАН Юрия Оганесяна. Ему также принадлежит честь открытия ряда других сверхтяжелых элементов и реакций их синтеза: в природе элементы тяжелее урана не существуют — слишком нестабильны, так что они создаются искусственно в ускорителях. Кроме того, Оганесян экспериментально подтвердил, что для сверхтяжелых элементов есть так называемый «остров стабильности». Все эти элементы очень быстро распадаются, но сперва теоретически, а затем и экспериментально было показано, что среди них должны быть такие, время жизни которых значительно превышает время жизни соседей по таблице.
Химия
Артем Оганов. Фото из личного архиваХимик Артем Оганов, руководитель лабораторий в США, Китае и России, а теперь еще и профессор Сколковского института науки и технологий, создал алгоритм, который позволяет с помощью компьютера искать вещества с заранее заданными свойствами, даже невозможные с точки зрения классической химии. Разработанный Огановым метод лег в основу программы USPEX (что читается как русское слово «успех»), которая широко применяется по всему миру («Чердак» подробно писал о ней). С ее помощью были открыты новые магниты, лекарственные средства и вещества, способные существовать в экстремальных условиях, например под высоким давлением. Предполагается, что такие условия вполне могут быть на других планетах, а значит, там могут встречаться и предсказанные Огановым вещества.
Валерий Фокин. Биофармацевтический кластер «Северный»Однако необходимо не только смоделировать вещества с заранее заданными свойствами, но и создать их на практике. Для этого в 1997 году в химии была введена новая парадигма, так называемая клик-химия. Слово «клик» имитирует звук защелки, ведь новый термин был введен для реакций, которые должны при любых условиях соединять маленькие составные части в нужную молекулу. Сперва ученые с недоверием отнеслись к существованию чудо-реакции, однако в 2002 году Валерий Фокин, выпускник Нижегородского государственного университета имени Лобачевского, сейчас работающий в Институте Скриппс в Калифорнии, открыл такую «молекулярную защелку»: она состоит из азида и алкина и работает в присутствии меди в воде с аскорбиновой кислотой. С помощью этой нехитрой реакции можно соединять друг с другом совершенно различные соединения: белки, красители, неорганические молекулы. Такой «клик»-синтез веществ с заранее известными свойствами прежде всего необходим при создании новых лекарств.
Биология
Евгений Кунин. Фото из личного архива ученогоОднако для лечения болезни иногда необходимо не просто нейтрализовать вирус или бактерию, но и подправить собственные гены. Нет, это не сюжет для фантастического фильма: ученые уже разработали несколько систем «молекулярных ножниц», способных редактировать геном (подробнее об удивительной технологии можно узнать в статье «Чердака»). Наиболее перспективной среди них считается система CRISPR/Cas9, в основу которой лег механизм защиты от вирусов, существующий у бактерий и архей. Один из ключевых исследователей этой системы — наш бывший соотечественник Евгений Кунин, уже много лет работающий в Национальном центре биотехнологической информации США. Помимо CRISPR-систем ученый интересуется многими вопросами генетики, эволюционной и вычислительной биологии, так что недаром его индекс Хирша (индекс цитируемости статей ученого, отражающий, насколько востребованы его исследования) перевалил за 130 — это абсолютный рекорд среди всех русскоязычных ученых.
Вячеслав Эпштейн. Фото Северо-западного университетаВпрочем, опасность сегодня предоставляют не только поломки генома, но и самые обычные микробы. Дело в том, что за последние 30 лет не было создано ни одного нового типа антибиотиков, а к старым бактерии постепенно становятся невосприимчивыми. На счастье человечества, в январе 2015 года группа ученых из Северо-восточного университета США объявила о создании абсолютно нового противомикробного средства. Для этого ученые обратились к изучению почвенных бактерий, вырастить которые в условиях лаборатории прежде считалось невозможным. Чтобы обойти эту преграду, сотрудник Северо-восточного университета, выпускник МГУ Вячеслав Эпштейн вместе с коллегой разработал специальный чип для выращивания непокорных бактерий прямо на дне океана – таким хитрым способом ученый обошел проблему повышенной «капризности» бактерий, которые никак не хотели расти в чашке Петри. Эта методика и легла в основу большого исследования, результатом которого стал антибиотик теиксобактин, который может справиться и с туберкулезом, и с золотистым стафилококком.
Математика
Григорий Перельман. Фото: George M. Bergman — Mathematisches Institut Oberwolfach (MFO)Даже весьма далекие от науки люди наверняка слышали о математике из Санкт-Петербурга Григории Перельмане. В 2002—2003 годах он опубликовал три статьи, доказывающие гипотезу Пуанкаре. Эта гипотеза относится к разделу математики, который называется топологией и объясняет наиболее общие свойства пространства. В 2006 году доказательство было принято математическим сообществом, и гипотеза Пуанкаре, таким образом, стала первой решенной среди так называемых семи задач тысячелетия. К ним относятся классические математические проблемы, доказательства которых не были найдены на протяжении многих лет. За свое доказательство Перельман был удостоен Филдсовской премии, которую часто называют Нобелевкой для математиков, а также премии, установленной Математическим институтом Клэя за решение задач тысячелетия. От всех наград ученый отказался, чем и привлек к себе внимание далекой от математики общественности.
Станислав Смирнов. Фото: ИТАР-ТАСС/ Юрий БелинскийРаботающий в Женевском университете Станислав Смирнов в 2010 году тоже стал обладателем Филдсовской премии. Самую престижную в математическом мире награду ему принесло доказательство конформной инвариантности двумерной перколяции и модели Изинга в статистической физике — эта вещь с непроизносимым названием используется теоретиками для описания намагниченности материала и применяется в разработке квантовых компьютеров.
Андрей Окуньков. Фото: «Радио Свобода»Перельман и Смирнов — представители Ленинградской математической школы, выпускники небезызвестной 239-й школы и математико-механического факультета СПбГУ. Но были среди номинантов математической Нобелевки и москвичи, например много лет проработавший в США профессор Колумбийского университета, выпускник МГУ Андрей Окуньков. Он получил медаль Филдса в 2006 году, одновременно с Перельманом, за достижения, соединяющие теорию вероятностей, теорию представлений и алгебраическую геометрию. На практике работы Окунькова разных лет нашли применение как в статистической физике для описания поверхностей кристаллов, так и в теории струн — области физики, пытающейся объединить принципы квантовой механики и теории относительности.
История
Петр Турчин. Фото: Технологический университет СтивенсНовую теорию на стыке математики и гуманитарных наук предложил Петр Турчин. Удивительно, что при этом сам Турчин не математик и не историк: он биолог, учившийся в МГУ, ныне работает в университете Коннектикута и занимается исследованием популяций. Процессы популяционной биологии развиваются на протяжении долгого времени, и для их описания и анализа зачастую необходимо построение математических моделей. Но моделирование можно использовать и для лучшего понимания социальных и исторических явлений в человеческом обществе. Именно это и сделал в 2003 году Турчин, назвав новый подход клиодинамикой (от имени музы истории Клио). С помощью этого метода самим Турчиным были установлены «вековые» демографические циклы.
Лингвистика
Андрей Зализняк. Фото: Mitrius/wikimediaЕжегодно в Новгороде, а также в некоторых других древних русских городах, таких как Москва, Псков, Рязань и даже Вологда, находят все новые и новые берестяные грамоты, возраст которых датируется XI—XV веком. В них можно найти личную и официальную переписку, детские упражнения, рисунки, шутки, а то и вовсе любовные послания — «Чердак» писал о самых смешных древнерусских надписях. Живой язык грамот помогает исследователям разобраться в новгородском диалекте, а также в жизни простого народа и истории Руси. Самый известный исследователь берестяных грамот — это, безусловно, академик РАН Андрей Зализняк: недаром на его ежегодные лекции, посвященные вновь найденным грамотам и расшифровке старых, набивается полный зал народу.
Климатология
Василий Титов. Фото с сайта noaa.govУтром 26 декабря 2004-го, в день трагического цунами в Индонезии, унесшего, по разным оценкам, жизни 200—300 тысяч человек, выпускник НГУ, работающий в Центре по исследованию цунами при Национальной океанической и атмосферной администрации в Сиэтле (США), Василий Титов проснулся знаменитым. И это не просто фигура речи: узнав о сильнейшем землетрясении, произошедшем в Индийском океане, ученый, прежде чем лечь спать, решил запустить на компьютере программу по прогнозированию волны цунами и выложил ее результаты в сеть. Его прогноз оказался очень точным, но, к сожалению, был сделан слишком поздно и потому не смог предотвратить человеческих жертв. Теперь же программа по прогнозированию цунами MOST, разработанная Титовым, используется во многих странах мира.
Астрономия
Константин Батыгин. Фото с сайта caltech.eduВ январе 2016 года мир потрясла еще одна новость: в нашей родной Солнечной системе открыли новую, девятую планету. Одним из авторов открытия оказался родившийся в России Константин Батыгин из Калифорнийского университета. Исследовав движение шести космических тел, находящихся за орбитой Нептуна — последней из признанных на данный момент планет, ученые с помощью вычислений показали, что на расстоянии, в семь раз превышающем расстояние от Нептуна до Солнца, должна находится еще одна, обращающаяся вокруг Солнца планета. Размер ее, по оценкам ученых, в 10 раз превышает диаметр Земли. Однако для того, чтобы окончательно убедиться в существовании далекого гиганта, все еще необходимо увидеть его с помощью телескопа.
Анна Шустикова
10 крупнейших открытий в области физики за 2016 год
- Пол Ринкон
- Отдел науки, Би-би-си
Автор фото, Science Photo Library
Подпись к фото,Парадокс Шрёдингера известен давно, но продемонстировать его на физическом уровне до сих пор не удавалось
Обнаружение гравитационных волн в пространстве-времени, а также первая практическая демонстрация знаменитого парадокса Шрёдингера включены в список крупнейших достижений физики за 2016 год, по версии журнала Physics World.
В нем также присутствует и открытие первой экзопланеты в ближайшей к нам звездной системе.
Обнаружение гравитационных волн, признанное крупнейшим открытием года, было достигнуто научным сообществом LIGO, в котором участвует более 80 научных институтов всего мира.
Сообщество использует несколько лабораторий, пытающихся обнаружить отклонения в структуре пространства-времени, возникающие при прохождении мощного лазерного импульса в вакуумном тоннеле.
Первый сигнал, зафиксированный ими, был порождением столкновения двух черных дыр на расстоянии более миллиарда световых лет от Земли.
По словам Хамиша Джонстона, редактора журнала Physics World, где опубликован список достижений, эти наблюдения стали первым прямым свидетельством существования черных дыр.
Автор фото, LIGO/T. Pyle/SCIENCE PHOTO LIBRARY
Подпись к фото,Альберт Эйнштейн первым предположил возможность существования гравитационных волн
Среди других крупнейших физических открытий года:
Кот Шрёдингера: ученые в течение многих лет ломают голову над загадкой кота Шрёдингера. Это мысленный эксперимент австрийского ученого Эрвина Шредингера. Кот находится в ящике. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное атомное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Парадокс заключается в том, что животное может быть живым или мертвым в одно и то же время. Узнать это точно можно, только открыв ящик. Это означает, что открытие ящика выделяет одно из множества состояний кота. Но до того, как ящик будет открыт, животное нельзя считать живым или мертвым — кот может находиться в двух состояниях одновременно.
Однако американские и французские физики впервые смогли отследить состояние кота на примере внутреннего устройства молекулы, проявляющегося в одновременном нахождении системы в двух квантовых состояниях.
Для этого специалисты привели молекулы в возбужденное состояние с помощью рентгеновского лазера (разера). Из полученных дифракционных картин высокого пространственного и временного разрешений физики смонтировали видео.
Компактный «гравиметр»: ученые из университета Глазго построили гравиметр, которые способен очень точно измерять силу тяжести на Земле. Это компактное, точное и недорогое устройство. Прибор может быть использован при поиске полезных ископаемых, в строительстве и исследовании вулканов.
Ближайшая к нам экзопланета: астрономы обнаружили признаки присутствия в системе Проксима Центавра планеты, находящейся в обитаемой зоне. Эта планета, получившая название Proxima b, по массе всего в 1,3 больше Земли и может иметь жидкую воду на своей поверхности.
Автор фото, ESO/M.Kornmesser
Подпись к фото,Так может выглядить поверхность планеты Proxima b
Квантовое запутывание: группе физиков из США удалось впервые продемонстрировать эффект квантовомеханического запутывания на примере макроскопической механической системы.
Развитие экспериментальных методов изучения квантовых систем и отработка методик по запутыванию разного рода объектов должна, по прогнозам физиков, привести к появлению принципиально новых компьютеров.
Чудо-материал: ученым удалось впервые измерить свойство материала графена — так называемую негативную рефракцию. Это явление может быть использовано при создании новых типов оптических устройств, например, крайне чувствительных линз и объективов.
Атомные часы: немецкие физики обнаружили трансмутацию изотопа тория-229, которая может стать основой конструкции нового типа атомных часов. Такие часы будут гораздо более устойчивыми, чем существующие приборы этого типа.
Оптика для микроскопов: шотландские ученые из Университета Стратклайда создали новый тип линзы для микроскопов, получившей название Mesolens. Новые линзы имеют большое поле зрения и высокое разрешение.
Автор фото, Mesolens
Подпись к фото,Эти структуры в мозгу крыс были зафиксированы новым микроскопом на основе линз Mesolens
Сверхбыстрый компьютер: австрийские ученые достигли крупного успеха в разработке квантовых компьютеров. Они создали модель фундаментальных взаимодействий элементарных частиц, которая может применяться прототипами квантовых компьютеров.
Атомный двигатель: ученые из университета Майнца в Германии разработали прототип теплового двигателя, который состоит из одного атома. Он конвертирует разницу в температуре в механическую работу, помещая единственный ион кальция в ловушку в форме воронки.
ФИЗИКА НА ПОРОГЕ XXI ВЕКА
В январе 2000 года в Санкт-Петербурге прошла конференция «Российское естествознание на пороге третьего тысячелетия», организованная администрацией города и Международной Соросовской программой образования в области точных наук (ICCEP). Конференция, созванная специально для учителей общеобразовательных школ — число подобных конференций, проведенных за пять лет в 80 городах России, насчитывает без малого четыре сотни (!) — дала возможность непосредственного общения с величинами научного мира и коллегами из высших учебных заведений, с тем чтобы учителя из первых рук могли узнать о новейших достижениях в физике, химии, математике и биологии, услышать мнение ведущих ученых относительно свершенного в уходящем столетии и о путях возможного прорыва в будущем. И услышанное — пересказать ученикам.Выступая на открытии конференции в Смольном с приветственным словом от имени Российской академии наук, ее вице-президент Ж. И. Алферов сказал, что, по его мнению, «будущее России определится не Богом и не верой в Бога, не верой в президента и его доброй волей, а научным потенциалом страны, развитием науки и образования». В этой связи помощь, которую американский меценат Дж. Сорос оказывал российской науке и образованию в трудное для них время, трудно переоценить. И дело тут не в сумме денег, потраченной за шесть лет существования программы ICCEP на те или иные гранты, а в том, что эти гранты выделялись не только (а точнее сказать, не столько даже) выдающимся ученым на проведение перспективных исследований, но в первую очередь преподавателям вузов, учителям общеобразовательных школ, лицеев, аспирантам, студентам — словом, тем, от кого зависит, чтобы не иссяк интерес к науке, чтобы «не прервалась связь времен». «И я надеюсь, — сказал в заключение Жорес Иванович Алферов, — что наша талантливая молодежь в XXI веке будет работать в подавляющем большинстве случаев в нашей стране».
Представляем вашему вниманию лекцию академика Ж. И. Алферова, члена редакционного совета журнала «Наука и жизнь», прочитанную в рамках Соросовской конференции в Петербурге. В ней дается обзор достижений физики — главной науки уходящего столетия, а также оцениваются ее перспективы в будущем веке.
Работающему научному сотруднику чрезвычайно сложно, а скорее всего просто не под силу предсказать то, какой будет целая область науки в следующем столетии.
Это сподручнее сделать писателям-фантастам, и на замечательных романах Жюля Верна многие из нас выросли. Научный же работник обременен грузом реальных и конкретных знаний, которые не позволяют ему делать очень смелые предсказания. Хотя в свое время Альберт Эйнштейн разъяснил, как делаются крупные открытия. Он сказал, что подавляющее большинство людей знает, что это невозможно. Затем находится один человек, который не знает, вот он и делает открытие.
Поэтому большую часть своей лекции я посвящу тому, что произошло в физике за почти истекшее XX столетие, ну а в той области, в которой работаю сам, позволю себе некие экстраполяции.
Двадцатое столетие называют веком войн и социальных революций, что совершенно справедливо, и Россия здесь получила, как говорится, сполна, больше, чем многие другие страны. Но вместе с тем XX столетие называют еще и веком физики, и это тоже правильно. Но я бы назвал его веком квантовой физики, поскольку именно квантовая физика определила лицо уходящего века.
Недавно журнал «Тайм» провел опрос, кого из жителей планеты можно признать олицетворившим XX век, и титул человека столетия с подавляющим преимуществом получил Альберт Эйнштейн — основной создатель (если говорить об индивидуальностях) квантовой физики.
Но говоря о том, что наш век есть столетие квантовой физики, мы должны понимать, что произошло это отнюдь не случайно и что революционные изменения в естествознании формировались во второй половине XIX столетия и были связаны, как и всегда, с практической деятельностью человека. Вообще вся современная наука сравнительно молода: она насчитывает примерно лет триста, ибо основателями современного естествознания, современной физики можно считать Исаака Ньютона, Галилео Галилея и Рене Декарта. Они сформировали классическую механику и классическую физику.
В конце XIX столетия благодаря техническому прогрессу — и прежде всего распространению электрического освещения и развитию светотехники — возник кризис естествознания — потребовалось четко обосновать особенности спектров излучения нагретых тел. Из исследования этих особенностей и родилась, по большому счету, современная квантовая физика.
В 1900 году Макс Планк, твердо стоявший на позиции классической физики и не желавший от нее уходить, предложил для объяснения именно спектров излучения идею кванта.
Между прочим, я горжусь тем, что почти 50 лет своей жизни отдал работе в одном из самых замечательных научных учреждений Петербурга, России и мира — Физико-техническом институте имени Абрама Федоровича Иоффе. А вот такое сочетание — физико-технический институт, насколько мне известно, впервые появилось в Германии в 80-е годы прошлого столетия, когда Вернер Сименс, создатель знаменитой одноименной фирмы, основал в Берлине институт, состоявший из двух отделов: физического и технического; физический занимался фундаментальными исследованиями, а технический — совершенствованием ламп накаливания. И вот в этом институте было очень много сделано для возникновения и обоснования квантовой теории.
Конечно, решающее слово было сказано Альбертом Эйнштейном, предложившим в 1905 году квантовое объяснение фотоэффекта. Именно за квантовую теорию фотоэффекта, а не за теорию относительности ему в 1922 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Потому что эта работа А. Эйнштейна сыграла ключевую роль в формировании квантовой теории.
Дальше я должен был бы назвать целый ряд блестящих имен, которым мы обязаны не только формированием квантовой физики, но и современным пониманием физических явлений: Поль Дирак, Вернер Гейзенберг, Морис де Бройль, Нильс Бор, Лев Давидович Ландау и многие, многие другие. Назвав эти имена, я хочу подчеркнуть, что квантовая физика в ее золотое время — 1920-1930-е годы — сформировала не только современную физическую теорию, но и современное научное мировоззрение людей, занимающихся естественными науками. Именно физические методы исследования, физический подход способствовали взлету и развитию как химии, так и биологии.
А сейчас я хотел бы остановиться на открытиях — сугубо экспериментальных, — основанных на квантовой теории, которые, с моей точки зрения, не только определили научно-технический прогресс во второй половине XX века, по-новому объяснив многие вещи в физике, но и привели к масштабным социальным изменениям и во многом предопределили современное развитие как передовых стран, так и практически всего населения земного шара.
И первым из этих трех открытий в физике я бы назвал открытие деления урана под воздействием нейтронного облучения, сделанное О. Ганом и Ф. Штрассманом в 1938 году.
Вообще первые десятилетия XX столетия (подчеркиваю, в экспериментальном отношении) были отмечены прежде всего работами в области ядерной физики, исследованиями радиоактивности, созданием современной теории атомного ядра. Но открытие деления урана предвиделось, я бы даже сказал, ожидалось, причем значительно больше, чем происшедшее в 80-е годы открытие высокотемпературной сверхпроводимости, и было оценено практически сразу. У нас, в Ленинграде, его оценили два выдающихся советских физика, сыгравших огромную роль и в развитии фундаментальной физики, и в нашем атомном проекте: Яков Борисович Зельдович и Юлий Борисович Харитон, которые выполнили блестящую работу по расчету цепных реакций на основе деления урана.
Вы знаете, что в 1939 году венгерский физик Лео Сцилард, живший тогда в США, уговорил Альберта Эйнштейна подписать письмо к президенту Ф. Рузвельту, в котором высказывалось предостережение — нацисты могут первыми изготовить атомную бомбу. В связи с этим выражалась настойчивая просьба об ассигновании собственных атомных исследований. Спустя непродолжительное время такое решение было принято, и начался известный Манхеттенский проект.
У нас в стране одним из инициаторов советского атомного проекта стал Георгий Николаевич Флеров, аспирант Игоря Васильевича Курчатова в Физико-техническом институте. В то время он был призван в армию, но при каждом удобном случае продолжал просматривать научные журналы. Обнаружив, что в них исчезли публикации, связанные с атомной тематикой (а это означало, что работы в этой области засекречены), он начал бомбардировать письмами высокое начальство, включая Сталина, доказывая необходимость развития советского атомного проекта.
Изучая рассекреченные и опубликованные материалы 1938-1943 годов, стенограммы заседаний, выступлений, понимаешь, какие у нас были замечательные физики: Абрам Федорович Иоффе, Игорь Васильевич Курчатов, Сергей Иванович Вавилов. Особенно восхищают меня А. Ф. Иоффе и С. И. Вавилов, потому что они работали в других областях (как известно, А. Ф. Иоффе — основоположник науки о полупроводниках, С. И. Вавилов — о люминесценции) и проблемы ядра были от них далеки. Но они прекрасно разбирались в этих вопросах!
Сегодня появилось много публикаций, утверждающих, что нашим ученым якобы ничего не нужно было делать — мол, все принесла разведка. Да, конечно, разведка сделала свое дело (и, прежде всего, по идеологическим соображениям, Клаус Фукс). Но на самом деле никакая разведка не могла бы нам дать атомное оружие и решить атомную проблему. Атомное оружие было создано в СССР благодаря тому, что уже в 1920-1930-е
годы у нас была своя, отечественная школа физиков, возникшая прежде всего благодаря А. Ф. Иоффе и так называемому «детскому саду папы Иоффе», который сформировался в Физико-техническом институте. Начало было положено еще в 1919 году, когда Абрам Федорович вместе со Степаном Прокофьевичем Тимошенко основали физико-механический факультет Политехнического института. Это было совершенно новое для того времени образовательное учреждение, которое ставило своей целью подготовку физиков с пониманием инженерных проблем и подготовку инженеров с очень глубокой физико-математической базой. Именно вот этот «детский сад папы Иоффе», из которого вышла целая гвардия трижды Героев Социалистического Труда, десятки академиков, и решил в будущем для нашей страны и атомную, и полупроводниковую, и многие другие проблемы.
Конечно, сегодня, особенно после чернобыльской катастрофы, много говорится об опасности использования атомной энергии. И в целом ряде стран предпринимаются меры для сокращения атомной энергетики. Хотя я не являюсь специалистом в этой области, но из моих бесед, чтения соответствующих работ и обсуждения данной проблемы на весьма представительном научном уровне я вынес убеждение, что в XXI веке атомная энергетика будет основным источником энергии не только в нашей стране, но и во всем мире. И прежде всего потому, что запасы горючих ископаемых кончаются. Современная же атомная энергетика экологически значительно безопаснее, чем угольные или даже мазутные электростанции. В области реакторной техники мы имеем очень хорошие наработки, и я уверен — так будет, потому что термоядерная энергетика еще довольно далека от своей реализации. Примечателен в этой связи такой случай. Когда руководителя английской термоядерной программы сэра Джона Кокрофта, лауреата Нобелевской премии, журналисты спросили, когда же можно ожидать промышленной реализации термоядерной энергетики, он ответил: «Через двадцать лет». Семь лет спустя на аналогичной конференции Кокрофту вновь был задан тот же вопрос, на который последовал прежний ответ: «Через двадцать лет». А когда удивленные журналисты воскликнули: «Но, позвольте, это же вы говорили и семь лет назад!», невозмутимо возразил: «Вы видите, я не меняю своей точки зрения».
Сегодня эта точка зрения изменилась. Полным ходом и при нашем участии осуществляется международный проект термоядерного реактора ИТЕР, однако начало промышленного использования термоядерной энергии относят к середине XXI столетия. То есть это будет не через двадцать, а через все пятьдесят лет. Поэтому надежды можно возлагать на атомную энергетику. Дай только Бог, чтобы ни в одной стране мира открытие О. Гана и Ф. Штрассмана не пришлось употребить так, как это было сделано президентом США Г. Трумэном в 1945 году при бомбардировках Хиросимы и Нагасаки.
Второе крупнейшее открытие в физике XX столетия — это, безусловно, создание транзистора.
Оно было сделано в 1947 году тремя выдающимися американскими физиками — Джоном Бардиным, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли в лаборатории компании «Белл телефон». Открытие стало следствием бурного развития физики полупроводников, полупроводниковой технологии и прежде всего радиолокации в годы Второй мировой войны.
Джон Бардин — один из самых выдающихся физиков XX столетия прежде всего в области физики конденсированного состояния, единственный за историю физики дважды нобелевский лауреат по физике в одной и той же области науки. Первую премию он получил в 1956 году вместе с У. Браттейном и У. Шокли за открытие транзистора, а вторую — в 1972-м вместе с Л. Купером и Дж. Шриффером за теорию сверхпроводимости, впервые давшую полное объяснение этому загадочному явлению, открытому Гейке Камерлинг-Оннесом в 1911 году в Голландии.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Нильс Бор и Абрам Федорович Иоффе. Москва, 1934 год.
Рабочий стол Отто Гана. Немецкий музей, Мюнхен. На таком столе проводились первые опыты по исследованию радиоактивных веществ.
Семинар А. Ф. Иоффе, 1916 год. Сидят (слева направо): П. И. Лукирский, А. Ф. Иоффе, Н. Н. Семенов; стоят: Я. Г. Дорфман, Я. Р. Шмидт, К. Ф. Нестурх, Н. И. Добронравов, М. В. Кирпичева, Я. И. Френкель, А. П. Ющенко, И. К. Бобр и П. Л. Капица.
1947 год: Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн рассматривают в микроскоп свой первый транзистор (показан на снимке вверху).
Серийный исследовательский атомный реактор, сконструированный в производственном объединении «Атомэнергоэкспорт». 1980-е годы.
Первые ЭВМ, появившиеся в конце 1940-х годов, работали на радиолампах, которые сильно грелись и имели тенденцию неожиданно перегорать.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Молекулярный квантовый генератор (мазер). 1955 год. Музей истории Московского государственного инженерно-физического института (технического университета).
И. Е. Тамм, Ф. Дайсон, Р. Пайерлс и В. Л. Гинзбург на Международной конференции по физике элементарных частиц. Москва, 1956 год.
Нильс Бор и Лев Давидович Ландау на «празднике Архимеда» в МГУ, 1961 год.
Академики Я. Б. Зельдович, Ю. Б. Харитон и Н. Н. Семенов.
‹
›
Президиум Академии наук СССР присудил Джону Бардину свою высшую награду — медаль М. В. Ломоносова. И Джон Бардин, выступая на заключительном заседании Международной конференции по физике полупроводников в 1960 году, сказал: «Наука интернациональна, интернациональна физика, нет национальной физики. И физика полупроводников это доказывает очень ярко: она создана прежде всего Вильсоном и Моттом в Англии, Шоттки — в Германии, Иоффе и Френкелем — в СССР». 23 декабря 1947 года был продемонстрирован первый транзисторный усилитель, началась новая эра в электронике. А несколько позже появилась широчайшая научно-техническая область, приведшая к огромным социальным изменениям в мире.
На то, что транзистор появился на свет в Соединенных Штатах Америки, были вполне определенные причины, но нельзя забывать и того, что большой вклад в это выдающееся открытие человечества внесен физиками нашей страны.
Работы эти, кстати, начались за много лет до войны, и для их развития многое дали работы Олега Васильевича Лосева, гениального изобретателя из нижегородской радиолаборатории, рано умершего. В числе прочих открытий Лосева было создание кристаллического усилителя «кристадин Лосева», но, как говорится, дорого яичко к Христову дню. Когда открытия делаются слишком рано и уровень техники и технологии не готов к этому, они обычно «не проходят» и о них забывают.
Но интересен, например, и такой факт. Вице-президент крупнейшей компании «Белл телефон» Мелвин Келли, формируя группу для проведения исследований в 1945 году в области физики твердого тела и разработки новых технических средств для радиолокации, сформулировал ее основную задачу как проверку квантовой теории для конденсированного состояния. Группа была необычайно сильной. В нее вошли те трое, кто затем получил Нобелевскую премию, а также выдающийся физик Джеральд Пирсон и многие очень квалифицированные инженеры-электрохимики, механики и лаборанты. Сотрудниками группы были открыты новые физические явления, ставшие основой полевого транзистора и так называемого биполярного транзистора.
В 1958 году была построена первая интегральная схема. Она представляла собой пластину из монокристалла кремния площадью несколько квадратных сантиметров, на которой были получены два транзистора и RC-цепочки транзисторов. Современный микропроцессор со стороной, скажем, 1,8 сантиметра имеет 8 миллионов транзисторов. Если размеры первых транзисторов исчислялись долями миллиметра, то сегодня фотолитографические методы позволяют получать размеры 0,35 микрона. Это современный технологический уровень. В самом ближайшем будущем ожидается переход на размеры 0,18 микрона и через 5-7 лет — на 0,1 микрона.
Но интересно другое. С одной стороны, можно говорить, что это огромный технический прогресс, а с другой — чисто физически там не появилось никаких новых явлений: тот же полевой и биполярный транзистор и те же эффекты, которые были открыты еще в конце 1940-х годов. Однако именно эта технология, именно эти физические открытия стали основой всей современной микроэлектроники, а современная микроэлектроника изменила мир.
Я приведу лишь очень простой пример. До начала XX века Соединенные Штаты Америки были сельскохозяйственной страной. Это означает, что из четырех основных групп работающего населения — занятых в промышленности, сельском хозяйстве, сфере обслуживания и в сфере информатики (куда относятся и бухгалтеры) — самая большая группа работающих — те, кто трудились в сельском хозяйстве. К середине века США становятся индустриальной страной, потому что самой многочисленной группой были работающие в промышленности. А примерно с 1955 года Соединенные Штаты — уже постиндустриальная страна, так как самой большой группой работающего населения оказываются те, кто занимается получением и использованием информации.
Но вот что примечательно: в 1970 году численность этой группы достигла 50% работающего населения США, и с тех пор, за 30 лет, ее доля практически не изменилась. По-прежнему незначительно падает численность занятых в промышленности и сельском хозяйстве, растет число работающих в сфере обслуживания, однако в процентном к ним отношении число людей, занятых в информатике, остается прежним. И происходит это благодаря компьютерной революции.
Таким образом, открытие транзистора привело к изменению социальной структуры населения сначала развитых стран, а затем постепенно и всех остальных. Именно открытие транзистора дает нам право говорить о наступлении постиндустриального времени, времени информационного общества.
Ну и третье глобальное научное событие XX века, в чем-то примыкающее к созданию транзистора, — это открытие лазерно-мазерного принципа. И сделано оно было в 1954- 1955 годах практически одновременно Чарльзом Таунсом в США и Николаем Геннадиевичем Басовым и Александром Михайловичем Прохоровым в Физическом институте Академии наук СССР.
Если в рассказе о транзисторе я говорил лишь о вкладе, внесенном в его открытие советскими учеными школы «папы Иоффе», то честь открытия лазерно-мазерного принципа американские коллеги по праву разделяют с нашими великими соотечественниками. Об этом красноречиво говорит тот факт, что в 1964 году Нобелевскую премию по физике — а ее советским и российским ученым никогда не давали с легкостью — в силу неотвратимых обстоятельств на этот раз Таунс должен был разделить с Басовым и Прохоровым.
В Американской энциклопедии по поводу присуждения премии в 1964 году Н. Г. Басову и А. М. Прохорову были процитированы слова председателя Нобелевского комитета по физике. Он сказал, что научный мир был потрясен, узнав, что хорошо известный миру ученый Чарльз Таунс разделил Нобелевскую премию с двумя никому не известными русскими, которые с помощью своих примитивных средств сделали такое же открытие, как и на современном оборудовании Ч. Таунс. «Но, — сказал он в заключение, — работы, проведенные примитивными экспериментальными средствами, нужно поощрять ничуть не менее, чем открытия, которые производятся нажатием кнопки на современном дорогом оборудовании». Однако уважаемый председатель Нобелевского комитета ошибался, потому что экспериментальные средства в ведущих наших физических институтах — ФИАНе и Физтехе — в те времена практически не отличались от аналогичных средств в западных, в том числе и американских, лабораториях.
Все знают, что лазерная техника быстро развивается и очень широко применяется. Она стала мощным техническим и технологическим средством в медицине, с ее помощью делаются сложнейшие, но ставшие уже вполне привычными операции, производятся сварка и резка материалов. Не секрет, что существует лазерное оружие, позволяющее сбивать спутники. Вместе с тем лазер сегодня — это могучее информационное средство, и в области информатики полупроводниковые лазеры играют огромную роль.
В 1970 году американцами были созданы первые волокна с малыми потерями, а в нашей, физтеховской, лаборатории в это время впервые в мире появились полупроводниковые лазеры, работающие в непрерывном режиме при комнатной температуре на основе так называемых полупроводниковых гетероструктур. Так возникла волоконно-оптическая связь. Потом полупроводниковые лазеры стали широко применяться в известных ныне всем лазерных проигрывателях, где иголочкой, снимающей информацию, служит крохотный полупроводниковый лазер.
Так что, с одной стороны, лазеры, лазерная технология, сама по себе физика создания лазера — это торжество квантовой теории. А с другой — это могучие технические средства, которые, я повторяю, в значительной степени определили и прогресс, и изменение социальной структуры общества.
Ну а что мы можем ожидать сейчас?
В ближайшие десятилетия, видимо, не приходится ждать нового всплеска в объяснении явлений неживой природы — а физика занимается именно этой областью.
Дело в том, что вряд ли возможна революционная ситуация, аналогичная той, которая вызвала появление блестящей плеяды выдающихся ученых, наших и зарубежных, создавших современную квантовую физику. Для этого, повторю, должен был бы возникнуть некий кризис ведущего научного направления, а сегодня мы пока не видим, происходит ли он в квантовой теории. По-видимому — не происходит.
В свое время один из выдающихся британских физиков Рудольф Пайерлс, один из активных участников и Манхеттенского проекта в США, и создания атомного оружия в Великобритании, много работавший и у нас в стране, в Ленинградском и Харьковском физтехах (до войны он довольно долго жил в Советском Союзе), говоря о золотой плеяде физиков 1920-х годов, сказал мне: «Да, это было особое время, когда люди, так сказать, «первого класса» делали в науке гениальные работы, а люди «второго сорта» — работы первоклассные». Конечно, в этом сказалась величайшая скромность одного из выдающихся физиков XX столетия, но вместе с тем его слова в чем-то отразили ситуацию, сложившуюся в эпоху золотого времени для физики.
Я как-то посмотрел, что было сделано в то время у нас, в относительно небольшом коллективе Физико-технического института, и был потрясен масштабом исполненного. И это в еще разоренной после гражданской войны стране!
В 1921 году Абрам Федорович Иоффе, Алексей Николаевич Крылов и Дмитрий Сергеевич Рождественский выехали в первый раз после революции за рубеж. Абрам Федорович взял с собой Петра Леонидовича Капицу, который был тогда в очень тяжелом состоянии (у него в 1919 году погибли жена и двое малолетних детей), и он поступил на работу к Э. Резерфорду. А сам Иоффе на выделенные на ту поездку бюджетные средства закупил 42 ящика современного оборудования для Физтеха и оформил подписку почти на 50 научных журналов. Дай Бог, чтоб можно было и теперь совершать столь эффективные поездки.
Конечно, в наше время, повторяю, подобной революционной ситуации нет. Но тем не менее интересные и важные изменения, наверное, произойдут. И прежде всего в физике так называемых полупроводниковых гетероструктур, монокристаллических структур, в которой имеет место переход к различным по химическому составу веществам. Сегодня уровень этой технологии достиг того состояния, когда мы действительно умеем «укладывать» атом к атому и создавать принципиально новые структуры. Можно сказать так: мы экспериментально делаем объекты, на которых можно проверять задачки для учебника квантовой механики, самым разным образом строя эти экспериментальные объекты.
Но не только это. Мы создаем системы с пониженной размерностью электронного газа, когда электроны ограничены либо в плоскости, либо в одном измерении, в проволоке, либо вообще являются нуль-мерными структурами, это так называемые квантовые точки, рукотворные, искусственные атомы. Их свойства мы можем менять так, как нам хочется. И вот из этой области, безусловно, вырастет совершенно новое поколение электронных компонент, которые кардинально изменят информационные системы и без того совершенные сегодня.
Квантовые точки, квантовые проволоки, квантово-размерная физика конденсированного состояния — здесь такое богатство новых физических явлений, новых физических идей, что, я надеюсь, через 10-20 лет про эту область можно будет сказать, что она не только изменила технические информационные системы, но и подарила нам массу новых физических явлений.
Возможно, это лишь очень слабые ростки, которые проявляются именно при исследовании полупроводниковых гетероструктур. Возможно и появление некоторых революционных идей. Мне думается, что открытие так называемого дробного квантового холл-эффекта Хорстом Л. Штормером, Дэниелем Цуи и Робертом Лохлином, за которое им в 1998 году была присуждена Нобелевская премия по физике, может стать предтечей новых революционных идей в физике конденсированного состояния (см. «Наука и жизнь» № 1, 1999 г. — Прим. ред). В сильных магнитных полях и очень низких температурах был открыт ряд явлений, которые удалось объяснить, только предположив, что у квантовой жидкости должен быть компонент, обладающий дробным зарядом. То, что появляются экспериментальные факты, которые требуют привлечения подобных, совершенно не тривиальных объяснений, уже говорит о том, что не все в порядке в «этом королевстве» и что-то новое и интересное здесь может произойти.
С известным сожалением можно сказать, что открытая Алексом Мюллером и Георгом Беднорцем в 1986 году высокотемпературная сверхпроводимость почти ничего не дала практике и даже в общем существенно не изменила наших представлений. Можно говорить о том, что великая программа управляемого термояда, давшая массу интересных вещей для физики плазмы, не нашла пока реального практического применения. Но, наверное, и в этих областях что-то произойдет. А вот что касается квантово-размерных объектов физики конденсированного состояния, квантовых проволок и квантовых точек, то здесь совершенно точно можно ожидать изменения фундаментальных физических представлений, а стало быть, и нового реального взрыва в науке.
Записала Н. ДОМРИНА.
Физики стоят на пороге одного из главных открытий XXI века — Российская газета
Наука на пороге выдающегося открытия. Возможно, одного из самых «громких» в XXI веке. Оптимисты уже говорят, что будет дан старт новой физике, как это произошло в XX веке, когда «рядом» с физикой Ньютона была создана квантовая. Сейчас надежды связаны с сенсационными экспериментами, которые проводят ученые на ускорителе в научном центре под Чикаго. Их результаты дают шанс на революционный прорыв. Почему? Дело в том, что после открытия «божественного» бозона Хиггса была закрыта последняя страница знаменитой Стандартной модели, которая описывает все элементарные частицы. (Эта модель признана одним из самых важных достижений науки прошлого века.) А значит, физикам уже больше не на что надеяться, никаких прорывных открытий они в этой научной области не сделают, своих Нобелей не получат. Стандартная модель как глыба стоит на пути, не позволяя даже надеться на прорывы.
Но, как всегда бывает в науке, находятся «еретики», которые ищут варианты поколебать каноны. Скажем, периодически появляются сообщения, что проведен эксперимент, который поколебал Стандартную модель. Что полученные данные в нее не вписываются, а потому надо строить новую физику. Однако проходит время, сенсационные данные проверяются новыми экспериментами, и появляется опровержение. А «стандарт» по-прежнему остается незыблемым.
Но последний эксперимент в центре под Чикаго может кардинально изменить ситуацию. А один из руководителей исследования профессор Марк Ланкастер заявил: «Мы в восторге, что наши данные не согласуются со Стандартной моделью, это открывает будущее с новыми законами физики, новыми частицами и новыми, невиданными до сих пор силами».
Речь идет об открытии в природе новой силы или пятого фундаментального взаимодействия. Сегодня науке их известно четыре: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное. Именно они определяют взаимодействие всех объектов и частиц во Вселенной.
Само существование всего четырех этих видов поражает, учитывая, что они отвечают за все фантастическое многообразие явлений в природе. Напомним, что многие великие ученые пытались создать единую «теорию всего», объединить четыре взаимодействия. А Альберт Эйнштейн посвятил этому большую часть своей жизни.
Полученные данные открывают будущее с новыми законами физики, невиданными до сих пор силами
И вот сейчас появился шанс на прорыв — открытие пятого взаимодействия. В чем суть эксперимента? На ускорителе в лаборатории имени Ферми изучаются мюоны. Эти элементарные частицы похожи на электроны, только в 200 раз тяжелее. Они разгоняются по 14-метровому кольцу в коллайдере под воздействием мощного магнитного поля. Ученые измеряли у этих частиц аномальный магнитный момент. И тут их ждал приятный сюрприз: он не совпадал с тем, что давали расчеты по Стандартной модели. Правда, есть нюанс: на данный момент важнейший показатель достоверности измерений составляет 4,1 сигма, а для признания открытия требуется 5 сигма. Подобные случаи уже не раз бывали, когда физики пытались атаковать Стандартную модель, но последующие эксперименты не подтверждали сенсацию, так как «пятерки» так и не удавалось достичь. Но сейчас есть принципиальное отличие. Это уже второй эксперимент, который принес сенсационный результат, который не вписывается в Стандартную модель. То есть он не опроверг, а подтвердил первый. А это, по мнению многих ученых, дает шанс на выдающееся открытие. И конечно, на новые Нобели. Возможно, даже россыпь наград, как это произошло в XX веке с создателями квантовой физики.
Комментарий
Валерий Рубаков, академик:
О том, что с данными по аномальному магнитному моменту мюона не все в порядке, ученые знают уже довольно давно. Они были получены на ускорителе в американской Брукхейвенской национальной лаборатории. Потом оттуда эту технику перевезли в центр имени Ферми, где сейчас повторили эксперимент. Когда он тоже показал отклонение момента от расчетной величины, это дало надежду на существование новой силы. Конечно, это пока не открытие, надо довести достоверность до 5 сигма, но ученые очень вдохновлены, почувствовали, что ухватились за «золотую жилу». Они наверняка повысят точность измерений и будут многократно гонять этот эксперимент в надежде все же получить заветные 5 сигма.
Но у меня есть одно сомнение, связанное не с самим экспериментом, а с исходной цифрой аномалии магнитного момента мюона, который рассчитан в Стандартной модели. Собственно, с ней и сравниваются результаты эксперимента. Возможно, сами расчеты не совсем точные. Дело в том, что там есть эффекты, вклад которых небольшой, и они трудно поддаются расчету. Поэтому могут возникнуть погрешности вычислений. А значит, сама величина момента, с которой мы сравниваем, может быть не точна. Так это или нет? Наука будет разбираться. Но то, что последние результаты сильно подогрели энтузиазм многих ученых, несомненно.
Десять самых важных открытий российских ученых за 20 лет
Озеро ВостокРоссийским ученым принадлежит, возможно, последнее крупное географическое открытие на Земле — обнаружение подледного озера Восток в Антарктиде. В 1996 году совместно с британскими коллегами они открыли его с помощью сейсмического зондирования и радарных наблюдений.
Бурение скважины на станции Восток позволило российским ученым получить уникальные данные о климате на Земле за последние полмиллиона лет. Они смогли определить, как менялась температура и концентрация СО2 в далеком прошлом.
В 2012 году российским полярником удалось впервые проникнуть в это реликтовое озеро, которое было изолировано от внешнего мира около миллиона лет. Исследование образцов воды из него, возможно, приведет к открытию абсолютно уникальных микроорганизмов и позволит сделать выводы о возможности существования жизни за пределами Земли — например, на спутнике Юпитера Европе.
Мамонты — современники древних греков
Мамонты были современниками критской цивилизации и вымерли уже в историческое время, а не в эпоху каменного века, как считалось ранее.
В 1993 году Сергей Вартанян и его коллеги обнаружили останки карликовых мамонтов, рост которых не превышал 1,8 метра, на острове Врангеля, который, по всей видимости, был последним убежищем этого вида.
Радиоуглеродная датировка, проведенная с участием специалистов географического факультета Петербургского университета, показала, что мамонты обитали на этом острове до 2000 года до нашей эры. До того момента считалось, что последние мамонты жили на Таймыре 10 тысяч лет назад, однако новые данные показали, что мамонты существовали еще во времена минойской культуры на Крите, постройки Стоунхенджа и 11-й династии египетских фараонов.
Третий вид людей
Работа сибирских археологов под руководством академика Анатолия Деревянко позволила обнаружить новый, третий по счету вид человеческих существ.
До сих пор ученым было известно о двух высших видах древних людей — кроманьонцах и неандертальцах. Однако в 2010 году исследование ДНК из костей, найденных в Денисовой пещере на Алтае, показало, что 40 тысяч лет назад в Евразии вместе с ними жил третий вид, получивший имя денисовцев.
Музей истории физики и математики
Уважаемые посетители, обратите внимание на особые правила посещения музея в связи с эпидемиологической обстановкой.
В помещении музея может одновременно находиться ограниченное число посетителей — не более 15 человек, с соблюдением дистанции 1,5-2 метра (из расчета один человек на 20 кв. м.). Посетители обязаны носить перчатки и маску. При необходимости средства защиты можно будет получить при входе в музей. Также при входе посетителям измеряют температуру при помощи бесконтактного термометра. Регулярно проводится санитарная обработка санузлов и мест общего пользования с использованием дезинфицирующих средств, а также дополнительная обработка помещений музея — обрабатываются дверные ручки, перила и др. контактные поверхности. В санитарной зоне установлены антисептики и инструкции по правильному мытью рук. Проводится регулярное проветривание помещений. Приносим извинения за временные неудобства!
Музей истории физики и математики включает два раздела: раздел физики и раздела математики, механики, астрономии.
Экспозиция раздела физики создана и открыта в 2001 году к 100-летию со дня основания научно-исследовательского института физики СПбГУ, которому за выдающиеся достижения приказом ректора от 25 мая 2001 года № 549 присвоено имя всемирно известного физика-теоретика, академика Владимира Александровича Фока.
В экспозиции представлены материалы по истории возникновения и этапах развития физики в отделах Института физики и на кафедрах физического факультета СПбГУ. Излагаются краткие биографии крупнейших русских ученых, создавших научные школы практически во всех областях современной физики. Дана краткая характеристика Института физики на рубеже XX-XXI веков.
Экспозицию раздела математики, механики, астрономии составляют в основном модели механизмов, которые в течение десятилетий бережно хранились сотрудниками кафедры теоретической и прикладной механики математико-механического факультета СПбГУ. Эти модели перешли к кафедре теоретической и прикладной механики из Кабинета практической механики, который был основан в 1865 году под руководством приват-доцента (впоследствии профессора) М. Ф. Окатова. Консерваторами (хранителями) этого кабинета являлись молодые выпускники университета, которые впоследствии стали гордостью российской и мировой науки. Среди них были А. М. Ляпунов, И. В. Мещерский, Г. В. Колосов, Е. Л. Николаи, Н. И. Мусхелишвили и другие.
Во второй половине XIX века преподавание механики в высших учебных заведениях России и за рубежом считалось невозможным без демонстрации наглядных пособий и механизмов. В Кабинете были представлены модели механизмов, демонстрирующие разные виды движений: например, вращательное, прямолинейное, а также преобразование одного вида движения в другой.
Деревянные модели Кабинета практической механикиПредположительно, первые из деревянных моделей были изготовлены по заказу Университета в Артиллерийской технической школе в 1833 году. Другие деревянные модели были изготовлены в мастерской кабинета практической механики. Причем, есть модели, изготовленные известным в то время мастером, университетским механиком Франценом.
Кабинет практической механики также известен тем, что здесь присутствуют модели, созданные собственноручно академиком П. Л. Чебышёвым или по его чертежам.
Значительную часть металлических моделей, представленных в Кабинете практической механики, составляют модели из коллекции известного немецкого ученого-механика, профессора Берлинской Технической Академии Франца Рeло. Более 300 из спроектированных им 800 моделей были произведены в Берлине на мануфактуре Г. Фойгта (конец XIX века) и продавались многим университетам мира для педагогических и научных целей. Сейчас эту коллекцию механизмов называют коллекцией Рело-Фойгта. Сохранился каталог производившихся Г. Фойгтом кинематических моделей. Каталог состоит из двух частей. Первая часть имеет буквенно-числовую нумерацию: буква указывает на класс механизма, число — конкретный случай из этого класса. Во второй части каталога нумерация чисто числовая. В коллекции Санкт-Петербургского университета насчитывается около 40 исторических моделей Рело-Фойгта. Модели Рело становятся все более и более известными благодаря сайтам многих технических университетов разных стран и их популяризации, например, Корнелльский университет (США).
Также в коллекцию моделей механизмов Кабинета практической механики (конца ХIХ — начала XX века) входят модели, изготовленные в Швейцарии, в Париже; кинематические модели из каталога М. Шиллинга (1903-1911 годы).
Коллекция продолжала пополняться и в XX веке. Продолжается работа по собиранию экспонатов и приборов, находящихся на кафедрах и в бывших лабораториях институтов физического и математико-механического факультетов: научно-исследовательского института математики и механики имени академика В. И. Смирнова, института астрономии имени академика В. В. Соболева, института информационных технологий. Коллекция имеет несомненную историко-культурную ценность. Через нее студенты и школьники знакомятся с вехами развития физики, математики, механики и астрономии.
Музейные программы и экскурсии
Урок в музее «Замечательные математические кривые (эллипс, циклоида, кардиоида, трохоида)»
- Аудитория:7—11 классы
- Продолжительность:45 мин
Во время урока в музее учащиеся услышат рассказ о математических кривых: эллипсе, циклоиде, кардиоиде, трохоиде, а также об ученых-математиках, исследовавших эти кривые. Ребята увидят кинематические модели 19 в., демонстрирующие построение этих кривых. Одна из моделей является прообразом детской игрушки «Спирограф». При помощи спирогафа можно будет на листе бумаги нарисовать различные трохоиды и сравнить их с теми кривыми, которые демонстрируются моделями механизмов.
Купить билет на программу
Музейная программа, осуществляемая только по предварительной записи; на данную программа льготы не распространяются.
Величайшие ученые 21 века
В XXI веке в области науки и техники произошли огромные успехи. Без сомнения, самое большое достижение в этом можно отнести к тем отважным и дальновидным ученым, которые не боятся раздвигать границы того, что мы считаем возможным. И поскольку инженеры бывают разных форм, все они во многом меняют то, как устроен наш мир.Они революционизируют то, как мы общаемся, путешествуем и воспринимаем мир и вселенную в целом. Некоторые даже приложили руку к тому, чтобы отправить нас на другие планеты и изменить наши гены способами, которые мы даже представить себе не могли. Кто на данный момент является величайшими учеными этого века?
Ознакомьтесь с нашими списками вакансий инженеров
Андре Константин ГеймФизик из Манчестерского университета Гейм был удостоен Нобелевской премии по физике вместе с Константином Новоселовым за свои работы по графену в 2010 году.Графен — это сверхпроводящая форма углерода, состоящая из листов толщиной в один атом. Признанный самым тонким материалом в мире, а также одним из самых прочных и твердых, он является превосходной альтернативой кремнию во многих областях применения. Его исследования по мезоскопической физике и сверхпроводимости также очень многообещающие.
Новоселов Константин СергеевичИзвестный своей совместной с Андре Геймом работой по открытию и изучению графена, Новоселов включает 49 статей, в основном по физике и материаловедению.Доктор Новоселов является научным сотрудником Королевского общества в Школе физики и астрономии Манчестерского университета, а также профессором Лэнгуорти и директором Манчестерского центра мезонауки и нанотехнологий Манчестерского университета.
Джон Крейг ВентерАмериканский биолог известен тем, что был одним из первых, кто секвенировал геном человека. Ему приписывают создание первой клетки с синтетическим геномом в 2010 году. Основатель J.В Институте Крейга Вентера его текущая работа сосредоточена на создании синтетических биологических организмов, а также на документировании генетического разнообразия мирового океана. Он был включен в выпуски журнала Time за 2007 и 2008 годы в списке 100 самых влиятельных людей мира. Его исследования в области синтетической жизни могут быть использованы для создания бактерий, которые могут быть сконструированы для выполнения определенных задач, таких как создание топлива, производство лекарств и решение экологических проблем, таких как глобальное потепление.
Стивен Уильям ХокингСамый известный физик-теоретик и космолог Англии написал множество научных книг (особенно его бестселлер «Краткая история времени»). Его исследования и вклад в науку о космологии и квантовой гравитации способствовали развитию космологии в целом. Вместе с Роджером Пенроузом он предоставил теоремы о гравитационных сингулярностях в рамках общей теории относительности и дал теоретические предсказания о том, что черные дыры испускают излучение.
Мичио КакуМичио Каку — американский физик-теоретик. Он является соучредителем теории поля струн. Он уже написал несколько книг по физике и смежным темам. Физик-теоретик, которого часто приглашают для выступления на сложные научные темы, такие как путешествия во времени и сингулярности, охватывает широкий круг вопросов, таких как червоточины и путешествия во времени.
Тиера Гуинн ФлетчерТиера Гуинн Флетчер — чрезвычайно молодой ученый, окончившая Массачусетский технологический институт всего в 2017 году.Независимо от своего возраста, она уже является одним из структурных аналитиков и разработчиков программы НАСА, направленной на отправку людей на Марс, системы космического запуска. Работает в авиастроительной компании Boeing. В 2018 году она получила награду «Самый многообещающий инженер» от Black Engineer of the Year Awards.
Дженнифер ДуднаПрофессор Беркли и Калифорнийского университета, а также член ряда организаций, включая институты Гладстоуна и Говарда Хьюза, Дудна, тем не менее, наиболее известна своей работой над CRISPR, проектом редактирования генома, получившим широкую огласку в последние годы. .Благодаря ее открытиям с Эммануэль Шарпантье, которые, возможно, являются одними из самых важных открытий в науке, а также целому ряду других успехов, она выиграла множество наград за свою карьеру. Она также была одним из самых влиятельных людей TIME .
Когда прошлое становится будущим: физика в 21 веке
В последние годы, хотя в физике не произошло революций, подобных тем, которые произошли в первой четверти двадцатого века, семена, посаженные в то время, все еще приносят плоды и продолжают порождать новые разработки.В этой статье рассматриваются некоторые из них, начиная с открытия бозона Хиггса и гравитационного излучения. Более глубокий взгляд обнаруживает дополнительную потребность в рассмотрении других открытий, в которых физика обнаруживает свое единство с астрофизикой и космологией. К ним относятся темная материя, черные дыры и множественные вселенные. Также рассматриваются теория струн и суперсимметрия, а также квантовая запутанность и ее использование в области защищенных коммуникаций (квантовая криптография). Статья завершается взглядом на присутствие и важность физики в научно междисциплинарном мире.
Физика считается королевой науки двадцатого века, и это правильно, поскольку этот век был отмечен двумя революциями, которые радикально изменили ее основы и привели к глубоким социально-экономическим изменениям: специальной и общей теории относительности (Альберт Эйнштейн, 1905, 1915). ) и квантовой физики, которую, в отличие от теории относительности, нельзя отнести к одной фигуре, поскольку она возникла в результате совместных усилий большой группы ученых.Теперь мы знаем, что революции, будь то в науке, политике или обычаях, имеют долгосрочные последствия, которые могут быть не такими радикальными, как те, которые привели к первоначальному разрыву, но, тем не менее, могут привести к более поздним разработкам, открытиям или способам понимания. реальность, которая раньше была немыслима. Именно это произошло с физикой после того, как были построены новые базовые теории. В случае квантовой физики мы имеем в виду квантовую механику (Вернер Гейзенберг, 1925; Поль Дирак, 1925; Эрвин Шредингер, 1926).В мире Эйнштейна релятивистская космология быстро возникла и приветствовала как одну из возможных моделей Вселенной экспериментальное открытие расширения Вселенной (Эдвин Хаббл, 1929). Тем не менее, наиболее плодотворные «приложения-следствия» появились в контексте квантовой физики. На самом деле их было так много, что без преувеличения можно сказать, что они изменили мир. Их слишком много, чтобы перечислять здесь, но достаточно упомянуть лишь некоторые: построение квантовой электродинамики (ок.1949), изобретение транзистора (1947), который вполне можно было бы назвать «атомом глобализации и цифрового общества», и развитие физики элементарных частиц (позже названной «физикой высоких энергий»), астрофизики, ядерной физики и физика твердого тела или конденсированного состояния.
Уравнение механизма Хиггса на доске. Механизм Хиггса объясняет, как поле Хиггса придает массу другим частицам в результате их взаимодействия с ним. Это взаимодействие опосредовано бозоном Хиггса, фундаментальной частицей. Во второй половине двадцатого века произошла консолидация этих разделов физики, но мы можем задаться вопросом, перестали ли в конечном итоге появляться важные новшества и все сводилось к простым достижениям — что Томас Кун названный «нормальной наукой» в своей книге 1962 года «Структура научных революций».Я спешу добавить, что концепция «нормальной науки» сложна и может привести к ошибке: разработка основ — «твердого ядра», если использовать термин, введенный Куном, — научной парадигмы, то есть « нормальная наука », может открыть новые двери для познания природы и поэтому имеет огромное значение. В этой статье я буду обсуждать десятилетие между 2008 и 2018 годами, и мы увидим, что именно это происходило в некоторых случаях во втором десятилетии двадцать первого века, значительно после «революционных лет» начала двадцатого века. .
Открытие бозона Хиггса
Одним из самых ярких событий в физике последнего десятилетия стало подтверждение теоретического предсказания, сделанного почти полвека назад: существование бозона Хиггса. Давайте рассмотрим контекст, который привел к этому предсказанию.
В физике высоких энергий произошел выдающийся прогресс с появлением частиц, названия которых были предложены одним из ученых, ответственных за их введение: Мюрреем Гелл-Манном.Существование этих кварков было теоретизировано в 1964 году Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом. До своего появления протоны и нейтроны считались действительно основными и неразрушимыми атомными структурами, электрический заряд которых был неделимой единицей. Кварки не подчинялись этому правилу, так как им приписывались дробные заряды. Согласно Гелл-Манну и Цвейгу, адроны — частицы, подверженные сильному взаимодействию — состоят из двух или трех типов кварков и антикварков, называемых u (вверх), d (вниз) и s (странные), электрические заряды которых равны соответственно, 2/3, 1/3 и 1/3 электрона (на самом деле, может быть два типа адронов: барионы — протоны, нейтроны и гиперионы — и мезоны, которые представляют собой частицы, массы которых имеют значения между этими электрона и протона).Таким образом, протон состоит из двух u-кварков и одного d, а нейтрон состоит из двух d-кварков и одного u. Следовательно, они представляют собой составные конструкции. С тех пор другие физики предположили существование еще трех кварков: очаровательного (c; 1974), нижнего (b; 1977) и верхнего (t; 1995). Говорят, что для характеристики этого разнообразия кварки имеют шесть ароматов. Более того, каждый из этих шести может быть трех типов или цветов: красный, желтый (или зеленый) и синий. Более того, на каждый кварк приходится свой антикварк. (Конечно, такие имена — цвет, аромат, верх, низ и т. Д. — не отражают реальность, которую мы обычно связываем с такими понятиями, хотя в некоторых случаях они имеют определенную логику, как в случае с цветом).
В конечном счете, кварки имеют цвет, а адроны — нет: они белые. Идея состоит в том, что непосредственно в природе наблюдаются только «белые» частицы. Кварки, поскольку они «ограничены», то есть не связаны с образованием адронов. Мы никогда не сможем наблюдать свободный кварк. Теперь, чтобы кварки оставались ограниченными, между ними должны быть силы, которые значительно отличаются от электромагнитных или других сил. Как выразился Гелл-Манн (1995: 200): «Так же, как электромагнитная сила между электронами измеряется виртуальным обменом фотонами, кварки связаны друг с другом силой, которая возникает в результате обмена других типов: глюонов (от слово, клей) носят это название, потому что они склеивают кварки, образуя наблюдаемые белые объекты, такие как протоны и нейтроны.”
Физика считается королевой науки двадцатого века, и это правильно, поскольку этот век был отмечен двумя революциями, которые радикально изменили ее основы и привели к глубоким социально-экономическим изменениям: специальной и общей теории относительности и квантовой физике
Примерно через десять лет после появления кварков появилась новая теория — квантовая хромодинамика — чтобы объяснить, почему кварки так сильно ограничены, что они никогда не могут выйти из адронных структур, которые они образуют.Термин хромодинамика, образованный от греческого слова хромос, обозначающего цвет, относится к цвету кварков, в то время как прилагательное квант указывает на то, что он соответствует квантовым требованиям. Квантовая хромодинамика — это теория элементарных частиц с цветом, которая связана с кварками. И поскольку они связаны с адронами, которые являются частицами, подверженными сильному взаимодействию, мы можем утверждать, что квантовая хромодинамика описывает это взаимодействие.
Итак, квантовая электродинамика и квантовая хромодинамика функционируют, соответственно, как квантовые теории электромагнитного и сильного взаимодействий.Была также теория слабых взаимодействий (ответственных за радиоактивные процессы, такие как бета-излучение, испускание электронов в ядерных процессах), но у нее были некоторые проблемы. Более удовлетворительная квантовая теория слабого взаимодействия появилась в 1967 и 1968 годах, когда американский ученый Стивен Вайнберг и базирующийся в Великобритании пакистанский ученый Абдус Салам независимо друг от друга предложили теорию, объединяющую электромагнитное и слабое взаимодействия. В их модель вошли идеи, предложенные Шелдоном Глэшоу в 1960 году.Нобелевская премия по физике, которую Вайнберг, Салам и Глэшоу разделили в 1979 году, отражает эту работу, особенно после того, как одно из предсказаний их теории — существование «слабых нейтральных токов» — было экспериментально подтверждено в 1973 году в ЦЕРНе, крупнейшем европейском центре высоких технологий. -энергетическая лаборатория.
Теория электрослабого взаимодействия объединила описание электромагнитных и слабых взаимодействий, но можно ли было бы продвинуться дальше по этому пути объединения и открыть формулировку, которая также включала бы сильное взаимодействие, описываемое квантовой хромодинамикой? Ответ пришел в 1974 году, и это было утвердительно.В том же году Ховард Джорджи и Шелдон Глэшоу представили первоначальные идеи, которые стали известны как теории Великого объединения (GUT).
Выставочный центр CERN’s Globe в Швейцарии в снежный день. Это деревянное здание было передано ЦЕРНу в 2004 году в дар Швейцарской Конфедерации в ознаменование пятидесятилетия основания организации. предсказательные возможности.Соответственно, были приняты две идеи: во-первых, элементарные частицы принадлежат к одной из двух групп — бозонов или фермионов, в зависимости от того, является ли их спин целым или дробным (фотоны — бозоны, а электроны — фермионы), — которые подчиняются двум различным статистическим данным (способы «подсчета» группировок однотипных частиц). Это статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака. Во-вторых, вся материя Вселенной состоит из агрегатов трех типов элементарных частиц: электронов и их родственников (частиц, называемых мюонами и таус), нейтрино (электронных, мюонных и тауонных нейтрино) и кварков, а также кванты, связанные с полями четырех сил, которые мы распознаем в природе (помните, что в квантовой физике дуальность волна-частица означает, что частица может вести себя как поле, и наоборот): фотон для электромагнитного взаимодействия, частицы Z и W ( калибровочные бозоны) для слабого взаимодействия, глюоны для сильного взаимодействия, и, хотя гравитация еще не была включена в эти рамки, предполагалось, что гравитоны являются гравитационным взаимодействием.Подгруппа, образованная квантовой хромодинамикой и электрослабой теорией (то есть теоретической системой, включающей релятивистские теории и квантовые теории сильных, электромагнитных и слабых взаимодействий), особенно сильна, учитывая баланс между предсказаниями и экспериментальными доказательствами. Это стало известно как Стандартная модель, но у нее была проблема: объяснение происхождения массы элементарных частиц, появляющихся в ней, требовало существования новой частицы, бозона, связанное с ним поле пронизывало бы все пространство, «тормозя, «Так сказать, частицы с массой, так что через свое взаимодействие с полем Хиггса они показали свою массу (это, в частности, объясняет огромную массу, которой обладают калибровочные бозоны W и Z, а также идею о том, что фотоны не имеют массы, потому что они не взаимодействуют с бозоном Хиггса).Существование такого бозона теоретически было предсказано в трех статьях, опубликованных в 1964 году — все три в одном томе Physical Review Letters. Первый был подписан Питером Хиггсом (1964a, b), второй — Франсуа Энглером и Робертом Браутом (1964), а третий — Джеральдом Гуральником, Карлом Хагеном и Томасом Кибблом (1964a). Предсказанная ими частица была названа «бозоном Хиггса».
Одним из самых ярких событий в физике последнего десятилетия стало подтверждение теоретического предсказания, сделанного почти полвека назад: существование бозона Хиггса
Для обнаружения этой предполагаемой частицы потребовался ускоритель частиц, способный достигать достаточно высоких температур для ее производства, и только много лет спустя такая машина появилась на свет.Наконец, в 1994 году ЦЕРН одобрил строительство Большого адронного коллайдера (БАК), который должен был стать крупнейшим в мире ускорителем элементарных частиц, с 27-километровым кольцом, окруженным 9600 магнитами различных типов. Из них 1200 были двухполюсными сверхпроводниками, работающими при температуре минус 217,3 ° C, что даже холоднее, чем в космосе, и достигается с помощью жидкого гелия. Внутри этого кольца, ведомые магнитным полем, создаваемым «эскортом» электромагнитов, два пучка протонов будут ускоряться до тех пор, пока они не начнут двигаться в противоположных направлениях, очень близких к скорости света.Каждый из этих лучей будет циркулировать в своей собственной трубе, внутри которой будет поддерживаться экстремальный вакуум, пока он не достигнет необходимого уровня энергии, после чего два луча столкнутся. Теория заключалась в том, что одно из этих столкновений приведет к возникновению бозонов Хиггса. Однако самой серьезной проблемой было то, что этот бозон почти сразу распадается на другие частицы, поэтому для его обнаружения потребовались особо чувствительные инструменты. Детекторы, разработанные и изготовленные для LHC, называются ATLAS, CMS, ALICE и LHCb и представляют собой высокие памятники самым передовым технологиям.
После постройки БАК был впервые испытан путем циркуляции протонного пучка 10 сентября 2008 г. Первые столкновения протонов произошли 30 марта 2010 г., в результате чего общая энергия составила 7 · 1012 эВ (то есть 7 тераэлектронвольт. ; ТэВ), энергия, никогда ранее не достигнутая никаким ускорителем частиц. Наконец, 4 июля 2012 г. ЦЕРН публично объявил, что он обнаружил частицу с приблизительной массой 125 · 109 эВ (или 125 гигаэлектронвольт; ГэВ), свойства которой убедительно свидетельствовали о том, что это был бозон Хиггса (Стандарт Модель не предсказывает свою массу).Это были новости на первых полосах почти всех газет и новостных передач по всему миру. Спустя почти полвека после теоретического предсказания существование бозона Хиггса было подтверждено. Поэтому неудивительно, что Нобелевская премия по физике 2013 года была присуждена Питеру Хиггсу и Франсуа Энглерту «за теоретическое открытие механизма, который способствует нашему пониманию происхождения массы субатомных частиц и который недавно был подтвержден открытием. предсказанной фундаментальной частицы экспериментами ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере ЦЕРНа », — говорится в официальном заявлении Нобелевского фонда.
Клири, это подтверждение вызвало удовлетворение, но были некоторые, кто предпочел бы отрицательный результат — что бозон Хиггса не был обнаружен там, где его ожидала теория (то есть с предсказанной массой). Их аргумент, и это был хороший аргумент, был высказан американским физиком-теоретиком и сторонником Джереми Бернстайном (2012 a, b: 33) незадолго до объявления об открытии: «Если LHC подтвердит существование бозона Хиггса, он отметит конец длинной главы теоретической физики.Эта история напоминает мне историю одного французского коллеги. В его честь был назван некий параметр, поэтому он довольно часто появлялся в дискуссиях о слабых взаимодействиях. Наконец, этот параметр был измерен, и модель была подтверждена экспериментами. Но когда я пошел поздравить его, я обнаружил, что он опечален тем, что о его параметре больше не будут говорить. Если бы бозон Хиггса не появился, ситуация стала бы очень интересной, потому что мы оказались бы в серьезной нужде в изобретении новой физики.”
Тем не менее, факт и победа в том, что бозон Хиггса действительно существует и был идентифицирован. Но наука всегда в движении, и в феврале 2013 года LHC остановил работу, чтобы внести коррективы, которые позволили бы ему достичь 13 ТэВ. 12 апреля 2018 года начался новый этап с соответствующих испытаний на столкновение протонов. Это включало поиск неожиданных данных, свидетельствующих о существовании новых законов физики. Однако пока мы можем сказать, что Стандартная модель работает очень хорошо и что это одно из величайших достижений в истории физики, достижение, рожденное коллективными усилиями в гораздо большей степени, чем квантовая механика и электродинамика. не говоря уже о специальной и общей теории относительности.
Однако, несмотря на успех, Стандартная модель не является и не может быть «окончательной теорией». Во-первых, он не учитывает гравитационное взаимодействие, а во-вторых, включает слишком много параметров, которые необходимо определять экспериментально. Это фундаментальные, но всегда неудобные причины. «Почему фундаментальные частицы, которые мы обнаруживаем, вообще существуют? Почему существует четыре фундаментальных взаимодействия, а не три, пять или только одно? И почему эти взаимодействия проявляют те свойства (такие как интенсивность и диапазон действия)? » В августовском выпуске обзора Американского физического общества Physics Today за 2011 год Стивен Вайнберг (2011: 33) размышлял над некоторыми из этих моментов, а другие:
Конечно, задолго до открытия масс нейтрино мы знали кое-что еще, выходящее за рамки стандартной модели, которая предлагает новую физику при массах немного выше 1016 ГэВ: существование гравитации.И есть также тот факт, что один сильный и два электрослабых параметра связи стандартной модели, которые только логарифмически зависят от энергии, похоже, сходятся, чтобы получить общее значение при энергии порядка 1015–1016 ГэВ.
Есть много хороших идей о том, как выйти за рамки стандартной модели, включая суперсимметрию и то, что раньше называлось теорией струн, но пока нет экспериментальных данных, подтверждающих какую-либо из них. Даже если правительства проявят щедрость к физике элементарных частиц до уровня, превышающего наши самые смелые мечты, мы, возможно, никогда не сможем построить ускорители, которые могут достигать энергии, такой как 1015–1016 ГэВ.Когда-нибудь мы сможем обнаружить высокочастотные гравитационные волны, излучаемые в эпоху инфляции в очень ранней Вселенной, которые могут рассказать нам о физических процессах при очень высоких энергиях. Между тем, мы можем надеяться, что LHC и его преемники предоставят ключи, которые нам так отчаянно нужны, чтобы выйти за рамки успехов последних 100 лет.
Вайнберг спрашивает: «Сколько все это стоит? Действительно ли нам нужно знать, почему существует три поколения кварков и лептонов, или природа уважает суперсимметрию, или что такое темная материя? Да, я так думаю, потому что ответ на такой вопрос — это следующий шаг в программе изучения того, как все закономерности в природе (все, что не является исторической случайностью) вытекают из нескольких простых законов.”
В этой цитате Вайнберга мы видим, что уровень энергии, на котором должна четко проявляться эта «новая физика», 1015-1016 ГэВ, очень далек от 13 ТэВ, то есть 13 · 103 ГэВ, которых должен достичь модернизированный LHC. . Фактически, до сих пор мы можем прекрасно понять наблюдение Вайнберга о том, что «мы, возможно, никогда не сможем построить ускорители, которые могли бы достичь этих энергий». Но Вайнберг также указал, что, исследуя Вселенную, можно будет найти способы достижения этих уровней энергии.Он знал это очень хорошо, так как в 1970-х годах был одним из самых решительных сторонников соединения физики элементарных частиц с космологией. В этом смысле мы должны вспомнить его книгу «Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной» (1977), в которой он стремился содействовать взаимопомощи, которую космология и физика высоких энергий могли и действительно получили. изучая первые мгновения после Большого взрыва. Для физики высоких энергий этот «брак по расчету» был глотком свежего воздуха.
Вместо стиля и методов, которые характеризовали физику элементарных частиц в 1970-х, 1980-х и 1990-х годах, Вайнберг имел в виду совсем другое: физику гравитационных волн или излучения.Помимо других отличий, теоретическая ниша гравитационного излучения находится не в квантовой физике, а в теории, описывающей единственное взаимодействие, которое еще не соответствует квантовым требованиям: общая теория относительности, в которой мир фундаментальной физики смешивается с миром фундаментальной физики. космология и астрофизика. И в этом множественном мире за последнее десятилетие также произошел фундаментальный прогресс.
Гравитационное излучение существует
Годы интенсивных умственных усилий начались в 1907 году с определения так называемого «принципа эквивалентности» как ключевого элемента для построения релятивистской теории гравитации.После этих лет, которые включали множество тупиков, в ноябре 1915 года Альберт Эйнштейн завершил структуру того, что многие считают самой элегантной теоретической конструкцией физики: общей теории относительности. Это «классическая» теория в том смысле, что, как я указал выше, она не включает принципы квантовой теории. И все согласны с тем, что все теории физики должны разделять эти принципы. Тем не менее, релятивистская формулировка гравитации Эйнштейна успешно прошла все до сих пор задуманные экспериментальные испытания.Обычно считается, что существование этих волн было предсказано в 1916 году, когда Эйнштейн опубликовал статью, в которой заключил, что они действительно существуют. Тем не менее, эта работа была настолько ограниченной, что Эйнштейн вернулся к ней несколько лет спустя. В 1936 году он и его соавтор Натан Розен подготовили рукопись под названием «Существуют ли гравитационные волны?» в котором они пришли к выводу, что на самом деле это не так. Однако в этой работе были ошибки, и окончательная опубликованная версия (Эйнштейн и Розен, 1937) больше не отвергала возможность гравитационных волн.
Проблема того, существуют ли они на самом деле — по сути, проблема их обнаружения — длилась десятилетия. Никто не потратил больше времени и усилий на их обнаружение, чем Джозеф Вебер из Университета Мэриленда, который начал свою деятельность в 1960 году. В конце концов он пришел к выводу, что ему удалось их обнаружить, но это было не так. В его эксперименте использовался алюминиевый цилиндр диаметром один метр и весом 3,5 тонны, оснащенный пьезоэлектрическими кварцевыми устройствами для обнаружения возможных искажений цилиндра при прохождении через него гравитационных волн.Когда мы сравниваем этот прибор с тем, который, наконец, использовали для их обнаружения, мы не можем не восхищаться энтузиазмом и простодушием, которые характеризовали этого ученого, который умер в 2000 году, не зная, была ли его работа всей жизни правильной или нет. Таков мир науки, в котором, за исключением исключений, проблемы редко решаются одним ученым, часто возникают с ошибками и действительно занимают очень много времени.
11 февраля 2016 года представитель LIGO объявил, что они обнаружили гравитационные волны, соответствующие столкновению двух черных дыр.Это объявление также стало новым подтверждением существования этих сингулярных космических сущностей
.
Обнаружение гравитационных волн, которое требовало обнаружения настолько малых искажений, что они эквивалентны малой доле атома, наконец произошло в последнее десятилетие, когда BP Abbott (Abbott, et al., 2016) применила американскую систему под названием LIGO. (Обсерватория гравитационных волн с лазерным интерферометром), которая состояла из двух обсерваторий на расстоянии 3000 километров друг от друга (использование двух позволило идентифицировать ложные сигналы, вызванные местными эффектами), одна в Ливингстоне (Луизиана), а другая в Хэнфорде (Вашингтон).Идея заключалась в том, чтобы использовать интерферометрические системы с двумя перпендикулярными плечами в условиях вакуума с оптическим путем в два или четыре километра для обнаружения гравитационных волн через мельчайшие движения, которые они производят в зеркалах, когда они проходят через них. 11 февраля 2016 года представитель LIGO объявил, что они обнаружили гравитационные волны и что они соответствуют столкновению двух черных дыр, что, таким образом, также является новым подтверждением существования этих сингулярных космических сущностей.Хотя он не участвовал в первоначальном обнаружении (тогда у него не было необходимой чувствительности, но в то время его улучшали), есть еще одна крупная интерферометрическая лаборатория, посвященная обнаружению гравитационного излучения: Дева. Созданный в результате сотрудничества шести европейских стран (у руля — Италия и Франция, за которыми следуют Голландия, Венгрия, Польша и Испания), он расположен недалеко от Пизы и имеет соглашения с LIGO. Фактически, в «учредительной» статье перечисление авторов Б.П. Эбботт и др., Следует заявление: «Научное сотрудничество LIGO и сотрудничество Девы». Дева вскоре присоединилась к этому исследованию со вторым раундом наблюдений 1 августа 2017 года.
Большой адронный коллайдер (LHC) — крупнейший в мире ускоритель элементарных частиц. Его 27-километровое кольцо окружено 9600 магнитами, из которых 271,3 °, что даже ниже, чем в космосе
. Поперечный разрез компактного мюонного соленоидного детектора (CMS)ЦЕРН Обнаружение гравитационного излучения открыло новое окно в изучение Вселенной, и оно, безусловно, будет расширяться по мере совершенствования технологий и создания большего количества обсерваторий, таких как LIGO и Virgo. .Это ситуация, сравнимая с тем, что произошло в 1930 году, когда первые эксперименты по радиоастрономии Карла Янского (астрономия, основанная на радиоволнах с длинами волн от нескольких сантиметров до нескольких метров) радикально расширили наши знания о космосе. До этого наши исследования зависели исключительно от узкого диапазона длин волн электромагнитного спектра, видимого человеческим глазом. На самом деле в этом смысле все продвинулось довольно быстро. 16 октября 2017 г. LIGO и Дева (Abbott et al., 2017) объявили, что 17 августа того же года они обнаружили гравитационное излучение от столкновения двух нейтронных звезд с массами от 1,17 до 1,60 массы нашего Солнца (помните, что нейтронные звезды чрезвычайно плотные и маленькие, с радиусом размером около десяти километров, что сравнимо с чем-то вроде гигантского ядра, образованного исключительно нейтронами, объединенными силой тяжести). Особенно интересно то, что через 1,7 секунды после того, как сигнал был получен, космический телескоп Ферми НАСА обнаружил гамма-лучи из той же части космоса, в которой произошло это космическое столкновение.Позже их обнаружили и другие обсерватории. Анализ этого излучения показал, что при столкновении этих двух звезд образовались химические элементы, такие как золото, серебро, платина и уран, «места рождения» которых ранее были неизвестны.
Обнаружение гравитационных волн также раскрывает одну из характеристик так называемой Большой науки: статья, в которой было провозглашено их открытие (Abbott et al., 2016), совпала с объявлением LIGO от 11 февраля и была подписана 1036 авторами. из 133 учреждений (из шестнадцати страниц шесть занимают списки этих авторов и учреждений).
Важность открытия LIGO была признана в 2017 году присуждением Нобелевской премии по физике в двух частях. Половина приза досталась Райнеру Вайсу, ответственному за изобретение и развитие метода лазерной интерферометрии, использованного при открытии. Другую половину разделял Кип Торн, физик-теоретик, специализирующийся на общей теории относительности, который работал вместе с Вайсом в 1975 году над разработкой будущих руководящих принципов проекта и остается связанным с ним сегодня; и Барри Бариш, который присоединился к проекту в 1994 году и реорганизовал его в качестве директора.(В 2016 году эта премия была присуждена Дэвиду Таулесу, Дункану Холдейну и Майклу Костерлицу, которые использовали методы, взятые из раздела математики, известного как топология, для демонстрации существования ранее неизвестных состояний или «фаз» материи для Например, сверхпроводники и сверхтекучие жидкости, которые могут существовать в тонких листах — что ранее считалось невозможным. Они также объяснили «фазовые переходы», механизм, который заставляет сверхпроводимость исчезать при высоких температурах.)
Черные дыры и червоточины
Заслуживает внимания тот факт, что гравитационные волны, впервые обнаруженные в LIGO, возникли в результате столкновения двух черных дыр.В то время уже было множество доказательств существования этих поистине удивительных астрофизических объектов (первое свидетельство в этом смысле появилось в 1971 году благодаря наблюдениям, проведенным инструментами, установленными на спутнике, запущенном Соединенными Штатами 12 декабря 1970 года, и с тех пор были идентифицированы многие другие, в том числе в ядрах множества галактик, одна из которых — наш Млечный Путь). Стоит помнить, что в 1970-х годах многие ученые, специализирующиеся на общей теории относительности, считали черные дыры не чем иным, как «математическими призраками», порожденными некоторыми решениями теории Эйнштейна и, следовательно, недопустимыми.В конце концов, уравнения в физической теории, описывающей область реальности, могут включать решения, которых не существует в природе. Так обстоит дело, например, с релятивистской космологией, которая включает в себя несколько возможных вселенных. Как оказалось, черные дыры действительно существуют, хотя нам еще предстоит понять такие фундаментальные аспекты, как то, куда уходит масса, когда они ее проглатывают. Величайшими защитниками идеи о том, что черные дыры являются неизбежным следствием общей теории относительности и, следовательно, должны существовать, были Стивен Хокинг и Роджер Пенроуз, изначально обучавшиеся чистой математике.Их аргументы были впервые предложены в серии работ, опубликованных в 1960-х годах, а позже за ними последовали другие ученые, в том числе Джон А. Уиллер (руководитель докторской диссертации Торна), который, по сути, изобрел термин «черная дыра». Более того, перед своей смертью 14 марта 2018 года Хокинг с удовлетворением осознал, что это новое подтверждение общей теории относительности, развитию которой он приложил так много усилий, также является еще одним доказательством существования черных дыр.Учитывая, что никто — даже Пенроуз или Уиллер (также ныне мертвый) — не внес в физику черных дыр столько, сколько Хокинг, если бы устав Нобелевского фонда позволял присуждать призы максимум четырем, а не трем лицам он был бы прекрасным кандидатом. (В 1973 году он представил то, что считается его наиболее выдающимся вкладом: работу, в которой утверждалось, что черные дыры на самом деле не такие «черные», потому что они испускают излучение и, следовательно, могут исчезнуть, хотя и очень медленно.Это еще предстоит доказать.) Но история — это то, что есть, а не то, что некоторые из нас могли бы пожелать.
Величайшими защитниками идеи о том, что черные дыры являются неизбежным следствием общей теории относительности и, следовательно, должны существовать, были Стивен Хокинг и Роджер Пенроуз в серии работ, опубликованных в 1960-х годах.
В процитированном выше тексте Вайнберг предполагает, что: «Когда-нибудь мы сможем обнаружить высокочастотные гравитационные волны, испускаемые во время самого раннего периода инфляции Вселенной, которые могут предоставить данные о физических процессах с очень высокой энергией.«Этот тип гравитационной волны еще предстоит обнаружить, но это может произойти довольно скоро, потому что мы уже наблюдали так называемые« морщины во времени », то есть мельчайшие неоднородности космического микроволнового фона, которые привели к возникновению сложные структуры, такие как галактики, существующие сейчас во Вселенной (Mather et al., 1990; Smoot et al., 1992). Напомним, что это произошло благодаря спутнику Cosmic Background Explorer (COBE), выведенному на орбиту на высоте 900 километров над Землей в 1989 году.Между тем будущее астрофизики гравитационного излучения обещает большие успехи, одним из которых может стать идентификация космологических объектов, столь же удивительных, как черные дыры: «червоточин», название которых также придумал Джон Уиллер. Проще говоря, кротовые норы — это «ярлыки» во Вселенной, как мосты, соединяющие разные места в ней. Возьмем, например, две точки во Вселенной, которые находятся на расстоянии тридцати световых лет друг от друга (помните, световой год — это расстояние, на которое луч света может пройти за один год).Учитывая кривизну Вселенной, то есть пространства-времени, между ними может быть короткий путь или мост, так что, следуя по этому новому пути, расстояние будет намного меньше: возможно, всего два световых года, например. Фактически, возможность существования этих космологических объектов возникла вскоре после того, как Альберт Эйнштейн завершил общую теорию относительности. В 1916 году венский физик Людвиг Фламм нашел решение уравнений Эйнштейна, в котором возникли такие пространственно-временные «мосты». Однако работе Фламма почти не обратили внимания, и девятнадцать лет спустя Эйнштейн и один из его сотрудников, Натан Розен, опубликовали статью, в которой физическое пространство было представлено в виде двух идентичных «листов», соединенных по поверхности, которую они назвали «мостом».Но вместо того, чтобы мыслить категориями кратчайших путей в космосе — идея, которая, по их мнению, граничила с абсурдом, — они интерпретировали этот мост как частицу.
Детекторы из экспериментального прототипа ЦЕРНа, программаДесятилетия спустя, когда общая теория относительности покинула вневременную сферу математики, в которой она была замкнута ранее, а технический прогресс показал полезность понимания космоса и его содержания, идеи такие ярлыки начали изучаться.Один из результатов, полученных в то время, заключался в том, что, если они действительно существуют, то в течение очень короткого периода времени — фактически настолько короткого, что вы не можете их просмотреть. С точки зрения путешествий, они не будут существовать достаточно долго, чтобы служить кратчайшим путем из одной точки Вселенной в другую. В своей великолепной книге «Черные дыры и искажения времени» (1994) Кип Торн объясняет это свойство червоточин, а также вспоминает, как в 1985 году ему позвонил его друг Карл Саган, который заканчивал работу над романом, также станет фильмом «Контакт» (1985).Саган плохо разбирался в общей теории относительности, но он хотел, чтобы героиня его рассказа, астрофизик Элеонора Эрроуэй (которую в фильме играет Джоди Фостер), быстро путешествовала из одного места во Вселенной в другое через черную дыру. Торн знал, что это невозможно, но, чтобы помочь Сагану, он предложил заменить черную дыру червоточиной: «Когда другу нужна помощь, — писал он в своей книге (Thorne 1994, 1995: 450, 452), — вы готовы искать его где угодно ». Конечно, проблема их очень короткой продолжительности жизни продолжала существовать, но для ее решения Торн предположил, что Эрроуэй мог держать червоточину открытой в течение необходимого времени, используя «экзотическое вещество», характеристики которого он более или менее описал. .По словам Торна, «возможно, существует экзотическая материя». Фактически, другие (среди них Стивен Хокинг) пришли к такому же выводу, поэтому вопрос о том, могут ли кротовые норы оставаться открытыми в течение более длительного периода времени, чем первоначально предполагалось, привел к исследованиям, связанным с идеями, имеющими смысл в квантовой физике. такие как колебания в вакууме: рассмотрение пространства, как если бы в ультрамикроскопическом масштабе оно было кипящей жидкостью.
Проще говоря, кротовые норы — это «короткие пути» во Вселенной, как мосты, соединяющие разные места в ней.Например, если две точки во Вселенной находятся на расстоянии тридцати световых лет друг от друга, кривизна Вселенной (пространства-времени) может допускать существование короткого пути между ними — возможно, всего два световых года в длину
Другая возможность, недавно рассмотренная, исходит от группы из пяти ученых из Лувенского университета, Автономного университета Мадрида-CSIC и Университета Ватерлоо, чья статья в Physical Review D (Bueno, Cano, Goelen, Hertog, and Vernocke, 2018) предполагает возможность того, что гравитационное излучение, обнаруженное LIGO, которое было интерпретировано как исходящее от столкновения двух черных дыр, могло иметь совершенно другое происхождение: столкновение двух вращающихся червоточин.Их идея основана на существовании границы или горизонта событий вокруг черных дыр, из-за чего гравитационные волны, возникающие в результате столкновения, такого как обнаруженное в 2016 году, прекращаются за очень короткий период времени. По мнению этих ученых, этого не произошло бы в случае червоточин, где такие горизонты событий не существуют. Там волны должны отражаться, создавая своего рода «эхо». Такие эхо-сигналы не были обнаружены, но это может быть связано с тем, что приборы не смогли этого сделать или не были к этому подготовлены.Это проблема, которую предстоит решить в будущем.
Множественные вселенные
Серьезное рассмотрение существования червоточин — «мостов» в пространстве-времени — может показаться входом в мир, в котором граница между наукой и научной фантастикой совсем не ясна, но история науки показала нам, что природа иногда доказывает нечто большее. удивительно, чем даже самый изобретательный человеческий ум. Итак, кто на самом деле знает, могут ли существовать червоточины на самом деле? В конце концов, до появления радиоастрономии ни один ученый не мог даже представить себе существование астрофизических структур, таких как пульсары или квазары.В самом деле, сама Вселенная, понимаемая как дифференцированная сущность, может в конечном итоге потерять свою самую фундаментальную характеристику: свое единство. За последнее десятилетие ученые стали уделять все более серьезное внимание возможности, возникшей как способ понимания коллапса волновой функции, тому факту, что в квантовой механике то, что в конечном итоге решает, какое из возможных состояний системы станет реальным (и как Вероятно, это явление) является самим наблюдением, поскольку до того, как это наблюдение имеет место, все состояния системы сосуществуют.Возможность мыслить другими терминами была представлена молодым докторантом физики по имени Хью Эверетт III. В отличие от большинства своих коллег, его не убедила копенгагенская интерпретация квантовой механики, столь любимая влиятельным Нильсом Бором, особенно ее странная смесь классического и квантового миров. Волновая функция следует своим квантовым путем, пока не будет измерена, что относится к миру классической физики, после чего она схлопывается. Эверетт думал, что такая дихотомия между квантовым и классическим описанием составляет «философское чудовище». 1 Поэтому он предложил отбросить постулируемый коллапс волновой функции и попытаться включить в эту функцию наблюдателя.
До появления радиоастрономии ни один ученый не мог даже представить себе существование астрофизических структур, таких как пульсары или квазары. В самом деле, сама Вселенная, понимаемая как дифференцированная сущность, может в конечном итоге потерять свою самую фундаментальную характеристику: свою уникальность
.
Трудно выразить теорию Эверетта несколькими словами.Фактически, Джон Уиллер, который руководил его докторской диссертацией, не мог принять все ее содержание и призвал к различным пересмотрам его первоначальной работы, включая сокращение первой версии его диссертации и ограничение силы некоторых из его утверждений, несмотря на то, что он признал их ценность. Здесь я процитирую только отрывок (Everett III, 1957; Barrett and Byrne (eds.), 2012: 188–189) из статьи, опубликованной Эвереттом III (1957) в Reviews of Modern Physics, которая совпадает с окончательной версией. докторской диссертации (успешно защищена в апреле 1957 г.):
Таким образом, мы приходим к следующей картине: На протяжении всей последовательности процессов наблюдения существует только одна физическая система, представляющая наблюдателя, но не существует единственного уникального состояния наблюдателя […] Тем не менее, существует представление в терминах суперпозиция […] Таким образом, с каждым последующим наблюдением (или взаимодействием) состояние наблюдателя «разветвляется» на несколько различных состояний.Каждая ветвь представляет отдельный результат измерения и соответствующее собственное состояние для состояния объектной системы. Все ветви существуют одновременно в суперпозиции после любой данной последовательности наблюдений.
В этой цитате мы сталкиваемся с тем, что стало наиболее характерной чертой теории Эверетта. Но продвигал ее Брайс ДеВитт, а не Эверетт. Фактически, ДеВитт восстановил и модифицировал теорию Эверетта, превратив ее в «многомировую интерпретацию» (или мультивселенную) в сборнике работ Эверетта, который ДеВитт и Нил Грэм отредактировали в 1973 году под названием «Многомировая интерпретация квантовой теории». Механика (ДеВитт и Грэм [ред.], 1973). Ранее ДеВитт (1970) опубликовал привлекательную и, в конечном итоге, влиятельную статью в Physics Today, в которой была представлена теория Эверетта под провокационным названием «Квантовая механика и реальность». Оглядываясь назад на этот текст, ДеВитт вспоминал (DeWitt-Morette, 2011: 95): «Статья Physics Today была намеренно написана в сенсационном стиле. Я ввел терминологию («расщепление», множественные «миры» и т. Д.), Которую некоторые люди не могли принять и против которой многие люди возражали, потому что, по крайней мере, ей не хватало точности.«Идеи и версия теории Эверетта, заложенные в презентации ДеВитта, которые были поддержаны и даже процветали в последнее время, заключаются в том, что волновая функция Вселенной, которая является единственной, которая действительно имеет смысл, согласно Эверетту, разделяется с каждым» измерения », порождающего миры и вселенные, которые затем разделяются на другие в неудержимой и бесконечной последовательности.
Идеи и версия теории Эверетта, заложенные в презентации ДеВитта, заключаются в том, что волновая функция Вселенной расщепляется с каждым «измерительным» процессом, порождая миры и вселенные, которые затем разделяются на другие в неудержимой и бесконечной последовательности
В своей статье Physics Today ДеВитт (1970: 35) писал, что: «Никакой эксперимент не может выявить существование« иных миров ».«Однако у этой теории есть педагогическое достоинство, заключающееся в том, что она четко выводит на передний план большинство фундаментальных вопросов теории измерений, обеспечивая тем самым полезную основу для обсуждения». Долгое время (в последние годы ситуация стала меняться) к идее мультивселенной не относились всерьез, а некоторые даже считали ее довольно нелепой, но кто знает, станет ли возможно когда-нибудь в будущем вообразить эксперимент, способный проверить идею о том, что могут существовать другие вселенные, и, если они существуют, будут ли законы физики такими же, как в нашей Вселенной, или другими.Конечно, если бы они были разными, как бы мы их идентифицировали?
Темная материя
До конца двадцатого века ученые думали, что, хотя нам еще многое предстоит узнать о ее содержании, структуре и динамике, мы знаем, из чего состоит Вселенная: из «обычной» материи, которую мы постоянно видим вокруг себя. , состоящий из частиц (и излучений / квантов), изучаемых физикой высоких энергий. На самом деле это не так. Разнообразные экспериментальные результаты, такие как внутреннее движение некоторых галактик, продемонстрировали существование материи неизвестного типа, называемой «темной материей», а также так называемой «темной энергии», которая ответственна за еще более быстрое расширение Вселенной. чем ожидалось.Текущие результаты показывают, что около пяти процентов Вселенной состоит из обычной массы, двадцать семь процентов — темная материя и шестьдесят восемь процентов — темная энергия. Другими словами, мы думали, что знаем о том, что мы называем Вселенной, хотя на самом деле это все еще в значительной степени неизвестно, потому что нам еще предстоит выяснить, что такое темная материя и темная энергия на самом деле.
На LHC были надежды, что кандидат в частицы темной массы может быть обнаружен. Существование этих вимпов (слабовзаимодействующих массивных частиц) предсказывается так называемой суперсимметрией, но результаты пока отрицательны.В одном конкретном эксперименте по обнаружению темной материи использовался большой подземный ксенон или детектор LUX в Стэнфордской подземной лаборатории, в котором участвовали около сотни ученых и инженеров из восемнадцати учреждений в Соединенных Штатах, Европе и, в меньшей степени, другие страны. Эта лаборатория, расположенная на глубине 1510 метров под землей в шахте в Южной Дакоте, содержит 370 килограммов сверхчистого жидкого ксенона, и эксперимент был направлен на обнаружение взаимодействия этих частиц с ним.Результаты этого эксперимента, который проводился с октября 2014 года по май 2016 года, также были отрицательными.
Суперсимметрия и темная материя
С теоретической точки зрения существует предложенная формулировка, которая может включать темную материю, то есть упомянутые выше «темные частицы» или вимпы. Он состоит из особого типа симметрии, известного как «суперсимметрия», наиболее характерной особенностью которой является то, что для каждой из известных частиц существует соответствующий «суперсимметричный спутник».«Теперь этот компаньон должен обладать особым свойством: его вращение должно быть на 1/2 меньше, чем у его известного партнера. Другими словами, один будет иметь спин, соответствующий целому числу, а другой — полуцелому числу; таким образом, одна из них будет бозоном (частица с целым спином), а другая — фермионом (частицами с полуцелым спином). В этом смысле суперсимметрия устанавливает симметрию между бозонами и фермионами и, следовательно, требует, чтобы законы природы были такими же, когда бозоны заменены фермионами, и наоборот.Суперсимметрия была открыта в начале 1970-х годов и была одной из первых в группе теорий других типов, которые породили много надежд на объединение четырех взаимодействий — привнесение гравитации в квантовый мир — и, таким образом, на выход за пределы Стандартной модели. Эта группа теорий известна как теория струн. 2 Хорошее обобщение суперсимметрии было предложено Дэвидом Гроссом (2011: 163–164), одним из физиков, выдающихся своими работами в этой области:
Возможно, самый важный вопрос, с которым сталкиваются физики элементарных частиц, как теоретики, так и экспериментаторы, — это вопрос суперсимметрии.Суперсимметрия — чудесное теоретическое понятие. Это естественное и, вероятно, уникальное расширение релятивистской и общерелятивистской симметрий природы. Это также важная часть теории струн; действительно, суперсимметрия была сначала открыта в теории струн, а затем обобщена на квантовую теорию поля. […]
В суперсимметричных теориях для каждой частицы существует «суперпартнер» или «суперчастица». […] До сих пор мы не наблюдали суперпартнеров […] Но мы понимаем, что это, возможно, не удивительно.Суперсимметрия может быть точной симметрией законов природы, но спонтанно нарушенной в основном состоянии Вселенной. Многие симметрии, существующие в природе, самопроизвольно нарушаются. Пока масштаб нарушения суперсимметрии достаточно высок, мы бы еще не увидели ни одной из этих частиц. Если мы будем наблюдать эти частицы на новом ускорителе LHC, то, по сути, мы откроем новые квантовые измерения пространства и времени. […]
Суперсимметрия обладает множеством красивых особенностей.Он объединяет посредством принципов симметрии фермионы, кварки и лептоны (которые являются составными частями материи), бозоны (которые являются квантами силы), фотон, W, Z, глюоны в КХД и гравитон.
Стивен Хокинг (1942–2018) на борту модифицированного самолета Боинг 727, принадлежащего Zero Gravity Corporation. Джет выполняет серию крутых подъемов и погружений, которые создают короткие периоды невесомости из-за свободного падения. Во время этого полета Хокинг испытал восемь таких периодов.После того, как Гросс предложил другие примеры достоинств симперсимметрии, он говорит о темной материи: «Наконец, суперсимметричные расширения стандартной модели содержат естественных кандидатов в WIMP из темной материи.Эти расширения, естественно, содержат среди суперсимметричных партнеров обычной материи частицы, которые обладают всеми предполагаемыми свойствами темной материи ».
Как указал Гросс, эксперименты на LHC были хорошим местом для поиска тех «суперсимметричных темных компаньонов», которые могут быть достаточно светлыми для обнаружения ускорителем ЦЕРН, хотя даже в этом случае их будет трудно обнаружить, потому что они не взаимодействуют ни с одной из них. с электромагнитной силой — они не поглощают, не отражают и не излучают свет — ни с сильным взаимодействием, потому что они также не взаимодействуют с «видимыми частицами».Тем не менее, они обладают энергией и импульсом (в противном случае они были бы «призраками» без каких-либо физических сущностей), что открывает двери для вывода об их существовании, применяя обычные законы сохранения энергии-импульса к тому, что видно после наблюдаемых частиц. столкнуться с WIMP. Тем не менее, никаких доказательств их существования на LHC пока не обнаружено. В любом случае проблема того, что на самом деле представляет собой темная материя, представляет собой великолепный пример слияния физики (физики элементарных частиц) с космологией и астрофизикой — еще одно указание на то, что эти поля иногда невозможно разделить.
Теории струн
Теории струн, упомянутые в отношении суперсимметрии, появились раньше, чем это произошло. Согласно теориям струн, основные частицы природы на самом деле представляют собой одномерные нити (чрезвычайно тонкие струны) в пространстве с гораздо большим количеством измерений, чем три пространственных и одно временное измерение, о которых мы знаем. Однако вместо того, чтобы говорить, что они «являются» или «состоят из» этих струн, мы должны сказать, что они «являются проявлениями» вибраций этих струн.Другими словами, если бы наши инструменты были достаточно мощными, вместо того, чтобы видеть «точки» с определенными характеристиками, которые мы называем, например, электроном, кварком, фотоном или нейтрино, мы бы увидели мельчайшие вибрирующие струны (концы которых могут быть открытыми или закрытыми). .
Первая версия теории струн возникла в 1968 году, когда Габриэле Венециано (1968) представил струнную модель, которая, по-видимому, описывала взаимодействие между частицами, подверженными сильному взаимодействию. Модель Венециано работала только для бозонов. Другими словами, это была теория бозонных струн, но она требовала геометрической структуры из двадцати шести измерений.Пьер Рамон (1971) первым сумел — в работе, упомянутой в сноске 2, в которой была представлена идея суперсимметрии — расширить идею Венециано, включив в нее «фермионные моды колебаний», которые «только» требовали десятимерных пространств. С тех пор теория струн (или суперструн) развивалась во многих направлениях. Похоже, что ее различные версии сходятся в так называемой М-теории, которая имеет одиннадцать измерений. 3 В двух словах о Вселенной, Стивен Хокинг (2002: 54–57) наблюдал:
Я должен сказать, что лично мне не хотелось верить в дополнительные измерения.Но поскольку я позитивист, вопрос «действительно ли существуют дополнительные измерения?» Не имеет значения. Остается только спросить, дают ли математические модели с дополнительными измерениями хорошее описание Вселенной. У нас пока нет наблюдений, которые требовали бы дополнительных измерений для их объяснения. Однако есть вероятность, что мы можем наблюдать их на Большом адронном коллайдере в Женеве. Но что убедило многих, включая меня, в том, что к моделям с дополнительными измерениями следует относиться серьезно, так это то, что между моделями существует сеть неожиданных отношений, называемых дуальностями.Эти двойственности показывают, что все модели по существу эквивалентны; то есть это просто разные аспекты одной и той же базовой теории, получившей название М-теория. Не воспринимать эту паутину дуальностей как знак того, что мы на правильном пути, было бы все равно, что полагать, что Бог вложил окаменелости в скалы, чтобы ввести Дарвина в заблуждение относительно эволюции жизни.
В очередной раз мы видим, какие большие надежды возлагались на LHC, хотя, как я уже упоминал, они еще не оправдались.Конечно, это не означает, что некоторая теория струн, способная внести гравитацию в квантовый контекст, может на самом деле не оказаться верной. 4 Они, безусловно, достаточно заманчивы, чтобы привлечь внимание широкой публики, что можно увидеть в успехе упомянутой выше книги Хокинга или «Элегантной Вселенной» (1999), написанной Брайаном Грином, другим специалистом в этой области. В международном сообществе физиков (и математиков) есть две четко разграниченные группы. Некоторые думают, что только версия теории струн может в конечном итоге предоставить возможность осуществить долгожданную мечту об объединении четырех взаимодействий в великий квантовый синтез, превзойдя, таким образом, Стандартную модель и общую теорию относительности и обнаружив способы экспериментального доказательства этой теории.Другие считают, что теории струн уделяется гораздо больше внимания, чем она заслуживает, поскольку это пока еще недоказуемая формулировка, более подходящая для математических условий, чем для физики (на самом деле математика не только внесла большой вклад в теории струн, но и получила много Едва ли случайно один из самых выдающихся специалистов по теории струн Эдвард Виттен был удостоен в 1990 году Филдсовской медали (награда, считающаяся по математике приравненной к Нобелевской премии).Что касается будущего теории струн, лучше всего было бы процитировать выводы из недавней книги о них Джозефа Конлона (2016: 235–236), специалиста в этой области и профессора теоретической физики Оксфордского университета:
Что ждет теорию струн в будущем? Как описано в книге, в 2015 году «теория струн» существует как большое количество отдельных квазиавтономных сообществ. Эти сообщества работают над множеством тем, от чистой математики до феноменологического поиска данных, они имеют разные стили и используют разные подходы.Они есть во всех частях света. Этот предмет преподается в Филадельфии и Пхеньяне, в Израиле и в Иране людьми с самыми разными взглядами, внешностью и подготовкой. Их объединяет то, что они черпают вдохновение, идеи или методы из частей теории струн.
Понятно, что в ближайшей перспективе такая ситуация сохранится. Некоторые из этих сообществ будут процветать и расти по мере получения новых результатов, экспериментальных или теоретических.Другие будут сжиматься по мере того, как исчерпают шов, который они намеревались добыть. Я не могу сказать, какие идеи постигнет судьба — неожиданный экспериментальный результат может истощить старые субъекты и создать новое сообщество в течение нескольких недель.
На этом этапе Конлон делает паузу, чтобы сравнить математическое измерение теории струн с другими физическими теориями, такими как квантовая теория поля или гравитация, указывая, что «хотя они могут быть сформулированы на языке физики, по стилю эти проблемы гораздо ближе к проблемам. по математике.Эти вопросы не являются эмпирическими по своей природе и для ответа на них не требуется эксперимент ». Многие — возможно, подавляющее большинство физиков — не согласятся.
Согласно теории струн, основные частицы природы на самом деле представляют собой одномерные нити (чрезвычайно тонкие струны) в пространстве с гораздо большим количеством измерений, чем три пространственных и одно временное измерение, о которых мы знаем. Однако следует сказать, что они «являются проявлениями» колебаний этих струн
Примером теории струн, который затем представил Конлон, было «Соответствие AdS / CFT», теоретическая формулировка, опубликованная в 1998 году аргентинским физиком Хуаном Малдасена (1998), которая помогает при определенных условиях удовлетворять так называемому «голографическому принципу». (Вселенная понимается как своего рода голографическая проекция), чтобы установить соответствие между некоторыми теориями квантовой гравитации и любой совместимой полевой или квантовой хромодинамической теорией.(В 2015 году статья Малдасены была наиболее часто упоминаемой в физике высоких энергий, с более чем 10 000 цитат.) По словам Конлона: «Достоверность соответствия AdS / CFT проверялась тысячу раз, но эти проверки носят расчетный характер и не зависят от эксперимента ». Он продолжает:
Что насчет этого мира? Многие люди думают, что теория струн также может быть истинной теорией природы из-за удивительной правильности и согласованности теорий струн, таких как AdS / CFT? […]
Узнаем ли мы когда-нибудь, верна ли теория струн физически? Действительно ли уравнения теории струн справедливы для этой Вселенной в минимально возможных масштабах?
Каждый, кто когда-либо сталкивался с этим предметом, надеется, что теория струн может однажды продвинуться вперед на широкие залитые солнцем возвышенности науки, где предположения и опровержения спорят теоретики и экспериментаторы, как если бы они были шариками для пинг-понга.Это может потребовать продвижений в теории; это, вероятно, требует прогресса в технологиях; это, безусловно, требует упорного труда и воображения.
В общем, будущее остается открытым для больших надежд на великую теорию, которая объединит описание всех взаимодействий и одновременно позволит продвинуться в познании самой базовой структуры материи.
Запутанность и криптография
Как мы хорошо знаем, квантовая запутанность бросает вызов человеческому воображению. С трудом большинство из нас в конечном итоге привыкает к концепциям, успешно продемонстрированным фактами, таким как индетерминизм (принцип неопределенности Гейзенберга 1927 года) или коллапс волновой функции (которая утверждает, как упоминалось выше, что мы создаем реальность, когда наблюдаем ее; до тех пор эта реальность — не более чем набор всех возможных ситуаций), но оказывается, что их гораздо больше.Еще одно из этих противоречивых следствий квантовой физики — запутанность — понятие и термин (Verschränkung на немецком языке), введенные Эрвином Шредингером в 1935 году и также предложенные в знаменитой статье, которую Эйнштейн опубликовал вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном в том же году. Запутанность — это идея о том, что две части квантовой системы находятся в мгновенном «сообщении», так что действия, влияющие на одну, будут одновременно влиять на другую, независимо от того, насколько далеко друг от друга. В письме Максу Борну в 1947 году Эйнштейн назвал это «фантасмагорическим действием на расстоянии [spukhafte Fernwirkung]».”
Квантовая запутанность существует, и за последнее десятилетие она неоднократно доказывалась. Одна особенно убедительная демонстрация была предоставлена в 2015 году группами из Делфтского университета, Национального института стандартов и технологий США и Венского университета соответственно
.
Сейчас квантовая запутанность существует, и за последнее десятилетие она неоднократно доказывалась. Одна особенно убедительная демонстрация была предоставлена в 2015 году группами из Делфтского университета, Национального института стандартов и технологий США и Венского университета соответственно.В своей статье (Herbst, Scheidl, Fink, Handsteiner, Wittmann, Ursin, and Zeilinger, 2015) они продемонстрировали запутывание двух ранее независимых фотонов друг от друга на расстоянии 143 км, что составляет расстояние между их детекторами на Тенерифе и Ла-Пальма.
В таком мире, как наш, где коммуникации через Интернет и другие средства массовой информации проникают во все сферы общества и обуславливают их, запутанность представляет собой великолепный инструмент для обеспечения безопасности этих передач благодаря так называемой «квантовой криптографии».«В основе этого типа криптографии лежит квантовая система, состоящая, например, из двух фотонов, каждый из которых направляется к другому рецептору. Из-за запутанности, если один из этих рецепторов что-то изменит, это немедленно повлияет на другой, даже если они никоим образом не связаны. Что особенно важно для безопасности передачи, так это тот факт, что если кто-то попытается вмешаться, ему или ей придется принять какие-то меры, и это разрушит запутанность, вызывая обнаруживаемые аномалии в системе.
Строго говоря, обмен квантовой информацией основан на так называемом QKD, то есть «квантовом распределении ключей». 5 В этом механизме важен квантовый ключ, который запутанный рецептор получает и использует для расшифровки сообщения. Две части системы имеют общий секретный ключ, который затем используется для кодирования и декодирования сообщений. Традиционные методы шифрования основаны на алгоритмах, связанных со сложными математическими операциями, которые трудно расшифровать, но не невозможно перехватить.Как я уже отмечал, такой перехват с квантовой криптографией просто невозможен.
Квантовая запутанность предвещает возможное создание глобального «квантового Интернета». Поэтому неудивительно, что недавно созданные компании, такие как Swiss ID Quantique (основанная в 2001 году как ответвление Группы прикладной физики Женевского университета), US MagiQ или австралийская QuintessenceLabs проявили значительный интерес к квантовой криптографии, а также такие известные фирмы, как HP, IBM, Mitsubishi, NEC, NTT и Toshiba.
В таком мире, как наш, где коммуникации через Интернет и другие средства массовой информации проникают во все сферы общества и обуславливают их, запутанность представляет собой великолепный инструмент для обеспечения безопасности этих передач благодаря так называемой «квантовой криптографии»
Одна проблема с квантовой криптографией заключается в том, что при использовании классических каналов связи, таких как оптическое волокно, сигнал ухудшается, потому что фотоны поглощаются или рассеиваются молекулами волокна (предел для отправки сообщений квантовой криптографии составляет около одного или двух городов. ).Классическая трансмиссия тоже ломается на расстоянии, но это можно исправить с помощью реле. Однако такого решения для квантовой передачи не существует, потому что, как упоминалось выше, любое промежуточное взаимодействие разрушает единство сообщения. Наилучшим «кабелем» для квантовой связи оказывается космический вакуум, и в этом смысле недавно был достигнут значительный прогресс. Команде под руководством Цзянь-Вей Пана из Китайского университета науки и технологий в Хэфэе в сотрудничестве с Антоном Цайлингером (одним из величайших специалистов в области квантовых коммуникаций и вычислений) из Венского университета удалось отправить квантовые сообщения между Ксинлун и Грац, находящиеся на расстоянии 7600 километров друг от друга, используют в качестве посредника китайский спутник Micius (выведенный на орбиту в 500 километрах от Земли в августе 2016 года). 6 Чтобы расширить диапазон действия, они использовали оптоволоконные системы, чтобы связать Грац с Веной и Синлун с Пекином. Таким образом, они провели безопасную семидесятипятиминутную видеоконференцию между Китайской и Венской академиями наук с использованием двух гигабайт данных — столько же, сколько требовалось для мобильных телефонов в 1970-х годах. Такие достижения предвещают создание спутниковых сетей, которые обеспечат безопасную связь всех видов (телефонные звонки, электронная почта, факсы) в новом мире, который позже будет включать в себя еще один инструмент, тесно связанный с квантовыми явлениями, которые мы уже обсуждали: квантовые вычисления, в котором квантовое перекрытие играет центральную роль.
Квантовая запутанность предвещает возможное создание глобального «квантового Интернета». Поэтому неудивительно, что такие хорошо зарекомендовавшие себя фирмы, как HP, IBM, Mitsubishi, NEC, NTT и Toshiba, проявили значительный интерес к квантовой криптографии
.
В то время как классические вычисления хранят информацию в битах (0, 1), квантовые вычисления основаны на кубитах (квантовых битах). Многие физические системы могут действовать как кубиты, включая фотоны, электроны, атомы и куперовские пары.Рассматриваемый с точки зрения фотонов, принцип квантового перекрытия означает, что они могут быть поляризованы либо по горизонтали, либо по вертикали, а также в комбинациях, лежащих между этими двумя состояниями. Следовательно, у вас есть большее количество единиц для обработки или хранения в вычислительной машине, и вы можете выполнять различные операции одновременно, то есть вы можете работать параллельно (каждый бит должен быть либо 1, либо 0, в то время как кубит может быть равен 1 и 0 одновременно, что позволяет выполнять несколько операций одновременно).Очевидно, что чем больше кубитов использует квантовый компьютер, тем больше будет его вычислительная мощность. Количество кубитов, необходимых для того, чтобы превзойти компьютеры, оценивается в пятьдесят, и IBM недавно объявила, что превысила этот порог… хотя и всего на несколько наносекунд. Оказывается, действительно очень сложно удерживать кубиты запутанными (то есть невозмущенными) в течение необходимого периода времени. Это чрезвычайно сложно, потому что субатомные частицы нестабильны по своей природе. Поэтому, чтобы избежать того, что называется «декогеренцией», одна из основных областей исследований в области квантовых вычислений включает поиск способов минимизировать возмущающие эффекты света, звука, движения и температуры.Многие квантовые компьютеры строятся в вакуумных камерах с чрезвычайно низкими температурами именно по этой причине, но очевидно, что промышленность и правительства (особенно Китай, в настоящее время) прилагают значительные усилия для продвижения в области квантовых вычислений: например, Google и NASA. , используют квантовый компьютер, созданный канадской фирмой D-Wave Systems, Inc, которая первой продает машины такого типа, способные выполнять определенные типы операций в 3600 раз быстрее, чем самый быстрый в мире цифровой суперкомпьютер.
Другая возможность, связанная с квантовой запутанностью, — это телетранспортация, которую Игнасио Чирак (2011: 478) определил как «перенос неповрежденного квантового состояния из одного места в другое, осуществляемый отправителем, который не знает ни состояние, которое необходимо передать, ни местоположение. получателя, которому оно должно быть отправлено ». Эксперименты по телетранспортировке уже проводились с фотонами, ионами и атомами, но предстоит еще долгий путь.
Физика в междисциплинарном мире
В предыдущих разделах я сосредоточился на развитии того, что мы могли бы назвать «самой фундаментальной физикой», но эта наука вовсе не ограничивается изучением «конечных» компонентов природы, объединением сил или применением наиболее важных компонентов. основные принципы квантовой физики.Физика состоит из широкой и разнообразной группы областей — конденсированных сред, низких температур, ядерных, оптических, электромагнетизма, жидкостей, термодинамики и т. Д. — и за последние десять лет во всех из них был достигнут прогресс. Более того, эти успехи, несомненно, будут продолжены в будущем. Было бы невозможно перечислить их все, но я действительно хочу сослаться на область, в которую физика может внести большой вклад: междисциплинарность.
Следует помнить, что природа едина и не имеет границ; практическая необходимость побудила людей основать их, создав дисциплины, которые мы называем физикой, химией, биологией, математикой, геологией и так далее.Однако по мере того, как наши знания о природе растут, становится все более и более необходимым выходить за эти границы и объединять дисциплины. Важно формировать группы специалистов — не обязательно большие — из разных научных и технических областей, но обладающих достаточными общими знаниями, чтобы понимать друг друга и сотрудничать для решения новых проблем, сама природа которых требует такого сотрудничества. Физики должны быть частью таких групп. Мы находим примеры междисциплинарности почти во всех условиях, одним из которых могут быть процессы, лежащие в основе атмосферных явлений.Сюда входят все виды наук: обмен энергией и температурные градиенты, излучение, получаемое от Солнца, химические реакции, состав атмосферы, движение атмосферных и океанских течений, биология животных и растений, объясняющая поведение и реакции животных. и виды растений, производственные процессы, социальные способы и механизмы транспортировки и так далее и так далее. Аналогичные доказательства дают исследования архитектуры и урбанистики. Что касается изменения климата, ограничений энергопотребления, загрязнения атмосферы и агломерации в гигантских городах, крайне важно углублять сотрудничество между архитектурой, урбанистикой, наукой и технологиями, не упуская из виду необходимость задействовать и другие дисциплины, включая психологию и социологию, которые связаны с изучением человеческого характера.Мы должны строить здания, которые сводят к минимуму потери энергии, и пытаться достичь энергоэффективности, то есть устойчивости, которая стала модным словом в последние годы. К счастью, наряду с материалами с новыми тепловыми и акустическими свойствами, у нас есть элементы, разработанные наукой и технологиями, такие как солнечные батареи, а также возможность переработки органических отходов.
Природа едина и не имеет границ; практическая необходимость побудила людей основать их, создав дисциплины, которые мы называем физикой, химией, биологией, математикой, геологией и так далее.Однако по мере того, как наши знания о природе растут, становится все более и более необходимым выходить за эти границы и объединять дисциплины
Одним из особенно важных примеров, в котором явно участвует физика, является «Проект карты активности мозга», о котором тогдашний президент США Барак Обама публично объявил 2 апреля 2013 года. преемник великого проекта «Геном человека», которому удалось сопоставить гены, состоящие из наших хромосом.Он направлен на изучение сигналов нейронов и определение того, как их поток через нейронные сети превращается в мысли, чувства и действия. Нет никаких сомнений в важности этого проекта, который сталкивается с одной из величайших проблем современной науки: получением глобального понимания человеческого мозга, включая его самосознание. В своей презентации Обама выразил надежду, что этот проект также проложит путь для развития технологий, необходимых для борьбы с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, а также новых методов лечения различных психических заболеваний и достижений в области искусственного интеллекта. интеллект.
Достаточно прочитать заголовок статьи, в которой группа ученых представила и защитила этот проект, чтобы признать его междисциплинарный характер и присутствие в нем физики. Опубликованный в обзоре Neuron в 2012 году он был озаглавлен «Проект карты активности мозга и проблема функциональной коннектомики» и был подписан шестью учеными: Полом Аливисатосом, Миюнг Чун, Джорджем Черчем, Ральфом Гринспеном, Майклом Роуксом и Рафаэлем Юсте ( 2012).
Цветная сканирующая электронная микрофотография (СЭМ) наноструктур, сформированных на поверхности ванадия и оксидов ванадия под действием лазерного луча на диоксиде углерода.Полученные наноструктуры могут найти применение в различных формах электроники и нанотехнологий.Не менее заслуживают внимания нанонаука и нанотехнологии. Атомный мир — одно из мест встречи естественных наук и основанных на них технологий. В конечном итоге атомы и частицы, из которых они состоят (протоны, нейтроны, электроны, кварки и т. Д.), Являются «строительными блоками мира». До относительно недавнего времени не было области исследований — я имею в виду нанотехнологию и нанонауку, — в которых эта общая база показывала бы так много потенциальных приложений в различных дисциплинах.Эти области исследований и разработок обязаны своим названием измерению длины, нанометру (нм), который составляет одну миллиардную часть метра. Нанотехнология включает в себя любую отрасль науки или технологий, которая исследует или использует нашу способность управлять материей и манипулировать ею в масштабах от 1 до 100 нм. Достижения в области нанотехнологий позволили разработать наноматериалы и наноустройства, которые уже используются в различных условиях. Например, можно обнаружить и локализовать раковые опухоли в организме, используя раствор наночастиц золота размером 35 нм, поскольку канцерогенные клетки обладают белком, который реагирует на антитела, которые прикрепляются к этим наночастицам, что позволяет обнаруживать злокачественные клетки. .Фактически, медицина — особенно подходящая область для нанотехнологий, и это дало начало наномедицине. Любовь людей к компартментализации привела к тому, что эту область часто делят на три большие области: нанодиагностика (разработка изображений и методов анализа для выявления заболеваний на их начальных стадиях), нанотерапия (поиск методов лечения на молекулярном уровне, которые воздействуют непосредственно на пораженные участки). клетки или патогенные участки) и регенеративная медицина (контролируемый рост искусственных тканей и органов).
Одним из особенно важных примеров, в котором явно участвует физика, является «Проект карты активности мозга», о котором тогдашний президент США Барак Обама публично объявил 2 апреля 2013 года. преемник великого проекта «Геном человека», которому удалось сопоставить гены, состоящие из наших хромосом
Всегда сложно и рискованно предсказывать будущее, но я не сомневаюсь, что это будущее будет включать в себя всевозможные события, которые мы в настоящее время считали бы невообразимыми сюрпризами.Одним из них вполне может быть возможность, которую недавно предположил Фриман Дайсон (2011), который всегда любит предсказания. Он называет это «радионеврологией», и идея состоит в том, что по мере расширения наших знаний о функциях мозга мы сможем использовать миллионы микроскопических датчиков для наблюдения за обменами между нейронами, которые приводят к мыслям, чувствам и т. Д., И преобразовывать их. в электромагнитные сигналы, которые может принимать другой мозг, оснащенный аналогичными датчиками. Затем этот второй мозг будет использовать их для восстановления мыслей излучающего мозга.Станет ли это разновидностью радиотелепатии?
Эпилог
Мы живем между прошлым и будущим. Настоящее постоянно ускользает между нашими пальцами, как увядающая тень. Прошлое предлагает нам воспоминания и приобретенные знания, проверенные или еще не проверенные, бесценное сокровище, прокладывающее путь вперед. Конечно, мы действительно не знаем, куда это нас приведет, какие новые характеристики появятся, будет ли это плавание легким или нет. Несомненно то, что будущее будет другим и очень интересным.И физика, как и все другие науки, будет играть важную и увлекательную роль в формировании этого будущего.
Банкноты1. Эверетт — Брайсу ДеВитту, 31 мая 1957 г .; письмо воспроизведено в Barret and Byrne (eds.) (2012: 255).
2. На самом деле суперсимметрия действительно открывалась трижды. Сначала Пьер Рамонд, французский физик из Университета Флориды, сначала один, но затем в сотрудничестве с Андре Неви и Джоном Шварцем; однако контекст, в котором они ввели эту новую симметрию, был очень абстрактным, и было неясно, имеет ли она какое-либо отношение к элементарным частицам.Примерно в то же время Юрий Гольфанд, Евгений Лихтман, а затем Дмитрий Волков и Владимир Акулов описали это в произведении, которое никогда не покидало Советский Союз. Именно работа Джулиуса Весса и Бруно Зумино (1974) привлекла внимание физиков, занимающихся высокими энергиями, хотя долгое время она считалась чисто теоретической спекуляцией.
3. Идея состоит в том, что эти дополнительные измерения не проявляются из-за явления, известного как «компактификация». Они существуют на субатомных масштабах и замыкаются на себя, образуя круги
4.Ожидания относительно результатов, которые можно было бы получить на LHC как по темной материи, так и по теории струн, оставались неизменными в течение (слишком многих?) Лет. Одним из выдающихся примеров в этом смысле является Эдвард Виттен, о котором я скоро расскажу больше, который написал в своем вкладе в книгу, посвященную шестидесятилетию Стивена Хокинга (Witten 2003: 461): «Есть только одно важное открытие, на которое я могу указать. насколько это возможно в этом десятилетии. Это открытие не является теоретическим […]. Это открытие, вероятно, произойдет в Фермилаборатории с Тэватроном […] или в ЦЕРНе с LHC.«Тэватрон прекратил свою деятельность в 2011 году.
5. Об этом и других вопросах, которые я расскажу ниже, см. Zeilinger (2011).
6. Результаты были объявлены в статье, опубликованной в 2018 году и подписанной тридцатью шестью исследователями, из которых двадцать семь были китайцами и девять — австрийцами. Они принадлежали одиннадцати китайским учреждениям и трем австрийским: Sheng-Kai Liao et al. (2018).
Библиография —Abbott, B.P. et al. 2016. «Наблюдение гравитационных волн от слияния двойных черных дыр.”Physical Review Letters 116: 061102.
— Эбботт Б. П. и др. 2017. «Наблюдение гравитационных волн от двойной нейтронной звезды на спирали». Physical Review Letters 119: 161101.
— Аливисатос, Пол, Чун, Миюнг, Черч, Джордж, Гринспен, Ральф, Роукс, Майкл, и Юсте, Рафаэль. 2012. «Проект карты активности мозга и проблема функциональной коннектомики». Нейрон 74: 970–974.
— Барретт, Джеффри А. и Бирн, Питер (ред.). 2012. Интерпретация квантовой механики Эверетта.Принстон: Издательство Принстонского университета.
— Бернштейн, Джереми. 2012a. «Палитра частиц». Американский ученый 100 (2): 146–155. Воспроизведено у Бернштейна (2012b).
— Бернштейн, Джереми. 2012b. «Un abanico de partículas». Investigación y Ciencia 432: 24–33.
— Буэно, Пабло, Кано, Пабло А., Гелен, Фредерик, Хертог, Томас и Вернок, Берт. 2018. «Отголоски керровских кротовых нор». Physical Review D 7: 024040.
— Чиао, Раймонд Ю., Коэн, Марвин Л., Леггет, Энтони Дж., Филлипс, Уильям Д., и Харпер младший, Чарльз Л. (ред.). 2011. Видения открытий. Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
— Чирак, Дж. Игнасио. 2011. «Квантовая информация». В Chiao et al. (ред.), 471–495.
— Конлон, Джозеф. 2016. Почему теория струн? Бока-Ратон: CRC Press.
— ДеВитт, Брайс. 1970. «Квантовая механика и реальность». Физика сегодня 23: 30–35.
— ДеВитт, Брайс и Грэм, Нил (ред.). 1973. Многомировая интерпретация квантовой механики. Принстон: Издательство Принстонского университета.
— ДеВитт-Моретт, Сесиль.2011. Погоня за квантовой гравитацией. Воспоминания Брайса ДеВитта с 1946 по 2004 год. Гейдельберг: Springer.
— Дайсон, Фриман. 2011. «Будущее науки». В Chiao et al. (ред.), 39–54.
— Эйнштейн, Альберт и Розен, Натан. 1937. «О гравитационных волнах». Журнал Института Франклина 223: 43–54.
— Энглерт, Франсуа, и Браут, Роберт. 1964. «Нарушенная симметрия и масса калибровочных векторных мезонов». Physical Review Letters 13: 321–323.
— Эверетт III, Хью. 1957. «Формулировка« относительного состояния »квантовой механики.Обзоры современной физики 29: 454–462.
— Гелл-Манн, Мюррей. 1995. Эль-кварк и эль-ягуар. Барселона: Tusquets (оригинальный английский: Quark и Jaguar, 1994).
— Грин, Брайан. 1999. Элегантная Вселенная. Нью-Йорк: У. В. Нортон.
— Гросс, Дэвид Дж. 2011. «Основные неизвестные в физике элементарных частиц и космологии». В Chiao et al. (ред.), 152–170.
— Гуральник, Джеральд С., Хаген, Карл Р. и Киббл, Томас В. 1964 г.) «Глобальные законы сохранения и безмассовые частицы». Physical Review Letters 13: 585–587.
— Хокинг, Стивен. 2002. El universo en una cáscara de nuez. Барселона: Критика (оригинальный английский: Вселенная в двух словах, 2001).
— Хербст, Томас, Шейдл, Томас, Финк, Матиас, Хандштайнер, Йоханнес, Виттманн, Бернхард, Урсин, Руперт и Цайлингер, Антон. 2015. «Телепортация запутанности на 143 км». Труды Национальной академии наук 112: 14202–14205.
—Higgs, Peter W. 1964a. «Нарушенные симметрии, безмассовые частицы и калибровочные поля». Письма в обзоре физики 12: 132–201.
— Хиггс, Питер У. 1964b. «Нарушенные симметрии и массы калибровочных бозонов». Physical Review Letters 13: 508–509.
— Мальдасена, Хуан М. 1998. «Предел больших N суперконформных теорий поля и супергравитации». Успехи теоретической и математической физики 2: 231–252.
—Mather, John C. et al. 1990. «Предварительное измерение спектра космического микроволнового фона спутником Cosmic Background Explorer (COBE)». Астрофизический журнал 354: L-37-L40.
— Рамон, Пьер.1971. «Двойственная теория свободных фермионов». Physical Review D 3: 2415–2418.
—Sheng-Kai Liao et al. 2018. «Межконтинентальная квантовая сеть с ретрансляцией спутников». Physical Review Letters 120: 030501.
—Smoot, George et al. 1992. «Структура карт первого года работы дифференциального микроволнового радиометра COBE». Астрофизический журнал 396: L1-L5.
— Торн, Кип С. 1994. Черные дыры и искажения времени. Нью-Йорк: У. В. Нортон.
— Торн, Кип С. 1995. Agujeros negros y tiempo curvo. Барселона: Критика.
— Венезиано, Габриэле.1968. «Построение кросс-симметричной амплитуды реджевского поведения для линейно восходящих траекторий». Nuovo Cimento A 57: 190–197.
— Вайнберг, Стивен. 2011. «Физика элементарных частиц, от Резерфорда до LHC». Физика сегодня 64 (8): 29–33.
— Весс, Юлий и Зумино, Бруно. 1974. «Преобразования суперкадров в четырех измерениях». Physics Letters B 70: 39–50.
— Виттен, Эдвард. 2003. «Прошлое и будущее теории струн». В будущем теоретической физики и космологии. Отмечая 60-летие Стивена Хокинга, Г.У. Гиббонс, Э. П. С. Шеллард и С. Дж. Ранкин (ред.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 455–462.
— Цейлингер, Антон. 2011. «Квантовая запутанность: от фундаментальных вопросов до квантовой коммуникации и квантовых вычислений и обратно». В Chiao et al. (ред.), 558–571.
6 Известных современных физиков, которых вы должны знать
Физика — ключевая наука, которая помогает нам понять окружающий мир. Он объясняет, почему мир работает именно так, и определяет каждое взаимодействие, большое или маленькое.Казалось бы, несвязанные явления можно объединить только с помощью физики.
(Изучение физики? Карточки по физике от Brainscape — это именно то, что вам нужно, чтобы освежить свои знания.)
6 величайших современных физиков
Поскольку физика так много определяет в нашей жизни, важно признать известных современных физиков, у которых есть работал, чтобы узнать больше о физическом мире. При этом мы делимся с вами лишь некоторыми из величайших современных физиков, а также их открытиями, которые изменили наше видение мира.
1. Стивен Хокинг
Стивен Хокинг сегодня широко признан одним из лучших умов физиков и одним из самых известных современных физиков. Он получил множество титулов за свои достижения, в том числе Президентскую медаль свободы, высшую гражданскую награду в США. Из многих известных теорий Хокинг наиболее известен разработкой теории, согласно которой черные дыры испускают излучение (известное как излучение Хокинга), и его работами. о теоремах гравитационной сингулярности при разработке основы общей теории относительности.Хокинг также написал книгу, объясняющую многие важные концепции космологии языком непрофессионала, под названием Краткая история времени , которая стала международным бестселлером New York Times и . Он был героем фильма 2014 года Теория всего .
2. Стивен Вайнберг
Нобелевский лауреат по физике, Стивен Вайнберг провел новаторские исследования во многих областях физики, включая квантовую теорию поля, теорию гравитации, суперсимметрию, суперструны, разноцветные физические теории и космологию.Вайнберг наиболее известен своей работой по созданию единой теории слабого и электромагнитного взаимодействия между элементарными частицами, которая принесла ему Нобелевскую премию вместе с Шелдоном Ли Глэшоу и Абдусом Саламом. Эта работа была в конечном итоге экспериментально подтверждена и объединила две из четырех фундаментальных сил природы. По данным Американского философского общества, наградившего его медалью Бенджамина Франклина за выдающиеся достижения в науке, Вайнберг «многими рассматривается как выдающийся физик-теоретик, живущий сегодня в мире.
3. Эдвард Виттен
Эдвард Виттен, известный в первую очередь своими работами в области теории струн, был назван журналом Time и другими организациями и публикациями «величайшим ныне живущим физиком-теоретиком» благодаря своему пониманию фундаментальных математических наук. механика теории струн. Виттен обнаружил, что различные теории струн можно сопоставить друг с другом, используя определенные правила, тем самым разработав наиболее важные математические основы теории струн на сегодняшний день.Поскольку его работа настолько основана на математике, Виттен занял важное место и в области математики. В настоящее время он единственный физик, удостоенный медали Филдса (иногда называемой Нобелевской премией по математике).
4. Алан Гут
Алан Гут наиболее известен как создатель теории космической инфляции. Эта теория объясняет, почему Вселенная кажется плоской, однородной и изотропной, и, если она будет доказана, объяснит крупномасштабную структуру Вселенной, возникшую после Большого взрыва.Пока что космическая инфляция остается теорией, но недавно, возможно, появились свидетельства, которые помогли бы подтвердить ее как реальность, укрепив место Гута среди величайших современных физиков.
5. Питер Хиггс
Другой лауреат Нобелевской премии, Питер Хиггс наиболее известен своими исследованиями механизма Хиггса, которые предсказали частицу, названную в его честь: бозон Хиггса. Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, механизм Хиггса определяет способ, которым элементарные частицы приобретают свою массу, что делает его решающим для всех теорий физики элементарных частиц.Когда исследования на Большом адронном коллайдере ЦЕРН в конечном итоге продемонстрировали существование бозона Хиггса, это открытие принесло Хиггсу Нобелевскую премию по физике в 2013 году.
6. Фриман Дайсон
Несмотря на то, что Фримен Дайсон был наполовину ушел на пенсию, он все еще продолжает придерживаться научных взглядов дискуссии по физике. В течение своей карьеры он разработал ряд революционных физических концепций и теорий, включая сферу Дайсона, оператор Дайсона, ряд Дайсона, уравнение Швингера-Дайсона, гипотезу Дайсона, дерево Дайсона, проект Орион и TRIGA.Как видите, его коллективная работа плодотворна, и хотя трудно выбрать хотя бы один вклад, который сделал его таким важным, он, пожалуй, наиболее известен тем, что продемонстрировал эквивалентность диаграмм Ричарда Фейнмана и оператора Джулиана Швингера и Син-Итиро Томонага. метод. Наряду с дальнейшим развитием большей части работ Фейнмана, Дайсон также доказал, что принцип исключения играет основную роль в поддержании стабильности объемного вещества.
Физики имеют значение
Сегодняшние исследования в области физики были бы невозможны без ученых, которые приходили сюда раньше и сделали некоторые из самых важных открытий всех времен.Эти шесть известных современных физиков кардинально изменили мировое понимание физики за последние годы, но они — лишь некоторые из ключевых мужчин и женщин, определяющих физику сегодня.
Вдохновленный? Ознакомьтесь с карточками по физике на торговой площадке Brainscape, чтобы начать изучать физику сегодня и лучше понимать наш мир.
50 самых влиятельных ученых в мире сегодня
От биотехнологии и цифровых носителей до устойчивой энергетики и облачных вычислений — почти все сегодня так или иначе затронуто — а иногда и полностью перестроено — научно-техническими достижениями.
Под наукой в этой статье мы подразумеваем естественные и инженерные науки (таким образом, мы исключаем чистую математику, а также социальные науки). Таким образом, в этой статье мы сосредоточены на ученых в биологических, медицинских и физических науках, а также на тех, кто занимается технологиями и особенно компьютерами.
Как общество, мы привыкли воспринимать плоды науки как должное, такие как использование компьютеров, доступ к водопроводу и электричеству, а также нашу зависимость от различных видов транспорта и связи.Но все эти преимущества вытекают из открытий и изобретений ученых, которые стремятся глубоко проникнуть в суть работы природы и ее материалов.
Эта статья посвящена 50 наиболее влиятельным ученым, живущим сегодня, и их значительному вкладу в науку. Это ученые, которые изобрели Интернет и волоконную оптику, боролись со СПИДом и раком, разработали новые лекарства и в целом добились важных успехов в медицине, генетике, астрономии, экологии, физике и компьютерном программировании.
Называя ученых из этого списка «влиятельными», в этой статье делается попытка оценить их влияние на науку как таковую. Другими словами, перечисленные здесь ученые имеют влияние , потому что — это новаторская научная работа, которую они проделали, и ее влияние на мир.
Некоторые ученые имеют огромное влияние как популяризаторы, культурные критики или общественные интеллектуалы. В этом отношении на ум приходят такие личности, как Ричард Докинз и Лоуренс Краусс, или Карл Саган и Стивен Джей Гулд поколения назад.Однако ученые из этого списка здесь из-за своего превосходства как ученых, занимающихся наукой.
Все описанные здесь ученые творческие и блестящие. Многие из них также необычны и интересны — колоритные личности, которых было бы приятно узнать!
Наслаждаясь именами и биографиями ученых из этого списка, ознакомьтесь также с нашей статьей « 50 самых умных подростков в мире ». Некоторые из наиболее влиятельных ученых будущего будут выбраны из этого списка.
Присоединяйтесь к нам этим летом в качестве двух всемирно известных мыслителей, Руперта Шелдрейка и Майкла Шермера, которые обсуждают и обсуждают природу науки! Наслаждаться!
1. Ален Аспект
Ален Аспект занимает кафедру Августина Френеля в Institut d’Optique, а также является профессором Политехнической школы в Париже. Он также является членом Французской академии наук и Французской академии технологий. Выпускник Высшей школы Кашана (ENS Cachan), Аспект в 1969 году сдал экзамен по физике и получил степень магистра в Университете Орсе.
В 2013 году, к 100-летию новаторской атомной модели Нильса Бора, Датское общество инженеров в сотрудничестве с Институтом Нильса Бора и Королевской датской академией наук и литературы наградило Aspect медалью Нильса Бора.
Аспект сделал свои самые важные открытия в квантовой теории. В 2005 году он был награжден золотой медалью CSNR за урегулирование 70-летнего спора между Нильсом Бором и Альбертом Эйнштейном по поводу основ квантовой физики, продемонстрировав захватывающий феномен запутанности (нелокальные мгновенные взаимодействия между частицами, которые Эйнштейн отвергнуты за распространение физических воздействий быстрее скорости света).Работа Aspect лежит в основе квантовых вычислений.
Некоторые из его самых известных экспериментов подтвердили, что «квантовая запутанность» для пар двойниковых фотонов несовместима с мировоззрением Эйнштейна. В этих экспериментах измерялись две частицы, выпущенные одновременно и из одного источника в противоположных направлениях. Результаты были убедительным доказательством запутанности.
Aspect продолжает свои эксперименты, которые являются фундаментальными для нашего понимания того, как все в мире взаимосвязано.В настоящее время он изучает локализацию волн в твердых телах с помощью ультрахолодных атомов.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Алена Аспекта .
Аспект также освещен в нашей статье «50 человек, заслуживающих Нобелевской премии».
***
2. Дэвид Балтимор
Дэвид Балтимор в настоящее время является профессором биологии в Калифорнийском технологическом институте, где он был президентом с 1997 по 2006 год. Он также является директором Объединенного центра трансляционной медицины, который объединяет Калифорнийский технологический институт и Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе в программе по переводу основных научные открытия в клиническую реальность.
Балтимор окончил Суортмор-колледж и Рокфеллеровский университет. В 2004 году Университет Рокфеллера присвоил Балтимору звание почетного доктора наук.
В 1975 году в возрасте 38 лет Дэвид Балтимор вместе с Говардом Темином и Ренато Дульбекко получил Нобелевскую премию. Они были награждены премией за открытия, касающиеся взаимодействия опухолевых вирусов и генетического материала клетки. Один из наиболее значительных вкладов Балтимора был в вирусологии, поскольку он открыл белок обратной транскриптазы , необходимый для воспроизводства ретровирусов, таких как ВИЧ.
В 1999 году президент Билл Клинтон наградил Балтимор Национальной медалью науки за огромный вклад в науку. Он оказал огромное влияние на национальную научную политику, охватывая все, от исследований стволовых клеток до клонирования и СПИДа.
Балтимор — бывший президент и председатель Американской ассоциации развития науки (2007-2009). Недавно он был назначен членом Американской ассоциации исследований рака (AACR).
Балтимор опубликовал 680 рецензируемых статей.Его недавнее исследование сосредоточено на контроле воспалительных и иммунных реакций, роли микроРНК в иммунной системе и использовании методов генной терапии для лечения ВИЧ и рака.
Он также является членом многочисленных научных консультативных советов, включая Broad Institute, Ragon Institute, Regulus Therapeutics и Immune Design.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Дэвида Балтимора .
***
3. Аллен Дж.Бард
Аллен Дж. Бард — профессор Техасского университета, где он также является директором Центра электрохимии и заведующим кафедрой Нормана Хакермана-Велча. Он получил докторскую степень. из Гарвардского университета в 1958 году.
В 2011 году Бард был награжден Национальной медалью науки за вклад в электрохимию, включая электролюминесценцию, фотоэлектрохимию полупроводников, электроаналитическую химию и изобретение сканирующего электрохимического микроскопа.Его открытие электрогенерированной хемилюминесценции (ECL) позволило медицинскому сообществу обнаружить вирус ВИЧ и проанализировать ДНК.
Бард считается «отцом современной электрохимии». В 2013 году президент Обама наградил Барда Национальной медалью науки. Среди других наград, которые он получил, — премия Вольфа по химии в 2008 году, медаль Пристли в 2002 году и член Американской академии искусств и наук в 1990 году.
Он опубликовал три книги: Electrochemical Methods с Ларри Фолкнером, Integrated Chemical Systems и Chemical Equilibrium. Он также опубликовал более 600 статей и глав, редактируя серию Электроаналитическая химия (21 том) и Энциклопедия электрохимии элементов (16 томов). В настоящее время он является главным редактором журнала Американского химического общества.
Текущее исследование Барда сосредоточено на использовании силы естественного солнечного света для производства устойчивой энергии. Его лаборатория в Техасском университете тестирует различные химические соединения в надежде открыть материал, который будет осуществлять искусственный фотосинтез.Бард твердо убежден, что такие открытия необходимо искать и делать, потому что в противном случае человечество окажется в тяжелом положении из-за того, что ископаемое топливо закончится.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Аллена Дж. Барда .
Бард также упоминается в нашей статье «50 человек, заслуживающих Нобелевской премии».
***
4. Тимоти Бернерс-Ли
Тимоти Бернерс-Ли — ученый-компьютерщик, наиболее известный как изобретатель Всемирной паутины.Он был удостоен звания «Изобретатель всемирной паутины» во время церемонии открытия летних Олимпийских игр 2012 года. В 2009 году он был избран иностранным сотрудником Национальной академии наук США. А в 2004 году Бернерс-Ли был посвящен в рыцари королевой Елизаветой II за его новаторскую работу.
Бернерс-Ли окончил Куинс-колледж в Оксфорде. С июня по декабрь 1980 года он работал независимым подрядчиком в Европейской организации ядерных исследований (CERN). Находясь там, он предложил использовать гипертекст для облегчения обмена и обновления информации между исследователями.Более десяти лет спустя он создал первый веб-сайт в ЦЕРНе, и он был впервые запущен в сети в августе 1991 года.
В ноябре 2009 года Бернерс-Ли основал World Wide Web Foundation, «чтобы преодолеть фундаментальные препятствия на пути к реализации своего видения открытой сети, доступной, полезной и ценной для всех». В 2013 году был создан Альянс за доступный Интернет, и Бернерс-Ли возглавляет коалицию государственных и частных организаций, включая Google, Facebook, Intel и Microsoft.
В 2013 году Бернерс-Ли был одним из пяти пионеров Интернета и Интернета, получивших инаугурационную премию Королевы Елизаветы в области инженерии. Он также был удостоен почетной степени доктора наук Университета Сент-Эндрюс. А в 2012 году Общество Интернета внесло Бернерс-Ли в Зал славы Интернета.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Тимоти Бернерс-Ли .
***
5. Джон Тайлер Боннер
Джон Тайлер Боннер — один из ведущих биологов мира, в первую очередь известный своей работой по использованию клеточных слизистых форм для понимания эволюции.Он был первым, кто сделал Dictyostelium discoideum модельным организмом, занимающим центральное место в изучении некоторых основных вопросов экспериментальной биологии. Он является почетным профессором биологии им. Джорджа М. Моффета на факультете экологии и эволюционной биологии Принстонского университета.
Боннер учился в Гарвардском университете. Его доктор философии. учеба была прервана периодом службы в авиакорпусе армии США, поэтому он завершил учебу в необычно короткий период времени.Вскоре он поступил на факультет Принстонского университета. Он имеет три почетных докторских степени и является членом Американской ассоциации содействия развитию науки. В 1973 году он стал научным сотрудником Национальной академии наук.
Некоторые из его работ включают: Клеточные формы слизи , Эволюция культуры у животных , Жизненные циклы и Идеи биологии . Работа Боннера свидетельствует о недооцененной роли, которую случайность или случайность играет в эволюции.В одной из своих последних работ, Случайность в эволюции, Боннер показывает, как эффекты случайности различаются для организмов разного размера, и насколько меньше организм, тем более вероятно, что морфологические различия будут случайными и отбор не может быть вовлеченным в какой-либо значительной степени.
Он также обсуждает, как половые циклы меняются в зависимости от размера и сложности, и как тенденция отхода от случайности в высших формах даже обращена вспять в некоторых социальных организмах.Нынешние исследовательские интересы Боннера включают эксперименты, призванные понять, как это обращение достигается у ряда видов, которые различаются морфологически.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Джона Тайлера Боннера .
***
6. Деннис Брей
Деннис Брей — почетный профессор кафедры физиологии, развития и неврологии Кембриджского университета. Он получил образование биохимика в Массачусетском технологическом институте и нейробиолога в Гарвардской медицинской школе, прежде чем вернуться в Великобританию, где у него была долгая исследовательская карьера в области роста нервов и подвижности клеток.
Брей является автором множества учебников по молекулярной и клеточной биологии, таких как Molecular Biology of the Cell and Cell Movements. Его последняя книга, Wetware , предназначена для широкой аудитории. В нем Брей использует открытия новой дисциплины системной биологии, чтобы показать, что внутренняя химия живых клеток представляет собой форму вычислений. В книге он утверждает, что вычислительная мощность клеток обеспечивает основу всех отличительных свойств живых систем, позволяя организмам воплощать в своей внутренней структуре образ мира, который объясняет их адаптивность, отзывчивость и интеллект.
Брей получил европейскую научную премию Microsoft за свою работу по хемотаксису в E. coli. Он использовал детальное компьютерное моделирование, привязанное к экспериментальным данным, чтобы спросить, как макромолекулярный путь, контролирующий подвижность клеток у бактерий, работает как единое целое. Его команда обнаружила, что физическое расположение молекулярных компонентов в молекулярных джунглях внутренней части клетки имеет решающее значение для понимания их функции.
Последняя работа Брея включает распространение аллостерических состояний в больших мультибелковых комплексах.Он также недавно опубликовал несколько более популярных статей, в том числе вклад в столетний симпозиум Алана Тьюринга 2012 года в журнале Nature под названием «Является ли мозг хорошей моделью для машинного интеллекта?», А также эссе под названием «Мозг против машины» в сборник Гипотезы сингулярности: научная и философская оценка.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Денниса Брея .
***
7. Сидней Бреннер
Сидней Бреннер — биолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 2002 г., совместно с Х.Роберт Хорвиц и Джон Салстон. Его основной вклад заключается в выяснении генетического кода. Бреннер — старший заслуженный научный сотрудник Центра Крика-Джейкобса Института биологических наук Солка.
Среди своих многих известных открытий Бреннер установил существование информационной РНК и продемонстрировал, как определяется порядок аминокислот в белках. Начиная с 1965 года, он также начал проводить новаторскую работу с круглым червем Caenorhabditis elegans , что в конечном итоге привело к его Нобелевской премии.В этом исследовании он заложил основу для того, чтобы сделать C. elegans — маленькую прозрачную нематоду (червя) — основным модельным организмом для исследований в области генетики, нейробиологии и биологии развития.
Бреннер вместе с Джорджем Печеником создали первый компьютерный матричный анализ нуклеиновых кислот с использованием компьютерного языка TRAC, который Бреннер продолжает использовать. Они вернулись к своей ранней работе по расшифровке генетического кода со спекулятивной статьей о происхождении синтеза белка, где ограничения на мРНК и тРНК совместно эволюционировали, допуская взаимодействие пяти оснований с переворотом антикодоновой петли и тем самым создавая система трансляции триплетного кода, не требующая рибосомы.Это единственная опубликованная статья в истории науки, в которой в качестве авторов выступили три независимых нобелевских лауреата (двумя другими были Фрэнсис Крик и Аарон Клуг).
Бреннер был награжден иностранным научным сотрудником Национальной академии наук, премией Альберта Ласкера в области медицинских исследований в 1971 году и, наконец, Нобелевской премией по физиологии и медицине в 2002 году.
Совсем недавно Бреннер изучает гены и эволюцию генома позвоночных. Его работа в этой области привела к новым способам анализа последовательностей генов, которые переросли в новое понимание эволюции позвоночных.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Сиднея Бреннера .
***
8. Пьер Шамбон
Пьер Шамбон — профессор Института перспективных исследований Страсбургского университета, почетный профессор Коллеж де Франс и почетный профессор медицинского факультета Страсбургского университета.
Он является основателем и бывшим директором Института генетики, клеточной и молекулярной биологии (IGBMC), а также основателем и бывшим директором Institut Clinique de la Souris (Клинический институт мышей) в Страсбурге, Франция.
Шамбон внес значительный вклад в открытие суперсемейства ядерных рецепторов и выяснение их универсального механизма действия, который связывает транскрипцию, физиологию и патологию. Эти открытия произвели революцию в областях развития, эндокринологии и метаболизма, а также в их расстройствах, указав на новую тактику открытия лекарств и новые важные приложения в биотехнологии и современной медицине.
Автор более 900 публикаций, Шамбон занял четвертое место среди самых выдающихся ученых-биологов в период с 1983 по 2002 год.Среди его наград — Международная премия Фонда Гэрднера в 2010 г. (за выяснение фундаментальных механизмов транскрипции в клетках животных и открытие суперсемейства ядерных рецепторов), Премию Ласкера за фундаментальные медицинские исследования в 2004 г. и Премию Марша Даймса в Биология развития в 2003 г.
Шамбон является членом Академии наук (Франция), Национальной академии наук (США) и Шведской королевской академии наук. Он также входит в ряд редакционных коллегий.
Шамбон также упоминается в нашей статье «50 человек, заслуживающих Нобелевской премии».
***
9. Саймон Конвей Моррис
Саймон Конвей Моррис — заведующий кафедрой эволюционной палеобиологии факультета наук о Земле Кембриджского университета. Он известен своей работой с окаменелостями Берджесс-сланца. Взгляды Конвея Морриса на сланец Берджесс изложены в многочисленных технических статьях и изложены для более широкой аудитории в книге Стивена Джея Гулда Wonderful Life и в собственной книге Конвея Морриса The Crucible of Creation.
Сланцевая формация Берджесс, расположенная в канадских Скалистых горах Британской Колумбии, является одним из самых продуктивных месторождений ископаемых в мире, известным исключительной сохранностью мягких частей своих ископаемых. Возраст этого слоя составляет 505 миллионов лет. Это один из первых пластов окаменелостей, содержащих отпечатки мягких частей тела.
Как палеобиолог, Конвей Моррис известен как набожный христианин, тот, кто пытается показать, что данные палеобиологии и эволюции подтверждают существование Бога.Он становится все более активным участником дискуссий, касающихся науки и религии. Он работает в Институте науки и религии Фарадея и читал там лекции на тему «Эволюция и точная настройка в биологии». В 2007 году Конвей Моррис был приглашен читать престижные лекции Гиффорда в Эдинбургском университете; они были названы «Компас Дарвина: как эволюция открывает песню творения». В этих лекциях Конвей Моррис несколько раз заявляет, что эволюция совместима с верой в существование Бога.
Некоторые из его наград включают премию Trotter от Texas A&M в 2007 году, медаль GSL Чарльза Лайелла в 1998 году и премию Чарльза Шухерта Палеонтологического общества в 1989 году. В последние годы Конвей Моррис изучал эволюционную конвергенцию — феномен, при котором группы не связаны между собой животных и растений развивают аналогичные приспособления — главный тезис выдвинут в его популярном решении Life’s Solution: Неизбежные люди в одинокой вселенной.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Саймона Конвея Морриса .
***
10. Милдред С. Дрессельхаус
Милдред С. Дрессельхаус — профессор физики и электротехники, а также почетный профессор института Массачусетского технологического института. Поступив на бакалавриат в Хантер-колледж в Нью-Йорке, она получила стипендию Фулбрайта для работы в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Дрессельхаус получила степень магистра в колледже Рэдклифф и докторскую степень. в Чикагском университете.
Известная как «королева углеродной науки», Дрессельхаус начала свою карьеру в Массачусетском технологическом институте в лаборатории Линкольна. За это время она переключилась с исследований сверхпроводимости на магнитооптику и провела серию экспериментов, которые привели к фундаментальному пониманию принципов электронное строение полуметаллов, особенно графита.
Дрессельхаус, лидер в продвижении возможностей женщин в науке и технике, получила в 1973 году грант Фонда Карнеги для поощрения изучения женщинами таких областей, в которых традиционно преобладают мужчины, таких как физика.Она также была назначена на кафедру Abby Rockefeller Mauze, общеинституциональную кафедру, созданную для поддержки стипендий женщин в области науки и техники.
Среди ее наград — медаль Карла Т. Комптона за лидерство в физике, Медаль Американского института физики в 2001 году, Медаль за достижения в углеродной науке и технологии Американского углеродного общества в 2001 году и почетный член Института Иоффе. РАН, Санкт-Петербург, Россия, в 2000 г.
В 2012 году Дрессельхаус был удостоен престижной премии Института Кавли в области нанонауки. В 1990 году она получила Национальную медаль науки в знак признания ее работы над электронными свойствами материалов.
Интернет-ресурс: Милдред С. Дрессельхаус скончалась 20 февраля 2017 года. .
***
11. Джеральд М. Эдельман
Джеральд М. Эдельман — биолог, иммунолог и нейробиолог. Он является основателем и директором Института неврологии, некоммерческого исследовательского центра, изучающего биологические основы высших функций мозга человека, и он входит в научный совет проекта World Knowledge Dialogue.
Эдлеман получил степень доктора медицины в Медицинской школе Пенсильванского университета. Он разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1972 года за работу с Родни Робертом Портером над иммунной системой. Их исследования раскрыли структуру молекул антител, а также глубокую связь между тем, как компоненты иммунной системы развиваются в течение жизни человека, и тем, как нейронные схемы мозга развиваются в течение этой же жизни.
Каролинский институт оценил работу Эдельмана и Портера как крупный прорыв, заявив: «Влияние открытий Эдельмана и Портера объясняется тем, что они предоставили четкую картину структуры и способа действия группы биологически особо важных веществ. .Этим они заложили прочный фундамент для действительно рациональных исследований, чего раньше не хватало иммунологии. Их открытия, несомненно, представляют собой прорыв, который сразу же вызвал бурную исследовательскую деятельность во всем мире во всех областях иммунологической науки, дав результаты, имеющие практическое значение для клинической диагностики и терапии ».
Эдельман известен своей теорией сознания, которую он задокументировал в нескольких технических книгах, а также книгах, написанных для широкой аудитории, включая Bright Air, Brilliant Fire , A Universe of Consciousness (с Джулио Тонони), Шире неба и Вторая природа: наука о мозге и человеческие знания.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Института неврологии .
***
12. Рональд М. Эванс
Рональд М. Эванс — заведующий кафедрой молекулярной биологии и биологии развития в Институте биологических исследований Солка в Сан-Диего. Он наиболее известен своей работой в области физиологии и молекулярной генетики мышечной деятельности, нарушений обмена веществ, воспалений и рака, а также использованием этой информации для разработки низкомолекулярной терапии.
Эванс получил докторскую степень. из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и прошел докторантуру в Рокфеллеровском университете. Помимо работы в Институте Солка, Эванс является следователем Медицинского института Говарда Хьюза.
В 2004 году он разделил премию Альберта Ласкера за фундаментальные медицинские исследования с Пьером Шамбоном (№8 в нашем списке) и Элвудом Йенсеном за открытие суперсемейства рецепторов ядерных гормонов и за выяснение объединяющего механизма, который регулирует эмбриональное развитие и разнообразные метаболические пути.
Другие награды, которые он получил, включают Премию Вольфа в области медицины в 2012 году, Премию Медицинского центра Олбани (совместно с Соломоном Снайдером и Робертом Лефковицем) в 2012 году, Премию Харви в 2006 году и Международную премию Фонда Гейрднера в 2006 году, а также многие другие. награды.
Другое исследование Эванса сосредоточено на новом гормоне, который, по-видимому, является молекулярным триггером, контролирующим образование жировых клеток. Выявление этого триггера представляет собой одно из новейших и наиболее важных достижений в понимании проблем, связанных с ожирением, и потенциального лечения диабета типа II у взрослых.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Рональда М. Эванса .
Эванс также упоминается в нашей статье «50 человек, заслуживающих Нобелевской премии».
***
13. Энтони С. Фаучи
Энтони С. Фаучи получил степень доктора медицины в Медицинском колледже Корнельского университета. Он является главой отдела клинической физиологии и заведующим лабораторией иммунорегуляции в Национальном институте аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID), входящем в состав Национальных институтов здравоохранения (NIH).
Fauci имеет обширный портфель исследований, который включает прикладные исследования по профилактике, диагностике и лечению инфекционных и иммуноопосредованных заболеваний (включая ВИЧ / СПИД и другие заболевания, передаваемые половым путем), болезней, вызванных потенциальными агентами биотерроризма, туберкулеза, малярии, аутоиммунных заболеваний, астма и аллергия. Он широко известен тем, что определил точные механизмы, с помощью которых иммунодепрессанты модулируют иммунный ответ человека.
Исследование Центра лечения артрита Стэнфордского университета, проведенное в 1985 году членами Американской ассоциации ревматизма, оценило работу доктора Ф.Фаучи о лечении узелкового полиартериита и гранулематоза Вегенера как об одном из наиболее важных достижений в лечении пациентов в ревматологии за последние 20 лет.
Фаучи внес плодотворный вклад в понимание того, как вирус СПИДа разрушает защитные силы организма, что приводит к его восприимчивости к смертельным инфекциям, и он продолжает посвящать большую часть своего исследовательского времени определению природы иммунопатогенных механизмов ВИЧ-инфекции и объем иммунных ответов организма на ретровирус ВИЧ.
Он является членом Национальной академии наук США, Американского философского общества, Института медицины Национальной академии наук США и Американской академии искусств и наук. Фаучи является автором, соавтором или редактором более 1000 научных публикаций, а также нескольких учебников.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Энтони С. Фаучи .
***
14. Андрей З. Пожар
Андрей З.Файер — ученый и профессор патологии и генетики Медицинской школы Стэнфордского университета. До своей нынешней должности он работал на факультете биологии Университета Джонса Хопкинса.
Файер работал над дипломной работой по биологии в Массачусетском технологическом институте, а затем присоединился к Лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований (MRC) в Кембридже, Англия. Затем он присоединился к сотрудникам Института Карнеги в Балтиморе, где он и Крейг С. Мелло (№ 29 в нашем списке) провели свое исследование, получившее Нобелевскую премию 2006 года, которое привело к открытию РНК-интерференции (РНКи), механизма контроля поток генетической информации.
Ник Хасти, директор отдела генетики человека при Совете по медицинским исследованиям, прокомментировал масштабы и значение исследования Файра, заявив: «Очень необычно, что работа полностью революционизирует наше представление о биологических процессах и регуляции. но это открыло целую новую область в биологии ».
Fire является членом Национальной академии наук и Американской академии искусств и наук. Он также является членом Совета научных консультантов и Национального центра биотехнологии при Национальных институтах здравоохранения.Он получил множество наград, включая премию Wiley в 2003 году, премию Национальной академии наук в области молекулярной биологии в 2003 году и премию Мейенбурга в 2002 году от Немецкого центра исследований рака.
Его недавнее исследование сосредоточено на молекулярном понимании механизма РНКи и его роли в клетке, а также на идентификации других триггеров и механизмов, используемых для распознавания и реакции на химическую информацию, поступающую извне клетки.
Интернет-ресурс: Андрей З.Домашняя страница Fire .
***
15. Жан М.Дж. Фреше
Жан М.Дж. Фреше — химик, заведующий кафедрой органической химии им. Генри Рапопорта на химическом факультете Калифорнийского университета в Беркли. Он также является вице-президентом по исследованиям в Научно-технологическом университете имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии.
Фреше имеет более 70 патентов в США, и его исследования проводятся в областях органического синтеза, химии полимеров, нанонауки и нанотехнологий, в которых он является автором почти 800 статей, в которых основной упор делается на дизайн, фундаментальное понимание, синтез и применения функциональных макромолекул.
Фреше, родившийся во Франции, получил множество наград, в том числе премию Американского химического общества Cope Scholar в 2001 году, премию Американского химического общества в области химии полимеров в 2000 году и премию имени Косара Общества визуализации и технологий в 1999 году. среди прочего.
Фреше является членом Американского химического общества, Национальной академии наук, Национальной академии искусств и наук и Academia Europaea. Он также является помощником редактора журнала Американского химического общества .
Текущие исследования Фреше сосредоточены на фундаментальных и прикладных аспектах химии органических соединений, полимеров и материалов. Он отметил, что большинство его проектов состоит из трех этапов: (1) дизайн; (2) синтез; и (3) характеристика, где проверяется функция структуры и свойств.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Жана М.Дж. Фреше .
Фреше также упоминается в нашей статье «50 человек, заслуживающих Нобелевской премии».
***
16.Маргарет Дж. Геллер
Маргарет Дж. Геллер — астрофизик из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс. Она получила докторскую степень. Он получил степень доктора физики в Принстонском университете и был доцентом астрономии в Гарвардском университете.
Она сделала новаторские карты крупномасштабных структур Вселенной, что привело к открытию нитевидной галактической надстройки, широко известной как «Великая стена» — самой большой известной надстройки во Вселенной.Геллер также разработал инновационные методы исследования внутренней структуры и общей массы скоплений галактик, а также связи скоплений с крупномасштабной структурой.
Кроме того, она является соавтором сверхскоростных звезд, звезд, выбрасываемых с большой скоростью из центра Галактики. Эти звезды могут перемещаться по Млечному Пути и могут быть важным индикатором распределения материи в Галактике.
В настоящее время основные исследовательские интересы Геллер включают проект, который она возглавляет, под названием «Smithsonian Hectospec Lensing Survey» (SHELS), в котором используется явление гравитационного линзирования для картирования распределения таинственной, вездесущей темной материи во Вселенной.Она также изучает последствия открытия сверхскоростных звезд, а также возглавляет проект под названием «HectoMAP», который использует большие базы данных для картографирования скоплений галактик и который, в свою очередь, помогает нам понять, как эти системы развиваются на протяжении история вселенной.
Геллер снял фильмы о науке. Ее восьмиминутное видео «Где находятся галактики», выпущенное в 1989 году, стало первым графическим путешествием по Вселенной, основанным на наблюдениях.Видео демонстрировалось в нескольких крупных научных музеях, а графика из него широко транслировалась. Позже был снят 40-минутный фильм с отмеченной наградами графикой, представленной в Национальном музее авиации и космонавтики.
Геллер является лауреатом многочисленных наград, в том числе премии имени Джулиуса Эдгара Лилиенфельда Американского физического общества в 2013 году, лекции Генри Норриса Рассела Американского астрономического общества в 2010 году, медали Джеймса Крейга Уотсона Национальной академии наук в 2010 году, и Магелланова премия Американского философского общества в 2008 году, а также ряд других.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Маргарет Дж. Геллер .
***
17. Джейн Гудолл
Джейн Гудолл — приматолог, этолог и антрополог. Она изучала социальные и семейные взаимодействия диких шимпанзе более 40 лет и поэтому считается ведущим экспертом по шимпанзе. Она училась в Дарвин-колледже в Кембридже и имеет несколько почетных докторских степеней таких университетов, как Сиракузский университет, Университет Рутгерса, Ливерпульский университет, Университет Торонто и другие.
Гудолл проводила большую часть своих исследований, начиная с 1960 года без научной подготовки, в национальном парке Гомбе-Стрим, который расположен в западном регионе Кигома в Танзании, на восточном берегу озера Танганьика. Гудолл выступает за благополучие шимпанзе, сохранение биоразнообразия и общее управление Землей. Исследования, проведенные Goodall в Gombe Stream, не только важны с научной точки зрения, но и приносят пользу самому парку.
в 1977 году, Гудолл основал Институт Джейн Гудолл, а в 1991 году — молодежную экологическую группу Roots & Shoots.последняя теперь выросла и включает более 800 местных отделений почти в 90 странах мира. Она также опубликовала множество книг о своей работе на станции Gombe Stream, в частности My Life with the Chimpanzees, In the Shadow of Man (с Ричардом Рэнгемом) и, совсем недавно, Jane Goodall: 50 Years at Gombe. .
Одной из самых заметных наград Гудолл было ее назначение в 2004 году на должность кавалера Высочайшего ордена Британской империи (DBE).Среди других примечательных наград — премия «Открытие и воображение» в 2005 г., медаль Бенджамина Франклина в области наук о жизни в 2003 г., награда Центра здоровья и глобальной окружающей среды Гарвардской медицинской школы в 2003 г. и премия Джона и Элис Тайлер за достижения в области окружающей среды в 1997 г. среди множества других наград за ее труд и самоотверженность.
Сегодня Гудолл посвящает практически все свое время защите интересов шимпанзе и окружающей среды, путешествуя почти 300 дней в году.Гудолл также является членом правления организации Save the Chimps, расположенной в Форт-Пирс, Флорида. Это крупнейший в мире заповедник шимпанзе за пределами Африки.
Интернет-ресурс: Институт Джейн Гудолл .
***
18. Алан Гут
Алан Гут — физик-теоретик и космолог, который в настоящее время работает профессором физики Виктора Вайскопфа в Массачусетском технологическом институте.
Гут является создателем инфляционной космологии, теории Вселенной, которая отвечает на загадку, поставленную Большим взрывом, о том, почему Вселенная кажется плоской, однородной и изотропной, когда и следовало ожидать (на основе физики Большого взрыва). Взрыв) сильно искривленная, неоднородная и анизотропная Вселенная. Его теория, если она верна, объяснила бы происхождение крупномасштабной структуры космоса.
Первый шаг Гута к разработке своей теории инфляции произошел в Корнелле в 1978 году, когда он посетил лекцию Роберта Дике о проблеме плоскостности Вселенной.Дике объяснил, как проблема плоскостности показала, что в то время в теории Большого взрыва не хватало чего-то значительного. Гут впервые обнародовал свои идеи об инфляции на семинаре в 1980 году после того, как он представил свою статью под названием «Инфляционная Вселенная: возможное решение проблем горизонта и плоскостности» в журнал Physical Review.
В 1997 году Гут написал книгу Инфляционная вселенная: поиски новой теории космического происхождения . В 2012 году ему была присуждена премия по фундаментальной физике.
Большая часть текущих работ Гута касается колебаний плотности, возникающих в результате инфляции, например, последствий новых форм инфляции и того, можно ли сделать основную теорию более строгой. Гут также интересуется возможностью инфляции в моделях «мира бран», которые предполагают, что наша Вселенная представляет собой четырехмерную мембрану, плавающую в пространстве более высоких измерений.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Алана Гута .
Гут также упоминается в нашей статье «50 человек, заслуживающих Нобелевской премии.«
***
19. Lene Vestergaard Hau
Лене Вестергаард Хау — профессор физики и прикладной физики в Гарвардском университете Маллинкродт. Одно из ее известных достижений — использование сверхтекучей жидкости для замедления луча света до полной остановки. Эта работа привела к дальнейшим экспериментам по передаче света в материю, а затем из материи обратно в свет, что привело к важным последствиям для квантового шифрования и квантовых вычислений.
Хау и ее сотрудники из Гарвардского университета продемонстрировали превосходный контроль над светом и материей в нескольких экспериментах, но ее эксперимент с двумя конденсатами является одним из самых убедительных.В 2006 году они успешно перевели кубит из света в волну материи и обратно в свет, используя конденсаты Бозе-Эйнштейна. Пока вещество перемещается между двумя конденсатами Бозе-Эйнштейна, оно может быть задержано на несколько минут, а затем преобразовано во что-то другое. Эта новая форма квантового управления имеет значение для развивающихся областей квантовой обработки информации и квантовой криптографии.
Во время учебы в докторантуре по квантовой теории в Орхусском университете в Дании Хау работала над идеями, аналогичными тем, которые используются в волоконно-оптических кабелях, несущих свет, но ее работа включала цепочки атомов в кристалле кремния, несущие электроны.
Последние исследования Хау по-прежнему сосредоточены на холодных атомах и конденсатах Бозе-Эйнштейна. Ее группа использует лазерное охлаждение для эффективного предварительного охлаждения атомов до температур в диапазоне микрокельвина. Недавно группе Хау удалось снизить скорость света — сначала до 17 метров в секунду, а затем почти до нуля миль в секунду — путем оптического индуцирования квантовой интерференции в конденсате Бозе-Эйнштейна.
Ультра-медленный свет создает новый уникальный инструмент для исследования фундаментальных свойств конденсатов Бозе-Эйнштейна.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Лене Вестергаард Хау .
Хау также упоминается в нашей статье «50 человек, заслуживающих Нобелевской премии».
***
20. Стивен Хокинг
Стивен Хокинг — физик-теоретик и космолог. Он — директор по исследованиям в Центре теоретической космологии в Кембридже и бывший профессор математики Лукаса.
Хокинг известен своей работой над теоремами гравитационной сингулярности в рамках общей теории относительности и теоретическим предсказанием того, что черные дыры испускают излучение, часто называемое «излучением Хокинга».«
Хокинг поступил в Оксфордский университет в качестве бакалавра, а затем в Кембриджский университет для учебы в аспирантуре. Когда Хокинг начал учебу в аспирантуре, в физическом сообществе было много споров о преобладающих теориях создания Вселенной. Вдохновленный теоремой Роджера Пенроуза о сингулярности пространства-времени в центре черных дыр, Хокинг применил то же мышление ко всей вселенной и в 1965 году написал диссертацию на эту тему. Диссертация внесла важный вклад в космологию Большого взрыва.
Он является автором нескольких научно-популярных публикаций по космологии, в том числе «Краткая история времени», , который оставался в списке бестселлеров журнала British Sunday Times, в течение 237 недель и «Вселенная в двух словах». Недавно он опубликовал книгу « Моя краткая история », в которой рассказывается о его пути от послевоенного лондонского мальчика к годам его всемирного признания и известности.
Хокинг, который много лет страдал от бокового амиотрофического склероза (болезнь Лу Герига), получил множество наград, в том числе Специальную премию по фундаментальной физике в 2012 году, медаль Копли в 2006 году и премию Альберта Эйнштейна в 1978 году.
Узнайте больше о Стивене Хокинге в нашей статье «50 величайших живых гениев».
Интернет-ресурс: Домашняя страница Стивена Хокинга .
***
21. Питер Хиггс
Питер Хиггс — физик-теоретик и заслуженный профессор Эдинбургского университета. Он наиболее известен своей работой в 1960-х годах над теорией, ныне известной как «механизм Хиггса», которая предсказала существование бозона Хиггса (иногда в народе называемого «частица Бога») и которая обычно считается важнейшим элементом. в Стандартной модели физики элементарных частиц.Согласно Стандартной модели, механизм Хиггса — это средство, с помощью которого фундаментальные частицы Стандартной модели приобретают свои индивидуальные массы.
Существование бозона Хиггса было экспериментально подтверждено в 2012 году экспериментами ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) недалеко от Женевы, Швейцария. В результате этой экспериментальной проверки своего предсказания 40-летней давности в следующем году (2013) Хиггс был удостоен Нобелевской премии по физике (совместно с Франсуа Энглером).
Открытие бозона Хиггса подтвердило последнюю непроверенную область подхода Стандартной модели к фундаментальным частицам и силам, и теперь вдохновляет физиков исследовать еще более глубокие теории и открытия в физике элементарных частиц.
Хиггс учился на докторскую степень по молекулярной физике в Королевском колледже Лондона, где он написал диссертацию по проблемам теории молекулярных колебаний. Он работал заведующим кафедрой теоретической физики в Эдинбурге, является членом Королевского общества, был награжден медалью Резерфорда и премией в 1984 году и стал научным сотрудником Института физики в 1991 году.Он вышел на пенсию в 1996 году, когда стал почетным профессором Эдинбургского университета. В 2012 году Эдинбургский университет основал Центр теоретической физики Хиггса, который будет размещен в Школе физики и астрономии университета.
Помимо Нобелевской премии по физике в 2013 году, Хиггс получил множество других наград, таких как премия Сакураи в 2010 году, премия Вольфа по физике в 2004 году и медаль Дирака в 1997 году.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Питера Хиггса .
***
22. Лерой Худ
Лерой Худ — соучредитель и президент Института системной биологии, относительно новой области биологии, которую он помог открыть. В 2011 году он получил премию Фрица Дж. И Долорес Х. Русс за автоматизацию секвенирования ДНК, которая произвела революцию в биомедицине и судебной медицине.
Худ получил степень доктора медицины Университета Джона Хопкинса и докторскую степень. из Калифорнийского технологического института, где он также работал преподавателем в течение 22 лет.
Худ и его коллеги из Калифорнийского технологического института создали технологическую основу для наук геномики и протеомики, способствуя разработке пяти новаторских инструментов: секвенатора белков, синтезатора белков, синтезатора ДНК, автоматического секвенатора ДНК и струйной печати. Синтезатор ДНК. Эти инструменты не только помогли расшифровать биологическую информацию, они также представили концепцию высокопроизводительного сбора данных за счет автоматизации и распараллеливания химического состава белков и ДНК.
В 2000 году Худ участвовал в создании Института системной биологии (ISB), некоммерческой биомедицинской исследовательской организации, базирующейся в Сиэтле, штат Вашингтон. ISB был создан для интеграции биологии, технологий и вычислений с целью создания нового подхода к изучению биологических систем с интегрированной или общесистемной точки зрения.
Одним из фирменных проектов собственной исследовательской группы Худа в ISB является «прогнозирующий, персонализированный, профилактический и совместный» («P4») подход к медицине.
Hood получил несколько заметных наград, в том числе Национальную медаль науки в 2011 году, премию Хайнца в 2006 году и премию Альберта Ласкера в 1987 году.
Интернет-ресурс: Институт системной биологии .
Худ также упоминается в нашей статье «50 человек, заслуживающих Нобелевской премии».
***
23. Эрик Р. Кандел
Эрик Р. Кандел — профессор университета и профессор Кавли кафедры нейробиологии Колумбийского университета.Кроме того, он является директором Института исследований мозга Кавли, содиректором инициативы «Разум-мозг-поведение» и старшим исследователем в Медицинском институте Говарда Хьюза. Кандел также основал Центр нейробиологии и поведения в Колумбии.
Кандел получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2000 года вместе с Арвидом Карлссоном и Полом Грингардом за их открытия, касающиеся передачи сигналов в нервной системе и ее связи с физиологической основой хранения памяти в мозге.
Кандел учился в Медицинской школе Нью-Йоркского университета, где позже занял должность в отделениях физиологии и психиатрии; в конце концов он сформировал там Отделение нейробиологии и поведения.
Кандел является автором множества книг, в том числе Принципы нейронологии , которая часто используется в качестве учебника и справочника в медицинских школах. В 2006 году он написал книгу « В поисках памяти: появление новой науки о разуме», , которая является популярным описанием его жизни и карьеры. Он был удостоен книжной премии Los Angeles Times в области науки и технологий.
Кандел был удостоен премии Вольфа в области медицины в 1999 году и премии Харви в 1993 году, а также Нобелевской премии в 2000 году.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Эрика Р. Кандела .
***
24. Эндрю Х. Нолл
Эндрю Х. Нолл — профессор естественной истории Фишера и профессор наук о Земле и планетах в Гарвардском университете. Он докембрийский палеонтолог и биогеохимик.
Нолл известен прежде всего обнаружением микроскопических следов ранней жизни («микрофоссилий») во многих местах, включая Шпицберген, Гренландию, Сибирь, Китай, Намибию, западную часть Северной Америки и Австралию.Он был одним из первых, кто применил принципы тафономии и палеоэкологии к интерпретации микрофоссилий.
Работа Кнолля сыграла решающую роль в нашем понимании истории жизни на Земле в докембрийский период, особенно эдиакарской фауны. Однако он также работал над проблемами фанерозойского периода. Например, он и его коллеги были первыми, кто выдвинул гипотезу о том, что быстрое накопление углекислого газа сыграло ключевую роль в массовом вымирании в конце пермского периода 252 миллиона лет назад.
Нолл является автором и соавтором четырех книг, в том числе Биология: как работает жизнь, , Основы геобиологии, Эволюция основных продуцентов в море, и Жизнь на молодой планете: первый миллиард лет жизни. Эволюция на Земле. Он получил Книжную премию Phi Beta Kappa Book Award за Жизнь на молодой планете.
Нолл является членом Национальной академии наук США, Американской академии искусств и наук, Американского философского общества и Американской академии микробиологии.
Knoll продолжает изучать архейскую и протерозойскую палеонтологию и биогеохимию, а также отдельные проблемы фанерозойской истории земли. Он также был членом научной группы в миссии НАСА марсохода MER на Марс.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Эндрю Х. Нолла .
***
25. Чарльз К. Као
Чарльз К. Као — инженер-электрик и физик, известный как «крестный отец широкополосной связи».В 2009 году он получил Нобелевскую премию по физике за свои новаторские исследования в области передачи лазерного света через стеклянные волокна в оптических кабелях, что привело к широкому использованию волоконной оптики в современных телекоммуникациях. Необычно то, что он разделил премию с двумя другими физиками, которые занимались другой работой.
Као получил докторскую степень. по электротехнике в Университетском колледже Лондона Затем он поступил в Китайский университет Гонконга, где основал факультет электроники.Он также был проректором университета в течение десяти лет. Сегодня он живет на пенсии.
Као начал свои эксперименты с волоконной оптикой в 1960-х годах с прядей из стекловолокна, которые тоньше человеческого волоса и дешевле в производстве, чем леска, которая передавала почти неограниченное количество оцифрованных данных с помощью импульсов лазерного света. Сегодня оптоволоконные кабели составляют основную инфраструктуру современных телекоммуникационных систем, включая как телефонию, так и передачу данных.Таким образом, Интернет напрямую зависит от работы Као.
Као, уроженец Шанхая, в 2000 году также основал в Гонконге Независимую академию фонда школ (ISF). Академия — это некоммерческая двуязычная частная независимая школа для классов с первого по 12, основанная на запросах. среда.
Као был удостоен множества наград, включая премию «Азия века» в 1999 году, медаль принца Филиппа в 1996 году и медаль Александра Грэма Белла IEEE в 1985 году, в дополнение к Нобелевской премии.
Интернет-ресурс: Чарльз К. Као, страница NobelPrize.org, страница .
***
26. Мартин Карплюс
Мартин Карплюс, химик-теоретик, заслуженный профессор и профессор химии Теодора Уильяма Ричардса в Гарвардском университете. Он также является директором Лаборатории биофизической химии, совместной лаборатории Французского национального центра научных исследований и Страсбургского университета, Франция.
В 2013 году компания Karplus получила Нобелевскую премию по химии вместе с Майклом Левиттом и Арие Варшелом за разработку многомасштабных моделей сложных химических систем. Их вклад был новаторским, потому что им удалось заставить классическую физику Ньютона работать бок о бок с квантовой механикой. Такой подход делает возможным компьютерное моделирование, которое настолько реалистично, что очень похоже на результаты традиционных лабораторных экспериментов.
Карплюс получил докторскую степень.D. из Калифорнийского технологического института и был научным сотрудником Национального научного фонда в Оксфордском университете. Он внес большой вклад в физическую химию, квантовую химию и молекулярную динамику. Уравнение Карплюса, которое описывает корреляцию между константами связи и двугранными углами в спектроскопии ядерного магнитного резонанса белков, названо в его честь.
Карплюс, родившийся в Австрии, также внес большой вклад в область теоретической химии через учебники, такие как Белки: теоретическая перспектива динамики , Структура и термодинамика и Атомы и молекулы: Введение для Студенты факультета физической химии. Его текущие исследовательские интересы связаны с физическими свойствами молекул, представляющих биологический интерес.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Мартина Карплюса .
***
27. Дональд Кнут
Дональд Кнут — математик и ученый-компьютерщик. Он является почетным профессором искусства компьютерного программирования (кафедра, созданная специально для него) в Стэнфордском университете. Он является автором многотомного труда The Art of Computer Programming , который является «библией» в области компьютерного программирования.По состоянию на 2013 год были опубликованы первые три тома и первая часть четвертого тома этого magnum opus .
Кнут получил докторскую степень. по математике в Калифорнийском технологическом институте, где он затем стал профессором и начал работу над The Art of Computer Programming. Кнут известен как «отец анализа алгоритмов». Он создал системы компьютерного программирования WEB и CWEB, предназначенные для поощрения и облегчения грамотного программирования.
Кнут был удостоен множества наград, включая Премию Героя инженерной школы Стэнфордского университета в 2011 году, научный сотрудник Музея компьютерной истории в 1998 году и Национальную медаль науки в 1979 году.
Кнут был избран членом Национальной академии наук США в 1975 году, а в 2003 году он был избран иностранным членом Лондонского королевского общества. В 2009 году он был избран членом Общества промышленной и прикладной математики, а в 2012 году стал членом Американского математического общества.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Дональда Кнута .
***
28. Роберт Дж. Маркс II
Роберт Дж.Маркс II — заслуженный профессор электротехники и вычислительной техники Университета Бэйлора в Вако, штат Техас. Ранее он проработал 25 лет на факультете Вашингтонского университета. Он является пионером в области вычислительного интеллекта (который включает нейронные сети, нечеткие множества и эволюционные вычисления) и был первым президентом Совета по нейронным сетям Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE).
Маркс получил степень доктора философии. по электротехнике Техасского технологического университета.Имеет более 300 рецензируемых журнальных публикаций. Он также является сторонником разумного замысла, считая, что определенные особенности Вселенной и живых существ лучше всего объясняются разумной причиной, а не неуправляемым процессом, таким как естественный отбор.
Marks внес важный технический вклад в самые разные области, такие как размещение радиевых вставок для лечения рака простаты, отображение сигналов, дистанционное зондирование, выборка оптических изображений, оптические компьютеры и использование нечеткой логики для управления электрической сетью (как доставляемая сегодня электроэнергия во многом зависит от работы Марки).Он работал консультантом в таких компаниях, как Microsoft и Boeing Corporation.
Marks является автором нескольких книг, включая «Справочник по анализу Фурье и его приложениям», « Neural Smithing: контролируемое обучение в искусственных нейронных сетях с прямой связью», и «Приложения нейронных сетей к энергетическим системам», и другие.
Marks был удостоен множества наград, включая звание почетного лектора IEEE дважды, один раз от Совета по нейронным сетям IEEE в 1991-92 гг. И еще раз от Общества нейронных сетей IEEE в 2002-2003 гг., А также Золотую юбилейную медаль в 1999 г. от Общества схем и систем IEEE.Он член IEEE.
В 2007 году Маркс основал лабораторию эволюционной информатики в Бейлоре для изучения теоретико-информационных основ разумного замысла. Исследования этой лаборатории привели к постоянному потоку рецензируемых технических публикаций, которые побуждают многих в инженерном сообществе принимать разумный замысел, хотя он и остается спорным, как законную научную теорию.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Роберта Дж. Марка II .
***
29. Craig C. Mello
Крейг С. Мелло — биолог и профессор молекулярной медицины Массачусетского университета. В 2006 году он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине вместе с Эндрю З. Файером (№ 14 в нашем списке) за открытие РНК-интерференции (РНКи).
Мелло получил докторскую степень. из Гарвардского университета и был докторантом в Онкологическом исследовательском центре Фреда Хатчинсона.Получившее Нобелевскую премию исследование Файра и Мелло показало, что РНКи играет ключевую роль в регуляции генов.
Мелло участвует в нескольких биотехнологических компаниях, основанных на RNAi. Он стал соучредителем научно-консультативного совета компании RXi Pharmaceuticals, которая сейчас называется Galena Biopharma. Он входит в Консультативный совет по технологиям компании Monsanto, ранее называвшейся Biologics, специализирующейся на разработке продуктов RNAi для здоровья пчел и различных ветеринарных и сельскохозяйственных приложений.
Мелло получил множество других заметных наград и наград, помимо Нобелевской премии, в том числе Премию за выдающиеся достижения в фундаментальных исследованиях Фонда надежды в 2008 году, премию Массри в 2005 году и избрание в Национальную академию наук в 2005 году.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Крейга К. Мелло .
***
30. Люк Монтанье
Люк Монтанье — вирусолог, профессор Шанхайского университета Цзяотун в Китае. Он также является основателем и президентом Всемирного фонда исследований и профилактики СПИДа. В 2008 году Монтанье был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за открытие вируса иммунодефицита человека.
В 1983 году Монтанье возглавил команду, которая впервые изолировала вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), новый тип ретровируса, ранее не распознаваемый у людей, и представил первые доказательства того, что этот вирус является возбудителем СПИДа.
Монтанье вместе с коллегами также провел исследование, которое показало, что электромагнитные сигналы, излучаемые лекарствами, могут оставаться в воде и иметь серьезные биологические эффекты.
Монтанье, уроженец Франции, был удостоен во всем мире множества наград, в том числе звания Великого офицера Почетного легиона в 2009 году, введения в Национальный зал славы изобретателей в 2004 году и премии Ласкера в области медицины в 1986 году. множество других наград.
Монтанье является автором или соавтором 350 научных публикаций и более 750 патентов.Его текущие исследования направлены на диагностику и лечение микробных, вирусных и эпигенетических факторов, связанных с раком, нейродегенеративными и суставными заболеваниями, с использованием инновационных технологий.
***
31. Гордон Мур
Гордон Мур является соучредителем и почетным председателем корпорации Intel и автором закона Мура, который представляет собой наблюдение о том, что за всю историю вычислительной техники количество транзисторов в интегральных схемах удваивается примерно каждые два года.
Мур получил докторскую степень. Имеет степень по химии и физику Калифорнийского технологического института. Затем он завершил докторскую диссертацию в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса.
Мур стал соучредителем компании NM Electronics, которая позже стала корпорацией Intel, с Робертом Нойсом в 1968 году. Он работал в Intel в качестве исполнительного вице-президента, президента, председателя совета директоров и, наконец, главного исполнительного директора. Мур был назначен почетным председателем корпорации Intel в 1997 году.
В 2001 году Мур и его жена пожертвовали 600 миллионов долларов Калифорнийскому технологическому институту на исследования и технологии. В 2007 году они пожертвовали 200 миллионов долларов Калифорнийскому технологическому институту и Калифорнийскому университету на строительство Тридцатиметрового телескопа, самого большого в мире оптического телескопа.
В 2000 году Муры создали Фонд Гордона и Бетти Мур в Пало-Альто, Калифорния. Фонд является частным фондом и реализует портфель высокорисковых, высокотехнологичных и крупномасштабных инициатив в области фундаментальной науки, медицины и окружающей среды.
Мур получил множество наград, в том числе Почетную медаль IEEE в 2008 году и премию Бауэра за лидерство в бизнесе в 2002 году. В 1998 году он был введен в должность научного сотрудника Музея компьютерной истории.
Интернет-ресурс: Фонд Гордона и Бетти Мур .
***
32. Кэри Б. Муллис
Кэри Б. Маллис — биохимик, получивший Нобелевскую премию по химии в 1993 году вместе с Майклом Смитом за автоматизацию химического процесса, известного как полимеразная цепная реакция (ПЦР).Новый метод нашел широкое применение в медицине, генетике, биотехнологии и судебной медицине. ПЦР, благодаря своей способности извлекать ДНК из окаменелостей, также является основой новой научной дисциплины палеобиологии.
Муллис присоединился к Cetus Corporation в Эмеривилле, Калифорния, в качестве химика-ДНК в 1979 году. В течение семи лет работы там он проводил исследования по синтезу олигонуклеотидов и изобрел новую технику ПЦР. Процесс Маллиса позволил сделать несколько копий ДНК за относительно короткое время, что привело к взрыву исследовательской деятельности и положило начало современной эпохе технологий рекомбинантной ДНК.
В 1987 году Маллис начал консультировать по химии нуклеиновых кислот более чем дюжине корпораций, включая Cytometrics, Eastman Kodak и Specialty Laboratories.
Mullis получил множество наград, в том числе премию американского новатора Рональда Х. Брауна в 1998 году, премию Японии в 1993 году и Национальную премию за биотехнологию в 1991 году. Он также был занесен в Национальный зал славы изобретателей в 1996 году.
Mullis также имеет несколько патентов.Его последний метод включает революционную технику для мгновенной мобилизации иммунной системы для нейтрализации вторгающихся патогенов и токсинов. Этот патент привел к созданию его последнего коммерческого предприятия Altermune Technologies, LLC.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Кэри Б. Маллис .
***
33. Christiane Nüsslein-Volhard
Кристиана Нюсслейн-Фольхард — директор Института биологии развития Макса Планка в Тюбингене, Германия.В 1995 году она получила Нобелевскую премию по физиологии и медицине вместе с Эриком Вишаусом и Эдвардом Б. Льюисом за свои исследования генетического контроля эмбрионального развития.
В 2006 году Нюсслейн-Фольхард опубликовала книгу под названием Coming to Life: How Genes Drive Development , в которой объясняются генетические и клеточные основы развития животных, а также исследуются этические последствия недавнего прогресса в геномике и биотехнологии.
Нюссляйн-Фольхард, уроженка Германии, получила степень доктора философии.Доктор молекулярной биологии Тюбингенского университета. Она получила множество наград, в том числе Австрийскую награду за науку и искусство в 2009 году, медаль Отто Варбурга Немецкого общества биохимии и молекулярной биологии в 2002 году и премию Альберта Ласкера за фундаментальные медицинские исследования в 1991 году, а также несколько других наград. и почетные докторские степени.
Нюссляйн-Фольхард также возглавляет Фонд Кристиан Нюссляйн-Фольхард, который поддерживает женщин-ученых с маленькими детьми.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Кристиана Нюсслейн-Фольхарда .
***
34. Сэйдзи Огава
Сейджи Огава — биофизик, заслуженный приглашенный профессор и директор по исследованиям фМРТ Научно-исследовательского института нейробиологии Медицинского и научного университета Гачон в Южной Корее.
Огава получил премию Японии в 2003 году за свой вклад в технологию функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), которая используется для визуализации областей живого человеческого мозга, активируемых мыслью, произвольными движениями и другими реакциями на внешнюю стимуляцию.Этот метод делает это косвенно, измеряя увеличение присутствия кислорода в качестве показателя увеличения кровотока в пораженных областях мозга.
Функциональная МРТ (фМРТ) использовалась для картирования зрительных, слуховых и сенсорных областей мозга. В последнее время эта техника была продвинута в сторону высших функций мозга, таких как познание. Одна из самых революционных исследовательских техник в новейшей истории биомедицинской науки, фМРТ стала важным инструментом для современных исследований функционирования мозга.
Огава получил докторскую степень. получил степень бакалавра химии в Стэнфордском университете, получив диплом физика-прикладника в своей родной Японии. Он работал в AT&T Bell Laboratories более 30 лет, проводя биофизические исследования.
Огава был удостоен других заметных наград, таких как премия Международного общества магнитного резонанса в 2007 году, премия Накаямы от Фонда Накаямы за гуманитарные науки в 1998 году и премию за биологическую физику от Американского физического общества в 1996 году.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Сейджи Огавы .
***
35. Джеремайя П. Острикер
Джеремайя П. Острикер — астрофизик и профессор астрономии Колумбийского университета. Он наиболее известен своими исследованиями в области темной материи и темной энергии, горячей и горячей межгалактической среды (WHIM), формирования галактик и роста черных дыр, а также взаимодействия между квазарами и их окружением.
Острикер получил докторскую степень.Он получил степень доктора астрофизики в Чикагском университете и получил докторскую степень в Кембриджском университете. До поступления в Колумбийский университет он был профессором Принстонского и Гарвардского университетов.
20 июня 2013 года Острикер был удостоен награды Белого дома «Чемпионы перемен» за его роль в инициировании проекта Sloan Digital Sky Survey, в рамках которого все его наборы астрономических данных становятся общедоступными в Интернете. Он также был удостоен множества других наград, в том числе медали Джеймса Крейга Уотсона в 2012 году, золотой медали Королевского астрономического общества в 2004 году и премии Генри Норриса Рассела Американского астрономического общества в 1980 году.
Острикер является автором или соавтором более 500 научных публикаций. Его текущая работа в области теоретической астрофизики относится к тем областям космологии, к которым лучше всего подходят крупномасштабные численные расчеты.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Джереми П. Острикера .
***
36. Роджер Пенроуз
Роджер Пенроуз — математик и математический физик. Он является почетным членом колледжа Вадхэм и почетным профессором математики Роуз Болл в Математическом институте Оксфордского университета.
Пенроуз разделил премию Фонда Вольфа по физике в 1988 году со Стивеном Хокингом (№ 20 в нашем списке) за его вклад в наше понимание Вселенной. Он наиболее известен своими работами в области общей теории относительности и космологии.
Пенроуз является автором или соавтором более 10 книг, в том числе Техники дифференциальной топологии в теории относительности, , Тени разума: поиск пропавшей науки о сознании, Дорога к реальности: полное руководство Законы Вселенной и Циклов времени: необычайно новый взгляд на Вселенную.
Пенроуз, получивший степень доктора философии. в Кембриджском университете провел важную раннюю работу в области чистой математики по проблеме мозаики (заполнения плоскости различными формами, не оставляя зазоров). Он также популяризировал треугольник Пенроуза, лестницу Пенроуза и другие подобные парадоксальные конструкции, которые он назвал «невозможным в чистом виде». Эти идеи широко представлены в работах художника М.С. Эшера, чьи ранние изображения невозможных объектов отчасти вдохновляли их.
Пенроуз также изобрел теорию твисторов, которая представляет собой новый способ взглянуть на структуру пространства-времени, ведущий к более глубокому пониманию природы гравитации.
Наряду с премией Фонда Вольфа по физике, Пенроуз получил множество других наград, в том числе медаль Де Моргана (за его широкий и оригинальный вклад в математическую физику) в 2004 году, премию Нейлора Лондонского математического общества в 1991 году и премию Эддингтона. Медаль Королевского астрономического общества 1975 г.
Пенроуз заявил, что верит в то, что есть некоторые аспекты человеческого мышления, которым машина не может подражать. Он утверждает, что его работа объясняет, что физика и математика могут рассказать нам о том, как работает разум, чего они не могут, и что нам нужно знать, чтобы понять физические процессы, лежащие в основе нашего сознательного опыта.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Роджера Пенроуза .
***
37. Stanley B. Prusiner
Стэнли Б.Прусинер — директор Института нейродегенеративных заболеваний и профессор неврологии Калифорнийского университета в Сан-Франциско. В 1997 году он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Прусинер наиболее известен тем, что открыл новый класс патогенов, которые он назвал «прионами». Прионы — это инфекционные белки, вызывающие нейродегенеративные заболевания у животных и людей.
Прусинер продемонстрировал, что прионы могут образовываться, когда нормальный доброкачественный клеточный белок приобретает измененную форму.Его концепция инфекционных белков, а также его предложение о множестве биологически активных форм или конформаций для одного белка в то время считались еретическими, но теперь широко (хотя и не повсеместно) приняты. болезни как болезнь Крейтцфельда-Якоба и куру.
Прусинер прошел медицинское обучение в Пенсильванском университете и аспирантуру по клинической практике в Калифорнийском университете в Сан-Франциско.Он является членом Национальной академии наук, Института медицины, Американской академии искусств и наук и Американского философского общества.
Помимо Нобелевской премии, Прусинер был удостоен Национальной медали науки США в 2008 году, премии Альберта Ласкера за фундаментальные медицинские исследования в 1994 году и премии Потамкина за исследования болезни Альцгеймера Американской академии неврологии в 1991 году. , среди других наград.
Интернет-ресурс: Стэнли Б.Домашняя страница Prusiner’s .
***
38. Генри Ф. Шефер III
Генри Ф. Шефер III — теоретик и вычислительный химик, профессор химии Грэма Пердью и директор Центра вычислительной химии Университета Джорджии. Он также является сотрудником Центра науки и культуры Discovery Institute.
Шефер получил степень доктора философии. из Стэнфордского университета и известен тем, что изобрел область вычислительной квантовой химии, превратив ее в надежную количественную дисциплину в химии.Используя суперкомпьютеры и моделирование, а не реальные химические вещества, его лаборатория выявляет химические структуры путем вычисления чисел. Его теоретические исследования были направлены на одну из самых сложных проблем молекулярной квантовой механики — проблему корреляции электронов в молекулах.
Шефер является автором более 1300 научных публикаций, большинство из которых опубликовано в журнале Journal of Chemical Physics и Journal Американского химического общества. Некоторые из его исследований ставят под сомнение работу лауреата Нобелевской премии Герхарда Герцберга о геометрии триплетного метилена.
В 2014 году Шефер получит премию Питера Дебая Американского химического общества в области физической химии. Он также получил Премию Александра фон Гумбольдта и Премию выдающегося ученого SURA в 2012 году, среди множества других наград.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Генри Ф. Шефера III .
Шефер также упоминается в нашей статье «50 человек, заслуживающих Нобелевской премии.«
***
39. Thomas C. Südhof
Томас К. Зюдхоф — биохимик и профессор медицинского факультета кафедры молекулярной и клеточной физиологии Стэнфордского университета. Он наиболее известен своей работой в области синаптической передачи, которая представляет собой процесс, посредством которого сигнальные химические вещества, известные как нейротрансмиттеры, высвобождаются одним нейроном и связываются с рецепторами другого нейрона и активируют их.
Зюдхоф получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1985 года вместе с Рэнди Шекманом и Джеймсом Ротманом.
Зюдхоф, уроженец Германии, получил степень доктора медицины в Геттингенском университете и прошел постдокторскую подготовку на кафедре молекулярной генетики Центра медицинских наук Техасского университета. Во время своей постдокторской подготовки он работал над описанием роли рецептора ЛПНП в метаболизме холестерина, за что Майкл С. Браун и Джозеф Л. Гольдштейн были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1985 году.
Зюдхоф основал свою собственную лабораторию в Юго-Западном Университете штата Калифорния в 1986 году, где он помог идентифицировать элемент ДНК в гене ЛПНП, который вызывал стерин-опосредованную репрессию конечного продукта при вставке в вирусный промотор.Стерины являются основным классом биомолекул и имеют решающее значение для жизни. Это открытие привело к разработке препаратов холестерина на основе статинов, таких как аторвастатин (липитор), который сегодня является самым продаваемым фармацевтическим препаратом.
Исследования Зюдхофа значительно расширили наше понимание процессов, лежащих в основе синаптической передачи, улучшив медицинские знания о механизмах, лежащих в основе таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, шизофрения и аутизм.
Среди множества наград Südhof, среди прочего, премия Альберта Ласкера за фундаментальные медицинские исследования, премия Бернхарда Каца от Биофизического общества в 2008 году и премия MetLife в 2004 году.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Томаса К. Зюдхофа .
***
40. Джек В. Шостак
Джек В. Шостак — биолог и профессор генетики Гарвардской медицинской школы. Он также является выдающимся исследователем Александра Рича в Массачусетской больнице общего профиля в Бостоне. Он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 2009 года вместе с Элизабет Блэкберн и Кэрол В. Грейдер за открытие деталей функции теломер.В течение 1980-х годов Шостак и его коллеги продемонстрировали в серии экспериментов, что теломеры — участки повторяющихся нуклеотидных последовательностей, расположенные на каждом конце хромосомной молекулы — защищают концы хромосом от разрушения и от слияния с соседними хромосомами.
.
Шостак получил степень доктора философии. по биохимии в Корнельском университете. Впоследствии он открыл свою собственную лабораторию в Сиднейском институте рака Фарбера при Гарвардской медицинской школе. Он внес большой вклад в область генетики.Ему приписывают создание первой в мире искусственной хромосомы дрожжей.
Помимо Нобелевской премии, Шостак также получил премию доктора Х. Премия Heineken в области биохимии и биофизики в 2008 году и премия Ласкера в 2006 году. Он является членом Национальной академии наук, Американской академии искусств и наук и Нью-Йоркской академии наук.
Лаборатория Шостака в настоящее время исследует происхождение жизни — химические и физические процессы, которые облегчили переход от химической эволюции к биологической эволюции на ранней Земле.В качестве способа изучения этих процессов его лаборатория пытается построить синтетическую клеточную систему, которая претерпевает дарвиновскую эволюцию.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Джека В. Шостака .
***
41. Джеймс М. Тур
Джеймс М. Тур — химик-синтетик, специализирующийся на нанотехнологиях, работает профессором химии Т. Т. и В. Ф. Чао, профессором машиностроения и материаловедения и профессором компьютерных наук в Университете Райса.
Тур получил докторскую степень. защитил кандидатскую диссертацию по синтетической органической и металлоорганической химии в Университете Пердью и получил докторскую степень по синтетической органической химии в Висконсинском и Стэнфордском университетах.
Тур был назван одним из 10 лучших химиков мира за последнее десятилетие по версии Thomson Reuters в 2009 году. Он наиболее известен своими работами в области молекулярной электроники и молекул, переключающих молекулы. Тур имеет более 60 патентов в США, а также множество патентов за пределами США.
Наиболее важный вкладTour был сделан в молекулярную электронику, которая включает электронные устройства нанометрового размера, использующие молекулы, переключающие молекулы. Его команда в Райсе сконструировала много различных видов электромеханических систем нанометрового масштаба. Один из самых известных — «нонавтомобиль», наноразмерный «автомобиль».
В 2001 году Тур подписал заявление Института открытий «Научное несогласие с дарвинизмом».
Tour выиграл премию ACS Nano Lectureship от Американского химического общества в 2012 году.Премия Cope Scholar от Американского химического общества в 2007 году, а в 2005 году статья Тура в журнале «Направленное управление в термически управляемых одномолекулярных нанокарах» была признана Американским химическим обществом самой популярной журнальной статьей.
Tour имеет более 500 исследовательских публикаций и активно консультирует по нескольким темам, связанным с национальной обороной, в дополнение к многочисленным другим профессиональным комитетам и группам. Houston Chronicle сообщает, что Тур каждое утро просыпается в 3:30, чтобы в течение двух часов изучать Библию.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Джеймса М. Тура .
О туре также рассказано в нашей статье «50 человек, заслуживающих Нобелевской премии».
***
42. Чарльз Х. Таунс
Чарльз Х. Таунс — физик, преподававший в нескольких университетах, в том числе в Токийском университете, Парижском университете, Калифорнийском университете и Колумбийском университете. Он получил Нобелевскую премию по физике в 1964 году вместе с Николаем Басовым и Александром Прохоровым за фундаментальные работы в области квантовой электроники генераторов и усилителей.Их работа открыла целую область современных лазеров.
Таунс получил докторскую степень. степень Калифорнийского технологического института с диссертацией по разделению изотопов и ядерным спинам. Во время Второй мировой войны он работал над проектированием радиолокационных систем и имеет ряд патентов в этой области. Оттуда он начал применять микроволновую технику радиолокационных исследований военного времени к спектроскопии, обеспечивая мощный инструмент для изучения структуры атомов и молекул, а также потенциально новый способ управления электромагнитными волнами.
Таунс является автором трех книг, в том числе Как появился лазер: Приключения ученого , Микроволновая спектроскопия, и мемуаров Создание волн.
Помимо Нобелевской премии, Таунс получил несколько других наград, в том числе медаль Нэнси ДеЛой Фицрой и Роланда В. Фицроя в 2012 году, Национальную медаль науки (врученную президентом Рональдом Рейганом) в 1982 году и Международную медаль Нильса Бора. в 1979 г.
Интернет-ресурс: Charles H.NobelPrize.org Таунса, страница .
***
43. Гарольд Э. Вармус
Гарольд Э. Вармус — биолог и нынешний директор Национального института рака. Он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1989 году вместе с Дж. Майклом Бишопом за открытие клеточного происхождения ретровирусных онкогенов.
Вармус получил степень доктора философии. из Колледжа врачей Колумбийского университета и проводил свои постдокторские исследования в Калифорнийском университете в Сан-Франциско.
Большая часть научных исследований Вармуса проводилась в медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Франциско, где он и его коллеги изучали клеточное происхождение онкогенов в курином ретровирусе. Их открытия привели к выделению многих клеточных генов, которые обычно контролируют рост и развитие и часто мутируют при раке человека.
Вармус также широко известен своими исследованиями циклов репликации ретровирусов и вирусов семейства гепатита В, а также функций генов, участвующих в развитии рака, и разработкой мышиных моделей рака человека.
Помимо Нобелевской премии, Вармус также получил медаль «Двойная спираль» в 2011 году и Национальная медаль науки в 2001 году. Он является автором более 300 научных работ и пяти книг, в том числе «Искусство и политика науки».
Интернет-ресурс: Домашняя страница Гарольда Э. Вармуса .
***
44. Craig Venter
Крейг Вентер — биолог и предприниматель. Он известен тем, что сотрудничал с Национальным институтом здравоохранения (NIH) в первом секвенировании генома человека.Вентер основал Celera Genomics, частную исследовательскую группу, чтобы провести секвенирование генома человека, в прямой конкуренции с правительственными усилиями NIH, направленными на достижение этого результата.
Вентер также основал Институт геномных исследований (TIGR) и Институт Дж. Крейга Вентера (JCVI) и теперь работает в JCVI над созданием синтетических биологических организмов. JCVI является домом для более 300 ученых и других сотрудников, имеет более 250 000 квадратных футов лабораторных площадей и является мировым лидером в области геномных исследований.
Вентер получил степень доктора философии. по физиологии и фармакологии Калифорнийского университета в Сан-Диего. Затем он стал профессором и преподавал в Государственном университете Нью-Йорка в Буффало. В 1984 году он присоединился к Национальным институтам здоровья.
В 1990-е годы Вентер был основным участником проекта «Геном человека» (HGP). HGP был международным научно-исследовательским проектом, целью которого было выявление и картирование всей последовательности пар оснований ДНК, составляющих геном человека.HGP также попытался идентифицировать и картировать различные биологические функции, за которые отвечает генотип человека. Это остается крупнейшим совместным биологическим проектом в истории.
JCVIVenter также занимается научным образованием, предлагая программы по естествознанию, математике и технологиям для учащихся всех возрастов. Они предоставляют студентам несколько возможностей «учиться на практике», чтобы продвигать свои научные открытия.
Вентер был награжден премией Диксона в 2011 году, Национальной медалью науки в 2008 году и премией Кистлера в 2008 году, а также другими наградами и наградами.
Узнайте больше о Крейге Венторе в нашей статье «50 величайших живых гениев».
Интернет-ресурс: Институт Дж. Крейга Вентера .
***
45. Джеймс Д. Уотсон
Джеймс Д. Уотсон, молекулярный биолог, генетик и зоолог, является одним из первооткрывателей химической структуры ДНК — знаменитой «двойной спирали». Он был директором, затем президентом, а затем канцлером лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL), одного из ведущих биологических институтов и полевых исследовательских станций в мире.
Watson значительно расширил объем финансирования и исследований CSHL, превратив его в ведущий в мире исследовательский центр в области молекулярной биологии. Позже он сместил акцент лаборатории на изучение рака.
Уотсон получил докторскую степень. из Университета Индианы и чуть более десяти лет спустя получил Нобелевскую премию 1962 года по физиологии и медицине, которую он разделил с Фрэнсисом Криком и Морисом Уилкинсом за открытие молекулярной структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и ее значения для передачи информации. в живых системах.
Уотсон много лет преподавал в Гарвардском университете, где получил ряд академических повышений от доцента до доцента и профессора биологии. Он продолжал преподавать в Гарвардском университете какое-то время после своего назначения директором CSHL.
Помимо Нобелевской премии 1962 года, Уотсон получил множество других наград и наград, включая награду CSHL Double Helix Medal в 2008 году и медаль Бенджамина Франклина за выдающиеся достижения в науке в 2001 году.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Джеймса Д. Ватсона .
***
46. Стивен Вайнберг
Стивен Вайнберг — физик-теоретик, заведующий кафедрой естественных наук имени Джози в Техасском университете в Остине. Он получил Нобелевскую премию по физике в 1979 году вместе с Шелдоном Ли Глэшоу и Абдусом Саламом за их вклад в единую теорию слабого и электромагнитного взаимодействия между элементарными частицами.Их работа, которая заключалась в предсказании взаимодействий слабых нейтральных токов (W- и Z-бозоны), которые позже были экспериментально подтверждены, достигла объединения двух из четырех фундаментальных сил природы.
Вайнберг получил докторскую степень. из Принстонского университета, а затем защитил докторскую диссертацию в Колумбийском университете и Калифорнийском университете в Беркли, где позже был переведен на факультет. Позже он стал профессором физики Хиггинса в Гарвардском университете.
Вайнберг провел новаторские исследования во многих областях физики, включая квантовую теорию поля, теорию гравитации, суперсимметрию, суперструны и космологию. Он также работал над семейством теорий под названием «technicolor», которые постулируют различные физические теории, выходящие за рамки Стандартной модели.
Влияние и важность Вайнберга подтверждается тем фактом, что он часто входит в число ведущих ученых с самыми высокими индексами исследовательского эффекта, такими как индекс Хирша и индекс креативности.
Вайнберг также известен своими откровенно негативными взглядами на религию. Однажды он сказал интервьюеру New York Times , что «для того, чтобы хорошие люди творили зло, нужна религия», и его неприязнь к религии с годами только усилилась.
Вайнберг имеет большое количество наград, включая Национальную почетную медаль в 1991 году, медаль Бенджамина Франклина за выдающиеся достижения в науке Американского философского общества в 2004 году, премию Джеймса Джойса в 2009 году и многие другие.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Стивена Вайнберга .
***
47. Джордж М. Уайтсайдс
Джордж М. Уайтсайдс — профессор химии Гарвардского университета. Он известен своей работой в самых разных областях химии, в частности, ЯМР-спектроскопия, металлоорганическая химия, мягкая литография, микропроизводство, микрофлюидика, нанотехнологии, молекулярная самосборка и самоорганизация, а также исследования происхождения жизни. .
Уайтсайдс получил степень доктора философии. по химии в Калифорнийском технологическом институте, где его дипломная работа была посвящена использованию ЯМР-спектроскопии в органической химии. Он является автором более 1200 научных статей и внесен в список изобретателей более чем на 50 патентов. Он также является соучредителем более 12 компаний с совокупной рыночной капитализацией более 20 миллиардов долларов, включая Genzyme, Theravance, Surface Logix и WMR Biomedical.
Среди множества наград Whitesides — премия Дрейфуса в области химических наук в 2009 году, медаль Бенджамина Франклина по химии в 2009 году и Национальная медаль науки в 1998 году.Уайтсайдс имеет один из наивысших рейтингов индекса Хирша среди всех ныне живущих химиков, который измеряет как продуктивность, так и влияние опубликованной работы ученого или ученого.
Текущие исследовательские интересы Уайтсайдса по-прежнему охватывают очень широкий спектр областей, от биохимии клеточной поверхности до науки для развивающихся стран.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Джорджа М. Уайтсайдса .
Уайтсайдс также упоминается в нашей статье «50 человек, заслуживающих Нобелевской премии.«
***
48. Эдвард О. Уилсон
Эдвард О. Уилсон — биолог и естествоиспытатель. Его специальность — мирмекология — изучение муравьев — в которой он считается ведущим специалистом в мире. В течение многих лет он был профессором-исследователем энтомологии Университета Джозефа Пеллегрино на факультете органической и эволюционной биологии Гарвардского университета. Выйдя на пенсию в 1996 году, он получил звания почетного профессора и почетного куратора энтомологии.
Уилсон также известен своими многочисленными популярными книгами по эволюционной биологии, защитой экологических причин (особенно сохранения биоразнообразия) и своими усилиями по продвижению светского гуманистического мировоззрения. Он является членом Комитета по скептическим расследованиям.
Уилсон сначала попытался записаться в армию Соединенных Штатов, но не прошел армейское медицинское обследование из-за слабого зрения. Он закончил бакалавриат, а затем защитил кандидатскую диссертацию.Доктор биологии Гарвардского университета.
В 1975 году Уилсон привлек внимание общественности благодаря спорам вокруг публикации его « Социобиология: новый синтез», — весьма амбициозной и столь же спорной работы о генетической основе кооперативного или «социального» поведения у муравьев и других видов, включая человека .
В 1990 году Уилсон и соавтор Берт Хёльдоблер опубликовали Муравьи , главный синтез работы Уилсона по систематике, биологии и поведению муравьев.Впоследствии он и Хёльдоблер опубликовали несколько популярных книг о муравьях.
Помимо своей работы в области мирмекологии, Уилсон также является автором ряда пользующихся спросом популярных работ по различным аспектам биологии и философии науки, в том числе On Human Nature , Biophilia и Consilience: Unity of Knowledge . Последнее было еще одной противоречивой работой, в которой утверждалось, что естественные науки призваны заменить социальные и даже гуманитарные науки.
Уилсон, выросший в Алабаме как южный баптист, придерживается философии научного гуманизма, которую он видит как «единственное мировоззрение, совместимое с растущими научными знаниями о реальном мире и законах природы». Он утверждает, что это лучше всего подходит для улучшения условий жизни человека.
Уилсон давно проявляет особый интерес к сохранению исчезающих видов. В 2005 году он участвовал в создании некоммерческой организации E.O. Wilson Biodiversity Foundation, посвященный достижению этой цели.
Уилсон был удостоен бесчисленных наград, в том числе звания «Гуманист года» Американской гуманистической ассоциации в 1999 году, журнала Time «25 самых влиятельных людей в Америке» в 1995 году и Пулитцеровской премии муравьев в 1991 году.
Интернет-ресурс: The E.O. Фонд биоразнообразия Вильсона .
***
49. Эдвард Виттен
Эдвард Виттен — физик-теоретик и профессор математической физики в Институте перспективных исследований в Принстоне.В 2004 году журнал Time заявил, что Виттена многие считали величайшим из ныне живущих физиков-теоретиков.
Виттен получил степень доктора философии. получил степень по физике в Принстонском университете, но сначала поступил на прикладную математику. Затем Виттен получил стипендию для младших курсов в Гарвардском университете, а несколько лет спустя — стипендию Фонда Макартура.
Виттен ввел термин «топологическая квантовая теория поля» для обозначения физической теории, в которой ожидаемые значения наблюдаемых величин кодируют информацию о топологии пространства-времени.Он также обнаружил, что теория Черна-Саймонса может обеспечить основу для понимания математической теории узлов и трехмерных многообразий.
Виттен наиболее известен своими фундаментальными математическими открытиями в теории струн. Его открытие, что различные теории струн могут быть сопоставлены друг с другом с помощью определенных правил, называемых дуальностями, привело к целому ряду работ, теперь известных как «вторая суперструнная революция».
В 1990 году Виттен стал первым — и до сих пор единственным — физиком, удостоенным Филдсовской медали от Международного математического союза, что часто рассматривается как величайшая награда, которую может получить математик. «Нобелевская премия по математике.«
Виттен также был награжден Национальной медалью науки в 2002 году среди многих других наград.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Эдварда Виттена .
***
50. Шинья Яманака
Шинья Яманака — врач и исследователь, изучающий стволовые клетки взрослых. Он является старшим исследователем в Институтах Гладстона, связанных с Калифорнийским университетом в Сан-Франциско. Он также является директором Центра исследования и применения iPS-клеток и профессором Института передовых медицинских наук в Университете Киото в Японии.
Яманака был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 2012 года вместе с Джоном Гардоном за открытие, что зрелые (взрослые) соматические клетки могут быть преобразованы в стволовые клетки с регенеративными свойствами (плюрипотентностью), аналогичными свойствам эмбриональных стволовых клеток.
Яманака, уроженец Японии, защитил докторскую диссертацию. окончил аспирантуру городского университета Осаки, после чего прошел ординатуру по ортопедической хирургии в Национальной больнице Осаки и постдокторскую стипендию в Институте сердечно-сосудистых заболеваний Гладстона.Он был доцентом, когда начал исследования, которые привели его к Нобелевской премии. В дополнение к его нынешним академическим должностям, упомянутым выше, он также в настоящее время является президентом Международного общества исследований стволовых клеток.
Яманака впервые показал, что интактная дифференцированная (взрослая) соматическая клетка может быть перепрограммирована, чтобы стать плюрипотентной, что дает неограниченные возможности дифференцироваться. Эта работа открыла совершенно новые направления исследований, минуя большую часть злобных публичных дебатов вокруг исследований эмбриональных стволовых клеток.
Научные открытия Яманаки были сочтены настолько значительными, что он был признан «Человеком, который имел значение» в выпуске журнала « Time » за 2007 год «Человек года». Он также был награжден премией за прорыв в области наук о жизни в размере 3 миллионов долларов за свою работу. Помимо этих наград и Нобелевской премии, он также получил премию Вольфа в области медицины в 2011 году, международную премию Фонда Гэрднера в 2009 году и премию Майенбург за исследования рака в 2007 году.
Интернет-ресурс: Домашняя страница Шиньи Яманаки .
Вы должны знать этих физиков ХХ века
- Нильс Бор (1885–1962) Бор согласовал результаты Резерфорда из эксперимента с золотой фольгой с квантовой теорией Макса Планка, чтобы создать модель атома (модель Бора), в которой электроны находятся на определенных энергетических уровнях с определенными стабильными радиусами. Эта модель легла в основу работы Иоганна Бальмера в области спектроскопии и формулы энергии Йоханнеса Ридберга, в которой явно указывается частота света, которую испускает электрон, если он переходит с более высокой энергии на более низкую.Бор и его сын бежали в США во время Второй мировой войны под псевдонимом «Бейкер» и участвовали в Манхэттенском проекте.
- Луи де Бройль дю-БРО-Ли (1892–1987) Работа Де Бройля по количественной оценке дуальности волна-частица в квантовой механике принесла ему Нобелевскую премию 1929 года по физике. Его докторская диссертация, в которой предполагалось, что все частицы имеют характерную длину волны, зависящую от их импульса, была настолько новаторской, что рецензенты передали ее непосредственно Альберту Эйнштейну, который одобрил ее.В противоположность вероятностной интерпретации квантовой механики де Бройль позже работал над определением чисто причинной интерпретации, но его работа оставалась незаконченной, пока Дэвид Бом не усовершенствовал ее в 1950-х годах.
- Альберт Эйнштейн (1879–1955) За один год — 1905, названный своим annus mirabilis , или «годом чуда», — Альберт Эйнштейн написал четыре статьи, которые произвели революцию в современной физике. Первый объяснил фотоэлектрический эффект квантованным электромагнитным излучением.Второй лег в основу современной статистической физики, объяснив, казалось бы, случайное движение частиц в жидкости, поведение, называемое броуновским движением. Третья теория примирила максвелловскую электродинамику с классической механикой, постулировав конечную постоянную скорость света, и эта теория теперь известна как специальная теория относительности. Четвертая статья содержала его утверждение, что энергия тела равна его массе, умноженной на квадрат скорости света (то есть E = м c 2 ).Десять лет спустя, в 1915 году, Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности, которая обобщила специальную теорию относительности для учета гравитационных полей.
- Энрико Ферми (1901–1954) Ферми известен широкой публике как главный участник Манхэттенского проекта. Его работы в области статистической физики заложили основу для современной электроники и твердотельных технологий. Он применил принцип исключения Паули к субатомным частицам, чтобы создать статистику Ферми-Дирака, которая точно предсказывала низкотемпературное поведение электронов.Частицы, подчиняющиеся статистике Ферми-Дирака, в его честь называются фермионами. Ферми также предположил существование нейтрино, чтобы уравновесить ядерные цепочки бета-распада.
- Ричард Фейнман (1918–1988). Фейнман разработал математический формализм, названный формулировкой интеграла по путям квантовой теории, который использовал «сумму по историям», принимая во внимание все возможные пути, которые могла бы пройти частица. Это стало началом квантовой электродинамики и принесло ему Нобелевскую премию по физике 1965 года.Он также использовал сумму по историям при разработке диаграмм Фейнмана, которые иллюстрируют взаимодействие субатомных частиц. Помимо того, что Фейнман был плодовитым физиком, он также был опытным игроком на бонго и художником-скетчем.
- Джордж Гамов (1904–1968) Гамов был одним из первых, кто объяснил значение космологической теории Большого взрыва. Он правильно предсказал изобилие водорода и гелия в ранней Вселенной, получив прозвище теория Альфера-Бете-Гамова (преднамеренный каламбур над первыми тремя буквами греческого алфавита, альфа, бета и гамма, для которых физик Ганс Бете, не имеющий отношения к делу) был включен), а также предположил, что тепло от Большого взрыва все еще будет видно как космическое микроволновое фоновое излучение.Хотя Гамов не получил Нобелевской премии за это предсказание, первооткрыватели реликтового излучения Арно Пензиас и Роберт Уилсон, а также два более поздних наблюдателя, Джон Мэзер и Джордж Смут, действительно получили Нобелевские премии.
- Вернер Гейзенберг (1901–1976) Гейзенберг наиболее известен своей матричной интерпретацией квантовой теории, которая конструирует наблюдаемые величины как операторы, действующие на систему. Его знаменитый принцип неопределенности (который, однако, лучше переводится как «принцип неопределенности») утверждает, что чем точнее можно наблюдать положение объекта, тем менее точно можно определить его импульс.Это связано с тем, что более короткие длины волн света (используемые как своего рода мерная палка) имеют более высокие энергии и сильнее нарушают импульс частицы. Гейзенберг получил Нобелевскую премию по физике 1932 года за открытие аллотропных форм водорода.
- Макс Планк (1858–1947) Планк позволил квантовой теории продвинуться вперед в начале 20 века, правильно смоделировав, как объект излучает тепло, и разрешил ультрафиолетовую катастрофу, которая представляла собой предсказанное неограниченное увеличение количества излучения, излучаемого на высоких частотах.Закон излучения Планка заменил закон Рэлея-Джинса. Он предположил, что электромагнитная энергия может излучаться только в определенных пакетах, называемых квантами (сингулярный квант, от латинского «сколько»), утверждая, что энергия этого фотона равна его частоте, умноженной на фиксированное значение ч , теперь известная как постоянная Планка.
- Эрнест Резерфорд (1871–1937) Эксперимент Резерфорда с золотой фольгой предоставил первое свидетельство того, что каждый атом состоит из большого положительно заряженного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов.Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии 1908 года за эту работу. Резерфорд также был одним из первых лидеров в области методов ядерного деления, открыв распад углерода-14 и придав импульс современному датированию углерода. В рамках этого исследования он открыл протон и нейтрон, последний в сотрудничестве с Джеймсом Чедвиком. Он также единственный уроженец Новой Зеландии, чей элемент назван в его честь (резерфордий, атомный номер 104).
- Эрвин Шредингер (1887–1961) Шредингер внес свой вклад в ранние формулировки квантовой теории в качестве фольги для Вернера Гейзенберга, Нильса Бора и Пола Дирака, критикуя их копенгагенскую интерпретацию квантовой механики с помощью мысленных экспериментов, подобных его знаменитому аргументу Шредингера о кошке.Он сформулировал как не зависящие от времени, так и зависящие от времени уравнения Шредингера, которые представляют собой уравнения в частных производных, описывающие поведение квантовых систем. Работа Шредингера легла в основу матричного формализма Гейзенберга, формализма интегралов по траекториям Фейнмана и квантово-механической теории возмущений, в которой рассматривается влияние малых возмущений на квантовую систему.
Достойных упоминаний:
- Мари (1867–1945) и Пьер (1859–1906) Кюри строго изолировал и проводил эксперименты с радиоактивными материалами, которые легли в основу ранней ядерной физики и физики элементарных частиц.
- Поль Дирак (1902–1984) был одним из первых, кто попытался обобщить квантовую теорию на релятивистские скорости, результатом чего стало уравнение Дирака.
- Мюррей Гелл-Манн (1929–2019) предсказал существование кварков, из которых состоят протоны, нейтроны и другие, более тяжелые частицы.
- Роберт Милликен (1868–1953; не путать с Робертом Малликаном, химиком) определил заряд электрона, тщательно наблюдая за каплями масла в электрическом поле и отмечая время, за которое они упали на определенное расстояние.
- Дж. Роберт Оппенгеймер (1904–1967) курировал большую часть Манхэттенского проекта, но позже был лишен допуска к секретным материалам во время «красной паники» эпохи Маккарти в результате его знакомства с коммунистами и вражды с Эдвардом Теллером.
- Принцип исключения тезки Вольфганга Паули (1900–1958) запрещает большинству типов частиц занимать одно и то же состояние и формирует основу для химических связей.
Эту статью предоставил бывший писатель NAQT Захари Пейс.
Недурно NAQT! Вопросы по практике естественных и математических наук полностью состоят из жеребьевок и бонусов по естествознанию и математике.
Узнать больше Заказать сейчас| Альфвен, Ханнес Олаф Госта Альварес, Луис Уолтер Андерсон, Карл Дэвид Эпплтон, Эдвард Виктор Астон, Фрэнсис Уильям Эйртон, Герта Бейнбридж , Барнетин Т. Баркла, Чарльз Гловер Беккерель, Антуан-Анри Белл, Джон Стюарт Бхабха, Хоми Джехангир Биттер, Фрэнсис Блэкетт, Патрик Мейнард Стюарт Блау, Мариетта Блох, Феликс Блоджетт, Боджетт Николай Бёрр7 , Дэвид Бор, Нильс Хенрик Давид Больцман, Людвиг Э. Борн, Макс Бозе, Сатьендра Нат Буше, Эдвард Александр Брэгг, Уильям Генри Брэгг, Уильям Лоуренс Браттейн, Уолтер Хаузер Брейт, Грегори Бриджмен, Перси Уильямс Бриллюэн, Леон Николяс Чадуа Субрахманян Чепмен, Сидней Черенков, Павел Алексеевич Кокрофт, Джон Дуглас Комптон, Артур Холли Кондон, Эдвард Улер Крукс, Уильям Кюри, Пьер Кюри, Луи Склодовисон, Луи Деброглиссон 327 , Петрус Дике, Роберт Генри Дирак, Поль Адриан Морис Дю Монд, Джесси Уильям Монро Эддингтон, Артур Стэнли Эренфест, Пол Эренфест-Афанасьева, Т.А. Эйнштейн, Альберт Эллис, Роберт А., младший Фэйрбэнк, Уильям Мартин Ферми, Энрико Фейнман, Ричард Филлипс Фаулер, Уильям Альфред Франк, Джеймс Франк, Илья Михайлович Франк, Филипп Франклин, Розалинд Элси Френкель Яков Ильич Фриш, Отто Роберт Фукуи, Кеничи Габор, Деннис Гамов, Джордж Гейгер, Ганс Вильгельм | Гиббс, Джозия Уиллард Гопперт-Майер Грэхэм, Мария Hahn, Otto Hale, George Ellery Heisenberg, Werner Karl Hertz, Gustav Ludwig Hess, Victor Franz de Hevesy, George Hilbert, David Hodgkin, Dorothy Crowfoot Robert L. Hofstadter Houtermans, Fritz Georg Hubble, Edwin Powell Imes, Elmer Samuel Ioffe, Abram F. Jensen, Johannes Hans Daniel Joliot, Frederic Joliot-Curie, Irene Kamerlingh-Onnes, Vapitza , Vapitza , Теодор Кастлер, Альфред Кембл, Эдвард Кроуфорд Керст, Дональд Уильям Кляйн, Оскар Бенджамин Крамерс, Хендрик А. Курчатов, Игорь Куш, Поликарп Лэнд, Эдвин Герберт Ландау Ландау, Лев327 Леванд Лев327 Langevin, Paul Langmuir, Irving von Laue, Max Lawrence, Ernest Orlando Leavitt, Henrietta Swan Lehmann, Inge Lemaitre, Georges Libby, Willard Frank Livingston, M.Стэнли Лондон, Фриц Вольфганг Лонсдейл, Кэтлин Лоренц, Хендрик Антон Лайман, Теодор Мах, Эрнст Маркони, Гульельмо Маршак, Роберт Юджин Маттиас, Бернд Тео Митнерсон, Элберт Митнерсон МакМиллс Абрахам Милликен, Роберт Эндрюс Минковски, Герман фон Мизес, Ричард Мозли, Генри Гвин-Джеффрис Мотт, Невилл Фрэнсис Малликен, Роберт Сандерсон фон Нейман, Джон Ниер, Альфред Оттиаль Отто Карл , Джузеппе Онзагер, Ларс Оппенгеймер, Дж.Роберт | Паттерсон, Клер Кэмерон Пол, Вольфганг Паули, Вольфганг Полинг, Линус Карл Пейн-Гапошкин, Сесилия Пайерлс, Рудольф Э. Перей, Маргарита Катрин Перрин, Жан Баптист Людвиг Эрнест Покельс, Агнес Пуанкаре, Жюль Анри Пауэлл, Сесил Франк Прандтль, Людвиг Перселл, Эдвард Миллс Раби, Исидор Исаак Рейнуотер, Лео Джеймс Раман, Чандрасекхара Ричардсон, Уилмонт Вильямс , Уилмонт Вильямс Бруно Резерфорд, Эрнест Сабин, Уоллес Клемент Сахаров, Андрей Дмитриевич Салам, Абдус Шифф, Леонард Иссак Шредингер, Эрвин Шварцшильд, Мартин Швингер, Джулиан Сеймур Сегли, Роберт Сегли, Эмильбер Сегли, Сегли, Роберт Siegbahn, Karl Manne Georg Slater, John Clarke Sommerfeld, Arnold Spitzer, Lyman, Jr. Stark, Johannes Stern, Otto Street, Jabez Curry Strutt, John William Rayleigh Szilard, Leo Tamm, Igor Evgenyevich Thomas, Llewellyn Thomson, George Paget Thomson-it, John Thomson-it, Джозеф 32 , Merle Anthony Uhlenbeck, George Eugene Urey, Harold Clayton Van de Graaff, Robert J. Van Hove, Léon Van Vleck, John H. Walton, Ernest Thomas Sinton Weyl, KH Herman Wick, Gian-Carlo Wideroe, Rolf Wien, Wilhelm Wiener, Norbert Wigner, Eugene Paul Wood, Robert Williams Wu, Chien-Shiung Yukawa, Hideki Zeeman, Pieter Zel’dovich . Zernike, Fritz Zwicky, Fritz |
Physics Мировой опрос назвал Ричарда Фейнмана одним из 10 величайших физиков всех времен
ПАСАДЕНА-Ричард Фейнман, легендарный физик из Калифорнийского технологического института, был назван седьмым величайшим физиком всех времен в опросе, проведенном британским журналом Physics World. В опросе приняли участие 130 ведущих физиков мира.
Фейнман, скончавшийся в 1988 году после четырех десятилетий работы на факультете Калифорнийского технологического института, — единственный американец, вошедший в первую десятку, и единственный, кто выполнил свою самую важную работу во второй половине этого века.Остальные: (1) Альберт Эйнштейн, (2) Исаак Ньютон, (3) Джеймс Клерк Максвелл, (4) Нильс Бор, (5) Вернер Гейзенберг, (6) Галилео Галилей, (8) Поль Дирак, (9) Эрвин Шредингер и (10) Эрнест Резерфорд.
«Я бы поставил его немного выше», — сказал Рохус Фогт, профессор физики Калифорнийского технологического института, бывший ректор и бывший заведующий кафедрой физики, математики и астрономии. «Он определенно был величайшим физиком моего возраста.
« Он был не только первоклассным физиком, но и художником, человеком ренессансного типа », — сказал Фогт.«У него были определенные идеи и представления в физике, которые я не могу описать другим словом, кроме« художественного »».
Роберт Кристи, физик из Калифорнийского технологического института, работавший с Фейнманом над Манхэттенским проектом, сказал, что, по его мнению, его покойный коллега вполне заслуживает того, чтобы быть в списке.
«Он определенно входит в число великих физиков — это правильно», — сказала Кристи, которая в последние годы Фейнмана работала ректором Калифорнийского технологического института.
И Кристи, и Фогт удивлены, что Энрико Ферми был исключен из списка.Они оба также немного настороженно относятся к точному порядку ранжирования.
«Насколько я понимаю, великих людей нельзя расставлять по порядку», — говорит Кристи. «Некоторые физики входят в отдельный класс, и, конечно же, все они в списке находятся в этом классе».
«Я бы немного изменил порядок списка, но я не удивлен, что там есть эти конкретные имена», — говорит Фогт.
Фейнман, уроженец Нью-Йорка, получил Нобелевскую премию по физике в 1965 году за свои работы по квантовой электродинамике.После войны он поступил в Калифорнийский технологический институт в 1950 году в качестве приглашенного профессора, в следующем году стал постоянным преподавателем и оставался на факультете до конца своей жизни.
Квантовая электродинамика зародилась в конце 1920-х годов, но два десятилетия спустя эксперименты показали слабость существующей теории. Радикальный подход Фейнмана к исправлению теории состоял в том, чтобы реконструировать почти всю квантовую механику и электродинамику с его собственной точки зрения. Он рассматривал все события с точки зрения частиц, упростив расчеты взаимодействия в значительной степени за счет разработки своих знаменитых диаграмм траекторий взаимодействия.
К 1965 году современная квантовая электродинамика упорядочила ту огромную часть физики, которая лежит между гравитацией и ядерными силами, а упрощенные правила вычислений Фейнмана стали стандартными инструментами теоретического анализа как в квантовой электродинамике, так и в физике высоких энергий.
За годы работы в Институте он работал с лауреатом Нобелевской премии Мюрреем Гелл-Манном над теорией слабых взаимодействий, а также исследовал поведение электронов в столкновениях при высоких энергиях и сформулировал математическую теорию, объясняющую ряд свойств жидкости. гелий при очень низких температурах.
Он стал чем-то вроде легенды благодаря своим многочисленным увлечениям и интересам, особенно благодаря своей способности передавать науку аудитории на всех уровнях. Он был одним из самых популярных учителей в истории Калифорнийского технологического института, часто посещал курсы для новичков и появлялся в ежегодных мюзиклах Калифорнийского технологического института.
