РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

Институт истории естествознания и техники им С.И. Вавилова

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ДЛЯ ПОДГОТОВКИ к кандидатскому экзамену по
ИСТОРИИ и ФИЛОСОФИИ НАУКИ

 

 

ИСТОРИЯ ФИЗИКИ

 

 

Предлагаемый Вашему вниманию первый выпуск методических материалов для подготовки к кандидатскому экзамен) по специальности «История и философия науки» (история физики) предназначен для соискателей ученой степени кандидата физико-математических наук. В сборник включены программа кандидатского экзамена, общий комментарий к структуре программы и пособия по истории физики, три главы, посвященные физическим знаниям в античности, формированию и развитию общей теории относительности и истории физики конденсированного состояния и квантовой электроники, а также библиографический указатель русскоязычной литературы по истории физики

 

Содержание

Предисловие редактора-составителя  1

ПРОГРАММА КАНДИДАТСКОГО ЭКЗАМЕНА «История и философия науки»  2

ИСТОРИЯ ФИЗИКИ   2

Общий комментарий к структуре программы и  пособия по истории физики. Визгин В.П. 10

Физические знания в Античности.  Баюк Д.А. , Кирсанов В. С. 16

Общая теория относительности: формирование и развитие Визгин Вл.П. 40

Физика конденсированного состояния  и квантовая электроника. Кессених А. В. 58

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Лауреаты Нобелевских премий по физике за работы по физике конденсированного состояния и квантовой электроники  80

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Схема формирования направлений ФКС и КЭ   82

Библиографический указатель литературы по истории физики на русском языке Составитель К. А Томилин  82

 

 

Предисловие редактора-составителя

 

Предлагаемая брошюра содержит проект программы кандидатского минимума по истории физики, разработанный сектором истории физики и механики ИИЕТ РАН; комментарий к ней и к структуре пособия, на нее опирающегося; а также предварительные варианты трех глав этого пособия, посвященных античной физике, общей теории относительности и развитию физики конденсированного состояния. Материалы завершаются обширным библиографическим указателем русскоязычной литературы по истории физики, который выходит далеко за пределы планируемого пособия, но будет весьма полезным дополнением как для аспирантов, так и для преподавателей.

Выбор тематики для предварительных вариантов глав диктовался соблюдением необходимых пропорций между материалами по истории до классической науки и истории современных разделов физики. Сопоставление античной науки с наукой XX в. демонстрирует, с одной стороны, единство физического знания, а с другой стороны масштаб свершений в науке о природе. Есть все основания считать, что XX в., золотой век физики, войдет в историю не только как столетие освоения ядерной энергии и полетов в ближний космос, но и как век расширяющейся Вселенной, черных дыр и т. д., а также как век транзисторов, сверхпроводящих соленоидов, мазеров и лазеров.

Цель нашего комментария к программе (и соответственно к структуре планируемого пособия) - указать на неизбежность включения даже в столь краткое и прагматически ориентированное пособие некоторых элементов социокультурного, философского и философско-научного рода и подчеркнуть необходимость некоторого смещения распространенного соотношения «до-классики», «классики» и «современности» в сторону «современности».

Об авторстве: программа составлена мною при участии В.С.Кирсанова и ДА.Баюка («Доклассическая физика» и «Научная революция XVII в.»), Н.В.Вдовиченко («Физика тепловых явлений»), А.В.Кессениха («Физика конденсированного состояния и квантовая электроника»). Комментарий и раздел по общей теории относительности написаны мною. Раздел «Физические знания в Античности» подготовлен Д.А.Баюком и В.С.Кирсановым. Раздел по истории физики конденсированного состояния и квантовой электроники написал А.В.Кессених. Библиографический указатель русскоязычной литературы по истории-физики составил К.А.Томилин.

 

ПРОГРАММА КАНДИДАТСКОГО ЭКЗАМЕНА «История и философия науки»

 

ИСТОРИЯ ФИЗИКИ

 

1. Вводная часть

 

Натурфилософские корни физики. Физика в системе естественных наук. Физика и техника. Эксперимент и теория. Физические явления, законы природы и принципы физики. Математические структуры физических теорий. Физика и философия. Институциализация физики. Научное сообщество физиков. Методологические подходы к изучению развития физики: картины мира, исследовательские программы, научные революции.

 

2. Доклассическая физика

 

2.1. Физические знания в Античности. От натурфилософии к статике Архимеда и геоцентрической системе Птолемея.

Эволюция представлений о природе и ее первоначалах у досократиков. Античные атомисты (Левкипп, Демокрит, Эпикур, Лукреций Кар). Пифагор и Платон - провозвестники математического естествознания. Физика и космология Аристотеля. Типы движения и аристотелевы дихотомии небесного и подлунного миров, а также естественного и насильственного движений. Евклид и его «Начала». Архимед и Герон Александрийский: законы рычага и гидростатики, пять простых машин. Проблема измерения времени. Теория движения Иоанна Филопона. Оптика Евклида, Архимеда, Герона Александрийского и Птолемея. Геоцентрическая система мира Птолемея.

 

2.2. Физика Средних веков (XI-XIV вв.).

Упадок европейской науки. Освоение античного знания арабской (мусульманской) наукой: статика и учение об удельных весах (ал-Бируни, ал-Хазини и др.), оптика (Альхазен и др.), строение вещества (Аверроэс). Влияние арабов на возрождающуюся европейскую науку Х1-Х1П вв.

Возникновение университетов. Пути примирения веры и рационального знания. Статика в сочинениях Иордана Неморария. Кинематические исследования У. Гейтсбери и Т. Брадвардина (понятие скорости неравномерного движения), а также У. Оккама и Ж. Буридана (концепция импетуса и проблема относительности движения). Учение о свете (Р. Гроссетест, Р. Бэкон, Э. Вителлий).

 

2.3. Физика в эпоху Возрождения и коперниканскал революция в астрономии (XV-XVI вв.).

Возрождение культурных ценностей античности. Феномен гуманизма и его связь с познанием природы. Влияние герметической и каббалистических традиций. Сближение инженерного дела и естественных наук.

Физические открытия, механика и изобретения Леонардо да Винчи (законы трения, явления капиллярности, фотометрия и геометрическая оптика и т.д.). Статика и гидростатика С. Огевина. Н. Тарталья, Дж. Бенедетти и др. - предшественники галилеевского учения о движении. Создание Н. Коперником гелиоцентрической системы - важная предпосылка научной революции XVII в.

 

3. Научная революция XVII в. и ее вершина — классическая механика Ньютона

 

3.1. Подготовительный, преднъютоновский, период

Кеплеровские законы движения планет. Механика Г. Галилея. Метод мысленного эксперимента. Закон падения тел, принципы инерции и относительности, параболическая траектория движения снаряда. Разрушение аристотелевской двойственности физических законов.

Галилей - наблюдатель и экспериментатор. Процесс Галилея.

Методология науки в сочинениях Ф. Бэкона и Р. Декарта. Картезианская картина мира и вклад Декарта в физику. Академии - основные формы институциализации науки.

Механика X. Гюйгенса. Динамика равномерного кругового движения, формула центробежной силы. Маятниковые часы. Законы сохранения. Теория физического маятника. Теория упругого удара.

Основные достижения физики XVII в. Исследования У. Гильберта в области электричества и магнетизма. Геометрическая оптика И. Кеплера, В. Снеллиуса и Декарта; принцип П. Ферма. Конечность скорости света (О. Рёмер). Наблюдения дифракции света (Ф. Гримальди, Р. Гук). Волновая теория света Гюйгенса. Учение о пустоте, пневматика, учение о газах и теплоте (О. Герике, Э. Торричелли, Б. Паскаль, Р. Бойль и др.).

 

3.2. Создание Ньютоном основ классической механики и теории тяготения

«Математические начала натуральной философии» Ньютона. Путь Ньютона к созданию «Начал». Структура «Начал». Представление о пространстве и времени (абсолютные пространство и время, симметрии пространства и времени, принцип относительности). Три основных закона ньютоновской механики. Закон всемирного тяготения и небесная механика. Вывод законов Кеплера. Место законов сохранения в системе Ньютона. Ньютоновская космология. Геометрические и дифференциально-аналитические формулировки законов механики. Вклад Г. Лейбница в механику. Оптика Ньютона.

 

3.3. Восприятие и развитие классической механики и становление физики как самостоятельной науки

Восприятие механики Ньютона в континентальной Европе. Аналитическое развитие механики: от Л. Эйлера и Ж. Даламбера до Ж.Л. Лагранжа и У. Р. Гамильтона. Создание основ гидродинамики (Л. Эйлер, Д. Бернулли, Даламбер). Успехи небесной механики, особенно в трудах П.С. Лапласа.

Классико-механическая картина мира (программа «молекулярной механики» Лапласа).

Исследование электричества и магнетизма - на пути к количественному эксперименту (Г. Рихман, Г. Кавендиш, О. Кулон). Флюидные и эфирные представления об электричестве Б. Франклина, Ф. Эпинуса, М. В. Ломоносова и Л. Эйлера. «Гальванизм» и явление электрического тока (Л. Гальвани, А. Вольта, В. В. Петров),

Развитие основных понятий учения о теплоте; представление о теплороде и кинетической природе теплоты (М.В. Ломоносов, Дж. Блэк, А. Лавуазье). Корпускулярная оптика: от Ньютона до Лапласа. Элементы волновых представлений о свете (Эйлер).

 

4. Классическая физика

 

4.1. Начало формирования классической физики на основе точного эксперимента, феноменологического подхода и математического анализа (1800-1820-е гг.)

Парижская Политехническая школа - детище Великой французской революции и лидер математико-аналитического подхода к физике. Волновая теория света О. Френеля (его предшественник Т. Юнг, ее развитие в работах О. Коши). Электродинамика A.M. Ампера. Теория теплопроводности Ж. Фурье. Теория тепловых машин С. Карно. Ключевая концепция Фурье - физика как теория дифференциальных уравнений с частными производными 2-го порядка. Освоение французского опыта в Германии (Г.С. Ом, Ф. Нейман и др.), Британии (Дж. Грин, У. Томсон и др.), России (Н.И. Лобачевский, М.В. Остроградский и др.). Формирование физики как научной дисциплины в России (от Э.Х. Ленца до А.Г. Столетова).

 

4.2. Единая полевая теория электричества, магнетизма и света: от М. Фарадея к Дж. К. Максвеллу (1830- 1860-е гг.)

Накопление знаний об электричестве и магнетизме в 1820-1830-е гг. (Дж. Генри, М. Фарадей, Э.Х. Ленц, Б.С. Якоби, Л. Нобили и др.).

Фарадеевская программа синтеза физических взаимодействий на основе концепции близкодействия. Открытие Фарадеем электромагнитной индукции. Силовые линии и идея поля у Фарадея. Электродинамика дальнодействия и ее конкуренция с программой близкодействия (В. Вебер, Ф. Нейман, Г. Гельмгольц и др.). Генезис теории электромагнитного поля Максвелла. Уравнения Максвелла. Электромагнитные волны и электромагнитная теория света. Представление о локализации и потоке энергии электромагнитного поля (Н.А. Умов, Дж. Пойнтинг и др.). Опыты Г. Герца с электромагнитными волнами и другие экспериментальные подтверждения теории (П.Н. Лебедев и др.). Симметричная формулировка уравнений Максвелла Г. Герцем и О. Хевисайдом.

 

4.3. Физика тепловых явлений. Закон сохранения энергии и основы термодинамики (1840- 1860-е гг.)

Открытие закона сохранения энергии как соотношения энергетической

эквивалентности всех видов движения и взаимодействия (Дж.П. Джоуль, Г. Гельмгольц и Р. Майер, 1840-е гт). Введение У. Томсоном абсолютной шкалы температуры. Соединение идей С. Карно с концепцией сохранения энергии - рождение термодинамики в работах Р. Клаузиуса, У. Томсона и У. Ранкина (1850-е гт). Второе начало термодинамики для обратимых и необратимых процессов, понятие энтропии и проблема «тепловой смерти» Вселенной. Последующее развитие термодинамики: химическая термодинамика Дж.У. Гиббса, третье начало термодинамики В. Нернста и элементы термодинамики неравновесных процессов.

 

4.4. Физика тепловых явлений. Кинетическая теория газов и статистическая механика (1850- 1900-е гг.)

Кинетическая теория газов Клаузиуса и Максвелла (и их предшественники). Создание основ статистической механики: распределение Максвелла-Больцмана, от попытки механического обоснования 2-го начала термодинамики к его статистическому обоснованию Больцманом. Кинетическое уравнение Больцмана. Развитие статистической механики Гиббсом. Теория броуновского движения и доказательство реальности существования атомов (А. Эйнштейн, М. Смолуховский). Эргодическая гипотеза и ее развитие в XX в. Статистическая физика.

 

5. Научная революция в физике в первой трети XX в. и ее вершина квантово-релятнвистские теории

 

5. 1. Экспериментальный прорыв в микромир; кризис классической физики; электромагнитно-полевая картина мира

Лавина экспериментальных открытий: рентгеновские лучи, радиоактивность, электрон, эффект П. Зеемана и т.д. Кризис классической физики: проблемы эфирного ветра, распределение энергии излучения в спектре черного тела, статистического обоснования 2-го начала термодинамики и др.; критика классико-механической картины мира. Электронная теория Х.А. Лоренца и электромагнитно-полевая картина мира.

 

5.2. Квантовая теория излучения М. Планка. Световые кванты А. Эйнштейна (1900-е гг.)

Предыстория: понятие абсолютно черного тела, законы теплового излучения (Г. Кирхгоф, И. Стефан, Л. Больцман). Проблема распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела и ее светотехнические истоки. Первые попытки решения проблемы: формулы В.А. Михельсона, В. Вина, Дж. Релея, М. Планка. Квантовая гипотеза Планка; постоянная Планка; планковский закон излучения. Световые кванты Эйнштейна и квантовая теория фотоэффекта. Открытия Эйнштейном корпускулярно-волнового дуализма для света.

 

5.3. Специальная теория относительности (1900-е гг.)

Опыт А. Майкельсона - Э. Морли. Сокращение Фитцджеральда - Лоренца и преобразования Лоренца. Работы Лоренца, А. Пуанкаре и Эйнштейна (1904-1906 гг.) - создание фундамента специальной теории относительности. Завершение теории Эйнштейном: аксиоматика теории, операционально-измерительная и кинематическая трактовки теории, отказ от эфира. Экспериментальное подтверждение теории относительности. Четырехмерная формулировка теории Г. Минковским. Релятивистская перестройка классической физики. Возникновение на основе теории относительности теоретико-инвариантного подхода.

 

5.4. Общая теория относительности. Релятивистская космология. Проекты геометрического полевого синтеза физики (1910- 1920-е гг.)

Положение в теории тяготения на рубеже XIX и XX вв. Принцип эквивалентности Эйнштейна, основанный на релятивистском толковании равенства инертной и гравитационной масс.

Тензорно-геометрическая концепция гравитации. Открытие А. Эйнштейном и Д. Гильбертом общековариантных уравнений гравитационного поля - завершение основ теории. Возникновение релятивистской космологии: от А. Эйнштейна до А.А. Фридмана. Последующее развитие теории и ее экспериментальное подтверждение.

Проекты единых теорий поля, основанные на идее геометризации физических взаимодействий, и их неудачи (теории Г. Вейля, Т. Калуцы - О. Клейна, А. Эйнштейна). Эвристическое значение единых теорий поля.

 

5.5. Квантовая теория атома водорода Н. Бора и ее обобщение (1910- 1920-е гг.)

Сериальные спектры и ранние модели структуры атомов. Открытие Э. Резерфордом ядерного строения атомов. Квантовая теория атома водорода Бора. Принцип соответствия Бора. Квантовые условия Бора - А. Зоммерфельда. Объяснение оптических и рентгеновских спектров атомов. Дополнительное подтверждение теории в опытах Дж. Франка - Густава Герца и О. Штерна В. Герлаха. Попытки объяснения периодической системы элементов. Принцип запрета В. Паули и спин электрона. Трудности «старой квантовой теории». Квантовая теория дисперсии и гипотеза Н. Бора, X. Крамерса и Дж. Слэтера о статистическом характере закона сохранения энергии и импульса.

 

5.6. Квантовая механика (1925- 1930-е гг.)

Квантовая механика в матричной форме (В. Гейзенберг, М. Борн, П. Иордан). Волны вещества Л. де Бройля и волновая механика Э. Шредингера. Экспериментальное подтверждение волновой природы микрочастиц. Развитие операторной формулировки квантовой механики (П. Дирак и др.) и доказательство эквивалентности ее различных форм. Вероятностная интерпретация квантовой механики М. Борном. Принципы неопределенности (Гейзенберг) и дополнительности (Бор) - основа физической интерпретации квантовой механики. Проблема причинности в квантовой механике и дискуссии между Бором и Эйнштейном. Квантовые статистики, симметрия и спин. Важнейшие приложения квантовой механики (в частности, работы советских ученых Я.И. Френкеля, В.А. Фока, Г.А. Гамова, Л.Д. Ландау). Основные центры и научные школы в области квантовой физики.

 

5. 7. Квантовая электродинамика, релятивистская квантовая теория электрона и квантовая теория поля (1927— 1940-е гг.)

Проблема квантования электромагнитного поля до создания квантовой механики (П. Эренфест, П. Дебай, А. Эйнштейн). Квантовая теория излучения П. Дирака. Релятивистские волновые уравнения (Э. Шредингер, О. Клейн, В. А. Фок, В. Гордон.).

Уравнение Дирака для электрона, включающее теорию спина. Дираковские теория «дырок» и открытие позитрона. Общая схема построения квантовой теории поля по В. Гейзенбергу и В. Паули. Соотношение неопределенностей в квантовой электродинамике. Проблема расходимостей и ее решение в конце 40-х гг. (Р. Фейнман и др.). Экспериментальное подтверждение квантовой электродинамики.

 

6. Основные линии развития современной физики (вторая половина XX в.)

 

6. 7. Физика атомного ядра и элементарных частиц (от нейтрона до мезонов). Космические лучи и ускорители заряженных частиц (1930- 1940-е гг.)

1932 г. - решающий стартовый год в развитии физики ядра и элементарных частиц (открытие Дж. Чедвиком нейтрона, гипотеза Д.Д. Иваненко и В. Гейзенберга о протонно-нейтронном строении ядра, первые ядерные реакции с искусственно ускоренными протонами и др.). Космические лучи. Первые ускорители заряженных частиц. Первые теории ядерных сил (И.Е. Тамм, Д.Д. Иваненко, В. Гейзенберг, X. Юкава). Открытие сильных и слабых взаимодействий элементарных частиц. Ядерные модели. Искусственная радиоактивность. Воздействие нейтронов на ядра (Э. Ферми, И. В. Курчатов и др.). Открытие ядерного деления (О. Ган и Ф. Штрассман, Л. Мейтнер и О. Фриш), теория деления Бора - Дж. Уилера и Я. И. Френкеля. Открытие пионов. Принцип автофазировки (В.И. Векслер, Э. Мак-Миллан) и разработка нового поколения циклических ускорителей.

 

6.2. Ядерное оружие и ядерные реакторы. Проблема управляемого термоядерного синтеза

Цепная ядерная реакция деления урана и введение понятия критической массы. Первые инициативы о принятии государственных программ по созданию атомной бомбы (Англия, США, Германия, СССР). Пуск первого ядерного реактора (США, Э. Ферми, 1942). Два основных направления развития государственных ядерных программ: плутониевое - с использованием ядерных реакторов; и урановое - с использованием разделительных установок. Создание атомной промышленности и первых атомных бомб в США (1945) и СССР (1949) (под руководством Р. Оппенгеймера и И. В. Курчатова).

Предыстория освоения термоядерной энергии. Создание термоядерного оружия в США и СССР. Проблема управляемого термоядерного синтеза в Англии, США и СССР. Резкий рост физических исследований, вызванный «ядерной революцией» в военном деле, промышленности и энергетике. Политические, социальные и этические аспекты «ядерной революции» во II половине XX в.

 

6.3. Физика конденсированного состояния и квантовая электроника

Квантовая механика - теоретическая основа физики конденсированного состояния (ФКС) и квантовой электроники (КЭ). Зонная теория. Метод квазичастиц. Магнитно-резонансные явления: электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Исследование полупроводников и открытие транзисторного эффекта. Теории сверхпроводимости и сверхтекучести. Теория фазовых переходов. Гетероструктуры.

Радиоспектроскопические предпосылки квантовой электроники. Создание мазеров и лазеров. ФКС и КЭ - важные источники технических приложений физики второй половины XX в. Воздействие идей и методов ФКС и КЭ на смежные области физики, химию, биологию и медицину. Основные научные центры и школы в области ФКС и КЭ. Отечественный вклад в оба направления (ФКС - школа А.Ф. Иоффе, П.Л. Капица, Л. Д. Ландау, Ж.И. Алферов и др.; КЭ - Н.Г. Басов, A.M. Прохоров и др.).

 

6.4. Физика высоких энергий: на пути к стандартной модели

Развитие физики элементарных частиц и высоких энергий, вызванное успешной реализацией национальных ядерно-оружейных программ (1950-1960-е гг.). Создание больших ускорителей заряженных частиц. Коллайдеры и накопительные кольца. Пузырьковые камеры и другие средства регистрации частиц.

Квантовая теория поля - теоретическая основа физики элементарных частиц. Концепция калибровочного поля и разработка на ее основе квантовой хромодинамики (современного аналога теории сильных взаимодействий) и единой теории электрослабых взаимодействий.

 

6.5. Релятивистские астрофизика и космология

Волна открытий в астрофизике и космологии в 1960-е гг., связанная с развитием радиотелескопов, рентгеновской и гамма-астрономии. Открытие квазаров; реликтового излучения, подтверждающего гипотезу «горячей Вселенной»; пульсаров, отождествленных с нейтронными звездами. Рентгеновские и гамма-телескопы на искусственных спутниках Земли (ИСЗ). Развитие физики черных дыр. Нейтринная астрономия. Инфляционная космология. Проблема гравитационных волн. Проблема скрытой массы. Космологические модели с лямбда-членом в уравнениях Эйнштейна и космический вакуум.

 

Рекомендуемая основная литература

 

1. Дорфман Я. Г. Всемирная история физики (с древнейших времен до конца XVIII в.). М.: Наука, 1974.

2. Дорфман Я. Г. Всемирная история физики (с начала XIX до середины XX вв.). М.: Наука, 1979.~

3. Храмов Ю. А. Физики. Биографический справочник. М.: Наука, 1983.

4. Очерки развития основных физических идей ед. А. Т. Григорьлн, Л. С. Полак. М.: Изд. АН СССР, 1959.

5. Уиттгкер В. Т. История теории эфира и электричества. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001.

6. Физика XIX-XX вв. в общенаучном и социокультурном контекстах. Физика XIX в./Отв. ред. В.П.Визгин, Л.С.Полак. М.: Наука, 1995.

7. Анселъм А.И. Очерки развития физической теории в первой трети XX в М.: Наука, 1986.

8. Глесстон С. Атом. Атомное ядро. Атомная энергия Развитие представлений об атоме и атомной энергии /Ред. Л. А. Арцимович. М : Изд иностр. лит., 1961.

9. Гинзбург В.Л. Какие проблемы физики и астрофизики представляются сейчас особенно важными и интересными''' // В кн.: В. Л Гинзбург. О физике и астрофизике: статьи и выступления. 3-е изд. М.: Бюро Квантум, 1995. С.5-158.

10. Физический Энциклопедический Словарь Гл. ред. А. М. Прохоров. М.: Советская энциклопедия, 1984

.

Дополнительная литература

1. Кирсанов В. С. Научная революция XVII века. М.: Наука, 1987.

2. Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна/Ред. А. А. Логунов. М.: Наука, 1989.

3. Окунь Л Б. Физика элементарных частиц. М.: Haука, 1988.

4. Дунская ИМ Возникновение квантовой электроники. М.: Наука, 1974.

5. Каганов М.И., Френкель В.Я. Вехи истории физики твердого тела. М.: «Знание», 1981.

 

Общий комментарий к структуре программы и
пособия по истории физики.
Визгин В.П.

.

«Граничные условия»

Планируемое пособие по истории физики предназначается для широкого круга аспирантов физических и физико-технических специальностей. По согласованному с «заказчиком» замыслу, оно должно быть небольшим по объему (примерно 20 п.л.), охватывая при этом развитие физики от древности (Пифагор, Архимед и др.) до современности (стандартные модели в физике элементарных частиц и космологии и т.п.) и включая в себя не столько материал о творцах науки, научных институтах и социокультурных и философских аспектах, сколько о научных знаниях, идеях, теориях, экспериментах. Иначе говоря, это должна быть прежде всего «история идей», а не «история людей». Это объясняется тем, что философские и социокультурные стороны науки предполагается изложить в пособии по философии науки.

Пособие предполагается готовить в соответствии с приведенной программой по истории физики. Более того, программа составлена так, что каждый ее раздел (их всего 22) является как бы кратким содержанием соответствующей главы пособия размером около одного печатного листа.

 

Соотношение «древности», «классики» и «современности»

Чаще всего в сравнительно кратких учебниках и курсах истории физики хронологический материал распределен в соответствии со следующей пропорцией: половина его относится к доклассической науке и ньютоновской революции, четверть - к классике XIX в. и четверть - к научной революции первой трети XX в. и последующему развитию [1-3]. Встречается и такое распределение: треть - доклассика, треть - классика, треть - научная революция XX в. и дальнейшее развитие физики [4].

В наших программе и пособии это соотношение существенно сдвинуто в сторону современности. Несколько условно, оно таково: половина материала - это доклассика и классика и другая половина - это квантово-релятивистская революция и развитие физики во второй половине XX в. Более или менее современный курс истории физики не может не включать поразительные достижения XX в., как экспериментальные, так и теоретические, такие, как создание ускорителей, ядерных реакторов, лазеров и т.д., а также квантовой хромодинамики, теории электрослабых взаимодействий, релятивистских астрофизики и космологии и т.д. К тому же о развитии физики в до классический период существует доступная неплохая литература [5-7], а истории физики второй половины XX в. до сих пор уделялось немного внимания. Отметим, впрочем, блестящий, периодически обновляемый аналитический обзор В.А. Гинзбурга [8, 9].

Современная физика до сих пор базируется на теориях относительности (специальной и общей) и квантовой механике, созданных в первой трети XX в. и ставших триумфальным завершением квантово-релятивистской революции. Этой революции посвящена примерно четверть всего материала, хотя по времени она охватывает примерно 30 лет. Четверть материала относится к физике второй половины XX в. Здесь пришлось делать выбор в пользу наиболее фундаментальных достижений. За пределами программы и пособия остались синергетика (ввиду ее междисциплинарности) и некоторые важные приложения физики к технике, механике, биологии, химии и т.д.

 

Не только «история идей»

Все-таки в какой-то мере и в программе, и пособии находят или должны найти определенное отражение люди, институты науки, социальные факторы ее развития и т.п. Особенно это заметно в разделе «Доклассическая физика». В античности мы отмечаем связь научных знаний с натурфилософией Пифагора, Демокрита, Платона, Аристотеля и др., в Средние века - роль мусульманской науки и университетов, в эпоху Возрождения - возрождение культурных ценностей античности и связь гуманистического идеала с познанием природы. В XVII в. особо подчеркивается методологическая проработка научного метода в философских трудах Ф.Бэкона и Р.Декарта, а также возникновение академической формы институциализации естествознания.

В классической науке XIX в. и физике XX в. эти аспекты выражены, казалось бы, не так определенно, но тем не менее и в эти периоды они присутствуют. В начале XIX в., как это видно из программы, на волне Великой французской революции лидерство от академической науки переходит к вузовской, университетской науке (и здесь особо подчеркивается роль Парижской политехнической школы в формировании классической физики). В XX в. открытие ядерного деления урана приводит к возникновению масштабных государственных программ создания ядерного оружия. Физика мощно вторгается в историю общества, что создает новые гигантские стимулы для возникновения «большой науки».

Тем самым, отдавая явное предпочтение интерналистскому подходу, рассматривая историю физики как, прежде всего, «историю идей» (и, добавим, как историю экспериментально-теоретического исследования), мы не избегаем социальных и культурных аспектов этой истории. Не игнорируется при этом и «история людей», творцов физической науки, первооткрывателей новых явлений, искусных экспериментаторов, создателей фундаментальных теорий. Но за рамками и программы, и пособия остаются биографии этих героев.

 

Связь с философией; место в системе естественных наук

Натурфилософские истоки физики в доклассическую эпоху достаточно очевидны, и это отражено в программе. Мы говорили и о «философском обеспечении» науки Нового времени. В дальнейшем взаимодействию физики и философии в программе уделяется значительно меньше внимания, хотя в пособии мы повсюду, где это существенно, постараемся обозначить контуры

этого взаимодействия. Так, позитивизм XIX в. опирался на успехи феноменологического направления в классической физике, а в генезисе квантово-релятивистских идей, с одной стороны, был важен феноменализм Э.Маха, а с другой, - возрождение пифагорейско-платоновской концепции природы и т.п. Проблемы физической интерпретации теорий относительности и особенно квантовой механики, в свою очередь, сильно повлияли на философию XX в. Успехи в разработке единой физической теории и космологии, описанные в двух последних разделах программы, породили настроение близкого конца фундаментальной физики. И в этом пункте нельзя избежать вмешательства философии.

Нет сомнения в том, что в течение XIX в. физика выходит в лидеры естествознания, сохраняя это положение и на протяжении почти всего XX в. Это явным образом в программе не выражено, но в соответствующих местах пособия предполагается подчеркнуть. Астрономия, механика и химия всегда были тесно связаны с физикой и в разные периоды занимали в естествознании ведущее положение. Достаточно вспомнить системы мира Птолемея и Коперника и их роль в развитии физики, а также небесную механику, ставшую образцом для классической теоретической физики. Как говорил А.Пуанкаре, «математическая физика родилась из небесной механики и т.д.» [10, с.233]. Учение о строении вещества, атомистика первоначально формируются в химии. Имена Р.Бойля, М.В.Ломоносова, А.Лавуазье, Ж.Гей-Люссака, Г.Дэви, А.Авогадро, П.Дюлонга и других хорошо известны и в химии, и в физике. Периодическая система элементов, имеющая в атомной и ядерной физике основополагающее значение, была создана выдающимся русским химиком Д.И.Менделеевым. В дальнейшем физика с лихвой возвращает свои долги родственным естественным наукам. На основе общей теории относительности возникают релятивистские астрофизика и космология. Механика сплошной среды физикализируется (например, в нее включается термодинамика). Квантовая механика становится фундаментом теоретической химии. Прецизионные методы физического эксперимента усваиваются экспериментаторами и наблюдателями в астрономии, механике и химии.

 

О физических картинах мира

Нередко встречается точка зрения, что историю науки следует рассматривать как эволюцию соответствующей этой науке картины мира [11]. Такой подход возможен, особенно если это касается таких фундаментальных наук, как астрономия, механика, физика. Своего рода эквивалентами понятия картины мира можно считать понятия парадигмы [12] или глобальной исследовательской программы [13]. Не вдаваясь в вопросы определения этих понятий и предпочтительности одного из них, на хорошо известных примерах из истории физики поясним их смысл.

После Ньютона утверждается классико-механическая картина мира (парадигма, программа), которая редуцирует физический мир к движению частиц по законам классической механики. При этом предполагается, что между частицами действуют квази-ньютоновские силы. Развитие физики, особенно в XIX в., все больше демонстрирует ограниченный или слишком идеализированный характер этой картины мира. На смену ей на короткое время приходит электромагнитно-полевая картина, согласно которой именно электромагнитное поле и неразрывно связанный с ним эфир являются первичной реальностью. Но в процессе квантово-релятивистской революции уже в первом десятилетии XX в. эта картина мира отходит на второй план, уступая место релятивистской и квантовой концепциям, которые только к концу 20-х годов сливаются в единую квантово-релятивистскую картину мира, существенно утрачивающую свою наглядность, «картинность». Поэтому, по-видимому, когда речь идет о физике XX в. предпочтительнее использовать термины парадигма (в духе Т. Куна) или глобальной исследовательской программы (в духе И. Лакатоса).

Но, конечно, реальная история физики не сводится к динамике этих картин (парадигм, программ). Так, классико-механическая картина, вполне сформировавшаяся в конце XVH в., господствовала чуть ли не до начала XX в. И именно в этот период возникла и получила значительное развитие классическая физика, иногда в опоре на эту картину (например, кинетическая теория материи и в значительной степени - статистическая механика), иногда вопреки ей (термодинамика, электродинамика и т.д.). Основы квантово-релятивистской картины мира (соответственно, квантово-релятивистской парадигмы и т.д.) были заложены в первой трети XX в. В последующие десятилетия, вплоть до настоящего времени, физика развивалась весьма быстро и мощно. Физика атомного ядра и элементарных частиц, физика конденсированного состояния, квантовая электроника, физика плазмы, астрофизика и космология - лавина блестящих экспериментальных и теоретических достижений. И все это - в рамках одной и той же, квантово-релятивистской, картины мира. Таким образом, картины мира (парадигмы и т.п.) - это методологические идеализации, не охватывающие многие важные аспекты научного развития, в частности прикладные сферы или математические методы и структуры. Поэтому, обращая внимание на эволюцию господствующих картин мира (парадигм, глобальных программ), мы ни в кой мере не пытаемся ограничиться этим и подменить ею историю физических знаний, законов, экспериментов, теорий.

 

Фундаментальная роль математики

Математика с античных времен служила мощным ресурсом теоретизации физического знания. В античных теоретических построениях использовались теории пропорций и правильных многогранников и евклидова геометрия, ставшая основной математической структурой физики вплоть до XVII в. Затем, вместе с классической механикой в физику внедряется математический анализ, который в XIX в. выходит далеко за рамки механики. Уже в классической механике оформляется концепция динамического закона, содержащего в форме обыкновенных дифференциальных уравнений все возможные движения исследуемых систем. В физике (учениях о теплоте, свете, электричестве, магнетизме) интенсивная математизация приводит к формированию классических теорий, в которых концепция динамического закона расширяется до класса уравнений с частными производными 2-го порядка (уравнения Лапласа, Пуассона, Фурье, волновые уравнения, уравнения Максвелла и т.д.). С математической точки зрения, классические физические теории стали мыслиться как теории уравнений с частными производными 2-го порядка.

На примере истории аналитической механики видно, как вслед за обыкновенными дифференциальными уравнениями к механике подключилось множество и других математических теорий и структур: вариационное исчисление, теория уравнений с частными производными 1-го порядка, многомерные дифференциальные риманова и симплектическая геометрии и т.д. [14].

Аналогичный процесс происходит и в физике, точнее математической физике, занимающейся исследованием математических структур физики и являющейся «физическим аналогом» аналитической механики. В частности, в XIX в. выясняется, что чуть ли не все фундаментальные уравнения физики (Максвелла, Эйнштейна, Шредингера, Клейна-Фока, Дирака и др.) выводимы из вариационного принципа Гамильтона.

Отношение к математике как лишь вычислительному средству, только как некоторому формальному языку, специально приспособленному для вычислений, на наш взгляд, ошибочно. В действительности, уравнения теорий являются их квинтэссенцией. Г.Герц говорил: «Теория Максвелла - это уравнения Максвелла» [15, с.23]. А Л.И.Мандельштам полагал, что всякая физическая теория состоит из двух дополняющих друг друга частей: физической интерпретации величин, фигурирующих в теории, и дифференциальных уравнений, связывающих эти величины в единую математическую структуру (уравнения Ньютона, уравнения Максвелла, уравнения Эйнштейна-Гильберта, уравнения Шредингера, уравнения Дирака и т.д.). «Без первой части, - говорил Мандельштам, - теория иллюзорна, пуста. Без второй части вообще нет теории» [16, с.326-327]. Активная, иногда опережающая роль математического конструирования физических теорий подчеркнута и в словах Р.Фейнмана: « Угадывание уравнения – по-видимому очень хороший способ открывать новые законы» [17, с.57].

Поэтому в планируемом пособии математическим структурам физических теорий, основным дифференциальным уравнениям движения и полей, геометрии пространства и времени предполагается, насколько это возможно, уделить особое внимание.

 

Физика и техника

В самом простом варианте взаимодействие науки и техники может быть охарактеризовано замечанием выдающегося физика и инженера П.Л.Капицы: «Только при живом и здоровом единении науки и техники они помогают друг другу: наука открывает перед техникой новые возможности, за которые она без понуждения ухватывается. При росте техники наука со своей стороны не только обогащается новыми техническими возможностями, но ее тематика расширяется и становится более целеустремленной» [18, с. 118-119]. Такого рода взаимосвязи прослежены, например, в книге Дж Бернала, а именно в таблице 8 [19, с.694-695], с античных времен до середины XX в.

Более тонкие аспекты этого взаимодействия рассмотрены в ряде работ (см., например, [20]).

«Наиболее реалистической и исторически обоснованной точкой зрения, - говорится в упомянутой книге, - является та, которая утверждает что вплоть до конца XIX в. регулярного применения научных знаний в технической практике не было, но это характерно для технических наук сегодня» [20, с.330]. Взаимосвязанные процессы «сциентизации техники» и «технизации науки», особенно ярко выраженные во 2-ой половине XX в. при переходе к «большой науке» («big science»), конечно, имели свои истоки и в более ранние периоды. Эти истоки предполагается хотя бы кратко затронуть в планируемом пособии.

В разделах же, посвященных «ядерной революции», физике конденсированного состояния и квантовой электронике, взаимодействие физики и техники должно быть одной из центральных тем.

 

Проблема российского вклада

Хотя планируемое пособие является курсом мировой, или всемирной, истории физики, мы считаем необходимым, имея в виду русскоязычного читателя, особо отмечать достижения российской науки, наиболее крупные отечественные научные школы и т.п. При этом, мы надеемся избежать «перекосов» как в смысле преувеличения российских достижений (в духе известного анекдота о том, что «Россия - родина слонов»), так и в плане недооценки их

Славные имена М.В.Ломоносова, Г.Рихмана, В.В.Петрова, Н.И.Лобачевского, М.В.Остроградского, Э.Х.Ленца, Д.И.Менделеева, А.Г.Столетова, Н.А.Умова, П.Н.Лебедева и др., советских ученых Л.И.Мандельштама, А. Ф. Иоффе, Д.С.Рождественского, А.А.Фридмана, Я.И.Френкеля, В А.Фока, И.Е.Тамма, П.Л.Капицы, Л Д.Ландау, И.В Курчатова и др. фигурируют в программе и, несомненно, должны присутствовать и в пособии.

Вместе с тем, следует иметь в виду, что Россия к европейской науке присоединяется лишь в XVIII в., что, несмотря на отдельные блистательные имена и достижения, в целом российская физика была достаточно провинциальной вплоть до 1930-х гг., когда она приблизилась к уровню передовых научных держав. В послевоенный период, особенно в 1950-е-19бО-е гг. отечественная физика становится по своим достижениям и широте исследовательского фронта вполне сравнима с физикой лидирующей научной державы, физикой США, Этот взлет во многом был порожден необходимостью создания ядерного оружия и другими большими наукоемкими проектами.

 

Литература

1. Дорфман Я. Г. Всемирная история физики (с древнейших времен до конца XVIII в ) М Hayка, 1974, 352 с

2. Дорфман Я. Г. Всемирная история физики (с начала XIX в до середины XX в) М Наука, 1979, 317 с

3. Hund F Geschichte der physikahschen Begnffe Teil 1. Manheim etc В I Wissenschaflsverl 1978, 221 S.Teil 2, 1978,2338

4. Кудрявцев П. С. Курс истории физики М Просвещение 1982,488с

5. Рожанский И. Д. Развитие естествознания в эпоху античности М Наука 1979,486с

6. Гайденко В. П., Г. А. Смирнов Западноевропейская наука в средние века М Наука 1989,352с

7. Кирсанов В. С. Научная революция XVII века М Наука, 1987, 343 с

8. Гинзбург В. Л. О физике и астрофизике М Бюро Квантум, 1995, 512 с

9. Гинзбург В. Л. О науке, о себе и о других М Физматлит, 2001, 496 с

10. Пуанкаре А. Ценность науки // А Пуанкаре О науке М Наука, 1983, с 153-282

11. Еремеева А И, Цицин Ф.А. История астрономии М Изд. МГУ, 1989, 349 с

12. Кун Т Структура научных революций М Прогресс, 1977, 288 с

13. Визгин В. П. Математика в квантово-релятивистской революции//Физика XIX XX вв в обще научном и социокультурном контекстах Физика XX в М Янус К, 1997, с 7-30

14. Визгин В. П. Между механикой и математикой аналитическая механика как фактор развития математики (XIX в ) // Исследования по истории физики и механики 1986 М Наука, 1986, с 49-62

15. Hertz H Untersuchungen ueber die Ausbreitung der elektnschen Kraft Leipzig I A Barth 1892

16. Мандельштам Л.И. Лекции по основам квантовой механики (теория косвенных измерений) (1939) // Мандельштам Л.И Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике М Наука, 1972, с 325-388

17. Фейнман Р Характер физических законов М Мир, 1969, 232 с

18. Капица П. Л. Единение науки и техники // П Л Капица. Научные труды Наука и современное общество М Наука, 1998, с 118-122

19. Бернал Дж. Наука в истории общества М Изд. Иностр. лит, 1956,736с

20. Степин В. С., Горохов В. .Г, Розов М. А. Философия науки и техники М Гардарика, 1996,400с

 

 

 

Физические знания в Античности.
Баюк Д.А. , Кирсанов В. С.

 

Эволюция представлений о природе и её первоначалах у досократиков.

Возникновению физики как науки о природе предшествовало выведение природы в сознании людей из области чистого божественного произвола. В ней должно было существовать нечто, позволяющее увидеть за одиночными явлениями единое целое и открывающее это единство человеческому рассудку. В истории человеческой мысли первая известная нам попытка такого рода была сделана в Древней Греции. В качестве начал, позволяющих понять природу, в разных философских системах выступили: законы, первоматерия, число и движение (либо его иллюзорность).

 

Законы

 

Наличие законов как основного источника регулярности природных явлений, не происходящих, следовательно, хаотично в силу абсолютной случайности или произвола богов, делает природу упорядоченной, превращая ее из хаоса в космос (κόσμος), что в переводе с древнегреческого означает «красота» или «порядок». Иначе говоря, законы, которым подчиняются природные явления, упорядочивают и украшают природу.

Вероятно, первым законом природы, осознанным именно как закон, была теорема Пифагора, утверждающая равенство квадрата гипотенузы и суммы квадратов катетов для прямоугольного треугольника. Согласно легенде, Пифагор был так обрадован открытием, что велел принести в жертву просветившим его богам сто быков (есть и другие источники, утверждающие, что Пифагор принес эту жертву, когда обнаружил несоизмеримость стороны квадрата и его диагонали). Примечательно, что для него это был экспериментальный факт, относящийся скорее к физике, чем к математике. О существовании «магических» троек чисел, связывающих между собой длины гипотенузы и двух катетов, было известно задолго до него, в Вавилоне и Древнем Египте. Но там эти «тайны природы» не понимались как «законы».

К веку Пифагора, т.е. к VI веку до н. э. относятся первые известные нам попытки рационально объяснять явления природы. К этому времени греки уже достигли высокого уровня в искусстве вычислений для практических целей (т.н. логистике) и строительной технике - примером тому может служить километровый туннель, прорытый на острове Самос по приказу тирана Поликрата. Как было доказано археологами уже в XIX веке, туннель проходили с двух сторон, и хотя строителям не удалось свести две половины в точности в одном месте, геодезические измерения были достаточно точными, чтобы в конце концов соединить их небольшой перемычкой. Но как это ни покажется странным, идея закона возникает не в логистике и не в технике, а в мифологии. Как почти во всякой системе мифов, в древнегреческой мифологии важнейшее место занимали проблемы происхождения и устройства мира. И если в ранних примитивных мифах воля богов ничем не ограничивается, то в более поздних - им на каждом шагу противостоит рок, некая не персонифицированная и неразумная сила, за которой угадывается сама природа вещей. Стремление преобразовать мифологические представления в схемы, где уже не боги и не их божественная воля являются служат объяснением всего происходящего в мире, а некие причины, не зависящие от воли богов, приводят к возникновению ранней греческой науки о природе – φθσιχός λόγος.

Пифагорейская школа была не единственной, где возникло представление о законе природы. Вторая, не менее знаменитая - милетская, названная так по названию города Милет, расположенного в Анатолии на берегу Средиземного моря, недалеко от современного турецкого города Секе, где жило большинство ее представителей. Обе школы так или иначе рассматривали законы, в соответствии с которыми возник космос и которым он продолжает подчиняться.

Основатель милетской школы Фалес (согласно Геродоту родившийся в 624 г. до н. э.) часто рассматривается в качестве прародителя теоретического мышления - в равной мере научного и философского - так же как и Пифагор (родившийся около 580 г. до н. э.). Вторичные источники доносят до нас только две или три фразы, принадлежащие ему самому, и многие исследователи склонны видеть в нем лишь человека, давшего первый толчок греческой теоретической мысли, передав ей аналогичные попытки более древних цивилизаций, о теориях которых нам просто ничего не известно. Легенда приписывает Фалесу предсказание солнечного затмения 586 г. до н. э., а также доказательство теоремы о равенстве углов в основании равнобедренного треугольника. Он считал, что все в нашем мире произошло из воды, и сама Земля плавает в воде подобно куску дерева. Для него характерны анимистические представления («все полно богов»), по-видимому весьма распространенные в его время. Но подлинной главой милетской школы стал Анаксимандр (610-546/545 до н. э.), развивший попытку Фалеса найти в природе универсальный материальный субстрат, из которого построены все тела.

 

Материя

 

Идея материального начала (άρχή), из которого рождается все сущее, у Анаксимандра теряет присущую космологии Фалеса конкретность. Он придерживался взгляда, что в основании всего сущего лежит апейрон, некое бесформенное и беспредельное начало, из которого мир возникает в результате борьбы противоположных качеств - теплого и холодного. Развитие мира - периодически повторяющийся процесс: через определенные промежутки времени мир снова поглощается беспредельным началом. У Анаксимандра мы встречаемся с зачатками эволюционной модели: жизнь зародилась во влажном иле, первоначально покрывавшем всю землю; затем некоторые животные вышли на сушу, среди них были рыбообразные существа, которые и дали начало людям.

Согласно космогонии Анаксимандра, в недрах беспредельного начала возникает зародыш будущего мира - влажное и холодное ядро, окруженное огненной оболочкой. Ядро постепенно высыхает, пары раздувают оболочку, которая лопается, распадаясь на ряд колец. В центре мира происходит образование плотной Земли, которая имеет форму цилиндра; от огненных колец ее отделяют темные воздушные цилиндрические экраны (трубки); светящиеся отверстия в этих трубках кажутся нам звездами. Среди этих звезд находятся также и Луна и Солнце. Анаксимандр приводит некоторые данные, говорящие нам об относительных размерах вселенной: цилиндр, представляющий Землю, имеет образующую, в три раза меньшую диаметра его основания, а расстояния до звезд, Луны и Солнца от центра мира равны соответственно 9,18 и 27 диаметрам основания земного цилиндра. Откуда он это взял, остается неизвестным.

Кроме того, у Анаксимандра впервые в явном виде появляется тезис о сферической форме космоса. Из этой посылки извлекается важный тезис о покое Земли в центре сферы, доказываемый на основании соображений симметрии: Земля покоится, потому что у нее нет оснований предпочесть какое-то одно направление по сравнению со всеми другими. На это воззрение спустя два века особое внимание обратил Аристотель: по мнению Анаксимандра, писал он в своем трактате «О небе», «тому, что помещено в центре и равно удалено от всех крайних точек, ничуть не более надлежит двигаться вверх, нежели вниз, или же в боковые стороны. Но одновременно двигаться в противоположных направлениях невозможно, поэтому оно вообще должно покоиться». Комментатор Аристотеля VI века н.э. Симпликий приписывает Анаксимандру еще более радикальный взгляд - о бесконечности Вселенной.

Вдобавок ко всему перечисленному легенда приписывает Анаксимандру создание первой географической карты Земли (в ней вся известная грекам обитаемая земля распадалась на две равные части - Европу и Азию), а также - изобретение плоских солнечных часов (гномона).

Третий представитель милетской школы, Анаксимен (даты жизни неизвестны, но расцвет его творчества приходится примерно на 545 до н. э.) жил немногим позже Анаксимандра и мог быть его учеником. Материальной первопричиной мира он считал воздух. Все материальные тела образуются из него в результате сгущения или разрежения, причем, в отличие от современных представлений, разрежение у него сопровождается нагреванием, а сгущение - охлаждением. Воздух находится в непрерывном движении, ибо иначе материальные вещи не могли бы возникать Таким образом, Анаксимен первым придумал конкретный физический механизм возникновения материи из первовещества. О происхождении же самой Вселенной Анаксимен высказывается довольно туманно. Землю он считает плоской, неподвижно висящей в воздухе. Земная твердь возникла первой, потом моря и облака. Еще позже появились небесные светила, образовавшись из поднимающихся вверх земных испарений. Поднимаясь, они должны разрежаться и, нагреваясь, приобретать огненную природу. Неподвижные звезды вбиты, как гвозди, в твердый небосвод, а Солнце и Луна плавают в воздухе подобно огненным листьям. Северная часть Земли приподнята, и Солнце не скрывается ночью под Землю, а, проходя параллельно горизонту, прячется за ее северной частью. Таковы воззрения первых представителей милетской школы относительно возникновения мира и его структуры. Их можно было бы с некоторой натяжкой назвать материалистическими: мир изготавливается из какого-то одного материала - первовещества. В противоположность ей, также с некоторой натяжкой, взгляды представителей пифагорейской школы можно было бы назвать идеалистическими: в основе всего они видели число.

 

Число

 

Пифагор - фигура еще более легендарная чем Фалес. Сохранилось несколько его жизнеописаний, плохо стыкующихся друг с другом и вызывающих большие сомнения. Свою школу он основал уже в зрелом возрасте, когда поселился в южно-италийском городе Кротоне. Это сообщество пифагорейцев заслуживало название школы в гораздо большей степени, чем милетская школа. У него даже были некоторые черты религиозного братства, да и взгляды его членов были в значительной степени более мистическими, чем взгляды милетцев (в частности пифагорейцы верили в существование души и ее бессмертие).

Суть пифагорейского учения выражается максимой «все есть число». В этом утверждении содержался глубокий мистический смысл, так как числа представляли собой скрытую от непосвященных первооснову мира в той же мере, в какой для милетцев ею была вода, воздух или неопределенный «апейрон». При этом некоторые числа были «лучше», а некоторые «хуже». А единица и вовсе числом почти и не была, она отождествлялась в их космологии с мужским началом, которое, соединяясь с женским началом, или пустотой, или нулем, рождала многое, в частности космос: «Огненная единица росла подобно клетке в питательной среде; она вдыхала прилегавшее к ней беспредельное, ограничивая его и оформляя. Вытягиваясь в длину, а затем в ширину и в высоту, она породила двойку, тройку, а затем и четверку. Все дальнейшее есть процесс последовательного образования Космоса числами» [3, с.48].

Отрезок натурального ряда от 1 до 4 образовывал пифагорейскую тетраду, также обладавшую божественными свойствами. В частности, тетраде подчинялся закон гармонии, и музыкальные интервалы могли быть благозвучны, только если «звучащие тела» (т. е. их объем, вес и т. п.) находились в отношении чисел тетрады: 1:2 (интервал октавы), 2:3 (интервал квинты) или 3:4 (интервал кварты). Этому закону подчинялись и все прочие явления природы - тем более гармоничные, чем точнее соответствовали отношениям тетрады.

 

Движение

 

Совершенно новый этап в истории древнегреческой мысли обозначили Гераклит, Эмпедокл и Парменид. Их стала интересовать не только проблема порядка, то есть космоса, и начала бытия, то есть его первопричины, но и смысл движения и его возможность. Гераклит (ок. 540-ок. 480) родился в Эфесе, расположенном на том же Ионийском полуострове, что и Милет, и был близок милетской философской школе и по времени, и по умонастроениям. Его резкая критика была направлена на представителей всех прочих течений от Гомера и Гесиода до пифагорейцев. Последних он осуждал за «многознание» и отсутствие интереса к конкретным задачам. Впрочем, это ему самому не мешало заниматься проблемами отнюдь не частного характера. Так, он считал, что «единственная мудрость - познать замысел, управляющий всем посредством всего». Материальной первоосновой всего сущего он считал огонь, и в этом также был близок традициям милетской школы. Так же как и Анаксимандр он считал мир конечным в пространстве, но бесконечным во времени, хотя и совершающим следующие друг за другом циклы гибели и возрождения. Причем он даже рассчитал продолжительность такого цикла: исходя из того, что возраст одного поколения 30 лет и что каждое поколение представляет собой космические сутки, он положил длительность космического года равной 365 раз по 30, то есть 18 тысяч лет.

В силу этого мироздание по Гераклиту не является тварным: «Этот мировой порядок (космос) один и тот же для всех, его не создал никто из богов и людей, но он всегда был, есть и будет вечно живым огнем, мерами вспыхивающим и мерами погасающим». Нам не известны высказывания Гераклита о форме и положении Земли, однако мы знаем, что он считал небесные тела продуктом земных испарений; это - светлые и чистые испарения, которые скапливаются в круглых вместилищах и превращаются в огонь. Темные и влажные испарения являются причиной дождя и других подобных явлений.

Тем не менее главным проявлением единства мира для него было не в общности материального субстрата всех тел, а в их всеобщей изменчивости, их свойстве пребывать в вечном движении. При этом он прекрасно понимал, что двигаться это не значит попеременно покоиться в различных местах или состояниях. Движущееся движется в любой момент своего существования. Знамениты его метафоры, с помощью которых он пытался выразить эту идею: «все течет», «в одну и ту же реку нельзя войти дважды». Сущность такой непрерывной изменчивости Гераклит видел в тождестве противоположностей: «Одно и тоже - жизнь и смерть, бдение и сон, юность и старость (то есть все противоположности), ибо первое переходит во второе, а второе в свою очередь в первое»; «путь прямой и извилистый - одно и то же»; «благо и зло одно и то же». Тождество противоположностей подразумевает, что тело одновременно находится в двух противоположных состояниях. Оно одновременно и холодное, и горячее, или оно одновременно находится здесь и не здесь.

Кроме тождественности противоположностям свойственно внутреннее напряжение, вражда, которые рождают движение и гармонию: «Война - родоначальница и владычица всего»; «Противодействие сближает. Из противоположностей образуется совершенная гармония. Все возникает благодаря вражде»; «Люди должны знать, что война - повсеместна и что правда - вражда, ибо все возникает и уничтожается благодаря вражде». Гераклит был последователен в своем учении: тождественность и враждебность также противоположны и следовательно тождественны.

В значительно большей степени, чем его предшественники Гераклит указывал на неотвратимость законов природы и их независимость от любой воли в том числе божественной. Боги практически никак не способны повлиять на течение жизни: «Существующий мировой порядок, одинаковый для всего не создан ни богами, ни людьми»; «Рок тяготеет надо всем».

Непримиримым оппонентом Гераклита был Парменид (род. ок. 515 до н.э.), уроженец еще одной греческой окраины - Элей, - расположенной на юге Италийского полуострова. Если Гераклит видел в движении основное свойство природы, то Парменид считал его иллюзией, а саму природу пребывающей в вечном неизменном покое. Свое учение Парменид изложил в поэме «О природе». После короткого вступления, описывающего встречу героя с богиней, следуют две части поэмы «Путь истины» и «Путь мнения», в которых богиня рассказывает герою сначала, что мир на самом деле неизменен, а затем, как он представляется меняющимся в иллюзиях смертных.

Парменидова онтология до сих пор ставит в тупик исследователей: с одной стороны, провозглашенные им принципы кажутся бесспорными, а с другой довольно трудно принять существующий видимый мир за иллюзию. Тем не менее значение ее огромно, поскольку именно программа Парменида сыграла кардинальную роль в становлении теоретического мышления вообще и, представлении о физической теории в особенности. Одним из самых распространенных толкований деления поэмы на части и противопоставления их трактуется как различение математики и физики. Математика достоверна и неизменна, так как она выводится путем рассуждения из очевидных и бесспорных принципов, которые остаются таковыми всегда. Поэтому «путь истины» следует понимать как «путь рассуждения». Ему противостоит «путь догадок», или гипотез, присущий физике, раскрывающей истину через выдвижение гипотез и их проверку. Такой взгляд отчасти был близок Платону, утверждавшему устами Тимея в одном из своих диалогов, что «для начала должно — разграничить вот какие две вещи: что есть вечное, не имеющее возникновения бытие и что есть вечно возникающее, но никогда не сущее. То, что постигается с помощью размышления и рассуждения, очевидно, и есть вечно тождественное бытие; а то, что подвластно мнению и неразумному ощущению, возникает и гибнет, но никогда не существует на самом деле».

Эту платоновскую точку зрения, однако, естественнее объяснить как противопоставление теории и наблюдения. Парменидову программу познания в таком случае можно интерпретировать как познание неизменного: например законов природы, которые тождественны себе и не подвержены изменениям. Задача познания природы, тем самым, сводится к тому, чтобы исследовать ее неизменные законы, скрытые за текучими и мимолетными явлениями. Более того, сами законы должны устанавливать связи между инвариантами, то есть неменяющимися величинами. В таком качестве выступают почти все характерные физические параметры: масса, энергия, импульс, заряд и т. п. Познавать меняющуюся действительность в соответствии с такой точкой зрения означает показывать кажущийся характер изменения и подлинность неизменности.

Наконец, очевидную парадоксальность вывода Парменида об иллюзорности любых изменений удалось уже в античную эпоху разрешить при помощи одной единственной поправки к его схеме: из нее был исключен принцип единства бытия; вместо этого признавалось существование множества первооснов, обладающих свойствами истинного бытия Парменида. Тогда, взаимодействие различных первооснов друг с другом определяет все многообразие вещей, их изменение и движение, возникновение и гибель. При этом каждая из них неизменна и неделима, откуда и название - атомы. Атомистические взгляды в эпоху античности развивали Левкипп и Демокрит, но некоторые предварительные соображения были высказаны Анаксагором и Эмпедоклом. Хотя у двух последних мыслителей мы не находим идею атома как таковую, их космология предваряет атомизм, так как в ней, во-первых, вводится множественность первоначал, а, во-вторых, появляется понятие пустоты.

 

Античные атомисты

 

По своему значению для последующего развития науки возникновение атомизма можно сравнить только с парменидовской идеей о существовании истинного неизменного мира, скрытого за завесой явлений, познанием которого и должна заниматься наука. Следует иметь ввиду, что атомы стали объектом философии в силу исключительно метафизических причин и никаких экспериментальных обоснований атомизма не существовало на протяжении по крайней мере двух тысячелетий, после его возникновения. Атом обладает двумя основными свойствами - неделимость и неизменность; кроме того, центральным свойством атомизма является признание пустоты, то есть, по определению Аристотеля, - «протяженности, лишенной свойств». Атомистическая программа заключается, следовательно, в объяснении наблюдаемых изменений посредством движения неизменных атомов в не обладающей свойствами, а следовательно так же неизменной пустоте. Нет сомнений, что это очень амбициозная научная программа, предлагающая весьма эффективную объяснительную схему, которая тем не менее в истории физики неоднократно переживала глубокий кризис.

 

Атомы

 

По сравнению со всеми перечисленными в предыдущем разделе теоретическими посылками древнегреческой науки атомы отличаются своим дополнительным метафизическим характером. У этой идеи не было никакого не только экспериментального, но даже зрительного образа. Число, движение, даже закон так или иначе распознаются в окружающих предметах. Атом выделить в них невозможно.

Атомы древних греков не имеют ничего общего с тем, что обозначается этим словом сегодня. Они стали своего рода решением парменидовского парадокса бытия и движения. Если бытие единственно, а небытие существовать не может, то движения нет. Таков главный вывод поэмы Парменида, и с ним в рамках древнегреческого мышления было очень сложно спорить. Поэтому атомизм принял два радикальных допущения: 1.) бытие неединственно и 2.) небытие существует. При этом к каждому отдельному экземпляру бытия применима логика Парменида, поэтому оно неизменно, - в частности, неделимо. За пределами их находится небытие, или пустота (вакуум). Оно не обладает никакими свойствами, за исключением протяженности. Именно благодаря этому атомы могут изменять свое положение относительно друг друга, то есть бытие может вторгаться в небытие, из-за чего и возникает движение.

Отличие этих представлений от тех, что подразумеваются современной физикой, - очевидно. В современной физике атомом называют довольно сложную конструкцию многочисленных полей и частиц, способную как изменять свое состояние (например, переходить из одного состояния в другое), так и делиться (испуская электроны или распадаясь на другие атомы). Современный вакуум также мало похож на своего античного «однофамильца», обладая многочисленными свойствами и даже энергией. В нем могут рождаться пары частиц. Наконец, в нем присутствуют поля излучения, изменяющие его свойства, но не являющиеся атомами.

Согласно античным атомистам, именно сочетания различных атомов порождают материальные тела и разнообразие форм бытия. Для иллюстрации этого положения они часто пользовались аналогией с буквами. Например, буквы N и Z отличаются только положением, «уха» и «муха» отличают добавление одного нового «атома». Отсюда видно, что результат смешения атомов понимался ими вовсе не как простая механическая смесь. Эта их идея оказалась на редкость плодотворной, ее развивали многие мыслители как в античности, так и в более позднее время.

 

Левкипп и Демокрит

 

Судя по всему, Левкипп был приблизительно современником Анаксагора. Практически невозможно установить хронологическую последовательность и идейную зависимость сочинений этих трех мыслителей. В силу особенности своей биографии Левкипп связал несколько философских традиций Древней Греции. Как принято сейчас считать, он родился в Милете в V в. до н. э., то есть еще при жизни если не Анаксимена, то крайней мере Анаксагора. Тем самым он был близок милетской школе. Затем он предпринял путешествие в Элею, чтобы учится у Зенона Элейского, бывшего в свою очередь учеником Парменида. После этого он перебрался в Абдеры, родной город Демокрита. Есть также некоторые довольно смутные указания на то, что Левкипп испытал определенное влияние восточных мистиков, также учивших о пустоте, атомах и мистике букв.

Демокрит (ок. 460—360 до н.э.) был немного младше Левкиппа и, вероятно, ходил у последнего в учениках. Фракийский город Абдера, где он проводился, был расположен на берегу Эгейского моря в устье реки Нестос. По свидетельству Диогена Лаэртия Демокрит был отпрыском богатого рода, что позволяло ему много путешествовать, и за свою долгую жизнь он написал 73 трактата, от которых до нас дошли лишь разрозненные фрагменты, преимущественно касающиеся этики. Видимо, он существенно развил атомизм своего предшественника, ибо Аристотель, отдавая приоритет Левкиппу, оппонирует чаще Демокриту.

С Левкилпом в древнегреческой физике появляются понятия, до того никогда не обсуждавшиеся, хотя, возможно, в целом и не новые: абсолютно пустое пространство, абсолютно плотный атом и механическая причинность. Атом по Левкиппу неделим как в силу своей беспредельной плотности, так и в силу минимальности своего размера. Отсюда, в частности, следует и то, что меньший размер невозможен и в пустом пространстве. Поскольку атомы не могут различаться ни размером, ни плотностью, единственное, что им остается, — это форма, или «вид».

Соединения и разъединения атомов в различных комбинациях образуют причину всех изменений. Следствие, таким образом, всегда следует за причиной, и никогда не предшествует ей. То есть причиной не может быть достижение какой-либо цели. Иначе говоря, механицизм Левкиппа исключает телеологию.

Демокриту несколько преобразовал атомистическую теорию своего учителя. Но центральный момент в ней остался прежним: атомы принципиально различались между собой своим видом, поэтому основное сочинение Демокрита об атомах называется «Об идеях». Слово «идея» происходит от греческого глагола ίδευ, то есть «видеть». Это обстоятельство вместе с сохраненной у Демокрита буквенной аналогией не позволяет однозначно толковать его атомизм как теорию материи, равно как и всю его философию как однозначно материалистическую. Но этот вопрос выходит за рамки настоящего пособия.

О демокритовском, а преимущественно даже эпикурейском атомизме мы знаем из поэмы древнеримского поэта Тиха Лукреция Кара, жившего в I веке до н.э. Несмотря на определенные сходства и очевидную преемственность, демокритовский атомизм имеет некоторые существенные отличия от левкипповского. Так, он снимает ограничения на размер. По свидетельству Лукреция атом у Демокрита мог быть так же велик как и весь мир. Значит, неделимость уже не могла быть следствием малости, для нее требовалась другое обоснование. Им могло служить бесконечная твердость атома, вызванная отсутствием в нем пустот. Во-вторых, деление атома разрушало его самоидентичность: он менял свой вид, и потому переставал существовать. А так как он считается неизменным и вечным, то это невозможно. Тем не менее Демокрит считал такую процедуру осуществимой в потенции: он ввел представление об aмерах, лишенных размера, из которых состоит атом. Амер можно себе представить как грань атома или точку его поверхности. Он не может быть выделен из атома в реальности, но может быть обнаружен в нем умозрительно. (Впрочем, говоря об амерах, Лукреций не совсем ясен: возможно они появились ужe только у Эпикура.)

Демокрит особым образом останавливается на понятии пространства, и его можно считать первым теоретиком, попытавшимся дать соответствующее определение: пространство - это «не имеющее реальности», которое тем не менее подлинно существует. Абсолютность реальности и существования в мире до сих пор не подвергалась сомнению. Богиня в поэме Парменида однозначно заявляет: «Ибо то, чего нет, нельзя ни познать (не удастся), / Ни изъяснить / Ибо мыслить - то же, что быть » Только Гераклит пытался объединить бытие и небытие, утверждая: «Одно и то же - жизнь и смерть, бдение и сон ». Демокрит продолжает линию Гераклит на релятивизацию бытия и небытия: и то, и другое лишь относительны.

Наконец, Демокрит дополняет рационалистические доводы Левкиппа в пользу атомизма своими эмпирическими. Естественно, говорить тогда ни об опытной проверке гипотезы атомов ни даже о каких-то экспериментальных косвенных доводах было невозможно. Впервые поставить вопрос таким образом стало возможно только в XVI веке, да и то выводы приходилось делать преимущественно на основании метафизических посылок (об это будет говориться в соответствующем разделе). Аристотель приводит четыре аргумента в пользу существования пустого пространства, даваемых атомистами: 1) движение требует пустого пространства, так как то, что полно, не может содержать ничего другого; 2) разрежение и сгущение возможны только при существовании в телах пустых промежутков; 3) рост возможен лишь при проникновении пищи в пустые места тела; 4) сосуд, наполненный пеплом, может принять в себя столько же воды, как и пустой. Первые три чисто метафизические аргумента были выдвинуты Левкиппом. Последний аргумент, принципиально отличающийся от трех предыдущих, был добавлен Демокритом. Он кажется эмпирическим: действительно, пепел очень рыхл и способен впитать в себя очень много воды. Конечно, имеющиеся в нем поры не имеют никакого отношения ни к пустоте, ни к атомам, но само направление мысли на прямую экспериментальную проверку очень показательно.

Атомизм, как метафизика множественности бытия на микроскопическом уровне, порождает множественность миров и в космологии. Атомисты считали пустое пространство бесконечным и не ограниченным в существовании во времени. Атомы, двигаясь хаотично и произвольно, закручиваются в вихри. Внутри такого вихря возникает сила тяжести, направленная к его центру, и упорядоченность, подобная той, какую создает веялка. В последнем рассуждении у них перед глазами опять же стоял простой зрительный образ: сельскохозяйственное орудие, применявшее для разделения различных злаков принцип центрифуги. Оно позволяет сортировать зерна разных весов. Точно также и в космическом вихре атомы разных сортов собираются по отдельности, образуя различные тела. Таких вихрей всегда много. В любой момент они образуются и разрушаются, и вместе с ними образуются и разрушаются миры.

 

Эпикур

 

В каком-то смысле Эпикур (341-270 до н.э.) наиболее известен среди атомистов, хотя эта его известность относится не к физике, а, скорее, к гедонистической этике. Своим знакомством с учением Демокрита он обязан ученичеству у Навсифана, ученика Демокрита.

У Эпикура демокритов атомизм был несколько модифицирован. Во-первых, пространство у него анизотропно: в нем есть выделенное направление, определяющее верх и низ. Вследствие этого у атомов имеется естественное движение - сверху вниз. Это значит, что атомы по природе тяжелы, так же как они тяжелы у Демокрита. Но у Демокрита это их свойство проявляется только внутри вихря, в то время как у Эпикура атомы всегда пребывают в состоянии падения - «дождя атомов». Таким образом, у Эпикура, в отличие от исходного атомизма, тяжесть в большей степени чем форма оказывается основополагающим свойством атомов.

 

Пифагор и Платон — провозвестники математического естествознания

 

Наиболее последовательно идеал математического познания природы выразил в XVII веке Галилео Галилей: «Книга природы написана на языке математики». И хотя обращаться с числами и геометрическими величинами люди научились намного раньше, именно в Древней Греции возникла мысль о том, что математика сама по себе способна дать большее знание о природе, чем простые наблюдения. Необыкновенная эффективность математики в физике стала очевидной лишь в XX веке, когда познание приблизилось к пределу наблюдаемости и даже перешло его. В этом положении математическая обоснованность порой может сказать о природе больше, чем эксперимент. В Древней Греции задачу познания определяли через поиск математических закономерностей Пифагор и Платон: закон природы должен выражаться в числах.

 

Пифагорейская математика

 

Легенда, повторенная во множестве позднеантичных и средневековых источников, гласит, что Пифагор пришел к открытию числовых закономерностей природы случайно, наблюдая за работой кузнецов. Он заметил, что иногда при ударах молотов о наковальни возникают музыкальные созвучия. Взвесив наковальни, он обнаружил в их весе отношения чисел тетрады. Тогда он начал экспериментировать с монохордом - музыкальным инструментом, имеющим всего одну струну. И там тоже обнаружил те же пропорции. Правило стало толковаться в самом общем смысле, а поиск закономерностей в природном явлении - сводиться к обнаружению тех чисел тетрады, которые позади этого явления стояли. Несмотря на весь метафизический и даже мистический характер такого обобщения, чрезвычайно плодотворной и важной для всего последующего прогресса науки оказалась выработанная в нем абстрактная идея числа. Тривиальная, как сегодня может показаться, мысль, что мы можем оперировать в своих задачах не с пятью, например, или тремя определенными предметами, а просто с пятью и тремя, как самостоятельными сущностями, означала колоссальный скачок в развитии научного знания.

Возможно, конечно, что пифагорейцы были не первыми, или хотя бы не единственными, кто начал использовать числа отдельно от исчисляемых величин, но они первыми это стали делать систематически. Точно также и некоторые частные случае теоремы Пифагора были известны и раньше, например древним египтянам, но Пифагор был первым, кто понял, что эта теорема справедлива всегда, и по достоинству оценил общность этого утверждения,

как и самое возможность делать утверждения не для данного конкретного треугольника, а для всех прямоугольных треугольников сразу.

Возможно, что, обнаружив несоизмеримость диагонали квадрата и его стороны, Пифагор усомнился в сакральности чисел, ибо числами для него были только натуральные числа. Выяснялось, что нет такого даже очень маленького отрезка, который уложился бы целое число раз и в стороне квадрата и в его диагонали. Но доказательство этого факта было не менее фундаментально, чем доказательство теоремы Пифагора: оно было первым доказательством отрицательного положения, начинающегося словами «не существует ». Наконец, не исключено, что именно этот шок, пережитый греческим естествознанием, положил начало развитию доказательной науки.

 

Бытие и единое

 

Трудно найти какого-нибудь другого мыслителя в истории человечества, который оказал бы столь колоссальное влияние на весь ее ход, как Платон. Вероятно, он был вторым философом Древней Греции, учение которого охватывала бы все стороны жизни: и космологию, и этику, и анатомию, и теорию музыки, и политическое устройство (первым был, по-видимому, Демокрит, однако ни один из его 73 трактатов не дошел до наших дней, и об их содержании мы можем судить лишь по вторичным источникам). В XX веке в Платоне начали усматривать основателя таких несхожих между собой доктрин, как объективный идеализм и тоталитаризм. Трудно найти такой по настоящему важный вопрос, при всестороннем и глубоком рассмотрении которого не пришлось бы совершить хотя бы небольшой экскурс в философию Платона.

Платон пошел дальше по пути предложенном Пифагором, утверждая различие чувственного материального мира и мира идей. Лишь через причастность идеям материальные тела обладают какими-то свойствами, и именно со свойствами идей имеет дело математика. Как и в физике Демокрита, материя у Платона состоит из мельчайших частиц. Однако отличие этих частиц от атомов Демокрита очень существенно. Во-первых, их всего пять видов, по количеству правильных многогранников. Такое их количество получается следующим образом. Космос должен быть видимым и осязаемым. Значит, в нем есть огонь и есть земля. Если бы он был плоским, то доставало бы лишь трех простых тел: а именно, огня, земли и их среднего - f= х:f, где f - это огонь, t - это земля, а х - некое неизвестное среднее. Однако космос имеет три измерения, поэтому в равенстве должен быть еще один компонент: f:a=a:e = e:t. Таким образом, огонь и земля объединятся двумя посредниками: воздухом (а) и водой (е). Тетраэдры, образованные четырьмя правильными треугольниками, - представляют собой атомы огня. Они самые подвижные и имеют «колючие» вершины и «режущие» грани. Куб, построенный из квадратов, в силу своей «неподвижности и способности образовывать другие тела» должен быть атомом земли. Октаэдр, построенный из восьми правильных треугольников, - это атом воды, а икосаэдр, построенный из двадцати правильных треугольников, - это атом воздуха.

К этим четырем материальным элементам, добавляются также атомы эфира, составленные из правильных пятиугольников. Они представляют собой додекаэдры и поэтому не могут превращаться ни в какие другие элементы. Земля также не может превращаться в другие элементы, на что способны лишь те из них, атомы которых имеют треугольные грани.

Тут, казалось бы, логика простая: тела, составленные из частиц с треугольными гранями, могут превращаться одно в другое, а тела, частицы которых имеют в основании квадрат или пятиугольник, остаются тождественными сами себе. Платон, однако, рассуждает по-другому. И квадрат, и равносторонний треугольник могут быть «разрезаны» на прямоугольные треугольники. Но квадрат разрезается на четыре равнобедренных прямоугольных треугольника, соотношением сторон , а правильный треугольник разрезается на шесть прямоугольных треугольников с отношением сторон . Путем подсчета количества таких «первичных» треугольников Платон пытается определить возможные переходы элементов: например, частица воды имеет 20 граней, или 20 х 6 = 120 треугольников, у частицы воздуха 8 граней превращаются в 8 х 6 = 48 треугольников, а частица огня, состоящая из 4 граней, имеет 4 х 6 = 24 треугольника. Поэтому две частицы огня могут превратиться в одну частицу воздуха, а две частицы воздуха и одна частица огня - в частицу воды. Вода может образовываться и прямо из воздуха, когда его частицы, претерпевая насилие, дробятся, и тогда на каждую частицу воды понадобиться две с половиной частицы воздуха.

Из-за того, что у частиц огня острые грани, они легче других разрезают грани других элементов на части. Они могут разрезать и частицы земли, только получившиеся осколки не будут ни во что превращаться, а так и будут носиться вперемешку с частицами огня до тех пор, пока, при более благоприятных обстоятельствах, не смогут снова объединиться в частицы земли.

Различие таких корпускулярных представлений и атомизма Демокрита очевидно. Атомы Демокрита неделимы, а частицы Платона могут делиться сколько угодно раз. Атомов Демокрита неисчислимо много, а частицы Платона существуют всего в пяти родах. Атомы Демокрита не могут превращаться друг в друга, частицы Платона свободно переходят из одной формы в другую в зависимости от обстоятельств, в которых они оказались. Платон даже предлагает некое подобие «закона сохранения»: неизменность исходного количества «элементарных треугольников». При этом совершенно очевидно, что в этой своеобразной теории, например, не сохраняется объем: например две частицы огня в  раз меньше по объему, чем одна частица воздуха, которая должна из них получиться.

Смысл платоновских треугольников также неясен. Не сохранение объема, безусловно известное Платону, не позволяет их трактовать, просто как поверхность частиц. Они несут гораздо большую смысловую нагрузку в теории, чем частицы сами по себе. Весьма натянутой выглядит попытка рассматривать их как тонкие материальные пластинки, их которых конструируются полые внутри частицы. Марсилио Фичино, один из главных комментаторов

Платона в Италии эпохи Возрождения, указывал, что «при построении правильных тел из элементарных треугольников, имеется в виду не столько слагать их, сколько сравнивать друг с другом». Вероятнее всего, Платон в своей корпускулярной теории вещества хотел дать наглядную модель его переходов из одной формы в другую, не подразумевая его истинную зернистость, как у Демокрита.

 

Физика и космология Аристотеля

 

И все же в истории физики величие Платона несколько затмевается грандиозностью его не менее талантливого ученика - Аристотеля. Различие этих двух мыслителей очень знаменательно - если у Платона всякая вещь понимается через ее причастность идее, то Аристотель ее пытается понять из самой себя. Платон, продолжая пифагорейскую философскую традицию, считал, что идеи, числа, идеальные схемы существуют до материального мира, оказывающегося лишь бледной их копией. Согласно Аристотелю, всякая вещь существует «ради чего-то», то есть она представляет собой часть единого организма, и поэтому всякую абстракцию, будь то идея, число или форма, -разум находит в самой вещи, выделяя ее оттуда в результате мыслительного акта. Именно эта мысль оказалась очень близка современной физике.

Проблема движения оказалась в конечном итоге одним из главных затруднений античной философии и как следствие главным объектом античной физики. Различные рассуждения о том, как оно возможно или невозможно, было суммировано и переосмыслено Аристотелем. Выработанные им принципы легли в основу всей физики, включая механику, и оставались неизменными на протяжении почти двух тысячелетий, до самого XVII века, хотя кое-что новое было добавлено александрийскими механиками.

До Аристотеля уже сложились некоторые варианты теории движения. Во-первых, Парменид сделал вывод об иллюзорности всякого изменения. Иначе говоря, движение возникает лишь как следствие восприятия мира с неизбежностью порождающим ошибки сознанием. Пользуясь довольно чуждой для Парменида лексикой, можно сказать, что истинное бытие неизменно и чуждо движению. Однако оно закрыто для сознания. Сознанию открыто только неистинное бытие, в котором движение возможно, хотя и иллюзорно. Основываясь на этом выводе Парменида, другие элеаты, в частности Зенон Элейский нашли противоречия, присущие самому понятию движения. Зенон сформулировал несколько хорошо известных парадоксов, показывающих несовместимость представления о движении с дискретной картиной времени. Если время не течет равномерным непрерывным потоком, не содержащим пропусков, а представляет собой последовательность «моментов», разделенных конечным, пусть даже очень малым интервалом, вместо движения мы будем иметь последовательность статических «кадров». Каждых из них вполне может отличаться от предыдущего, но он не будет содержать движения, - только его результат.

Альтернативный вариант был несколько ранее предложен Гераклитом: движение - это тождество противоречий, когда одно оказывается многим, всякое тело одновременно тут и не тут, горячее и холодное, живое и мертвое. Объединение противоположных качеств единой сущностью и есть движение. Такое определение кажется темным и парадоксальным даже в наше время. Вряд ли оно казалось более ясным его современникам. Неслучайно Сократ у Платона сравнивает чтение сочинений Гераклита с нырянием за жемчугом.

Наконец, третий, атомистический ответ заключался в том, что движущееся и неизменное строго разделялись: бытие, т.е. атом, неизменно, но оно окружено небытием, т. е. пустотой, погружаясь в которую, бытие приобретает возможность к изменению. Таким образом для атомистов (как в определенной степени и для Гераклита) движение было возможно в той мере, в какой возможна пустота.

Аристотель изначально встает на реалистическую позицию: то что мы наблюдаем, не может быть исключено из рассмотрения как иллюзия. Или иначе: всякая иллюзия реальна в той мере, в какой она наблюдаема. Пустота нереальна и не наблюдаема, и более того - именно в пустоте движение и не было бы возможным. Аристотель поддерживает платоновский тезис о взаимосвязи движения и времени: если существует движение, то существует и время и наоборот. Однако именно время и кажется несуществующим, так как оно состоит из прошлого, которое уже перестало существовать, и будущего которое еще не начало существовать, а сложить время, имеющее протяженность, из сменяющих друг друга «теперь», не имеющих протяженности, невозможно. Но время существует, и вместе с ним существует движение, которым время измеряется.

Все учение Аристотеля о движении оказывается тесно связанным с его космологией. Космос у него вечен, ограничен в пространстве и сферичен. За пределами ограничивающей его сферы ничего нет там, по словам Аристотеля, нет ни пустоты, ни даже просто места. В этих пределах мер поделен на две сферы, надлунную и подлунную, каждой из которых соответствует свой тип наполняющей ее материи и свой тип движения. В надлунной области происходят равномерные круговые движения вокруг центра, т.е. Земли. Все небесные тела имеют идеальную сферическую форму, они небыли созданы и будут существовать вечно в неизменном виде. Тела в подлунной области состоят из четырех элементов - земли, воды, воздуха и огня, - которые могут соединяться и разъединяться друг с другом. Таким образом тела «возникают» и «уничтожаются». И то и другое достаточно условно, поскольку возникают и уничтожаются сами тела, а не те элементы, из которых они состоят.

Различные типы соединения, превращения и перемещения элементов соответствуют и различным типам движения, под которыми Аристотель понимает все возможные изменения материальных тел. При этом он подчеркивает, что движение невозможно без движущегося, а поэтому природа движения зависит от природы движущегося и определяется ею. Классификация движения по Аристотелю такова: движение из не субстрата в субстрат, движение из субстрата в не субстрат, и движение из субстрата в субстрат. Первое и второе - это возникновение и уничтожение, движением в собственном смысле слова можно называть только последнее, которое в свою очередь делится на движение в отношении качества - качественное изменение, движение в отношении количества - рост и убыль, и движение в отношении места - перемещение.

Последнее также называли «местное движение». В силу того, что наиболее существенная часть движений определяется как изменение места, категория места (рис) играет в теории движения очень важную роль. В физике нового времени аналогичную роль стало играть понятие пространства. Как уже говорилось, место не существует за пределами космоса, но и в пределах космоса место в подлунной и надлунной сферах существенно различается. В то время как в надлунной сфере перемещение осуществляется согласно вечному и неизменному закону, в подлунной сфере перемещение может быть случайным и изменчивым, оно может быть результатом волевого акта. Однако и в обеих сферах справедлив принцип «все что движется, чем-то движимо». В надлунной сфере источником движения служит перводвигатель - сфера на границе космоса. Хотя сам перводвигатель неподвижен, он передает вращение непосредственно сфере неподвижных звезд. Так она называется, потому что звезды не меняют своего взаимного расположения. При этом вся сфера как целое вращается с наибольшей скоростью. Несколько медленнее вращаются сферы Сатурна и Юпитера, еще медленнее - Солнца и Венеры. Медленнее всех вращается сфера Луны. Астрономам времен Аристотеля было известно, что планеты Солнечной системы движутся по небу с непостоянной скоростью и иногда даже меняют направление движения по отношению к неподвижным звездам. Такое сложное движение следовало представлять комбинацией нескольких одновременных вращений с постоянной скоростью вокруг центра мира (Земли).

Подлунный мир также был неоднороден. Места в аристотелевском смысле в нем делились на четыре категории - по количеству элементов: сфера земли, сфера воды, сфера воздуха и сфера огня. Эти сферы назывались естественными местами соответствующих элементов. Каждый элемент в своей сфере пребывал в состоянии естественного покоя. Вне ее он находился в состоянии естественного движения в направлении своего естественного места. Кроме того, всякое тело подлунного мира могло пребывать в состоянии насильственного движения, если на него действовала какая-то внешняя сила. Под действием этой силы тело может даже покинуть свое естественное место и двигаться против природы, как это происходит, например, с камнем, брошенным в воздух. Поскольку в мире не может быть пустот, всякому телу, движимому внешней силой, приходится вторгаться в то место, где уже находится какое-то другое тело, оказывающее первому сопротивление. Поэтому скорость, с которой движется это тело, определяется двумя факторами: силой и сопротивлением. Чем больше сила и чем меньше сопротивление, тем больше скорость движения. Сам Аристотель не конкретизировал этот закон, не давал ему количественной формулировки. Да и не мог бы этого сделать, так как у него не было количественной меры ни для скорости, ни для силы, ни для сопротивления. Тем не менее в поздние времена этот закон аристотелевской динамики интерпретировался как пропорциональность скорости отношению силы к сопротивлению среды.

Особое место в системе классификации движений у Аристотеля занимают живые существа. По его определению живое - то, что само себя движет. В нем движимое и движитель совпадают. Поэтому следовало бы и космос считать живым телом, так как он пребывает в состоянии постоянного движения, а по отношению к нему нет ничего внешнего. Значит, он движет себя сам, т.е. является живым. И Аристотель в некоторых местах явно признает это. Однако в других местах он опровергает этот взгляд на том основании, что небо вечно и пребывает в вечном движении. Для того чтобы его поддерживать, душе мира, если бы она существовала, следовало не только быть вечной самой, но и пребывать в постоянном напряжении, не зная досуга. Неоднозначность позиции Аристотеля в этом вопросе на протяжении тысячелетий служила источником нескончаемых дискуссий среди комментаторов.

От движителя к движимому движение должно было чем-то передаваться. Аристотель отрицал какую бы то ни было форму дальнодействия. В надлунной сфере движение от перводвигателя передавалось через эфир, или сгущенный в виде твердых небесных сфер и светящихся гладких светил, или разреженный между ними. В подлунной сфере тело движется к своему естественному месту в силу природной склонности находится именно там. К тому же оно могло покинуть свое естественное место только в результате насильственного движения, с неизбежностью приводящего в возмущенное состояние также и среду, в которой это движение совершалось. Поэтому возвращение тела должно также сопровождаться с циклическим возвращением в невозмущенное состояние и среды, подталкивающей тело в его естественном движении.

Подобные циклические перемещения играют очень важную роль в натурфилософии Аристотеля. Они возникают именно потому, что в мире нет никаких пустот, но есть сгущение и разрежение. Камень, представляющий элемент земли, свободно проникает в менее плотную среду, в воду или в воздух, заставляя ее уплотняться. Уплотнение распространяется в среде по круговому пути, возвращаясь к камню и подталкивая его. Этот механизм применим в равной степени и для объяснения естественного движения камня к земле, и для объяснения насильственного движения в воздухе. Но в последнем случае он особенно важен. В самом деле, как объяснить, что брошенный камень продолжает движение после того, как прекращается действие силы, например руки или катапульты? Уплотнения воздуха, образовавшиеся перед движущимся камнем, возвращаются к нему сзади и толкают его вперед, поддерживая (противоестественное) движение. Такое движение среды, в данном случае воздуха, Аристотель назвал «обратным круговым движением»(άντιπεριστάσις). Критика этой теории началась довольно скоро, уже в Византии Иоан Филопон выдвинул целую серию аргументов против нее. Множество предложений по ее модификации делалось в поздние средние века. Они нашли свое отражение в теории «запечатленной силы», развившейся со временем в понятие инерции.

 

Эллинистический период

 

После распада империи Александра Македонского на ее территории образовалось большое количество мелких, непрерывно враждующих друг с

другом государств. Среди них Египту повезло, пожалуй, больше прочих. Воцарившаяся здесь династия Птолемеев правила в течение нескольких веков в условиях относительно спокойного мирного развития. Соединение на небольшом пространстве представителей трех разных культур - древнеегипетской, древнегреческой и древнееврейской, - поставило их перед различными представлениями о природе и послужило поводом для рациональной критики взглядов друг друга, что и дало новый толчок развитию доказательной науки. Высшим достижением этого периода стало математическое доказательство, то самое проявление рациональной критики, которое, как мы увидим, легло в основу научного метода в конце эпохи Возрождения, когда в ходе научной революции XVTI века рождалась наука в современном значении этого слова, со свойственными ей профессионализацией и научными институтами.

 

Евклид и его «Начала»

 

Для того чтобы физика приняла современный вид и смогла решать те задачи, которые мы бы определили как физические, ей надо было объединиться с математикой, точнее овладеть ее методами, стать математической наукой. Для этого сначала математика и сама должна была достичь определенного теоретического уровня. Исторически сложилась так, что геометрия достигла его раньше прочих разделов математики. И по самой своей природе могла быть применима прежде всего к задачам механики и оптики.

Первый расцвет теоретической геометрии связан с именем Евклида (III в. до н.э.). О его биографии неизвестно почти ничего, кроме того, что он основал в Александрии школу и преподавал в ней во времена Птолемея I Сотера. Ему принадлежит книга, озаглавленная «Начала», посвященная систематическому изложению всех известных в то время сведений по геометрии, которая на протяжении двух тысячелетий считалась образцом строгости и последовательности не только для математики, но и для любой точной науки.

Первые четыре книги «Начал» посвящены геометрии плоскости. Первая из них начинается с определений, постулатов и аксиом. Затем следуют теоремы, устанавливающие свойства треугольников, трапеций, параллелограммов. Завершается книга доказательством теоремы Пифагора. Во второй книге излагаются основы геометрической алгебры. Например, произведение двух чисел трактуется в ней как прямоугольник, построенный на двух сторонах, длины которых равны исходным числам. К геометрическим построениям сводятся некоторые задачи, требующие решения квадратных уравнений. Третья книга посвящена свойствам крута, его касательных и хорд. В четвертой книге формулируются и доказываются свойства правильных многоугольников. Здесь же Евклид дает построение правильного 15-угольника, по-видимому не известное до него.

Пятая и шестая книги содержат теорию отношений Евдокса, в равной мере справедливую и для рациональных, и для иррациональных величин. При этом Евклид пользуется геометрической терминологией, позволяющей рассматривать несоизмеримые отрезки. В седьмой, восьмой и девятой книгах он переходит к арифметике, излагая в основном результаты, полученные пифагорейцами. Здесь им закладываются основы теории чисел и формулируется знаменитый «алгоритм Евклида» - алгоритмическое правило поиска наибольшего общего делителя двух чисел. В десятой книге содержится классификация квадратичных иррациональностей.

Заключительные три книги посвящены стереометрии. В одиннадцатой содержатся теоремы о прямых и плоскостях в пространстве, рассматриваются трехмерные задачи на построение. В двенадцатой излагается метод исчерпывания Евдокса, с помощью которой вычисляется площадь круга и объем шара, а также выводятся отношения объемов пирамид и конусов к объемам соответствующих призм и цилиндров. В тринадцатой книге рассматриваются основные свойства правильных многогранников.

Впоследствии к этим тринадцати книгам были добавлены еще две, не принадлежащие Евклиду. Кроме того, ему принадлежит, или, по крайней мере, приписывается, первая попытка перенесения математической строгости с абстрактных мыслимых предметов, каковыми являются геометрические тела и фигуры, на реальные природные явления - механические и оптические. Строго говоря, реальность объектов, которые рассматривались в этих трактатах, лишь относительна, так как их рассмотрение было очень абстрактно.

До нашего времени дошло лишь три отрывка по механике, написанных Евклидом и, вероятно, входивших в один и тот же трактат. Первый из них имеет даже собственное заглавие: «Книга Евклида о тяжестях и сравнении тел». Второй отрывок, посвящен весам; он дошел до нас в арабском переводе и очевидно искаженном виде. Третий отрывок объединяет несколько теорем о движении и еще сильнее искажен переводчиками и переписчиками, так что по нему судить об исходных идеях Евклида очень трудно.

Все три отрывка представляют собой развитие идей, изложенных в наиболее древнем известном нам греческом трактате по механике «Проблемы механики», долгое время приписывавшемся Аристотелю. Авторство этого трактата установить очень сложно, но большинство современных историков сходятся в том, что он принадлежит перу неизвестного александрийского перипатетика (возможно Страбона). «Проблемы механики» послужили поводом многочисленных комментариев как античных, так и средневековых, которые определяли теоретические контуры механики вплоть до Галилея. В средние века текст его считался утраченным, и о его содержании судили по сочинениям тех, кому удалось с ним познакомиться, не в последнюю очередь по сочинениям Евклида. Текст трактата был обнаружен в конце XV века, что очень стимулировало развитие механики в XVI веке.

Трактат Евклида имеет по отношению к «Проблемам механики» важное отличие: во всех трех сохранившихся отрывках трактата Евклида прослеживается стремление автора придать систематизированную математическую форму определений, аксиом и теорем чисто качественным утверждениям «Проблем механики». Евклид выводит сначала соотношение, связывающее силу, вес и расстояние, проходимое данным весом в данной среде, а затем пытается вывести из него закон рычага для частного случая, когда отношения весов на его концах равно трем.

Рассуждение его таково: пусть рычаг АВ закреплен в точке С, так что ВС :АС = 3. Продолжим его вправо до точки E, такой что СЕ - ВС. Тогда равные грузы, укрепленные в точках А, С и Е не нарушат равновесия. Передвинем груз из точки С в точку А, а груз из точки Е в точку Z, такую что СА ~ EZ. В одном из предварительных утверждений доказывалось, что такое перемещение не нарушит равновесия. Добавим еще один груз такого же веса в точку С. Равновесие от этого снова не нарушиться. И еще раз передвинем его из точки С в точку А, одновременно передвинув груз из точки Z в точку А. Утверждение теоремы доказано (см. рисунок).

 

 

Архимед и Герои Александрийский: законы рычага и гидростатики, пять простых машин

 

Еще большего успеха в приложении геометрических построений к задачам механики добился Архимед (ок. 290-211/212 до н.э.). Хотя большую часть жизни Архимед провел в Сиракузах, при дворе тирана Гиерона, в Александрии он долго жил и, видимо, получал образование. Следует отметить, что он был там примерно в то же время, к которому относится пик преподавательской активности Евклида; это, возможно, определило и его интересы, и методы исследования и изложения результатов. Так же как и Евклид, Архимед много занимался математикой. Но кроме того, он был видным изобретателем и инженером.

Трактаты, в которых Архимед наиболее полно изложил основы своей механики, озаглавленные «О центре тяжести» и «О весах или рычагах», до нас не дошли. Полностью или в отрывках сохранились его сочинения «О равновесии плоских тел», «О квадратуре параболы», а также его письмо Эратосфену, которые, тем не менее, дают достаточно полное представление о его доктрине. Кроме того, основы гидростатики были им заложены в сочинении «О плавающих телах», так же сохранившемся.

В механических трактатах Архимеда заложены теоретические основы статики: в них впервые формулируется понятие центра тяжести и дается доказательство закона рычага, отличающееся от данного Евклидом большей общностью и математической строгостью. Так же как и у Евклида, доказательство Архимеда строится на соображениях симметрии.

Однородный стержень длиной l=2m+2n будет находиться в равновесии, если его закрепить в геометрическом центре. После того, как он разделен на две части, первая - длиной 2m, а вторая - длиной 2n, каждый из них тоже будет находится в равновесии, будучи закреплен в своем геометрическом центре. Центр стержня длиной 2m окажется на расстоянии n от общего центра всего стрежня, соответственно центр стержня длиной 2п окажется на расстоянии т от общего центра (см. рисунок). Каждая из двух частей может быть заменена грузом произвольной формы.

 

 

Несмотря на хорошо известную заинтересованность Архимеда в технических приложениях и редкой изобретательности, эти его качества никоим образом не отражены в этих трактатах, подчеркнуто оторванных от практики и ее реальных требований.

Так же подчеркнуто математический характер носит изложение основ гидростатики в трактате «О плавающих телах»: основные понятия формулируются определениях, они связываются затем аксиомами, и по их поводу делаются неочевидные утверждения в форме предложений и теорем. Но здесь мы встречаемся с гораздо более физическим способом рассуждений, чем в трактатах по механике, да и сам известный закон Архимеда гораздо ближе к физике, чем сугубо геометрический закон рычага. Согласно легенде, Архимед открыл свой закон, размышляя о том, как определить содержание золота в короне Гиерона. Однажды он принимал ванну, а мысли его были заняты этой задачей. Он заметил, что при погружении тела в воду, уровень воды в ванне меняется, а тело становится легче. Он понял, что тело становится легче на величину веса воды, занимающей тот же объем, что и тело. Таким образом он смог вычислить плотность металла, из которого была сделана корона, и показать, что этот металл - не золото.

Эта легенда показывает, что, в отличие от закона рычага, в основе закона Архимеда лежит опытный факт и что к закону Архимеда невозможно было прийти, исходя из чисто геометрических умозрительных заключений. Поэтому наблюдения Архимеда за своим телом, погруженным в ванну, иногда

называют первым физическим экспериментом, а его закон, связавший физические сущности и выведенный из экспериментальных данных, первым физическим законом. Конечно, подобные утверждения нельзя понимать буквально, но революционный характер сочинений Архимеда они передают верно. Именно в них наиболее выразителен переход от качественных рассуждений о равновесии и движениях «Проблем механики» Псевдо-Аристотеля к математической науке, связывающей физические сущности математическим законом.

Механические сочинения Архимеда оставались мало известными на протяжении всех средних веков и раннего Возрождения. Интерес к ним возник лишь в XVI веке, когда введение в механику «архимедовских традиций» послужило одним из элементов построения механической науки нового времени, преодолевшей разрыв между старой механикой, т.е. наукой о простейших механизмах, вариантом статики, и наукой о движении.

Среди механиков следующего поколения наибольшее значение имеют Ктезибий, Филон Византийский, Герон и Папп, самый заметный из которых Герон Александрийский (I в. н.э.). Помимо значительного вклада в математику, Герон оставил довольно много сочинений по механике, большая часть которых дошла до нашего времени - это «Пневматика» в двух книгах, «Автоматы», «Военные сооружения» и «Ручная баллиста». Кроме того, в арабском переводе и сильно искаженном виде дошла его «Механика» в трех книгах. Живший около трехсот лет спустя Папп Александрийский упоминает также его сочинение под названием «Методы подъема тяжестей», вероятнее всего один из вариантов «Механики», не дошедший до нас.

В предисловии к «Военным сооружениям» Герон называет себя «учеником Ктезибия». Он так же, как и Ктезибий посвящает себя описанию инженерных сооружений и механическим забавам, Самые знаменитые из которых - это двери храма, сами открывающиеся при зажигании жертвенника, и так называемый эолипил, или колесо Герона - своего рода паровая турбина. Однако иногда он переходит и к теоретическим вопросам. Например, в первой книге «Пневматики» разъясняется возможность сжимать воздух в связи с существованием пустоты. Если бы пустота была невозможна, как думают некоторые философы, то, утверждает он, было невозможно и сжимать воздух. Поэтому следует допустить, что пустота может дробиться и распределяться по объему в воздухе, огне и прочих телах. Герон поясняет: «По утверждениям физиков воздух состоит из крошечных мельчайших не видимых нам молекул»; благодаря пустотам между ними его можно сжимать и заставлять делать работу.

Во второй книге «Механики» также есть теоретический раздел, посвященный пяти простейшим механизмам: вороту, рычагу, блоку, клину (наклонной плоскости) и винту, - некоторые из них обсуждались уже в «Проблемах механики» Псевдо-Аристотеля, некоторые были впервые рассмотрены Архимедом. Отныне изложение теории этих пяти механизмов становится обязательным для любого теоретического механического сочинения вплоть до Галилея.

В «Механике» Герона впервые формулируется условие равновесия тела на наклонной плоскости. Герону не удалось вывести правильную формулу, она появится только в средние века.

С распадом греческого государства в Египте, с последовавшей здесь цепью войн и завоеваний античная наука пришла в упадок. Большая часть рукописей, как созданных здесь, так и собранных коллекционерами, была уничтожена, равно как и большая часть механизмов, созданных античными инженерами. Тем не менее представители различных волн завоевателей - римляне, византийцы, арабы, - позаимствовали у завоеванного народа по небольшой части его культуры каждый. Так, через их посредничество, небольшими порциями античное знание возвращалось в Европу на протяжении полутора тысячелетий, подготовляя научную революцию ХVII века.

 

Проблема измерения времени

Проблема времени, в значительной мере не решенная и поныне, представляла серьезную проблему и для ученых античности. Разумеется, те из них, для которых всякое изменение - лишь иллюзия, время также считали иллюзией человеческого сознания. Платон, приписывавший космосу сменяющие друг друга гибель и возрождения, считал время существующим только тогда, когда космос жив и в нем есть изменения. Аристотель во многом разделял его взгляды. Прежде всего, говорил он, может показаться, что времени не существует, потому что оно состоит из того, что уже прошло, и значит уже не существует, и того, что еще не наступило, и значит пока не существует. Тем не менее время реально поскольку реально изменение. А раз время есть свойство движения, то и измерять его следует движениями, как мы и делаем, используя в качестве меры времени какие-то циклически повторяющиеся движения в природе, например годичный оборот Солнца по небосклону.

В Александрии к вопросу об измерении времени отнеслись не столь теоретически. Для александрийских ученых это был вопрос, скорее, технический, чем принципиальный. Большое распространение здесь получают солнечные часы различных конструкций, и отголосок этой традиции можно найти в «Десяти книгах об архитектуре» Витрувия, считавшего умение делать солнечные часы необходимым для архитектора.

Но главной отличительной особенностью этого периода служат разнообразные конструкции механических часов. Вероятно, одну из первых попыток использовать для измерения времени текущую воду предпринял Ктезибий. Затем Герои попытался усовершенствовать его механизм, компенсируя неравномерность скорости вытекающей воды. До нас дошли сведения о том, что александрийский медик Герофил использовал водяные часы (клепсидру) для измерения пульса у больных. В средневековой Европе эта идея претерпела инверсию и уже пульс использовался для измерения времени. Как свидетельство тому можно рассматривать строки из «Бури» Шекспира:

 

 «Перед собой, летя, я выпью воздух,

 И ворочусь я прежде, чем твой пульс

Не более двух раз успеет стукнуть»

 

 

Оптика

 

Античная оптика, как показывает само ее название, изначально была наукой не столько о свете, сколько о человеческом зрении(ǒψις). Она объединяла то, что мы сегодня назвали бы геометрической, физической и физиологической оптикой. При этом одним из главных оставался вопрос: распространяется ли свет от глаза к видимому предмету, или наоборот, от предмета к глазу. Формирование античной оптики было тесным образом связано с необходимостью вводить зрительные поправки при наблюдениях за небом и при построении перспективных изображений в живописи.

Среди наиболее древних сочинений по оптике, дошедших до наших дней, два сочинения Евклида «Оптика», следующее, в основном, платоновской теории зрения, и «Катоптрика» (правда, по поводу последнего есть серьезные сомнения в авторстве Евклида), а также «Катоптрика» Герона и «Оптика» Птолемея в пяти книгах. Трактат Архимеда по оптике полностью утерян; до наших дней дошла лишь известная легенда об осаде Сиракуз римским флотом, который якобы был уничтожен при помощи большого количества зеркал. По этой легенде, женщины города, собравшись на берегу, направляли солнечные лучи на ближайший корабль, отчего тот загорался. Хотя теоретически подобное возможно, нет никаких надежных свидетельств, подтверждающих достоверность этой легенды.

В своей «Оптике» Евклид постулирует прямолинейность распространения «лучей зрения» и формулирует понятие «конуса зрения», вершина которого в глазу, а основанием служит граница предмета. Он доказывает закон равенства углов падения и отражения, по-видимому, известный грекам задолго до него. Значительно превосходит ее по объему «Катоптрика», посвященная проблемам построения отражений в зеркалах различной формы. Однако текст этого сочинения настолько искажен более поздними вставками и исправлениями, что судить по нему о взглядах самого Евклида практически невозможно. Весьма интересна «Катоптрика» Герона, в которой появляется ряд новых положений по сравнению с Евклидом и, наверное, Архимедом. В частности, Герон объясняет прямолинейность лучей света бесконечной скоростью их распространения, а закон равенства углов падения и отражения тем, что путь, проходимый светом, должен быть наикратчайшим. Много внимания он уделяет и кривым зеркалам и тому, как их можно использовать при постановке театральных представлений.

«Оптика» Птолемея сыграла наиболее важную роль в развитие этой дисциплины преимущественно из-за того, что здесь впервые рассматривалось не только отражение, но и преломление света. Характерно, что Птолемей смог даже дать довольно точную для своего времени таблицу этой зависимости, хотя, судя по всему, он не пытался найти для нее аналитической формы. Здесь же Птолемей описывает и явление полного внутреннего отражения. Однако при всем том он оставался уверенным, что «лучи зрения» испускаются глазом.

 

Геоцентрическая система мира Птолемея

 

Значение Птолемея в истории науки определяется прежде всего созданием геоцентрической системы мира, носящей его имя и просуществовавшей практически без изменений до самой научной революции XVII века Конечно, за исключением нескольких последователей пифагорейской школы, вы ступивших с гениальной догадкой о возможности движения Земли вокруг Солнца, неподвижность Земли никем всерьез не оспаривалась Авторитет Аристотеля, закрепивший центральное ее положение всей массой своей тщательно продуманной и полной разнообразных деталей философской системы, надолго вывел этот вопрос из сферы каких либо обсуждений. Тем не менее идея Аристотеля, что всякие движения в надлунной области должны непременно совершаться по идеальным круговым орбитам с постоянной скоростью и иметь своим центром Землю, приводила к слишком большим техническим сложностям Движение светил по небосводу слишком очевидно неравномерно, и чтобы привести их в соответствие с явлениями, приходилось представлять его комбинацией нескольких одновременных вращение вокруг различных осей и с различными скоростями Так, для адекватного представления всей Солнечной системы, ее приходилось представлять состоящей из 55 гомоцентрических сфер

Птолемей кардинально преобразовал аристотелевскую систему, отказавшись от гомоцентрических сфер и от постоянной скорости вращения Вместо этого он допустил вращения вокруг «пустого места» (это также запрещалось аристотелевской физикой) и комбинировал наблюдаемое движение из двух равномерных круговых движений Первое из них представляло собой качения по окружности, называемой эксцентром, вокруг центра, в свою очередь движущегося по окружности вокруг Земли. Эта вторая окружность называется деферентом. При этом равномерность движения центра эксцентра по деференту вовсе не обязательно понималась как равномерность качения по окружности относительно ее центра - угловая скорость должна быть постоянна относительно некоторой точки внутри круга, ограниченного этой окружностью, называемой эквантом

Эти две модификации значительно упростили все систему и сделали возможным использовать ее не только для объяснения наблюдаемых движений, но и для предсказания положения светил в будущем Птолемей смог довольно точно сформулировать правила расчета положения планет и составил таблицы, которыми долго пользовались в средневековой Европе и на арабском Востоке. Например, подбирая отношения периодов движения по эпициклу и по деференту, можно учитывать особенности движения светил по небу. Так, для Солнца это отношение должно быть равно двум, тогда два этих круговых движения не изменят круговой формы солнечной орбиты, но ее центр будет смещен по отношению к Земле. Это объясняло неравномерность видимого движения Солнца по небу и известное Птолемею неравенство времен года

Вся его теория легла в основу главного его сочинения, ставшего известным под арабским названием «Альмагест» и состоящего из тринадцати книг Первые две книги содержат общие положения, относящиеся к движению небесных светил, после чего Птолемей последовательно изложил теории движения Солнца, Луны и пяти планет. При этом Птолемей довольно много заимствовал результаты, полученные до него другими астрономами, даже их не проверяя В частности, он считал, что долгота апогея Солнца всегда остается одной и той же На самом же деле она изменяется примерно на полтора градуса в столетие Это заметили только в X веке арабские астрономы, хоят у Птолемея были все шансы заметить это до них Но он, вероятно, верил в свою сие тему больше, чем своим наблюдениям

Система Птолемея идеально отвечала потребностям его эпохи С одной стороны она достаточно хорошо «спасала явления», то есть позволяла приводить теорию в соответствие с наблюдениями С другой стороны, она обходилась без революционного подрыва основ сложившейся картины мира, вроде допущения суточного вращения Земли или замены геоцентрической системы гелиоцентрической Вероятно, именно поэтому на протяжении многих после дующих столетий она считалась высшей ступенью, до которой способна подняться теоретическая наука о природе

 

Литература

1. Ахутин А. В. История принципов физического эксперимента от античности до XVIII в М На ука, 1976

2. Зубов В. П. Физические идеи древности // Очерки развития основных физических идей / Под ред А. Т. Григорьяна, Л. С. Полака М Изд. АН СССР, 1959 С 11-80

3. Рожанский И. Д. Античная наука М «Наука», 1980

4. Рожанский И.Д. Развитие естествознания в эпоху античности М Наука, 1979

5. Рожанский И. Д. История естествознания в эпоху эллинизма и римской империи М Наука, 1988

6. Таннери П. Первые шаги древнегреческой науки/Пер с фр. Н. Н. Полыновой, С И Церетели и др. СП6 , 1902

7. Философия природы в античности и в средние века В 2 т /Под ред. П. П. Гайденко, В. В.Петрова М ИФРАН, 1998-1999

8. Фрагменты ранних греческих философов Ч. 1: От эпических теогонии до возникновения атомистики / Под ред. И.Д. Рожанского М Наука, 1989

 

 

Общая теория относительности: формирование и развитие
Визгин Вл.П.

 

Введение

Создание общей теории относительности (ОТО) явилось важной составляющей квантово-релятивистской революции. Она стала современной релятивистской полевой теорией гравитации, не претерпевшей серьезных изменений до настоящего времени. До середины 1960-х гг. ОТО была слабо связана с магистральной линией развития физики и имела незначительный выход на эксперимент. К тому же было принято считать, что это теория и математически весьма сложна, и требует немалых усилий для ее физического осмысления. Иногда утверждалось даже, что ОТО далека от своего завершения и что существует ряд других, не эйнштейновских, вариантов теории тяготения. Поэтому она редко включалась в курсы истории физики (так, Я.Г.Дорфман в своей замечательной «Всемирной истории физики» уделил ей не более одного абзаца [1, с.217]. (Отметим, впрочем, опубликованный в 1971г третий том «Истории физики»Т. С. Кудрявцева, в котором история создания ОТО рассматривается относительно подробно [2, с.79-96].)

В настоящее время преобладает иная оценка ОТО. Во-первых, с середины 1960-х гг. гравитационная физика получила мощный импульс от астрофизики и космологии, связанный с открытиями квазаров, реликтового излучения, пульсаров, развитием рентгеновской и гамма-астрономии, нейтринной астрономии и т.п. Актуальными стали проблемы космологии, черных дыр, гравитационных волн. ОТО, по существу, оказалась на главной линии развития физики. Во-вторых, начиная с 1970-х гг. появилось немало кратких, ясных и математически простых изложений теории с четким анализом ее физического содержания и экспериментальной проблематики [3-6]. В одной из таких книг говорится: «Существует мнение, что в ОТО много неясного. Нам кажется, что это не так, поскольку, похоже, никогда не возникало сомнений в том, какой результат предсказывает ОТО для реально осуществимых наблюдений и опытов» (4, с.6]. В-третьих, ОТО ныне признана наилучшей и простейшей релятивистской теорией гравитации и «завершенной в том же смысле, что и классическая механика» [б, с.8]. (Известная завершенность теории относится только к слабым полям Вместе с тем, в сильных гравитационных полях ситуация иная «Новых интересных результатов можно ожидать в двух областях в анализе решений, описывающих пространство-время с топологией, отличной от псевдоевклидовой, типа черных дыр и космологических решений, и в изучении квантовых эффектов В этих областях теория граничит с неизведанным» [4, с 8].)

Настоящая глава посвящена, в основном, истории создания ОТО в течение десятилетия, последовавшего за разработкой СТО. (В дальнейшем мы опираемся на более развернутое наложение истории создания ОТО, предпринятое автором настоящей главы [7, 8].). Конечно, этому предшествует небольшая предыстория, относящаяся к классической (ньютоновской) теории и ее трудностям на рубеже XIX и XX вв. Очень бегло (буквально на нескольких страницах) рассматривается история дальнейшего развития ОТО вплоть до первых проектов единых геометрических теорий поля и нестационарной космологии А.А.Фридмана. Еще более кратко говорится о событиях в гравитационной физике в последующие почти сорок лет. Развитию релятивистской астрофизики и космологии во второй половине XX в. посвящена последняя глава планируемого курса.

 

 

Ньютоновская теория тяготения на рубеже XIX и XX вв.

 

Ньютоновская, или классическая, теория тяготения основана на законе всемирного тяготения Ньютона

,

где F- сила, с которой два тела с массами т и т, находящихся друг от друга на расстоянии r, действуют друг на друга (k - гравитационная постоянная). В сочетании с классической механикой этот закон образует фундамент небесной механики, блестяще объяснившей движение небесных тел в Солнечной системе. На рубеже XVTII и XIX вв. этот фундамент приобрел форму простых дифференциальных уравнений:

  (уравнение Пауссона)

где Ф - гравитационный потенциал, r(t) - радиус-вектор частицы; p- плотность массы.

 

К середине XIX в. ньютоновская теория тяготения убедительно доказала свою силу, особенно после того, как У.Леверрье и Дж.Адамс открыли «на кончике пера» планету Нептун. Спустя некоторое время Леверрье обнаружил аномальное вековое смещение перигелия орбиты Меркурия, которое не объяснялось классической теорией. Были и некоторые другие небольшие расхождения наблюдаемого движения небесных тел с вычислениями, которые к началу XX в. либо были устранены, либо сведены к минимуму. Аномальное же смещение перигелия орбиты Меркурия (- 41" в столетие) оставалось необъясненным. Многочисленные попытки устранить эту аномалию, предпринятые в последней трети XIX в., не увенчались успехом. В основном, эти попытки сводились к введению скрытых масс - источников аномального движения (наличие небольшой планеты или кольца астероидов между Меркурием и Солнцем, спутника Меркурия или кольца астероидов между Меркурием и Венерой и др.). Выдвигались также гипотезы о возмущающем действии зодиакального света и возможной несферичности Солнца.

 

Все-таки, по сравнению с другими физическими теориями, небесная механика имела наиболее надежное наблюдательно-эмпирическое подтверждение. Более серьезными могли считаться некоторые логико-теоретические трудности классической теории тяготения, которые стали особенно заметными на фоне достижения теоретической физики во 2-ой половине XIX в. и которые отмечали некоторые проницательные теоретики и критики классической механики (Дж.Максвелл, КНейман, Э.Мах, Г.Герц, Г.3еелигер, Х.А.Лоренц и др.).

Главные из этих трудностей отмечались впоследствии и Эйнштейном [7]. Двумя очевидными недостатками были: отсутствие удовлетворительной объяснительно-микроскопической концепции (модели) тяготения и явная изолированность гравитационной науки от остальной физики, энергично развивавшейся в XIX в. Многочисленные эфирно-механистические гипотезы о природе тяготения и столь же многочисленные попытки связать гравитацию с электромагнитными, оптическими и прочими явлениями и теориями успеха не имели. Но это были трудности достаточно общего характера и с ними, как будто, еще можно было примириться, по крайней мере, временно. Более серьезными выглядели три других трудности: мгновенное дальнодействие гравитации, наличие абсолютных пространства и времени в классической механике, сопряженной с классической теорией тяготения, и необъяснимость равенства инертной и гравитационной масс.

 

Наиболее серьезными на фоне триумфа фарадеево-максвелловской концепции близкодействия выглядело мгновенное дальнодействие в ньютоновской теории, но попытки учета скорости распространения гравитации или построения квази-электромагнитной теории тяготения оказались неудачны ми. Абсолютный характер пространства и времени, присущий классической механике, был подвергнут убедительной критике (особенно Махом), ставшей одним из истоков эйнштейновского релятивизма. Равенство инертной и гравитационной масс, использованное в приведенных выше уравнениях и лежащее в основе небесной механики, было многократно подтверждено экспериментально, но выглядело необъяснимым. Эфирно-механистические или электромагнитные теории гравитации, которые претендовали на такое объяснение, например электромагнитная теория гравитации Лоренца, оказывались безуспешными.

 

Коснемся еще двух недостатков, которые также обсуждались в это время. Первый был связан с недостаточно обоснованным выбором евклидовой геометрии пространства (хотя К.Шварцшильд, П.Гарцер и др. обсуждали возможность использования неевклидовой геометрии в астрономии и механике). Второй касался выражения гравитационного парадокса: при распространении ньютоновской теории тяготения на бесконечно большие расстояния возникали бесконечные или неопределенные значения гравитационных сил или потенциалов.

 

 

СТО и гравитация. Принцип эквивалентности

 

Перечисленные трудности были достаточно серьезными, поскольку для их преодоления нередко предлагалось модифицировать либо сам закон всемирного тяготения, либо даже представления о геометрии пространства. Но действительно глубоким и реальным поводом для пересмотра гравитационной проблемы стало создание специальной теории относительности (СТО) (1905).

 

Первые несколько лет, последовавшие за созданием СТО, были периодом «сплошной релятивизации». Коллективными усилиями, в которых ведущую роль играли Эйнштейн, М.Планк, Г.Минковский, А.Зоммерфельд, М.Лауэ, М.Борн и др., были созданы релятивистская механика дискретных систем, релятивистские гидродинамика и теория упругости и т.д. Фактически, СТО представляла собой сильную и универсальную программу, которая быстро прогрессировала. Естественно, встал вопрос и о создании релятивистской теории тяготения. Четырехмерное обобщение закона всемирного тяготения раньше других дал Пуанкаре (1905-1906), более наглядно и обстоятельно различные варианты этого обобщения были рассмотрены Минковским, Зоммерфельдом, Х.А.Лоренцем, В.де Ситтером (1907-1911).

 

Сам Эйнштейн столкнулся с проблемой гравитации в 1907 г., когда писал большую обзорную статью по СТО, заказанную ему И.Штарком для возглавляемого последним журнала «Jahrbuch fur Radioakbvitat und Elektronik». Эйнштейна с самого начала не устраивал «квази-дальнодействующий подход» Пуанкаре и Минковского. Он считал, что следует искать релятивистское обобщение не элементарного закона для силы, а дифференциального уравнения Пуассона. При этом он натолкнулся на показавшийся ему в высшей степени примечательным факт равенства инертной и гравитационной масс, который в классической теории выглядел случайным и эмпирическим. Вначале Эйнштейн пытался построить релятивистское (четырехмерное) обобщение уравнения Пуассона, которое бы включало в себя это соотношение и, кстати говоря, объясняло бы аномальное смещение перигелия Меркурия. Но это ему не удалось, более того он пришел к выводу о несовместимости лоренц-ковариантного подхода с равенством масс. Соединив этот факт с релятивистской программой, Эйнштейн получил принцип эквивалентности, позволявший чисто кинематически интерпретировать однородные гравитационные поля. (Эйнштейновская формулировка 1907 г принципа была такова « При современном состоянии наших знаний нет никаких оснований полагать, что системы отсчета  (т.е. движущаяся равноускоренно и покоящаяся с однородным гравитационным полем – В. В.) в каком либо отношении отличаются друг от друга, и в дальнейшем мы будем предполагать полную физическую равноценность гравитационного поля и соответствующего ускорения системы отсчета» [9, с 105-107]). Фактически, это означало и расширение исходной релятивистской программы.

 

На основе принципа эквивалентности Эйнштейн предсказал два новых оптико-гравитационных эффекта, которые поначалу казались лежащими за пределами возможностей экспериментального обнаружения: искривление световых лучей в гравитационном поле и зависимость хода часов от гравитационного потенциала («красное смещение»). Этот принцип и полученные на его основе новые эффекты означали, что релятивистский анализ гравитационных полей (даже простейших - однородных) требует радикального расширения СТО и, тем самым, релятивистской программы: во-первых, в рассмотрение вводились ускоренные системы отсчета и, во-вторых, скорость света оказывалась зависящей от гравитационного потенциала.

Это вело к принципиальным трудностям, возникшим на пути распространения принципа эквивалентности на неоднородные поля. Было ясно, что релятивистская программа должна быть расширена, что на смену группе Лоренца должна прийти более широкая группа преобразований (по-видимому нелинейных), но характер этого расширения при наличии произвольных полей тяготения оставался неясным. Кроме того, переход к ускоренным системам отсчета лишал координаты непосредственного метрического смысла, что подрывало операционально-измерительную основу релятивистской программы. Возникал несколько туманный образ расширенной релятивистской программы, и было не ясно, как от простейшего случая однородных полей перейти к произвольным гравитационным полям.

 

Столкнувшись с этими трудностями, Эйнштейн на время ушел в область квантовой теории (1908-1910). При этом его не оставляла мысль найти также обобщение максвелловской теории, которое бы позволило получить и частицы, и квантовые аспекты излучения. В случае удачи могло оказаться, что обобщенные уравнения допускают более широкую, чем лоренцева, группу, а это могло подсказать необходимое расширение релятивистской программы и помочь с разрешением трудностей, возникших на пути распространения принципа эквивалентности на неоднородные поля. В 1911 г. Эйнштейн, не достигнув успеха на этом пути, вернулся к гравитации. Он снова, но более четко и корректно, рассмотрел принцип эквивалентности, заново вывел на его основе два упомянутых эффекта, на этот раз отметив возможность их астрономического наблюдения. К тому же, он подчеркнул существенно локальную природу принципа.

 

Скалярные теории гравитации

 

Идея зависимости скорости света от гравитационного потенциала была использована М.Абрагамом, который попытался соединить ее с четырехмерным обобщением уравнения Пуассона (1912). Эйнштейн же, понимая противоречивость такого соединения, занялся обобщением принципа эквивалентности только на статические неоднородные поля. Он отождествил гравитационный потенциал сначала со скоростью света с, а затем с корнем квадратным из нее ( и , где р - плотность массы, а k - гравитационная постоянная).

 

Вслед за этим Абрагам попытался улучшить свою теорию, приняв за основу эйнштейновское отождествление потенциала. Но отказ от лоренц-ковариантносги при скалярном подходе не позволял естественным образом распространить принцип эквивалентности на неоднородные поля и расширить при этом релятивистскую программу. Г.Нордстрем предложил вернуться к лоренц-ковариантности, оставляя потенциал скалярным и учитывая при этом равенство инертной и гравитационных масс, но не переводя его в форму принципа эквивалентности (1912). Но для Эйнштейна, уже опробовавшего этот подход в 1907-1908 гг. и уверовавшего в свой принцип эквивалентности, возврат к лоренц-ковариантному варианту теории был уже неприемлем. Позже, когда Эйнштейн уже встал на путь тензорно-геометрической концепции гравитации, Нордстрем и Г.Ми продолжали разрабатывать скалярные спецрелятивистские теории тяготения (1913-1914).

 

Теория Нордстрема представлялась вполне жизнеспособной и логически непротиворечивой. Источником тяготения в ней оказывался не сам тензор энергии-импульса материи, а только его след (ФڤФ = кТ, где Ф - потенциал, а. Т - след тензора энергии-импульса), что означало отсутствие в этой теории отклонения света в гравитационном поле. Начавшаяся летом 1914 г. первая мировая война помешала немецкому астроному Э.Фрейндлиху, переписывавшемуся с Эйнштейном, провести наблюдения солнечного затмения и решить вопрос об эффекте отклонения света. Результаты этих наблюдений могли сильно повлиять на дальнейшее развитие теории тяготения. Такие наблюдения были успешно проведены в 1919г., когда упомянутый эффект был зарегистрирован вполне определенно.

 

 

Предпосылки тензорно-геометрической теории гравитации

 

Опыт построения скалярных теорий и их обсуждение (особенно полемика Эйнштейна с Абрагамом) не только способствовали осознанию и осмыслению трудностей, вставших на пути распространения принципа эквивалентности на неоднородные поля, но и создали важные предпосылки для построения тензорно-геометрической теории:

1. Неудачи векторного и скалярного подходов подсказывали тензорный характер потенциала.

 

2. Локальная справедливость СТО говорила об инфинитезимальном характере геометрии пространства-времени.

 

3. К этому же вела идея использования неевклидовой геометрии в ускоренных системах отсчета, а значит, и при наличии гравитации.

 

4. Расширение класса допустимых систем отсчета, подсказываемое принципом эквивалентности, в случае произвольных полей тяготения и в соответствии с маховской критикой пространственно-временных абсолютов, означало радикальное обобщение относительности, связанное с произвольными непрерывными преобразованиями координат.

 

5. Идея нелинейности полевых уравнений.

Соединение пунктов 2, 3, 4 наводило на мысль о том, что на смену координатам, утрачивающим непосредственный метрический смысл, должна была прийти метрика. При этом, вместо характерной для СТО метрики:

 

,

 

должна была в простейших случаях занять метрика с переменной скоростью света:

 

.

 

Понимание того, что это означало переход от «плоского» четырехмерного пространства-времени («мира Минковского») к искривленному пространству-времени, подсказывало обращение к римановой геометрии с метрикой:

 

 

Это сразу открывало путь для естественного обобщения спецрелятивистского закона движения тела

при включении гравитации: достаточно было перейти от «плоской» к римановой метрике При этом сам метрический тензор  получал двойное истолкование: как основная пространственно-временная характеристика и как гравитационный потенциал. Это и составляло суть тензорно-геометрической концепции гравитации. Одновременно получала реализацию идея радикального обобщения относительности, общая относительность трактовалась как общая ковариантность, характерная для произвольно искривленной римановой геометрии

 

Перечисленные идеи, предпосылки тензорно-геометрической концепции тяготения, созревали у Эйнштейна во время его двухлетнего пребывания в Праге (1911-1912) и затем в Цюрихе (1912-1913). И крайне важными при формировании этих идей были достаточно интенсивные (очные или заочные) контакты со многими физиками и математиками. Так, это касается П.Эренфеста (нарушение евклидовых геометрических соотношений на абсолютно твердом вращающемся диске и идея «карманных измерительных приборов» для проведения локальных геометрических и физических измерений), берлинского астронома Э.Фрейндлиха, с которым Эйнштейн обсуждал вопрос о наблюдательном подтверждении эффекта отклонения света в поле тяготения Солнца во время солнечного затмения, М Абрагама и Г.Нордстрема, с которыми Эйнштейн полемизировал по поводу скалярных теорий тяготения и др.

Особого упоминания в этой связи заслуживают идеи Маха, относящиеся к критике пространственно-временных абсолютов и обусловленности инерции тел их взаимодействием со всеми остальными массами Вселенной. Об этом свидетельствуют не только непосредственные ссылки на Маха в работах Эйнштейна 1911-1913 гг., но и его письма к философу. Благодаря М.Планку, М Лауэ, М.Борну, Эйнштейн в этот период берет на вооружение четырехмерную концепцию Г Минковского и под влиянием бесед с пражским математиком и учеником Маха Г.Пиком и с помощью своего друга студенческих времен М.Гроссмана (уже в Цюрихе) привлекает к делу риманову геометрию.

 

Тензорно-геометрическая теория гравитации Эйнштейна-Гроссмана и
отказ от общековариантных уравнений поля

В середине 1913 г. появляется совместная статья Эйнштейна и Гроссмана [10], где впервые была развита тензорно-геометрическая концепция гравитации, которую В.Паули считал ядром и «прекраснейшим достижением общей теории относительности». («Это слияние двух раньше совершенно различных областей - метрики и тяготения - должно рассматриваться как прекраснейшее достижение общей теории относительности» [11,с215]).

 Она состояла из двух частей - «Физической части», написанной Эйнштейном и «Математической части», написанной Гроссманом. В первой части показано, как принцип эквивалентности, имеющий прочный экспериментальный фундамент (опыты Этвеша), ведет к зависимости скорости света от гравитационного потенциала, и каким образом это при четырехмерном подходе приводит, по существу, к римановой метрике и закону движения для свободной точки в виде уравнения геодезической (, где ). Одновременно это означало и переход к обобщению относительности: от инерциальных систем отсчета к равноускоренным (однородные поля тяготения) и, далее, к произвольным непрерывным преобразованиям координат (в случае произвольных полей). (Вот как об этом сказано самим Эйнштейном.« Исходя из той роли, которую ds играет в законе движения материальной точки, мы можем заключить, что интервал ds должен быть абсолютным инвариантом (скаляром), отсюда следует, что ковариантный тензор 2 го ранга Последний определяет гравитационное поле» В результате «для описания воздействия гравитационного поля на материальные процессы можно составить уравнения, ковариантные относительно произвольных преобразований» [10, с 232].).

 

В «Математической части» Гроссман подчеркивает, что основополагающая роль римановой метрики ведет непосредственно к римановой геометрии и тензорному анализу как основной математической структуре теории. (Он ссылается при этом на работы Э Кристоффеля, а также Г Риччи и Т Леви Чивиты и развитый ими «метод абсолютного, т е независимого от координатной системы, дифференциального исчисления, который позволяет дать инвариантную форму уравнениям математической физики» [10, с 248]). Это позволяло дать общековариантные формулировки уравнений «материальных» (механических, электромагнитных и т.п.) процессов, автоматически учитывающие влияние на них гравитационного поля. Оставалось только найти уравнения, описывающие само гравитационное поле, своего рода гравитационный аналог уравнений Максвелла в электродинамике. Теоретико-инвариантные соображения в сочетании с принципом соответствия (т.е. требованием перехода новой теории в старую в ньютоновском приближении, или в пределе слабых полей) приводило к уравнениям вида, где , т.е. свертка основной геометрической характеристики риманова пространства - тензора кривизны, или тензора Римана-Кристоффеля 4-го ранга с метрическим тензором glm, Tlk - тензор энергии-импульса «материи», который, как предположил Эйнштейн, является источником гравитационного поля; k - гравитационная постоянная. Это уравнение казалось подходящим кандидатом на роль релятивистского обобщения уравнения Пуассона (). Но авторы пришли к выводу, что эти общековариантные уравнения все-таки не сводятся к уравнению Пуассона в ньютоновском приближении, т.е не согласуются с принципом соответствия.

 

Кроме того, вскоре Эйнштейн нашел дополнительные аргументы против общековариантных уравнений поля. Один из них был связан с нарушением принципа причинности (своеобразный мысленный эксперимент, известный как, «рассуждение с полостью»). Второй - с законом сохранения энергии-импульса, который, по мнению Эйнштейна, должен был формулироваться в дивергентной форме, имевшей место лишь в случае ограниченной (именно линейной) ковариантности, характерной для СТО.

 

В результате, Эйнштейн отказывается от требования общей ковариантности по отношению к уравнениям гравитационного поля и пытается найти уравнения поля либо линейно-ковариантные, либо ковариантные относительно более широкого класса преобразований, но все-таки необщековариантные. Таким образом, тензорно-геометрическая теория Эйнштейна-Гроссмана, ставшая ядром ОТО, в отличие от последней, как мы видим, обладала двойной ковариантностью. Общековариантная по сути, она опиралась на ограниченно-ковариантные уравнения гравитационного поля. Это делало ее логически непоследовательной, тем более, что линейная ковариантность гравитационных уравнений наводила на мысль о нарушении исходных принципов теории: эквивалентности и общей относительности.

 

В течение последующих двух с половиной лет Эйнштейн искал решение проблемы уравнений гравитации на «нековариантных путях», хотя временами был близок к тому, чтобы вернуться к общей ковариантности. Это продолжалось, фактически, до осени 1915 г., когда Эйнштейн понял бесперспективность нековариантного подхода к полевым уравнениям и, вернувшись к общей ковариантности, в четырех ноябрьских работах установил правильные общековариантные уравнения гравитации и тем самым завершил построение ОТО. Важный вклад в решение проблемы на этой стадии был также внесен выдающимся немецким математиком Д. Тильбертом. Прежде чем обратиться к несколько более подробному рассказу о драматичном соревновании Эйнштейна и Гильберта в ноябре 1915 г. резюмируем весь процесс генезиса ОТО в нижеследующей схеме (таблица 1): от ранних попыток построения спецрелятивистских теорий гравитации и принципа эквивалентности к теории Эйнштейна-Гроссмана и затем к ОТО с присущими ей правильными общековариантными уравнениями гравитационного поля.

 

По центру в этой схеме расположены блоки, соответствующие хронологически упорядоченной цепочке событий: ранние лоренц-ковариантные попытки решения проблемы гравитации  принцип эквивалентности  трудности, вставшие на пути его распространения на неоднородные поля скалярные теории и дискуссии, связанные с ними  предпосылки тензорно-геометрической концепции гравитации  теория Эйнштейна-Гроссмана, в которой реализуется эта концепция, и отказ от общековариантных уравнений гравитационного поля поиски необщековариантных уравнений поля достижение полной общей ковариантности и открытие правильных общековариантных уравнений гравитационного поля.

Слева и справа расположены блоки, изображающие связки идей, которые влияли на этот процесс. Особняком выделены идеи Э.Маха, существенные для Эйнштейна на всех этапах формирования ОТО [12]. Важнейшими факторами также были релятивистская программа, связанная с СТО и при сочетании ее с принципом эквивалентности расширенная Эйнштейном,

 

 

включившим в нее требование более общей ковариантности, чем лоренцева; экспериментальные аспекты теории и система «первопринципов», или методологических принципов физики (симметрии, сохранения, причинности, соответствия, наблюдаемости и др.).

Три верхних центральных блока представляют заключительный этап формирования ОТО, наиболее драматичный в рассматриваемой истории: отказ от общей ковариантности уравнений гравитации и поиски необщековариантного решения, возврат к общей ковариантности полевых уравнений и установление общековариантных уравнений гравитационного поля.

 

Общековариантные уравнения гравитации и завершение основ ОТО [7, 8, 13]

 

Переход от теории Эйнштейна-Гроссмана и ее обобщений с необщековариантными уравнениями гравитационного поля к ОТО с правильными обще-ковариантными полевыми уравнениями свершился в течение ноября 1915г. И сделано это было в четырех работах Эйнштейна, доложенных на заседаниях Прусской академии наук в Берлине 4,11,18 и 25 ноября 1915 г., и в докладе Д.Гильберта, сделанного на заседании Геттингенского научного общества 20 ноября 1915 г.

В первой ноябрьской работе Эйнштейн, поняв ошибочность своих доводов против общековариантного подхода к полевым уравнениям, вернулся к их первоначальному варианту с использованием тензора Риччи Rtk (Корректуру этой работы он послал Гильберту, который был увлечен проблемой построения единой теории электромагнетизма, гравитации и материи и сопроводил ее письмом « Я посылаю Вам корректуру одной своей работы, в которой я изменил свои гравитационные уравнения, после того как примерно 4 недели назад понял иллюзорность моей прежней аргументации» (цитир. по [8, с. 1353]).

ограниченному, впрочем, некоторым дополнительным условием.

В следующей работе Эйнштейн попытался достичь полной общей ковариантности, предположив, что материя имеет электромагнитную природу (это означало обращение в 0 следа тензора энергии-импульса материи и то, что гравитация играет важную роль в структуре материи). Об этом он также написал Гильберту, который ответил письмом от 13 ноября, содержавшим достаточно туманный «словесный» набросок его единой теории: «Уравнения электродинамики на основе одной общей теоремы оказываются математическим следствием гравитационных уравнений. Таким образом, гравитация и электромагнетизм перестают быть совершенно различными сущностями» (цитир. по [8, с. 1353]).

 

По просьбе Эйнштейна Гильберт посылает ему корректуру своего доклада «Основания физики», который он делает 20 ноября в Геттингене. Но за два дня до этого Эйнштейн докладывает свою третью работу, в которой он, на основе общековариантных уравнении гравитации для пустого пространства объясняет аномальное смещение перигелия орбиты Меркурия, а также вычисляет отклонение света в гравитационном поле Солнца. Соответствующие значения были таковы: для Меркурия 43" в столетие, что прекрасно согласовывалось с наблюдениями астрономов, и искривление световых лучей вблизи поверхности Солнца 1,7", достаточно хорошо подтвержденное во время солнечного затмения 29 мая 1919 г. английскими астрономами.

Тем временем, а именно в своем докладе, сделанном 20 ноября в Геттингене, Гильберт представил свою аксиоматически разработанную единую теорию, которая базировалась на общековариантном вариационном принципе

 

 

где R - скалярная кривизна, L - лагранжиан нелинейной электродинамики Г.Ми, в которой была сделана некорректная попытка свести заряженные частицы к электромагнитному полю. Вариационная процедура должна была привести Гильберта к общековариантным уравнениям гравитации в форме

 

 

где - тензор Риччи, a - тензор энергии-импульса теории Ми. Гильберт, однако, не сделал решающего шага, решив ограничить общую ковариантность условием, связанным с выполнением закона сохранения энергии-импульса. Позже, при подготовке своего доклада к публикации в марте 1916 г., он отказался от этого ограничения.

Эйнштейн же через пять дней после доклада Гильберта в своей последней ноябрьской работе отказался от предложения T = 0 и получил на основе эвристических соображений, связанных с законом сохранения энергии-импульса, Общековариантные уравнения гравитационного поля в форме

 

эквивалентной хрестоматийной форме уравнений гравитации со скалярной кривизной

 

В марте 1916 г. Эйнштейн закончил большую статью «Основы общей теории относительности» [14], ставшую первым систематическим изложением теории, к которому «даже сейчас мало что можно добавить по существу» [4, с.5]. Именно в этой статье впервые были введены в обиход названия специальная и общая теории относительности. Статья начиналась с изложения мотировок, ведущих к общему принципу относительности («Законы физики должны быть составлены так, чтобы они были справедливы для произвольно движущихся координатных систем» [14, с.456]), по существу совпадающему с принципом общей ковариантности («Общие законы природы должны быть выражены через уравнения, справедливые во всех координатных системах, т.е. эти уравнения должны быть ковариантными относительно любых подстановок (общековариантными)» [Там же, с.4591) и заканчивалась вычислением искривления луча света В на расстоянии  от массы М  и формулой для аномального смещения перигелия орбиты Меркурия, равного 43" в столетие ( где а - большая полуось эллиптической орбиты, е - ее эксцентриситет, Т- период обращения планеты в секундах).

 

Развитие ОТО в первое десятилетие после ее создания

 

С установлением общековариантных уравнений гравитационного поля, получивших название уравнений Эйнштейна или Эйнштейна-Гильберта, основы ОТО были созданы. В марте 1916г. Эйнштейн дал полное, систематическое изложение теории [14]. В течение последующего десятилетия был получен ряд важных новых результатов, касающихся, прежде всего, точных решений уравнений Эйнштейна, предсказания гравитационных волн и применения ОТО к космологической проблеме. В это же время теория получила хорошее подтверждение посредством астрономических наблюдений. Начиная с 1918 г. был предпринят ряд многообещающих проектов построения единой теории поля на основе идеи геометризации не только гравитационного, но и электромагнитного поля, но это направление так и не привело к успеху, несмотря на то, что в его разработке участвовали, наряду с Эйнштейном, такие выдающиеся физики и математики, как Г.Вейль, А.Эддингтон, В.Паули, Э.Картан, О.Клейн, Э.Шредингер и др.

Логическая структура теории, анализ ее оснований, вопросы ее физической интерпретации и ее математического формализма были систематически развиты в серии монографий и учебников по ОТО, написанных как самим Эйнштейном, так и другими авторами - Г.Вейлем, В.Паули, М. Лауэ, А.Эддингтоном и др. Выявились также некоторые проблемы и трудности теории, ставшие предметом обсуждения в этот период: вопросы об энергии гравитационного поля и о законе сохранения энергии-импульса, интерпретация общей относительности, проблема гравитационных волн и др. Особенностью и трудностью ОТО была слабая экспериментально-эмпирическая база. Наблюдаемые эффекты относились к приближению слабого поля, были крайне малы и немногочисленны (отклонение света в гравитационном поле Солнца; красное смещение спектральных линий, излучаемых атомами, находящимися в гравитационных полях; процессия перигелия планетных орбит) а точность измерений не превышала несколько десятков процентов.

Основные результаты развития ОТО в первое десятилетие, последовавшее после завершения ее основ представлены в нижеследующей краткой хронологии событий.

 

Общая теория относительности: формирование и развитие

 

1916

А.Эйнштейн «Основы ОТО» - первое систематическое наложение основ теории. К.Шварцшильд - точное решение вакуумных уравнений Эйнштейна для статического центрально-симметричного гравитационного поля материальной точки (этот результат был также получен И.Дросте) и аналогичное решение для поля несжимаемого жидкого шара

А.Эйнштейн - теоретическое предсказание гравитационных волн

Х.Рейснер - точное решение центрально-симметричного поля заряженного шара

1917

А.Эйнштейн «Вопросы космологии и общая теория относительности» - применение ОТО к космологической проблеме

Введение космологического члена А. и обобщенных уравнений поля. Получение на их основе пространственно замкнутого «мира Эйнштейна» - первой релятивистской космологической модели.

В. де Ситтер предложил космологическую модель «исевдосферического мира» для пустого пространства

1918

Дискуссия по проблеме энергии и сохранения энергии-импульса ОТО (Э.Шредингер, Х.Бауэр, Ф.Клейн, Эйнштейн, Э.Нетер и др) Установление теорем Нетер о связи законов сохранения с принципами симметрии

Развитие Эйнштейном теории гравитационных волн, получение квадрупольной фор мулы для гравитационного излучения

Выход в свет одной из первых основополагающих монографий по ОТО: Г.Вейль «Пространство, время, материя» [18]

Первый проект единой теории гравитационного и электромагнитного полей, основанный на обобщении римановой геометрии до геометрии связности подобия (теория Вейля).

1919

Подтверждение отклонения лучей света в гравитационном поле Солнца двумя английскими экспедициями под руководством А.Эддингтона (на остров Принсипи) и Э Кроммелина (на север Бразилии) во время солнечного затмения 29 мая 1919 г.

1920

Л.Гребе и др. пришли к выводу о том, что наблюдения красного смещения спектральных линий Солнца благоприятствуют ОТО, но не дают ее окончательного подтверждения

1921

Выход в свет блестящей книги В.Паули «Теория относительности» (в серии «Энциклопедия математического естествознания») [11], в которой было дано систематическое изложение теории и подведены итоги ее развития. Принсгонские лекции Эйнштейна «Сущность теории относительности» - компактное изложение ОТО, ее оснований и результатов, достигнутых к началу 1921 г. [19] А.Эйнштейн включается в разработку единых теорий поля

Проект единой теории гравитационного и электромагнитных полей, основанный на пятимерном обобщении ОТО (Т.Калуца).

1922

А А.Фридман показал, что уравнения Эйнштейна для изотропного однородного распределения вещества допускают нестационарное решение, соответствующее модели расширяющейся Вселенной.

Эйнштейн, нашедший сначала результат Фридмана ошибочным, затем признал его правоту.

Эйнштейну присуждается Нобелевская премия по физике за 1921 г. за «заслуги в области теоретической физики и в особенности за открытие закона фотоэлектрического эффекта».

 

По существу, к началу 1920-х гг., несмотря на существование некоторых неясностей и трудностей, общая теория относительности была завершена. Они касались понимания основ теории (соотношение принципов общей относительности, эквивалентности, общей ковариантности, геометрической природы гравитации и т.д.), проблемы законов сохранения и понятия энергии, вопроса о гравитационных волнах и экспериментального подтверждения теории (так, наблюдаемое смещение спектральных линий Солнца и некоторых звезд не вполне укладывалось в формулу гравитационного красного смещения, вытекающего из ОТО). В среднем точность успешных экспериментальных подтверждений теории не превышала 20%. Вероятно, все это в сочетании с трудностями восприятия теории не позволило Нобелевскому комитету присудить премию Эйнштейну за теорию относительности (добавим, что даже специальная теория относительности не была общепризнанной и не считалась экспериментально подтвержденной в достаточной степени).

К этому времени определились два главных направления применения и развития ОТО: первое - это космология (Эйнштейн, де Ситтер, Фридман и др.) и второе - построение единой теории гравитационного и электромагнитного полей путем того или иного расширения четырехмерной римановой геометрии (Г.Вейль, Т.Калуца, Эйнштейн, Эддингтон и др.).

Решающий прогресс в космологии был достигнут в конце 1920-х-начале 1930-х гг., когда американский астроном Э.Хаббл уверенно показал наличие красного смещения линий в спектрах далеких галактик и установил прямо пропорциональную зависимость скоростей галактик от расстояния (закон Хаббла), что означало расширение Вселенной в соответствии с нестационарным решением Фридмана. Заметим, впрочем, что результат Фридмана в 1927 г. был воспроизведен ЖАеметром, хотя в конце 1920-х гг. де Ситтер и Х.Робертсон полагали, что красное смещение подтверждает упомянутую выше модель де Ситтера. Однако, вскоре сам Хаббл, Эддингтон и Леметр пришли к выводу, что с наблюдениями Хаббла лучше согласуется решение Леметра, провозглашенного «отцом расширяющейся Вселенной». О Фридмане на время забыли, несмотря на то, что уже в 1931 г. Эйнштейн, признавший нестационарную космологию, подчеркнул, что «первым на этот путь вступил Фридман». Впоследствии приоритет российского ученого был полностью восстановлен и признан.

Что же касается единых теорий поля, то надежды на построение такой теории, которые казались достаточно радужными в начале 1920-х гг., так и не оправдались. Проекты Вейля и Калуцы выглядели многообещающими и математически весьма глубокими, но физические трудности на пути их реализации (отсутствие физических оснований для геометризации электромагнитного поля, неоднозначность выбора лагранжиана, отсутствие доступных измерению новых эффектов, отсутствие статических сферически- симметричных решений и т.д.) оказывались слишком значительными. В разработку этого направления включаются такие выдающиеся физики и математики, как Эддингтон, О.Клейн, Э.Картан, Я.Схоутен, Т.Леви-Чивита, О.Веблен, К.Ланцош, Л.Инфельд, а также российские (советские) теоретики Фридман, В.К.Фредерикс, В.А.Фок, Г.А.Мандель, И.Е-Тамм, М.А.Леонтович, Д.Д.Иваненко, Ю.Б.Румер и др. Сам Эйнштейн с начала 20-х гг. до начала 30-х гг. опубликовал множество статей, в которых он опирался то на пятимерие (в духе Калуцы), то на различные обобщения четырехмерной римановой геометрии (в духе Вейля).

Это не означает, что все это направление оказалось совершенно бесплодным. Наиболее важный вклад в физику на этом пути связан с разработкой идей калибровочной симметрии и вообще концепции калибровочного поля (Г.Вейль, ФАондон, В.А.ФОК, О.Клейн и др.). Весьма важными оказались в современных теоретических исследованиях, в частности в работах по полевому объединению фундаментальных физических взаимодействий, идеи многомерия в духе пятимерной концепции Калуцы-Клейна. После создания квантовой механики (1925-27) и особенно после интенсивного развития квантовой теории поля и физики элементарных частиц, начиная с 1932 г., программа объединения гравитации и электромагнетизма на геометрической основе отходит с переднего края физики на периферию [15].

В области собственно общей теории относительности после «космологического всплеска» начала 1930-х гг. наблюдалось определенное затишье вплоть до начала 1960-х гг., когда развитие наблюдательной астрофизики и космологии превратило ОТО в бурно развивающуюся область науки, тесно связанную с физикой высоких энергий.

В заключение - об отечественном вкладе в гравитационную физику и космологию [17, 22]. У истоков неевклидовой геометрии, играющей фундаментальную роль в ОТО и релятивистской космологии, стояли не только Гаусс и Риман, но и Н.И.Лобачевский. С его именем связана мощная геометрическая традиция, укорененная в Казанском университете и оказавшаяся важной в восприятии и развитии ОТО в России и СССР. В русле этой традиции находятся работы А.З.Петрова по алгебраической классификации полей тяготения (1950-е-1960-е гг.). Наиболее значительным российским достижением стала нестационарная космология Фридмана (1922). Первые обстоятельные обзоры, учебники и курсы лекций по ОТО появились в СССР в начале 1920-х гг. Они принадлежали В.К.Фредериксу, АЛ.Фридману (в соавторстве с Фре-дериксом) и Я.И.Френкелю. К концу 1920-х гг. относятся важные исследования В.А.Фока и Д.Д.Иваненко по уравнению Дирака в римановом пространстве. В середине 1930-х гг. М.П.Бронштейн исследовал проблему квантования гравитационного поля, а в конце 1930-х гг. В.А.Фок параллельно с Эйнштейном, Л.Инфельдом и Б.Хоффманом решил принципиальную проблему ОТО, показав, что уравнения движения материи являются следствием уравнений гравитационного поля. В 1941 г. появилось компактное образцовое изложение ОТО в «Теории поля» Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшица, а в 1955 г. фундаментальная монография В.А.Фока «Теория пространства, времени и тяготения», получившие мировую известность.

В период стремительного развития релятивистской астрофизики и космологии, начавшийся в середине 1960-х гг. (Развитию релятивистской астрофизики и космологии, особенно во 2-й половине XX в., согласно программе курса, должна быть посвящена отдельная глава), самыми крупными были достижения научной школы Л.Б.Зельдовича, относящиеся к изучению гравитационного коллапса, черных дыр, крупномасштабной структуры Вселенной, космологии ранней Вселенной.

 

 

Литература

1. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики (с начала XIX в) М Наука, 1979, 317 с.

2. Кудрявцев П. С. История физики Т 3 М Просвещение, 1971, 434 с

3. Дирак П.А. М. Общая теория относительности М Атомиздат, 1978, 65 с

4. Берков А. В., Ко fзарев И Ю Теория тяготения Эйнштейна, Общие принципы и экспериментальные следствия М МИФИ, 1989, 88 с

5. Берков А. В., Кобзарев И. Ю. Приложение теории тяготения Эйнштейна к астрофизике и космологии М МИФИ, 1990, 60 с

6. Хриллович И. Б. Общая теория относительности Ижевск НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001, 118 с

7 Визгин В. П. Релятивистская теория тяготения (истоки и формирование 1900-1915 г.г.) М Hay ка, 1981, 352 с

8. Визгин В. П. Об открытии уравнений гравитационного поля Эйнштейном и Гильбертом (новые материалы) //Успехи физических наук, 2001, т 171, №12 С 1347 1364

9. Эйнштейн А. О. принципе относительности и его следствиях (1907)//А Эйнштейн Собрание научных трудов М Наука, 1965 С 65-114

10. Эйнштейн А. , Гроссман М. Проект обобщенной теории относительности и теории тяготения (1913) //Там же С227-266

11. Паули В Теория относительности Изд. 2-е, исправленное и дополненное по англ. Изд. М На ука, 1983, 336 с

12. Визгин В. П. Роль идей Э Маха в генезисе общей теории относительности // Эйнштейновский сборник 1986-1990 М Наука, 1990 С 49-97

13. Пайс А. Научная деятельность и жизнь А Эйнштейна М Наука, 1989, 568 с.

14. Эйнштейн А. Основы общей теории относительности (1916) //А Эйнштейн Собрание научных трудов Т 1 М Наука, 1965 С 452-504

15. Визгин В. П. Единые теории поля в первой трети XX в М Наука, 1985, 304 с

16. Альберт Эйнштейн и теория гравитации Сборник статей М Мир, 1979, 592 с

17. Петров A.3. Общая теория относительности//Развитие физики в СССР Кн. 1 М Наука, 1967 С 58-73

18. Вейль Г. Пространство, время, материя Лекции по общей теории относительности М Янус, 1996,480с

19. Эйнштейн А Сущность теории относительности (1921) //А Эйнштейн Собрание научных трудов Т 2 М Наука, 1966 С 5-62

20. Тропп Э.А. , Френкель В Я, Черним А Д Александр Александрович Фридман Жизнь и деятельность М Наука, 1988, 304 с

21. Шаров А С, Новиков И Д. Человек, открывший взрыв Вселенной жизнь и труд Эдвина Хаббла. М Наука, 1989, 208 с

22. Визгин В П, Горелик Г Е Восприятие теории относительности в России и СССР // Эйнштейновский сборник 1984-1985 М Наука, 1988 С 7-70

 

Физика конденсированного состояния
и квантовая электроника. Кессених А. В.

 

Введение

Объединение в одной главе физики конденсированного состояния (ФКС) и квантовой электроники (КЭ) опирается на следующие соображения.

Во-первых, интенсивное развитие обоих направлений началось в середине XX в. [1, 2]. Решающую роль в их оформлении как цельных самостоятельных областей сыграли достижения атомной и молекулярной спектроскопии и экспериментальной физики экстремальных условий и параметров (низких температур, высоких давлений, спектроскопии ультравысоких и инфранизких частот, технологии получения высокочистых веществ). Без применения уникальной экспериментальной техники, которая ещё в начале века была недоступной (например, получение жидкого гелия), не могли бы возникнуть и оформиться такие направления, как исследования сверхпроводимости и сверхтекучести. Теория этих и многих других конденсированных систем, как и теория молекулярных генераторов, возникла на теоретической базе квантовой механики и квантовой статистики в процессе развития их приложений к атомным и молекулярным системам, к кристаллическим решеткам, к системам многих частиц.

Во-вторых, ФКС и КЭ оказались взаимосвязанными в том смысле, что достижения физики конденсированного состояния сыграли ведущую роль в создании технической базы квантовой электроники (лазеры на р-n переходах, гетеролазеры, примесные монокристаллы). С другой стороны, методы квантовой электроники позволили принципиально усовершенствовать исследования конденсированного состояния.

Заметим, что в XXI в. один из ведущих центров физического образования Московский инженерно-физический институт вступил с объединённой кафедрой «Физика конденсированного состояния и квантовая радиофизика». Как и в нашем случае, это решение может быть и не оптимальным и вынужденным, но, по крайней мере, оно допустимо.

Глава состоит из нескольких разделов, в каждом из которых отражена история одного из крупных направлений физики конденсированных состояний или квантовой электроники. В конце главы приведен небольшой список дополнительной литературы и два приложения. О последних следует сказать несколько слов.

 

Приложение первое. Содержит список лауреатов Нобелевской премии в области ФКС и КЭ. Сотня с небольшим Нобелевских премий по физике, были вручены со дня их основания. Около 30% из них относятся к направлениям, рассматриваемым в данной главе. Это следствие не только того, что основные достижения в развитии и само формирование ФКС и КЭ прошло преимущественно в эти годы. Следует принять во внимание и значительный вклад достижений ФКС и КЭ в научно-технический прогресс, их вклад в кардинальное изменение самого образа жизни человечества за истекший XX в.

 

Приложение второе. В этом приложении представлена весьма условная схема взаимосвязей между отдельными направлениями, представленными в данной главе и отчасти с предшествующими или сопутствующими им. На схеме мы изобразили теоретические истоки и экспериментальные методы, которые привели к формированию отдельных направлений. Рассмотрение схемы, логика построения которой весьма близка к логике построения главы, но не во всём совпадает с ней, возможно, будет полезным перед прочтением главы и после знакомства с ней.

 

Замечания к предыстории ФКС и КЭ

Здесь рассматривается история развития ФКС и КЭ в основном во второй половине XX в. с учётом необходимых для её понимания моментов истории предшествующих периодов развития физики.

Свойства жидкостей и твёрдых тел при нормальных (или близких к ним условиях), макроскопические проблемы движения жидкости и деформаций в твердом теле относятся к механике сплошных сред, история развития которой принадлежит к истории механики.

Микроскопические эффекты в жидкостях и твердых телах, связанные с взаимодействиями и превращениями молекул и других частиц служат предметом химической физики, история которой ещё ждёт своих авторов.

Во главу угла собственно истории физики твёрдого тела следовало бы положить историю развития теории симметрии и кристаллографии. Здесь были важны открытия и идеи многих поколений. Это работы О. Браве (1848), согласно модели которого кристалл является пространственной решеткой в узлах которой, как было показано позже, расположены атомы или молекул; установление Ф.Э. Нейманом принципа связи симметрии физических свойств кристалла с симметрией его формы; вывод 230 пространственных групп, охватывающих все возможные случаи структуры настоящих кристаллов, полученный Е.С. Федоровым и Л. Шенфлисом (1890-1891 гг.); результаты А.В. Шубникова и др. в области теории антисимметрии (58 групп антисимметрии, 1951 г.); недавнее открытие «квазикристаллов», твёрдых тел, не образующих собственно кристаллической решетки, но обладающих повторяющимися элементами структуры (1980-е гг.) и др.

Существенной была и разработка экспериментальных методов исследования кристаллических тел, жидкостей и других конденсированных сред. Этим мы обязаны прежде всего М. фон Лауэ и др. (дифракция рентгеновских лучей на монокристаллах, 1912); П. Дебаю и П. Шерреру (дифракция рентгеновских лучей на поликристаллах, 1916); Г. и Л. Брэггам и Г.В. Вульфу, разработавшим расчётные методы исследования монокристаллов рентгеновскими лучами (1913). Можно назвать и имена открывателей других физических методов: тот же П. Дебай (определение диполъных моментов), А. Мёссбауэр (резонансное поглощение ядрами в кристалле у-излучения),

Е.К. Завойский и Б. Блини (ЭПР), Ф. Блох и Э. Пёрселл (ЯМР) и др. Некоторые из них отмечены Нобелевскими премиями.

В нашей главе также не хватило места для истории исследований «мезосостояний», промежуточных между твердым телом и жидкостями. Это, с одной стороны история исследований физики жидких кристаллов, (открытых ещё в 1888 г., но практически не признававшихся многими авторитетами), поучительная во многих отношениях и много давшая для развития электроники. Это, с другой стороны история физики стекол и полимеров. В нашем тексте имеются лишь отдельные примеры из таких важных разделов истории ФКС как физика металлов, ферромагнетизм, исследования парамагнетизма и диамагнетизма, связанные в основном с фазовыми переходами, со спецификой зонной теории и моделями квазичастиц и резонансным поглощением электромагнитных волн.

Историю квантовой электроники логично было бы связать с краткой историей оптической спектроскопии, историей изучения электрических и магнитных свойств вещества, а также физических основ электротехники и ламповой электроники и рассмотреть квантовую электронику как естественное продолжение ранних исследований электричества и магнетизма. История физической электроники и физической оптики XIX-XX вв. составила бы отдельную главу истории физики. С помощью электронных и оптических приборов физики изучали спектры молекулярных и конденсированных систем, интерпретация которых легла в основу квантовой электроники. Немногочисленные авторы, исследовавшие историю квантовой электроники, справедливо отметили, что идея создания молекулярных и атомных генераторов была тесно связана с успехами и потребностями радиолокации [2] и базировалась на экспериментальном арсенале этой новой отрасли техники. Этот арсенал был активно использован в радиоспектроскопии. В радиоспектроскопии наиболее проявляется связь двух объединяемых в этой главе направлений. История открытия термоэлектрических, магнитоэлектрических, фотоэлектрических эффектов, явлений эмиссии и индуцированной проводимости и т.п. в равной мере относится и к истории физики твёрдого тела и к истории квантовой электроники. Мы, однако, вынуждены ограничиться лишь указаниями на открытия и интерпретации наиболее важных для понимания логики развития науки эффектов. Эта история продолжается и ныне в развитии сильноточной физической электроники, которая развивается параллельно электронике наносистем (квантовых компьютеров и т. п.).

 

Квантовая механика - теоретическая основа физики —
конденсированного состояния и квантовой электроники

Квантовая механика и квантовая статистика лежат в основе всех достижений ФКС и КЭ. Недаром бурное развитие физики конденсированных состояния (в частности зонной теории и моделей квазичастиц) и развитие спектроскопических основ квантовой электроники началось с 1930-х гг. (см. ниже). Постулат М. Планка о соответствии между частотой и энергией кванта hv(1900) служит исходным пунктом интерпретации всех квантовых эффектов. На постулат Н. Бора о существовании дискретных стационарных энергетических уровней в атоме (1913), подтверждённый затем в квантовой механике В. Гейзенберга (1925) и Э. Шредингера (1926), первоначально опиралась идея получения отрицательной температуры. На идеях Эйнштейна (1916-1917 гг.) об индуцированном излучении, обоснованных затем теоретическим анализом П. Дирака (1927-1928 гг.), базируются принципы действия квантовых генераторов (мазеров и лазеров). Представление частицы в виде волны с длиной волны л, зависящей от энергии Е, относится к 1923 г. Л. де Бройль получил для частоты такой волны v =Е∕h, где h - постоянная Планка, а для длины её λ-h/p, где р - импульс частицы. Волновая интерпретация позволила обосновать в 1930 -х гг. зонную модель твёрдого тела (см. ниже). Указание, что энергия частицы и в конденсированной среде квадратично зависит от её импульса (квазиимпульса), следует из основных уравнений квантовой механики (Э. Шредингер, 1926). Особую роль в распределении квантовых частиц по энергиям играет наличие спина. Существование у микрочастиц собственного момента количества движения - спина, характеризуемого спиновым числом S, было установлено для электрона Дж. Уленбеком, С. Гаудсмитом, (1925); для ядер - сначала в виде гипотезы Паули (1924) г., а затем и экспериментально в 1927. Число возможных ориентации спина со спиновым числом S равно (2S+1). При наличии у частицы как спинового Sh, так и орбитального момента Lh возникает сложная картина возможных ориентации суммарного момента во внешнем поле (фактор Ланде, векторная модель 1919-1922 гг., в которой А. Ланде предвосхитил наличие полуцелых спиновых чисел и различные значения факторов спектроскопических расщеплений g для спиновых и орбитальных моментов). Учёт спиновых состояний в общей волновой функции системы и влияние наличия спина на симметрию пространственной волновой функции осуществили В. Паули, Ф. Лондон, Ф. Гайтлер (1927 г.). Существование в системах с высокой плотностью частиц двух предельных статистик было установлено в 1924-1925 гг. - для статистики Бозе-Эйнштейна (для целых значений спина: первый пример применения такой статистики дал ещё в 1900 г. М. Планк для квантов электромагнитного излучения, которые впоследствии были названы фотонами) и в 1926 г. - статистики Ферми-Дирака (для полуцелых значений спина); первым и основным примером последней служат электроны в металлах и полупроводниках. Вместо распределения по значениям энергии е вида (-ε/kT) согласно Больцману, имеем

 для бозонов и  для фермионов,

как соответственно, называются частицы подчиняющиеся статистикам Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Теорема Паули о связи спина со статистикой окончательно сформулирована в 1940. Нормальным колебаниям твёрдого тела сопоставлено соответствующее число осцилляторов и дискретное квантование энергий осцилляторов в кристалле (А. Эйнштейн в 1907 г., П. Дебай в 1912 г. в своей теории теплоёмкости при низких температурах, И.Е.Тамм, который в 1930 ввёл понятие фонона). В конце 1920-х гг. были открыты туннельные переходы (Л.И.Мандельштам, М.А.Леонтович, Г.А.Гамов, Э. Кондон и др.). Примерно в то же время открыты новые специфически квантовые взаимодействия между частицами, так называемые обменные. Соответствующий им оператор Гамильтона

. Здесь Е() - энергия, не зависящая от ориентации спинов, - векторные операторы спинов взаимодействующих частиц, J12 - постоянная обменного взаимодействия (1927-1928, П.Дирак, В.Гейзенберг, Я.И.Френкель). Такие и аналогичные им по форме квазиобменные взаимодействия, приводят к расщеплению энергетических уровней, а при низких температурах к образованию устойчивых пар, кластеров и доменов взаимно упорядоченных частиц. Самим Шредингером и другими была разработана теория возмущений, важнейший приближенный метод квантовой механики. Концепция вторичного квантования (П.Дирак и др., 1927), позволила рассматривать конденсированную среду как аналог квантово-электродинамического вакуума, в котором могут рождаться, гибнуть и взаимно аннигилировать некие квазичастицы и соответствующие им «дырки». К 1928-1932 гг. относятся разработки А.Зоммерфельда, Д.Стрэтта, Р.Пайерлса, Ф.Блоха, Л.Бриллюэна и др., создавших понятие о разрешённых и запрещённых зонах энергии в кристаллической решетке ионов и молекул, коллективное взаимодействие в которых определяет свойства вещества. К 1941-1952 гг. относятся наиболее выдающиеся результаты Л.Д.Ландау и его школы в области модели квазичастиц. В 1960-х гг. значительный вклад в развитие зонной квантовой теории твердого тела внесли И.М.Лифшиц, Дж.Хаббард и др.

 

Создание и развитие зонной теории

 

Модель основана на представлении волновой функции электронов в твёрдом теле в виде стоячей волны с максимумами в узлах кристаллической решетки. Она основана на формулах для волн Л. де Бройля и формулах для обратной решётки. (Расстояния между узлами обратной решётки обратно пропорциональны расстояниям между узлами решётки Бравэ) по Бриллюэну в пространстве квазиимпульсов р, выраженных через волновые векторы стоячих волн k (квазиимпульс - аналог в периодической структуре обычного импульса в однородном пространстве). Зонная теория опирается на предположения: а) потенциал кристаллической решётки строго периодичен; б) взаимодействие между свободными электронами может быть сведено к одноэлектронному самосогласованному потенциалу (В методе самосогласованного поля (СП) взаимодействия между частицами заменяются действием на каждую из них суммарного поля. Поскольку значение этого поля зависит от состояния частиц, вычисление энергии проводится путём подбора эффективного поля, не меняющего заданной энергии электрона или другой квазичастицы в системе (одночастичного самосогласования) В качестве возмущений рассматриваются парные взаимодействия (корреляции) между частицами. Идея СП выдвигалась П Вейссом (1907, молекулярное поле для ферромагнетиков, чисто феноменологически), Д. Хартри и В.А. Фоком (1927, для многоэлектронных молекул) и была распространена в зонной теории на миогоэлектронные структуры твердого тела.), а оставшаяся часть рассматривается методом возмущений; в) взаимодействие с фононами (колебаниями решётки) слабое и может быть рассмотрено по теории возмущений. Сам факт существования энергетических зон связан, во-первых, с периодической структурой кристалла и отсюда со строгой ограниченностью и симметрией возможных в обратном пространстве значений векторов квазиимпульса. Во-вторых, этот факт связан с ферми-статистикой, которой подчиняются электроны, требующей последовательного (по мере роста энергии) полного заполнения всех энергетических уровней системы. Каждый допустимый уровень заполняется лишь двумя электронами (с разными значениями проекции спина). Все допустимые энергетические уровни в некоторой полосе заполняются при наличии достаточного числа электронов, остальное зависит от ширины разрешённой зоны и плотности уровней в этой зоне. Электроны в полностью заполненной зоне не дают вклада в проводимость, так как их энергия и квазиимпульс не могут меняться. Однако в частично заполненной зоне электроны могут получать энергию из электрического поля, так как их импульс (квазиимпульс) p(t) в поле с потенциалом V(f) подчиняется уравнению

.

Для рассматриваемого кристалла с объёмом элементарной ячейки и полным объемом кристалла V общее число энергетических уровней равно V/Ω>> 1. Состояние электрона в кристалле характеризуется, таким образом, практически непрерывным квантовым числом (волновым числом электрона проводимости) k.

Представления зонной теории складывались постепенно. На рубеже XIX и XX вв. была выдвинута классическая концепция электронного газа в металлах, первый предшественник зонной теории. Следующий шаг сделал А. Зоммерфельд (1928), разработавший квантовую теорию металлов. Годом раньше Д. Стрэтт выдвинул идею существования в металлах энергетических зон. Затем Ф. Блох и Л. Бриллюэн создали основы зонной теории твёрдых тел. Создание последовательных представлений об энергетическом спектре кристалла как совокупности разрешённых полос энергии, разделённых запрещёнными промежутками, принадлежит Р. Пайерлсу, Л. Бриллюэну, Р. Кронигу и др. (1930-1931 гг.). Ими были введены представления о валентной зоне (в ней электроны связаны с атомами решётки); зоне проводимости (в ней пребывают электроны, свободно перемещающиеся под действием электрического поля с энергиями ε ≈ р2/ 2m где квазиимпульс электрона р =hk). Важным оказалось понятие о разделяющей зону проводимости и свободную зону запрещённой зоне или энергетической щели. В свободную зону могут переместиться электроны, например, при повышении температуры или при воздействии электрического поля, оставляя в валентной зоне «дырку». В 1938 г. опубликована первая монография X. Бете и А. Зоммерфельда, подытожившая основы зонной теории.

Зонная модель непосредственно связана с моделью квазичастиц, прежде всего электронов проводимости, которые, имея в различных решётках различные эффективные массы, различные зависимости энергии от квазиимпульса и т. п., безусловно суть именно, квазичастицы. Лишь значения электрического заряда и спинового числа одинаковы у электронов проводимости и свободных электронов. Другие квазичастицы (см. следующий раздел) могут соответствовать просто «дыркам» (Я.И. Френкель, 1926) или парам: «дырка» в заполненной зоне и электрон в пустой зоне (экситон). Зонная теория

применима для описания некоторых эффектов в диэлектриках (электрический пробой, например, изучавшийся в работах школы А.Ф. Иоффе 1920-х-1930-х гг.). Основные достижения зонной теории в последующие десятилетия, однако, относятся к теории металлов, сверхпроводников, полупроводников.

Различные модификации зонной теории позволяют рассматривать задачи о проводимости и магнитных свойствах металлов, поскольку можно показать, что для электронов в металлах можно пользоваться моделью ферми-газа. Они позволили также создать теорию полупроводников (А. Вильсон, 1931), объяснить явления дырочной проводимости, температурной зависимости проводимости полупроводников с примесями, контактные явления на границе различных полупроводников и полупроводника с металлом. Зонную теорию привлекают также к объяснению эффектов Холла (см. ниже), эффектов сдвига полос поглощения в оптических спектрах и др. Н.Ф. Мотт и др. в 1960-х гг. разработали зонную теорию магнетизма в переходных металлах, учитывающих возникновение перекрывающихся зон (областей разрешённых энергий) для sp- и d- электронов. Разработанная в 1963-1965 гг. Дж. Хаббардом модель, учитывающая кулоновское отталкивание и вторичное квантование электронов проводимости, объясняет многие, но пока ещё далеко не все (особенно в области ферромагнетизма) экспериментальные факты.

Характерные особенности поведения металлов в электрических и магнитных полях определяются формой так называемых ферми-поверхностей. Изоэнергетическая ферми-поверхность в трёхмерном пространстве квазиимпульсов отделяет при температуре T=0 занятые электронами проводимости состояния от свободных. Большинство термодинамических, акустических, магнитных и электрических свойств металла определяется электронами, энергии и импульсы которых лежат вблизи от границ поверхностей Ферми и, тем самым, их формой. Основные черты конфигурации ферми-поверхности конкретного металла или полупроводника можно предсказать теоретически, исходя из симметрии решетки и физических свойств вещества. Так, поверхность Ферми кубических кристаллов меди, серебра, золота обладает в пространстве импульсов симметрией, близкой к сферической, а поверхность Ферми плоско-чешуйчатого графита обладает симметрией, близкой к цилиндрической. И.М. Лифшиц с сотр. в 1954-1965 гг. обосновал и развил идею восстановления энергетического спектра конденсированных сред по экспериментальным данным. Строгое теоретическое вычисление функции формы поверхности Ферми в пространстве квазиимпульсов Е=Е(р) затруднительно. Поэтому форму поверхности Ферми определяют полуэмпирическими методами, для чего привлекают данные по таким эффектам, как эффект Холла (электрическая поляризация, перпендикулярная магнитному полю и электрическому току; открыт в 1879 г.), осцилляции магнитной восприимчивости по де Гаазу-ван Альфену (открыты в 1931 г.), эффектам анизотропии магнетосопротивления с учетом симметрии решетки и др. Одно из первых определений ферми-поверхности осуществил А. Пиппард в 1957 г. для меди. В трехмерном изображении поверхности Ферми для большинства проводников имеют сложную конфигурацию, однако в различном приближении известны эти поверхности для всех металлов.

 

Метод квазичастиц

 

Метод квазичастиц - это нетривиальное и плодотворное развитие атомистической гипотезы, известной со времен античности. Одновременно идея квазичастиц служит прекрасной демонстрацией развития корпускулярно-волнового дуализма (или дуализма поле-вещество). Возбуждения в системе, - то есть кванты, суть волны и они же частицы (квазичастицы). Первую квазичастицу в привычном смысле этого слова, - положительную «дырку» в решётке кристалла предложил в 1926 г. Я.И. Френкель. Между тем развитие зонной теории и представления о квазичастицах постепенно привели к пониманию, что электрон проводимости также есть квазичастица (в отличие от свободного электрона). Главным отличием электронов проводимости от свободных электронов является наличие у первых специфических для каждой решётки значений эффективной массы . Метод вторичного квантования, введённый П. Дираком и др. в 1927 г., открыл возможность теоретического описания локальных или подвижных возбуждений, перемещение и возникновение которых определяет те или иные эффекты переноса или накопления энергии, заряда и т. п. Главное методическое преимущество модели квазичастиц заключается в том, что описание взаимодействия между колоссальным (до 1024 на см3) числом частиц заменяется описанием взаимодействий между самосогласованным полем и меньшим, а в случае «слабых возбуждений» и просто сравнительно небольшим числом квазичастиц. В 1924-1925 гг. была создана «статистика конденсации» - статистика Бозе-Эйнштейна, в 1931 г. «статистика заполнения» - статистика Ферми-Дирака (см. выше). После открытия спинов электрона в 1925 г. и атомных ядер в 1927 г. стало ясно, что свойства различных частиц различны в отношении их симметрии и, соответственно, поведения в сложных системах. После работы В.Паули 1940 г. стало ясно, что статистика ансамбля квазичастиц определяется значениями их спинов (целыми или полуцелыми).

В 1926 г. Я.И. Френкель ввёл также понятие о подвижности «дырок» в решётках кристаллов. Их перемещение, аналогичное перемещению электронов или ионов ведёт к явлению переноса заряда, то есть к электрическому току. Ток «дырок» должен отличаться от тока электронов знаком эффекта Холла и подвижностью носителей заряда. Состояние с «дыркой» и квазисвободным электроном Френкель определил как экситон. В 1930 г. Я.И. Френкель предсказал существование молекулярного экситона - нелокального биполярного состояния, которое может перемещаться по решётке молекулярного кристалла. В 1930 г. И.Е. Тамм ввёл понятие фонона, на основе развитых им представлений о колебаниях решётки, выдвинутых ранее Дебаем и Эйнштейном. Уже в 1931 г. Р. Пайерлс разработал теорию теплопроводности на основе представлений о движении газа фононов.

В 1931 г. Ф.Блох создал теорию спиновых волн (слабых возбуждений ферромагнетика), на основе которой А.И.Ахиезер в 1946 г. выдвинул идею магнонов. В 1937 г. Г.Ванье и Н.Мотт развили представление о связанном состоянии электрона из зоны проводимости и дырки из валентной зоны (локализованный экситон). Л.Д.Ландау в 1941 предположил, что помимо сверхтекучей жидкой фазы в Не II имеется смешанная с ней жидкая фаза, которую можно описать с помощью модели квазичастиц, так называемых квантованных вихрей («ротонов»). Начиная с работ школы Ландау, было установлено впоследствии наличие устойчивых токовых вихрей в сверхпроводниках П рода (1950-1952).

Модели фононов (в особенности), магнонов, экситонов (в дальнейшем по-ляронов, плазмонов, «примесонов» и др.) широко применялись и применяются для описания процессов переноса, эффектов взаимодействия конденсированного состояния с электрическим, и магнитным полями, возбуждения светом, сдвига спектральных линий за счёт изменения границы заполненных уровней при возрастании числа возбуждений (эффект Келдыша-Франца, 1958). Конденсацию экситонов с образованием экситонных капель предсказал Л.В. Келдыш (1968), что вскоре нашло экспериментальное подтверждение.

«Квазичастицы» могут иметь разную физическую природу. Например, бозе-конденсации могут подвергнуться в принципе любые частицы или квазичастицы с целым суммарным спином. Бозонами являются атомы гелия-4, у которых и ядерный и электронный спины равны нулю. Напротив, атомы рубидия (а подобно им атомы большинства изотопов элементов первой группы) также являются бозонами, но с целочисленным суммарным спином F=S+I отличным от нуля. Действительно, у неспаренного электрона Se =1 /2 ,у ядра изотопа Rb87 спиновое число IRd87 = 3/2, поэтому в магнитном поле, равном нулю («нулевом поле») F = 1 или F - 2, - прекрасная модель для демонстрации эффекта бозе-конденсации (Э. Корнелл, В. Котерль, К. Вейман; 1995).

В 1950-Х-1970-Х гг. установлены физические механизмы образования таких «квазичастиц», как куперовские пары электронов (1956) со спином 0 в сверхпроводниках (спин-фононное взаимодействие) и связанные косвенным обменным взаимодействием пары атомов Не со спином I=1 (Д. Ошерофф и др., 1972). Каждая квазичастица может, таким образом, быть некоторой составной частицей: атомом, молекулой, парой электронов, бимолекулярным комплексом или двухатомной квазимолекулой. Квазичастица существует на фоне коллективных взаимодействий (как куперовские пары, экситоны Ванье-Мотта и др.), и даже, если уподобляется обычной частице, существует в «облаке», или «шубе». Такое «облако» обусловлено также взаимодействием с окружением, например, электроны проводимости лишь формально являются свободными (особенно наглядно это видно в полупроводниках по эффектам циклотронного резонанса, Холла и др.). Предсказанный в 1951 г. Я.Г. Дорфманом (исходя из известной работы Л.Д. Ландау о диамагнетизме металлов 1930 г.) и независимо в 1952 г. Р. Динглем циклотронный резонанс электронов проводимости (ЦРЭ) впервые наблюдался в 1953 г. Д. Дрессельгаузом, А.Ф. Киппом и Ч. Киттелем в полупроводниках. Частота ЦРЭ для электрона (такой же эффект может наблюдаться и для «дырок») равна ωс = еН / т* с. Как и другие магнетоэлектрические эффекты ЦРЭ позволяет получить важные данные о строении металла и полупроводника (полезные для определения знака носителей заряда, определения конфигурации поверхности Ферми и т. д.). См. для углублённого понимания последних двух разделов [1, 3].

 

История исследований фазовых переходов второго рода

 

Экспериментальные исследования обнаруживали ряд эффектов изменения свойств конденсированной среды, происходящих постепенно в некоторой достаточно узкой температурной области, без выделения или поглощения теплоты, но с резким возрастанием теплоёмкости в области перехода. Первым последовательным исследованием эффекта такого рода было исследование П. Кюри перехода парамагнетика в ферромагнетик (1895), более детально воспроизведенное П.Э. Вейссом в 1907 г.

Аналогичными эффектами были переходы диэлектрик-сегнетоэлектрик (ферроэлектрик), их открывали всё в новых кристаллах после того, как аномальную поляризацию открыл в 1919 г. в сегнетовой соли Д. Андерсон. Теория сегнетоэлектричества, основанная на существовании спонтанной электрической поляризации, подобной спонтанной намагниченности в ферромагнетике, была развита П.П. Кобеко и И.В. Курчатовым в 1930-1931 гг. Сегнето-электрик с максимальным значением спонтанной электрической поляризации - титанат бария открыт Б.М. Вулом (ФИАН) в 1944 г.

Значительным событием в исследованиях фазовых переходов второго рода было открытие в 1928 г. А/точки жидкого гелия (см. ниже). Знак «А», присвоенный этому переходу несколько позже (1932), символизирует узкую А-образную кривую в функциональной зависимости теплоёмкости от температуры. Точки фазовых переходов второго рода обычно называют либо А-точками, либо «точками Кюри».

Природу обменных сил, в частности обеспечивающих возникновение ферромагнетизма установили Я.И. Френкель и В. Гейзенберг в 1926 г. В 1925 г. развёрнутый феноменологический анализ этой модели парных псевдовекторных взаимодействий провёл для одномерного случая Э. Изинг, имя которого получила эта модель. Лишь в 1944 г. Л. Онсагер выполнил ту же задачу для двумерной решётки. Для трёхмерного случая общего решения пока не найдено, хотя рассмотрено много частных случаев.

В 1931 г. эффект перехода некоторых парамагнетиков в антиферромагнитное состояние предсказал Л. Неель, в 1933 г., а понятие антиферромагнетизма как особой фазы магнетика ввел Л.Д. Ландау.

Открытия и более последовательные исследования переходов второго рода следовали одно за другим. В 1935 г. был открыт экспериментально антиферромагнетизм. Идею о природе фазовых переходов второго рода выдвинул П. Эренфест, а в 1937 г. соответствующую теорию предложил Ландау. Изложение этой теории в томе «Статистическая физика» курса Ландау-Лифшица до сих пор является наилучшим.

Наиболее исследуемыми типами фазовых переходов второго рода остаются переходы в сверхтекучее и сверхпроводящее состояния. Однако, сверхпроводящие и сверхтекучие системы обычно не являются однофазными (см. ниже).

Переходами второго рода являются также превращения обыкновенной жидкости в мезофазы (жидкокристаллические фазы); открыты и исследованы несколько новых фазовых превращений, связанных с магнитными свойствами (открытый Л.Неелем в 1948 г. ферримагнетизм, исследованный А.С.Боровиком-Романовым слабый ферромагнетизм, спиновые стёкла, открытые в 1972).

 

Исследование полупроводников и открытие транзисторного эффекта

 

Первой уверенной регистрацией эффекта, характерного для полупроводника, а именно появления заметной проводимости у плохо проводящего вещества при нагревании, было наблюдение М. Фарадея на сернистом серебре (1833). В этом же ряду стоит первое наблюдение внутреннего фотоэффекта в селене, описанное У. Смитом (1873); открытие К.Ф. Брауном односторонней проводимости у контактов кристаллов сульфида цинка и др. с металлом (1874). В 1929 г. обнаружены полупроводниковые свойства у кристаллов германия, а вскоре и у кристаллов кремния. В 1930 г. К. Вагнер установил наличие двух типов полупроводников: электронных (n-проводимость) и дырочных (p-проводимость). В. Шотгки в том же году указал на роль в проводимости полупроводников дефектов решётки.

В 1931 г. квантовую теорию полупроводников, в частности акцепторной и донорной проводимости полупроводников, включающую сопоставление их с металлами и диэлектриками в терминах зонной теории создал английский физик А. X. Вильсон. Согласно его теории у полупроводника имеется свободная зона, отделенная от основной энергетической зоны небольшой энергетической щелью (см. выше). В 1939 г. В. Шотгки (Германия) исследовал потенциальный барьер в приконтактном слое металл - полупроводник (барьер Шотгки) и предложил конструкцию диода (диод Шотгки). В 1940-х гг. уже широко использовались такие диоды в качестве так называемых кристаллических детекторов. Первая фиксация p-n-перехода (p-п - переход, - контакт между областями дырочной (positive) и электронной (negative) проводимости в полупроводнике, приготовленный искусственно Различаются гомопереходы, возникающие за счёт избытков соответственно донорной и акцепторной примесей и гетеропереходы между полупроводниками разного состава.) в образце Сu2О произошла в 1941. Экситоны Ванье-Мотта в этом же веществе обнаружены в 1951 г. В 1948 г. У. Шокли и Дж. Пирсон открыли эффект поля на примере управления током в полупроводнике, путем наложения электрического поля, перпендикулярного току в месте p-n- перехода. В дальнейшем это привело к изобретению транзисторов.

В 1949 г. У. Шокли исследовал подвижность носителей заряда в кристалле германия, разработал теорию p-n-перехода и предложил конструкцию p-n-транзистора. Важные исследования электронных явлений в полупроводниках выполнили в 1950 г. вместе с У. Шокли также Дж. Бардин и У. Брат-теин. Позже Н.Г. Басов, Б.М. Вул и Ю.М. Попов выдвинули идею о создании в полупроводнике отрицательной температуры в системе электронов путём созданий избытка электронов в зоне проводимости (1959, см. ниже). В 1963 г. был открыт эффект Дж. Ганна (генерация СВЧ полупроводниками типа AIIIBV). В 1963 г. Ж.И. Алфёровым выдвинута идея об инжекции электронов из одной полупроводниковой структуры в другую («гетероструктуры»). Туннельные эффекты в полупроводниках открыл и исследовал в 1952 г. Л. Эсаки (создатель туннельного полупроводникового диода), теорию их разрабатывал Л. Келдыш в 1957 г. В физике полупроводников открытия новых физических эффектов и их применений в электронике и оптике продолжались в течение всего XX в. Так, начиная с 1970-х гг., благодаря открытию транзисторов с проницаемой базой (металл - диэлектрик - полупроводник покрытие в области базы -p-n-перехода) начала создаваться индустрия изготовления транзисторов и интегральных схем на транзисторах методом микролитографии (нанесения покрытий по шаблону).

 

Исследования сверхпроводимости и сверхтекучести

 

В 1908 г. в Голландии в Лейдене зародилась и начала развиваться физика низких температур, которая послужила экспериментальной основой для двух замечательных направлений в физике конденсированных состояний: сверхпроводимости и сверхтекучести. Итак: в 1908 г. Г. Камерлинг-Оннес получил жидкий гелий; в 1911 г. он же открыл явление сверхпроводимости у ртути (вскоре также у олова, свинца, таллия), обнаружил многие другие свойства жидкого гелия и сверхпроводников. Важнейшими были разрушение сверхпроводимости электрическим током (1913 г.), существование незатухающего тока в сверхпроводящем кольце (1922 г.). В 1933 г. В. Мейснер с соавторами обнаружили, что сверхпроводник выталкивает магнитное поле. В 1930-1931 гг. в Лейдене были установлены особые свойства сверхпроводящих сплавов. В отличие от чистых сверхпроводящих металлов (сверхпроводники I рода) были открыты сверхпроводники II рода, в которых сосуществуют сверхпроводящая и нормальная фазы (Л.В. Шубников, 1934-1937 гг.). Свойства сверхпроводников (СП) разного рода отличаются по влиянию на сверхпроводящий ток магнитного поля. В СП I рода при некотором критическом значении напряжённости магнитного поля Нс ток падает практически до нуля. В СП П рода при некотором значении Нс1 ток начинает падать и при некотором значении Нс2 резко падает до нуля. Ниже мы рассмотрим историю исследований, показавших, что специфическое различие в свойствах СП разного рода вызывается существованием в СП II рода фиксированных вихревых токов, что связано с возможностью проникновения магнитного поля в отдельные области СП П рода.

 

В 1928 г. В. Кеезом с сотрудниками открыли в жидком гелии при 2,19К фазовый переход второго рода и установили существование двух разновидностей жидкого гелия: гелий I и гелий II (ниже точки перехода). В 1935 г. он же с совместно с др. установил скачок теплоёмкости при этой температуре (в Х-точке). В 1938 г. П.Л. Капица открыл сверхтекучесть гелия П, что явилось убедительной демонстрацией эффекта бозе-конденсации (вырождения ансамбля частиц по энергиям). За это и другие достижения Капице присуждена Нобелевская премия 1978 г. В 1940-1941 гг. Ландау создал теорию

сверхтекучести гелия II (за эти и последующие работы в 1962 г. ему также была присуждена Нобелевская премия). Согласно его теории в гелии П существует в концентрации, зависящей от температуры, примесь нормальной фазы, которая описывалась введением новых квазичастиц «ротонов», представляющих собой элементарные вихри. В 1944 г. B.C. Пешков открыл в жидком гелии II так называемый «второй звук», связанный с локальным переходом фаз гелия II друг в друга. В 1948 г. получен жидкий Не3, являющийся квантовой ферми-жидкостью. В 1958 г. Л.П. Питаевский предсказал образование связанных пар атомов Не и сверхтекучесть (бозе-конденсацию образовавшихся пар) этой изотопной модификации гелия. Сверхтекучесть Не3 обнаружили Д. Ошерофф и др. в 1972 г. Таким образом, была ещё раз показана принципиальная общность явлений сверхпроводимости и сверхтекучести, основанных на бозе-конденсации.

Первую феноменологическую теорию сверхпроводимости предложили Ф. Лондон и Г. Лондон в 1928 г. Следующий шаг был сделан Л.Д. Ландау в 1937 г. Теорию неидеального бозе-газа развил в 1947 г. Н.Н. Боголюбов. Современную феноменологическую теория сверхпроводимости разработали в 1950 гг. В.Л. Гинзбург и Л. Д. Ландау. В дальнейшем она была признана феноменологической основой для создания последовательной теории сверхпроводимости. В 1952-1957 гг. теорию сверхпроводников II рода (в основном сплавов) как сочетание закреплённых токовых вихрей с участками истинно сверхпроводящей фазы разработал А.А. Абрикосов. Стала очевидной аналогия между сверхпроводником II рода и сверхтекучим гелием П: сосуществование с бозе-конденсатом устойчивых вихревых образований (соответственно замкнутых электронных токов и квазичастиц, так называемых ротонов). В 1958 г. были завершены Л.П. Горьковым работы школы Ландау по теории сверхпроводников II рода. Соответствующая теория получила название «теория ГЛАГ». В 1950 году Дж. Бардин и Г. Фрёлих предсказали притяжение между электронами металла за счёт обмена виртуальными фононами. В 1956 г. Л. Купер ввёл понятие связанных пар, образующихся в системе ферми-частиц и превращающих тем самым ферми-газ электронов в газ бозонов, а затем и в бозе-конденсат. Полная теория, известна как теория БКШ (Дж. Бардин, Л. Купер, Дж. Шриффер). Она была сформулирована в 1957 г. и позже отмечена Нобелевской премией.

 

В 1962 г. туннелирование носителей заряда из одного сверхпроводящего слоя в другой через тонкий слой вакуума, изолятора или другого несверхпроводящего материала предсказал английский физик Б. Джозефсон. Тем самым тонкий разрыв в полупроводниковом кольце не служит препятствием к циркуляции незатухающего стационарного электрического тока в сверхпроводниковом кольце с разрезом (до 10-20А). Когда ток, проходящий через джозефсоновский контакт, достигает некоторого критического значения Ic, наблюдаются нестационарные эффекты, сопровождающиеся генерацией переменного напряжения частоты со и возникновением на контакте постоянного падения напряжения порядка V, связанных между собой соотношением Джозефсона . В 1963 г. предсказанный эффект (стационарный вариант) обнаружили Ф. Андерсон и Дж. Роуэлл. Другие его модификации наблюдали в последующие два года. Туннельные эффекты в сверхпроводниках изучал также А. Джайавер, создавший в I960 г. туннельный сверхпроводящий диод. В 1986 г. И. Беднорцем и К.А. Мюллером были открыты высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) с температурой перехода около 40 К и выше (несколько позже до lO^K). Исследования этих сложных двойных окислов редкоземельных элементов и меди (ртути и др. металлов) позволяют раскрывать новые детали в физическом механизме сверхпроводимости. Возможно, что это открытие окажет заметное влияние на развитие электротехники.

 

Спектроскопические предпосылки квантовой электроники

 

Первые шаги в развитии спектроскопии относятся к концу XIX в. В 1896 г. был открыт П. Зееманом эффект расщепления линий оптических спектров в магнитном поле (эффект Зеемана, объяснённый Х.Лоренцем). В 1906 г. Лоренц же рассмотрел проблему ширины спектральных линий, и создал теорию контура спектральной линии при диссипативном механизме уширения, зависящем от частоты столкновений между молекулами. В 1913 г. И. Штарк открыл расщепление спектральных линий в электрическом поле. Этот эффект был в дальнейшем широко применен для модуляции и сдвига частот в оптической и микроволновой спектроскопии. В 1915-1916 гг. теорию атомных спектров, в частности квантовую теорию эффекта Зеемана, совместно с П. Дебаем создал А. Зоммерфельд. В 1925 г., выдвинув гипотезу наличия спина у электрона, С. Гаудсмит и Дж. Уленбек открыли путь к объяснению всех атомных спектров и их тонкой магнитной структуры. В 1927 г. была установлена связь между спинами атомных ядер и сверхтонкой структурой атомных спектров. В 1929 г. X. Бете создал основы теории кристаллического поля (действия поля кристалла на энергетические уровни атома), что важно для спектроскопии солей и оксидов, особенно примесных кристаллов.

 

В 1932-1934 гг. Д.М. Деннисон, Дж. Е. Уленбек, К. Е. Клитон, Н. X. Вильяме выполнили серию исследований микроволнового спектра аммиака NH3, в частности знаменитой инверсионной линии с длиной волны 1,1 см, на которой через двадцать лет был осуществлен первый квантовый генератор. Спектроскопия аммиака даёт уникальный пример расщепления вращательных линий за счёт туннельных переходов. Расположенный в центре тетраэдра атомов водорода атом азота «выворачивается» таким образом, что ориентация перпендикуляра, параллельного оси * и опущенного из атома азота на центр плоскости треугольника (рис.1) меняется на противоположную.

 

 

Энергия системы (молекулы) как функция х (координаты, перпендикулярной плоскости, изображённой на рис.1) описывается кривой с двумя равноценными минимумами и максимумом с барьером в середине (рис.2). Д.М. Деннисон и Дж.Е. Уленбек решили задачу о расщеплении энергетических уровней молекулы аммиака с учётом туннельных переходов в этой системе. (Расщепление порядка 25 Гигагерц между уровнями (состояниями) с соответственно симметричным и антисимметричным распределениями атома

азота между двумя равноценными минимумами.) Переход между этими состояниями на языке волновых функций есть переход между состояниям  и Именно он служит рабочим для микроволнового квантового генератора на аммиаке. Частота перехода зависит от колебательного состояния, изотопного состава молекулы и т. д.

 

История исследований магнитного резонанса

 

В 1895 г. прецессию вращающихся в магнитном поле электронов предсказал Дж. Лармор (знаменитая теорема Лармора). Взаимодействие движущегося электрона с магнитным полем исследовал ХА. Лоренц в том же 1895 г. В 1896 г. был открыт непосредственно вытекающий из результатов Лармора и Лоренца эффект П. Зеемана, - расщепление линий в магнитном поле, пропорциональное напряженности магнитного поля (и равное ларморовой частоте). В 1898 г. был обнаружен так называемый «аномальный эффект Зеемана» расщепление спектральных линий с высокой мультиплетностью. Это была излюбленная задача исследований в последующие 30 лет (она была решена только на основе квантовой теории атома и понятия спина электрона). В 1912 г. Ф. Пашен и Э. Бак открыли эффект «упрощения» картины зеемановского расщепления в сильных магнитных полях. В 1922 г. пространственное квантование пучка атомов в магнитном поле было получено О. Штерном и Г. Герлахом. А. Эйнштейн, П. Эренфест (1922), а затем Я.Г. Дорфман (1923) высказали уверенность, что переход между квантованными ориентациями должен происходить под действием резонансного излучения. Но тогда еще не было известно, что квантуются ориентации именно спина электрона, а не его орбитального момента, и не была разработана теория возмущений, необходимая для однозначного предсказания условий возникновения эффекта резонанса. В то же время Паули в 1924 г., трактуя сверхтонкую структуру атомных спектров, высказал предположение о наличии спина у атомного ядра.

В 1933 г. опыты с молекулярными пучками О. Фриша, О. Штерна и др. обнаружили пространственное квантование суммарного ядерного спина молекул разных изотопомеров водорода (Н2, HD, D2). В 1937 г. Л.В. Шубников и Б А. Лазарев измерили стационарную намагниченность протонов в твёрдом водороде при сверхнизких температурах. В 1938-1940 гг. И. Раби и др. в Колумбийском университете (США) выполнили серию наблюдений магнитного резонанса (сначала ядерного, а затем и электронного) в молекулярных пучках. В этих опытах были установлены значения гиромагнитных отношений (см. ниже) протона, дейтрона и других ядер. Согласно теореме Лармора электрон, обладающий собственным механическим моментом количества движения и коллинеарным ему магнитным моментом, в постоянном магнитном поле с индукцией  вращается вокруг направления последней по часовой стрелке с частотой где гиромагнитное отношение Вращение с частотой в нужном направлении эквивалентно по Лармору включению магнитного поля с индукцией, направленной противоположно полю, заданному в лабораторной системе. Введённое тогда Ф. Блохом понятие вращающейся системы координат широко использовалось в дальнейшем для объяснения эффектов магнитного резонанса и разработки аппаратуры для его исследований.

Для спиновых систем понятие спиновой температуры ввели в 1938 г. Х.Б.Г. Казимир и Ф.К. Дю Пре. Исследованиями высокочастотных спектров парамагнитных систем занимались К. Гортер с соавторами в 1936 - 1944 гг. Наконец, в 1944 г. электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) открыл в Казани Е.К. За-войский, который приступал к поискам магнитного резонанса в конденсированных средах ещё в 1940 г. и был близок к открытию также и ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Однако, лишь в 1945 г. две группы исследователей под руководством Ф.Блоха (Огенфорд, США) и Э.Пёрселла (Гарвард, СИТА) открыли ядерный магнитный резонанс на протонах. Исследования магнитного спинового резонанса, частота которого задаётся формулой Лармора с поправкой на внутренние взаимодействия спинов, в интересах химии получили большой размах с конца 1940-х-1950-х гг. В ЯМР в эти годы были открыты магнитное экранирование или химический сдвиг, электрические квадрупольные взаимодействия, косвенные спин-спиновые взаимодействия.

В то же время исследования ЯМР и ЭПР сыграли важную роль в утверждении основ квантовой электроники. В 1947 - 1951 гг. в Оксфорде (Англия) в лаборатории Б. Блини и затем также в Казани в лаборатории С.А. Альтшулера были сформулированы закономерности формирования спектров ЭПР в монокристаллах на основе развития теории кристаллического поля. Исследованные в этих лабораториях, а также в лаборатории A.M. Прохорова в ФИАН, Н. Бломбергена в США и др. кристаллы с примесями переходных, в основном 3d- (группы железа) и 4f- (редкоземельных), элементов послужили рабочими средами для создания мазеров и лазеров на трехуровневых системах.

В 1945 г. Дж. Ван Флек и В.Ф. Вайскопф уточнили квантовую модификацию теории лоренцевой ширины линии для разреженных газов и разработали теорию зависимости ширины и формы линии от давления газа.

В 1950-1951 гг. были уже продемонстрированы на примере спиновых систем эффекты инверсии заселённостей уровней и индуцированного излучения (Пёрселл и Паунд). В оптических спектрах со сверхтонкой структурой эффекты типа накачки (неравновесного перераспределения заселённостей уровней при возбуждении одного из переходов во многоуровневой системе) или двойного магнитно-оптического резонанса в 1950-1952 гг. исследовал

французский учёный А. Кастлер с соавторами. Двойной электронно-ядерный резонанс открыл в 1956 г. Дж. Феер. Работы А. Оверхаузера, Р. Карвера и Ч. Сликтера (1953) и А. Абрагама совместно с У. Проктором (1956) установили возможность методами накачки в многоуровневых спиновых системах (системах с двумя сортами спинов) менять спиновые температуры и следовательно намагниченности (поляризации) одного из сортов спинов. Системы с повышенной поляризацией ядер с относительно невысокими магнитными моментами (и очень медленной релаксацией к тепловым значениям) немедленно по их получении были применены для экспериментов с поляризованными ядерными (в основном протонными) мишенями по зависимости от спина нуклон-нуклонных взаимодействий (ядерно-ядерных взаимодействий). Развитие идей спиновой температуры получено в работах школы А. Абрагама в 1956-1983 г. Важный вклад в эту проблему внесли исследования советских теоретиков Б.Н. Провоторова, М.И. Родак и др. (1961-1964 гг.), и экспериментаторов В.А. Ацаркина, А.Е. Мефёда и др.

На «счету» магнитного резонанса имеется несколько уникальных по принципиальному значению для развития физики достижений. Для ядерных спиновых систем продемонстрирована, например, обратимость во времени процессов затухания когерентной прецессии спинов вокруг магнитного поля («магическое эхо» У.К. Рима, Р. Пайнса и Дж. Уо, 1971). Результаты Абрагама и его школы (1970-е гг.) по получению ядерного спинового ферромагнетизма и антиферромагнетизма в искусственно упорядоченных методами магнитного резонанса системах служат своего рода «рекордным» достижением в области аппаратурных методов воздействия на внутренние взаимодействия в веществе (Большинство экспериментов по управлению намагниченностью ядерных спин-систем в твердом теле проводилось на монокристаллах CaF, что обусловлено высокой концентрацией в них ядерных спинов единственного стабильного изотопа фтора F со спином 1 / 2 и сравнительной простотой расчётов для кристалла кубической сингонии).

 В различных лабораториях разработаны методы управления эффективными параметрами спин-гамильтонианов в твёрдых телах, приводящие к ограничению эффективных диполь-дипольных и некоторых других анизотропных спиновых взаимодействий и резкому сужению спектральных линий магнитного резонанса. Эти результаты, полученные в 1970-х гг., позволили повысить разрешающую способность спектроскопии магнитного резонанса в твёрдом теле путём аппаратурного воздействия на взаимодействия между магнитными моментами в веществе.

 

Создание мазеров и лазеров

 

Вызревание идей квантовой генерации и квантовых усилителей началось задолго до создания самих квантовых генераторов. Фактически начало им было положено работами А. Эйнштейна 1916-1917 гг., в которых было предсказано индуцированное излучение с вероятностью, пропорциональной мощности облучающего поля. Если, таким образом, создать в объеме резонатора высокую плотность излучения, и, одновременно каким-то образом поддерживать в помещённом в резонатор рабочем веществе отрицательную температуру некоей резонансной подсистемы, очевидно, что система (резонатор + рабочее вещество) будет работать как генератор резонансной частоты. Разумеется, этому пониманию предшествовали десятилетия исследований. Постепенно накапливались данные о возможности создания метастабильных состоянии квантовых систем с дискретными энергетическими уровнями и инверсией заселённостей в системе (с отрицательной температурой). Такими системами могли быть системы полярных молекул или спинов. Пространственная селекция различных состояний в атомных и молекулярных пучках явилась одной из таких возможностей. Именно пространственная селекция была первым методом получения инверсной населенности уровней или (что то же самое, отрицательной температуры подсистемы) для квантового генератора.

В 1939 г. идею создания отрицательной температуры в разреженном газе высказал советский учёный В.А. Фабрикант. Его работы опирались на идею X. Крамерса (Голландия, 1923) и результаты исследования «отрицательной дисперсии» в лабораториях Д.С. Рождественского (СССР, 1928) и Р. Ладенбурга с соавторами (Германия, 1928). Уже в 1951 г. В.А. Фабрикант вместе со своими учениками подал заявку в органы патентной экспертизы СССР на способ усиления электромагнитных излучений: «Предлагается способ усиления электромагнитного излучения, основанный на использовании явления индуцированного испускания, теоретически разработанного А. Эйнштейном в 1917 г. При данном способе усиления не происходит превращения энергии усиливаемого излучения в другие виды энергии. Способ пригоден для усиления ультрафиолетового, видимого, инфракрасного и радио-диапазонов волн. Для осуществления описываемого способа усиления создают среду, имеющую отрицательный коэффициент поглощения для излучения» (цитируется по [2]). Данный текст приведен не столько для того, чтобы подчеркнуть приоритет советского учёного, сколько в силу того насколько полно и сжато он излагает саму идею квантового усилителя. Фабриканту с соавторами было необоснованно отказано в приоритете на изобретение (положение было исправлено только в 1959 г.). Между тем к 1951 г. инверсия населённостей в спиновой системе с длинными временами релаксации (установления равновесия с веществом) уже была получена (1950-1951 гг.) Пёрселлом и Паундом на ядерной спиновой системе кристалла.

Между тем в лабораториях Колумбийского университета, Массачусетского технологического института и Белл-телефон компани Ч.Х. Таунс с соавторами и независимо в Физическом институте АН СССР A.M. Прохоров и Н.Г. Басов также выдвинули аналогичные идеи в 1951-1952 гг. Указанные авторы разрабатывали подходы к теоретическому расчёту и практической реализации систем с отрицательной температурой. В историю, как первая такая рабочая система для квантового генератора вошёл газообразный аммиак NH3. Разделение осуществили методом селекции молекул в пучке NH3 в неоднородном электрическом поле по значениям полного электрического квадрупольного момента молекул.

В 1956 г. Н. Бломберген предложил идею квантового парамагнитного усилителя (мазера) на многоуровневой системе, реализованного в 1957 г.

Такие системы возникают в кристаллах для спинов благодаря расщеплениям спиновых уровней в кристаллическом поле. Несколько ранее работы по инверсии уровней парамагнитной системы вели во Франции Ж. Комбриссон с сотрудниками. Ч. Таунс и А. Шавлов в 1958 г. предложили квантовый генератор на оптических частотах (лазер). Идея показалась столь мало перспективной, что Белл Телефон Компани отказалась оформлять патент на лазер. Однако идею ждало блестящее будущее. Те же авторы и подхвативший их идею A.M. Прохоров в том же году независимо друг от друга предложили конструкцию открытого оптического резонатора для реализации лазера. Началась эра открытия и реализации новых рабочих тел для лазеров и мазеров (вначале преобладали квантовые генераторы микроволнового диапазона). В I960 г. Н.Ф. Рэмси создал водородный мазер на уровнях сверхтонкой структуры атома водорода с см, обусловленных скалярным взаимодействием протонного и электронного спинов. Рабочим оказался переход между триплетным (суммарный спин F=1, проекция на внешнее поле mF=0) и синг-летным (F=0) состояниями пары связанных спинов в слабом магнитном поле. «Водородный мазер» в лабораторных условиях работал с помощью эффекта пространственного разделения синглетных и триплетных (по полному спину) атомов водорода. В 1965 г. было установлены природные (космические) источники мазерного излучения в галактических туманностях на инверсной заселённости аналогичных уровней свободного радикала ОН*.

В I960 г. Т. Мейман создал первый получивший промышленное значение лазер с Х= 0,69 мкм на кристалле рубина (ионах Сг3+ в решётке А12О3). В том же году первый газовый лазер (тогда гелий - неоновый) создали А. Джаван, У.Р. Беннет, Д. Эрриот. 1960-м годом датируется и начало широкого применения лазеров для спектроскопии (Н. Бломберген и А. Шавлов). В 1961 г. П. Франкен реализовал удвоение частоты рубинового лазера при прохождении через кристалл кварца. Высокие мощности полученного излучения позволили, таким образом, использовать нелинейные эффекты в оптике. Над теорией квантовых усилителей и генераторов, а также нелинейных эффектов оптики, ставших доступными для применения и исследования благодаря лазерам, трудились Н. Бломберген в США и Р.В. Хохлов, С.А. Ахманов с сотрудниками в МГУ им. Ломоносова.

В 1962 г. идею сравнительно компактного полупроводникового лазера высказали сотрудники ФИАН Н.Г. Басов, Б.М. Вул, Ю.М. Попов. Она была реализована впервые в США Б. Лэксом и др. (в СССР были трудности с получением полупроводниковых кристаллов достаточно высокого качества, преодоленные лишь двумя годами позже). В 1963 г. Л.П. Джонсон предложил один из эффективных твердотельных лазеров на ионах NcT+3 в CaF2 (переход между уровнями , с длиной волны мкм). В течении ближайших двух лет на тех же ионах были предложены еще более эффективные рабочие тела для лазеров. В 1964 г. П.П. Феофилов с соавторами предложили неодимовые лазеры на базе примесей в стекле, что оказалось технологически весьма удобным, поскольку удавалось получить образцы стекла с однородным и весьма высоким содержанием рабочей примеси. В результате неодимовые лазеры стали наиболее употребительными для исследования и применения нелинейных эффектов в оптике. К 1964 г. был создан газовый лазер на углекислом газе. В 1966 г. - лазер на растворе красителей (США). Впоследствии стало ясно, что любая оптически однородная среда подходящим способом накачки может быть переведена хотя бы на короткое время в неравновесное состояние с инверсией заселённостей какой-либо пары уровней энергии [4, с. 196].

К числу интересных, но практически не реализованных, идей квантовой электроники принадлежит знаменитая идея гамма-резонансного лазера («гразера») на частотах порядка 1018 Гц. В 1958 г. немецкий учёный Р. Мёссбауер (Нобелевская премия 1961 г.) открыл узкие резонансные линии поглощения-излучения радиоактивных ядер кристаллами, обладающими центром симметрии. Принципиальную возможность реализовать в таких системах отрицательную температуру и получить монохроматическое индуцированное излучение обосновал Л.А. Ривлин в 1961 г. Однако результат не был достигнут.

 

Квантовая электроника (КЭ) и достижения физики конденсированных состояний(ФКС) — важный источник технических приложений физики второй половины XX в.

 

В этом разделе мы лишь коротко перечислим основанные на КЭ и ФКС современные технические приложения. Разделим их на несколько групп.

 

Достижения физики полупроводников. На этих работах основано конструирование многофункциональных однокристальных и комбинированных блоков из p-n переходов и других управляющих током элементов, то есть, построение элементной базы современной информатики (миниатюризация и совершенствование электронных вычислительных машин), значительный вклад вносят эти достижения в энергетику (солнечные батареи, светодиоды и т.д.). В 1969 г. в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе разработаны компактные фотоэлектрические преобразователи с КПД до 25%. Нобелевская премия 2000 г. Ж. Алфёрову и др. была присуждена за достижения физики полупроводников, используемые в современной информационной и энергетической отраслях. В 2003 г. новая российская премия «Глобальная энергия» была в частности присуждена американскому учёному Н. Холоньяку за создание полупроводниковых светодиодов (работы 1960-х гг.).

 

Достижения физики сверхпроводников. В 1961 г. В. Кюнцлер создал первый мощный сверхпроводящий соленоид. В настоящее время созданы на базе сверхпроводников II рода магниты (соленоиды) с очень высокими магнитными потоками (либо с очень высокой индукцией в зазоре до 14 килотесла либо с очень большим диаметром зазора до 500 мм). Такие соленоиды стали неотъемлемыми элементами в конструкции аналитических спектрометров ЯМР для химии и магнитных томографов для медицины, допускающих обследование всего человеческого тела).

 

Идея о применении ядерного магнитного резонанса для исследования концентрации и динамики ядерных спинов в живых тканях для выявления патологий и исследования функций человеческих органов принадлежит П. Лаутербуру (США, 1972).

 

Туннельные эффекты на поверхности сверхпроводников применяются для сверхточного измерения магнитных полей и других технических и исследовательских целей (эффект Джозефсона). Туннельные эффекты через микрозазоры между двумя поверхностями твердых тел позволили Г. Биннингу, А. Руска и Г. Рореру создать в 1981 г. высокоразрешающий сканирующий туннельный микроскоп.

 

В высокочувствительных радиоприёмных устройствах применяются не шумящие сверхпроводящие элементы. Сверхпроводящие соленоиды могут использоваться как аккумуляторы энергии в установках типа магнитогидродинамических генераторов и других энергетических установках.

 

Лазерные технологии. Это наиболее известные достижения современной технической физики. Можно упомянуть применение лазеров для получения голографических изображений (впервые в 1962-1964), в аналитических целях, особенно вынужденное и резонансное комбинационное рассеяние; в обрабатывающей промышленности (прожигание вместо сверления и штамповки и т.п.); в медицине (в стоматологии, в эндоскопии и эндохирургии, в микрохирургии глаза и т. д.); в зондировании атмосферы. Лазерные излучения, судя по сообщениям печати, могут применяться и в военном деле для уничтожения или вывода из строя космических и наземных объектов, а также для наведения ракет.

 

Применения магнитного резонанса и других физических методов. Достижения КЭ и ФКС широко используются в исследовательской технике, без которой немыслимо представить себе современную химию, биологию, медицину. На передний план в физической химии и биофизике вышли мощные и изощрённые методы рентгеноструктурного, масспектрометрического и магниторезонансного анализа, атомной туннельной и силовой микроскопии. Швейцарец Р. Эрнст получил в 1992 г. за развитие методов ядерного магнитного резонанса для анализа сложных молекул Нобелевскую премию по химии. В 2002 г. его коллега по Федеральному Высшему Политехническому Институту в Цюрихе К. Вютрих также получил Нобелевскую премию по химии за дальнейшее усовершенствование методов ЯМР в области приложения к строению белковых молекул с большими молекулярными массами.

 

Возможности применений ЯМР в химии расширены были в 1970-Х-1980-Х гг. с помощью управления параметрами спиновых систем, включая резонансную частоту («спиновая алхимия» по Дж. Уо, 1975). Мы уже упоминали достижения спиновой физики (см. выше), позволившие получить хорошо разрешаемые спектры твёрдых тел (в интересах физики и химии твёрдого тела и кристаллохимии), поляризованные ядерные мишени (в интересах физики нейтронов и ядер), усиленные сигналы ЭПР (в интересах исследования систем типа ВТСП и др.)

 

 

Заключение

 

Предлагаемый вариант главы предполагает пользование дополнительными источниками: биографическим словарём Ю. Храмова [5] (для уточнения биографических данных упомянутых в главе учёных), физическим энциклопедическим словарём [6] (для уточнения современных представлений о проблемах физики конденсированных состояний и квантовой электроники). При внимательном изучении весьма краткого учебного пособия В.А. Ильина [7] можно почерпнуть необходимые сведения о формировании отдельных представлений и биографиях некоторых учёных. Набросок истории физики твердого тела до I960 г. представлен в книге М.И. Каганова и В.Я. Френкеля [1], а также М.И. Каганова и И.М. Лифшица [3].

 

История зарождения квантовой электроники содержится в книге И.М. Дунской [2]. Серьёзным подспорьем могут стать раздел «Макрофизика» статьи В.Л. Гинзбурга «О перспективах развития физики и астрофизики в конце XX в.» [4, с.287-296] и статья B.C. Летохова «Квантовая электроника» [4, с. 188-218]. Мы можем также порекомендовать для предварительной подготовки некоторые статьи из «Энциклопедии современного естествознания» [8] (Том 5 «Физика конденсированных сред»: Сверхпроводимость, Сверхтекучесть, Гетеропереходы в полупроводниках и др. статьи; Том 7 «Физика волновых сред» и др.).

 

Литература

 

1. Каганов М. И., Френкель В Я. Вехи истории твёрдого тела, М Знание, 1981, 62 с

2. Дунская М. И. Возникновение квантовой электроники М «Наука», 1974, 160 с

3. Каганов М.И., Лифшиц И.М. Квазичастицы. М Наука, 1989

4. Физика XX века Развитие и перспективы / Под ред. ЕП Велихова М Наука, 1984,283с 5. Храмов Ю А Физики Биографический справочник. М Наука. Физматлит, 1983, 400 с 6 Физическая энциклопедия М «Советская энциклопедия» Т 1 (1988); Т 2 (1990); Т 3 (1992); Т 4 (1994), Т 5 (1998)

7. Ильин В. А. История физики М ACADEMA, 2003, 270 с

8. Брандт Н. Б. Сверхпроводимость//Энциклопедия современного естествознания Т 5 (Физика конденсированного состояния) М Магистр-Пресс 2000, Минеев В. П. Сверхтекучесть // Там же, см и другие статьи в этом и других томах Т 7 2001.(Физика волновых процессов); Т 10 2001 (Современные технологии)

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Лауреаты Нобелевских премий по физике за работы по физике конденсированного состояния и квантовой электроники

 

Имена учёных (страна)

 

Отмеченные научные достижения

 

Период выполнения исследования

 

Год присуждения премии

 

Зееман П., Лоренц Х.А. (Нидерланды)

Расщепление спектральных линий атомов в магнитном поле

1896-1897

 

1902

 

Камерлинг
Оннес
X. (Нидерланды)

Исследование свойств вещества при низких температурах и получение жидкого гелия

1908-1911

 

1913

 

Лауэ М. фон (Германия)

Открытие дифракции рентгеновских лучей на кристаллах

1912

 

1914

 

Брэгг У Г , Брэгг У Л. (Великобритания)

Исследования структуры кристаллов с помощью рентгеновских лучей

1912

 

1915

 

Ричардсон О. У. (Великобритания)

Исследование термоэлектронной эмиссии (зависимость эмиссионного тока от температуры - формула Ричардсона)

1901

 

1928

 

Дэвиссон К. Дж. (США), Томсон Дж П (Великобритания)

Экспериментальное открытие дифракции электронов в кристаллах

1927

 

1937

 

Раби И.А (США)

 

Резонансный метод измерения магнитных свойств атомных ядер

1938

 

1944

 

Паули В. (Швейцария)

 

Открытие принципа запрета (принцип Паули).

1924-1925

 

1945

 

Бриджмен П.У. (США)

 

Открытия в области физики высоких давлений

 

1920-1930

 

1946

 

Блох Ф., Пёрселл Э.М. (США)

 

Развитие новых методов точного измерения магнитных моментов атомных ядер и связанные с этим открытия. (ЯМР - Авт.).

1945-1946

 

1952

 

Цернике Ф. (Нидерланды)

Создание фазово-контрастного метода, изобретение фазово-контрастного микроскопа.

1934-1935

 

1953

 

Бардин Дж, Браттейн У., Шокли У.Б. (США)

Исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта

Около 1948

 

1956

 

Мёссбауэр Р.Л. (Германия)

 

Исследование и открытие резонансного поглощения гамма-излучения в твёрдых телах (эффект Мёссбауэра)

1958

 

1961

 

Ландау Л.Д (СССР)

 

Теория конденсированной материи (в особенности жидкого гелия)

1940-1942

 

1962

 

Басов Н.Г., Прохоров A.M. (СССР), Таунс Ч.Х. (США)

 

Работы в области квантовой электроники, приведшие к созданию генераторов и усилителей, основанных на принципах мазера - лазера.

1952-1958

 

1964

 

Кастлер А. (Франция)

 

Создание оптических методов изучения резонансов Герца в атомах (двойной магнитно-оптический резонанс .Авт.)

1951-1956

 

1966

 

Неель Л.Э.Ф. (Франция)

 

Фундаментальные работы и открытия в области антиферромагнетизма и их приложения в физике твёрдого тела.

1933-1967

 

1970

 

Габор Д. (Великобритания)

Изобретение и развитие голографии

1948

 

1971

 

Бардин Дж , Купер Л., Шриффер Дж.Р. (США)

Создание микроскопической теории сверхпроводимости

1956-1957

 

1972

 

Джайевер А. (США), Джозефсон Б. (Великобритания) , Эсаки Л. (США)

Исследование и применение туннельного эффекта в полупроводниках и сверхпроводниках.

 

1957-1966

 

1973

 

Андерсон Ф., Ван Флек Дж. (США), Н.М0ТТ (Великобритания)

Фундаментальные исследования в области электронной структуры магнитных и неупорядоченных систем

19304S-19604!

 

1977

 

Капица П.Л. (СССР)

 

Фундаментальные открытия в области физики низких температур

1937-1941

 

197»

 

Бломберген Н., Шавлов А.Л. (США)

Развитие лазерной спектроскопии

 

1961 и позже

 

1981

 

Вильсон К. (США)

 

Разработка теории критически) явлений в связи с фазовыми переходами

1972

 

1982

 

Имена учёных

(страна)

Отмеченные научные достижения

 

Период выполнения исследования

Год присуждения премии

Клитцинг К. (Германия)

 

Открытие «квантового эффекта Холла» (в двумерном электронном газе полевого транзистора Авт.)

1980

 

1985

 

Биннинг Дж. (Германия), Рорер Г (Швейцария), Руска Э. (Германия)

Создание сканирующего туннельного микроскопа

 

1981

 

1986

 

Беднорц Й.Г. (Германия), Мюллер К.А. (Швейцария)

Открытие новых (высокотемпературных) сверхпроводящих материалов

 

1966

 

1987

 

Де Жен П.Ж. (Франция)

 

Достижения в описании молекулярного упорядочения в сложных конденсированных системах, особенно в жидких кристаллах и полимерах

1950ч -1960-е

 

1991

 

Брокхауз Б. (Канада), Шалл К. (США)

Технология исследования материалов путём бомбардировки нейтронными пучками (Нейтронография. Авт.)

1945-1965

 

1994

 

Ли Д., Ошерофф Д., Ричардсон Р. (США)

Открытие сверхтекучести изотопа гелия (Не - Авт.)

1972

 

1996

 

Лафлин Р.,
Штёрмер
X.,

Цуи Д. (США)

Открытие новой формы квантовой жидкости с частично заряженными возбуждениями. (Дробный квантовый эффект Холла. Авт.)

1981-1983

 

1998

 

Алфёров Ж.И. (Россия), Крёмер Г., Килби Дж. (США)

Основополагающие работы в области информационных и коммуникативных технологий (в частности за гетероструктуры в полупроводниках - Авт.)

1963-1968

 

2000

 

Корнелл Э.А. (США), Кетерль В. (Германия), Вейман К.Е. (США)

Достижение бозе-эйнштейновс-кой конденсации в разбавленном газе атомов щелочных металлов и первичные исследования свойств этих конденсатов

1995

 

2001

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Схема формирования направлений ФКС и КЭ

 

 

Библиографический указатель литературы по истории физики на русском языке Составитель К. А Томилин

 

 

Источники по истории физики

 

Библиографический указатель более 850 основных русскоязычных источников по истории физики разделен на четыре раздела

Раздел 1 содержит список более 350 книг - монографий и сборников избранных работ крупнейших ученых, внесших вклад в развитие физики. Значительная часть переводов была издана в серии «Классики науки», основанной в 1945 г. С.И.Вавиловым (И.Ньютон, М.Фарадей, Дж.К.Максвелл, М.Планк, А.Эйнштейн, А.А.Фридман и др.). Такого рода издания помимо оригинальных работ также, как правило, содержали расширенные комментарии и историко-научные статьи по данной теме (Я.Г. Дорфмана, Л.С.Полака и др.). Также были выпущены сборники работ различных ученых, объединенные одной тематикой («Вариационные принципы физики», «Принцип относительности» и др.). Воспоминания этих же ученых (П.А.М.Дирака, В.Гейзенберга и др.) отнесены ко второму разделу.

Раздел 2 включает списки основных источников по истории физики опубликованных на русском языке: общие курсы по истории физики «естествознания (М.Льоцци, Ф.Розен6ергера, Я.Г.Дорфмана, Б.И.Спасского и др.), более 250 монографии по различным аспектам истории физики (Л.С.Полака, Б.Г.Кузнецова, И.Б.Погребысского, И.САлексеева, В.П.Визгина, В.С.Кирсанова, Н.В.Вдовиченко, Е.И.Погребысской и др.), в этот список также добавлено несколько книг по методологии и философии физики, построенных на ис-торикочризическом материале (Т.Кун, ИАакатос и др.). Указаны также периодические издания, в которых был опубликован ряд важных статей по истории физики: «Эйнштейновский сборник», «Исследования по истории физики и механики», «Вопросы истории естествознания итехники», «Успехи физических наук» и др. (список приводится).

Раздел 3 включает более 230 научно-биографических изданий, изданных в основном в серии «Научно-биографическая литература», написанных С И Вавиловым, О.А.Лежневой, Л.С.Полаком, Г.Е Гореликом, А.С.Сониным и др и упорядоченных для удобства по фамилиям ученых, которым посвящены эти книги, а также воспоминания об ученых и воспоминания самих ученых

Раздел 4 содержит краткие аннотации примерно 30 книг наиболее важных книг: курсов по истории физики в целом, а также некоторых монстр»

Для развития историко-научных исследований большое значение имела институциализация этого направления-создание в 1932 г. Института истории науки и техники (г. Ленинграда, дир. акад. Н.И.Бухарин) и воссоздание его в 1944/45 гг. в Москве (Институт истории естествознания, с 1953 – Институт истории естествознания и техники АН СССР, ньюе - Институт истории естествознания и техники им С.И.Вавилова РАН) Отметим, что основополагающую роль в институциализации историко-научных исследований сыграли В.И.Вернадский и С.И.Вавилов. Фактически наиболее значимая часть историко-научных исследований в СССР и России во второй половине XX в была проведена непосредственно сотрудниками ИИЕТ АН СССР (ИИЕТ РАН) или при их активном участии. В институте, в частности, была организована серия «Научное наследство» (изд. с 1948 г по инициативе С.И.Вавилова). В институте также в 1959 г. была создана серия «Научно-биографическая литература», в рамках которой было выпущено более 550 научных биографий крупнейших ученых [1]. С 1980 г. осуществляется выпуск ежеквартального журнала «Вопросы истории естествознания и техники». Отметим, что некоторые отечественные монографии и тематические сборники по истории науки до сих пор не имеют зарубежных аналогов. В 1958 г. был издан подробный библиографический указатель литературы по истории физики [2]. Данный библиографический указатель фактически подводит итог советскому периоду развития истории физики, оказавшемуся, несмотря на некоторые идеологические деформации, исключительно плодотворным для развития этой области знания.

С начала 1990-х годов, в связи с резким сокращением расходов на науку, количество переводов оригинальных работ и публикаций по истории физики резко сократилось, наступили перебои в издании периодических сборников, а «Эйнштейновский сборник» прекратил свое существование. После 1991 г. были изданы лишь три книги в серии «Классики науки» (У.Гамильтон, Б Понтекорво, М.А.Марков), причем две последних из них - лишь при финансовой поддержке РФФИ. Помимо уменьшения в 5-10 раз общего ассортимента научных изданий, произошло одновременное уменьшение в 10-100 раз тиражей научной литературы Так, книги в серии «Научно-биографическая литература» начали выходить тиражами 300-400 экз. и расходиться, в основном, только по библиотекам, причем книги о пионерах отечественной реактивной техники в этой серии были изданы еще меньшими тиражами в 200-260 экз., а «рекордный» уровень был до-стигнутв 1996г -одна из книг этой серии была издана тиражом 150 экз. В связи с падением количества изданий научной литературы по точным наукам во многих книжных магазинах были ликвидированы специальные отделы физико-математической литературы, закрыт ряд букинистических и специализированных магазинов «Академкнига», разрушена система распространения книг, а также система перевода лучших зарубежных изданий на русский язык. В результате создался дефицит физико-математической литературы, а прилавки магазинов начали заполняться псевдонаучными изданиями

В то же время именно в 1990-е гг. окончательно отпало идеологическое давление на историю науки, возникли новые издательства и новые формы финансирования изданий научной литературы - через специализированные фонды РФФИ и РГНФ на конкурсной основе. Это позволило сократить сроки публикации научной литературы (при условии положительного решения фонда и без авторского гонорара, т.е. без оплаты интеллектуального труда).

С конца 1980-х гг. были сняты идеологические запреты на упоминание уже ранее изданных книг, авторы которых эмигрировали за рубеж (МС.Соминский и др.), также открылись возможности для исследования научной деятельности ученых-эмигрантов (И.И.Сикорского и др.) и ученых, активно не принимавших советскую власть (А.В.Колчак и др.). С1997 г. после шестилетнего перерыва вновь возобновлен выпуск ежегодников «Исследования по истории физики и механики» В ближайшем будущем, как ожидается, возобновится издание «Эйнштейновского сборника». В последние пять лет сотрудниками ИИЕТ РАН (включая филиал в С.-Петербурге) выпускается более 1000 авт. л. уникальной историко-научной литературы в год, а в минувшем 2002 году достигнут уровень почти 1500 авт.л. (см. [3])

Данный библиографический указатель ориентирован на аспирантов, которые стремятся более углубленно изучить историю науки. Однако настоящее понимание истории науки невозможно без анализа первоисточников в их оригинальном виде, а также историко-научной литературы, изданной за рубежом. В связи с этим следует отметить некоторые важнейшие библиографические источники: аннотированная библиография 1200 книг и статей по истории классической физики [4], библиографии по истории современной физики [5,6], многотомная библиография отечественных публикаций, охватывающая период с 1917 по 1980 гг. [7] (издание продолжается), ежегодная библиография журнала ISIS [8 и др.]. С развитием новых информационных технологий в 1990-е гг. библиография научных источников стала более оперативной и широко доступной. Среди библиографических Интернет-сайтов следует отметить сайт библиотеки Конгресса США (только монографии) [9], сайт библиографии ISIS (журнальные статьи и монографии) [10]; эти сайты снабжены поисковыми системами. Необходимо создание и отечественного интернет-сайта по истории науки, представляющего, в частности, наиболее полную библиографию источников по истории науки.

 

Литература

1. Соколовская З. К. 550 научных биографий, М Наука, 1998, 538 с

2. Выдающиеся физики мира Рекомендованный указатель / Сост Винокур М М , Николаев Д С , Раевская МАМ Бка им. В.И. Ленина, 1958, 436 с

3. http//Wwihstru

4. Ноте R W The history of classical physics A selected, annotated bibliography N Y, L Garland publ, 1984, 324 p

5. HeilbronJ L, WhealonBR Literature on the history of physics in the 20th century Berkeley, Univ of California, 1981, 485 p

6. Brush St, Btllom L The history of modern physics An international bibliography. N.Y, L. Garland ( publ, 1983, 334 p

7. История естествознания Библиографический указатель 1917-1947, М-А, 1949,519с, 1948-1950, 1955, 396 с, 1951-1956,1963,430 с, 1957-1961, ч 1,1972, 222 с., 1962-1966,1977,700 с, 1967-1970, 1981, 768 с, 1971-1975,1984,484 с, 1976-1980, 1985, 280 с

8. ISIS Current Bibliography 2002 237 p

9. http //Www. loc.gov.

10. http//depts Washington edu/hssexec/uidex2.html

 

1. Оригинальные работы классиков физики

 

Хрестоматии, антологии оригинальных текстов ученых:

 

 

Голин Г.М., Филонович СР. Классики физической науки (с древнейших времен до начала XX в.). М.: Высшая школа, 1989,576 с. (Аристотель, Лукреций, Архимед, Леонардо да Винчи, Н.Ко­перник, Г.Галилей, Р.Декарт, Э.Торричелли, Б.Паскаль, ОТерике, Р.Бойль, Ф.Гримльди, Р.Гук, О.Рёмер, Х.Гюйгенс, И.Ньютон, Д.Бернулли, Л.Эйлер, М.В.Ломоносов, Б.Франклин, П.Бугер, И.Ламберт, Дж.Блэк, Ж.Л.Лагранж, Ш.Кулон, Г.Кавендиш, В.Гершель, А.Вольта, Т.Юнг, О.Френель, Г.-Х.Эрстед, А.-М.Ампер, С.Карно, Г.Ом, М.Фарадей, Э.Х.Ленц, Р.Май-ер, Дж.Джоуль, Г.Гельмгольц, У.Томсон (Кельвин), Л.Фуко, И.Физо, Р.Клаузиус, Р.Бунзен, Г.Кирхгоф, Дж.К.Максвелл, Н.А.Умов, Л.Больцман, А.А.Майкельсон, Э.Морли, Г.Герц, А.Г.Столетов, П.Н.Лебедев, Дж.В.Гиббс) 

 

Хрестоматия по истории физики: Классическая физика. Сост. Г.М.Голин. Минск, Вышэйшая шк., 1979, 272 с. (Аристотель, Лукреций, Архимед, Н.Коперник, Г.Галилей, Х.Гюйгенс, И.Ньютон, М.В.Ломоносов, Б.Франклин, А.Вольта, О.Френель, Г.-Х.Эрстед, А.-М.Ампер, М.Фарадей, Э.Х.Ленц, Р.Майер, Дж.К.Максвелл, Л.Больцман, А.Г.Столетов, А.С.Попов, П.Н.Лебедев)

 

Хрестоматия по истории физики: Современная физика. Сост. Г.М.Голин. Минск, Вышэйшая шк., 1979,304 с. (В.Рентген, П.Кюри, М.Склодовская-Кюри, МЛланк, А.Эйнштейн, Э.Резер-форд, Н.Бор, ВТейзенберг, Л. де Бройль, Э.Шредингер, В.Паули, Э.Ферми, П.Дирак, Д.С.Рождественский, А.Ф.Иоффе, Я.И.Френкель, С.И.Вавилов, П.А.Черенков, И.Е.Тамм, И.В.Курчатов, П.Л.Капица, Л.Д.Ландау)

 

Мир физики. Книга I. Механика. Хрестоматия. Сост.: Ганин В.В., Ганин Н.В., Фистуль М.В. М.: Изд-во Российского открытого ун-та, 1992,328 с. (Архимед, ГХалилей, Х.Гюйгенс, И.Ньютон, И.Бернулли, Д'Аламбер, Л.Эйлер, Ж.Л.Лагранж, У.Гамильтон, А.Эйнштейн, И.В.Мещерс­кий, А.М.Ляпунов, А.А.Андронов, М.В.Келдыш, Р.Фейнман).

 

Философия науки. Естественнонаучные основы материализма. 4.1. Физика. Вып.1. М.-Пг.: Госиз­дат, 1923. (Г.Гельмгольц, Л.Больцман и др.) Вып. 2. 1924. (М.Планк, Г.Герц, Г.Гельмгольц, Ж.Перрен, Р.Милликен, Дж.Дж.Томсон, Э.Резерфорд, Ч.Дж.Дарвин.)

 

Начала гидростатики. М.-Л.: Гостехтеориздат, 1932,260 с; 2-е изд. 1933,403 с. (Архимед, Стевин, Галилей, Паскаль) (серия «Классики естествознания»).

 

Творцы физической оптики. Сб. статей. Сост. У.И.Франкфурт, отв. ред. В.И.Родичев. М.: Наука, 1973, 352 с. (Р.Декарт, Х.Гюйгенс, И.Ньютон, Т.Юнг, О.Френель, И.Физо, А.А.Майкельсон, Дж.В.Стретт (Рэлей), П.Н.Лебедев, Л.И.Манделылтам, Д.С.Рождественский, СИ.Вавилов)

 

Избранные труды классиков физической оптики. Поляризация света, Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1992, 158 с. (Э.Бартолин, Х.Гюйгенс, И.Ньютон, Э.Л.Малюс, Д.Брюстер).

 

Избранные труды классиков физической оптики. Взаимодействие поляризованного света с ве­ществом. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1994. (О.Френель, П.Друде, Дж.Стретт (Рэлей)).

 

Основатели кинетической теории материи. Пер. В.С.Гохмана под ред. А.К.Тимирязева, М.-Л.: ОНТИ, 1937,220 с. (Лукреций Кар, Д.Бернулли, М.В.Ломоносов, Дж.П.Джоуль, Р.Клаузиус, Дж.К.Максвелл)

Второе начало термодинамики. М.-Л., 1934. (С.Карно, Клаузиус, У.Томсон, Л.Больцман, М.Смолуховский)

 

Вариационные принципы механики. Сост. Л.С.Полак. М.: Физматгиз, 1959, 932 с. (П.Ферма, И.Бернулли, П.Мопертюи, Л. Эйлер, Ж. Д'Аламбер, Ж.Лагранж, О.Родригес, К.Гаусс, СПу-ассон, У.Гамильтон, К.Якоби, М.В.Остроградский, Ф.А.Слудский, О.И.Сомов, С.Ли, Н.Е.Жуковский, Г.Гельмгольц, Л.Больцман, А.Пуанкаре, Ф.Клейн, ГТерц, О.Гёльдер, А.Фосс, П.Аппель, М.Планк, Д.Гильберт, А.Эйнштейн, Э.Нетер, Л. де Бройль, Э.Шредин-гер, П.Дирак, Ф.Вольтер, А.3оммерфельд).

 

Пятьдесят лет радио. Вып. 1. Из предистории радио. Сб. ориг. статей и материалов. / Сост. С.М.Рытов, под ред акад. Л.И.Мандельштама. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1948, 471 с. (М. Фарадей, Дж.К.Максвелл, Г.РХерц, В.Ве6ер, Р.Кольрауш, В.Томсон, А.Пуанкаре, Дж.Пойн-тинг, Н.А.Умов, Г.Гельмгольц, П.Н.Лебедев, А.С.Попов и др.)

 

Принцип относительности: Сб. работ классиков релятивизма / Под ред. В.К.Фредерикса и Д.Д.Иваненко. М.-Л.: ОНТИ, 1935,386 с. (Г.А.Лоренц, А.Пуанкаре, А.Эйнштейн, Г.Минковс-кий) (серия «Классики естествознания»)

 

Принцип относительности: Сб. работ по специальной теории относительности. Сост. А.А.Тяп-кин. М.: Атомиздат, 1973, 332 с. (А.Пуанкаре, Г.А.Лоренц, Дж.Лармор, А.Эйнпггейн, М.Планк, Г.Минковский, В.Паули, В.К.Фредерикс, Д.Д.Иваненко, Дж.Уиттекер, М.Борн, Д.Холтон, Дж.Кесуани, А.А.Тяпкин)

 

Альберт Эйнштейн и теория гравитации. Сб. статей. М.: Мир, 1979, 592 с. (Н.И.Лобачевский, Б.Риман, В.Клиффорд, Э.Мах, А.Пуанкаре, А.Эйнштейн, М.Троссман, Д.Гильберт, К.Шварцшильд, Р.Керр, А.З.Петров, В.А.Фок, В. де Ситтер, А.А.Фридман, Ю.Оппенгеймер, Г.Вол­ков, Г.Снайдер, Е.М.Лифшиц, В.Л.Гинзбург, Р.Пенроуз, А.Г.Дорошкевич, Я.Б.Зельдович, И.Д.Новиков, М.П.Бронштейн, Д.Д.Иваненко, А.А.Соколов, Т.Редже, М.А.Марков, СХо-кинг, Г.Вейль, Т.Калуца, Э.Картан, П.А.М.Дирак, Ч.Мизнер, Дж.Уилер, В.Б.Брагинский, В.И.Панов, Дж.Уильямс, И.Шапиро, Ч.Коунселман, Р.Кинг, Ф.Дайсон, А.Эддингтон, К.Дэ-видсон, Э.Фомалонт, Р.Срамек, Р.Паунд, Дж.Снайдер, Ч.Аллей и др.)

 

Нобелевские лекции по физике (в 4-х т.). 1901-1921 гг. т.1. - М.-Ижевск, 2002, 416 с.

 

Успехи физических наук. 1967, т.93(2), с. 197-393. Избранные труды советских физиков (А.А.Фридман, А.Н.Теренин, А.Ф.Иоффе, С.И.Вавилов, Г.СЛандсберг, Л.И.Мандельштам, А.А.Андронов, Д.В.Скобельцын, Л.В.Шубников, В.А.Фок, Н.Д.Папалекси, С.И.Вавилов, П.А.Черенков, И.Е.Тамм, И.М.Франк и др.)

 

Успехи физических наук. 1967, т.93(3), с.399-588. Избранные труды советских физиков (Б.В.Кур-чатов, И.В.Курчатов, Л.В.Мысовский, Л.И.Русинов, Б.И.Давыдов, Я.И.Френкель, И.Е.Тамм, Ю.Б.Харитон, А.А.Власов, К.А.Петржак, Г.Н.Флеров, А.Н.Колмогоров, П.Л.Капица, Л.Д.Ландау, В.И.Векслер, Е.К.Завойский, Л.Д.Ландау, Б.М.Вул, Н.Н.Боголюбов, А.Д.Сахаров, Н.Г.Басов, А.М.Прохоров, И.Я.Померанчук).

 

Успехи физических наук. 1977, т. 122(4). К 50-летию становления квантовой механики (Э.Шредингер, ВХейзенберг, Л. де Бройль, М.Борн и др.)

 

Серийные издания:

«Классики естествознания», М.-Л.: Гостехиздат (Госиздат).

Лебедев П.Н. Давление света. М.: Госиздат, 1922, 94 с. (кн.4)

Гельмгольи Г. О сохранении силы. 1922, 72 с. 2-е изд., 1934, 143 с. (кн.5)

Карно С. Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу. М.-Пг: Госиздат, 1923, 80 с. (кн.7)

Ломоносов М.В. Физико-химические работы. М.-Пг.: Госиздат, 1923, 117 с. (кн.8)

Мешен, Деламбр. Основы метрической десятичной системы или измерение дуги меридиана, заключенной между параллелями Дюнкерка и Барселоны. М.-Л.: Госиздат, 1926, 138 с. (кн. 14)

Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях , преломлениях, изгибаниях и цветах света. М.-Л.:Госиздат, 1927, 373 с. 2-е изд. М.: Гостехиздат, 1954, 368 с. (кн.17)

Френель О. О свете. Мемуар. М.-Л.: Госиздат, 1928, 160 с. (кн.18)

Архимед. Исчисление песчинок (псаммит). 1932, 104 с.

Рентген В. К. О новом роде лучей. 1933, 115 с.

МайерР. Закон сохранения и превращения энергии. Четыре исследования. 1841-1851.1933,309 с.

Дэви Г. О некоторых химических действиях электричества. 1933. 2-е изд., 1938, 160 с.

Галилей Г. Сочинения. Т.1. Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых от­раслей науки, относящихся к механике и местному движению. 1934, 696 с.

Лорентц Г.А. Теория электронов и ее применение к явлениям света и теплового излучения. 1934, 432 с. 2-е изд., 1953, 3-е изд., 1953, 4-е изд. 1956, 472 с.

Декарт Р. Космогония. Два трактата. 1934, 326 с.

Гюйгенс X. Трактат о свете. 1935, 172 с.

Бернулли И. Избранные сочинения по механике. 1937, 297 с.

Эйлер Л. Основы динамики точки. 1938, 500 с.

50 лет волн Герца. М.-Л.: АН СССР, 1938, 156 с.

Фарадей М. Избранные работы по электричеству. 1939, 304 с.

Максвелл Дж.К. Речи и статьи. 1940, 228 с.

Лебедев П.Н. Избранные сочинения. 1949, 243 с.

Даламбер Ж. Динамика. 1950. 2-е изд. 2000, 336 с.

Лагранж Ж. Аналитическая механика. 2-е изд., 1950, т.1, 594 с, т.2, 440 с. Умов Н.А. Избранные сочинения. 1950, 554 с. Столетов А.Г. Избранные сочинения. 1950, 659 с.

Гиббс Дж. Термодинамические работы. 1950, 492 с.

Максвелл Дж.К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. 1952, 688 с.

Френель О. Избранные труды по оптике. 1955, 603 с.

Петров В.В., Гротгус Т., Рейс Ф.Ф. и др. Избранные труды по электричеству. 1956.

Болъцман А Лекции по теории газов. 1956, 554 с.

Эйхенвалъд А.А. Избранные работы. 1956, 268 с.

 

«Классики науки». М.: Наука (до 1964 Изд-во АН СССР), изд. с 1945.

Ньютон И. Лекции по оптике. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1946, 296 с.

Лукреций Т. О природе вещей. 4.1. [М.:] Изд-во АН СССР, 1946, 451 с.

КлероА. Теория фигуры Земли, основанная на началах гидростатики. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1947, 358 с.

Фарадей М. Экспериментальные исследования по электричеству. М.-Л.: Изд-во АН СССР, т.1, 1947, 848 с; т.2, 1951, 538 с; т.З, 1959, 831 с.

Лещ Э.Х. Избранные труды. Л.: Изд-во АН СССР, 1950, 521 с.

Бугер П. Оптический трактат о градации света. М.: Изд-во АН СССР, 1950, 478 с.

Гюйгенс X. Три мемуара по механике. Л.: Изд-во АН СССР, 1951, 379 с.

Эпинус Ф. Теория электричества и магнетизма. М.: Изд-во АН СССР, 1951, 564 с.

Рождественский Д. С. Работы по аномальной дисперсии в парах металлов. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1951, 394 с.

Гаусс К.Ф. Избранные труды по земному магнетизму. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1952, 341 с.

Декарт Р. Рассуждение о методе. С прилож.: Диоптрика. Метеоры. Геометрия. М.: Изд-во АН СССР, 1953, 656 с.

ГадолинА.В. Вывод всех кристаллографических систем и их подразделений из одного одщего начала. М.: Изд-во АН СССР, 1954, 157 с.

Ампер А. Электродинамика. Л.: Изд-во АН СССР, 1954,492 с. (с прил. работ Г.Х.Эрстеда, Ф.Ара-го, А. Де-ля-Рива)

Винчи А Избранные естественнонаучные произведения. М.: Изд-во АН СССР, 1955, 1027 с.

Ферсман А.Е. Кристаллография алмаза. Сб. работ. М.: Изд-во АН СССР, 1955, 566 с.

Гильберт В. О магните, магнитных телах и о большом магните - Земле. Новая физиология, дока­занная множеством аргументов и опытов. М.: Изд-во АН СССР, 1956, 411 с.

Франклин В. Опыты и наблюдения над электричеством. М.: Изд-во АН СССР, 1956, 271 с.

Рихман Г.В. Труды по физике. М.: Изд-во АН СССР, 1956, 711 с.

СтенонН. Отвердом, естественно содержащемся в твердом. М.: Изд-во АН СССР, 1957,151 с.

Крылов А.Н. Избранные труды. Л.: Изд-во АН СССР, 1958, 803 с.

Бернулли Д. Гидродинамика, или записки о силах и движениях жидкостей. Л.: Изд-во АН СССР, 1959, 551 с.

Герц Г. Принципы механики, изложенные в новой связи. М.: Изд-во АН СССР, 1959, 386 с.

Ланжевен П. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1960, 755 с.

Ломоносов М.В. Избранные труды по химии и физике. М.: Изд-во АН СССР, 1961, 560 с.

Лебедев П.Н. Собрание сочинений. М.: Изд-во АН СССР, 1963, 435 с.

Гаюи Р.Ж. Структура кристаллов. Избранные труды. Л.: Изд-во АН СССР, 1962, 176 с.

Рождественский Д. С. Избранные труды. М.-Л.: Наука, 1964, 349 с.

Коперник Н. О вращениях небесных сфер. 1964, 653 с.

Эйнштейн А. Собрание научных трудов. М.: Наука, т.1,1965,700 с; т.2,1966,878 с; т.З,; т.4,1967, 599 с.

Фридман А.А. Избранные труды. М.: Наука, 1966, 462 с.

Кюри П. Избранные труды. М.; Л.: Наука, 1966, 399 с.

Бор Н. Избранные научные труды. М.: Наука, т.1, 1970, 583 с; т.2, 1971, 675 с.

Резерфорд Э. Избранные научные труды. М.: Наука, т.1, 1971, 471 с; т.2, 1972, 532 с.

Ферми Э. Научные труды. М.: Наука, т.1, 1971, 818 с; т.2, 1972, 712 с.

Пуанкаре А. Избранные труды. М.: Наука, т.1, 1971, 771 с; т.2, 1972, 999 с; т.З, 1974, 771 с.

Жизнь науки. Антология вступлений к классике естествознания. М.: Наука, 1973, 599 с.

Браве О. Избранные научные труды. Кристаллографические этюды. М.: Наука, 1974, 419 с.

Планк М. Избранные труды. М.: Наука, 1975, 788 с.

Паули В. Труды по квантовой теории. М.: Наука, т.1, 1975, 687 с; т.2, 1977, 695 с.

Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. Л.: Наука, 1975, 592 с.

Шредингер Э. Избранные труды по квантовой механике. М.: Наука, 1976, 424 с.

Лаплас П.С. Изложение системы мира. Л.: Наука, 1982, 374 с.

Гиббс Д.В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982, 584 с.

Больцман Л. Избранные труды. М.: Наука, 1984, 589 с.

Вейлъ Г. Математика. Теоретическая физика. М.: Наука, 1984, 511 с.

Дебай П. Избранные труды. Л.: Наука, 1987, 559 с.

Кирхгоф Г. Избранные труды. М.: Наука, 1988, 428 с.

Ньютон И. Математические начала натуральной философии. 3-е изд. М.: Наука, 1989, 688 с. (2-е изд. в кн.: Крылов А.Н. Собрание трудов. Т.7. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1936, 696 с.)

Максвелл Дж.К. Трактат об электричестве и магнетизме. М.: Наука, 1989, т.1, 416 с; т.2, 437 с.

Гамильтон У. Избранные труды. М.: Наука, 1994, 560 с.

Понтекорво Б. Избранные труды. М.: Наука. Физматлит, 1997, т.1, 416 с; т.2, 352 с.

Марков М.А. Избранные труды. М.: Наука, т.1, 2000, 505 с; т.2, 2001, 640 с.

 

«Популярные произведения классиков естествознания». М.: Наука, изд. с 1972 по 1987 гг.

Эренфест П. Относительность. Кванты. Статистика. 1972. 359 с.

Зоммерфельд А. Пути познания в физике. 1973. 318 с.

Паули В. Физические очерки. 1975. 256 с.

Борн М. Размышления и воспоминания физика. 1977. 280 с.

Кеплер И. О шестиугольных снежинках. 1982, 192 с.

Галилей Г. Пробирных дел мастер. 1987. 271 с.

 

«Библиотека теоретической физики». М.: Наука, изд. с 1978 по 1992 гг.

Фейнман Р. Теория фундаментальных процессов. 1978, 200 с.

Дирак П.А.М. Принципы квантовой механики. 2-е изд. 1979, 480 с.

Паули В. Теория относительности. 1-е изд. М.-Л.: Гостехиздат, 1947. 3-е изд. 1991. 324 с.

Шредингер Э. Пространственно-временная структура Вселенной. 1986, 224 с.

Вейль Г. Теория групп и квантовая механика. 1986, 496 с.

Пайерлс Р. Сюрпризы в теоретической физике. 1988, 176 с.

Дирак П.А.М. К созданию квантовой теории поля. 1990, 308 с.

Швингер Ю. Квантовая кинематика и динамика. 1992, 317 с.

 

Книги, вышедшие в других сериях или вне серий:

Академик А.Д.Сахаров. Научные труды. Сб. М.: АОЗТ «Изд-во Ценгрком», 1995, 528 с.

Алферов Ж.И. Физика и жизнь. СПб.: Наука, 2000, 255 с.

Андронов А.А. Собрание трудов. М.: Изд-во АН СССР, 1956, 538 с.

Архимед. Сочинения. М.: Физматгиз, 1962, 639 с.

Арцимович ЛА. Избранные труды. М.: Наука, 1978.

Бете Г. Теория ядерной материи. М.: Мир, 1974, 238 с.

Бете Г. Лекции по теории ядра. М.: ИИЛ, 1949, 154 с.

Блатт Дж., Вайскопф В. Теоретическая ядерная физика. М.: ИИЛ, 1954, 658 с.

Бом Д. Специальная теория относительности. М: Мир, 1967, 285 с.

Бом Д. Причинность и случайность в современной физике. М.: ИИЛ, 1959, 248 с.

Бом Д. Квантовая теория. 2-е изд. М.: Наука, 1965, 727 с.

Бор Н. Прохождение атомных частиц через вещество. М.: ИИЛ, 1950, 149 с.

Бор Н. Атомная физика и человеческое познание. М.: ИИЛ, 1961, 151 с.

Борн М. Строение материи. Пг.: Научное книгиз-во, 1922, 95 с.

Борн М. Современная физика. Л.-М.: ОНТИ, 1935, 263 с.

Борн М., Хуан Кунь. Динамическая теория кристаллических решеток. М.: ИИЛ, 1958, 488 с.

Борн М. Атомная физика. 2-е изд. М.: Мир, 1967, 493 с.

Борн М. Эйнштейновская теория относительности. М.: Мир, 1964, 452 с.

Бриллюэн А Атом Бора. Л.-М.: ОНТИ, 1935, 275 с.

Бриллюэн А Квантовая статистика. Харьков-Киев: ОНТИ ГНТИУ, 1936, 511 с.

Бриллюэн А Новый взгляд на теорию относительности. М.: Мир, 1972, 142 с.

де Бройиь А Революция в физике. М.: Атомиздат. 1963. 2-е изд. 1965, 232 с.

де Бройлъ А По тропам науки. М.: ИИЛ, 1962, 408 с.

де Бройль А Соотношения неопределенностей Гейзенберга и вероятностная интерпретация вол­новой механики. М.: Мир, 1986, 344 с.

Бронштейн М.П. Строение вещества. Л.-М.: ОНТИ, 1935, 244 с.

Броуновское движение. А.Эйнштейн - М.Смолуховский. Сб. статей. М.-Л.: ОНТИ, 1936, 607 с.

Вавилов СИ. Собрание сочинений. Т.1-4. М.: Изд-во АН СССР, 1954-56. Т.1. Работы по физике, 1914-1936. М., 1954,451 с. Т.2. Работы о физике, 1937-1951. М., 1956,548 с. Т.З. Работы по фи­лософии и истории естествознания. М., 1956, 871 с. Т.4. Экспериментальные основания тео­рии относительности. О «теплом» и «холодном» свете. Глаз и Солнце. Научно-популярные и обзорные статьи. М., 1956, 471 с.

Вавилов СИ. Микроструктура света. (Исследования и очерки). М.: Изд-во АН СССР, 1950,198 с.

Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. М.: Энергоиздат, 1981, 209 с. (см. также Вейнберг)

Вейлъ Г. Симметрия. М.: Наука, 1968, 192 с.

Вейль Г. Пространство, время, материя. М.: «Янус», 1996, 480 с.

Вейлъ Г. Математическое мышление. М.: Наука, 1989, 400 с.

Вейлъ Г. Классические группы, их инварианты и представления. М.: Иниздат, 1947, 408 с.

Вейнберг С Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности. М.: Мир, 1975. (см. также Вайнберг)

Вигнер Е. Этюды о симметрии. М.: Мир, 1971, 320 с. 2-е изд.:

Вигнер Э. Инвариантность и законы сохранения. Этюды о симметрии. М.: Эдиториал УРСС, 2002, 320 с.

Гааз А. Волны материи и квантовая механика. 2-е изд. М.-Л.: Гос. научно-тех. изд., 1931, 247 с.

Гайтлер В. Элементарная квантовая механика. М.: ИИЛ, 1948, 136 с.

Гайтлер В. Квантовая теория излучения. М.: ИИЛ, 1956.

Галилей Г. «Звездный вестник», «Разговоры о двух великих мировых системах», «Рассуждения о двух новых учениях в механике». (Избр. места). Сост. Я.И.Перельман. Л.: Леноблиздат, 1931, 63 с. (Классики мировой науки)

Галилей Г. Диалог о двух главнейших системах мира, птолемеевой и коперниковой. М.-Л.: Гостехиздат, 1948, 379 с.

Галилей Г. Избранные труды. М.: Наука, 1964, т.1, 640 с; т.2, 571 с.

Гальвани А., Вольта А. Избранные работы о животном электричестве. М.-Л.: ОГИЗ, 1937, 430 с. (серия «Классики биологии и медицины»)

Галюв Г.А. Строение атомного ядра и радиоактивность. М.-Л.: Гостехтеориздат, 1932, 146 с.

Гаусс К.Ф. Теоретическая астрономия (лекции, чит. в Гетгингене в 1820-21, записанные Купфером) // Собрание трудов акад. А.Н.Крылова. Т.4. Астрономия. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1936, с.299-452.

Гейзенберг В. Физические принципы квантовой теории. Л.-М.: Гостехиздат, 1932, 146 с.

Гейзенберг В. Философские проблемы атомной физики. Сб. статей. М.: ИИЛ, 1953, 136 с.

Гейзенберг В. Введение в единую полевую теорию элементарных частиц. М.: Мир, 1968, 239 с.

Гейзенберг В. Шаги за горизонт. М.: Прогресс, 1987, 368 с.

Гейзенберг В. Избранные труды. М.: Эдиториал УРСС, 2001, 616 с.

Гелъмголъц Г. Популярные речи. 4.1-2. СПб.: Риккер, 1896. 4.1. 145 с. 4.2, 167 с.

Гельмголъц Г. Фарадеевская речь. Современное развитие фарадеевских воззрений на электри­чество... СПб., 1898, 50 с.

Гельмгольц Г. Два исследования о гидродинамике: 1. О вихревом движении. 2. О прерывном движении жидкости. М., 1902, 108 с.

Гиббс Дж. У. Основные принципы статистической механики. М.-Л.: Гостехтеориздат, 1946,203 с.

Гильберт Д. Избранные труды, т. 1-2. М.: «Факториал», 1998, т.1., 575 с; т.2, 608 с.

Глазами ученого/Под ред. А.Н.Несмеянова. М.: Изд-во АН СССР, 1963,739 с. (В.А.Фок, В.Г.Фесенков, Н.Н.Боголюбов, И.Е.Тамм, И.М.Франк, И.В.Обреимов и др.)

Голицын КБ. Избранные труды. Т. 1-2. М.: Изд-во АН СССР, 1960. Т.1. Физика, 242 с. Т.2. Сейсмология, 490 с.

Дальтон Дж. Сборник избранных работ по атомистике. Л.: Госхимиздат, 1940, 244 с.

Декарт Р. Избранные произведения. М.: Госполитиздат, 1950, 712 с.

Дикке Р. Гравитация и Вселенная. М.: Мир, 1972, 103 с.

Дирак П.А.М.  Основы квантовой механики. 2-е изд. М.-Л., 1937, 320 с.

Дирак П.А.М. Лекции по квантовой теории поля. М.: Мир, 1971, 243 с.

Дирак П.А.М. Общая теория относительности. М.: Атомиздат, 1978, 64 с.

Дирак П.А.М. Пути физики. М.: Энергоатомиздат, 1983, 88 с.

Дирак П.А.М. Собрание научных трудов. Т.1. Квантовая теория (монографии, лекции). М.: Физ-матлит, 2002, 704 с.

Дорфман Я.Г. Магнитные свойства атомного ядра. Л.-М.: Гостехтеориздат, 1948, 254 с.

Друде П. Оптика. М.-Л., 1935.

Жолио-Кюри Ф. и И. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1957, 562.

Жуковский Н.Е. Полное собрание сочинений. Т.1-9. М.-Л.: ОНТИ, 1936-37.

Жуковский Н.Е. Собрание сочинений. Т. 1-7. М.-Л.: Гостехиздат, 1949-50.

Жуковский Н.Е. Избранные сочинения. Т.1-2. М.-Л.: Гостехиздат, 1948. Т.1. 391 с. Т.2, 422 с.

Зееман П. Происхождение цветов спектра. Одесса: Матезис, 50 с. С прил. ст. В.Ритца.

Зельдович Я.Б. Избранные труды. Химическая физика и гидродинамика. М.: Наука, 1984,374 с.

Зельдович Я.Б. Избранные труды. Частицы, ядра, Вселенная. М.: Наука, 1985, 463 с.

Заммерфелъд А. Строение атома и спектры. М.: Гостехтеориздат, 1956, т.1, 591 с, т.2, 694 с.

Иоффе А.Ф. Избранные труды. Л.: Наука, т.1. Механические и электромагнитные свойства кристаллов. 1974, 326 с; т.2. Излучение, электроны, полупроводники. 1975, 470 с.

Иордан П. Статистическая механика на основе квантовой теории. Харьков-Киев: ОНТИ, 1935,92 с.

Кадомцев Б.Б. Динамика и информация. М.: Редакция журнала «УФН», 1997, 400 с.

Капица П. А Научные труды. Сильные магнитные поля. М.: Наука, 1988, 459 с.

Капица Л. А Научные труды. Физика и техника низких температур. М.: Наука, 1989, 392 с.

Капица П. А Научные труды. Наука и современное общество. М.: Наука, 1998.

Кирхгоф Г.Р. Механика. Лекции по мат. физике. М: Изд-во АН СССР, 1962, 402 с.

Клаузиус Р. О запасах энергии в природе и пользовании ими для нашего блага. СПб.: Л.Ф.Пантелееев, 1887, 29 с.

Крамерс ГЛ., Голъст X. Строение атома и теория Бора. М.-Л.: Госиздат, 156 с. Крылов А.Н. Собрание трудов. Т. 1-12. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1936-56.

Купер А Физика для всех. В 2-х т. М.: Мир, т.1. Классическая физики. 1973,479 с; т.2. Современная физика. 1974, 383 с.

Курчатов И. В. Избранные труды. В 3-х т. М.: Наука, т.1. Сегнетиэлектричество. 1982, 392 с; т.2.

Нейтронная физика. 1983, 367 с; т.З. Ядерная энергия. 1984, 277 с.

Кюри М. Открытие радия. СПб., 1912, 40 с.

Кюри М. Радий, радиоактивность и строение вещества. М.-Л.: «Земля и фабрика», 1925, 143 с. Кюри М. Радиоактивность. М.-Л.: Гостехиздат, 1947, 520 с. (см. Склодовская-Кюри)

Ландау А.Д. Собрание трудов. М.: Наука, 1969, т.1, 512 с; т.2, 450 с.

 

Ландау А.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: т.1. Механика (1940, совм. с Л.Пятигорским, 1958, 1965); т.2. Теория поля (1941, 1948, 1960, 1962, 1967); т.З. Квантовая механика (1948, 1963); т.5. Статистическая физика (1938, 1940, 1951, 1964); Механика сплошных сред (1944, 1954); т.7. Теория упругости (1965); Электродинамика сплошных сред (1959). Выпущен cd-диск, включающий все издание.

Ландсберг Г.С. Оптика. 3-е изд. М.: Гостехиздат, 1954, 727 с; 4-е изд., 1957, 760 с.

Ландсберг Г.С. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1958, 476 с.

Ланжевен П. Избранные произведения. Статьи и речи по общим вопросам науки. М.: ИИЛ, 1949, 438 с.

Лауэ М. Статьи и речи. М.: Наука, 1969, 367 с.

ЛебедевП.Н. Собрание сочинений. М.: Моск. физ. об-во им. П.Н.Лебедева, 1913,415 с. 1. Научные работы. 2. Популярные статьи и речи.

Лейпунский А.И. Избранные труды. Воспоминания. Киев: Наукова думка, 1990, 280 с.

Леонтович М.Л. Избранные труды. Теоретическая физика. М.: Наука, 1985, 432 с.

Логунов А.А. Теория гравитационного поля. М.: Наука, 2000, 235 с.

Ломоносов М.В. Сочинения. / Под ред. С.И.Вавилова. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1948.

Ломоносов М.В. Полное собрание сочинений. Т.1-4. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1950-55. Т.1. Труды по физике и химии. 1738-1746.1950,620 с. Т.2. Труды по физике и химии. 1747-1752.1951,726 с. Т.З. Труды по физике. 1753-1765. 1952, 605 с. Т.4. Труды по физике, астрономии и прибо­ростроению. 1744-1765. 1955, 831 с.

Ломоносов М.В. Избранные произведения в 2-х т. М.: Наука, 1986, т.1, 534 с, т.2, 494 с.

Лоренц Г.А. Видимые и невидимые движения. М., 1905, 214 с.

Лоренц ГА. Курс физики. Одесса: Матезис, 1910, т.1, 348 с; т.2, 466 с. 2-е изд. Т.1-2, 1912-1915.

Лорентц ГА. Теория электромагнитного поля. М.-Л.: Гостехтеориздат, 1933, 172 с.

Лорентц ГЛ. Статистические теории в термодинамике. Л.-М.: ОНТИ, 1935, 155 с.

Лоренц ГЛ. Лекции по теоретической физике. 1. Теория излучения. М.-Л.: ОНТИ, 1935, 80 с.

Лоренц ГЛ. Лекции по термодинамике. М.-Л.: Гостехиздат, 1946, 156 с.

Лоренц ГЛ. Старые и новые проблемы физики. М.: Наука, 1970, 370 с.

Майкелъсон А. Исследования по оптике. М.-Л.: ГИЗ, 1928, 200 с.

МайкелъсонА. Световые волны и их применения. Одесса: Матезис, 1912,189 с. 2-е изд. М.-Л.: Гостехиздат, 1934, 143 с.

Максвелл Дж.К. Материя и движение. М.: Госиздат, [1924], 148 с. С прим. и доп. Дж.Лармора (Природа и культура. Кн.7). 2-е изд. Ижевск: РХД, 2002, 178 с.

Максвелл Д.К., Вышнеградский И.А., Стодола А. Теория автоматического регулирования. М.: АН СССР, 1949.

Максвелл Дж.К. Статьи и речи. 2-е изд. М: Наука, 1968, 424 с.

Мандельштам АИ. Полное собрание трудов. Т.1-5. М.: Изд-во АН СССР, 1947-55. Т.1. 1948, 352 с. Т.2. 1947, 396 с. Т.З. 1950, 423 с. Т.4. 1955, 511 с. Т.5. 1950, 468 с.

Мандельштам АИ. Лекции по колебаниям. (1930-32) М.: Изд-во АН СССР, 1955, 504 с.

Мандельштам АИ. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. М.: Наука, 1972, 349 с.

Мандельштам АИ. Лекции по теории колебаний. М.: Наука, 1972, 470 с.

Марков М.А. Нейтрино. М.: Наука, 1964, 163 с.

Ми Г. Ионы и электроны. СПб., 1909, 69 с.

Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. Т. 1-3, М: Мир, 1977.

Милликен Р. Электроны (+ и -), протоны, фотоны, нейтроны и космические лучи. М.-Л.: ГОНГИ, 1939, 310 с.

Минковский Г. Пространство и время. СПб.: «Физика», 1911, 94 с.

Михелъсон В.А. Собрание сочинений. М.: Новый агроном, 1930, т.1, 399 с.

Научное наследство, т.1. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1948 (в том числе: Лебедев П.Н. Из переписки. С.549-616. Гук Р. Общая схема или идея настоящего состояния естественной философии. С.687-767)

Научная переписка П.Н.Лебедева/Сост. Е.И.Погребысская. М.: Наука, 1990,500 с. (Научное наследство, т. 15)

Нелинейная квантовая теория поля. Сб. статей. М.: ИЛ, 1959, 464 с. (В.Гейзенберг и др.)

Нейман Дж. фон. Математические основы квантовой механики. М.: Наука, 1964, 367 с.

Обреимов И.В. Избранные труды: Молекулярная физика. Оптические методы. М.: Наука, 1997, 316 с.

Оппенгеймер Р. Летающая трапеция. Три кризиса в физике. М.: Атомиздат, 1967, 79 с.

Пайерлс Р. Электронная теория металлов. М.: ИИЛ, 1947.

Пайерлс Р. Квантовая теория твердых тел. М.: ИИЛ, 1956, 259 с.

Пайерлс Р. Законы природы. М.: Физматгиз, 1958, 340 с.

Папалекси Н.Д Собрание трудов. М.: Изд-во АН СССР, 1948, 428 с.

Паули В. Мезонная теория ядерных сил. М.: ИИЛ, 1947, 79 с.

Паули В. Релятивистская теория элементарных частиц. М.: ИИЛ, 1947, 84 с.

Перрен Ж. Атомы. М.: Госиздат, 1924, 240 с.

Петров В.В. Новые електрические опыты профессора физики Василия Петрова СПб., 1804, 352 с.

Планк М. Физические очерки. М.: Госиздат, 1925, 136 с. (Природа и культура, кн. 12)

Планк М. Термодинамика. Л.-М: Госиздат, 1925, 311 с.

Планк М. Теория теплового излучения. Л.-М: ОНТИ, 1935, 204 с.

Планк М. Введение в теоретическую физику. 2-е изд. Ч. 1-5. М.-Л.: Гостехтеориздат, 1932-35. Ч. 1. Общая механика. 2-е изд. 1932,199 с. 4.2. Механика деформируемых тел. 2-е изд. 1932,184 с. Ч.З. Теория электричества и магнетизма. 2-е изд., 1934,183 с. 4.4. Оптика. 1934,164 с. 4.5. Тео­рия теплоты. 1935, 228 с.

Планк М. Единство физической картины мира. М.: Наука, 1966, 287 с.

Померанчук И.Я. Собрание научных трудов. Т.1-3. М.: Наука, 1972. Т.1,360 с; т.2,296 с; т.3,419 с.

Попов А. С. О беспроволочной телеграфии. М.: Физматгиз, 1959.

Пригожий И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуации. М.: Мир, 1973.

Пригожий И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир, 1979.

Пригожий И. От существующего к возникающему. Время и сложность в физических науках. М. Наука, 1985, 326 с.

Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.: Прогресс, 1986, 326 с.

Пригожий И., Николис Г. Познание сложного. М.: Мир, 1990, 344 с.

Птолемей К. Альмагест: Математическое сочинение в тринадцати книгах. М.: Наука. Физмат-лит, 1998, 672 с.

Пуанкаре А. О науке. М.: Наука, 1983, 560 с; 2-е изд. 1990, 746 с.

Резерфорд Э. Строение атома и искусственное разложение элементов. Работы 1919-1922 гг. М.-Пг.: Госиздат, 1923, 177 с. (Современ. проблемы естествознания)

Резерфорд. Лодж. Эддингтон. Атомы, электроны, эфир. Л.: Науч. хим.-техн. изд., 1924,98 с. (Успехи науки и техники)

Резерфорд Э. В погоне за атомом. Электрическое строение вещества. Биография альфа-частицы. Искусственное разложение элементов. Электричество и материя. М.-Л.: Л.Д.Френкель, 1924, 120 с.

Резерфорд Э. Атомные снаряды и их свойства. Пг.: Сев.-зап. промбюро ВСНХ, 1923, 60 с.

Рэлей Дж. Волновая теория света. М.-Л.: Гостехиздат, 1940, 208 с.

Рэлей Дж. Теория звука. 2-е изд. М.: Гостехиздат, 1955, т.1, 503 с, т.2, 475 с.

Склодовская-Кюри М. Радий и радиоактивные вещества. Исследование радиоактивных веществ. Дисс-ция. СПб., 1904, 127 с.

Склодовская-Кюри М. Исследования над радиоактивными веществами. СПб.: К.Л.Риккер, 1904, 112 с.

Склодовская-Кюри М. Радий и радиоактивность. М.: «Творческая мысль», 1905, 106 с.

Склодовская-Кюри М. Эталон радия и измерения в области радиоактивности. СПб.: «Физика», 1913,63 с.

Смородинский Я. А. Элементарные частицы. М.: Знание, 1962.

Смородинский Я.А. Избранные труды. М.: Эдиториал УРСС, 2001, 568 с.

Столетов А.Г. Собрание сочинений. Т.1-3. М.-Л.: Гостехиздат, 1939-47. Т.1. Оригинальные исследования. Научно-критические статьи. Письма и заметки. 1939,464 с. Т.2. Общедоступные лекции и речи, критические и биографические заметки. 1941,436 с. ТЗ. Введение в акустику и оптику. Теория теплоты. 1947, 624 с.

Тамм И.Е. Собрание научных трудов. Т.1-2. М.: Наука, 1975, т.1, 439 с; т.2, 488 с.

Толмен Р. Относительность, термодинамика и космология. М.: Наука, 1974.

Гомсон В. Строение материи. Популярные лекции и речи сэра Вильяма Томсона (лорда Кельвина). СПб.: Л.Ф.Пантелеев, 1895, 391 с.

Томсон Дж.Дж. Начала математической теории электричества и магнетизма. СПб.: Риккер, 1901, 398 с.

Томсон Дж.Дж. Корпускулярная теория вещества. Одесса: Матезис, 1910, 162 с.

Томсон Дж.Дж. Взаимоотношение между материей и эфиром по новейшим исследованиям в об­ласти электричества. СПб.: Т-во «Естествоиспытатель», 1910, 23 с.

Томсон Дж.Дж. Материя, энергия и эфир. СПб.: «Физика», 1911, 56 с.

Томсон Дж.Дж. Электрон в химии. М.-Л.: Госиздат, 1927,156 с. (Соврем, проблемы естествознания, кн.36)

Томсон Дж.Дж. Электричество и материя. М.-Л.: Госиздат, 1928, 263 с. (Вкл. статью В.Томсона «О вихревых атомах», с. 184-198).

Томсон Дж.Дж. По ту сторону электрона. М., 1930, 34 с.

Уилер Дж.А. Гравитация, нейтрино и Вселенная. М.: ИИЛ, 1962.

Умов Н.А. Курс физики. Т.1-2. М., 1901-1902. Т.1. Механика. Молекулярная физика. Теплота. 1901, 410 с. Т.2. Звук. Свет. Электричество. Магнетизм. 1902, 441 с.

Умов Н.А. Собрание сочинений. Т.З. Речи и статьи общего содержания. М.: Кушнерев, 668 с.

Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. М.: Мир, 1965-67. 9 вып.

Фейнман Р. Квантовая электродинамика. М.: Мир, 1964,219 с. 2-е изд. Новокузнецк: ИО НФМИ, 1998, 216 с.

Фейнман Р., Хибс А. Квантовая механика и интегралы по траекториям. М.: Мир, 1968, 382 с.

Фейнман Р. Статистическая механика. М.: Мир, 1975, 407 с. 2-е изд. 1978, 407 с.

Фейнман Р. Взаимодействие фотонов с адронами. М.: Мир, 1975, 389 с.

Фейнман Р., Вайнберг С. Элементарные частицы и законы физики. М: Мир, 2000, 138 с.

Ферми Э. Молекулы и кристаллы. М.: ИЛ, 1947, 266 с.

Ферми Э. Ядерная физика. М.: ИИЛ, 1951, 343 с.

Ферми Э. Лекции по атомной физике. М.: ИИЛ, 1952, 124 с.

Ферми Э. Элементарные частицы. М.: ИИЛ, 1952, 103 с. 2-е изд. 1953, 103 с.

Ферми Э. Лекции о пи-мезонах и нуклонах. М.: ИИЛ, 1956, 109 с.

Ферми Э. Квантовая механика (конспект лекций). М.: Мир, 1965, 368 с.

Ферми Э. Термодинамика. Харьков: Изд-во Хар. ун-та, 1969, 139 с.

Фок В.А. Работы по квантовой теории поля. Л.: Изд-во ЛГУ, 1957, 159 с.

Фок В.А. Теория пространства, времени и тяготения. М.: Гостехтеориздат, 1955, 504 с. 2-е изд. 1961, 563 с.

Фок В.А. Начала квантовой механики. М.: Наука, 1976, 376 с.

Фок В.А. Теория Эйнштейна и физическая реальность. М.: Знание, 1967, 47 с.

Фок В.А. Квантовая физика и философские проблемы. М.: ИФ РАН, 1970, 26 с.

Франклин В. Избранные произведения. М.: Госполитиздат, 1956, 631 с.

Фредерике В. К., Фридман А.А. Основы теории относительности, вып.1. Тензориальное исчисление. Л.: «Academia», 1924, 167 с.

Френкель Я.И. Волновая механика. Л.-М.: Гостехтеориздат, 1933, 388 с. 4.2, 1934, 716 с.

Френкель Я.И. Статистическая физика. М.-Л: Изд-во АН СССР, 1948, 760 с.

Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. 2-е изд. М.-Л.: Гостехиздат, 1950, 383 с.

Френкель Я.И. Принципы теории атомных ядер. 2-е изд. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1955, 248 с,

Френкель Я.И. Собрание избранных трудов. Т.1. Электродинамика. М.-Л.: Изд-во АН СССР 1956, 370 с.

Фридман А.А. Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости. Л.-М.: Гостехтеориздат, 1934, 370 с.

Фридман А.А. Мир как пространство и время. Пг.: «Academia», 1923, 131 с. (Соврем. культура).

Швингер Ю. Теория квантованных полей. М.: ИИЛ, 1956, 252 с.

Швингер Ю. Частицы, источники, поля. М.: Мир, т.1, 1973, 502 с; т.2, 1976, 475 с.

Шредингер Э. Статистическая термодинамика. М.: ИИЛ, 1949, 88 с.

Шредингер Э. Новые пути в физике. М.: Наука. 1971, 427 с.

Шредингер Э. Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки. Ижевск: РХД. 1999, 96 с.

Шредингер Э. Лекции по физике. Ижевск: РХД. 2001, 160 с.

Шубников А.В. Избранные труды по кристаллографии. М.: Наука, 1975, 551 с.

Шубников АВ. Избранные труды. Воспоминания. Киев-Наукова думка, 1990, 352 с.

Эддингтон А. Теория относительности. Л.-М.: ГТТИ, 1934. 2-е изд. Ижевск: РХД, 2003, 508 с. М.: Эдиториал УРСС, 2003, 504 с. (в печати)

Эддингтон А. Пространство, время и тяготение. 2-е изд. М.: Эдиториал УРСС, 2003, 224 с.

Эйлер Л. Новая теория движения Луны//Собрание трудов акад. А.Н.Крылова. Дополнение к тт.5 и 6. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1937, 248 с.

Эйнштейн А. Сущность теории относительности. М.: ИИЛ, 1955, 160 с.

Эренфест-Иоффе. Научная переписка (1907-1933 гг.). 2-е изд. Л.: Наука, 1990, 318 с.

 

2. Литература по истории физики

 

Курсы по истории физики, техники и естествознания в целом

 

Белъкинд АД, Конфедератов И.Я., Шнейберг Я.А. История техники. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956, 491 с.

Даннеман Ф. История естествознания. Естественные науки в их развитии и взаимодействии. М.-Л.: ОНТИ, 1932, т.1, пер. А.Г. Горнфельда, 432 с; т.2, пер. П.С. Юшкевича, 1935,408 с; т.З, пер. П.С.Юшкевича, 1938, 357 с.

Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с древнейших времен до конца XVIII века. М.: Наука, 1974, 352 с.

Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с начала XIX до середины XX вв. М.: Наука, 1979,317 с.

Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. М.: Просвещение, 1986, 255 с.

Кудрявцев П.C. История физики. 2-е изд. М.: Учпедгиз, 1956, т.1. От древности до Менделеева. 563 с; т.2. От Менделеева до открытия квант (1800-1900 гг.). 487 с; т.З, 1971, 423 с.

Кудрявцев П.С. Курс истории физики. 2-е изд. М.: Просвещение, 1982, 447 с.

Кудрявцев П. С, Конфедератов И.Я. История физики и техники. 2-е изд. М.: Просвещение, 1965, 571с.

Лакур П., АппельЯ. Историческая физика. Пер. с нем. Одесса: «Матезис», 1908, т.1,436 с; т.2, 434 с. 2-е изд. Под ред. О.Д.Хвольсона, М.-Л.: ГИЗ, 1929, т.1, 470 с.

Лауэ М. История физики. Пер. с нем. Т.Н.Горнштейн. М.: ГИТТЛ, 1956, 230 с.

Лъоцци М. История физики. М.: Мир, 1970, 464 с.

Любимов Н.А. История физики. Опыт изучения логики открытий в их истории. СПб. 4.1, 1892, 264 с. 4.2, 1894, 206 с.Ч.З, 1896. 694 с.

Ольшки А История научной литературы на новых языках. Пер. с нем. А.Ф. Коган-Бернштейн и П.С. Юшкевича. М.-Л.: ПТИ, 1933-34. Т.1, 303 с, т.2, 1934, 211 с, т.З, 324 с.

Розенбергер Ф. История физики. Пер. с нем. под ред. И.Сеченова. СПб.: Риккер, ч.1, 1883, 178 с; ч.2, 1886, 422 с; ч.3(1), 1892, 326 с, ч.3(2), 1892. 2-е изд. Пер. под ред. В.С. Гохмана. М.-Л.: ОНТИ. 4.1. 1937, 127 с; 4.2. 1937, 312 с; 4.3(1). 1935, 302 с; 4.3(2). 1936, 448 с.

Спасский Б.И. История физики. Учебное пособие для вузов. М.: Изд. МГУ. 4.1. От древности до начала XIX века. 1956, 359 с. 4.2,1964.2-е изд. М.: Высшая школа, 1977,4.1,320 с. 4.2,212 с.

Спасский Б.И. Физика в ее развитии. М.: Просвещение, 1979, 208 с.

Таннери П. Исторический очерк развития естествознания в Европе (с 1300 по 1900 гг.). М.-Л.: ГТТИ, 1934, 310 с. Уэвелъ В. История индуктивных наук от древнейшего до настоящего времени. СПб., 1867, т.1, 589с; т.2, 813 с; т.З, 912 с.

Эйнштейн А., Инфелъд А Эволюция физики. Развитие идей от первоначальных понятий до теории относительности и квант. Пер. С.Г. Суворова. М.-Л.: Гостехиздат, 1948, 267 с; 2-е изд. 1956, 279 с; 3-изд.: 1965, 327 с; 4-е изд. 1966, 267 с.

 

Монографии и сборники статей

Академик В.В.Петров. 1761-1834. К истории физики и химии в России в начале XIX в. Сб. статей и материалов. Под ред. С.И.Вавилова. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1940, 250 с.

Алексеев И. С. Развитие представлений о структуре атома. Философский очерк. Новосибирск, 1968, 130 с.

Алексеев И. С. Концепция дополнительности. Историко-методологический анализ. М.: Наука, 1978,276 с.

Алексеев И.С., Печенкин АА., Овчинников Н.Ф. Методология обоснования квантовой теории (исто­рия и современность). М.: Наука, 1984, 332 с.

Алексеев И. С. Деятельностная концепция познания и реальности. Избранные труды по методоло­гии физики. М.: Руссо, 1995, 528 с.

Андерсон Д. Открытие электрона (Развитие атомных концепций электричества). М.: Атомиздат, 1968, 158 с.

Андреев А.В. Физики не шутят. Страницы социальной истории НИИ физики при МГУ (1922-1954 гг.). М.: Прогресс-традиция, 2000, 319 с.

Ансельм А. И. Очерки развития физической теории в первой трети XX века. М.: Наука, 1986,248 с.

Асеев В.А. Экстремальные принципы в естествознании и их философское содержание. Л.: Изд-во ЛГУ, 1977, 231 с.

Ахутин А.В. История принципов физического эксперимента. От античности до XVIII в. М.: Нау­ка, 1976, 292 с.

Ахутин А.В. Понятие «природа» в античности и в новое время («фюзис» и «натура»). М.: Наука, 1988, 207 с.

А.С.Попов. Сборник документов. К 50-летию изобретения радио. Л.: Лениздат, 1945, 255 с.

Бернал Дж. Наука в истории общества. М.: ИЛ, 1956, 735 с.

Бобынин В. Очерки истории развития физико-математических знаний в России XVII в., 1896.

Борн М. Физика в жизни моего поколения. Сб. статей. М.: ИИЛ, 1963, 535 с.

Бронштейн М.П. Атомы и электроны. М.: Наука, 1980, 152 с. (Б-ка «Квант», №1)

Бронштейн М.П. Солнечное вещество. Лучи икс. Изобретение радиотелеграфа. М: Наука, 1990, 176 с. (Б-ка «Квант», №80)

Брэгг В.Г. История электромагнетизма. М.-Л.: ГИТТЛ, 1947, 36 с.

Буравихин В.А., Егоров В.А., Идлис Г.М. Биография электрона и его родословная. М: Агар, 1997, 239 с.

Вавилов С.И. Собрание сочинений. Т.З. Работы по философии и истории естествознания. М.: Изд. АН СССР, 1956, 871 с.

Вавилов С.И. Собрание сочинений. Т.4. М: Изд. АН СССР, 1956, 471 с.

Вавилов С.И. Экспериментальные основания теории относительности. М.-Л.: Госиздат, 1928, 168 с. 2-е изд.:

Вавилов С.И. Собрание сочинений. Т.4, с.9-110.

Вавилов С.И. Глаз и Солнце: (О свете, Солнце и зрении). М.-Л.: Госиздат, 1927, 79 с. 7-е изд. М.: Изд-во АН СССР, 1956, 128 с. 10-е изд. М.: Наука, 1981, 126 с.

Вавилов С.И. О «теплом» и «холодном» свете. (Тепловое излучение и люминесценция). М.: Зна­ние, 1956, 48 с.

Вайнберг С. Открытие субатомных частиц. М.: Мир, 1986, 285 с.

Вайскопф В. Физика в двадцатом столетии. М.: Атомиздат, 1977, 272 с.

Вайскопф В. Наука и удивительное. Как человек понимает природу. М.: Наука, 1965, 228 с.

Васильев А.В. Пространство, время, движение. Исторические основы теории относительности. Пг.: «Образование», 1923, 135 с.

Верин А. Опыт Фуко. Научно-популярный очерк. Л.-М.: Гостехтеориздат, 1934, 100 с.

Вдовиченко Н.В. Развитие фундаментальных принципов статистической физики в первой половине XX века. М.: Наука, 1986, 159 с.

Вейнберг Б.П. Вероятнейшее значение скорости распространения возмущений в эфире. Одесса, 1903. 4.1. 716 с. 4.2. 640 с.

Вернадский В. И. Труды по всеобщей истории науки. 2-е изд. М.: Наука, 1988, 336 с.

Вернадский В.И. Труды по истории науки в России. М.: Наука, 1988, 464 с.

Вернадский В.И. О науке. Т.1. Дубна: Изд. центр «Феникс», 1997, 576 с. (http://www.ehbTary.ru/ books/Vernadsky/O.O.O.htm); т.2. Научная деятельность. Научное образование. СПб.: РХГИ, 600 с.

Вернадский В.И. Труды по истории науки. М.: Наука, 2002, 501 с.

Веселовский И.Н. Очерки по истории теоретической механики. М.: Высшая школа, 1974, 287 с.

Визгин B.П. «Эрлангенская программа» и физика. М.: Наука, 1975, 112 с.

Визгин В.П. Развитие взаимосвязи принципов инвариантности с законами сохранения в классической физике. М.: Наука, 1972, 240 с.

Визгин В.П. Релятивистская теория тяготения. Истоки и формирование. 1900-1915. М.: Наука, 1981, 352 с.

Визгин В.П. Единые теории поля в первой трети XX века. М.: Наука, 1985, 303 с.

Визгин В. П., Печенкин А.А., Пименов А.В., Сокулер З.А. Научные традиции в истории и современности. М.: Catallaxy. 1997, 144 с.

Владимиров Ю.С. Метафизика. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2002, 550 с. Вопросы истории отечественной науки. Общее собрание АН СССР, посв. истории отечественной науки 5-11 января 1949. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1949, 912 с. Вопросы истории физико-математических наук. М.: Высшая школа, 1963, 523 с.

Вялъцев А.Н. Открытие элементарных частиц. Электрон. Фотоны. М.: Наука, 1981, 241 с.

Вялъцев А.Н. Открытие элементарных частиц. Нуклоны Р, N, и антинуклоны Р, N. М.: Наука, 1984, 271 с.

Вялъцев А.Н. Дискретное пространство-время. М.: Наука, 399 с.

Гайденко В.П., Смирнов Г.А. Западноевропейская наука в средние века. Общие принципы и учение о движении. М.: Наука, 1989, 352 с. Гайденко П.П. Эволюция понятия науки. Становление и развитие первых научных программ. М.: Наука, 1980, 567 с.

Гайденко П.П. Эволюция понятия науки (ХУП-ХУШ вв.). Формирование научных программ нового времени. М.: Наука, 1987, 447 с. Галилео Галилей. 1564-1642. Сборник статей, посв. 300-летней годовщине со дня смерти Галилео Галилея. М.-Л.: АН СССР, 1943, 191 с.

Гейберг И. Новое сочинение Архимеда... Одесса: «Матезис», 1909,42 с. (Б-ка классиков точного естествознания) (вкл. текст Архимеда «Послание к Эратосфену»)

Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М.: Наука, 1989, 400 с. («Физика и философия»: http://www.pilosophy.ru/library/geiz.html)

Гелъфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики. 2-е изд. М.: Высшая школа, 1981, 536 с.

Герман фон Гельмгольц. (1821-1891). [К 70-летию Гельмгольца.] Публ. лекции, читанные в Моск. ун-те в пользу Гельмгольцевского фонда. М.: Моск. ун-т, 1892,157 с. (А.Г.Столетов, Р.А.Колли, Н.Е.Жуковский, А.Н.Маклаков, Ф.П.Шереметевский)

Гинзбург В.Л. О физике и астрофизике. 3-е изд. М.: Бюро Квантум, 1995, 512 с.

Гинзбург В.Л. О науке, о себе и о других. М.: Физматлит, 2001, 496 с

Глесстон С. Атом. Атомное ядро. Атомная энергия. Развитие представлений об атоме и атомной

энергии. М.: ИИЛ, 1961, 648 с. Горелик Г.Е. Размерность пространства: историко-методологический анализ. М.: Изд. МГУ, 1983, 216 с.

Григоръян А.Т., Зубов В.П. Очерки развития основных понятий механики. М.: Изд. АН СССР, 1962.

Григоръян А.Т. Механика от античности до наших дней. 2-е изд. М.: Наука, 1974, 478 с.

Григоръян А.Т., Фра'длин Б.Н. История механики твердого тела. М.: Наука, 1982, 293 с.

Гуриков В.А. История прикладной оптики. М.: Наука, 1993, 176 с.

Даннеманн Ф. Как создавалась наша картина мира. 2-е изд. Пг.: Образование, 1920, 64 с. Двухсотлетие памяти Ньютона. (1687-1887). Речи на засед. 20 дек. 1887 г. М., 1888, 51 с. (Н.Е.Жуковский, А.Г.Столетов, В.К.Цераский, В.Я.Цингер)

Джеммер М. Понятие массы в классической и современной физике. М.: Прогресс, 1967, 255 с.

Джеммер М. Эволюция понятий квантовой механики. М.: Наука, 1985, 384 с.

Джефф Б. Майкельсон и скорость света.. М.: ИИЛ, 1963, 159 с.

Дирак П.А.М. Воспоминания о необычайной эпохе. Сб. статей. М.: Наука, 1990, 208 с.

Дмитриев И.С. Неизвестный Ньютон. Силуэт на фоне эпохи. СПб.: Алетейя, 1999, 784 с.

Дорман И.В. Космические лучи. Исторический очерк. М.: Наука, 1981, 192 с.

Дорман И.В. Космические лучи, ускорители и новые частицы. М.: Наука, 1989, 229 с.

Дуков В.М. Электрон. История открытия и изучения свойств. М.: Просвещение, 1966, 235 с.

Дунская ИМ. Возникновение квантовой электроники. М.: Наука, 1974, 160 с.

Дюгем П. Физическая теория: ее цель и строение. СПб.: Образование, 1910, 326 с.

Жмудь Л.Я. Зарождение истории науки в античности. СПб.: РХГИ, 2002, 424 с.

Завелъский Ф.С. Масса и ее измерение. 2-е изд. М.: Атомиздат, 1974, 238 с.

Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю. Драма идей в познании природы (частицы, поля, заряды). М.: Наука, 1988, 240 с. (Б-ка «Квант», вып. 67).

Зубов В.П. Историография естественных наук в России (XVHI в. - первая половина XIX в.). М: Изд-во АН СССР, 1956, 576 с.

Зубов В.П. Развитие атомистических представлений до начала XIX века. М.: Наука, 1965,371 с.

Идельсон Н.И. Этюды по истории небесной механики. М.: Наука, 1975, 494 с.

Идлис Г.М. Революции в астрономии, физике и космологии. М.: Наука, 1985f-232 с.

Из истории физики. М.: Бюро Квантум, 1996, 128 с.

Из истории физики XIX столетия. Очерки трудов ее выдающихся деятелей. Михаил Фарадей. Дюма Ж.-Б.-А. Памяти Фарадея). М., 1897.

Из истории французской науки. Сб. статей. М.: Изд-во АН СССР, I960, 182 с.

Изобретение радио А.С.Поповым. Сб. документов и материалов. / Под ред А.И.Берга. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1945, 309 с. (50 лет радио. 1895-1945. Вып.2)

Иоффе А.Ф. Основные представления современной физики. Л.-М.: Гостехиздат, 1949.

Иоффе А.Ф. О физике и физиках. Л.: Наука, 1977; 2-е изд. 1985, 544 с.

Исаак Ньютон. 1643-1727. Сб. статей к трехсотлетию со дня рождения/Под ред. С.И.Вавилова. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1943, 440 с.

История естествознания в России. /По ред. Н.А.Фигуровского, В.П.Зубова, С.Р.Микулинского. Т.1, 4.1-2. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 4.1, 495 с. 4.2, 380 с.

История механики. Т.1. С древнейших времен до конца XVIII в. /Под ред. А.Т.Григорьяна и И.Б.Погребысского. М.: Наука, 1971, 298 с.

История механики. Т.2. С конца XVIII в. до середины XX в. /Под ред. А.Т.Григорьяна и И.Б.Погребысского. М.: Наука, 1972, 414 с.

История советского атомного проекта. Вып. 1. Документы, материалы и исследования. /Под ред. В.П.Визгина. М.: «Янус-К», 1998, 392 с.

История советского атомного проекта. Вып. 2. Документы, воспоминания, исследования. /Под ред. ВЛ.Визгина. СПб.: РХГИ, 2002, 656 с.

Каганов М.И., Френкель В. Я. Вехи истории физики твердого тела. М.: Знание, 1981.

Капица П.А Эксперимент. Теория. Практика. М.: Наука, 1974, 287 с. 4-е изд. 1987, 495 с.

Капица. Тамм. Семенов. В очерках и письмах. М.: Вагриус-Природа, 1998, 575 с.

Карл Фридрих Гаусс. Сб. статей. Под ред. И.М.Виноградова. М.: Изд-во АН СССР, 1956,311с.

Карнап Р. Философские основания физики. Введение в философию науки. 2-е изд. 2003, 360 с.

Кедров Б.М. Атомистика Дальтона. М.-Л., 1949, 312 с.

Кирсанов B.C., Лупандин И.В. Введение в общую историю науки. М.: ИИЕТ, 1989, 57 с.

Кирсанов B.C. Научная революция XVH в. М.: Наука, 1987, 342 с.

Клайн Б. В поисках. Физики и атомная теория. М.: Атомиздат, 1971, 288 с.

Клаузиус Р. Связь между великими деятелями природы. Киев, 1885, 15 с.

Клейн Ф. Лекции о развитии математики в XIX в. 4.1. М.-Л., 1937, 432 с. 2-е изд. T.I. M.: Наука, 1989, 456 с. 3-е изд. 4.1-2. Ижевск, 2003.

Кобзарев И. Ю. Ньютон и его время. М.: Знание, 1978 (Новое в жизни науки и техники. Сер. «Физика», Ns5).

Кобзарев И.Ю., Манин Ю.И. Элементарные частицы. Диалоги физика и математика. 2-е изд. М.: Фазис, 2000, 244 с.

Койре А. Очерки истории философской мысли. О влиянии философских концепций на развитие научных теорий. Перевод с французского. 2-е изд.. М.: Эдиториал УРСС, 2003, 272 с.

Кравец Т.П. От Ньютона до Вавилова. Очерки и воспоминания. Л.: Наука, 1967, 447 с.

Кузнецов Б.Г. Беседы о теории относительности. 2-е изд. М., 1963, 222 с.

Кузнецов Б.Г. Джордано Бруно и генезис классической науки. М.: Наука, 1970, 212 с.

Кузнецов Б.Г. Идеи и образы Возрождения (наука XIV-XVI вв. в свете современной науки). М.: Наука, 1979, 280 с.

Кузнецов Б.Г. История энергетической техники. М.-Л.: ОНТИ, 1937, 312 с.

Кузнецов Б.Г. Очерки по истории русской науки. М.-Л., 1940, 171 с.

Кузнецов Б.Г. Очерки физической атомистики XX века. М.: Наука, 1966, 192 с.

Кузнецов Б.Г. Основы теории относительности и квантовой механики в их историческом развитии. М: Изд. АН СССР, 1957, 328 с.

Кузнецов Б.Г. Относительность. Эволюция принципа относительности от древности до наших дней. М.: Знание, 1969, 157 с.

Кузнецов Б.Г. Принцип относительности в античной, классической и квантовой физике. М.: Изд. АН СССР, 1959, 232 с.

Кузнецов Б.Г. Принципы классической физики. М.: Изд-во АН СССР, 1958, 323 с. Кузнецов Б.Г. Пути физической мысли. М.: Наука, 1968, 349 с.

Кузнецов Б.Г. Развитие научной картины мира в физике XVII - XVIII вв. М., 1955, 344 с.

Кузнецов Б.Г. Развитие физических идей от Галилея до Эйнштейна в свете современной науки. М.: Изд. АН СССР, 1963, 511 с. 2-е изд. М.: Наука, 1966.

Кузнецов Б.Г. Эволюция электродинамики. М.: Изд-во АН СССР, 1963, 294 с.

Кузнецов Б.Г. Этюды о меганауке. М.: Наука, 1982, 136 с.

Кузнецов И. В. Принцип соответствия в современной физике и его философское значение. М.-Л: ГИТТЛ, 1948, 116 с. 2-е изд. в кн. Принцип соответствия, с. 5-95

Кузнецов И. В. Избранные труды по методологии физики. М.: Наука, 1975, 296 с.

Кузнецова Н.И. Наука в ее истории. М.: Наука, 1982, 127 с.

Кузнецова О.В. История обоснования статистической механики. М.: Наука, 1988, 172 с.

Кузнецова О.В. Атомистические концепции строения вещества в XIX веке. М.: Наука, 1983,160 с.

Кун Т. Структура научных революций. М.: Прогресс, 1975,288 с. 2-е изд. 1977,300 с; 3-е изд., 2001. (http://www.philosophy.ru/library/kuhn/0l/00.html)

Лазарев П.П. Очерки истории русской науки. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1950, 248 с.

Лакатос И. Фальсификация и методология научно-исследовательских программ. М,: Медиум, 1995, 236 с. (http://www.philosophy.ru/library/lakat/0l/0.html)

Ланжевен П. Физика за последние двадцать лет. Л.: Науч. хим.-техн. изд., 1928, 261 с.

Ла-Роза. Эфир. История одной гипотезы. СПб.: Естествоиспытатель, 1914, 91 с.

Лебедев В. И. Очерки по истории точных наук. Вып.5. Как постепенно образовывался первый круг сведений о магнетизме и электричестве. М.: 1919, 144 с.

Лебедев В.И. Исторические опыты по физике. М.-Л.: ОНТИ, 1937, 311 с.

Лебедев В.И. Электричество, магнетизм и электротехника в их историческом развитии. Дофарадеевский период. М.-Л.: ОНТИ, 1937.

Леонард Эйлер. Сб. статей в честь 250-летия со дня рождения. М., 1958, 610 с.

Липсон Г. Великие эксперименты в физике. М.: Мир, 1972, 215 с.

Лисневский Ю.И. Атомные веса и возникновение ядерной физики. М.: Наука, 1984, 255 с.

Логунов А.А. К работам Анри Пуанкаре о динамике электрона. М.: Изд-во МГУ, 1984,96 с. 2-е изд., 1988, 103 с.

Ломоносов. Сборник статей и материалов. / Отв. ред. СИ. Вавилов. Т. 1-3. М.-Л.: АН СССР, 1940-1951. Т.1. 1940, 411 с. Т.2, 1946, 305 с. Т.З, 1951, 632 с.

Лорентц ГА. Теории и модели эфира. М.-Л.: ОНТИ, 1936, 68 с.

Майстров Л.Е., Петренко О.Л. Приборы и инструменты исторического значения. Вычислительные машины. М.: Наука, 1981, 157 с.

Макс Планк. Сб. статей к 100-летию со дня рождения М.Планка. / Под ред. А.Ф.Иоффе и А.Л.Тригорьяна. М.: Изд-во АН СССР, 1958,279 с.

Максвелл и развитие физики XIX-XX веков. Сб. статей. /Сост. О.В.Кузнецова. Отв. ред. Л.С.Полак. М.: Наука, 1985, 239 с.

Манин Ю.И. Математика и физика. М.: Знание, 1979,63 с. (сер. «Математика, кибернетика», 1979, №12)

Манолов К., Тютюнник В. Биография атома. Атом - от Кембриджа до Хиросимы. 1984, 246 с.

Математическое естествознание: фрагменты истории. Сб. науч. тр. Киев: Наук, думка, 1992, 320 с.

Марков М.А. О трех интерпретациях квантовой механики: Об образовании понятия объективной реальности в человеческой практике. М.: Наука, 1991, 112 с.

Мах Э. Механика. Историко-критический очерк ее развития, СПб.: «Общ. польза», 1909, 448 с. Ижевск: «РХД» 2000, 456 с.

Меркин Д.Р. Краткая история классической механики Галилея-Ньютона. М.: Физматлит, 1994, 160 с.

Месси Г. Новая эра в физике. М.: Госатомиздат, 1963, 326 с.

Методологические принципы физики / Под ред. Б.М.Кедрова и Н.Ф.Овчинникова, М.: Наука, 1975, 512 с.

Методологические проблемы историко-научных исследований / Отв. ред. И.С.Тимофеев. М.: Наука, 1982.

Методологические проблемы физики. Сб. статей. М.: Знание, 1981, 64 с. (сер. «Физика», №1, 1981, 360 с.)

Механика и физика XVIII в. Сб. статей. М.: Наука, 1976, 311 с.

Механика и физика второй половины XVIII в. Сб. статей. М.: Наука, 1978, 200 с.

Микулинский С.Р. Очерки развития историко-научной мысли. М.: Наука, 1988, 384 с.

Миткевич В.Ф. Работы Фарадея и современное развитие приложений электрической энергии. М.: Гостехиздат, 1932,19 с. (доклад на II Межд. конгрессе по истории науки и техники в Лондоне, 1931)

Миткевич В.Ф. Основные физические воззрения. Сб. докладов и статей. 3-е изд. М.-Л.: АН СССР, 1939.

Монополь Дирака. Сб. статей. М.: Мир, 1970.

Москва научная /Ред. В.М.Орел. М.: «Янус-К», 1997, 520 с.

Московский университет - памяти Исаака Ньютона. 1643-1943. Сб. статей. М.: Изд-во МГУ, 1946, 107 с.

Нейгебауер О. Точные науки в древности. 2-е изд. 2003, 240 с.

Нейтрон. Предыстория, открытие, последствия. М.: Наука, 1975, 174 с.

Нейтрон. К пятидесятилетию открытия. М.: Наука, 1983, 360 с.

Нильс Бор и наука XX века. Сб. науч. трудов. Киев: Наукова думка, 1988, 232 с.

Нильс Бор и развитие физики. Сб., поев. Нильсу Бору в связи с его семидесятилетием / Под ред. В.П.Паули. М.: ИИЛ, 1958, 259 с.

Ньютон. 1727-1927. Сб. статей. Л.: АН СССР, 1927. (А.Н.Крылов. П.П.Лазарев и др.)

Ньютон и философские проблемы физики XX века. М.: Наука, 1991, 207 с.

Овчинников Н.Ф. Понятия массы и энергии в их историческом развитии и философском значении, М., 1957, 184 с.

Овчинников Н.Ф. Принципы сохранения. М.: Наука, 1966, 331 с.

Овчинников Н.Ф. Принципы теоретизации знания. М., 1996, 215 с.

Овчинников Н.Ф. Методологические принципы в истории научной мысли. М.: Эдиториал УРСС, 1997, 296 с.

Окунь Л.Б. Введение в калибровочные теории. М.: МИФИ, 1984, 94 с.

Окунь АБ. Физика элементарных частиц. М.: Наука, 1988.

Очерки истории естественно-научных знаний в древности. М.: Наука, 1982, 277 с.

Очерки истории и теории развития науки. М.: Наука, 1969, 423 с.

Очерки по истории развития ядерной физики в СССР. Киев: Наук, думка, 1982, 332 с.

Очерки по истории физики в России. М.: Учпедгиз, 1949, 342 с.

Очерки развития основных физических идей / Ред. А.Т.Григорьян, Л.С.Полак. М.: Изд. АН СССР, 1959, 512 с.

Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. / Ред. А.А.Логунов. М.: Наука, 1989, 567 с.

Развитие идей Леонардо Эйлера и современная наука. Сб. статей. М.: Наука, 1988, 520 с.

Пекарский П.П. История императорской Академии наук в Петербурге. Т.1-2. СПб, 1870.

Планк М. Принцип сохранения энергии. М.-Л.: ОНТИ, 1938, 235 с.

Погребысская Е.И. Оптика Ньютона.М.: Наука, 1981, 135 с.

Погребысская Е.И. Дисперсия света. М.: Наука, 1980, 165 с.

Погребысский И. Б. От Лагранжа к Эйнштейну. Классическая механика XIX века. М.: Наука, 1966, 328 с.

Погребысский И.Б. От Лагранжа к Эйнштейну. М.: «Янус», 1996, 400 с.

Полок А С. Вариационные принципы механики, их развитие и применение в физике. М.: Физматгиз, 1960, 599 с.

Полак АС. Гамильтон и принцип стационарного действия. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1936, 272 с.

Поль Дирак и физика XX века. М.: Наука, 1990, 223 с.

Пономарев А.И. Под знаком кванта. М.: Сов. Россия, 1994, 352 с.

Принцип симметрии. М.: Наука, 1978, 397 с.

Принцип соответствия. М.: Наука, 1979, 317 с.

Принципы историографии естествознания: теория и история. М.: Наука, 1993, 368 с.

Принципы историографии естествознания: XX век / Отв. ред. И.С.Тимофеев. СПб.: Алетейя, 2001, 477 с.

Проблемы развития науки в трудах естествоиспытателей XIX века. М.: Наука, 1973, 210 с.

Проблемы теоретической физики. Сб., поев. Н.Н.Боголюбову в связи с его 60-летием. М.: Наука, 1969, 428 с.

Противоречия в развитии естествознания / Под ред. Б.М.Кедрова. М., 1965, 352 с.

Пуанкаре А Эволюция физики. СПб., 1910, 183 с.

50 лет квантовой механики. М.: Наука, 1979, 135 с.

50 лет современной ядерной физике. Сб. статей. М.: Энергоатомиздат, 1982, 256 с.

Паркер Б. Мечта Эйнштейна; В поисках единой теории строения Вселенной. М.: Наука, 1991,222 с.

Развитие современной физики / Отв. ред. Б.Г.Кузнецов. М.: Наука, 1964, 330 с.

Развитие физики в России /Под ред. А.С.Предводителева и Б.И.Спасского. М.: Просвещение, 1970, т.1, 415 с, т.2, 447 с.

Развитие физики в СССР/Под ред. Л.А.Арцимовича, Я.Г.Дорфмана, О.А.Лежневой и др. М.: Наука, 1967, т.1, 451 с, т.2, 363 с.

Райков Т. Наука в России XI-XVTI веков. Очерки по истории до научных и естественнонаучных воззрений на природу. 4.1-3. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1940, 507 с.

Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. 2-е изд. 2003, 320 с.

Романский И.Д. Античная наука, М.: Наука, 1980, 199 с.

Рожанский И.Д. Развитие естествознания в эпоху античности. Ранняя греческая наука «о природе». М.: Наука, 1979, 485 с.

Рожанский И.Д. История естествознания в эпоху эллинизма и Римской империи. М.: Наука, 1988, 448 с.

Романовская Т.Б. История квантово-механической интерпретации периодичности. М.: Наука, 1986, 134 с.

Российская Академия наук: 275 лет служения России. М.: «Янус-К», 1999, 800 с.

Роузвер Н.Т. Перигелий Меркурия. От Леверье до Эйнштейна. М.: Мир, 1985, 246 с.

Сагитпов М.У. Постоянная тяготения и масса Земли. М.: Наука, 1969, 188 с.

Сведберг Т. Материя, ее исследование в прошлом и настоящем. М.: Госиздат, 1924.

Соболь С. А История микроскопа и микроскопических исследований в России в XVIII веке. М.-Л.: АН СССР, 1949, 606 с. (серия «Итоги и проблемы современной науки»)

Содди Ф. История атомной энергии. М.: Атомиздат, 1979, 288 с.

Соминский М. С. Очерки по истории воззрений на природу света. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1950.

СонинА.С. Беседы о кристаллофизике. М.: Атомиздат, 1976, 240 с.

Сонин А. С. «Физический идеализм». История одной идеологической кампании. М.: Физматлит, 1994, 224 с.

Спиридонов О.П. Фундаментальные физические постоянные. М.: Высшая школа, 1991, 238 с.

Старосельская-Никитина О.А. История радиоактивности и возникновение ядерной физики. М.: Изд-во АН СССР, 1963, 428 с.

Степин В. С. Становление научной теории. (Содержательные аспекты строения и генезиса теоретических знаний физики). Минск: Изд-во БГУ, 1976, 319 с.

Структура и развитие науки. М.: Прогресс, 1978, 487 с.

Теоретическая физика 20 века. Сб. статей, посвящ. памяти В.Паули. М.: ИИЛ, 1962, 444 с.

Терентьев М.В. История эфира. М.: Фазис, 1999, 174 с.

Тимошенко СП. История науки о сопротивлении материалов с краткими сведениями из истории теории упругости и теории сооружений. М.: Физматгиз, 1957, 536 с.

Тиндаль Д. Теплота, рассматриваемая как род движения. Публ. лекции. 2-е изд. М., 1888.

Тиндалъ Дж. Лекции о свете. СПб.: Сойкин, 1902, 135 с.

Тодхантпер И. История математических теорий притяжения и фигуры Земли от Ньютона до Лап­ласа. М.: Эдиториал УРСС, 2002, 672 с.

Традиции и революции в истории науки. М.: Наука, 1991, 264 с.

Тредер Г.Ю. Теория гравитации и принцип эквивалентности. Группа Лоренца, группа Эйнштейна и структура пространства. М.: Атомиздат, 1973.

Тредер Г.Ю. Относительность инерции. М.: Атомиздат, 1975.

Тригг Дж. Решающие эксперименты в современной физике. М.: Мир, 1974, 160 с.

Тригг Дж. Физика XX века: ключевые эксперименты. М.: Мир, 1978, 376 с.

Трусделл К. Очерки по истории механики. 2002, 316 с.

У истоков классической науки. М.: Наука, 1968, 351 с.

Уемов А. И. Аналогия в практике научного исследования. Из истории физико-математических наук. М.: Наука, 1970, 264 с.

Уилер Дж.А. Предвидение Эйнштейна. М.: Мир, 1970, 112 с.

УиттпекерЭ. Т. История теории эфира и электричества. [Т.1.] Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001, 512 с.

Фабелинский И.А. К истории открытия комбинационного рассеяния. М.: Знание, 1982, 64 с. (сер. «Физика», 1982, №1)

Фантоли А. Галилей: в защиту учения Коперника и достоинства Святой Церкви. М.: Изд-во «МИК», 1999, 424 с.

Фарадей М. История свечи. М.: Детгиз, 1956,111 с. 2-е изд. М.: Наука, 1980, 127 с. (Б-ка «Квант», вып. 2)

Фейнман Р. Характер физических законов. М.: Мир, 1969, 232 с.

Ферми А Атомы у нас дома. М.: ИИЛ, 1958, 328 с. 2-е изд. Новосибирск, 1963, 342 с.

Физика в системе культуры. М.: ИФ РАН, 1996, 231 с.

Физика на рубеже XVII-XVIII вв. Сб. статей. М.: Наука, 1974, 248 с.

Физика XIX-XX вв. в общенаучном и социокультурном контекстах. Физика XIX в. / Отв. ред. В.П.Визгин, Л.С.Полак. М.: Наука, 1995, 280 с.

Физика XIX-XX вв. в общенаучном и социокультурном контекстах. Физика XX в. и ее связь с другими разделами естествознания. / Отв. ред. Г.М.Идлис. М.: «Янус-К», 1997, 304 с.

Физика: проблемы, история, люди. Сб. научных трудов. Сост. В.Я.Френкель. Л.: Наука, 1986, 248 с.

Физика сегодня и завтра. М.: Наука, 1973, 329 с.

Физическая теория (философско-методологический анализ). М.: Наука, 1980, 463 с.

Филонович С.Р. Лучи. Волны. Кванты. М.: Наука, 1978, 208 с.

Филонович С.Р. Самая большая скорость. М.: Наука, 1983, 176 с.

Филонович С.Р. Судьба классического закона. М.: Наука, 1990, 240 с. (Б-ка «Квант», вып.79)

Франкфурт У.И. Закон сохранения и превращения энергии. М.: Наука, 1978, 191 с.

Франкфурт У.И. Очерки по истории специальной теории относительности. М.: Изд. АН СССР, 1961, 195 с.

Франкфурт У.И. Специальная и общая теории относительности. Исторические очерки. М.: Нау­ка, 1968, 330 с.

Франкфурт У.И, Френк A.M. Оптика движущихся тел. М.: Наука, 1972, 212 с.

Франкфурт У.И, Френк A.M. У истоков квантовой теории. М.: Наука, 1975, 168 с.

Франкфурт У.И, Френк A.M. Физика наших дней. М: Наука, 1971, 240 с.

Френкель В.Я., Явелов Б.Е. Эйнштейн: изобретения и эксперимент. 2-е изд. М.: Наука, 1990,239 с.

Френкель Я.И. На заре новой физики. Л.: Наука, 1970, 384 с.

Фрум К., Эссен Л. Скорость света и радиоволн. М.: Мир, 1973, 196 с.

Фундаментальная структура материи/Под ред. Дж.Малви. М.: Мир, 1984, 312 с. (Д.Уилкинсон, Р.Пайерлс, К.Льюэллин-Смит, Д.Перкинс, А.Салам, Дж.Эллис, Дж.Адамс, М.Гелл-Манн)

Хайтун С.Д. История парадокса Гиббса. М.: Наука, 1986, 164 с.

Хайтун С.Д. Механика и необратимость. М.: «Янус», 1996, 448 с.

Хвольсон О.Д. Физика и ее значение для человечества. Берлин: Госиздат, 1923, 230 с.

Хвольсон О.Д. Физика наших дней. 2-е изд. М.; Л.: ГИЗ, 1929, 381 с; 4-е изд. М.-Л., 1932.

Хвольсон О.Д. Характеристика развития физики за последние 50 лет. Л.: Госиздат, 1924, 218 с.

Хвольсон О.Д. Эволюция учения о теплоемкости. Пг.: Сабашниковы, 1920, 52 с.

Хвольсон О.Д Опыты Герца и их значение. Популярное изложение. СПб.: К.Л.Риккер, 1890,82 с. (отд. оттиск из журн. «Электричество»)

Холловэй Д. Сталин и бомба: Советский Союз и атомная энергия, 1939-1956. Новосибирск, 1997, 687 с.

Холтон Дж. Тематический анализ науки. М.: Прогресс, 1981, 383 с.

Храмов Ю.А. Научные школы в физике. Киев: