Портал Теософического Сообщества - Проблемы современной физики

Стрекалова Е.А.

ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ

В данной работе рассмотрены проблемы, которые сто-ят перед физикой в текущую эпоху (начало XXI века). Она создана на основе статьи академика Гинзбурга В.Л. [1]. В ра-боте Гинзбурга сформулировано 30 проблем, которые являют-ся наиболее развивающимися или интересными в физической науке в современную эпоху. Сведения, содержащиеся в [1], дополнены здесь необходимыми определениями, пояснениями и дополнениями, так чтобы проблемы были понятны не только специалистам в области физики. Иногда они взяты из работы [2], в других случаях – из учебника [3], Интернета, журналов "La recherche", "Наука в России" и других. Ссылки на источни-ки даны только если источник отличен от [1]; если дана цитата без ссылки, то это – цитата из [1].

I. Макрофизика.

1. Управляемый ядерный синтез.

Реакции ядерного синтеза происходят в недрах звезд. За счет выделения энергии в ходе этих реакций, по-видимому, светят звезды, в частности, Солнце. Возможны 2 процесса [3]:

1) водородный цикл

11p + 11p  12H + +10e + e ,

12H + 11p  23He +  ,

23He + 23He  24He + 2 11p ;

2) углеродный цикл.

По мере исчерпания запасов водорода начинается синтез более тяжелых элементов.
Ядерный синтез в условиях Земли приводит к взрыву (термоядерная бомба), т.к. идет неуправляемая нарастающая термоядерная реакция. Задача физиков и инженеров: взять ход реакции под контроль, чтобы получать энергию в промышлен-ных масштабах, подобно атомным электростанциям, в которых осуществляется не ядерный синтез, а деление ядер.
Решение проблемы началось в СССР в 1950 г. Самое перспективное направление – система токамак. В ней водо-родная плазма-жгут удерживается в середине тороидальной камеры и закручивается системой магнитных полей, создавае-мых катушками.
Международный проект токамака ITER близок к за-вершению. Проблемы переместились из физической в эконо-мическую (нехватка денег) и инженерную области. Видимо, для ее решения потребуется еще 10 лет (считая с 1999г.)
"Надежды на возможности "холодного термояда" (на-пример, в электролитических элементах) оставлены".
Плазма – это сильно ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов прак-тически одинаковы [3].

2. Высокотемпературная и комнатнотемператур-ная сверхпроводимость.

Сверхпроводимость – это явление скачкообразного повышения проводимости вещества (сопротивление практиче-ски обнуляется) при определенной температуре. Так, она на-блюдается у металлов (Al, Pb, Zn и др.) при температурах Т ~ 0,14 &覯 20 К , т.е. близких к абсолютному нулю. Для техники было бы важно получить вещества с более высокой темпера-турой сверхпроводимости.
В 1986-87 гг. созданы такие материалы. Это купраты, соединения меди – керамика. Так, HgBa2Ca2Cu3O8+x сверх-проводит при Т = 135 К ( -138°С), а под большим давлением – при Т = 164 К. Но "механизм сверхпроводимости в купратах остается неясным". Существенную роль здесь, без сомнений, "играет электронно-фононное взаимодействие с сильной свя-зью", но нужно еще "что-то".
Главный вопрос в этой области – это возможность создания материалов, сверхпроводящих при комнатной темпе-ратуре.
Фонон – квант энергии звуковой волны – квазичастица – элементарное возбуждение в кристалле [3].

3. Металлический водород. Другие экзотические вещества.

Считается, что водород при определенных условиях (температура, давление) должен переходить в состояние, кото-рое можно назвать "металлический водород". В нем атомы во-дорода, лишенные электронных оболочек, образуют подобие кристаллической решетки, а электроны переходят в свободное состояние. В результате вещество становится хорошо прово-дящим электрический ток.
Считается, что из металлического водорода состоят ядра больших планет (Юпитер, Сатурн). В земных условиях металлический водород пока не получен, "даже под давлением 3 млн. атмосфер". Так, в 2002 году в опытах по сжатию водо-рода достигнуто давление ~ 3Мбар (сжатие с помощью алмаз-ных наковален). Предполагается, что для получения металли-ческого водорода потребуется 40 Мбар [4]. (1 атм  1 бар).
В одном эксперименте при сжатии водорода ударны-ми волнами при Т ~ 3000К "обнаружен, по-видимому, переход в металлическую (т.е. хорошо проводящую) жидкую фазу".
Но исследования молекулярного водорода H2, воды H2O и ряда других веществ при высоких давлениях обнаружи-ли у них ряд интересных особенностей. К "экзотическим" ве-ществам можно отнести также фуллерены (см. ниже п.9) и не-которые другие вещества.

Продолжение в прикреплённом файле.

Download : Проблемы современной физики

Size: 0,035KB, downloaded 642 times