Фізика. 7 клас. Пшенічка

§ 37. Вплив фізики на суспільний розвиток та науково-технічний прогрес

Увесь навколишній простір заповнений радіохвилями, які приходять до нас не тільки від радіо- і телевізійних станцій, а й з космосу - від галактик і квазарів протягом мільйонів і мільярдів років, вдень і вночі. Проте ще 150 років тому ніхто про них нічого не знав, крім однієї людини - Джеймса Клерка Максвела, який відкрив існування електромагнітних хвиль.

ВІД ВІДКРИТТЯ - ДО ПРАКТИЧНОГО ЗАСТОСУВАННЯ

Радіомовлення, як ми його тепер розуміємо, існує вже біля 100 років. Таким чином, інопланетні цивілізації, які здатні прийняти радіопередачі земних радіостанцій, повинні знаходяться від нас на відстані не більшій, ніж 100 світлових років. Ті, що мешкають далі, навіть не підозрюють про наше існування! Це не так уже й далеко, саме на такій відстані потужні телескопи можуть встановити наявність у зорі планет.

Насправді радіозв'язок здійснюється досить складним способом через систему ретрансляторів, телевізійних супутників і волоконно-оптичних ліній.

Цілком можливо, що в природі існують способи телекомунікації набагато кращі і надійніші, ніж радіохвилі, але ми нічого про них не знаємо.

Усього 50 років назад телевізор міг прийняти максимум 12 телевізійних каналів, а реально їх було не більше шести, і якість зображення була невисокою. Телевізійні приймачі були громіздкими, а розміри екранів - маленькими.

Цьому радіоприймачу усього 60 років

Цьому телевізору - 50 років

Порівняйте з сьогоднішніми можливостями - тисячі каналів, зображення високої чіткості, 3D-зображення, можливість прийняти сигнал навіть на кишеньковий прилад через Інтернет.

ПРИСКОРЕННЯ ТЕХНІЧНОГО ПРОГРЕСУ

Щоб теоретичні знання втілилися в створення парової машини, знадобилося біля 100 років. Шлях радіо - від ідеї до широкого вжитку - також становив близько 100 років, фотографії - 110 років. В останнє 20-ліття спостерігається небувале прискорення технічного і технологічного прогресу. Мобільні телефони системи 3G створили близько 10 років тому. П'ять років тому з'явилися смартфони, три роки тому - планшети.

Можливо, через 20 років цей екран також викличе посмішку

Смартфон

Планшети з'явилися зовсім недавно

Мал. 37.1. Стрімкий перехід від плівок до «цифри»

У галузі фотографії сталася справжня революція. Відбувся спочатку перехід до машинного друку фотографій, а згодом - до створення цифрових фотоапаратів і цифрових зображень (мал. 37.1). А ще не так давно фахівці сперечалися, чи вистачить наявних у світі запасів срібла для виготовлення фотоплівок! Основою нових технологій є мікроелектроніка і дослідження в галузі напівпровідникових матеріалів.

МОЖЛИВОСТІ НАНОТЕХНОЛОГІЙ

Інженерів давно хвилює ідея космічного ліфту - тросу, який зв'яже наземну станцію з геостаціонарним супутником (мал. 37.2) і замінить дорогі ракети. По цьому тросу довжиною 36 000 км ліфт перевозитиме на космічну станцію вантажі. Донедавна ця ідея належала до фантастичних, оскільки сталевий трос рветься під власною вагою вже при довжині 6 км.

Поява у 1991 році вуглецевих нанотрубок (мал. 37.3) надала винахідникам оптимізму. Новий матеріал буде втричі легший і в 120 разів міцніший за сталь.

Мал. 37.2. Космічний ліфт

Мал. 37.3. Вуглецеві нанотрубки набагато легші та міцніші за сталь

Мал. 37.4. Аерогель має густину, як у повітря, і міцність цегли

Такий нанотрос діаметром 1 мм зможе витримати вантаж 10 т, і це не межа.

Багато лабораторій цілеспрямовано створюють матеріали з наперед заданими властивостями, і ця галузь науки набуває промислового розмаху.

Ще один дивовижний матеріал створено зовсім недавно - аерогель (мал. 37.4). Він міцніший за цеглу, а за густиною майже такий, як повітря. Він дуже погано проводить тепло, і його можна буде використовувати як ідеальний теплоізолятор.

РОБОТИЗАЦІЯ ВИРОБНИЦТВА

В останні десятиріччя відбувається бурхливий розвиток нових галузей механіки, зокрема робототехніки. Наприклад, сучасне виробництво автомобілів майже повністю роботизоване (мал. 37.5).

Мал. 37.5. Роботи звільнили людей від важкої та одноманітної праці

Багато лабораторій і компаній інтенсивно працюють над створенням роботів, які можуть ходити і самостійно навчатися. Роботи звільнили людей від важкої та одноманітної роботи. З'являється все більше заводів, де можна побачити тільки поодиноких інженерів і техніків, які зайняті переважно творчою працею. Підвищилася якість продукції, адже роботи не помиляються.

Поява машин зі штучним інтелектом приводить до створення надійних систем управління. Вже з'явилися автомобілі, які їздять без водія, а комп'ютерні програми давно обігрують гросмейстерів. Інженери створюють роботів, керованих на відстані, які досліджують інші планети (мал. 37.6).

Мал. 37.6. Марсохід

РОЗВИТОК ДОСЛІДЖЕНЬ

Історики науки помітили, що більшість відкриттів було зроблено не через безпосередню практичну необхідність, а просто з цікавості.

Насправді відбувається постійна взаємодія між розвитком науки і її застосуванням на практиці. Без конструкторського бюро Антонова не було б у нас таких літаків, а без великого бажання літати - не було б конструкторів.

Україна має значні досягнення в розвитку як практичної, так і теоретичної механіки. У нас будують найбільші в Європі та світі літаки (мал. 37.7), космічні ракети, оптичні та радіотелескопи, теплові, атомні та гідроелектростанції.

Складність створених машин і механізмів вражає (мал. 37.8). Ці галузі науки і техніки потребують великої кількості наукових та інженерних кадрів, які здатні придумати щось нове.

Мал. 37.7. Щоб чогось досягти, потрібно мріяти

Мал. 37.8. Турбореактивний двигун сучасного літака має біля 6000 високотехнологічних деталей

ТЕХНІЧНИЙ І НАУКОВИЙ ПРОГРЕС ПОТРЕБУЄ НОВИХ ІДЕЙ

Класична механіка, створена більш як 300 років тому Ісааком Ньютоном, з її абсолютним і непохитним простором і часом в 1905 році зазнала драматичних випробувань з боку нової механіки Альберта Ейнштейна, в якій часом можна керувати, сповільнюючи його майже до нуля при великих швидкостях. Це відкрило принципову можливість мандрівок у майбутнє, і справа тільки за технічним втіленням висновків теорії відносності.

Проте у теорії Ейнштейна є фундаментальне обмеження, яке вже 100 років не дає спокою любителям науки і науковцям - швидкості світла у вакуумі не може досягти жоден об'єкт, крім світла. Але це не спинило американського фізика українського походження Олексу-Мирона Біланюка, який створив теорію «тахіонів» - частинок, що можуть рухатися зі швидкістю більшою, ніж світлова. І хоча поки що існування цих частинок не підтверджене експериментами, не виключено, що саме хто-небудь із вас це зробить.

СУЧАСНИЙ СТАН ФІЗИЧНОЇ НАУКИ. КОЛАЙДЕР

У ЦЕРНі на кордоні між Швейцарією і Францією, недалеко від м. Женева, знаходиться найбільший і найдорожчий на сьогодні фізичний прилад, побудований для дослідження глибинних властивостей матерії. Ця унікальна машина працює за найновішими технологіями. У кільцевому тунелі довжиною майже 27 км і розташованому на середній глибині 100 м знаходяться дві трубки (рис. 37.9), всередині яких рухаються назустріч один одному два пучки протонів. Вакуум у трубках у 10 разів глибший, ніж у космосі.

Протони утримуються на коловій орбіті 9500 надпровідними магнітами, обмотки яких охолоджені до температури -271 °С.

По трубах, у яких знаходяться надпровідні кабелі, тече рідкий гелій, що перебуває у надтекучому стані, а струм у кабелі становить близько 12 000 А (двигуни тролейбуса чи трамвая споживають 200-300 А).

Протони кількістю дві мільярдні долі грама прискорюються протягом десяти годин до швидкості, яка становить 99,9999991% від швидкості світла. Кільце прискорювача протони проходять 11000 разів за секунду. В результаті ця мізерна за масою кількість частинок набуває енергії, яку має швидкісний потяг масою 140 тонн на швидкості 150 км/год (мал. 37.10).

Для установки CMS, збудованої для вивчення протон-протонних зіткнень і пошуку бозона Хіггса, харківський Інститут монокристалів створив 22 тисячі детекторів з радіаційно стійкої пластмаси. Крім того, Україна поставляє залізо для магнітів та унікальні кристали.

Завдяки колайдеру вчені вже сьогодні отримують і зберігають антиречовину (антиводень), вчаться лікувати рак за допомогою протонів і антипротонів, відкрили частинку Хіггса (6 липня 2012 р.), намагаються зрозуміти природу темної матерії і темної маси.

Мал. 37.9. Система охолодження і дві трубки, якими рухаються протони

Мал. 37.10. Цей 140-тонний потяг на швидкості 150 км/год має таку саму енергію, як дві мільярдні долі грама протонів, розігнаних майже до швидкості світла