авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

УДК 537.86

В. В. Кудрявцев, В. А. Ильин

ИСТОРИЯ РАДИОФИЗИКИ –

ВАЖНЕЙШЕЕ

НАПРАВЛЕНИЕ В ИСТОРИИ ФИЗИКИ

Аннотация. Рассказано о научном, техническом и гуманитарном потенциалах

современной физики на примере одного из ее магистральных направлений –

радиофизики. Определены предмет, цели и методы истории радиофизики, раз-

работаны подходы к ее изучению, приведена периодизация этой науки. Об суждены основные компоненты интегративной модели изучения истории ра диофизики, которые можно использовать при рассмотрении истории развития других разделов современной фундаментальной науки.

Ключевые слова: современная физика, история радиофизики, интегративная модель, Нобелевские премии, научные школы в радиофизике.

Abstract. The article reads about scientific, technical and humanitarian potentials of modern physics by the example of its significant component field – radiophysics.

The authors determine the subject, the objectives and the methods of radiophysics history, develop the approaches to the study, distinguish main periods of the sci ence. The researchers also discuss the general components of the integrative model of radiophysics history study process, which may as well be apllied for investigation of development history of other fields of modern fundamental science.

Key words: modern physics, radiophysics history, itegrative model, Nobel prize, ra diophysics scientific schools.

Чтобы понять какую-либо науку, необходимо знать историю этой науки О. Конт Введение Накопление огромного количества научных фактов, стремительное раз витие наукоемких технологий привели к тому, что современная физика «так разрослась и дифференцировалась, что за деревьями трудно разглядеть лес, трудно охватить мысленным взором картину современной физики как цело го» [1]. Современная фундаментальная наука охватывает столь широкий круг проблем, что даже специалистам подчас трудно полностью охватить все ее разделы. Один из творцов квантовой механики Нобелевский лауреат Ю. Вигнер в статье [2], посвященной будущему науки, определил факторы, тормозящие ее развитие. Одним из них является «увеличение пути до перед него края науки, что потребует от будущих исследователей потратить боль шую часть активной жизни на освоение уже накопленных результатов». Си туация усугубляется также тем, что физические исследования сегодня часто проводятся на стыке различных наук, что способствует представлению пост неклассической физики в виде своеобразного «куста», а не «ствола» [3]. Ла винообразные потоки информации, мириады научных фактов и открытий размывают предмет и методы постнеклассической физики. Что касается непрофессионалов, интересующихся вопросами современной физики, ситуа ция для них подобна плаванию в безбрежном океане без маяков и ориенти № 2 (22), 2012 Физико-математические науки. Физика ров. Естественно, такое путешествие нельзя назвать увлекательным, и инте рес к проблемам современной физики неумолимо снижается.

На наш взгляд, выходом из этой ситуации является изучение истории развития основополагающих идей современной физики. При этом важно от метить, что современная наука – чрезвычайно математизированная область знаний. И порой только историко-физический подход может пролить свет на происхождение и развитие физических идей. Кроме того, такой подход, из бавляясь от излишней математизации научных теорий, позволяет представить современную физику как непрерывно развивающийся, эволюционирующий организм.

Радиофизика как наука История физики хранит огромное количество событий и фактов, ока завших влияние на формирование наших представлений об окружающем ми ре, становление и развитие физической науки. При этом история физики представляет собой не просто хронологически упорядоченный набор фактов, но целостную картину возникновения и развития физических идей. Так как современная физика практически необъятна, целесообразно применить исто рико-физический подход к какому-то ее разделу и экстраполировать полу ченные результаты на историю развития всей постнеклассической физики.

Такой научной дисциплиной может быть радиофизика. Начнем с обсуждения предмета и методов этой науки.

Радиофизика – раздел физики, охватывающий изучение и использова ние электромагнитных колебаний и волн радиодиапазона: их возбуждение, распространение, прием и преобразование частоты, а также возникающие при этом взаимодействия электрических и магнитных полей с зарядами в вакууме и в веществе [4]. На шкале электромагнитных волн радиодиапазон занимает интервал частот (длин волн): 104–1011 Гц (103–10–4 м), и первоначально ра диофизические исследования велись именно в этих границах. Со временем методы радиофизики проникли и в другие диапазоны: от очень низких частот до -излучения, а также в область исследований волновых процессов неэлек тромагнитной природы (например, в акустику).

Радиофизика охватывает различные области науки и техники, совре менные технологии, производство, здравоохранение, СМИ и культуру совре менного цивилизованного общества. В ней неразрывно сочетаются научный, технический и гуманитарный потенциалы современной физики [5].

Научный потенциал. Радиофизика – важнейший источник знаний об окружающем мире. Благодаря появлению таких радиофизических направле ний исследований, как радиоспектроскопия, статистическая радиофизика, квантовая радиофизика, микроэлектроника, радиоастрономия и другие был осуществлен стремительный прорыв во многих областях современной науки.

Недаром 45 ученых стали лауреатами 21 Нобелевской премии за работы в этой области!

Технический потенциал. Расширяя и многократно умножая возможно сти человека, радиофизика обеспечивает его уверенное продвижение по пути технического прогресса. Радиофизические открытия являются основой тех нических устройств (мобильная телефония, лазерные технологии, микроэлек тронные устройства и т.д.), определяющих жизнь современного общества.

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион Радиофизические методы используются во многих областях науки и техники (современные средства связи, исследование космоса, медицина, геология, оборонные технологии и т.д.).

Гуманитарный потенциал. Изучение истории развития радиофизики показывает, что она вносит весомый вклад в развитие духовного облика че ловека, формирует его научное мировоззрение, учит ориентироваться в шка ле культурных ценностей. Изучение истории становления и развития науч ных взглядов в области радиофизики способствует глубокому пониманию физической сущности рассматриваемых явлений.

Современное общество все больше осознает необходимость формиро вания у каждого человека целостного научного мировоззрения, которое бы соответствовало последним достижениям фундаментальной науки. Науки о природе развивают менталитет людей, в частности, формируют научный стиль мышления, дефицит которого ощущается в сегодняшнем обществе.

Формирование научного стиля мышления невозможно, в частности, без до статочно прочных радиофизических знаний.

Рассмотрим характерные особенности современной физики на примере радиофизики. Начнем с междисциплинарности научных исследований, кото рая предполагает существование взаимосвязи, преемственности, взаимопре вращаемости различных объектов, изучаемых в естественных науках. В со временной радиофизике междисциплинарность проявляется весьма активно.

В качестве примера можно привести томографию, которая одновременно яв ляется разделом современной радиофизики, одним из основных методов не инвазивной диагностики и отдельным направлением в области получения и обработки информации. Томографические методы применяют в радиолока ции и оптике, в медицине и физиологии, в геофизике и химии, астрономии и исследовании атмосферы и т.д.

Радиофизика играет ведущую роль в разработке и совершенствовании методологии современного физического эксперимента. Анализ этого вопроса свидетельствует об универсальности радиофизических методов – возможно сти их применения в различных областях науки и техники. В этом отношении радиофизика представляет собой многоликую научную дисциплину, которая сама развивает собственные методы и «экспортирует» их в другие области знаний.

Широкое применение методов вычислительной математики в научных исследованиях кардинально изменило получение и обработку их результатов.

Компьютерные технологии становятся неотъемлемой частью любых физиче ских исследований. Не следует забывать, что именно радиофизические изоб ретения (транзисторы, интегральные схемы, гетероструктуры, устройства на квантовых точках и др.) стали предвестниками наступления компьютерной эры и способствовали формированию информационного общества XXI в.

Усложнение экспериментальной базы. Выдающиеся успехи физики получены с помощью сложных инженерных устройств, действие которых ча сто основано на недавно открытых физических явлениях, не в последнюю очередь радиофизических. Так, применение методов лазерного охлаждения атомов позволило глубже понять взаимодействие лазерного излучения с ве ществом и квантовомеханическое поведение газов при сверхнизких темпера турах. Развитие техники фазированной антенной решетки (ФАР) позволило № 2 (22), 2012 Физико-математические науки. Физика решить проблемы СВЧ-микроэлектроники как основы микроминиатюриза ции СВЧ-компонентов и обеспечения их массового производства.

Индустриализация современных физических исследований приобретает в настоящее время космическое ускорение. Фактически сейчас в макро-, мик ро- и мегафизике значимые результаты исследований удается получить толь ко с помощью сложнейших индустриальных установок, в которых всегда присутствует весомая радиофизическая составляющая. В качестве примеров можно привести ряд уникальных радиофизических установок: спутник «COBE», радиотелескоп Аресибо, систему апертурного синтеза VLA и др.

Международная научная кооперация проявляется в том, что в настоя щее время практически все крупные научные проекты строятся при финансо вой поддержке нескольких государств. Так, в России находится в стадии раз работки международный проект «Радиоастрон». В нем предусматривается запуск на эллиптическую орбиту с периодом около 9,5 суток и максималь ным удалением от Земли 350 тыс. км 10-метрового космического радиотеле скопа. В проекте участвуют обсерватории США, Канады, европейских госу дарств, Китая, Индии и Австралии.

Все вышесказанное позволяет говорить о радиофизике как об одном из наиболее бурно развивающихся направлений в физике и о краеугольном камне современной фундаментальной науки. Однако история этой научной дисциплины исследована явно недостаточно. Отметим, что радиофизика изобилует не только значительными открытиями, но также рядом уникаль ных научных школ, возглавляемых выдающимися учеными. Так, благодаря работам научных школ Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси, М. А. Леон товича, Е. К. Завойского и других отечественная радиофизика добилась впе чатляющих успехов.

История радиофизики как наука На наш взгляд, уже давно назрела необходимость выделить историю радиофизики в отдельное направление истории физики. Для этого следует определить предмет, цели и методы истории радиофизики, выработать воз можные подходы к ее изучению, раскрыть содержание этой науки. Исследо вания подобного рода до настоящего времени практически не проводились.

Предметом истории радиофизики является история возникновения и развития радиофизики как единой науки, занимающей определенное место в общественной жизни людей и выполняющей в ней определенную роль. Ис торию радиофизики можно рассматривать и как процесс эволюции ряда фун даментальных понятий и идей этой науки.

Можно выделить три главных аспекта, определяющих предмет истории радиофизики. Во-первых, это физический аспект. Для изучения истории радиофизики необходимо иметь естественнонаучное или техническое обра зование и обладать определенным запасом знаний в области физики.

Во-вторых, это исторический аспект. Важно не просто знать, но активно ис пользовать методы и принципы истории физики [6] при изучении истории развития магистральных направлений радиофизических исследований, науч ных биографий творцов радиофизики и т.д. В-третьих, необходимо учиты вать социально-культурный аспект истории радиофизики. Здесь следует рас смотреть весомый вклад радиофизики в развитие человеческой цивилизации, Известия высших учебных заведений. Поволжский регион Нобелевские премии по радиофизике, многогранные связи радиофизики и других областей науки и техники.

Главной целью истории радиофизики, как и любой исторической науки, является накопление и систематизация научных фактов в контексте определенных социокультурных явлений. К этому нужно добавить изучение процесса развития радиофизической науки. Еще одной целью истории ра диофизики является исследование закономерностей, следуя которым развива ется эта наука. По словам выдающегося советского радиофизика С. М. Рыто ва, «Представление об истории физики и об ее творцах позволяет лучше по нять эволюцию и борьбу идей, позволяет почувствовать динамику науки, внутреннюю логику ее развития лучше, чем знание только добытых результа тов» [7]. Развитие радиофизики представляет собой сложный, нелинейный процесс. В нем тесно переплетены внутренние («самодвижение» науки – кон цепция интернализма) и внешние (социально-экономические явления – кон цепция экстернализма) факторы развития этой науки. Данные факторы связа ны диалектически и обеспечивают эволюцию радиофизики.

Отметим, что развитие есть процесс чередования относительно спокой ных (эволюционных) периодов и периодов революционных изменений тео рий, понятий, основных принципов и ключевых идей. В эволюционный пери од физика или какая-либо ее область (в том числе радиофизика) развиваются спокойно. Однако постепенно спокойный этап развития заканчивается, так как непрерывно накапливаются новые научные факты, объяснение которых уже не вписывается в каноны существующей теории. Это приводит к круше нию старых принципов. Момент превращения науки из нормальной в «экс траординарную» трактуется Т. Куном [8] как революционный переворот.

Применительно к радиофизике началом научной революции можно считать создание Максвеллом теории электромагнитного поля. Она возникла еще тогда, когда не было экспериментов, опровергающих теорию дальнодей ствия и указывающих на конечную скорость распространения электромаг нитных возмущений. Поэтому для признания данной теории потребовались экспериментальные исследования Герца с электромагнитными волнами. По сле этого гипотеза Максвелла о существовании электромагнитных волн пре вратилась в теорию электромагнитных волн, а представления Фарадея о су ществовании электрических и магнитных полей как физической реальности получили экспериментальное подтверждение.

Указанные выше цели истории радиофизики будут так или иначе пре следоваться при изложении материала. К ним, однако, следует добавить еще одну цель – педагогическую. К ней мы вернемся в конце статьи.

Как любая историческая наука, история радиофизики использует спе цифические методы исследования: исследование источников (первичных и вторичных), моделирование исторически значимых экспериментов, статисти ческий метод, метод интервью, компьютерный метод (в отличие от традици онных учебников и пособий, электронные учебные издания позволяют созда вать достаточно большие массивы исторической информации по всему ком плексу направлений развития физической науки).

Конечно, данные методы не могут считаться абсолютно строгими, но они позволяют получить приближенную картину развития науки и ее отдель ных отраслей, а также стать основой для составления футурологических про гнозов.

№ 2 (22), 2012 Физико-математические науки. Физика Одной из важнейших проблем в истории науки является ее периодиза ция, которая позволяет лучше понять эволюцию основополагающих научных идей и методов, тенденции развития, движущие факторы, поворотные (би фуркационные) моменты, практические применения и социальные послед ствия. В развитии радиофизики можно выделить три этапа.

1. Этап предыстории радиофизики (середина XIX в. – 1930-е гг.).

Здесь речь идет о творцах электромагнитной теории поля (М. Фарадее, Дж. К.

Максвелле, Г. Герце, О. Хевисайде, П. Н. Лебедеве, Н. А. Умове, Дж. Г.

Пойнтинге и др.), пионерских исследованиях в области электросвязи гени альных дилетантов и ученых (М. Лумис, Д. Хьюз, А. Долбэр, А. Риги, Э. Томсон и др.), основополагающих работах по беспроволочной телеграфии (А. С. Попов, Г. Маркони, К. Ф. Браун и др.).

2. Этап зарождения и становления радиофизики как науки (1930– 1940-е гг.). На первом этапе развитие радиофизики опиралось на электроди намику, общую теорию колебаний и волн, электронику. Охарактеризуем эти научные направления [4].

Электродинамика, в основе которой лежит электромагнитная теория Максвелла, обеспечила понимание процессов излучения, распространения и приема радиоволн.

Теория колебаний создала математический аппарат, позволяющий ис следовать и управлять процессами в колебательных системах. Важную роль сыграли исследования нелинейных колебаний (и особенно автоколебаний).

Электроника – наука о взаимодействии электронов с электромагнит ными полями и о методах создания электронных приборов и устройств, в ко торых это взаимодействие используется.

Итак, радиофизика, по меткому выражению В. И. Гапонова, «держится на трех китах: теории колебаний, электродинамике и электронике» [9].

Зарождение и становление радиофизики как науки предопределилось развитием радиотехники, в истории которой можно выделить несколько эта пов. Первый из них – искровая радиотехника – начинается непосредственно с изобретения радиоприемника и создания систем радиосвязи. Начальным пунктом второго этапа следует считать создание в 1907 г. американским ра диотехником Л. де Форестом электронной лампы – триода, внедрению кото рого в американскую промышленность и радиотехнику способствовал сам изобретатель. Вторая мировая война стимулировала развитие микроволновой радиотехники и полупроводниковой электроники – третий этап в истории ра диотехники.

3. Этап дифференциации и интеграции радиофизической науки (с 1950-х гг. до настоящего времени). Проникая во многие разделы физики, радиофизика вносит туда, кроме экспериментальной методики, радиофизиче ские представления. Радиофизический язык и терминология все глубже про никают в общефизическую терминологию, создавая весьма удобный и вно сящий большую ясность во многие вопросы «интернациональный язык тео рии колебаний» (формулировка Л. И. Мандельштама), т.е. единый подход ко всем колебательным явлениям.

В результате взаимных обменов с другими областями физики, с одной стороны, и обособления отдельных разделов – с другой, внутри радиофизики образовалось несколько важных «дочерних» направлений исследований: ста Известия высших учебных заведений. Поволжский регион тистическая радиофизика, квантовая радиофизика (квантовая электроника), радиоспектроскопия, радиоастрономия, микроэлектроника и др. Из приве денного перечня весьма затруднительно определить собственно предмет ра диофизики. Согласно С. М. Рытову, целесообразно выделить те направления, которые позволяют уточнить предмет радиофизики на каждом этапе ее раз вития [10]. Предполагается, что радиофизика охватывает в основном два та ких направления:

1. Изучение физических явлений, существенных для радиофизики, т.е.

для всех основных этапов радиосвязи – генерация электромагнитных сигна лов, излучение и распространение электромагнитных волн, прием радиосиг налов. Это направление можно назвать «физикой для радио».

2. Применение радиофизических методов в различных областях физи ки, астрономии, химии и др. Это направление может быть охарактеризовано как «радио для физики».

Таким образом, развитие радиофизики сопровождается открытием но вых явлений, находящих практическое применение и составляющих основу ее новых разделов. При этом некоторые разделы радиофизики выделяются в самостоятельные области физики (радиоастрономия, радиоспектроскопия и др.), где методы радиофизики служат лишь средством изучения явлений, лежащих за пределами радиофизики.

Выдающийся немецкий ученый, Нобелевский лауреат М. фон Лауэ пи сал: «История может быть написана с различных точек зрения при полном сохранении достоверности. Оправданной является любая точка зрения, исхо дя из которой, историк может открыть что-либо исторически интересное»

[11]. В связи с этим целесообразно выделить ряд подходов к изучению исто рии радиофизики. Вооружившись ими, историк науки сможет грамотно при ступить к исследованию процесса развития радиофизики.

Исторические опыты в радиофизике. В радиофизике можно выделить ряд исторических (фундаментальных) экспериментов, оказавших основопола гающее влияние на становление и развитие этой науки. К ним можно отнести:

– фундаментальные исследования и изобретения Г. Герца, доказавшие справедливость теории электромагнитного поля Дж. К. Максвелла;

– экспериментальные работы А. С. Попова, Г. Маркони и К. Ф. Брауна, заложившие основы беспроволочной телеграфии и радиосвязи;

– опыты Е. К. Завойского по обнаружению и исследованию электрон ного парамагнитного резонанса (ЭПР);

– экспериментальные исследования У. Лэмба процессов поглощения и испускания микроволнового излучения атомами, и работы П. Куша по изме рению магнитного момента электрона, которые послужили эмпирическим ба зисом квантовой электродинамики – магистрального направления современ ной физики элементарных частиц;

– экспериментальные исследования А. М. Прохорова, Н. Г. Басова и Ч. Таунса по созданию малошумящих квантовых усилителей и генераторов радиодиапазона (мазеров) и оптического диапазона (лазеров) и др.

Научные биографии творцов радиофизики. Знакомство с биографиче скими данными выдающихся ученых естественно вызывает интерес к их научной деятельности. Недаром Дж. Максвелл писал: «Наука захватывает нас тогда, когда, заинтересовавшись жизнью великих исследователей, мы начи № 2 (22), 2012 Физико-математические науки. Физика наем следить за историей их открытий» [7]. Условно можно выделить следу ющие факторы, влияющие на научную деятельность ученых: случайность и закономерность открытия, научная смелость и подвиг ученого, приоритет в открытии. Рассмотрим эти факторы, опираясь на примеры из радиофизики.

Случайность и закономерность открытия. Здесь удобно использовать историю открытия ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Первые сигналы, ЯМР были независимо получены исследовательскими группами Ф. Блоха в Оксфорде и Э. Перселла в Гарварде. После длительных бесплодных попы ток обнаружить сигнал, Перселл решил, что ожидаемое явление не наблюда емо, и дал указание выключить ток, питающий электромагнит. Пока магнит ное поле уменьшалось, экспериментаторы продолжали смотреть на экран ос циллографа. В некоторый момент магнитное поле достигло необходимой для резонанса величины и на экране неожиданно появился сигнал ЯМР. Таким образом, удачное стечение обстоятельств позволило экспериментально обна ружить физический эффект [12]. С этого момента техника ЯМР начала бурно развиваться и получила широкое применение в физике конденсированного состояния, химии, биологии, метрологии, медицине.

В истории радиофизики есть открытия, которые являются закономер ным результатом долгих и кропотливых научных исследований. В начале 1930-х гг. темой экспериментальных работ И. Раби, по его словам, было «проигрывание различных вариантов с использованием оригинальной уста новки Штерна» [13]. Во многом благодаря работам по измерению магнитных моментов нейтрона и дейтрона у Раби возникла гениальная идея использо вать дополнительное периодическое магнитное поле, частота которого может варьироваться с высокой точностью. Последующие исследования Раби и его учеников, использующих эту идею, заложили фундамент радиоспектроско пии – нового направления в радиофизике.

Научная смелость и подвиг ученого. В начальный период работы Ниже городской радиолаборатории параллельно с разработкой приемно-усилите льных электронных ламп проводились широкие исследования по созданию надежных методов радиотелефонирования. В марте 1920 г. правительство поручило Нижегородской радиолаборатории «изготовить в срочном порядке центральную радиотелефонную станцию с радиусом действия 2000 верст».

Изготовление мощной генераторной лампы для нее казалось тогда неразре шимой задачей. Нужен был тугоплавкий анод из тантала или молибдена, но таких металлов в России не было. В условиях невиданных трудностей, испы тываемых страной, М. А. Бонч-Бруевичу удалось найти удивительно смелое и оригинальное техническое решение. Он предложил охлаждаемый водой анод из меди. Такая конструкция позволила рассеивать мощность до 950 Вт, что вполне соответствовало требованиям радиотелефонной передачи.

Приоритет в открытии. Кратко обсудим ставший уже хрестоматий ным вопрос о приоритете в изобретении радио. По словам Л. И. Мандельш тама, «настоящим изобретателем можно считать того, кто дал идее конкрет ное осуществление... после чьих работ не остается сомнения в том, что по ставленная практическая цель достигнута» [14]. К работе А. С. Попова это относится в полной мере, так как он впервые дал техническое решение, вполне пригодное для радиосвязи. Согласно положениям изобретательского права входящие в устройство Попова известные ранее элементы нельзя трак Известия высших учебных заведений. Поволжский регион товать как прототипы, так как именно их совокупность позволила создать первый радиоприемник.

Хотя Маркони нельзя считать изобретателем радио, бесспорны его за слуги в последующем увеличении дальности передачи сигналов, освоении промышленного производства радиоаппаратуры.

История изобретения радиофизических методов, приборов и устройств. По мере развития радиофизики ее методы (например: радиотех нические методы, радиолокационный метод, резонансные методы исследова ния вещества, радиоинтерференционный метод, томографический метод др.) стали проникать в другие области физики. Возник и обратный процесс взаи модействия. Новые задачи, а также освоение высокочастотных диапазонов привлекли в радиофизику идеи и методы из других областей физики, в част ности из оптики, что привело к появлению нового раздела радиофизики – квазиоптики. В свою очередь, радиофизические методы, проникнув в оптику, заметно расширили возможности последней, вызвав к жизни такие разделы, как волоконная оптика, голография, интегральная оптика и др., так что и оп тический диапазон частот стал областью приложения методов радиофизики.

Иногда это поясняют термином «радиооптика».

Радиофизические приборы и методы исследования революционизиро вали экспериментальную технику, что позволило достичь выдающихся ре зультатов во многих областях современной физики.

Научные школы в радиофизике. В СССР сформировались уникальные в мировой практике сообщества – научные школы. Эти школы, как правило, возглавлялись выдающимися учеными, вокруг которых формировался устой чивый коллектив единомышленников, способный решать крупные обще ственно значимые задачи [15]. Кратко охарактеризуем некоторые наиболее яркие отечественные и зарубежные радиофизические школы.

Нижегородская радиолаборатория (НРЛ). Научно-исследовательская деятельность НРЛ заложила основы радиосвязи, радиотехники, электроники, радиовещания отечественной радио- и электронной промышленности и полу чила высокую оценку и признание как в нашей стране, так и за рубежом.

В НРЛ были собраны первоклассные специалисты: М. А. Бонч-Бруевич, В. К. Лебединский, А. Ф. Шорин, Д. А. Рожанский, В. П. Вологдин, братья Б. А. и Г. А. Остроумовы, А. М. Кугушев, А. А. Пистолькорс, О. В. Лосев, С. И. Шапошников и др. Кроме того, наездами – на дважды проведенных конгрессах Ассоциации физиков – бывали В. А. Стеклов, Л. И. Мандельштам, Н. Д. Папалекси, О. Д. Хвольсон и др.

После открытия НРЛ в 1918 г. радиотехнические центры возникают и в других городах России. Так, в 1919 г. М. В. Шулейкин основывает при Высшем техническом училище (ныне Московский энергетический институт) кафедру радиотехники. В 1920 г. Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси орга низуют подобный же центр в Одессе, а А. А. Чернышев – радиолабораторию в Ленинграде при Политехническом институте. С 1923 г. в Ленинграде воз никает Центральная радиолаборатория при участии Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси, Д. А. Рожанского, М. А. Бонч-Бруевича, В. П. Вологдина и др. В 1923 г. в Ленинграде создается крупный центр – Центральная радио лаборатория (ЦРЛ).

Радиотехническая школа И. Г. Фреймана. Имант Георгиевич Фрейман является одним из основателей отечественной радиотехники. Его важнейшая № 2 (22), 2012 Физико-математические науки. Физика заслуга – создание крупнейшей в СССР научной радиотехнической школы, давшей мощный импульс к развитию практически всех основных разделов этой науки. Имена выдающихся учеников Иманта Георгиевича широко из вестны. Это – академик А. И. Берг, внесший огромный вклад в развитие ме тодов расчета мощных усилительных трактов, крупный организатор науки, основатель Военно-морского НИИ связи (НИМИСТ), Института радиотехни ки и электроники (ИРЭ) АН СССР;

академик А. А. Харкевич – специалист в области электроакустики, радиотехники и теории связи, основатель Институ та проблем передачи информации (ИППИ) АН СССР;

академик А. Н. Щукин – выдающийся ученый в области распространения радиоволн, организатор во енной науки;

член-корреспондент АН СССР С. Я. Соколов – крупнейший ученый в области акустики, гидроакустики, получивший мировое признание в области методов неразрушающего контроля;

член-корреспондент АН СССР В. И. Сифоров – выдающийся отечественный ученый в области радиоприем ной техники и теории связи;

профессор Б. П. Асеев – разработчик специаль ной аппаратуры, автор фундаментальных курсов по радиотехнике и многие другие известные отечественные радиотехники.

Научная школа Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси. В области тео рии колебаний, значение которой для физики и техники выходит далеко за пределы радиотехники, были достигнуты столь значительные успехи, что по лученные в этой области результаты можно с полным правом отнести к числу наиболее ярких достижений советской физики. Выдающуюся роль в этих до стижениях сыграли работы Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси и их науч ной школы. Начатые еще в Страсбурге, они первоначально относились к ли нейным колебательным системам. Однако с началом использования в радио приемных и радиопередающих устройствах электронных ламп в радиотехни ке начинают интенсивно изучаться явления генерации незатухающих колеба ний, которые линейная теория описать уже не могла. Это привело к возник новению учения о нелинейных колебаниях.

Талант крупного ученого и педагога, богатство мыслей и идей, личные качества привлекали к Мандельштаму творческую молодежь и привели к со зданию им большой научной школы. В нее вошли талантливые молодые уче ные, аспиранты и студенты: А. А. Андронов, А. А. Витт, Г. С. Горелик, М. А. Дивильковский, Г. Д. Малюжинец, В. В. Мигулин, С. М. Рытов, П. А. Рязин, С. П. Стрелков, К. Ф. Теодорчик, М. И. Филиппов, С. Э. Хайкин (теория колебаний), Г. С. Ландсберг, П. А. Бажулин (оптика), М. А. Леонто вич, И. Е. Тамм, С. П. Шубин (теоретическая физика), И. М. Борушко, К. Э. Виллер, В. П. Гуляев, Э. М. Рубчинский, Е. Я. Щеголев (радиофизика), М. А. Исакович (молекулярная физика) и др.

Вдохновляемая идеями Мандельштама школа творчески развила со зданные им направления в физике и технике и инициировала новые, а его ученики – И. Е. Тамм, А. А. Андронов и М. А. Леонтович – создали соб ственные широко известные научные школы.

Нижегородская школа радиофизики. В 1931 г. А. А. Андронов вместе с женой Е. А. Леонтович переехал на постоянное жительство из Москвы в Нижний Новгород (г. Горький). В это же время сюда приехали М. Т. Грехо ва и В. И. Гапонов. Причин для переезда молодых московских физиков было много, в том числе искренняя забота о развитии отечественной науки и Известия высших учебных заведений. Поволжский регион стремление создать подлинный научный центр в провинции. В 1937 г. к ним присоединился Г. С. Горелик.

Вскоре вокруг А. А. Андронова сплотилась группа молодых ученых и преподавателей – Г. С. Горелик, С. М. Рытов, А. Г. Майер, Н. Н. Баутин, И. Л. Берштейн и др. В созданной им творческой атмосфере не могла не раз виваться серьезная, настоящая наука. В 1945 г. в Горьковском государствен ном университете (ГГУ) благодаря усилиям А. А. Андронова, М. Т. Греховой, Г. С. Горелика был создан первый в стране радиофизический факультет.

А. А. Андронов возглавил кафедру теории колебаний и автоматического ре гулирования. Научной базой подготовки студентов был Горьковский иссле довательский физико-технический институт (ГИФТИ), а впоследствии – Научно-исследовательский радиофизический институт (НИРФИ, с 1956 г.), Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики (НИИ ПМК, с 1964 г.) и НИИ механики (с 1974 г.).

Впоследствии НИРФИ разделился, и новый академический Институт прикладной физики (ИПФ) возглавил А. В. Гапонов-Грехов, а спустя годы отпочковавшийся от ИПФ Институт физики микроструктур РАН – С. В. Га понов. История нижегородской школы радиофизики, которую называют од ной из динамично развивающихся научных школ России, тесно связана с двумя поколениями ученых из этой талантливой семьи [16].

Научная школа по нелинейной динамике Д. И. Трубецкова. В середине 70-х гг. прошлого века группой молодых научных работников под руковод ством Д. И. Трубецкова были начаты исследования, охватывающие широкий круг нелинейных и нестационарных явлений [17]. Одним из первых результа тов, полученных Д. И. Трубецковым, стало создание нестационарной нели нейной теории электронных приборов с распределенным взаимодействием.

С начала 1980-х гг. одним из основных направлений научной школы Трубец кова становятся исследования в области нелинейной динамики. Кроме того, Д. И. Трубецков является одним из неформальных лидеров такого нового научного направления, как синергетика. Серьезным успехом в этом направ лении стало издание первой монографии в России, посвященной применению методов нелинейной динамики к анализу нефизических (социальных, геоло гических, экономических и др.) систем.

Отдел радиоастрономии в Государственном астрономическом ин ституте имени П. К. Штернберга (ГАИШ). В 1953 г. в ГАИШе был создан отдел радиоастрономии под руководством выдающегося советского ученого И. С. Шкловского [18]. Первыми сотрудниками отдела стали Б. М. Чихачев и студент 4-го курса механико-математического факультета МГУ Н. С. Карда шев. Будучи теоретиком, И. С. Шкловский тем не менее считал необходимым развивать прежде всего экспериментальные исследования. В 1955 г. в отдел был зачислен В. Г. Курт, в 1956 г. – В. И. Мороз. Позднее В. Ф. Есипов, Г. Б. Шоломицкий, Т. А. Лозинская, В. Н. Курильчик, М. И. Пащенко, В. И. Слыш, Л. М. Гиндилис и др. Это – первое поколение сотрудников отдела, большинство из которых были непосредственными учениками И. С. Шклов ского. Затем В. И. Мороз создал группу инфракрасной астрономии, В. Г. Курт занялся внеатмосферными исследованиями, Н. С. Кардашев, В. И. Слыш, Г. Б. Шоломицкий и другие посвятили себя радиоастрономии, П. В. Щеглов и Т. А. Лозинская – оптической интерферометрии, В. Ф. Есипов – оптической спектроскопии, Л. М. Гиндилис – проблеме SETI.

№ 2 (22), 2012 Физико-математические науки. Физика К известным радиофизическим школам можно также отнести казан скую научную школу магнитной радиоспектроскопии, основателем которой был Е. К. Завойский, научную школу Р. В. Хохлова и С. А. Ахманова по не линейной оптике, радиофизический семинар С. М. Рытова и др.

История радиофизики сквозь призму Нобелевских премий. Из-за невоз можности отразить деятельность всех ученых, внесших решающий вклад в становление радиофизики, а также рассказать обо всех открытиях в этой области целесообразно провести исследование истории радиофизики в кон тексте самой престижной научной награды – Нобелевской премии. Анализ содержания радиофизических исследований, удостоенных Нобелевских премий по физике, позволил определить магистральные направления радиофизических исследований. К ним относятся радиотехника, радиоспектроскопия, информа ционные технологии, радиоастрономия [19]. Изучение истории развития и со временных достижений магистральных направлений радиофизических иссле дований позволяет проследить эволюцию развития основных идей этой науки.

При этом не должны оставаться без внимания основополагающие радиофизи ческие исследования, не удостоенные этой научной награды.

История радиофизики как учебная дисциплина В техническом вузе студенты изучают полноценный теоретический курс радиофизики, посвященный современным проблемам этой научной дис циплины. В педагогическом вузе изучение радиофизики имеет особый харак тер: будущие учителя приобретают необходимые знания и умения для препо давания этой дисциплины в школе. В то же время в педагогическом вузе не уделяется должного внимания истории развития, межпредметным связям и методологическим аспектам радиофизики.

На факультете физики и информационных технологий Московского педагогического государственного университета разработан и апробирован спецкурс «История радиофизики», предназначенный для студентов старших курсов, бакалавров, магистров и аспирантов физических специальностей уни верситетов и педагогических вузов. Он реализован в виде мультимедийных лекций. По своей тематике спецкурс охватывает не только указанные четыре магистральных направления радиофизических исследований, но и учитывает междисциплинарные связи радиофизики и других областей знания. Помимо Нобелевских открытий в области радиофизики, обсуждаются исследования, не удостоенные этой награды, но имеющие высокое научное значение.

Подробный рассказ о спецкурсе «История радиофизики» не входит в задачу данной статьи. С его описанием, методикой проведения, тематикой лекций можно ознакомиться, например в [20].

Таким образом, к изучению истории радиофизики рационально приме нять комплексный подход, позволяющий представить эту науку как непре рывно эволюционирующий организм. Попробуем разработать интегратив ную теоретическую модель изучения истории радиофизики, которую в буду щем можно применить к другим разделам современной физики. Отметим ос новные компоненты этой модели:

– физический, технический и гуманитарный аспекты радиофизики;

– характерные особенности радиофизики, как и всей современной фи зики: междисциплинарность научных исследований, широкое применение методов вычислительной математики, международная научная кооперация;

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион – гносеологические аспекты радиофизики: элементы теории познания, научные методы познания, история развития и современные достижения ключевых научных направлений;

– вклад отечественных ученых в зарождение и развитие радиофизики;

– применение качественных методов изучения истории радиофизики, современных информационных технологий (компьютерные модели, мульти медийные лекции, компьютерная база данных и др.) и статистических мето дов (анализ тематики Нобелевских премий, присужденных в области радио физики, как основа футурологического прогноза возможных открытий);

– подходы к изучению истории радиофизики: исторические опыты в радиофизике, научные биографии творцов радиофизики, история создания радиофизических методов, приборов и устройств, научные школы в радиофи зике, связь радиофизики с другими разделами физики и другими научными дисциплинами, в том числе гуманитарными, история радиофизики сквозь призму Нобелевских премий;

– дуальное представление истории радиофизики – самостоятельное направление в истории физики и учебная дисциплина в вузе.

Заключение Отметим наиболее важные проблемы, задачи и перспективы истории радиофизики как предмета изучения.

1. Перед историей физики (в частности историей радиофизики) в насто ящее время стоит множество задач, для решения которых нужны высококва лифицированные историки науки. Однако аспирантуры по истории физики фактически нет, защита кандидатских и докторских диссертаций по истории физики проходит от случая к случаю. Положение усугубляется тем, что исто рия науки – чрезвычайно многосторонняя область знания [21]. Историк науки должен хорошо знать науку, обладать системным, а не фрагментарным виде нием научной проблемы, понимать межпредметные связи, владеть методами истории науки, в том числе и современными.

2. Изучение истории современной физики чрезвычайно важно при под готовке физиков-профессионалов любого профиля. Без знаний, расширяю щих физический кругозор, ни один серьезный ученый состояться не может.

На наш взгляд, спецкурсы типа «Современная физика», «Современная физика и астрофизика», курс «История физики» должны обязательно входить в обра зовательные программы университетов и институтов. Большую роль такие курсы играют в педагогических вузах, так как будущие учителя готовятся к преподаванию настоящей физической науки (включая ее современные до стижения), в том числе в профильной школе. Отметим, что специальные кур сы по различным направлениям современной физики часто представляют со бой курсы по истории науки, так как в них широко используется историче ский подход, а изложение ведется на качественном уровне без обращения к сложному математическому аппарату.

3. Важно понимать, что охватить все моменты развития радиофизиче ской науки сложно: она богата по содержанию и множеству других аспектов.

Тем не менее предложенная интегративная модель изучения истории радио физики позволяет, во-первых, понять, что история радиофизики – важнейшее направление в истории физики, а во-вторых, рассмотреть ее как вузовскую № 2 (22), 2012 Физико-математические науки. Физика учебную дисциплину. Кроме того, модель позволяет изучать эту научную дисциплину с позиций ученого (историка науки), преподавателя вуза и сту дента. Конечно, для доказательства эффективности модели ее необходимо приложить к другим разделам современной физики.

4. Большинство публикаций по истории радиофизики посвящено исто рии того или иного направления радиофизики (например, книги М. А. Быхов ского по истории развития теории связи) или биографическим сведениям об ученых-радиофизиках (например, книги о жизни и научной деятельности А. С. Попова, Л. И. Мандельштама, Дж. К. Максвелла и др.). Кроме того, су ществуют некоторые периодические издания («Электросвязь», «Радио», «Успехи физических наук»), на страницах которых помещаются материалы по истории радиофизики и ее отдельных направлений.

В то же время главная задача истории радиофизики состоит в опреде лении ее места в фундаментальной науке и технике. Изучение истории ра диофизики предоставляет исследователям и инженерам возможность расши рять свой кругозор, используя научные достижения предшествующих лет.

Однако к настоящему времени указанная задача не только не решена, но по просту забыта. В силу ограниченности тиражей историко-физической литера туры результаты научных исследований лишь в малой степени доступны ши рокому читателю. При этом вне их круга оказываются студенты, аспиранты радиотехнических специальностей вузов, молодые специалисты, которым и адресованы указанные издания. Таким образом, распространению знаний по истории радиофизики и радиотехники необходимо уделять значительно больше внимания (прежде всего в вузах, а также в школах и в дистанционном обучении).

Список литературы 1. Г и н з б у р г, В. Л. О сверхпроводимости и сверхтекучести (что мне удалось сде лать, а что не удалось), а также о «физическом минимуме» на начало XXI века / В. Л. Гинзбург // Успехи физических наук. – 2004. – Т. 174. – С. 1240.

2. В и г н е р, Ю. Пределы науки / Ю. Вигнер // Экология и жизнь. – 2004. – № 6 (41) – С. 5–11.

3. Н о в и к о в, А. М. Методология учебной деятельности / А. М. Новиков. – М. :

Эгвес, 2005. – 174 с.

4. Физика : большой энциклопедический словарь / гл. ред. А. М. Прохоров. – 4-е изд. – М. : Большая Российская энциклопедия, 1999.

5. М и х а й л и ш и н а, Г. Ф. Изучение современной физики в педагогическом вузе:

содержание, методы и формы обучения : дис. … канд. пед. наук / Михайли шина Г. Ф. – М., 2002. – 288 с.

6. И л ь и н, В. А. История физики / В. А. Ильин. – М. : Академия, 2003. – 272 с.

7. Ще р б а к о в, Р. Н. Великие физики как педагоги: от научных исследований – к просвещению общества / Р. Н. Щербаков. – М. : Бином, 2008. – 296 с.

8. К у н, Т. Структура научных революций / Т. Кун. – М. : Прогресс, 1975.

9. М и л л е р, М. А. Избранные очерки о зарождении и взрослении радиофизики в горьковско-нижегородских местах / М. А. Миллер. – Н. Новгород : Изд-во ИПФ РАН, 1997. – 224 с.

10. Р ы то в, С. М. Введение в статистическую радиофизику. Часть I. Случайные процессы / С. М. Рытов. – М. : Наука, 1976. – 491 с.

11. Ла у э, М. История физики / М. Лауэ. – М. : ГИТТЛ, 1956. – 230 с.

12. Ва р л а м о в, А. Что такое ЯМР-томография? / А. Варламов, А. Ригамонти // Квант. – 2010. – № 1. – С. 8.

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион 13. П а й с, А. Гении науки / А. Пайс. – М. : Институт компьют. исслед., 2002. – 448 с.

14. М а н де л ь ш та м, Л. И. Полное собрание трудов / Л. И. Мандельштам. – М.-Л. :

Изд-во АН СССР, 1948–1955.

15. Х о х л о в, Д. Р. О проблемах физической науки в современных условиях / Д. Р. Хохлов // Наука в вузах: математика, физика, информатика : тр. Междунар.

науч.-образоват. конф. – М. : РУДН, 2009. – С. 263.

16. URL: http://www.biograph.ru/bank/gaponov-grehov_av.htm (электронный вариант биографии А. В. Гапонова-Грехова).

17. URL: http://www.sgu.ru/faculties/non-linear_processes/birthdaytrubeckov.php (элек тронный вариант статьи «Школа Д. И. Трубецкова»).

18. URL: http://comet.sai.msu.ru/radio/history.html (информация об отделе радиоастро номии ГАИШ).

19. К у д р я в ц е в, В. В. История радиофизики в контексте Нобелевской премии / В. В. Кудрявцев, В. А. Ильин // История науки и техники. – 2009. – № 10. – С. 8.

20. К у д р я в ц е в, В. В. Мультимедийный курс «История радиофизики» для педаго гических вузов / В. В. Кудрявцев // Физическое образование: проблемы и пер спективы развития : материалы VII Междунар. науч.-метод. конф. – М. : Школа Будущего, 2008. – Ч. 1. – С. 282.

21. К у д р я в ц е в, П. С. О некоторых проблемах истории науки / П. С. Кудрявцев // История и методология естественных наук. – 1971. – № 10. – С. 3.

Кудрявцев Василий Владимирович Kudryavtsev Vasily Vladimirovich кандидат педагогических наук, ведущий Candidate of pedagogic sciences, senior редактор, редакция физики и математики, editor, physics and mathematics editorial Издательский центр «Вентана-Граф» office, Publishing center “Ventana-Graf” (г. Москва) (Moscow) E-mail: basilio_84@mail.ru.

Ильин Вадим Алексеевич Ilyin Vadim Alekseevich доктор физико-математических наук, Doctor of physical and mathematical профессор, кафедра общей sciences, professor, sub-department и экспериментальной физики, of general and experimental physics, Московский педагогический Moscow State Pedagogical University государственный университет E-mail: minjar@mail.ru УДК 537. Кудрявцев, В. В.

История радиофизики – важнейшее направление в истории физики / В. В. Кудрявцев, В. А. Ильин // Известия высших учебных заведений.

Поволжский регион. Физико-математические науки. – 2012. – № 2 (22). – С. 170–184.



 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.