Ви є тут

Фізика у ХХІ столітті


Фізика у ХХІ столітті

Зміни, що відбуваються в розвитку людства, вражають. Буквально на очах одного-двох поколінь технічний і навіть побутовий ландшафт нашого буття змінився кардинально, що цілком спирається на відкриття в науці. Це визнав і Президент США Барак Обама, який у квітні ц.р., виступаючи перед членами НАН США, заявив, що “усі цивілізаційні завоювання людства зобов’язані науці” і що “наука нам потрібна як ніколи раніше”. Будь-яка молода людина або школяр може дізнатися з газет, телебачення, але, насамперед, від своїх батьків (які, не виключено, народилися, коли ще не було ні польотів у космічний простір, ні кольорового, а тим більше цифрового телебачення, ні мобільного зв’язку, ні багато-багато чого ще), як було і як є тепер. А якщо порівнювати розвиток вже самої науки як окремої галузі впродовж її історії, що по суті налічує не більше 300-400 років, то стає очевидним, що він лише прискорюється. Особливо помітним це прискорення стало у другій половині минулого століття, і немає жодних сумнівів, що в найближчому майбутньому воно, як мінімум, не загальмується. При цьому гігантськими кроками йде накопичення і необхідність обробки величезних обсягів різноманітної інформації, що не дозволяє в одній, навіть відносно великій, статті спробувати хоча б приблизно відповісти на питання: а що ж нас чекає в столітті, в яке людство тільки-но вступило?

На нього важко відповісти і в тому випадку, якщо мова йде лише про одну із наук, проте я ризикну поділитися з молоддю, що читає “Київський політехнік”, своїми думками щодо фізики. На це мне надихає велика власна віра в непереборну силу науки, яка давно, прямо за висловом Карла Маркса, перетворилась у найпотужнішу продуктивну силу. Якщо ж порівнювати роль тієї чи іншої природничої науки, то досить легко переконатися, що провідне місце серед них, безумовно, посідає фізика. Такий висновок випливає з того, що вона серед усіх природничих наук найбільш фундаментальна, або така, що вивчає найглибші та найзагальніші закони природи. Відкриті нею (або, точніше сказати, фізиками) закономірності лежать в основі і хімічних, і біологічних, і геологічних, і космологічних процесів.

Проте почну з минулого і фрагментарно простежу, якою була і до чого призвела фізика попереднього, ХХ століття. Найчастіше сьогоднішні студенти знають про нього, як про століття революцій, світових воєн і соціальних потрясінь. Але в той же час країни не тільки воювали одна з одною за території і природні ресурси, а люди в них відстоювали свої соціальні права. Неперервні пошуки йшли і в наукових (перш за все, університетських) лабораторіях – згадаємо хоча б КПІ, де попри війни, революції та світові кризи порівняно невеликі групи ентузіастів самовіддано виконували обрану ними для себе, але конче потрібну всім справу – пізнання тайн і дослідження властивостей оточуючої матерії – від мікро- до макросвіту. Пізніше все це і склало предмет фізичного наукового підходу. Тому насмілюсь стверджувати, що з повним правом минуле століття можна і треба називати століттям фізики. Саме її розвитком обумовлений неймовірний техніко-технологічний поступ людства та його найбільш відомі наукові, технічні та інженерні досягнення (серед яких, якщо чесно, не всі з позначкою “плюс”, коли пригадати хоча б зброю масового знищення). І важливо усвідомлювати, що небачені можливості суспільства значною мірою зобов’язані відкриттям у галузі знань, яка, стрімко і непередбачено розвиваючись, одночасно залишається й однією з найдавніших, оскільки генії античного природознавства Аристотель, Архімед, Демокріт та інші відділені від нас більш ніж двома тисячоліттями. Коли ж повернутися до фізики ХХ сторіччя, то впевнений, що не помилюсь, коли заявлю, що її основним досягненням стало торжество ідеї квантів і побудова квантової теорії.

Здогадка про кванти не була вигадкою геніального розуму, а, як і переважна більшість інших глибоких ідей, визріла на тлі експерименту і незаперечних фактів. Зокрема, з’ясувалося, що кванти складають основний елемент гіпотези, що веде до кінцевого успіху в розумінні певного питання. Трошки детальніше нагадаю, що вони були залучені для пояснення спектру випромінювання абсолютно чорного тіла.

Першим, кому вдалося зробити принциповий крок, став, як відомо навіть школярам, видатний німецький фізик-теоретик М.Планк.  У нестримному бажанні встановити ключові закономірності випромінювання абсолютно чорного тіла, він вимушено прийняв гіпотезу про “порційність” енергії елементарних випромінювачів, спектр яких у класичній фізиці завжди розглядався як неперервний. Дослідник же виявив наукову сміливість і припустив абсолютно протилежне. Шляхом запровадження нової фундаментальної сталої – тепер загальновідомої сталої Планка  – йому вдалося досягти ідеального узгодження розвинутої теорії з експериментальною картиною. День 14 грудня 1900 року, коли М.Планк оприлюднив перед членами Німецького фізичного товариства свою теорію випромінювання, вважається днем народження квантової теорії.

Досить скоро, щоб описати фотоефект, ідею квантів підхопив і розвинув А. Ейнштейн. Згодом датчанин Н.Бор, німець В.Гейзенберг, француз Л.де Бройль, австрієць Е.Шредінгер, швейцарець В.Паулі, англієць П.Дірак та інші довели її до логічного завершення, зробивши квантову теорію цілісним і по суті єдиним робочим інструментом для обчислення будь-яких вимірюваних даних мікросвіту. Сказане яскраво демонструє, наскільки потужний інтелектуальний “інтернаціонал” долучився до розв’язання актуальних проблем фізичної науки, яка фактично вже в позаминулому столітті перестала відчувати границі держав, націй і народів. Мають бути і майже завжди є національними культура і мистецтво, не кажучи вже про мову, а от фізика, як би до цього не ставитись, є об’єктивним і з самого початку загальносвітовим витвором. Тому не буде перебільшенням заявити, що глобалізація, що охопила й інші континенти, почалася в природничих науках задовго до того, як її усвідомили мислителі, філософи, газетярі.

Розповідаючи про фізику ХХ сторіччя, не можна обійти вищезгадану її роль у розвитку техніки та найпередовіших технологій. Проте це далеко не головне або, чесно кажучи, не вся правда. Не менш, і, як на мене, навіть більш важливим є те, що закони фізики, включаючи загальні закони про будову простору-часу, заклали основи послідовного і передбачуваного розуміння законів хімії, геології, механіки, матеріалознавства тощо. З іншого боку, фізика є світоглядною наукою і в перспективі має стати – в це вірять навіть затяті біологи – вирішальною ланкою в проникненні у не до кінця зрозумілі і поки що не формалізовані закони живої матерії.

Звичайно, фізики впевнені, що фізика і далі  буде головною силою науково-технічного прогресу. І якщо квантова теорія – фундамент фізики – дійсно є вершиною сучасного пізнання, то, щоб уявити або спрогнозувати, яким шляхом вона розвиватиметься у майбутньому, треба виз-

начити, які події у фізиці найбільше вплинули на хід ХХ століття. Зрозуміло, що у різних фахівців свій “гамбурзький рахунок”, тому такі переліки можуть досить суттєво різнитися. Але я дотримуюсь думки видатних фізиків сучасності – єдиного двічі лауреата Нобелівської премії за відкриття в галузі фізики американського теоретика Дж.Бардіна і Нобелівського лауреата російського експериментатора Ж.І.Алфьорова. Вони серед багатьох можливих виділили три визначальні події.

Перша – це відкриття у 1938 році штучного ділення ядер, зроблене німецьким хіміком О.Ганом, який вимірював особливості розсіяння нейтронів на урані. З отриманих, що стали вкрай важливими, даних розпаду уранових ядер дослідникам швидко стала зрозумілою принципова можливість ядерних вибухових процесів, які, будучи надпотужними, у некерованому режимі лягли в основу створеної незабаром ядерної зброї, а у керованому – визначають корисну роботу ядерної техніки, найбільш відомим пересічним громадянам творінням якої є атомні електростанції. Наявність ядерної зброї або ядерної енергетики є тепер одним із найголовніших чинників, за якими можна оцінювати воєнний або промисловий потенціал тієї чи іншої держави.

Вважаю, не варто залишати поза увагою молоді і такі науково-історичні факти, що перша у світі атомна бомба була підірвана американцями влітку 1945 року, а перша працююча атомна станція була збудована в Радянському Союзі у 1955 році. Досить скоро атомної зброї стало так багато, що це стало загрозою миру, тому різні країни з її надлишком дійшли висновку про обмеження проектування і виробництва нових атомних виробів воєнного спрямування. Що стосується атомних станцій, то, навпаки, вони стали широко використовуватися в електроенергетиці і тут спостерігається постійне зростання їх кількості. Зараз є країни, зокрема Україна, де ядерна складова у виробництві електроенергії досягла або перебільшує тепло- і гідроелектричну складові, а тим більше внесок від так званої альтернативної електрики (приміром, вітрової або сонячної).

Проте після чорнобильської катастрофи (причини якої остаточно, між іншим, так і не оприлюднені) ставлення нашої громадськості до ядерного способу видобування електричної енергії, який загрожує екологічними потрясіннями, достатньо складне і несприятливе. Тим не менш, абсолютна більшість (у тому числі, вітчизняних) фізиків-ядерників і енергетиків не сумніваються, що в найближчій перспективі людству не вдасться відійти від інтенсивного розвитку цієї галузі, оскільки традиційні та найширше використовувані джерела енергії – вугілля, нафта і газ – у цілому, хоча і по-різному в часі, обмежені. З цього однозначно випливає, що ядерна фізика і ядерна техніка мають залишатися серед пріоритетів наукової галузі, якщо люди збираються збільшувати споживання енергії. А на це вказують і історія, і сьогодення, і наявні тенденції розвитку всіх сфер життєдіяльності людства. Тому роль КПІ, де готуються фахівці відповідного профілю, впевнений, тільки зростатиме.

Що ж до термоядерного способу виробництва енергії, або, як кажуть популяризатори і фантасти, створення штучного Сонця на Землі, то ця проблема в повному обсязі ще не розв’язана і навіть приблизно назвати термін, за який це станеться, не наважується ніхто. Попри наукові та прикладні успіхи в цьому напрямі, в якому, зазначу, Україна посідає одне з чільних місць, спеціалісти з різних країн, будучи впевненими у принциповій здійсненності штучного, або керованого, термоядерного синтезу у промислових масштабах, тим не менш вважають, що запуск економічно вигідного термоядерного реактора відбудеться не раніше середини ХХІ сторіччя. Тому і з цієї причини можна припустити, що на “звичайний” ядерний спосіб отримання енергії залишається ще досить багато часу.

Здійснюються інтенсивні пошуки й інших варіантів. Так, не виключено, що будуть створені матеріали, завдяки яким відкриється шлях до дешевого використання самої сонячної енергії, хоча зараз жоден серйозний фахівець також не стане прогнозувати, коли і як фізики і хіміки впораються з складною матеріалознавчою проблемою накопичення енергії Сонця, яка безперебійно і в значних кількостях поступає на Землю, до того ж економічно прийнятного рівня. З огляду на такий стан проблеми утилізації і перетворення сонячної енергії в електричну знову можна із впевненістю передбачати, що фундаментальні ядерні дослідження в аспекті подальшого вдосконалення і збільшення безпеки виробництва електроенергії залишатимуться одними з найактуальніших упродовж, як мінімум, першої половини ХХІ століття, а може й далі. Тому фізики, технологи й інженери приділятимуть цим проблемам першорядну увагу. Важливим обіцяє бути й медичне застосування ядерних процесів на потребу людям, оскільки складає один з ефективних засобів боротьби з багатьма невиліковними хворобами.

Друга з трьох найважливіших фізичних подій століття відбулася у грудні 1947 року, коли американські фахівці, що вели дослідження в одній з лабораторій фірми Bell, Дж.Бардін, У.Браттейн і У.Шоклі відкрили транзисторний ефект. Справа в тому, що на той час значного розвитку зазнали радіотехніка і радіолокація, де на зміну ламповим підсилювачам прийшли кристалічні, основою яких служили напівпровідникові середовища. Цікаво, що метою дослідників, які вивчали можливості застосування цих кристалів, була фундаментальна перевірка працездатності квантової теорії в твердих тілах, у першу чергу – напівпровідниках. Проте, як розпорядилася історія, основним результатом роботи групи стало дещо інше: винахід германієвого підсилювача, або точкового транзистора. А після того, як експериментально було доведено, що головним при цьому є інжекція, або вприскування, носіїв до германію, фізики здогадались, який принцип треба покласти в основу створення напівпровідникової техніки. Власне, так і сталося, і явище інжекції визначає роботу переважної більшості напівпровідникових, включаючи обчислювальні, приладів, де використовуються p-n-переходи. Між іншим, на ньому “зросла” і вся сучасна побутова техніка.

Корисно також знати, що перша інтегральна схема – два транзистори, декілька конденсаторів і опір – була зібрана вручну на одному кристалі діаметром близько 2 см у 1959 році. Тепер же в сучасних інтегральних схемах того ж розміру розташовується до 100 мільйонів транзисторів і вони набагато економніші – питома потужність кожного зменшена приблизно в 100 тисяч разів! Такі неочікувані зміни відбулися всього за 40-50 років, коли основними лозунгами прогресу були і, значною мірою, ще зберігаються такі: менше, швидше, дешевше. Мікроелектроніка і інформаційна техніка, без яких неможливо уявити наше теперішнє життя і фахівці з яких, що важливо знати і новим, і майбутнім студентам, готуються на кількох факультетах і кафедрах КПІ, стали не лише найбільш яскравими виразниками науково-технічного прогресу, а ще й галузями промисловості, де зайнято до 50% працездатного населення технологічно розвинутих країн. Проте проторований шлях поступового зменшення розмірів до мікронів та поліпшення роботи транзисторів себе вже по суті вичерпує, і на шляху проникнення в галузь справжніх нанорозмірів стоїть питання про принципово нові фізичні принципи, технології та елементну базу. Якщо таке дійсно станеться, то це насправді буде електроніка нового покоління, а фактично – квантова наноелектроніка. Можливо, її прообразом стане молекулярна електроніка, де активними робочими елементами мають виступати окремі молекули. Вона знаходиться ще на етапі пошукових досліджень, інтенсивно розвивається, вже має певні досягнення, але розповідь про неї вимагає спеціальної статті із залученням фахівців КПІ.

Нарешті, третьоюі ще однією вирішальною фізичною подією ХХ століття стало, на мій погляд, створення лазера.

Підкреслю, що мова йде лише про найвидатніші події саме у фізиці. Бо якщо б мене спитали про три найбільші наукових відкриття ХХ століття, то мій вибір був би дещо іншим: як і вище, це створення квантової механіки, а крім цього – розкриття генетичного коду та винахід комп’ютерів (насамперед, персональних). Але аналіз цих відкриттів виходить за рамки даної статті. Можна тільки пишатися, що фізика і фізики тут теж були на провідних ролях, оскільки квантова механіка є розділом фізики, генетичний код розгадав фізик-теоретик (між іншим, одесит за народженням і дитинством) Г.Гамов, а обчислювальну техніку неможливо уявити без фізичного матеріалознавства.

Що ж стосується історії лазера, то вона є цікавою і повчальною. Все розпочалося у 1917 році, коли А.Ейнштейн, який, маючи на увазі пояснити розподіл густини випромінювання нагрітими тілами (і, скоріше за все, зовсім не уявляючи собі лазери, але знаючи про атом Бора), висловив припущення щодо наявності поряд із так званими спонтанними також і стимульованих оптичних атомних переходів. Пройшло ще кілька десятиліть до того моменту, коли у 1957-58 роках радянські дослідники й майбутні Нобелівські лауреати О.М.Прохоров і його учень М.Г. Басов змогли, спираючись на ідею про стимульоване (інколи кажуть – вимушене) випромінювання, теоретично сформулювати принцип підсилення електромагнітних хвиль і винайшли такий підсилювач у радіочастотному діапазоні хвиль – мазер.

Пізніше у США, виходячи з того ж принципу, був запущений перший підсилювач в оптичному діапазоні, або лазер. З того часу мазери і лазери отримали дуже широке застосування – наукове, технологічне, медичне і, що гріха таїти, воєнне – всі вони також широко представлені і розробляються у відповідних навчальних і дослідницьких підрозділах КПІ! А ще одне – інформаційне – народилося після надзвичайно важливого досягнення, яким виявилася технологія створення напівпровідникових гетероструктур. Перші були вирощені Ж.І.Алфьоровим у 1967 році з цілком конкретною метою, в успіх якої мало хто вірив, – мати хімічно різні шари в єдиному монокристалі, а не в шаровій композиції, що принципово і що саме і було відзначено Нобелівською премією. Не пройшло і трьох років, як засвітив напівпровідниковий лазер, де накачкою служить легко керований електричний струм. Нині такі лазерні мультишарові елементи з найрізноманітніших складових стали серцем волоконно-оптичного зв’язку, що забезпечує мільйони телефонних розмов одночасно. Близько 100 мільйонів оптичних кабелів опоясують земну кулю, їх кількість невпинно зростає, а якість – особливо перешкодостійкість – поліпшується. Крім того, лазерні напівпровідникові мікропристрої, що конструюються в нашому університеті, служать “голками”, що знімають звук і зображення з лазерних дисків.

У цілому, незважаючи на незаперечні і численні досягнення, можна бути впевненим, що квантова теорія твердого тіла є і ще довго залишатиметься основою подальшого науково-технічного прогресу, а відповідні фахівці – випускники КПІ – без роботи не сидітимуть. Створенням нових матеріалів, а потім і збиранням з них мікросхем і, насамкінець, всюди необхідних пристроїв, фактично щоденно перевіряються квантові закони. Вони постійно в дії, бо технології невпинно вдосконалюються, перетворюючись у нанотехнології, і, наприклад, вже існує, хоча і в одиничних екземплярах, надпрецезійне обладнання зі структурного дизайну. За його допомогою фізики і інженери-дослідники навчилися складати атоми різних елементів у наперед заданому порядку і буквально почастинково будувати штучні композиції, які самі по собі в природі не зустрічаються. З’явився навіть термін “лабораторія-на-кристалі”, який відображає саме таке моделювання наноструктур. Зрозуміло, що їх властивості можуть бути вельми непередбачуваними, що відкриває перспективу для глибоких і всебічних їх досліджень. Важливо лише розуміти, що з точки зору фізики розмір не має якогось відокремленого змісту – важливі лише фізичні ефекти. Попри таке зауваження, це дуже важлива і багатообіцяюча галузь фізичного (а фактично – квантового) матеріалознавства, яке давно вийшло на шлях служіння людині, хоча ще не може похвалитися виробництвом масових виробів.

Інший приклад: один з новітніх приладів останнього часу – лазер на так званих квантових напівпровідникових точках. Кожна з них може складатися з кількох сотень атомів, зміною кількості або формою укладки яких можна змінювати частоту випромінювання, а отже мікроскопічний за розмірами об’єкт матиме багатокольоровий спектр світіння. В цілому ж будівництво подібних нанооб’єктів являє собою, образно кажучи, “квантову алхімію”. Не викликає сумнівів, що її розвиток складає першочергове завдання для національних лабораторій, академій, університетів.

Додам, що квантові точки – дуже нестандартні утворення. Їх можна конструювати атом-до-атома, а можна вирощувати шляхом молекулярно-пучкової епітаксії. Саме точки, на думку деяких експертів, є прообразом нових типів транзисторів. Справа в тому, що основна дія останніх спирається на перехід з одного стабільного стану до іншого. В колективі квантових точок станів більше, а енергетичні бар’єри між ними нижчі. Це означає, що відповідні переходи можуть ініціюватися ліченими електронами. Створення таких транзисторів, безумовно, вимагає нового рівня технологій, які і визначатимуть розвиток напівпровідникової електроніки, що все більше наближається до межі, встановленої самою пані Природою. При цьому роботу будь-якого пристрою, яким може бути і одиночна молекула, визначатимуть одноелектронні процеси, а отже – виключно квантові закономірності. Вони ж змусять працювати лазерні і комп’ютерні компоненти, енергоспоживання яких також стане мізерним, що тотожно гранично ощадливим.

У мене особисто не викликає сумнівів, що розвиток названих галузей фізики у ХХІ столітті, як це сталося у ХХ, продовжуватиме визначати реальний прогрес людства. В той же час багато чого у виборі наукових досліджень стали диктувати ринок і нагальні потреби людства, і все більше уваги приділяється розвитку таких, значною мірою прикладних напрямів, як, наприклад, боротьба із загрозою глобального потепління, міська інфраструктура, технології очищення води, запобігання викидам шахтного метану тощо, а також високоприбуткові швидкодіюча інформаційна електроніка, бездротовий зв’язок, мережеві технології і наноіндустрія. Остання взагалі на очах стає міждисциплінарною і домінуючою, і через 3-5 років, охоплюючи все більше коло проблем, обсяг її світового ринку може, за різними оцінками, перевищити  $ 2-3 трильйони. США вже сьогодні виділяють приблизно $ 10 мільярдів на рік, Китай і Росія по $ 5 мільярдів. Все це, певна річ, не може не враховувати будь-яка молода людина, що починає вчитися і думає про свою майбутню (у тому числі, фінансову) успішність. Остання, у мене немає сумнівів, може бути досягнута лише на базі передової освіти, що готує і до наукової діяльності.

Але, знову треба підкреслити, сучасна наука не зводиться і не може зводитись лише до досліджень, що швидко і багаторазово окупаються, і природна цікавість людини буде спонукати її до нових і нових пошуків, єдиним самодостатнім наслідком яких буде виключно пізнання. При цьому питання про корисні застосування отриманого знання можуть взагалі не виникати. Мова, звичайно, йде про природничі науки, які відрізняються не лише змістом (що очевидно), а ще й “виходами на зовнішній світ”. Для кожної з них ситуація дійсно різна, оскільки деякі науки – скажімо, про Землю або хімія, біологія, медицина – легко знаходять споживача. А от відкриття в астрономії, космології, фізиці високих енергій, які до того ж майже завжди вимагають надзвичайно коштовного обладнання, прямих зв’язків з нагальними потребами людини, на перший погляд, зовсім не передбачають (більше того, науковці про них здебільшого зовсім і не дбають). Прилади для цих фундаментальних дисциплін настільки дорогі, що часто-густо не підйомні і для добре розвинутих країн. Тому популярними – а краще сказати, неминучими – стали спільні дос-

лідження науковців різних країн у міжнародних наукових центрах, гроші в роботу яких одночасно вкладають кілька країн. Тим не менш, виникає слушне питання: ”Навіщо державам витрачати чималі кошти на те, що не дає безпосередньої вигоди і чому б не розвивати лише прикладні галузі, відносно швидку і зрозумілу віддачу яких легко пояснити платникам податків?”

На цей законний “запит” мушу сказати наступне. Весь світовий досвід, що має твердо усвідомлювати і студент, вчить: такий шлях є хибним. Достатньо навести лише два аргументи. Перш за все, попри відсутність безпосереднього впровадження, так звані побічні результати, або непряме застосування результатів, дуже часто стають неоціненними. Згадаймо хоча б суперкомп’ютери, надпровідні магніти, прискорювачі та детектори різноманітних випромінювань, томографи, комп’ютерні мережі, супутниковий зв’язок, Інтернет – все це зароджувалось завдяки виключно фундаментальним фізичним дослідженням. У думаючої людини це подиву не викликає – фізики вже давно працюють на межі можливого, стандартних, адекватних поставленим цілям, приладів не існує і їх необхідно створювати “під задачу”. Найсвіжіший яскравий приклад – будівництво і запуск восени 2008 року Великого адронного колайдера в Міжнародному ядерному центрі (ЦЕРН) в Женеві для спостереження процесів народження і взаємних перетворень нових елементарних частинок. Обсяг отримуваних даних при цьому очікується таким, що сумірний з існуючим у світі, а аналіз відповідної інформації неспроможний зробити жоден серед існуючих суперкомп’ютерів. Спроби знайти спосіб її обробки привели до створення відсутнього раніше обчислювального Інтернету, який отримав назву грід-технології. Колайдер ще не вийшов на повну потужність, а грід-обчислення вже застосовуються не тільки фізиками і математиками-обчислювачами, а й фармакологами при синтезі нових речовин для ліків, економістами для оцінок роботи підприємств, метеорологами при прогнозах погоди, геофізиками при з’ясуванні ризиків землетрусів, екологами при визначенні ступеня забруднення навколишнього середовища парниковими газами внаслідок роботи паливно-енергетичних компаній та використання транспорту. Очевидно, що будуть і нові використання. Приємно лише відзначити, що непогана грід-мережа вже є і працює в Україні, об’єднуючи обчислювальні кластери НАН України, КНУ ім. Тараса Шевченка, НТУУ “КПІ” і ЦЕРНу (Швейцарія).

Ще одним аргументом на користь необхідності підтримки фундаментальних напрямів є те, що для ефективного просування прикладних робіт фізичні лабораторії, нехай не пов’язані з відповідною тематикою, виявляються вкрай корисними як для оперативної допомоги в непередбачених ситуаціях, так і попередньої експертизи намірів, яка взагалі відсікає заборонені наукою шляхи, а отже, таким чином, суттєво прискорює і здешевлює прикладні розробки. Нарешті, міжнародна кооперація в галузі фундаментальних досліджень дозволяє будь-якій країні перебувати на найновіших технологічних напрямах і відслідковувати технічні ноу-хау, що теж важливо для збереження своєї конкурентоспроможності в нашому досить жорсткому світі.

Які ж цікаві завдання фундаментальних досліджень можна було б окреслити і сформулювати для молодої людини, яка мріє про фах фізика? Звичайно, їх багато, і, на мою думку, такими, наприклад, є:

  • Чи можуть закони фізики бути уніфіковані?
  • Чи є фундаментальні сталі дійсно сталими?
  • Чи одні ми у Всесвіті?
  • Яка його будова і роль темної енергії – слабо взаємодіючої субстанції, яка пронизує весь простір видимого Всесвіту і відкриття якої стало сенсацією номер один на рубежі ХХ-ХХІ століть?
  • Чи є більш глибокі фізичні принципи, ніж принцип невизначеностей або нелокальності?
  • Звідки приходять промені з ультрависокими енергіями?
  • У чому полягає механізм високотемпературної надпровідності і взагалі чи є обмеження на температуру її появи?
  • Як залежать властивості води від її структури?
  • Що таке скло і скляний стан?
  • Що керує Сонячними циклами?
  • Чому напрям магнітного поля Землі час від часу змінюється?
  • Чому відбуваються землетруси і як їх передбачати?

Ще більше питань постає перед фізикою, коли вона і фізики звертаються до наук про життя і одне, як на мене, з найцікавіших:

Як біомолекули пізнають одна одну?

А взагалі таких питань на межі між фізикою і біологією безліч, і мені здається, що століття, в якому ми перебуваємо, має стати століттям біології, яка все більше перетворюватиметься на фізику живої матерії.

Як було зазначено на початку статті, розвиток техніки, що спирається на наукові відкриття і досягнення фундаментальних досліджень, невпинний. І жодна людина, навіть, припустимо, знаний футуролог, не в змозі передбачити всі перспективи пізнання у повному обсязі, а висловлені мною власні думки спираються лише на відомі мені теперішні здобутки і трошки – на історію фізики.

ХХІ століття тільки розпочалося, і хоча ми всі відчуваємо, що величезний розвиток фізики у попередньому столітті дійсно позначився на якості нашого життя, ми все ще далекі від моменту – і чи настане він? – коли зможемо дійти висновку, що наука взагалі і фізика зокрема себе вичерпали. Я особисто не вірю, що таке взагалі може відбутися. Отже, не буде перебільшенням сказати, що поглиблене з’ясування фізичної природи усього сущого – це центральна проблема природознавства на всі майбутні часи. Роботи вистачить на всіх, хто присвятить своє життя науці та досягненню цієї грандіозної мети.

В.М.Локтєв, зав. кафедри загальної і теоретичної фізики НТУУ “КПІ”, академік НАН України

x

Електронний кампус

Інформаційні ресурси

Викладачі КПІ

GitHub репозиторій