Мир науки Метод. Парадигмы. Творчество.

Современная физика разрабатывает плодотворные математические описания для решения многих фундаментальных исследовательских задач. Среди мощных математических инструментов стоит упомянуть разработку волнового уравнения Э. Шредингера, приспособленного для описания необычного движения электрона. В нем использовано понятие «волновая функция», которая предполагает распределенную в пространстве плотность вероятности нахождения частицы в пространстве-времени (в элементе некоторого объема). Волновая функция стала полезным инструментом, средством количественного исследования микрофизических явлений Она приспособлена для описания в рамках квантовой механики движения свободной частицы с полной энергией Е и импульсом р. Хорошим объектом применения для теории и уравнения Шредингера стала идеальная модель атома водорода.

Средства познания, применяемые в современной науке, в особенности в ее естественнонаучных областях, существенным образом связаны с процессом технизации науки. От развертывания такого процесса зависит новаторский итог развития научного познания в наше время. Показательно в данном отношении формирование новейшей атомной физики и физики атомного ядра. Конечно, лидирующее положение этой области науки сложилось за счет усилий и теоретиков, и экспериментаторов. Но получение фактического материала, стимулировавшего продвижение теоретической мысли, равно как и проверка теоретических выкладок с помощью экспериментов • ширились на развитую техническую базу. Ее создание само требовало новаторских подходов и решений.

В технической области новое рождается в тесном союзе ученых и инженеров. В свою очередь, инженерный кадровый корпус вовлекается в решение научных задач, возникающих в определенных промай пленных областях. Среди таких задач зачастую фигурируют погрешности в проведении уникальных экспериментальных разработок.

Крупным рубежом, обозначившим указанную ситуацию, стало открытие в науке явления радиоактивности (самопроизвольное деление ядер химических элементов, в результате чего идет превращение одних элементов в другие). Для изучения радиоактивности создаются специфические установки. Кроме того, добыча радиоактивных веществ потребовала переработки больших масс природных веществ, что заставило искать и внедрять в эту область деятельности сложные технологии. Создается также новая техника и технология для изучения искусственной радиоактивности.

Так, в экспериментах, проведенных Э. Ферми и Э. Сегре в 1934 г., осуществлялась бомбардировка нейтронами ядер урана. Облученный уран проявлял при этом искусственную радиоактивность, его ядро распадалось на два ядра примерно одинаковой массы. Выяснилось также, что ядра-фрагменты имеют избыточное число нейтронов и потому оказываются в значительной степени нестабильными, сами испускают часть нейтронов. Было установлено также, что при реакции деления урана выделяется очень большое количество энергии.

В итоге была показана возможность цепной реакции деления с высвобождением громадного количества энергии. Под руководством Э. Ферми в 1942 г. в Чикагском университете был построен «атомный котел», в котором впервые осуществлена самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Техническая мысль вместе с учеными продвинулась далее к созданию разных типов реакторов, среди которых более эффективными оказались реакторы-размножители, использующие быстрые нейтроны. Их конструируют так, чтобы в течение нескольких лет реактор-размножитель удваивал исходное количество радиоактивного топлива, заложенного в него вначале.

Для изучения структуры атомов и выяснения особенностей взаимодействия атомных частиц были предложены разнообразные высоковольтные электростатические машины, смысл действия которых - создание электрически заряженных ионов и придание им большой скорости движения в соответствующем электрическом поле, что обеспечивало бомбардировку атомов разных веществ, позволяло экспериментально наблюдать ядерные реакции. Первое высокое напряжение, создающее поток ионов с энергией свыше 1 МэВ, было достигнуто на генераторе Ван-де-Граафа в Вашингтоне. Параллельным путем шло создание нового типа машин - циклотронов, бетатронов, линейных ускорителей, синхрофазотронов. В настоящее время работают ускорители, которые могут разгонять протоны до энергий свыше 1000 ГэВ. Исследования на подобных установках привели к открытию новых химических элементов, которые не наблюдаются в естественных условиях Земли.

Сказанное позволяет сделать вывод о существовании своеобразных зон новизны в современной науке. Возникая в определенное время и при определенных условиях, они обеспечивают поворот науки к решению принципиально новых задач. Причем формулировка таких задач требует оригинального научно-теоретического подхода, а вместе с тем - высокой изобретательности в экспериментальной области и существенного продвижения в промышленно-техническом направлении. Радиоактивность и достижения ядерной физики вошли составными элементами в одну из подобных зон новизны.