О том, какой путь в своем развитии прошла физика в послевоенное время, можно судить по достижениям, отмеченным Нобелевскими премиями (прил.1). Это своего рода летопись ежегодных открытий, являющихся теми «кирпичиками», из которых складывалось «здание» современной физики. Нобелевская премия является феноменом ХХ века, поскольку в истории человечества не было и нет награды, которая по престижности и международному авторитету могла бы сравниться с ней(8. с. 190).
По подсчетам автора, за период с 1945 по 2004 год лауреатами Нобелевской премии по физике стали 126 ученых из 16 стран. Из них 70 из США, 10 из Великобритании, 9 из Германии, 5 из Франции, 4 из Японии, 3 из Нидерландов, по 2 ученых из Канады, Италии, Дании, Швеции, Швейцарии и Китая и по одному из Австрии, Ирландии и Пакистана. Этой премии были удостоены и 10 отечественных физиков: в 1958г. она была присуждена П.А.Черенкову, И.М.Франку и И.Е.Тамму, в 1962г. – Л.Д.Ландау, в 1964г. – Н.Г.Басову и А.М.Прохорову, в 1972г. – П.Л.Капице, в 2000г. – Ж.И.Алферову, в 2003г. – В.Л.Гинзбургу и А.А.Абрикосову. Американский физик Д.Бардин, принимавший участие в создании первого транзистора и являющийся одним из авторов микроскопической теории сверхпроводимости, получил Нобелевскую премию дважды: в 1956 и 1972 годах. Пакистанский ученый А.Салам, награжденный в 1979г., стал вторым лауреатом из стран «третьего мира» за всю историю присуждения Нобелевских премий, начиная с 1901г. Первым был в 1930г. индийский физик Ч.Раман. Обращает на себя внимание о тот факт, что только одна премия присуждена за вклад не в квантовую, а в классическую физику. Ее обладателем стал в 1953г. нидерландский физик Ф.Цернике, разработавший фазово-контрастные методы микроскопии и создавший фазово-контрастный микроскоп.
Лидерство американских лауреатов объясняется той политикой, которую проводит правительство США по структурно-технологической перестройке своей экономики. Суть этой политики заключается в техническом переоснащении производства на базе внедрения новейших достижений НТР. Если Япония, промышленность которой начала интенсивно развиваться со второй половины 50-х гг., пошла по пути приобретения за рубежом готовых технологий, то Америка стала развивать собственную науку, увеличив ее финансирование и привлекая зарубежные научные кадры. Такая политика привела к «утечке мозгов» из стран восточной и западной Европы. Американскими учеными стали выпускники Оксфордского и Кембриджского университетов Великобритании, сорбоннских университетов Франции и многих других высших учебных заведений Западной Европы. Ощутимо пополнились ряды американских физиков и за счет отечественных ученых. Но в США готовятся и собственные научные кадры. Среди лучших центров обучения физике можно назвать Гарвардский, Принстонский и Стэнфордский университеты, а также Массачусетский и Калифорнийский технологические институты(8. с. 180).
Характерной чертой физики наших дней стала абстрактность представлений. При описании событий субъядерного мира и мира элементарных частиц используются понятия, не имеющие аналогов в макромире: спин, кварки, бозоны, очарованные частицы, цветовые заряды, странность, правдивость и т.д. В отличие от классической физики, явления микромира не удается описать, не прибегая к четким математическим понятиям. Абстрактные понятия микромира являются неотъемлемой частью математического аппарата квантовой теории поля(9. с. 272). Изменился и взгляд на характер физических явлений. На смену представлениям о линейной линии развития в природе возникла нелинейная физика, охватившая все без исключения разделы физической науки. Современные математические модели – это нелинейные уравнения. Решить их удается только в исключительных случаях, комбинируя численные и аналитические методы(9. с. 358).
Как уже говорилось выше, современная теоретическая физика наряду с классическими представлениями о свойствах материи включает в себя также теорию относительности и квантовую теорию (прил.2). Разработанная А.Эйнштейном релятивистская механика(СТО) широко используется при скоростях движения, соизмеримых со скоростью света. Гравитационная механика(ОТО) предсказала, например, существование таких космических объектов, как черные дыры, являющихся конечной стадией эволюции массивных звезд. Они образуются при катастрофически быстром сжатии под действием гравитационных сил после исчерпания в звезде ядерного горючего. Позднее была установлена граница, определяющая критическую массу звезды, ниже которой она становится белым карликом(Нобелевская премия за 1983г.), и открыт новый тип пульсара(Нобелевская премия за 1993г.). Эйнштейну принадлежит также и заслуга расширения идеи квантов, высказанной М.Планком, на новые области, что показало ее фундаментальное значение в физике. За созданную им теорию фотоэффекта, легшую в основу квантовой оптики, он был удостоен в 1921г. Нобелевской премии.
Квантовая механика – это теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц в заданных внешних полях. Постоянная Планка h=6,63·10-23 Дж·с является тем масштабом природы, который разграничивает области явлений, которые можно описывать классической физикой, от областей, для правильного истолкования которых необходима квантовая теория. Атомная физика, являющаяся одним из разделов квантовой механики, изучает строение и состояние атомов. Ядерная физика – структуру и свойства атомных ядер, а также их взаимопревращения, происходящие в результате радиоактивных распадов и ядерных реакций. К ней тесно примыкает физика элементарных частиц – мельчайших выявленных к этому времени частиц физической материи. Квантовая физика твердого тела и жидкости выявила такие физические явления, как сверхпроводимость (обращение в нуль электрического сопротивления постоянному току и выталкивание магнитного поля) и сверхтекучесть(свойство жидкости протекать без внутреннего трения через узкие щели, капилляры и т.п.). Квантовая механика является наиболее изученным разделом квантовой физики. Ей принадлежит основная часть сделанных к настоящему времени научных открытий. Эти открытия были удостоены Нобелевских премий за 1945-1946, 1948-1952, 1954, 1956-1963, 1966-1973, 1976-1982, 1984-1985, 1987-1988, 1990-1992, 1994-1998, 2000-2003гг.
Квантовая динамика изучает законы движения микрочастиц. Электродинамика – это квантовая теория электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами. Она описывает такие явления, как испускание, поглощение и рассеяние излучения веществом, электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами и др. За создание теории электрослабого взаимодействия американцы Ш.Глэшоу, С.Вайнберг и пакистанец А.Салам в 1979г. получили Нобелевскую премию по физике. Квантовая хромодинамика – это теория взаимодействия частиц, обладающих цветовыми зарядами. Понятие «цвет» было введено для U-кварков советскими физиками Н.Н.Боголюбовым, Б.В.Струминским, А.Н.Тавхелидзе и японским ученым Й.Намбу(9. с. 345). Объединение теории электрослабого взаимодействия и квантовой хромодинамики стало главным триумфом теоретической физики за последние десятилетия ХХ в. Была создана согласованная картина микромира – Стандартная модель фундаментальных частиц и взаимодействий(9. с. 346). Она описала с общих позиций сильное, электромагнитное и слабое взаимодействия, и нет ни одного эксперимента, который бы ей противоречил(9. с. 353). Открытия в области квантовой динамики удостоены Нобелевских премий за 1955, 1965, 1975, 1999 и 2004гг.
Квантовая статистика – это статистическая физика квантовых систем, состоящих из большого числа частиц(5. с. 570).
Исследования в области квантовой физики ознаменовались созданием количественной теории строения атома. Она позволила объяснить атомные спектры. При этом были открыты новые законы движения микрочастиц – законы квантовой механики. По современным представлениям, атом имеет радиус R=10-10 м и состоит из ядра(R=10-14 м) и электронной оболочки. Само атомное ядро состоит из стабильных элементарных частиц двух видов: протонов и нейтронов(их часто называют нуклонами). Устойчивость ядер объясняется тем, что между нуклонами действуют ядерные силы, являющиеся частным случаем сильного взаимодействия элементарных частиц. Сильные взаимодействия – это особый тип взаимодействий, присущий большинству элементарных частиц, оно не сводится только к взаимодействию нуклонов в ядре. Ядерные силы – самые мощные силы из всех, которыми располагает природа.