Физика в годы Первой мировой войны

Война всегда была движителем науки и техники. Побеждали в ней страны с наиболее развитой наукой, а следовательно, и техникой. Однако любая война нарушает мировое научное развитие и международной связи ученых. Многие важные теоретические исследования приостанавливаются. Важная роль в техническом развитии принадлежат физике. На основе ее разработок и исследований происходит развитие всего технического прогресса. Именно в годы войны физики вовлекались в разработку вопросов, имеющих военное применение и другой отрасли науки, которые казались перспективными в этом отношении.

В годы первой мировой войны ученые-физики работали в области радиофизики для обеспечения устойчивого управления войсками, ультраакустики с целью обнаружения вражеских подводных лодок и др.

Тормозила развитие физики в это время судьба ученых физиков. Молодые ученые были мобилизованы на фронт и погибли. Так,например, погиб талантливый ученый Мозли. В немецком плену оказался сотрудник Резерфорда, который потом стал со временем нобелевским лауреатом Джеймс Чедвик. Резрфорда тоже привлекали к военным исследованиям. В это время он уже приступил к ядерным исследованиям. Их на время пришлось отложить.

Война не затормозила теоретические исследования физиков. Эйнштейн, например, оказался не совсем удачным авиаконструктором, но отличился в создании общей теории относительности и теории световых квантов.

Ученые смотрели в зватрашний день и такие как Зоммерфельд и Эрнефест занялись исследованиями в области атомной физики.

Таким образом, новые отрасли науки: теория относительности и атомная квантовая физика получили свое начальное развитие. Если бы не война- успехи в этой области были реализованы раньше.

Основной проблемой,которая была поставлена перед учеными,была проблема обнаружения подводных лодок. Физики под руководством В. Брэгга предложили метод акустической локации. Но в этой области наиболее высокая заслуга принадлежит французкому физику Ланжевену и русскому ученому Шиловскому. Они представили совместную заявку «Способ и аппараты для направленной подводной сигнализации и для локализации подводных препятствий на расстоянии». В этой заявкеизобретатели предложили воспользоваться для подводной локализации направленным ультразвуковым пучком: «Ультразвуковой пучок… анологичен световому прожектору и может быть точно таким же образом использован либо для сигнализации, либо для обнаружения препятствия путем наблюдения рассеянного или отраженного излучения». Разрабатывая эту идею Ланжвен 17 сентября 1918г. Предложил патентную заявку с кварцевым пьезоэлектрическим излучателем ультразвуковых волн. Предложенная им система содержала:

а) генератор незатухающих электрических колебаний, б)излучатель ультразвуковых волн, включающий кварцевый конденсатор, в) приемник ультразвуковых колебаний с кварцевым конденсатором, г) приемный колебательный контур, д)ламповый усилитель.

Суммируя свое предложение, Ланжвен писал, что его предметом является:

1) Способ испльзования пьезоэлектрических свойств кварца в конденсаторе для преобразования электрических колебаний в упругие колебания той же частоты и, обратно, дающей возможность направленных посылки и приема ультразвуковых волн в воде. Этот способ может применяться для поисков подводных лодок, мин, для защиты кораблей в пути, а так же в области медицины и всюду, где нужны упругие волны высокой частоты

2) Ланжвен заключает, что создание системы приборов, образующей пункт излучения и приема ультразвуковых волн в воде посредством кварцевого конденсатора и включающей: систему,которая производит электрические колебания с постоянной амплитудой или амплитудой, которая периодически изменяется при помощи альтернаторов, дуг или гетеродинных ламп; колебательный контур,который состоит из катушки и кварцевого конденсатора со своим приспособлением для подвешивания и для ориентировки; контур приема, усилитель и гетеродинный передатчики для производства биений.

Метод Ланжвена оказался весьма эффективным для борьбы с немецкими подводными лодками и после войны получил широкое распостранениев физике и технике. Отсюда начала развитие новая отрасль физики- ультраакустика.

Эта заявка была запатентована. Разработки Шиловского применялись не только для поисков подводных лодок и мин, а также в области медицины и всюду, где нужны упругие волны высокой частоты.

В области ультраакустических исследований работала лаборатория,которую возглавлял физик П.Н. Лебедев.

Огромные успехи в этот период сделала радиотехника и радиофизика. Задачей радиотехники было генерирование незатухающих колебаний и избирательного приема электромагнитных волн. Это нашло свое применение в беспроволочной телеграфии.

Военное значение этой задачи и пути развития были сформулированы Максом Вином, который писал « До сего времени в телеграфии без проводов преобладало стремление к достижению передачи на возможно большие расстояния. Практическое их значение весьма ограничено, если не удастся построить отправительную и приемную станцию так, чтобы могли сообщаться только те станции, которые предназначены друг для друга, причем другие станции не могли вызвать никаких действий». Он указывает, что единственный путь к решению этой задачи « заключается в применении резонанса», т.е. в настройке в унисон отправительной и приемной систем.

В цитированной работе « О резонансе в телеграфии без проводов» он изучал избирательные свойства приемных систем, опираясь на теорию связанных колебаний. Эта теория приводит к выводу, что в связанных системах возбуждаются два колебания, разность частот которых зависит от степени связи. При этом период одного из колебаний будет больше любого из периодов вибратора и резонатора, а другой меньше, чем период собственных колебаний любой из этих систем. При этом возникают биения, продолжающиеся во все время колебаний. Вин устанавливает, что изменяя величину связи, можно вызвать либо весьма мощные затухающие колебания, которые передаются на большие расстояния. В итоге своего исследования Вин приходит к выводу, что задача об избирательном телеграфировании без проводов на близкие расстояния теоретически разрешима. Однако он пишет « Возможность практического ее осуществления будет зависеть от того насколько искра является источником затухания первичной цепи отравительной системы и допускает ли введение когерера во вторичную цепь приемной системы возможность острой настройки». Он добавляет: « Все же такая система, основанная на 4-хкратном резонансе, которая заключается в передатчике непостоянную искру, на приемной станции- не менее непостоянный когерер является чувствительным прибором, который способен к функционированию лишь в лабораториях и при том в руках опытных физиков.»

Из этих строк видно, что в начальный период радиопередатчике работала неустойчивая и трудно поддающаяся анализу искра, а в приемнике столь же сложный физически прибор-когерер.

Вин продолжал изучать поведение искры в передатчиках. Ему удалось подметить очень важную особенность искры: сальное возрастание ее сопротивления при очень коротких искровых промежутках. Такие искры он назвал «шипящими». В Данциге он открыл с этими «шипящими искрами новое явление, которое послужило основой конструкции генераторов слабозатухающих колебаний. Вин предлагает применить свой метод к беспроволочной телеграфии.

Метод Вина был сразу оценен в радиотехнике

В Берлине был разработан передатчик под названием «звучащая искра». Искра возникает в специальном разряднике, состоящем из пластин, разделенных кольцом из тонкой слюды. Искры следуют одна за другой в правильной последовательности, что создает характерное звучание. С ее помощью Германия во время войны поддерживала связь с африканскими колоннами и обеспечивала связь между кораблями флота. Сам Вин в начале войны стал руководителем учреждения, имеющего задачей развитие радиотехники. Кроме искры, для получения электрических колебаний не использовалась электрическая дуга. Здесь звук появился вследствие колебаний в цепи конденсатора С, дуги и самоиндукции L.Высота этого звука зависит от собственного периода колебаний системы.

В дальнейшем датчанин Паульсен, охлаждая дугу с помощью газового пламени, возбуждал в высокочастотном колебательном контуре незатухающие колебания. В дальнейшем дуговой генератор совершенствовался: применялось водяное охлаждение медного катода, в то время как анод оставался угольным. Дуга горела в атмосфере водорода или светильного газа.

В период войны проводились значительные работы в области радиотехники. Электронная лампа вытеснила искровые и дуговые генераторы. Элетрическая лампа дала толчок к развитию в послевоенные годы электроники.

Во время войны искровая радиотехника уступила место электронной.

Радиотехника, оптика, акустика и многие другие разделы физики в годы войны моментально находили военные применения. Проф. Аркадьев разработал научно-технические основы газовой борьбы, его жена Глаголева-Аркадьева занималась вопросом о портативных рентгеновских установках для полевых госпиталей.

Во время войны активно работали Франк и Герц. В работах 1914 г. Подробно изучали неупругие удары электронов с молекулами газа. Дальнейшее исследование были прекращены войной.

В это время работал Бор. В 1914-1915 гг. рассматривал теорию врдородных атомов. Важнейшим итогом его работ явилось установление принципа соответствия (1918). В 1915 г. Вильсон, Зоммерфельд начали рассмотрение с точки зрения квантовой теории некруговых орбит. Наибольших успехов добился Зоммерфельд, исследования которого составили ядро его будущей знаменитой книги «Строение атома и спектры». Первое сообщение о своих результатах опубликовал в 1915г в «Известиях Баварской Академии» в Мюнхене. Подробное изложение работы появилось в 1916 г. Под заглавием «К квантовой теории спектральных линий». Работа состояла из 3-х частей. 1)Теория серии Бальмера, 2)Тонкая структура водородных и водородоподобных линий, 3)Теория рентгеновских спектров.

Таким образом мы можем сказать, что в военные годы не прекращалась теоретическая работа. Она углубляла революцию в физике. Работы по теории Бора, Зоммерфельда, Эйнштейна и др., работы по теории относительности и теории квантов Эйнштейна, работы по спектроскопии рентгеновских лучей Мозли, Косселя и др. расширили и углубили классическую физику новыми открытиями и теориями. Послевоенная физика была преимущественно физикой атома. Однако развитие квантовой механики, ядерной физики была подготовлена предыдущим довоенным, а затем уже военным периодом развития физики. Период с 1901 по 1918 гг- это период подготовки советской физики.

физика военный оборонный

Литература

1.П.С. Кудрявцев. История физики. С305-338