Томсон начал свой научный путь с публикации статьи, посвященной электромагнитной теории света. В следующем году появились две работы, одна из которых положила начало электромагнитной теории массы. Статья называлась «Об электрических и магнитных эффектах, производимых движением наэлектризованных тел».
Томсон основал классы-практикумы для студентов-медиков, что резко увеличило число работавших в лаборатории. В 1895 году по инициативе Томсона в Кембридже произошла реформа, согласно которой стали принимать на практику выпускников других университетов после всестороннего тестирования их способностей. После двух лет работы в Кембридже они получали степень бакалавра и удостоверение исследователя. Студенты-исследователи со всего мира приезжали в Кембридж. Среди них были Резерфорд из Новой Зеландии, Таунсенд из Ирландии, Ланжевен из Франции, Вильсон из Австралии и еще многие другие.
В 1893 году Томсон организовал Кавендишское физическое общество. На заседаниях общества обсуждались статьи, готовившиеся к публикации. Такие дискуссии помогали исследователям разрешать некоторые неясности, стимулировали их интерес к экспериментам, а лаборатория стала признанной международной школой физической науки. Здесь начали свой научный путь Резерфорд, Бор, Ланжевен и многие другие ученые. Заслуги многих учеников Томсона стали всемирно признанными.
Научные интересы самого Томсона были сосредоточены изучении прохождение тока через разреженные газы, исследовании катодных и рентгеновских лучей. В чем-то ему удалось предвосхитить идею об эквивалентности массы и энергии как одного из важнейших следствий теории относительности Эйнштейна.
Выдающийся американский физик родился в семье эмигрантов из Минска. С детства питал большой интерес к естественным наукам и проведении экспериментов в домашней лаборатории, демонстрируя домашним и соседям нехитрые химические фокусы. Еще школьником зарабатывал на карманные расходы починкой радиоприемников и решал головоломные математические задачи, изобретая новые способы рассматривать их в целом, избегая громоздких вычислений.
По окончании средней школы в 1935 году успешно поступил в Массачусетский технологический институт и в 1939 году окончил его с дипломом бакалавра по физике. В МТИ, как говорил впоследствии Фейнман в своей нобелевской речи, он впервые осознал, что наиболее важной проблемой того времени было неудовлетворительное состояние квантовой теории электричества и магнетизма – квантовой электродинамики, занимавшейся изучением взаимодействий между элементарными частицами и между частицами и электромагнитным полем.
В 1942 году защитился в Принстонском университете, получив степень доктора философии, продолжив там работать свободным исследователем. В сороковых годах принял самое непосредственное участие в создании ядерного оружия, проведя много уникальных исследований в Лос-Аламосской лаборатории. В пятидесятых годах профессорствовал на кафедрах физики Корнельского университета и Калифорнийского технологического института в Пасадене.
Основные работы Фейнмана связаны со специальными вопросами квантовой электродинамики, квантовой механики и статистической физики. С помощью созданной Фейнманом современной версии квантовой электродинамики успешно удалось преодолеть многие трудности, связанные с применением квантовой механики в теории взаимодействия электронов и других заряженных элементарных частиц с электромагнитным полем. Фейнману удалось разработать оригинальные схемы, иллюстрирующие возможные превращения элементарных частиц, названные «диаграммы Фейнмана».
В 1958 году Фейнман совместно с Гелл-Манном предложил новую количественную теорию слабых взаимодействий, а в 1969 году – новую модель нуклона. В 1972 году он создал полуфеноменологическую картину генерации новых частиц при их столкновениях и создал метод интегрирования по траекториям квантовых объектов. В последние годы он занимался разработкой теории квантованных вихрей в сверхтекучем гелии и настойчиво делал попытки применить методы теории возмущений в задаче квантования гравитационных полей. Кроме всего прочего Фейнман был замечательным педагогом и одним из создателей знаменитого университетского курса лекций по физике.
Нобелевский лауреат 1965 года по физике «За фундаментальный вклад в развитие квантовой электродинамики, имевший глубокие последствия для физики элементарных частиц».
Выдающийся английский инженер-электрофизик родился в Лондоне в семье Томаса Хевисайда, гравера и художника. В раннем детстве потерял слух, поэтому, несмотря на школьные успехи, был вынужден оставить учебу. Самостоятельно освоил основы телеграфии и электротехники, а также немецкий и датский языки.
В 1868 году устроился на работу телеграфистом в Дании, через три года возвратился в Англию на должность старшего телеграфиста в Большой Северной Телеграфной компании. В 1872 году опубликовал первые работы по электричеству, серьезно заинтересовавшие Максвелла, упомянувшего о них во втором издании «Исследования по электричеству и магнетизму». Это вдохновило Хевисайда на дальнейшие исследования, в 1874 году он оставил службу, занявшись исключительно научными изысканиями. В этот период он разработал теорию линий передачи со своими знаменитыми «телеграфными уравнениями», доказав, что емкость телеграфной линии минимизирует затухание и искажение сигнала. В 1880 году исследовал скин-эффект и переработал уравнения Максвелла в терминах векторного анализа из 20 уравнений с 12 переменными к четырем, описывающим движение заряженных частиц и магнитных диполей с электромагнитной индукцией. В те же годы разработал основы операционного исчисления, сведя решение дифференциальных уравнений к обыкновенным алгебраическим уравнениям.
В 1887 году предложил особые катушки индуктивности для коррекции искажений сигналов в трансатлантическом телеграфном кабеле. В 1888–1889 годах вычислил деформацию электрического и магнитного полей вокруг движущегося заряда в различных средах, предсказав излучение Вавилова – Черенкова и предвосхитил понятие релятивистского сокращения Лоренца – Фитцджеральда. В 1889 году, после открытия Томсоном электрона, разработал концепцию электромагнитной массы.
В 1891 году за вклад в математическое описание электромагнитных явлений был принят в Королевское Общество, а в 1905 году стал почетным доктором Геттингена.
В 1902 году теоретически предсказал существование в ионосфере поводящего слоя, позволяющего передавать радиосигналов в обход кривизны земной поверхности. Будучи всю жизнь не в ладах с научным сообществом, в последние годы ученый-самоучка стал весьма эксцентричным, подписывал письма инициалами WORM (червь) и использовал гранитные глыбы вместо домашней мебели. Большая часть признания пришла к нему посмертно.
Глоссарий
Аннигиляция – процесс столкновения частицы и ее античастицы, при котором происходит рождение новых частиц и взрывное выделение энергии, а исходные частицы взаимно уничтожают друг друга.
Античастица – у каждой частицы материи есть соответствующая античастица. При соударении частицы и античастицы происходит их аннигиляция, в результате которой выделяется энергия и рождаются другие частицы.
Атмосфера – газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле и оказывает большое влияние на разные стороны жизни человечества.
Атмосферное электричество – совокупность электрических явлений и процессов в атмосфере. При исследовании атмосферного электричества изучают электрическое поле в атмосфере, ее ионизацию и проводимость, электрические токи в ней, объемные заряды, заряды облаков и осадков, грозовые разряды и многое др. Все проявления атмосферного электричества тесно связаны между собой и на их развитие сильно влияют метеорологические факторы – облака, осадки, метели и т. п. К области атмосферного электричества обычно относят процессы, происходящие в тропосфере – нижнем и стратосфере – верхнем слое атмосферы.
Атом – наименьшая частица каждого химического элемента. Атом состоит из ядра, занимающего крайне незначительную часть общего условного объема и состоящего из нуклонов – протонов и нейтронов, вокруг которых вращаются электроны.
Бета-распад – радиоактивное превращение атомных ядер с генерацией электронов, позитронов, нейтрино и антинейтрино.
Вакуум (вакуумное состояние) – в квантовой физике основное состояние с минимальной энергией, нулевыми импульсом, угловым моментом, электрическим зарядом и другими квантовыми числами квантованных полей. В математической физике используется понятие «математического вакуума», определяемого как состояние, в котором отсутствуют какие-либо реальные частицы и действие на который операторов уничтожения дает нулевой результат. По современным представлением вакуум перенаселен виртуальными частицами, участвующими в виртуальных процессах, проявляющихся в специфических эффектах взаимодействия с реальными частицами.
Векторное поле – физическое поле, состоящее из трех независимых компонент, преобразующихся при поворотах координатных осей или преобразованиях Лоренца как компоненты вектора. Примером векторного поля может служить поле скоростей или электромагнитное поле (описываемое четырехмерным вектор-потенциалом). В квантовой теории поля квантами векторного поля являются векторные частицы с единичным спином. При этом действительному векторному полю соответствует электрически нейтральная частица, а комплексному – заряженная частица и ее античастица с зарядом противоположного знака. По поведению относительно пространственной инверсии с заменой координат векторные поля делят на собственно векторные, меняющие знак при инверсии, и аксиальные, или аксиально-векторные, не меняющие знака.