Τελευταίες εφευρέσεις στη φυσική Βραβείο Νόμπελ. Το Νόμπελ Φυσικής θα απονεμηθεί για τα βαρυτικά κύματα. Λυρική εισαγωγή στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης

Σε μέσα μέσα μαζικής ενημέρωσηςΤην παραμονή της ανακήρυξης των βραβευθέντων του 2017 συζητήθηκαν διάφοροι υποψήφιοι και αυτοί που τελικά πήραν το βραβείο ήταν ανάμεσα στα φαβορί.

Ο Barry Barish είναι κορυφαίος εμπειρογνώμονας στα βαρυτικά κύματα και ένας από τους ηγέτες του Παρατηρητηρίου Gravitational Wave Interferometer Laser (LIGO, που βρίσκεται στις ΗΠΑ).

Και ο Rainer Weiss και ο Kip Thorn στάθηκαν στην αρχή αυτού του έργου και συνεχίζουν να εργάζονται στο LIGO.

Τα βρετανικά μέσα ενημέρωσης θεωρούσαν τον Nicola Spaldin, έναν μακροχρόνιο ερευνητή θεωρίας υλικού στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Τεχνολογικό Ινστιτούτο στη Ζυρίχη, επίσης ισχυρό υποψήφιο. Της πιστώνεται η ανακάλυψη των πολυσιδηρούχων, ενός υλικού με μοναδικό συνδυασμό ηλεκτρικών και μαγνητικών ιδιοτήτων που συνυπάρχουν ταυτόχρονα. Αυτό καθιστά τα υλικά ιδανικά για την κατασκευή γρήγορων και ενεργειακά αποδοτικών υπολογιστών.

Φέτος, ξένα ΜΜΕ ανέφεραν και Ρώσους επιστήμονες στους πιθανούς υποψηφίους για το βραβείο Νόμπελ.

Συγκεκριμένα, αναφέρθηκε στον Τύπο το όνομα του αστροφυσικού, Ακαδημαϊκού της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών Rashid Sunyaev, ο οποίος είναι διευθυντής του Ινστιτούτου Αστροφυσικής της Εταιρείας Max Planck στο Garching (Γερμανία).

Όπως γνωρίζετε, αρκετοί εγχώριοι επιστήμονες έχουν γίνει στο παρελθόν νικητές του βραβείου Νόμπελ στη φυσική. Το 1958, τρεις Σοβιετικοί επιστήμονες το έλαβαν - ο Pavel Cherenkov, ο Ilya Frank και ο Igor Tamm. το 1962 - Lev Landau, και το 1964 - Nikolai Basov και Alexander Prokhorov. Το 1978, ο Πιότρ Καπίτσα κέρδισε το Νόμπελ Φυσικής. Το 2000, το βραβείο απονεμήθηκε στον Ρώσο επιστήμονα Zhores Alferov και το 2003 στους Alexei Abrikosov και Vitaly Ginzburg. Το 2010, το βραβείο πήγε στους Andrey Geim και Konstantin Novoselov, που εργάζονται στη Δύση.

Συνολικά, από το 1901 έως το 2016, το Νόμπελ Φυσικής απονεμήθηκε 110 φορές, ενώ μόνο σε 47 περιπτώσεις το βραβείο πήγε σε έναν μόνο βραβευμένο, σε άλλες περιπτώσεις μοιράστηκε σε αρκετούς επιστήμονες. Έτσι, τα τελευταία 115 χρόνια, 203 άτομα έχουν λάβει το βραβείο - συμπεριλαμβανομένου του Αμερικανού επιστήμονα John Bardeen, ο οποίος έγινε Ο βραβευμένος με Νόμπελστη φυσική δύο φορές - η μοναδική στην ιστορία του βραβείου. Έλαβε για πρώτη φορά το βραβείο από κοινού με τους William Bradford Shockley και Walter Brattain το 1956. Και το 1972, ο Bardeen βραβεύτηκε για δεύτερη φορά - για τη θεμελιώδη θεωρία των συμβατικών υπεραγωγών, μαζί με τους Leon Neil Cooper και John Robert Schrieffer.

Ανάμεσα στους διακόσιους νικητές του βραβείου Νόμπελ φυσικής, υπήρχαν μόνο δύο γυναίκες. Μία από αυτές, η Μαρί Κιουρί, εκτός από το βραβείο φυσικής το 1903, έλαβε και το Νόμπελ Χημείας το 1911. Η άλλη ήταν η Maria Goeppert-Mayer, η οποία βραβεύτηκε από κοινού το 1963 με τον Hans Jensen «για τις ανακαλύψεις τους σχετικά με τη δομή του κελύφους του πυρήνα».

Τις περισσότερες φορές, το βραβείο Νόμπελ απονεμόταν σε ερευνητές στον τομέα της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων.

Ο μέσος όρος ηλικίας των νικητών του βραβείου Νόμπελ στη φυσική είναι τα 55 έτη. Ο νεότερος αποδέκτης αυτής της κατηγορίας είναι ο 25χρονος Lawrence Bragg από την Αυστραλία, ο οποίος μοιράστηκε το βραβείο το 1915 με τον πατέρα του William Henry Bragg για τη συμβολή τους στη μελέτη των κρυστάλλων χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ. Ο γηραιότερος παραμένει ο 88χρονος Ρέιμοντ Ντέιβις Τζούνιορ, στον οποίο απονεμήθηκε το βραβείο το 2002 «για τη δημιουργία της αστρονομίας των νετρίνων». Παρεμπιπτόντως, το Νόμπελ Φυσικής μοιράστηκαν όχι μόνο ο πατέρας και ο γιος του Μπράγκυ, αλλά και ο σύζυγος Μαρί και ο Πολ Κιουρί. ΣΤΟ διαφορετική ώραπατέρες και γιοι έγιναν βραβευθέντες - ο Niels Bohr (1922) και ο γιος του Aage Bohr (1975), Manne Sigbahn (1924) και Kai M. Sigbahn (1981), JJ Thomson (1906) και George Paget Thomson (1937).

Πνευματικά δικαιώματα εικόνας Getty ImagesΛεζάντα εικόνας Όλα τα μετάλλια Νόμπελ έχουν την εικόνα του Άλφρεντ Νόμπελ στον εμπροσθότυπο.

"... και ένα μέρος θα πάει σε αυτόν που έκανε τη σημαντικότερη ανακάλυψη ή εφεύρεση στον τομέα της φυσικής..."

Από τη διαθήκη του Άλφρεντ Νόμπελ.

Η φυσική ήταν το πρώτο πεδίο της επιστήμης που αναφέρεται στη διαθήκη του Νόμπελ. Στα τέλη του 19ου αιώνα, επικρατούσε η άποψη ότι η φυσική ήταν η πιο σημαντική επιστήμη, χάρη στην οποία η ανθρωπότητα θα μπορούσε να κάνει ένα κολοσσιαίο άλμα προς τα εμπρός. Είναι πιθανό ότι ο Άλφρεντ Νόμπελ συμμεριζόταν αυτή την άποψη. Επιπλέον, η δική του επιστημονική έρευνα συνδέθηκε και με τη φυσική.

Στη διαθήκη του, ο Νόμπελ διευκρίνισε ότι το βραβείο φυσικής θα πρέπει να απονέμεται από τη Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών.

Βραβείο Νόμπελ Φυσικής σε αριθμούς

βραβεία φυσικής από το 1901 έως το 2014

47 βραβεία απονεμήθηκαν μόνο σε ένα άτομο

2 βραβευθέντες

Ο νεότερος βραβευμένος ήταν 25 ετών

55 ετών - ΜΕΣΟΣ ΟΡΟΣ ΗΛΙΚΙΑΣβραβευμένος την ημέρα της απονομής

επιτροπή Νόμπελ

Ιδρύθηκε το 1739. Σήμερα αποτελείται από 440 Σουηδούς και 175 ξένους επιστήμονες. Η Ακαδημία διορίζει μέλη της Επιτροπής Νόμπελ για θητεία τριών ετών.

Ποιοι τομείς έχουν κερδίσει τα περισσότερα βραβεία Νόμπελ Φυσικής;

Η Φυσική έχει υποστεί αναμφισβήτητα την πιο δραματική αλλαγή στην ιστορία των βραβείων Νόμπελ.

Μέλος της Επιτροπής Νόμπελ Φυσικής, ο Σουηδός επιστήμονας Έρικ Κάρλσον σημείωσε ότι αυτή η επιστήμη έχει περάσει από την κλασική μηχανική του 19ου αιώνα στην κβαντική μηχανική τον 20ο, ασχολείται με τα πάντα, από τη δομή και τη φύση των στοιχειωδών σωματιδίων μέχρι τη μελέτη του νόμοι που διέπουν το διάστημα, τα ενδιαφέροντά του περιλαμβάνουν τέτοιες ιδιότητες της ύλης, όπως η υπερρευστότητα και η υπεραγωγιμότητα, οι σύγχρονες τεχνολογίες είναι αδύνατες χωρίς αυτό.

«Οι περισσότερες από τις θεμελιώδεις ιδέες που διέπουν τη διαδικασία κατανόησης του κόσμου προτάθηκαν ή μελετήθηκαν από νομπελίστες στη φυσική», είπε ο Carlson.

Ο μεγαλύτερος αριθμός βραβείων στη φυσική απονεμήθηκε για έρευνα σε στοιχειώδη σωματίδια (34), στην πυρηνική φυσική (28), στη φυσική συμπυκνωμένης ύλης (28) και κβαντική μηχανική (11).

Ο πιο διάσημος νομπελίστας όλων των εποχών, των κλάδων και των λαών ήταν ο Άλμπερτ Αϊνστάιν. Το 1921 έλαβε βραβείο Νόμπελστη φυσική - όπως ειπώθηκε, "Για υπηρεσίες στον τομέα της θεωρητικής φυσικής, και ειδικότερα για την ανακάλυψη του φωτοηλεκτρικού φαινομένου."

Μετάλλιο Φυσικής

Όλα τα μετάλλια Νόμπελ έχουν την εικόνα του Άλφρεντ Νόμπελ στον εμπροσθότυπο και μια αλληγορία του αντίστοιχου επιστημονικού κλάδου στην πίσω όψη.

Στο μετάλλιο της φυσικής, αποτυπώνεται μια αλληγορική εικόνα της Φύσης με τη μορφή μιας θεάς που αναδύεται από τα σύννεφα. Στα χέρια της είναι ένας κερατοειδής. Το πρόσωπό της καλύπτεται με ένα πέπλο, το οποίο σηκώνει η αλληγορία της Επιστήμης.

Η επιγραφή στα λατινικά γράφει: «Inventas vitam juvat excoluisse per artes». Αυτή η γραμμή είναι παρμένη από το ποίημα του Βιργίλιου «Αινειάδα» και σε χονδρική μετάφραση ακούγεται κάπως έτσι: «Και εκείνοι που βελτίωσαν τη ζωή στη Γη με τις νέες δεξιότητές τους».

Το μετάλλιο φιλοτέχνησε ο Σουηδός γλύπτης Erik Lindberg.

Στη Σοβιετική Ένωση, οι περισσότεροι νικητές του βραβείου Νόμπελ ήταν στη φυσική - 11 άτομα, μεταξύ των οποίων οι Lev Landau, Pyotr Kapitsa, Alexei Abrikosov και Vitaly Ginzburg.

Rainer Weiss, Barry Barish και Kip Thorne

Η Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών ανακοίνωσε τους νικητές του Νόμπελ Φυσικής 2017. Το βραβείο θα απονεμηθεί στους Rainer Weiss (μισό βραβείο), Barry Barish και Kip Thorne με τη διατύπωση "για καθοριστικές συνεισφορές στον ανιχνευτή LIGO και για την παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων". Η επίσημη απονομή των βραβείων και των μεταλλίων θα γίνει τον Δεκέμβριο, μετά από καθιερωμένες διαλέξεις. Η ανακοίνωση του νικητή μεταδόθηκε ζωντανά από την ιστοσελίδα της Επιτροπής Νόμπελ.

Οι Weiss, Thorne και Barish θεωρούνται από τους πιο πιθανούς υποψηφίους για το Νόμπελ Φυσικής από το 2016, όταν οι συνεργασίες LIGO και VIRGO ανακάλυψαν βαρυτικά κύματα από τη συγχώνευση δύο μαύρων τρυπών.

Ο Rainer Weiss έπαιξε βασικό ρόλο στην ανάπτυξη του ανιχνευτή, ενός τεράστιου συμβολόμετρου με εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα θορύβου. Ο φυσικός ξεκίνησε τη σχετική εργασία στη δεκαετία του 1970, δημιουργώντας μικρά πρωτότυπα συστήματα στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης. Λίγα χρόνια αργότερα, δημιουργήθηκαν πρωτότυπα συμβολομέτρων στο Caltech υπό τη διεύθυνση του Kip Thorne. Αργότερα φυσικοί ένωσαν τις δυνάμεις τους.

Διάγραμμα του βαρυτικού παρατηρητηρίου LIGO

Ο Barry Barish μετέτρεψε μια μικρή συνεργασία μεταξύ MIT και Caltech σε ένα τεράστιο διεθνές έργο - LIGO. Ο επιστήμονας ηγήθηκε της ανάπτυξης του έργου και της δημιουργίας ανιχνευτών από τα μέσα της δεκαετίας του 1990.

Το LIGO είναι δύο βαρυτικά παρατηρητήρια που απέχουν μεταξύ τους 3.000 χιλιόμετρα. Κάθε ένα από αυτά είναι ένα συμβολόμετρο Michelson σε σχήμα L. Αποτελείται από δύο εκκενωμένους οπτικούς βραχίονες μήκους 4 χλμ. Η δέσμη λέιζερ χωρίζεται σε δύο εξαρτήματα που διέρχονται από τους σωλήνες, ανακλώνται από τα άκρα τους και συνδυάζονται ξανά. Εάν το μήκος του βραχίονα έχει αλλάξει, αλλάζει η φύση της παρεμβολής μεταξύ των δοκών, η οποία καθορίζεται από τους ανιχνευτές. Η μεγάλη απόσταση μεταξύ των παρατηρητηρίων καθιστά δυνατό να δούμε τη διαφορά στον χρόνο άφιξης των βαρυτικών κυμάτων - από την υπόθεση ότι τα τελευταία διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός, η διαφορά χρόνου άφιξης φτάνει τα 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Δύο ανιχνευτές LIGO

Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για την αστρονομία των βαρυτικών κυμάτων και το μέλλον της στο υλικό μας "".

Το 2017, το μέγεθος του βραβείου Νόμπελ αυξήθηκε κατά ένα εκατομμύριο σουηδικές κορώνες - κατά 12,5 τοις εκατό ταυτόχρονα. Τώρα είναι 9 εκατομμύρια κορώνες ή 64 εκατομμύρια ρούβλια.

Οι νικητές του Νόμπελ Φυσικής 2016 είναι οι θεωρητικοί Duncan Haldane, David Thouless και Michael Kosterlitz. Αυτά τα φαινόμενα περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, το ακέραιο φαινόμενο Hall: ένα λεπτό στρώμα μιας ουσίας αλλάζει την αντίστασή του σταδιακά με μια αύξηση της επαγωγής που εφαρμόζεται σε αυτό. μαγνητικό πεδίο. Επιπλέον, η θεωρία βοηθά στην περιγραφή της υπεραγωγιμότητας, της υπερρευστότητας και της μαγνητικής διάταξης σε λεπτά στρώματα υλικών. Είναι ενδιαφέρον ότι τη βάση της θεωρίας έθεσε ο Σοβιετικός φυσικός Βαντίμ Μπερεζίνσκι, αλλά, δυστυχώς, δεν έζησε για να δει το βραβείο. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για αυτό στο υλικό μας "".

Βλαντιμίρ Κορόλεφ

Με τη διατύπωση " για θεωρητικές ανακαλύψεις μεταπτώσεων τοπολογικών φάσεων και τοπολογικών φάσεων της ύλης". Πίσω από αυτή τη φράση, κάπως αόριστη και ακατανόητη για το ευρύ κοινό, κρύβεται ένας ολόκληρος κόσμος επιδράσεων που δεν είναι ασήμαντες και εκπλήσσουν ακόμη και για τους ίδιους τους φυσικούς, στη θεωρητική ανακάλυψη της οποίας οι βραβευθέντες έπαιξαν βασικό ρόλο τη δεκαετία 1970-1980. Φυσικά, δεν ήταν οι μόνοι που συνειδητοποίησαν τότε τη σημασία της τοπολογίας στη φυσική. Έτσι, ο Σοβιετικός φυσικός Vadim Berezinsky, ένα χρόνο πριν από τον Kosterlitz και τον Thouless, έκανε, στην πραγματικότητα, το πρώτο σημαντικό βήμα προς τις μεταβάσεις τοπολογικών φάσεων. Δίπλα στο όνομα του Haldane θα μπορούσαν να τεθούν και πολλά άλλα ονόματα. Αλλά όπως και να έχει, και οι τρεις βραβευθέντες είναι σίγουρα εμβληματικές φιγούρες σε αυτόν τον κλάδο της φυσικής.

Λυρική εισαγωγή στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης

Το να εξηγήσουμε με προσιτά λόγια την ουσία και τη σημασία των έργων για τα οποία βραβεύτηκε το Νόμπελ Φυσικής 2016 δεν είναι εύκολη υπόθεση. Όχι μόνο τα ίδια τα φαινόμενα είναι πολύπλοκα και, επιπλέον, κβαντικά, είναι επίσης ποικίλα. Το βραβείο απονεμήθηκε όχι για μια συγκεκριμένη ανακάλυψη, αλλά για μια ολόκληρη λίστα πρωτοποριακών έργων που ενθάρρυναν την ανάπτυξη μιας νέας κατεύθυνσης στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης τις δεκαετίες του 1970 και του 1980. Σε αυτά τα νέα, θα προσπαθήσω να πετύχω έναν πιο μετριοπαθή στόχο: να εξηγήσω με μερικά παραδείγματα ουσίαγια το τι είναι η μετάβαση τοπολογικής φάσης και μεταφέρετε την αίσθηση ότι αυτό είναι ένα πραγματικά όμορφο και σημαντικό φυσικό αποτέλεσμα. Η ιστορία θα αφορά μόνο το μισό του βραβείου, αυτό στο οποίο αποδείχθηκαν οι Kosterlitz και Thouless. Το έργο του Haldane είναι εξίσου συναρπαστικό, αλλά ακόμη λιγότερο γραφικό, και θα χρειαζόταν αρκετά μεγάλη ιστορία για να το εξηγήσω.

Ας ξεκινήσουμε με μια γρήγορη εισαγωγή στον πιο εκπληκτικό κλάδο της φυσικής - τη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης.

Ένα συμπυκνωμένο μέσο είναι, στην καθημερινή γλώσσα, όταν πολλά σωματίδια του ίδιου τύπου ενώνονται και επηρεάζουν έντονα το ένα το άλλο. Σχεδόν κάθε λέξη εδώ είναι το κλειδί. Τα ίδια τα σωματίδια και ο νόμος της μεταξύ τους αλληλεπίδρασης πρέπει να είναι του ίδιου τύπου. Μπορείτε να πάρετε πολλά διαφορετικά άτομα, παρακαλώ, αλλά το κύριο πράγμα είναι ότι αυτό το σταθερό σύνολο επαναλαμβάνεται ξανά και ξανά. Πρέπει να υπάρχουν πολλά σωματίδια. μια ντουζίνα ή δύο δεν είναι ακόμη ένα συμπυκνωμένο μέσο. Και, τέλος, θα πρέπει να επηρεάζουν έντονα ο ένας τον άλλον: να σπρώχνουν, να τραβούν, να παρεμβαίνουν ο ένας στον άλλον, ίσως να ανταλλάσσουν κάτι μεταξύ τους. Ένα εξευγενισμένο αέριο δεν θεωρείται συμπυκνωμένο μέσο.

Η κύρια αποκάλυψη της φυσικής της συμπυκνωμένης ύλης: με τόσο απλούς «κανόνες του παιχνιδιού» αποκάλυψε έναν ατελείωτο πλούτο φαινομένων και εφέ. Τέτοια ποικιλία φαινομένων δεν προκύπτει καθόλου λόγω της ετερόκλητης σύνθεσης - τα σωματίδια είναι του ίδιου τύπου - αλλά αυθόρμητα, δυναμικά, ως αποτέλεσμα συλλογικά αποτελέσματα. Πράγματι, δεδομένου ότι η αλληλεπίδραση είναι ισχυρή, δεν έχει νόημα να κοιτάξουμε την κίνηση κάθε ατόμου ή ηλεκτρονίου, επειδή επηρεάζει αμέσως τη συμπεριφορά όλων των πλησιέστερων γειτόνων, και ίσως ακόμη και των μακρινών σωματιδίων. Όταν διαβάζεις ένα βιβλίο, σου «μιλάει» όχι με μια διασπορά μεμονωμένων γραμμάτων, αλλά με ένα σύνολο λέξεων που συνδέονται μεταξύ τους, σου μεταφέρει μια σκέψη με τη μορφή μιας «συλλογικής επίδρασης» γραμμάτων. Ομοίως, ένα συμπυκνωμένο μέσο «μιλάει» τη γλώσσα των σύγχρονων συλλογικών κινήσεων, και καθόλου για τα μεμονωμένα σωματίδια. Και αυτά τα συλλογικά κινήματα, αποδεικνύεται, έχουν τεράστια ποικιλία.

Το τρέχον βραβείο Νόμπελ αναγνωρίζει το έργο των θεωρητικών για την αποκρυπτογράφηση μιας άλλης «γλώσσας» στην οποία η συμπυκνωμένη ύλη μπορεί να «μιλήσει» - τη γλώσσα τοπολογικά μη τετριμμένες διεγέρσεις(τι είναι - ακριβώς από κάτω). Αρκετά συγκεκριμένα φυσικά συστήματα στα οποία προκύπτουν τέτοιου είδους διεγέρσεις έχουν ήδη βρεθεί, και οι βραβευθέντες έχουν συνεισφέρει σε πολλά από αυτά. Αλλά το πιο σημαντικό είναι εδώ συγκεκριμένα παραδείγματα, αλλά το ίδιο το γεγονός ότι αυτό συμβαίνει και στη φύση.

Πολλά τοπολογικά φαινόμενα στη συμπυκνωμένη ύλη επινοήθηκαν για πρώτη φορά από θεωρητικούς και φαινόταν να είναι απλώς μια μαθηματική φάρσα, που δεν σχετίζεται με τον κόσμο μας. Στη συνέχεια, όμως, οι πειραματιστές ανακάλυψαν πραγματικά περιβάλλοντα στα οποία παρατηρούνται αυτά τα φαινόμενα - και μια μαθηματική φάρσα ξαφνικά δημιούργησε μια νέα κατηγορία υλικών με εξωτικές ιδιότητες. Η πειραματική πλευρά αυτού του κλάδου της φυσικής βρίσκεται τώρα σε άνοδο και αυτή η ραγδαία ανάπτυξη θα συνεχιστεί και στο μέλλον, υποσχόμενοι μας νέα υλικά με προγραμματισμένες ιδιότητες και συσκευές που βασίζονται σε αυτά.

Τοπολογικές διεγέρσεις

Ας εξηγήσουμε πρώτα τη λέξη «τοπολογικό». Μην φοβάστε ότι η εξήγηση θα ακούγεται σαν καθαρά μαθηματικά. η σύνδεση με τη φυσική θα προκύψει στην πορεία.

Υπάρχει ένας τέτοιος κλάδος των μαθηματικών - η γεωμετρία, η επιστήμη των σχημάτων. Εάν το σχήμα του σχήματος παραμορφωθεί ομαλά, τότε, από την άποψη της συνηθισμένης γεωμετρίας, το ίδιο το σχήμα αλλάζει. Αλλά τα στοιχεία έχουν Γενικά χαρακτηριστικά, τα οποία παραμένουν αναλλοίωτα κατά την ομαλή παραμόρφωση, χωρίς σπασίματα και κόλληση. Αυτό είναι το τοπολογικό χαρακτηριστικό του σχήματος. Το πιο διάσημο παράδειγμα τοπολογικού χαρακτηριστικού είναι ο αριθμός των οπών σε ένα τρισδιάστατο σώμα. Ένα φλιτζάνι τσαγιού και ένα κουλούρι είναι τοπολογικά ισοδύναμα, και τα δύο έχουν ακριβώς μια τρύπα, και επομένως η μία φιγούρα μπορεί να μετατραπεί σε άλλη με ομαλή παραμόρφωση. Μια κούπα και ένα ποτήρι διαφέρουν τοπολογικά γιατί το ποτήρι δεν έχει τρύπες. Για την εμπέδωση του υλικού, προτείνω να εξοικειωθείτε με την εξαιρετική τοπολογική ταξινόμηση των γυναικείων μαγιό.

Άρα, το συμπέρασμα είναι: οτιδήποτε μπορεί να αναχθεί μεταξύ τους με μια ομαλή παραμόρφωση θεωρείται τοπολογικά ισοδύναμο. Δύο σχήματα που δεν μπορούν να μετατραπούν μεταξύ τους με ομαλές αλλαγές θεωρούνται τοπολογικά διαφορετικά.

Η δεύτερη λέξη για την εξήγηση είναι «ενθουσιασμός». Στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης, διέγερση είναι κάθε συλλογική απόκλιση από μια «νεκρή» ακίνητη κατάσταση, δηλαδή από μια κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας. Για παράδειγμα, χτυπήθηκε ένας κρύσταλλος, ένα ηχητικό κύμα έτρεξε κατά μήκος του - αυτή είναι μια ταλαντευτική διέγερση του κρυσταλλικού πλέγματος. Οι διεγέρσεις δεν χρειάζεται να είναι αναγκασμένες, μπορούν να προκύψουν αυθόρμητα λόγω μη μηδενικής θερμοκρασίας. Το συνηθισμένο θερμικό τρέμουλο ενός κρυσταλλικού πλέγματος είναι, στην πραγματικότητα, πολλές δονητικές διεγέρσεις (φωνόνια) με διαφορετικά μήκη κύματος που υπερτίθενται το ένα πάνω στο άλλο. Όταν η συγκέντρωση των φωνονίων είναι υψηλή, συμβαίνει μια μετάβαση φάσης, ο κρύσταλλος λιώνει. Γενικά, μόλις καταλάβουμε ως προς τις διεγέρσεις που πρέπει να περιγράφεται μια δεδομένη συμπυκνωμένη ύλη, θα έχουμε ένδειξη για τις θερμοδυναμικές και άλλες ιδιότητές της.

Τώρα ας συνδυάσουμε δύο λέξεις. Ένα ηχητικό κύμα είναι ένα παράδειγμα τοπολογικά ασήμαντοςεξέγερση. Αυτό ακούγεται έξυπνο, αλλά στη φυσική του ουσία, σημαίνει απλώς ότι ο ήχος μπορεί να γίνει όσο αθόρυβος θέλετε, μέχρι να εξαφανιστεί τελείως. Δυνατός ήχος - οι δονήσεις των ατόμων είναι ισχυρές, ο ήσυχος ήχος - αδύναμος. Το πλάτος της ταλάντωσης μπορεί να μειωθεί ομαλά στο μηδέν (ακριβέστερα, στο κβαντικό όριο, αλλά αυτό δεν είναι απαραίτητο εδώ), και θα εξακολουθεί να είναι μια διέγερση ήχου, ένα φωνόνιο. Δώστε προσοχή στο βασικό μαθηματικό γεγονός: υπάρχει μια λειτουργία για την ομαλή αλλαγή των ταλαντώσεων στο μηδέν - αυτό είναι απλώς μια μείωση του πλάτους. Αυτό ακριβώς σημαίνει ότι ένα φωνόνιο είναι μια τοπολογικά ασήμαντη διαταραχή.

Και τώρα ο πλούτος της συμπυκνωμένης ύλης είναι ενεργοποιημένος. Σε ορισμένα συστήματα υπάρχουν διεγέρσεις που δεν μπορεί να μειωθεί σταδιακά στο μηδέν. Όχι φυσικά αδύνατο, αλλά βασικά - η μορφή δεν επιτρέπει. Απλώς δεν υπάρχει παντού ομαλή λειτουργία που μεταφέρει ένα διεγερμένο σύστημα σε ένα σύστημα με τη χαμηλότερη ενέργεια. Η διέγερση στη μορφή της είναι τοπολογικά διαφορετική από τα ίδια φωνόνια.

Δείτε πώς θα βγει. Ας εξετάσουμε ένα απλό σύστημα (ονομάζεται μοντέλο XY) - ένα συνηθισμένο τετράγωνο πλέγμα, στους κόμβους του οποίου υπάρχουν σωματίδια με τη δική τους περιστροφή, τα οποία μπορούν να προσανατολιστούν με οποιονδήποτε τρόπο σε αυτό το επίπεδο. Θα απεικονίσουμε τις πλάτες με βέλη. ο προσανατολισμός του βέλους είναι αυθαίρετος, αλλά το μήκος είναι σταθερό. Θα υποθέσουμε επίσης ότι τα σπιν γειτονικών σωματιδίων αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με τέτοιο τρόπο ώστε η πιο ενεργειακά ευνοϊκή διαμόρφωση είναι όταν όλα τα σπιν σε όλους τους κόμβους δείχνουν προς την ίδια κατεύθυνση, όπως σε έναν σιδηρομαγνήτη. Αυτή η διαμόρφωση οθόνης στην Εικ. έμειναν 2. Τα κύματα περιστροφής μπορούν να τρέχουν κατά μήκος του - μικρές κυματοειδείς αποκλίσεις των περιστροφών από την αυστηρή σειρά (Εικ. 2, δεξιά). Αλλά όλα αυτά είναι συνηθισμένες, τοπολογικά ασήμαντες διεγέρσεις.

Τώρα ρίξτε μια ματιά στο Σχ. 3. Εδώ φαίνονται δύο διαταραχές ασυνήθιστου σχήματος: μια δίνη και μια αντιδίνη. Επιλέξτε νοερά ένα σημείο στην εικόνα και ακολουθήστε την κυκλική διαδρομή αριστερόστροφα γύρω από το κέντρο, προσέχοντας τι συμβαίνει με τα βέλη. Θα δείτε ότι για τη δίνη το βέλος γυρίζει προς την ίδια κατεύθυνση, αριστερόστροφα, και για την αντίστροφη δίνη, προς την αντίθετη φορά, δεξιόστροφα. Τώρα κάντε το ίδιο στη βασική κατάσταση του συστήματος (το βέλος είναι γενικά ακίνητο) και στην κατάσταση με ένα κύμα περιστροφής (το βέλος ταλαντεύεται ελαφρώς γύρω από τη μέση τιμή εκεί). Μπορείτε επίσης να φανταστείτε παραμορφωμένες εκδοχές αυτών των εικόνων, ας πούμε, ένα κύμα περιστροφής στο φορτίο προς τη δίνη: εκεί το βέλος θα κάνει επίσης μια πλήρη στροφή, ελαφρώς ταλαντευόμενο.

Μετά από αυτές τις ασκήσεις, γίνεται σαφές ότι όλες οι πιθανές διεγέρσεις χωρίζονται σε θεμελιωδώς διαφορετικές τάξεις: εάν το βέλος κάνει πλήρη στροφή όταν περιστρέφεται γύρω από το κέντρο ή όχι, και αν ναι, προς ποια κατεύθυνση. Αυτές οι καταστάσεις έχουν διαφορετικές τοπολογίες. Καμία ομαλή αλλαγή δεν μπορεί να μετατρέψει μια δίνη σε ένα συνηθισμένο κύμα: αν γυρίσετε τα βέλη, μεταπηδήστε αμέσως σε ολόκληρο το πλέγμα και αμέσως σε μεγάλη γωνία. Whirlwind, καθώς και antivortex, τοπολογικά προστατευμένο: σε αντίθεση με ένα ηχητικό κύμα, δεν μπορούν απλά να διαλυθούν έτσι.

Το τελευταίο σημαντικό σημείο. Μια δίνη τοπολογικά διαφέρει από ένα απλό κύμα και από μια αντιδίνη μόνο εάν τα βέλη βρίσκονται αυστηρά στο επίπεδο του σχήματος. Αν μας επιτραπεί να τα φέρουμε στην τρίτη διάσταση, τότε η δίνη μπορεί να εξαλειφθεί ομαλά. Η τοπολογική ταξινόμηση των διεγέρσεων εξαρτάται ριζικά από τη διάσταση του συστήματος!

Τοπολογικές μεταβάσεις φάσης

Αυτές οι καθαρά γεωμετρικές εκτιμήσεις έχουν μια αρκετά απτή φυσική συνέπεια. Η ενέργεια μιας συνηθισμένης δόνησης, του ίδιου φωνονίου, μπορεί να είναι αυθαίρετα μικρή. Επομένως, σε οποιαδήποτε αυθαίρετα χαμηλή θερμοκρασία, αυτές οι ταλαντώσεις προκύπτουν αυθόρμητα και επηρεάζουν τις θερμοδυναμικές ιδιότητες του μέσου. Η ενέργεια μιας τοπολογικά προστατευμένης διέγερσης, μιας δίνης, δεν μπορεί να είναι κάτω από ένα ορισμένο όριο. Επομένως, όταν χαμηλές θερμοκρασίεςμεμονωμένες δίνες δεν προκύπτουν και επομένως δεν επηρεάζουν τις θερμοδυναμικές ιδιότητες του συστήματος - τουλάχιστον, αυτό θεωρούνταν μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1970.

Εν τω μεταξύ, στη δεκαετία του 1960, οι προσπάθειες πολλών θεωρητικών αποκάλυψαν το πρόβλημα της κατανόησης του τι συμβαίνει στο μοντέλο XY από φυσική άποψη. Στη συνηθισμένη τρισδιάστατη περίπτωση, όλα είναι απλά και διαισθητικά. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, το σύστημα φαίνεται τακτοποιημένο, όπως στο Σχ. 2. Αν πάρουμε δύο αυθαίρετες θέσεις πλέγματος, ακόμα κι αν είναι πολύ απομακρυσμένες, τότε οι περιστροφές σε αυτές θα ταλαντωθούν ελαφρώς περίπου στην ίδια κατεύθυνση. Αυτό είναι, σχετικά, ένας κρύσταλλος περιστροφής. Σε υψηλές θερμοκρασίες, οι περιστροφές «λιώνουν»: δύο απομακρυσμένες θέσεις πλέγματος δεν συσχετίζονται πλέον μεταξύ τους. Υπάρχει μια σαφής θερμοκρασία μετάβασης φάσης μεταξύ δύο καταστάσεων. Εάν ρυθμίσετε τη θερμοκρασία ακριβώς σε αυτήν την τιμή, τότε το σύστημα θα βρίσκεται σε μια ειδική κρίσιμη κατάσταση, όταν οι συσχετίσεις είναι ακόμα εκεί, αλλά σταδιακά, με τρόπο νόμου ισχύος, μειώνονται με την απόσταση.

Σε ένα δισδιάστατο πλέγμα σε υψηλές θερμοκρασίες, υπάρχει επίσης μια διαταραγμένη κατάσταση. Αλλά σε χαμηλές θερμοκρασίες, όλα φαίνονταν πολύ, πολύ περίεργα. Ένα αυστηρό θεώρημα αποδείχθηκε (δείτε το θεώρημα Mermin-Wagner) ότι δεν υπάρχει κρυσταλλική τάξη στη δισδιάστατη έκδοση. Ακριβείς υπολογισμοί έδειξαν ότι δεν απουσιάζει εντελώς, απλώς μειώνεται με την απόσταση σύμφωνα με έναν νόμο ισχύος - ακριβώς όπως σε μια κρίσιμη κατάσταση. Αλλά αν στην τρισδιάστατη περίπτωση η κρίσιμη κατάσταση ήταν μόνο σε μία θερμοκρασία, τότε εδώ η κρίσιμη κατάσταση καταλαμβάνει ολόκληρη την περιοχή χαμηλής θερμοκρασίας. Αποδεικνύεται ότι στη δισδιάστατη περίπτωση μπαίνουν στο παιχνίδι κάποιες άλλες διεγέρσεις, οι οποίες δεν υπάρχουν στην τρισδιάστατη έκδοση (Εικ. 4)!

Τα συνοδευτικά έγγραφα της Επιτροπής Νόμπελ κάνουν λόγο για πολλά παραδείγματα τοπολογικών φαινομένων σε διάφορα κβαντικά συστήματα, καθώς και πρόσφατες πειραματικές εργασίες σχετικά με την εφαρμογή τους και τις μελλοντικές προοπτικές τους. Η ιστορία τελειώνει με ένα απόσπασμα από το άρθρο του Haldane το 1988. Σε αυτό, σαν να δικαιολογείται, λέει: Αν και παρουσιάζεται εδώ συγκεκριμένο μοντέλοδύσκολα φυσικά πραγματοποιήσιμο, ωστόσο...». Περιοδικό 25 χρόνια μετά Φύσηδημοσιεύει μια πειραματική υλοποίηση του μοντέλου του Haldane. Ίσως τα τοπολογικά μη τετριμμένα φαινόμενα στη συμπυκνωμένη ύλη είναι μια από τις πιο εντυπωσιακές επιβεβαιώσεις του άρρητου ρητού της φυσικής της συμπυκνωμένης ύλης: σε ένα κατάλληλο σύστημα, θα ενσωματώσουμε οποιαδήποτε αυτοσυνεπή θεωρητική ιδέα, όσο εξωτική και αν φαίνεται.

Ο χημικός, μηχανικός και εφευρέτης Άλφρεντ Νόμπελ έκανε την περιουσία του κυρίως μέσω της εφεύρεσης δυναμίτη και άλλων εκρηκτικών. Κάποτε, το Νόμπελ έγινε ένα από τα πλουσιότερα στον πλανήτη.

Συνολικά, ο Νόμπελ κατείχε 355 εφευρέσεις.

Ταυτόχρονα, η φήμη που απολάμβανε ο επιστήμονας δεν μπορεί να ονομαστεί καλή. Το 1888 πέθανε ο αδελφός του Λούντβιχ. Ωστόσο, κατά λάθος, οι δημοσιογράφοι έγραψαν στις εφημερίδες για τον ίδιο τον Άλφρεντ Νόμπελ. Έτσι μια μέρα διάβασε τη δική του νεκρολογία στον Τύπο, με τίτλο «Death Dealer Is Dead». Αυτό το περιστατικό έκανε τον εφευρέτη να σκεφτεί τι είδους ανάμνηση θα μείνει στις επόμενες γενιές. Και ο Άλφρεντ Νόμπελ άλλαξε τη διαθήκη του.

Η νέα διαθήκη του Άλφρεντ Νόμπελ προσέβαλε τους συγγενείς του εφευρέτη, οι οποίοι κατέληξαν χωρίς τίποτα.

Μια νέα διαθήκη διαβάστηκε στον εκατομμυριούχο το 1897.

Σύμφωνα με αυτό το έγγραφο, όλη η κινητή και ακίνητη περιουσία του Νόμπελ επρόκειτο να μετατραπεί σε κεφάλαιο, το οποίο με τη σειρά του θα έπρεπε να τοποθετηθεί σε μια αξιόπιστη τράπεζα. Το εισόδημα από αυτό το κεφάλαιο πρέπει να διαιρείται ετησίως με πέντε ίσα μέρηκαι να βραβευτεί με τη μορφή επιστημόνων που έχουν κάνει τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις στον τομέα της φυσικής, της χημείας, της ιατρικής· συγγραφείς που δημιούργησαν κυριολεκτικά δουλεύει; και επίσης σε αυτούς που συνέβαλαν τη σημαντικότερη «στη συσπείρωση των εθνών, την κατάργηση της δουλείας ή τη μείωση του μεγέθους των υπαρχόντων στρατών και την προώθηση των συνεδρίων ειρήνης» (Βραβείο Ειρήνης).

Πρώτοι βραβευθέντες

Παραδοσιακά, το πρώτο βραβείο απονέμεται στον τομέα της ιατρικής και της φυσιολογίας. Έτσι, ο πρώτος βραβευμένος με Νόμπελ το 1901 ήταν ο Γερμανός βακτηριολόγος Emil Adolf von Behring, ο οποίος ανέπτυξε ένα εμβόλιο κατά της διφθερίτιδας.

Στη συνέχεια, ο βραβευμένος στη φυσική λαμβάνει το βραβείο. Ο Wilhelm Roentgen ήταν ο πρώτος που έλαβε αυτό το βραβείο για την ανακάλυψη των ακτίνων που έλαβαν το όνομά του.

Ο πρώτος νικητής του βραβείου Νόμπελ στη χημεία ήταν ο Jacob van't Hoff, ο οποίος ερεύνησε τους νόμους της θερμοδυναμικής για διάφορες λύσεις.

Ο πρώτος συγγραφέας που έλαβε αυτή την υψηλή τιμή ήταν ο René Sully-Prudhom.

Το Βραβείο Ειρήνης απονέμεται τελευταίο. Το 1901 χωρίστηκε μεταξύ του Jean Henri Dunant και του Frédéric Passy. Ο Ελβετός ανθρωπιστής Ντυνάν είναι ο ιδρυτής της Διεθνούς Επιτροπής του Ερυθρού Σταυρού (ICRC). Ο Γάλλος Frederic Passy είναι ο ηγέτης του κινήματος για την ειρήνη στην Ευρώπη.