Российский физик, один из основателей физики низких температур и физики сильных магнитных полей родился в Кронштадте. Учился в Кронштадтском реальном училище, после окончания которого в 1912 году поступил на электромеханический факультет Петербургского политехнического института. Докторскую диссертацию Капица защищал в Кембридже в 1922 году.

В Кембридже Капица занимался исследованиями сверхсильных магнитных полей и их влиянием на траекторию элементарных частиц. В 1928 году обобщил эмпирический закон, установивший зависимость электрического сопротивления поликристаллических металлических образцов, находящихся в сильных магнитных полях, от напряжённости магнитного поля. Этот закон носит имя своего создателя (закон Капицы).

В 1934 году Капица создал высокопроизводительную установку для сжижения гелия, который кипит или сжижается при температуре около 4,3 градусов Кельвина. Создание уникального оборудования для измерения температурных эффектов, связанных с влиянием сильных магнитных полей на свойства вещества, привело Капицу к изучению проблем физики низких температур.

В 1938 году Капица публикует статью о фундаментальном открытии — явлении сверхтекучести^[1] жидкого гелия и продолжает исследования в этом новом для физики направлении — физики низких температур. Параллельно ведётся разработка нового метода ожижения воздуха с использованием турбодетандера, что предопределило развитие в мире крупных установок для получения кислорода, азота и инертных газов.

В 1950 годы обнаружил, что микроволны большой интенсивности порождают в гелии отчётливо наблюдаемый светящийся разряд. Разница температур внутри и на границе разряда составила около 2 миллионов градусов Кельвина. Это исследование стало основой проекта термоядерного реактора с непрерывным подогревом плазмы.

В последние годы работал над вопросами термоядерного синтеза и проблемой удержания высокотемпературной плазмы в магнитном поле.

В 1978 году Пётр Капица был удостоен Нобелевской премии по физике «За фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур».

¹ Сверхтекучесть — это такое состояние вещества, при котором оно теряет вязкость и может легко проходить через узкие отверстия без трения.

Немецкий физик родился в городе Кёнигсберг (Калининград). О детстве учёного мало что известно. Учился в местной гимназии и долгое время отдавал предпочтение математике, считая, что физика — это скучные наблюдения и скучные расчёты. Его мнение перевернул профессор физико-математического факультета Кёнигсбергского университета Эрнст Нейман, у которого учился Кирхгоф. Первая научная работа Кирхгофа вышла под его руководством и была посвящена исследованию прохождения электрического тока через пластины.

Эта работа привела к формулировке правил, которые описывали закономерности протекания постоянного тока в разветвлённых цепях.

Первое правило Кирхгофа: в любом узле цепи алгебраическая сумма токов равна нулю, при этом втекающие и вытекающие токи имеют противоположные знаки:

Второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре токов алгебраическая сумма произведений тока на сопротивление равна сумме сторонних ЭДС, приложенных к этому контуру:

В 1857 году Кирхгоф сформулировал общую теорию движения тока в проводниках. Через два года установил один из основных законов теплового излучения (закон Кирхгофа): отношение излучательной^[1] способности любого тела к его поглощательной^[2] способности не зависит от природы излучающего тела. А также предложил модель чёрного тела.

Кирхгоф заложил основы спектрального анализа и открыл новые элементы — рубидий и цезий, занимался вопросами деформации, равновесия и движения упругих тел и течения жидкостей.

¹ Излучение (radiation) — это передача энергии через пространство или материальную среду.
² Поглощение (absorption) — это процесс уменьшения энергии потока электромагнитного излучения из-за взаимодействия с веществом.

Французский физик и инженер родился в Париже. В 1818 году окончил Политехническую школу и 10 лет (с 1820 по 1830 год) отработал в Институте инженеров путей сообщения в Петербурге. По возвращении во Францию в 1831 году был профессором Школы мостов и дорог в Париже.

Научная работа Клапейрона посвящена исследованиям тепловых процессов, пластичности^[1] и равновесия твёрдых тел. В 1834 году он ввёл в термодинамику графический метод, в частности систему p − V.

В 1834 году Клапейрон вывел уравнение состояния идеального газа, которое содержало неуниверсальную газовую постоянную r, значение которой необходимо было измерять отдельно для каждого газа: pV = rT или для постоянной массы газа

Позднее Менделеев Д. И. обобщил эту формулу, и теперь мы знаем её как закон Менделеева-Клапейрона:

Клапейрон получил уравнение, которое установило связь между температурой плавления^[2] и кипения^[3] вещества и давлением. Он установил, что с ростом давления температура кипения увеличивается, а с уменьшением давления температура кипения соответственно уменьшается. Это термодинамическое уравнение получило название уравнения Клапейрона-Клаузиуса. Клаузиус обосновал его в 1851 году:

¹ Пластичность (plasticity) — это способность материала получать остаточные деформации без разрушения и сохранять их после снятия нагрузки.
² Температура плавления (Melting temperature) — это температура, при которой твёрдое тело переходит в жидкость.
³ Температура кипения (Boiling temperature) — это температура, при которой жидкость кипит.

Польский и немецкий астроном Николай Коперник родился в городе Торунь, Польша. Учился в Краковском университете и университетах Италии. Изучал языки, философию, медицину и астрономию. Занимался математикой. Вернувшись из Италии, стал священником^[1]. Астрономия была его хобби.

Над своей главной работой по астрономии «О вращении небесных сфер» Коперник работал более 40 лет. В книге он предложил новую гелиоцентрическую систему.

Гелиоцентрическая система Коперника была сформулирована в следующих основных утверждениях:

• орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;
• центр Земли не является центром Вселенной, а только центром масс и орбиты Луны;
• все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце — это центр мира;
• расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;
• суточное движение Солнца вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси.

Гелиоцентрическая система мира Коперника положила начало первой научной революции^[2].

Гелиоцентрическая система мира позволила установить параметры планетной системы и открыть законы планетных движений, способствовала созданию классической механики и привела к открытию закона всемирного тяготения.

¹ Священник (priest) — это человек, который выполняет роль наставника в вопросах христианства.
² Первая научная революция — это переход от средневековых представлений о космосе к механистической картине мира в XVII–XVIII веках.

Французский военный инженер и учёный-физик родился в городе Ангулем. Учился в школе, а затем в военно-инженерной школе. В 1761 году получил чин лейтенанта, больше года занимался картографическими работами. Затем в течение нескольких лет Кулон служил в инженерных войсках. Там он понял, что теории, основанные на гипотезах и экспериментах, проведённых в миниатюре, оказываются неудовлетворительными ориентирами на практике.

В начале 1770 годов Кулон активно занялся научными исследованиями.

Его первые эксперименты и теоретические изыскания были связаны со строитель-ством. Он проводил опыты в области, известной теперь как «сопротивление материалов».

С 1774 до 1777 года основной темой была разработка оптимального метода изготовления магнитных стрелок для точного измерения магнитного поля Земли. Он предложил подвешивать стрелку компаса на тонкой нити. Но такая конструкция пригодна только для стационарных условий. На практике нужны были компасы, стрелки которых опирались бы на остриё.

В начале 1880 годов стал победителем конкурса научных работ по проблемам трения скольжения и качения, сопротивления изгибания канатов. В то время Кулону не были известны ни детали молекулярного строения тел, ни микроструктура их поверхностей, и он был вынужден ограничиться чисто механической картиной явления.

С весны 1780 до осени 1781 года выполнил специальное исследование по механике ветряных мельниц.

С 1780 года в течение нескольких лет проводил испытания сверхчувствительного прибора для изучения магнитного поля Земли в интересах астрономии. Он предложил применить металлическую (проводящую) нить вместо шёлковой. Но металлические нити обладают гораздо большей упругостью, возникает момент упругих сил, возникающий при кручении таких нитей. Эта работа имела 2 цели: 1. Определение силы упругости при кручении металлических проволок. 2. Сделать выводы относительно законов сцепления и упругости тел. В результате был открыт закон кручения. Кулон высказал гипотезу о характере межмолекулярного взаимодействия, которое в XVIII веке принято было называть «сцеплением».

Исследование кручения тонких металлических нитей привело Кулона к созданию крутильных весов, которые могли использоваться для измерения малых сил.

Вершиной творчества Кулона стали его исследования 1785–1791 годов в области электричества и магнетизма.

1. Кулон описал крутильные весы (рис. 1). В итоге Кулон сформулировал фундаментальный закон электричества так: «Сила отталкивания двух маленьких шариков, наэлектризованных электричеством одной природы, обратно пропорциональна квадрату расстояния между центрами шариков» (рис. 1). Он также установил, что сила взаимодействия зарядов пропорциональна величинам зарядов. Кулон использовал в крутильных весах как нить из металла, так и из шёлка:

2. Кулон исследовал причину утечки электрического заряда тела и связал её с наличием в воздухе частиц, поглощающих часть его заряда и с недостаточными изолирующими свойствами материалов.

3. Кулон доказал, что заряд в проводящем теле распределяется только по поверхности тела.

4. Кулон ввёл понятия магнитного момента и поляризации зарядов.

Таким образом, Кулон заложил основы электро- и магнитостатики.

Советский физик, «отец» советской атомной бомбы родился в городе Сим Уфимской губернии.

Учился в мужской гимназии в городе Симбирске (Ульяновск). В Симферополе продолжал учебу в гимназии и окончил её с отличными оценками. Также получил специальность слесаря, работал на заводе.

Учился в Таврическом университете и к лету 1923 года досрочно с отличием окончил физико-математический факультет университета. Летом подрабатывал на строительстве железной дороги, сторожем, воспитателем.

Его первое экспериментальное исследование было посвящено измерению альфа-радиоактивности снега.

В 1925 году стал научным сотрудником Ленинградского физико-технического ин-ститута. Читал специальные курсы по физике диэлектриков. Профессор Педагогического института. Читал курсы «Электронная теория» и «Физика атомного ядра».

С конца 1932 года занимался исследованием радиоактивности и ядерных превращений, разработкой ускорителей заряженных частиц, способных осуществить ядерные реакции. Руководил сооружением и запуском циклотрона^[1] (рис. 1), который в 1941 году был самым крупным в Европе.

В область его научных интересов и исследований входили: реакция захвата нейтронов легкими и среднетяжелыми ядрами; явление ядерной изомерии; процессы внутренней конверсии; процессы замедления нейтронов в воде, углероде и кислороде; захват нейтрона протоном; резонансное поглощение нейтронов ядрами.

Курчатова называют создателем советского атомного проекта (рис. 2).

¹ Циклотрон — циклический резонансный ускоритель заряженных частиц с постоянным во времени ведущим магнитным полем и ускоряющим высокочастотным электрическим полем постоянной частоты.

Выдающийся советский физик-теоретик родился в городе Баку. Учился в гимназии. Был одарён математически. Дифференцировать научился в 12 лет, интегрировать — в 13 лет. Поступил в Бакинский университет сразу на два факультета физико-математический и химический в 14 лет.

В 1926–1927 годах опубликованы его первые работы по теоретической физике. Уже в 19 лет Ландау вносит фундаментальный вклад в квантовую механику.

Квантовая механика — раздел теоретической физики, изучающий законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем (например, кристаллов) и устанавливающий способы их описания. В квантовой механике, в отличие от классической механики, микрочастицы рассматриваются как носители одновременно корпускулярных и волновых свойств. Состояние частицы описывается с помощью волновой функции.

Другая особенность классической механики состоит в том, что физические величины, характеризующие систему микрочастиц (например, энергии электронов в атоме, моменты количества движения микрочастиц) могут принимать не любые (как в классической механике), а лишь строго определённые (дискретные) значения. Квантовая механика позволила объяснить устойчивость атомов, излучение атомов и молекул, природу химической связи, такие явления как ферромагнетизм, сверхпроводимость, сверхтекучесть^[1] и другие; квантово-механические законы лежат в основе ядерной энергетики, квантовой электроники и так далее.

В 1929 году Ландау отправляется в научную командировку за границу. Он посещает семинары лучших физиков мира: М. Борна, В. Гейзенберга, П. Дирака, В. Паули, Н. Бора. Великого датского физика-теоретика Нильса Бора считал своим учителем.

Ландау был способен охватить все разделы физики. В область научных интересов входила физика элементарных частиц, квантовая электродинамика, физика низких температур (сверхтекучесть), теория ядерных столкновений и другие.

За разработку теории сверхтекучего гелия-II Л. Ландау была присуждена Нобелевская премия по физике за 1962 год (рис. 1).

¹ Сверхтекучесть — явление незатухающего движения макроскопического числа частиц. Сверхтекучее состояние гелия наблюдается при температуре ˜2,17 К. Сверхтекучее вещество способно протекать через узкие щели и капилляры без трения.

Выдающийся российский физик немецкого происхождения родился в городе Дерпт (в то время Россия). Учился в гимназии. По окончании гимназии в 1821 году по совету дяди поступил в Дерптском университете на философское отделение. В университет был прекрасный физический кабинет. Но после его смерти перевёлся на богословское отделение из-за стипендии. В 1820 годах в Дерптском университете был выдающийся состав преподавателей. Университет готовил профессоров для других Российских университетов.

В 1823 году, во время обучения в университете, был включён в состав кругосветной экспедиции. Ко времени обучения на третьем курсе Ленц умел на высоком уровне проводить физические измерения и фиксировать полученные данные. Во время экспедиции, до 1826 года, Эмилий Ленц, физик экспедиции, проводил наблюдения над морскими течениями с помощью сконструированного им батометра^[1]. Он получил данные о закономерностях расположения течений в Тихом и Индийском океанах. Изучал взаимосвязь солёности воды, солнечной радиации и силы ветра. Обозначил задачи физической географии как научной дисциплины. По возвращении защитил докторскую диссертацию и был избран адъюнктом Петербургской академии наук по кафедре физики.

Также Ленц изучал изменение уровня Каспийского моря, исследовал выход горючих газов в районе Баку, изучал магнитные явления в обсерватории на Кавказе.

С 1843 года — ректор Петербургского университета.

Наиболее значимые открытия были сделаны Ленцем в области изучения электричества и магнетизма.

Правило Ленца уточняет закон электромагнитной индукции, открытый Фарадеем, определяет направление индукционного тока в замкнутом контуре при его движении во внешнем магнитном поле. Направление индукционного тока всегда такое, что испытываемые им со стороны магнитного поля силы противодействую движению и деформации контура. Позднее это позволило Ф. Нейману дать математическую формулировку закона электромагнитной индукции

Закон Джоуля-Ленца. Двойное наименование связано с тем, что независимо от Джеймса Джоуля Эмилий Ленц открыл и экспериментально обосновал закон теплового действия электрического тока (рис. 1, 2)

¹ Батометр — гидрологический прибор для отбора проб воды с различных фиксированных глубин.

Первый русский выдающийся учёный-естествоиспытатель, русский просветитель, учёный энциклопедист, поэт, переводчик родился в деревне Мишанинской Архангельской губернии в семье крестьянина. Отец занимался морским и речным рыболовным промыслом на собственных судах. С десяти лет Михаил помогал отцу.

Грамоте Ломоносова начала учить его мать, а потом учитель из подъяческой и певческой школы. К 14 годам прочитал все доступные ему книги по математике, славянской грамматике, богословию. В начале 1731 года с рыбным обозом за 3 недели прибыл в Москву.

Поступил в Московскую славяно-греко-латинскую академию, выдав себя за дворянского сына. Был в числе первых учеников. Получил хорошую подготовку по древним языкам и гуманитарным наукам. Латинский язык знал в совершенстве.

В 1736 году стал студентом университета при Петербургской академии наук и был отправлен в Марбургский университет (Германия) для обучения горному делу и металлургии. В 1741 году Ломоносов вернулся в Россию. Изучал естествознание и приступил к составлению Каталога собраний минералов Кунсткамеры. Был избран профессором химии Петербургской академии. А в 1745 году стал действительным членом Академии наук и художеств в Санкт-Петербурге и первым русским академиком в области естествознания.

Творчество Ломоносова было исключительно разносторонним. В 1748 году создал химическую лабораторию, разрабатывал состав стекла, фарфора и смальты^[1]. В химической лаборатории читал первый в истории курс по физической химии. Занимался астрономией, мореходным делом, географией, метеорологией и другими науками.

Впервые начал читать лекции в Академии наук на русском языке. В академии наук в то время был распространён немецкий язык. В 1755 году по его проекту был основан Московский университет (рис. 1), «открытый для всех лиц способных к наукам». Был организатором научных, технических и культурных начинаний.

Основная область деятельности по словам М. В. Ломоносова была химия. Выдающимся достижением М. В. Ломоносова является его молекулярно-кинетическая теория тепла. Ломоносов говорил, что «основанием теплоты» является «внутреннее движение материи, вращательное движение частиц собственной материи». Ломоносов утверждал, что все вещества состоят из корпускул (молекул). А они являются «собранием элементов (атомов)».

М. В. Ломоносов предложил кинетическую модель идеального газа. Он говорил, что атомы воздуха близки к шарообразным, что «частицы воздуха производят упругость». Впервые заморозил ртуть. Пытался объяснить увеличение объёма тела при нагревании и механизм изменения агрегатного состояния вещества (рис. 2).

Высказал положение, что свет не может распространяться поступательно. Свет может распространяться только колебательным движением.

26 мая 1761 года первым установил наличие атмосферы на Венере. За мозаичные работы избран членом Академии художеств.

Главным сочинением Ломоносова по языку была Российская грамматика (1755 г.). В этой грамматике русский язык был отделён от церковнославянского языка. Вершиной поэтического творчества являются его оды (стихи), написанные к заметным событиям в жизни государства.

¹ Смальта  — цветное стекло в виде пластинок различной формы и размеров.

Нидерландский физик-теоретик родился в г. Арнеме. С шести лет учился в школе знаменитого педагога Герта Корнелиса Тимера. Здесь познакомился с основами математики и физики. В 1866 году поступил в высшую гражданскую школу (гимназию). Занятия в школе привили ему любовь к физике и химии. Кроме естественных наук, увлекался историей и литературой. Изучил английский, немецкий и французский языки, владел латынью и греческим языком.

В 1870 году Лоренц поступил в Лейденский университет. Через год получил степень магистра и продолжил самостоятельно готовиться к докторским экзаменам в Арнеме. Основным направлением научных исследований была электромагнитная теория Максвелла^[1]. Изучает труды Гельмгольца, Френеля, Фарадея.

В 1875 году на основе теории Максвелла успешно защищает докторскую диссертацию «К теории отражения и преломления света». В работе Лоренца были заложены основы современной электромагнитной оптики. Было получено соотношение между показателем преломления n и плотностью вещества ρ. Сейчас это формула Лоренца-Лоренца.

Вскоре получает новую должность профессора теоретической физики в Лейденском университете. Работа Лоренца на кафедре способствовала формированию теоретической физики как самостоятельной научной дисциплины. Обладал педагогическим даром доступно и ясно излагать сложные научные вопросы. По материалам лекций была изданы учебники по физике. С 1897 года стал постоянным участником научных конференций. Был знаком с Л. Больцманом, М. Планком, В. Рентгеном и другими известными учёными.

После открытия Г. Герцем электромагнитных волн и анализа работ Фарадея-Максвелла по теории электромагнитного поля, Лоренц добавил максвелловскую теорию представлением о дискретных зарядах как основе построения вещества. Изложение теории появилось в работе «Электромагнитная теория Максвелла и её применение к движущимся телам». Он полагал, что заряженные частицы взаимодействуют со средой, в которой они находятся. В работе Лоренц получил формулу для силы, которая действует на движущиеся заряды (сила Лоренца):

Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки (рис. 1).

В 1902 году Лоренц совместно с нидерландским физиком П. Зееманом разделил Нобелевскую премию по физике за «исследования влияния магнетизма на явления излучения».

¹ Электромагнитная теория Максвелла — теория единого электромагнитного поля, создаваемого системой зарядов и токов в вакууме и сплошных средах.