Физика и её связь с другими науками. Современный взгляд.

В настоящее время происходит величайшая научно-техническая революция, которая началась более четверти века назад. Она произвела глубокие качественные изме­нения во многих областях науки и техники. Одна из древнейших наук — астрономия переживает революцию, связанную с выходом человека в космическое простран­ство. Рождение кибернетики и электронных вычислительных машин ре­волюционно изменило облик математики, проложило путь к новой области человеческой деятельности, получившей название информатики. Возникновение молекулярной биоло­гии и генетики вызвало революцию в биологии, а создание так называ­емой большой химии стало воз­можным благодаря революции в хи­мической науке. Аналогичные про­цессы происходят также в геоло­гии, метеорологии, океанологии и многих других современных науках.

Во всем мире наблюдаются глубокие качественные перемены в ос­новных отраслях техники. Револю­ция в энергетике связана с переходом от тепловых электростанций, работающих на органическом топли­ве, к атомным электростанциям. Создание индустрии искусственных материалов с необычными, но очень важными для практики свойствами произвело революцию в материало­ведении. Комплексная механизация и автоматизация ведут нас к рево­люции в промышленности и сель­ском хозяйстве. Транспорт, строи­тельство, связь становятся принци­пиально новыми, значительно более производительными и совершенными отраслями современной техники.

Физика и астрономия.

В совре­менном естествознании, физика яв­ляется одной из лидирующих наук. Она оказывает огромное влияние на различные отрасли науки, тех­ники, производства. Рассмотрим на нескольких примерах, как физика влияет на другие области совре­менной науки и техники.

На протяжении тысячелетий аст­рономы получали только ту инфор­мацию о небесных явлениях, которую им приносил свет. Можно сказать, что они изучали эти явления через узенькую щель в обширном спектре электромагнитных излучений. Три десятилетия тому назад благодаря развитию радиофизики возникла радиоастрономия, необычайно рас­ширившая наши представления о Вселенной. Она помогла узнать о существовании многих космических объектов, о которых ранее не было известно. Дополнительным источ­ником астрономических знаний стал участок электромагнитной шкалы, лежащий в диапазоне дециметро­вых и сантиметровых радиоволн.

Огромный поток научной ин­формации приносят из космоса дру­гие виды электромагнитного излу­чения, которые не достигают по­верхности Земли, поглощаясь в ее атмосфере. С выходом человека в космическое пространство родились новые разделы астрономии: ультра­фиолетовая и инфракрасная астрономия, рентгеновская и гамма-астрономия. Необычайно расшири­лась возможность исследования пер­вичных космических частиц, пада­ющих на границу земной атмосфе­ры: астрономы могут исследовать все виды частиц и излучений, приходя­щих из космического пространства. Объем научной информации, полу­ченной астрономами за последние десятилетия, намного превысил объем информации, добытой за всю прошлую историю астрономии. Ис­пользуемые при этом методы иссле­дования и регистрирующая аппара­тура заимствуются из арсенала современной физики; древняя астро­номия превращается в моло­дую, бурно развивающуюся астро­физику.

Сейчас создаются основы нейтринной астрономии, которая будет доставлять ученым сведения о про­цессах, происходящих в недрах кос­мических тел, например в глубинах нашего Солнца. Создание нейтринной астрономии стало возможным только благодаря успехам физики атомных ядер и элементарных час­тиц.

Физика и биология.

Революцию в биологии обычно связывают с воз­никновением молекулярной биологии и генетики, изучающих жизненные процессы на молекулярном уровне. Основные средства и методы, ис­пользуемые молекулярной биоло­гией для обнаружения, выделения и изучения своих объектов (электрон­ные и протонные микроскопы, рентгеноструктурный анализ, электро­нография, нейтронный анализ, мече­ные атомы, ультрацентрифуги и т. п.), заимствованы у физики. Не располагая этими средс1вами, родившимися в физических лабо­раториях, биологи не сумели бы осуществить прорыв на качественно новый уровень исследования про­цессов, протекающих в живых ор­ганизмах.

Важную роль современная физи­ка играет в революционной перест­ройке химии, геологии, океанологии и ряда других естественных наук.

Физика и техника.

Физика стоит также у истоков революционных преобразований во всех областях техники. На основе ее достижений перестраиваются энергетика, связь, транспорт, строительство, промыш­ленное и сельскохозяйственное производство.

Энергетика.

Революция в энерге­тике вызвана возникновением атом­ной энергетики. Запасы энергии, хранящиеся в атомном топливе, намного превосходят запасы энергии в еще не израсходованном обычном топливе. Уголь, нефть и природный газ в наши дни превратились в уни­кальное сырье для большой химии. Сжигать их в больших количест­вах — значит наносить непоправи­мый ущерб этой важной области современного производства. По­этому весьма важно использовать для энергетических целей атомное топливо (уран, торий). Тепловые электростанции оказывают неустра­нимое опасное воздействие на окружающую среду, выбрасывая уг­лекислый газ. В то же время атом­ные электростанции при должном уровне контроля могут быть бе­зопасны.

Термоядерные электростанции в будущем навсегда избавят челове­чество от заботы об источниках энергии. Как мы уже знаем, научные основы атомной и термоядерной энергетики целиком опираются на достижения физики атомных ядер.

Создание материалов с заданны­ми свойствами привело к изменениям в строительстве. Техника будущего будет создаваться в значительной степени не из готовых природных материалов, которые уже в наши дни не могут сделать ее достаточно надежной и долговечной, а из синтетических материалов с наперед заданными свойствами. В создании таких материалов наряду с боль­шой химией все возрастающую роль будут играть физические мето­ды воздействия на вещество (элек­тронные, ионные и лазерные пучки; сверхсильные магнитные поля; сверх­высокие давления и температуры; ультразвук и т. п.). В них заложена возможность получения материалов с предельными характеристиками и создания принципиально новых ме­тодов обработки вещества, корен­ным образом изменяющих современ­ную технологию.

Автоматизация производства.

Предстоит огромная работа по созданию комплексно-автоматизиро­ванных производств, включающих в себя гибкие автоматические ли­нии, промышленные роботы, управ­ляемые микрокомпьютерами, а так­же разнообразную электронную контрольно-измерительную аппара­туру. Научные основы этой техники органически связаны с радиоэлектро­никой, физикой твердого тела, физи­кой атомного ядра и рядом других разделов современной физики.

Физика и информатика.

Физика вносит решающий вклад в создание современной вычислительной техни­ки, представляющей собой мате­риальную основу информатики. Все поколения электронных вычислитель­ных машин (на вакуумных лампах, полупроводниках и интегральных схемах[1]), созданные до наших дней, родилась в современных лабораториях.