Навеяно статьей «Сравнение научных позиций романтиков-формалистов и скептиков-конструктивистов».
Пример «мелкой, «частной», но реальной задачи для физика.
Я пришел на физфак через пять лет после выпуска. Из них два года пришлось потратить на лейтенантские погоны. Научная тема была сильно подозрительной на провальность. Начавшая ее команда, почуяв жареное, разбежалась. Пришли мы, наивные, как-то не заботясь о том, что тему можно провалить.
Общая задача: УФ-излучение Солнца в ионосфере Земли ионизирует атомы, выбивая из них фотоэлектроны. Энергетический спектр – от нуля до нескольких десятков электрон-вольт. Требуется определить функцию распределения по энергиям, но не относительную, а абсолютную, то есть, сколько штук электронов приходит из одной единицы телесного угла для каждого значения энергии.
Спроектирован прибор: цилиндрический конденсатор, пропускающий между обкладками электроны одной энергии, зависящей от напряжения между обкладками. На выходе должен стоять счетчик, считающий количество электронов. Прибор будет установлен на ракету, и в нужном месте, на нужной высоте будет выполнять измерения.
Трудности: во-первых, измерения нужно выполнять на высоте около 100км, вакуум там есть, но плохой, а приборам нужно высоковольтное питание, что грозит при включении тлеющим разрядом, который сразу погубит всю аппаратуру. Во-вторых, нужно откалибровать прибор, то есть, сопоставить сосчитанные на его выходе электроны с конкретной интенсивностью их потока на входе. В-третьих, прибор должен кто-то сделать «в железе».
Мне поручена калибровка. Предыдущей командой было предложено решение «в лоб». Тонкую «нитку» электронов с заданным током направлять в каждую точку входного окна, и в каждой такой точке перебирать все значения телесного угла через каждый градус. Это означает, что процесс калибровки для каждой энергии будет занимать несколько суток. Механические перемещения должен выполнять аппарат хитрой конструкции, предложенный предыдущей командой, который, выполняя около десяти движений в секунду, будет при этом сильно грохотать. Кроме того, никто не знает, как четыре степени свободы движения ввести в вакуумный объем. Зав. кафедрой хватается за голову. Декан ворчит, что не надо было и брать эту тему.
Пришлось подумать. Первая идея – создать сразу широкий поток моноэнергетических электронов, почти однородный в пределах заданного телесного угла. Так, хорошо. Как сделать? Взять широкий направленный поток таких электронов и заставить их отклоняться в указанном диапазоне углов. Можно поперек потока протянуть две нити и напряжением между ними заставить отклоняться электроны. Хорошо, но не очень. Расстояние между нитями придется делать большим, и конфигурация электрического поля будет очень сложной из-за напряженности между нитью и всякими деталями в вакуумном объеме. Вот если бы расстояние между нитями сделать малым… Стоп, а если не две, а много-много нитей в одной плоскости с чередованием знака? Ого, класс! Поле должно практически сосредоточится в плоскости, занимаемой таким конденсатором. Подавая переменное напряжение, заставим электроны отклоняться на разные углы. Подобрав форму кривой этого напряжения, добиваемся наибольшей однородности углового распределения. Две таких сетки расположить перпендикулярно – и все! Я ж говорил – класс!
Н-да, только нужно решить уравнение движения электронов в таком поле. А какое, кстати, оно, это поле? Для этого есть умные книжки по электростатике. Провожу поиск по литературе – полный облом. Есть формула потенциала для плоского диполя – двух тонких нитей. Спасибо, но мне нужно поле для бесконечного их числа, плоского мультиполя бесконечного порядка. Нету! Иду к друзьям-теоретикам. Они разговор начинают с удовольствием, но после первых умных фраз быстро скисают – конкретно сказать ничего не могут. Сажусь сам. Легко получаю формулу для потенциала в виде бесконечного ряда. Да, конечно, это формула, но работать с ней нельзя. Вот если бы просуммировать ряд аналитически, то есть, получить сумму не в виде числа, а в виде формулы. А как? Искал, искал, искал… Долго искал. Но нашел!
Оказывается, существует метод аналитического суммирования рядов с помощью вычетов из теории функции комплексного переменного. Прохожу снова часть ТФКП (третий курс физфака), еще малость поколдовал над своим рядом и – о, счастье! Я получил точную формулу для потенциала электрического поля плоского мультиполя бесконечного порядка! Ни в одной книжке, ни в одной статье, а я – знаю! Мало того, такая система для моих целей прекрасно подходит – поле настолько сосредоточено в узком пространстве между нитями, что уже на расстоянии в сантиметр от плоскости его практически нет!
Докладываю на ученом совете физфака. Меня внимательно слушают обитатели олимпа – мои недавние преподаватели. Зав. кафедрой, ученый с мировым именем, с радостным удивлением: «Так что, ничего не надо будет трясти?» Я, с чувством собственного достоинства: «Не надо!»
Теперь нужно решать в численном виде уравнения движения электронов в таком поле. Сначала помогает супер-пупер-писк того времени: программируемый калькулятор «Электроника Б3-21» на 60 программных ходов и с 10-ю ячейками памяти. Нужно только запрограммировать решение обыкновенного диффура второго порядка. Программирую. Каждый день по дороге домой включенный калькулятор в портфеле успевает просчитать одну траекторию. Пришлось записаться на «большую ЭВМ», программировать и считать уже значительно производительнее.
Приходит очередь решения другой проблемы: как получить широкий пучок моноэнергетических электронов? Лезу в свой любимый журнал «Приборы и техника эксперимента» (кстати, там раньше всех было опубликовано сообщение об измеряемом реликтовым излучением), и опять полный облом. «Журнал технической физики» – еще раз облом. И другие журналы предоставляют то же самое. Все методы получения такого пучка подходят только для энергий в десятки килоэлектронвольт, а мне нужно – единицы электронвольт.
Опять нужно думать самому. Как получают электроны в вакууме? Делают катод, например, берут вольфрамовую нить, сгибают ее уголком, нагревают током, и с уголка «забирают» нитку тепловых электронов. Тупо иду путем «в лоб». Наматываю из вольфрама широкий нагреватель. При нагреве в вакууме нити безобразно провисают, он становится кривым, надо мной тихо потешаются друзья, а руководитель темы назвал мой источник «камином». Да я и сам понимаю, что это фигня. Надо подумать еще. А как еще можно получить электроны? А если фотоэффектом! Взять металлическую пластинку нужного мне размера и осветить ее по возможности равномерно! Читаю, считаю – ага, не так просто. Оказывается, освещать нужно монохроматическим ультрафиолетом. Хорошо бы лазером, но по тем временам это было нереально. И к радостному моему удивлению стандартные источники УФ – монохроматичны, а длина их волны может быть такой, чтобы выбивать фотоэлектроны из алюминия. Это – решение!
Ну и кучу других проблем мы решали. Самых разных. И запускали потом наши приборы в Капустином Яре на ракетах. И успехи, и неудачи – было все.
Однако, к чему я это все? Кто мы были – романтики-формалисты или скептики-конструктивисты? Да, конечно, мы не писали теорию эволюции галактик, и не измеряли параметров реликтового излучения. Наши задачи были на много порядков скромнее. Тем не менее, это были реальные физические задачи. Нас с крупными физиками объединяло стремление решить возникающие проблемы. Реальная задача, реальная жизнь заставляет всех быть одновременно романтиками-формалистами-скептиками-конструктивистами. И еще много кем, независимо от сложности этой задачи. Именно поэтому считаю указанную статью считаю не соответствующей действительности.
Это интересно
0
|
|||
Последние откомментированные темы:
-
Ответы на детские вопросы про "Лунную Афёру"
(1)
kauperwud
,
28.02.2022
-
Космический корабль в несколько километров: все, что известно о новом проекте Китая
(2)
андрей1
,
27.02.2022
-
ЗАГАДКИ "ПАРАДОКСА ФЕРМИ" БОЛЬШЕ НЕТ?
(3)
donskarloss@gmail.com
,
27.02.2022
-
Марсианские реки
(1)
donskarloss@gmail.com
,
27.02.2022
-
Семь спорных причин считать, что на Земле существовали цивилизации до людей
(1)
donskarloss@gmail.com
,
24.02.2022
20240425070602