Естественнонаучная картина мира. Часть 1. Естествознание – комплекс наук о природе

К исследовательским (поисковым) экспериментам относят те, которые направлены на обнаружение новых, неизвестных науке явлений и свойств. В ходе проведения этих экспериментов обнаруживаются факты, которые необходимо объяснить на основе существующих теорий или разработать новые для их объяснения.

Рис. 1.19. Классификация естественнонаучных эсперементов

Примером такого эксперимента может служить открытие явления сверхпроводимости голландским физиком Каммерлинг-Оннесом (1911 г.). Ему удалось создать лучшую в мире криогенную лабораторию, в которой впервые был получен жидкий гелий (температура кипеия – 4,2 Кельвина). Это очень малая температура, близкая к абсолютному нулю – 0 Кельвинов. Появилась возможность изучать свойства различных материалов при столь низких температурах. Каммерлинг-Оннес использовал эту возможность для исследования зависимости сопротивления металлов от температуры.

Неожиданно он обнаружил, что, если охлаждать ртуть, то при температуре около 4 Кельвин (критической температуре), ее сопротивление резко падает до нуля (рис. 1.20). Это явление было названо сверхпроводимостью. Позднее были обнаружены и другие сверхпроводники: олово, свинец. Ток в сверхпроводящем кольце, изготовленном из этих материалов, не затухает практически все время, пока они поддерживаются при температуре, ниже критической. Объяснение этого явления было найдено в рамках квантовой физики и носит название «теория БКШ» по именам, разработавших ее физиков (Д. Бардин, Л. Купер, Д. Шриффер).

Позднее, в 1986 году, физики К. Мюллер и Г. Беднорц, проводя исследовательские эксперименты с проводниками сложного физико-химического состава открыли еще одно явление – высокотемпературную сверхпроводимость (температура выше 30 Кельвин), которое не укладывалось в эту теорию и потребовало дальнейших теоретических разработок. За эту работу К. Мюллер и Г. Беднорц были удостоены Нобелевской премии. Особое значение этого открытия состоит в практической возможности получения сверхпроводящего состояния при охлаждении более дешевыми и удобными охладителями (жидкий азот, жидкий водород).

Рис. 1.20. Зависимость сопротивления ртути от температуры (переход в сверхпроводящее состояние)

По характеру исследования можно выделить