Материалы портала «Научная Россия»

От реторты алхимика к большому адронному коллайдеру

По уникальным экспонатам, представленным в музее истории физики Томского государственного университета, можно изучать развитие этой науки со времен алхимии.  Все исторические приборы в экспозиции сделаны руками истинных мастеров, и почти все в рабочем сос

«Экспериментальное» искусство берет свое начало во времена алхимии. Первые инструменты алхимика были просты и грубы. Научная работа первых физиков с 15 века граничила с высоким искусством, и неспроста Леонардо да Винчи как инженер и физик в свое время был не менее знаменит, чем как художник.

Так постановка научных  опытов привела к созданию первых научных приборов. Даже сами по себе они  были в те времена произведениями искусства, часто очень ценными. С каждым из них можно было производить лишь немного разнообразных опытов. Проделав эти опыты, как исследователь, так и простой любитель или преподаватель, обладающий таким прибором, должен был позаботиться об его сохранении до следующего случая. Отсюда пошло название "физический кабинет", хранилище ценных и хрупких научных приборов.

 

Очень интересен, выражаясь современным языком, дизайн первых приборов. Специальных физико-механиков тогда еще не было, за изготовлением механизмов надо было обращаться к столярам-мебельщикам, слесарям, оружейникам, и каждый применял привычные для него формы и конструкции. Поэтому все подставки и штативы приборов резные, в роскошном стиле рококо или барокко, часто даже с позолотой и мало напоминают строгий стиль современных установок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В 17 веке голландские мастера первыми преуспели в изготовлении    оптических приборов: зрительных труб. Их опыт перенял Галилей, который в 1609 г. самостоятельно построил свою зрительную трубу и произвел свои небесные наблюдения. По проекту Иоганна Кеплера (1611 г.) был построен затем первый телескоп.

Зрительная труба, год изготовления 1930. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эти изобретения стимулировали развитие экспериментальной оптики: голландским оптиком Антони ван Левенгуком был изобретен первый микроскоп.

Ученые перенимали друг у друга опыт физических экспериментов, совершенствуя технику, что приводило к новым и новым открытиям и техническим ноу-хау. Правда, это же привело ученых мужей и к спорам о приоритетах и научно-техническом плагиате. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечательна история изобретения маятниковых часов. В те времена общество уже остро нуждалась в по-настоящему точных часах, и изобретение часов явилось выполнением «социального заказа». Откры­тый Галилеем закон изохронности колебаний маятника навел его на мысль приспо­собить маятник для регулировки часов. В его бумагах после смерти был найден проект маятниковых часов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первые часы с маятником были изго­товлены и запатентованы голландским ученым Христианом Гюйгенсом в 1657 г. В 1674 г. Гюйгенс предложил свой проект пружинных часов, и вокруг изобрете­ний Гюйгенса разгорелся спор о приоритете. После публикации Гюйгенса ученик Галилея Вивиани опубликовал проект часов Галилея. Автором маятниковых часов называли и часовщика Иоста Бюрги, умершего в 1632 г. На приоритет в изобретении пружинных часов претендовал член Лондон­ского королевского общества Р. Гук – автор закона Гука.

Галилео Галилей был автором идей многих физических приборов, а значит, и новых, ранее не существовавших технических решений. Им был изобретен еще и термометр, в котором впервые расшире­ние тел было использовано для характеристики теплового состояния. Тер­мометр Галилея был усовершенствован флорентийскими академиками, из­вестным немецким ученым магдебургским бургомистром Герике и, наконец, Ньютоном. Окончательное завершение облика удобного для использования термометра путем создания термо­метрической шкалы с постоянными точками последовало в 18 веке.

Вслед за Галилеем шли его ученики и последователи.  Большой интерес вызвало открытие атмосферного давления учеником Галилея Эванджелиста Торричелли (1608—1647). Сам Галилей никак не мог отрешиться от господствовавших в физике концепций Аристотеля и на­блюдения флорентийских колодезных мастеров, что вода не может быть вытянута насосом на высоту более 10 м, истолковал как наличие определенной измеримой силы «боязни пустоты». Торричелли же правильно объяснил наблюдения ремесленников: вода в насосе колодца поднимается давлением воздушного океана, имеющим определенную ве­личину, равную весу десятиметрового столба воды. Если заменить воду ртутью, то высота столба будет примерно в 13,5 раза меньше, а над этим столбом образуется вакуум — «торричеллиева пустота».  Опыт с образованием «торричеллиевой пустоты» в трубке со ртутью проделал по указанию Торричелли в 1643 г. Вивиани. Торричелли, повторяя этот опыт, заметил колебание высоты ртутного столба, указывающее на колебания атмосферного давления. Так был изобретен первый барометр. Опыт Торричелли повторил французский ученый Блез Паскаль, известный своими исследованиями по гидростатике. В 1647 г. он произвел знаменитый опыт с восхождением на гору Пью де Дом с барометром. По мере поднятия на вершину горы высота ртути в баро­метре падала. Конструкцию ртутного барометра усовершенствовали Флорентийские академики. Так, барометры одновременно появились в Германии, Англии, Франции. 

Обсуждение способов получения «пустого пространства» - вакуума стало еще одной проблемой, волновавшей физиков-экспериментаторов того времени. Ее решение привело к созданию воздушных насосов. Отто Герике в Магдебурге, Роберт Бойль в Англии были изобретателями насоса. Христиан Гюйгенс изобрел тарелку для колокола насоса и манометр, Дени Папен заменил кран насоса клапаном.

 

Знаменитые опыты магдебургского бургомистра Герике, описанные им в книге «Новые Магдебургские опыты в пустом пространстве» (1674 г.), в которых демонстрировалась сила атмосферного давления («Магдебургские полушария»), получили широкую популярность у современников и последующих авторов учебников физики. Бойль в сочинении «Новые физико-механические эксперименты, касающиеся упругости воздуха» описал конструкцию своего насоса, понижение ртутного столба в разреженном пространстве, понижение точки кипения воды в разреженном пространстве, прекращение действия системы в вакууме. И в этом случае научный процесс продвинул инженерную мысль. Продемонстрировав огромную силу воздушного давления, авторы опытов с насо­сом натолкнули мысль изобретателей на изучение способов использования этой силы в технике. Отсюда берет начало паровая машина, бывшая в первой стадии развития ничем иным, как пароатмосферным насосом.

 

 В 1873 году Джеймс Максвелл опубликовал Трактат по электричеству и магнетизму, предсказав возможность существования электромагнитных волн, в 1887 году Генрих Герц доказал это экспериментально. В 1898 году Джозеф Джон Томсон открыл электрон. 1895 год ознаменовался открытием Рентгена и доказательством существования явления радиоактивности. В далекой же Сибири до 1888 года, когда открылся Томский государственный университет, физика как наука не существовала вообще. С его появлением она начала активно развиваться, и теперь здесь даже есть музей истории физики, где собраны уникальные экспонаты, отображающие историю развития этой науки, как в самом университете, так и во всей Сибири.

Многие приборы были привезены в Томск еще в 1888 году первым директором университета – Николаем Гезехусом. Большой интерес, в частности, представляют телефоны Белла. Изобретенный в 1879 году компанией Siemens & Halske Berlin DR Patent, этот телефон в момент открытия университета был новинкой.

Николаем Гезехусом были приобретены и более совершенные телефоны Голубицкого и стеклянные модели телефонов для демонстрации студентам. В музее находятся и приборы, приобретенные им для научной работы, например, струнный электрометр, изготовленный по специальному заказу первого ректора в Санкт-Петербургском университете. В 1896 году заведующим кафедрой физики – Федором Капустиным была приобретена для университета первая рентгеновская установка.

В 1896 году Федор Капустин возглавил экспедицию за полярный круг для наблюдения солнечного затмения, и Александр Попов предложил ему свой приемник для обнаружения радиоволн. Из-за малой чувствительности приемника они так и не были зарегистрированы, однако, сама идея о том, что Солнце излучает электромагнитные волны, в ту пору очень заинтересовала ученых. Экспонат, представленный в музее, выпущен в 1912 году в Киеве. В 1923 году при физическом кабинете начали работать радиолаборатория и коротковолновая радиостанция, созданная ассистентом Александром Сапожниковым. В 30-е годы радиолаборатория и кафедра электромагнитных колебаний занимались радиофикацией Сибири. В музее имеется один из первых механических телевизоров, и есть даже снимки, сделанные с его экрана. 

Все исторические приборы в экспозиции сделаны руками истинных мастеров, и почти все до сих пор в рабочем состоянии. На знаменитом фонографе Эдисона, который сделан в 1877-го году, можно и сегодня записывать звук. Он записывается на носитель по дорожкам, глубина которых пропорциональна громкости воспроизведения. Звуковая дорожка фонографа располагается на сменном вращающемся барабане. Игла двигается по канавке, передавая колебания на упругую мембрану, которая затем издает звук. 

 

 

 

 

 

 

 

Резонаторы Гельмгольца. Год изготовления 1862.

 

 

 

 

 

 

 

    Электронно-лучевая трубка.  Год изготовления 1966 г.              Магазин сопротивлений. Год изготовления 1875. 

 

галилей история науки музей истории физики томский государственный университет физические приборы

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий