[вернуться к содержанию сайта]

РОЛЬ ТЕХНИЧЕСКИХ ОТКРЫТИЙ И МЕТОДИЧЕСКИХ ПРИЁМОВ В ПРАКТИКЕ ПРЕПОДАВАНИЯ
(статья из журнала "В мире научных открытий" №1, 2011, с. 128)

Березовчук Алла Владимировна,
младший научный сотрудник лаборатории электромагнитных полей
Старшов Михаил Александрович,
доцент кафедры прикладной физики
Саратовский государственный университет, г. Саратов, Россия
Alla-chimik@mail.ru, mastarshov@mail.ru

Alla Berezovchuk, Junior Researcher, Laboratory of Electromagnetic Fields
Mikhail Starshov, Associate Professor of Applied Physics
Saratov State University, Saratov, Russia
Alla-chimik@mail.ru, mastarshov@mail.ru

    Стремительное ускорение научных исследований связано зачастую с незначительными переменами в техническом оснащении или приёмах обработки научной информации. Почти полтора века прошло от первых исследований газов в работах Р. Бойля до установления следующих двух законов, описывающих газовые системы – законы Гей-Люссака, зато найденный Б. Клапейроном приём отображения параметров газа в координатах – давление-объём – немедленно расширил представление о газах в виде объединённого газового закона. Этот закон, как частный случай, выдаёт все эмпирические газовые законы, а самое главное – укрепляет в химии представление о моле, как количестве вещества, принципе Авогадро, по которому моль любого вещества содержит одно и то же число молекул, и приводит наконец к объединённому газовому закону Д. И. Менделеева–Б. Клапейрона [1].

    Другой пример влияния технического открытия – это спектральный анализ. Ещё до И. Ньютона наблюдались спектры солнечного света с помощью стеклянных призм (известны исследования Декарта), сам Ньютон отлично подготовил почву для последующего развития всей оптики. Тем не менее, спектральный анализ начался значительно позже, только потому, что И. Ньютон пропускал свет на призму через круглое отверстие в ставне, и это не позволяло различить границы между участками спектра. Когда спустя полтора века Уильям Волластон перед призмой поставил узкую прорезь, он сразу обнаружил в солнечном спектре несколько отчётливых чёрных линий. Сам Волластон не мог их правильно объяснить, так же как и продолжавший эти исследования Фраунгофер, но поскольку он этих линий обнаружил большое количество и предложил их удобную систематику, они были впоследствии названы фраунгоферовыми. В дальнейшем происхождение этих линий было связано с поглощением света в хромосфере Солнца. Вскоре после исследований Волластона и Фраунгофера, Бунзен придумал очень удобную газовую горелку, дающую мало собственного излучения, но возбуждающую свечение атомов помещённого в это пламя вещества. Совместно с Кирхгофом Бунзен заслуженно считается родоначальником спектрального анализа. Им удалось с помощью удивительно простого спектрального прибора обнаружить целый ряд новых элементов. Стало понятно, что спектр каждого элемента представляет собой как бы паспорт любого атома. Любопытно отметить, что установленные Кирхгофом совпадения жёлтых линий в спектре испускания атома натрия с двойной чёрной линией в спектре поглощения паров натрия, а также с соответствующими фраунгоферовыми линиями в солнечном спектре, сегодня обобщаются как один из важных законов спектрального анализа, что газы излучают тот же самый спектр, который они испускают в возбуждённом состоянии. На самом деле спектр поглощения гораздо беднее линиями и проще, чем спектр испускания, поскольку в этот спектр объединяются линии, связанные с переходом в основное состояние данного атома. Так, в спектре поглощения натрия и других щелочных металлов наблюдаются только линии главной серии, а в испускании – огромное количество линий, относящихся к так называемым побочным и фундаментальной сериям. Спектр испускания самого простого атома водорода представляет собой и самую простую систему немногих линий, но для их наблюдения в поглощении необходимо достаточно большое количество атомов перевести в первое возбуждённое состояние, а время жизни атома в этом состоянии ничтожно мало. Это сулит огромные трудности подобных экспериментов. А научная и методическая ценность таких опытов невелика, тогда как спектр поглощения водорода обнаруживается и даёт бесценную информацию в интенсивно изучаемых в последние десятилетия гигантских гамма-вспышках в далёком космосе, хотя и там видны линии поглощения так называемой серии Лаймана, связанной с переходами электрона с возбуждённых уровней на самый глубокий.

    Открытая в 1885 году спектральная формула Бальмера для водорода предсказала несколько ещё неизвестных линий в УФ части спектра, но для современников представлялась абсолютной загадкой. Наконец, в 1913 году ровесник этой формулы Н. Бор впервые увидел и осознал её смысл, объединив это понимание со знанием планетарной модели атома по опытам Резерфорда. Можно ещё привести ряд примеров, т. к. наука безгранична [2].

    Удивительна судьба открытого в начале двадцатого века швейцарским физиком и математиком Вальтеров Ритцем (1878-1909) комбинационного принципа. Кто бы ни упоминал его, даже самые выдающиеся физики, либо сразу допускают неточность в его изложении, либо, как Нобелевский лауреат Луи де Бройль, дают его в формулировке автора, или близко к ней, но в следующей фразе совершенно искажают его смысл собственным комментарием. Внимательно рассматривая спектральную серию Бальмера и только что открытую в далёком ультрафиолетовом участке спектра серию Лаймана, Ритц заметил, что линейная комбинация волновых чисел этих серий снова даёт волновое число. Совет Ритца известному спектроскописту Ф. Пашену немедленно привёл к открытию новой, ещё не известной никому серии линий атома водорода в инфракрасной области. Серия получила название серии Пашена, хотя заслуга в её обнаружении принадлежит по праву Ритцу, но история бывает возмутительно несправедлива. И почти общим местом стало выражение, что по принципу Ритца разность термов даёт волновое число спектральной линии. Но термы и волновые числа совершенно различные понятия, и разность термов появилась в спектроскопии задолго до работы Ритца.

    Вся эта ситуация напоминает историю с так называемым пятном Пуассона, которое было спрятано в теоретической работе по дифракции света О. Френеля. Член жюри Парижской академии наук, рассматривавшего конкурсные работы, Симеон Дени Пуассон увидел это невероятное следствие выкладок Френеля – в центре тени от непрозрачного диска должно наблюдаться светлое пятно. Другой член этого жюри, Доминик Араго, чуть ли не в тот же день экспериментально получил это пятно. Но в историю вошло название этого потрясающего эффекта по имени того, кто усомнился в реальности такого пятна.

    Исторические сведения такого рода позволяют привлечь внимание студентов к изучаемым научным теориям и экспериментам.

1. Азимов А. Краткая история химии. М., 1991.

2. Маршакова И. В. Система цитирования научной литературы. М., 1988.

Дата установки: 15.09.2011
[вернуться к содержанию сайта]

W