Игорь Иванов

Цикл научно-популярных лекций

Масштабы времен: путешествие вглубь секунды с историческими отступлениями

2020 год

В одной секунде умещается головокружительный мир быстропротекающих явлений. Тела, вещество, атомы, ядра — на каждом пространственном масштабе в самых разных диапазонах времен разворачиваются свои процессы. В этом цикле небольших научно-популярных лекций мы пройдемся по лестнице временных диапазонов: милли-, микро-, нано-, пикосекунды и еще глубже. Упор будет сделан на связи явлений друг с другом, а дополнять рассказ будут исторические отступления о том, как исследователи делали первые шаги в той или иной области.

Смотреть цикл на YouTube

Лекция 1. Милли- и микросекунды

Явления окружающего мира и фотоэксперименты с подручными материалами. Дрожание микроскопических капель. Как увидеть невооруженным глазом мерцание с частотой килогерц.

Презентация

Дополнительные материалы:

Проверь свою реакцию на сайте: humanbenchmark.com/tests/reactiontime
Популярное объяснение как ломаются спагетти: elementy.ru/problems/986/
Шикарные видеоролики Дестина Сандлина с камерой Phanton v1610 (250 000 fps): elementy.ru/link/Sandlin
Видео разбор от Дестина Сандлина "Батавские слёзки": youtu.be/xe-f4gokRBs
Хорошая популярная литература:
- Гегузин Я.Е. Пузыри (Библиотечка «Квант», вып. 46). М.: Наука. 1985
- Майер В. В. Капли. Струи. Звук. М.: Физматлит. 2008
- Асламазов Л.Г., Варламов А.А. Удивительная физика. М.: Добросвет, 2017
Отрыв капли и разрыв струи: elementy.ru/problems/811/; Eggers, Villermaux (2008) doi.org/10.1088/0034-4885/71/3/036601

Лекция 2. Ранняя история скоростной фотосъемки

Рождение фотографии. Время выдержки: часы, минуты, секунды. «Мгновенная» фотография. Лошади Мэйбриджа и хронофотография Маре. Микросекундный снимок Маха.

Презентация

Дополнительные материалы:

Чибисов К.Б. Очерки по истории фотографии // М.: Искусство, 1987
Дариус Дж. Недоступное глазу // М.: Мир, 1986
Фризо М. Новая история фотографии / А. Г. Наследников, А. В. Шестаков. — СПб.: Machina, 2008
Encyclopedia of nineteenth-century photography // ed. John Hannavy, Taylor & Francis, 2008
Документы по истории изобретения фотографии: Переписка Ж.Н. Ниепса, Ж.М. Дагерра и других лиц. // М.-Л. Издательство АН СССР, 1949
История изобретения фотографии, YouTube канал ТотСамыйШкаф. https://youtu.be/gkZQ64jrEMg

Лекция 3. Акустика

Человеческий диапазон частот и домашние эксперименты. Фонетика и форманты. История акустики сквозь XIX век. Поглощение звука.

Презентация

Дополнительные материалы:

Springer Handbook of Acoustics, Springer, New York, 2014 https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0755-7
Морозов В.П. Занимательная биоакустика. М.: Знание. 1987
Underwater Acoustics: Noise and the Effects on Marine Mammals. http://oalib.hlsresearch.com/PocketBook%203rd%20ed.pdf
Fastl H., Zwicker E., Psychoacoustics: Facts and Models. Springer. 2007 https://www.springer.com/gp/book/9783540231592
Yost, W. A. (2015). Psychoacoustics: A brief historical overview. Acoustics Today, 11(3), 46-53.

Лекция 4. Ультразвук и фононика

История ультразвуковых исследований и гидроакустики: от летучих мышей до рождения сонара. Ультразвук в медицине: диагностика и терапия. Гиперзвук и фононы: арсенал современной фононики.

Презентация

Дополнительные материалы:

Ультразвук. Маленькая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия. 1979
Springer Handbook of Acoustics, Springer, New York, 2014 https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0755-7
Морозов В.П. Занимательная биоакустика. М.: Знание. 1987
Гаврилов Л. Р. Фокусированный ультразвук высокой интенсивности в медицине. М.: ФАЗИС. 2013. https://istina.msu.ru/publications/book/60959483/
Ensminger D., Bond L.J. Ultrasonics: Fundamentals, Technologies, and Applications. CRC Press. 2011.
Maldovan, M. Sound and heat revolutions in phononics. Nature 503, 209– 217 (2013). https://doi.org/10.1038/nature12608
Cummer, S., Christensen, J. & Alù, A. Controlling sound with acoustic metamaterials. Nat Rev Mater 1, 16001 (2016). https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.1

Лекция 5. Нано- и пикосекунды

Движение молекул: оценки скоростей и масштабов времен. Сонолюминесценция. Фолдинг белковых молекул. «Жизнь» позитронов в кристалле.

Презентация

Дополнительные материалы:

Маргулис М. А. Сонолюминесценция. УФН 170 263–287 (2000) https://ufn.ru/ru/articles/2000/3/c/
B.P. Barber et al. Defining the unknowns of sonoluminescence (1997) https://doi.org/10.1016/S0370-1573(96)00050-6
M.P. Brenner, S. Hilgenfeldt, D. Lohse. Single-bubble sonoluminescence (2002) https://doi.org/10.1103/RevModPhys.74.425
K. Suslick et al, The Chemical History of a Bubble (2018) https://doi.org/10.1021/acs.accounts.8b00088
И. Кренёв, Проблема фолдинга белка // Биомолекула https://biomolecula.ru/articles/problema-foldinga-belka
Графутин В И, Прокопьев Е П "Применение позитронной аннигиляционной спектроскопии для изучения строения вещества" УФН 172 67–83 (2002) https://ufn.ru/ru/articles/2002/1/c/
C. Hugenschmidt. Positrons in surface physics (2016) https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2016.09.002

Лекция 6. Фемтомир

Масштабы атомного мира. Движение электронов и света. Метод накачки-зондирования. Первая пикосекунда плавления. Фемтохимия и фемтобиология.

Презентация

Дополнительные материалы:

Бучаченко А.Л. Время в химии // Соросовский образовательный журнал, 2001, №8. http://window.edu.ru/resource/514/21514
The Nobel Prize in Chemistry 1999 https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1999/press-release/
Ahmed H. Zewail. Femtochemistry: Atomic-Scale Dynamics of the Chemical Bond. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 24, 5660–5694 https://doi.org/10.1021/jp001460h
V. Sundström. Femtobiology. Annu. Rev. Phys. Chem. 2008. 59:53–77 http://doi.org/10.1146/annurev.physchem.59.032607.093615
N. Lambert et al. Quantum biology. Nature Physics 9, 10–18 (2013) https://doi.org/10.1038/nphys2474

Лекция 7. Внутренняя жизнь атома

Самые внутренние электроны. Инструменты аттофизики. Возбужденные атомы.

Презентация

Дополнительные материалы:

P. Peng, C. Marceau, D. M. Villeneuve, Attosecond imaging of molecules using high harmonic spectroscopy, Nature Rev Phys 1, 144 (2019) https://doi.org/10.1038/s42254-018-0015-1
R. Pazourek, S. Nagele, J. Burgdörfer. Attosecond chronoscopy of photoemission. Rev. Mod. Phys. 87, 765 (2015) https://doi.org/10.1103/RevModPhys.87.765
F. Krausz, M. Ivanov. Attosecond physics. Rev. Mod. Phys. 81, 163 (2009) https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.163
P. Corkum, F. Krausz, Attosecond science. Nature Phys 3, 381 (2007). https://doi.org/10.1038/nphys620

Лекция 8. Зепто- и йоктосекунды

Ядерный масштаб времен. Времена жизни изотопов. Метод теней. Столкновение релятивистских ядер.

Презентация

Дополнительные материалы:

Оптические исследования помогают изучать ядра с нейтронным гало https://elementy.ru/novosti_nauki/432114/
Детектор CMS обнаружил необычные корреляции частиц https://elementy.ru/novosti_nauki/431410/
Периоды полураспада изотопов урана https://elementy.ru/time/nuclear/nuclear-3.html
Измерения длительности ядерных реакций с тяжелыми ионами, С.А. Карамян, Письма ЭЧАЯ http://www1.jinr.ru/Archive/Pepan/1986-v17/v-17-4/4.htm
Времена жизни элементарных частиц https://elementy.ru/time/particles/particles-5.html