Научная, учебная литература для специалистов

Книга, написанная известным физиком-теоретиком, работающим в области элементарных частиц и теории струн, посвящена гипотетической cимметрии между частицами вещества и частицами-переносчиками взаимодействий — суперсимметрии. Если эксперименты подтвердят, что природа действительно суперсимметрична, то значит существует новый класс частиц, которые назвали суперчастицами. Из этой книги читатель узнает о том, как суперчастицы и суперсимметрия помогут ученым в создании завершенной физической картины мира. Окончательная теория будет не только описывать все наблюдаемые явления, но и сможет ответить на вопрос, почему мир устроен именно так. Написанное в жанре научно-популярной литературы данное издание не требует от читателя специальной подготовки. Для широкого круга читателей, интересующихся вопросами мироустройства на субатомном уровне.

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований нелинейных эффектов для волн, распространяющихся в средах с периодическим пространственным изменением характеристик. Для оптического и СВЧ-излучений такие среды — это цепочки молекул и цепочки металлических наночастиц, фотонные кристаллы и наборы световодов, плазмонные решетки и метаматериалы, то есть искусственные среды, формируемые периодически повторяющимся набором субволновых элементов — «метаатомов». Для волн атомной материи — конденсатов Бозе-Эйнштейна — родственными системами являются наведенные светом периодические решетки. Сочетание периодичности структуры и нелинейности отклика приводит к целому ряду ярких квантовых и классических эффектов, таких как разнообразные нелинейные резонансы, самоканалирование, обеспечивающее волноводное распространение излучения в линейно однородной среде, и локализованные (солитоноподобные) структуры. Для научных сотрудников, аспирантов и студентов, изучающих нелинейную физику, а также исследователей, ищущих пути к созданию миниатюрных фотонных чипов с перестраиваемыми (управляемыми) характеристиками.

Книга посвящена изложению и анализу геометрического подхода к описанию физического мира, в частности общей теории относительности А. Эйнштейна и многомерной геометрической теории физических взаимодействий. В первой части дано введение в общую теорию относительности. Во второй части детально рассматриваются теория относительности, ее формулировки и обобщения. Третья часть посвящена изложению многомерной геометрической теории микромира. В четвертой части произведен метафизический анализ геометрического и иных подходов к физике с целью обоснования необходимости перехода к более совершенной картине мира. Книга адресована студентам и преподавателям вузов физико-математического профиля, физикам-теоретикам и философам.

Книга посвящена изложению принципиальных основ квантовой механики. В ней рассказывается о том, каковы особенности эксперимента в области микрофизики и каким образом вводятся основные понятия квантовой механики. В заключение изложены основы математического аппарата квантовой механики. Книга рассчитана на физиков, химиков, биологов и других ученых-естественников, а также философов.

В настоящей книге представлены все основные работы выдающегося ученого-механика И.В. Мещерского по механике тел переменной массы. Именно эти работы положили начало данному разделу теоретической механики, который стал основой современной науки о движении летательных аппаратов, снабженных реактивными двигателями, — динамики ракет (ракетодинамики). Книга будет полезна широкому кругу инженеров и ученых-механиков, а также преподавателей и студентов высших учебных заведений, которым она поможет дополнить новыми идеями традиционный материал курсов теоретической механики.

Монография посвящена методу исследования пространственного и электронного строения органических гетероатомных соединений, основанному на использовании спектров ядерного магнитного резонанса, измененных электронно-ядерным или сверхтонким взаимодействием. Рассмотрены основы явления ЯМР в парамагнитных системах, в том числе механизмы контактного и псевдоконтактного сверхтонкого взаимодействия, процессы релаксации ядерных спинов, а также математический аппарат теории, необходимый для анализа экспериментальных результатов. Описана методика записи спектров ЯМР-образцов, содержащих парамагнитные комплексы. На ряде азот- и кислородсодержащих соединений проиллюстрированы широкие возможности метода в изучении молекулярного строения. Книга представляет интерес для специалистов, применяющих метод ЯМР в своих исследованиях.

В настоящем пособии изложена нерелятивистская теория S-матрицы. Вначале S-матрица получена в виде ряда теории возмущений по потенциалу взаимодействия. Затем путем суммирования ряда выведено уравнение Липпмана-Швингера. Получено также точное соотношение, связывающее амплитуду рассеяния и потенциал. Подробно рассмотрено рассеяние нерелятивистских частиц со спином. Изложен аппарат спиновой матрицы плотности. Всесторонне рассматриваются ограничения, которые накладывают на матрицу рассеяния принципы инвариантности относительно вращений, отражений и обращения времени. На основе принципов инвариантности получена и детально проанализирована важная теорема о равенстве поляризации и асимметрии. Книга предназначена для студентов физических факультетов высших учебных заведений, физиков --- теоретиков и экспериментаторов.

Успехи квантово-релятивистской физики в первой половине XX века породили иллюзию ее фундаментальности и всеобщности. Однако к началу XXI века стали появляться новые факты, не объясняемые в рамках стандартных теорий; кроме того, известные явления также остаются без должных объяснений. Это значит, что необходим иной подход к пониманию физической реальности. Предлагаемая книга посвящена сравнительному анализу квантово-релятивистского и субстанционально-вакуумного субквантового подходов, разработке на базе последнего альтернативной теории и получению конкретных выводов из нее, а также анализу экспериментальных данных. Как альтернатива представлена субстанционально-вакуумная модель физических взаимодействий, в рамках которой, исходя из классических представлений о пространстве, времени и движении, приходят к наблюдаемым релятивистским и квантовым эффектам как следствиям модели. При анализе основное внимание уделено гравитационно-инерциальным явлениям, показано их место в общей физической картине мира. В рамках модели получен ряд интересных следствий, касающихся структуры и свойств гравитационных полей и вещества на различных масштабных уровнях. Помимо теории, большое внимание уделено вопросам постановки и проведения гравитационных, электрогравитационных и других экспериментов, приведен ряд результатов известных и неизвестных опытов, указывающих на принципиальную возможность управления процессами, связанными с инерцией и гравитацией. Рассматриваются также нелокальные эффекты, которые, на первый взгляд, не совместимы с концепцией полевого близкодействия. Книга будет интересна как физикам, занимающимся вопросами гравитации и смежных областей, так и специалистам других направлений, а также всем, кто интересуется фундаментальными физико-философскими проблемами современного естествознания.

Книга содержит основные понятия и определения теории надежности, а также описание моделей и методов анализа надежности технических систем. Изложены методы расчета показателей надежности, использующие основные формулы теории вероятностей и комбинаторики. Рассмотрен класс логико-вероятностных моделей и методы получения и преобразования формального описания структур систем, в том числе блок-схемы надежности, деревья отказов. Рассмотрены вопросы марковского моделирования надежности и вычислительные схемы расчета показателей надежности восстанавливаемых и невосстанавливаемых систем. Дан обзор подходов к анализу видов и последствий отказов. Приводятся примеры расчетов с привлечением современных средств автоматизации анализа надежности. Книга предназначена для инженеров и научных работников, специализирующихся в области проектного анализа надежности технических систем.

Настоящая книга посвящена изложению основ новой синтетической научной дисциплины — физической информатики. Показано, что информационными характеристиками физических систем являются: информационная энтропия — характеристика физических величин и состояний квантовых систем, мера сложности систем, информационная дивергенция, совместная информационная энтропия — характеристика унитарных преобразований, информация связи — характеристика взаимодействия сцепленных (запутанных) систем. Приведена методика и получены оценки объема информации в «простых» физических системах (фундаментальных и элементарных частицах, атомах, молекулах и т.д.) и в космологических объектах (звездах, черных дырах, галактиках, Вселенной). Описан новый класс объектов — оптимальные черные дыры. Даны оценки объема информации и массы начальных неоднородностей Вселенной. Показано, что расширение Вселенной — причина и источник формирования информации. Описывается формирование информации во Вселенной при фазовых переходах, при искривлении пространства, формирование частиц в инфляционной Вселенной, формирование информации Вселенной и ее структурными элементами при степенном расширении. Даны оценки объема информации в аминокислотах, азотистых основаниях; показано, что жизнь — это эффективный способ формирования классической информации. Сформулированы информационные основы строения и познания физических систем и Вселенной в целом. Книга предназначена для специалистов в области информатики, квантовой механики и астрофизики, студентов и аспирантов соответствующих специальностей, интересующихся основами естествознания и новыми идеями, объединяющими различные области знания.

В настоящем учебном пособии изложены: физический фундамент радионуклидной диагностики; методы регистрации и детекторы ионизирующих излучений, применяемые в радионуклидной диагностике; устройство и основные характеристики гамма-камер и позитронно-эмиссионных сканеров, однофотонная эмиссионная и позитронно-эмиссионная томография и др.

Учебное пособие является введением в физику линейных и нелинейных волновых процессов на примере распространения электромагнитных и акустических волн. Описаны механизмы дисперсии волн. Рассмотрены особенности распространения нелинейных волн, практически не отраженные на современном уровне во вводной учебной литературе.

Содержание учебника, состоящего из трех частей, соответствует курсу лекций, которые автор читает в МГТУ им. Н.Э. Баумана. В части I представлены общие основы и понятийный аппарат теории идеальных тепловых ракетных двигателей, а также их классификация. В части II изложены физико-химические механизмы реальных рабочих процессов, протекающих в тепловых ракетных двигателях, и методики количественной оценки их влияния на выходные параметры двигателя при отличии этих процессов от идеальных. Приведены методики решения задач термодинамического расчета состава продуктов сгорания и изменения их параметров при движении по соплу как химически активного потока. В части III представлены методические указания и полный комплект контрольно-измерительных материалов по блочно-модульным образовательным технологиям. Для студентов технических вузов авиационного и ракетного профилей в качестве пропедевтического курса программ подготовки дипломированных инженеров, магистров и бакалавров, также может представлять интерес для инженерно-технических работников в области проектирования и эксплуатации ракетной техники.

Обобщается опыт моделирования турбулентных струйных течений на основе подходов различной степени сложности: статистические модели, основанные на представлении о переносе квазичастицами комплексов газодинамических параметров в заданную точку пространства зоны турбулентного смешения струи с окружающей средой; модели, основанные на решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса; современные подходы к моделированию турбулентных течений, такие как моделирование крупных вихрей. Разработанные модели позволяют путем проведения вычислительного эксперимента оптимизировать процессы переноса и горения в турбулентных струях, синтезировать струйные течения, обладающие заданными свойствами, а также дать практические рекомендации по организации струйных течений в технических и технологических приложениях. Монография предназначена научным работникам, специализирующимся в области вычислительной газодинамики струйных течений, инженерно-техническим работникам, занимающимся проектированием устройств и процессов, ориентированных на струйные технологии, а также аспирантам и магистрантам соответствующих направлений подготовки.

Центральным объектом настоящей книги является метод комплексных амплитуд, позволяющий заменить трудоемкие операции над гармоническими колебаниями на сравнительно простые алгебраические действия, выполняемые над комплексными числами. Метод комплексных амплитуд рассматривается в контексте расчета электрических цепей (линейных инвариантных во времени), токи и напряжения в которых изменяются по гармоническому закону, и последующего анализа полученных результатов. Отдельное внимание в книге уделено задачам расчета и анализа мощности в электрических цепях. Для удобства читателя автор приводит в приложениях основные сведения об углах из планиметрии и тригонометрии в объеме, необходимом для ясного понимания как предмета гармонических колебаний, так и алгебры комплексных чисел. По замыслу автора, книга позволит читателю с минимальной базовой подготовкой приступить к освоению анализа электрических цепей в режиме гармонических колебаний – важного раздела в курсе «Основы теории цепей», являющегося первым шагом на пути к общему частотному анализу произвольных радиотехнических устройств и систем. По ходу изложения теория иллюстрируется тщательно разобранными практическими примерами, которых в книге более тридцати. Для закрепления материала читателю предложено для самостоятельного решения около восьмидесяти упражнений и задач. Книга будет интересна студентам, изучающим радиотехнические и смежные дисциплины, инженерам, интересующимся расчетом схем электрических цепей, молодым преподавателям вузов, школьникам старших классов с углубленной физико-математической подготовкой, а также широкому кругу читателей, интересующихся анализом систем любой природы (технических, экономических, биологических) под воздействием гармонических колебаний.

Настоящая книга посвящена систематическому изложению теории рассеяния и поглощения плоских электромагнитных волн частицами мутной среды. Этот вопрос, составляющий основу оптики мутных сред вообще, практически исчерпывает оптику полупрозрачных тел, то есть таких, в которых многократность рассеяния несущественна. Кроме теории, в книге кратко излагаются экспериментальные данные. Книга рекомендуется физикам — научным работникам, преподавателям, аспирантам и студентам физических вузов, исследователям широкого класса атмосферно-оптических явлений, оптики моря, коллоидных растворов и аэрозолей, а также метеорологических, астрофизических и других прикладных вопросов.

В работе рассмотрены основные этапы развития инженерной криологии; термодинамические принципы и предельные соотношения для непрямых, непрерывных, обратимых (равновесных) взаимных преобразований теплоты и работы (электроэнергии); термодинамическая температура, единое термодинамическое температурное пространство, холод и теплота; окружающая среда, ее температура и свойства; тепловые двигатели — генераторы работы (электроэнергии); холодильные и криогенные установки и системы — генераторы холода; тепловые насосы — генераторы высокопотенциальной теплоты; «холодные» двигатели — генераторы работы; различные преобразования потоков только теплоты; пример преобразования теплоты высокого потенциала в холод; энтропия и эксергия; внутренняя энергия и энтальпия; свободная энергия и свободная энтальпия; классические технологические задачи инженерной криологии. Проанализированы принципиальные схемы реальных машинных систем, осуществляющих непрямые, непрерывные, циклические процессы для генерации работы (энергии), холода и теплоты; энергетические и энтропийные балансы реальных систем; истоки энтропийно-статистического метода анализа низкотемпературных систем и определения энергетических потерь; теоретические величины энергетических потерь в циклах НТУ; величины производства энтропии и действительно затрачиваемой работы для компенсации необратимости рабочих процессов и циклов в НТУ. Показаны характерные особенности реальных необратимых рабочих процессов низкотемпературных систем — генераторов холода; особенности одноразового (кратковременного) и непрерывного (длительного) охлаждения; сформулирована теорема о холодопроизводительности низкотемпературных циклов с потоками рабочего тела. Описаны газовые интегрированные циклы тепловых насосов для одновременной генерации тепла и холода. Приведены примеры энтропийно-статистического анализа различных низкотемпературных систем.

В настоящей монографии изложены результаты многолетней работы авторов по исследованию внешнего трения как физического явления. В ней подробно освещена сущность установленных прямого и обратного механофрикционных эффектов, исследование которых вносит коренные изменения в существующие физические представления о трении и дает начало развитию нового — как экспериментального, так и теоретического — направления в трибологии. В книге рассмотрен предложенный одним из авторов резонансный диссипационный механизм внешнего трения. Разработан новый континуально-полевой подход к внешнему трению и износу, основанный на использовании законов термодинамики и применении фрикционной диссипативной функции, что позволяет ставить и решать задачи внешнего трения и износа как краевые модельные задачи физики. Обосновано единство физической природы внешнего и внутреннего трения и показана одинаковость их диссипативных механизмов. На основе установленной связи между величиной силы внешнего трения и бессиловыми характеристиками внутреннего трения решена проблема Г. Герца для неконсервативных систем с трением, суть которой состоит в требовании полного исключения понятия силы внешнего трения в классической механике. Применительно к трибосистемам сформулирован новый вариационный термодинамический принцип (принцип Умова-Циглера), который может быть использован для описания и изучения сложных фрикционных систем. Показано, что сила внешнего трения не является запаздывающей временнй функцией. Рассмотрены основы кинетической теории износа хрупких тел. Предложен поканальный (зондовый) экспериментальный метод изучения свойств фрикционного контакта. На основе сформулированного понятия обратной фрикционной связи изучено влияние упругих волновых потерь на усталостное разрушение материалов при трении. Показана возможность разделения силы трения на поверхностную и объемную составляющие. Рассмотрена возможность проявления при внешнем трении масштабного эффекта. Введено понятие точки приложения силы трения. Обсуждаются причины стохастической природы трения и износа и способы ее учета при решении фрикционных задач. Монография рассчитана на научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области физики трения, трибологии, машиностроения, обработки металлов давлением, грунтоведения, а также на специалистов других отраслей, сталкивающихся в своей работе с проблемами трения. Монография составлена с учетом возможного ее использования преподавателями, аспирантами и студентами вузов, учебные программы которых предусматривают углубленное изучение фрикционных процессов и закономерностей трения. Развиваемый в монографии подход в изучении трения по-новому ставит вопрос о методах преподавания темы «Внешнее и внутреннее трение» в вузах и средних учебных заведениях, включая среднюю школу.

В работе рассмотрены основные этапы развития инженерной криологии; термодинамические принципы и предельные соотношения для непрямых, непрерывных, обратимых (равновесных) взаимных преобразований теплоты и работы (электроэнергии); термодинамическая температура, единое термодинамическое температурное пространство, холод и теплота; окружающая среда, ее температура и свойства; тепловые двигатели – генераторы работы (электроэнергии); холодильные и криогенные установки и системы – генераторы холода; тепловые насосы – генераторы высокопотенциальной теплоты; «холодные» двигатели – генераторы работы; различные преобразования потоков только теплоты; пример преобразования теплоты высокого потенциала в холод; энтропия и эксергия; внутренняя энергия и энтальпия; свободная энергия и свободная энтальпия; классические технологические задачи инженерной криологии. Проанализированы принципиальные схемы реальных машинных систем, осуществляющих непрямые, непрерывные, циклические процессы для генерации работы (энергии), холода и теплоты; энергетические и энтропийные балансы реальных систем; истоки энтропийно-статистического метода анализа низкотемпературных систем и определения энергетических потерь; теоретические величины энергетических потерь в циклах НТУ; величины производства энтропии и действительно затрачиваемой работы для компенсации необратимости рабочих процессов и циклов в НТУ. Показаны характерные особенности реальных необратимых рабочих процессов низкотемпературных систем – генераторов холода; особенности одноразового (кратковременного) и непрерывного (длительного) охлаждения; сформулирована теорема о холодо-производительности низкотемпературных циклов с потоками рабочего тела. Описаны газовые интегрированные циклы тепловых насосов для одновременной генерации тепла и холода. Приведены примеры энтропийно-статистического анализа различных низкотемпературных систем.

В книге на материале экспериментальных данных описан метод исследований слоистых наноструктур, основанный на использовании зеркального отражения, пропускания, преломления и рассеяния поляризованных нейтронов. На конкретных примерах изложены элементы теории прохождения нейтронов через слоистую структуру с учетом их диффузного рассеяния на шероховатостях границ раздела. Подробно рассмотрены режимы нейтронного волнового поля в слоистой структуре, позволяющие проводить высокочувствительные измерения ядерной и магнитной структур. Описана практически вся экспериментальная техника, используемая в измерениях с поляризованными нейтронами при скользящих углах падения нейтронов. Большое внимание уделено дальнейшему развитию метода рефлектометрии с поляризованными нейтронами. Книга будет полезной научным работникам, желающим применить данный метод в исследованиях нанообъектов, а также студентам физических специальностей вузов.

Книга выходит к 100-летию выдающегося ученого-механика Ю.Н. Работнова, внесшего принципиальный вклад в развитие теории пластичности, теории оболочек и устойчивости упруго-вязкопластических систем. Ему принадлежат фундаментальные результаты в механике разрушения, механике поврежденности, механике композитных материалов, он был инициатором разработок новых методов и стандартов расчетов конструкций и деталей машин на прочность. Настоящая монография занимает главное место в ряду многих книг ученого. Для ученых-механиков, специалистов по прочности.

Данное систематическое пособие для разработчиков современных сверхбольших интегральных схем, представленное одной книгой, содержит актуальные сведения по особенностям современных технологий СБИС уровня 130-90 нм.Первый раздел книги содержит информацию о современном состоянии и будущих тенденциях развития приборов и технологии. Второй раздел содержит описание соответствующих приемов проектирования на физическом уровне: схем смешанного сигнала и аналоговых компонентов, защиты от электростатического разряда, схем ввода/вывода, схем памяти, целостности сигнала с учетом длинных межсоединений, методов снижения потребляемой мощности. Третий раздел освещает темы проектирования с учетом вариаций и пригодности для массового производства. Для тех, кто пожелает глубже погрузиться в тот или иной рассматриваемый аспект проектирования Нано-КМОП-схем, в конце книги представлен библиографический справочник.

В настоящей книге изложены идеи и методы статистической теории открытых систем. Автор рассматривает следующие основные проблемы: критерии относительной степени упорядоченности ложных движений; связь динамического и статистического описания, роль динамической неустойчивости движения в статистической теории; ансамбль Гиббса для неравновесных процессов, переход от обратимых уравнений динамики к необратимым уравнениям, флуктуационно-диссипационные соотношения; молекулярные и турбулентные источники флуктуаций в открытых системах; турбулентное движение и диссипативные структуры. Книга предназначена для специалистов — физиков, биофизиков, химиков, экономистов и философов, а также аспирантов и студентов, использующих статистическую теорию открытых систем, в частности теорию турбулентности и самоорганизации.

Эта книга задумана не как конспект лекций, а, скорее, — как учебное пособие для тех, кто после знакомства с магнетизмом в курсе общей физики, осознал, что так и не понял, «в чем там дело». А дело в том, что магнетизм, действительно, — сложное, одновременно релятивистское и квантово-механическое, явление. Поэтому изложить его основные понятия без привлечения сложных (в идейном и техническом плане) теоретических моделей очень трудно. Более того, многие аспекты магнетизма до сих пор до конца не поняты и адекватно не описаны (например, магнетизм зонных электронов, спин-поляризованный транспорт и др.). Сама же область продолжает широко и устойчиво развиваться. В связи с этим хотелось собрать в книге вполне представительный (но, ни в коем случае, не ошеломляюще громоздкий, претендующий на абсолютную полноту) материал для тех, кто желает изучить предмет более подробно. Предполагается, что читатель уже прошел курс «молодого бойца» и знаком с основными понятиями магнетизма в объеме добротных учебников общей физики (например, Сивухин Д.В., «Общий курс физики», ФИЗМАТЛИТ, 2004 или Кингсеп А.С. и др., «Основы физики. Курс общей физики», ФИЗМАТЛИТ, 2007). Предполагается также, что в рамках такого курса он знаком с основными понятиями квантовой механики и статистической физики, т.е., обращаясь к шахматной терминологии, изучил правила и основы игры, познакомился с простейшими комбинациями. Предлагаемая книга поможет повысить квалификацию где-то до уровня первого разряда. Ну, а чтобы стать мастером или даже гроссмейстером, читатель должен (если он будет в этом нуждаться) ступить на следующую ступень познания и приступить к изучению специализированных «продвинутых» учебников и монографий, выборочный список которых приведен во Введении. Отбор материала книги, естественно, совершенно субъективен — в нее включено не только то, что кажется автору принципиально важным и необходимым, но и то, что ему наиболее близко и/или интересно. Так, много внимания уделено магнитным свойствам сверхпроводников, которые, как правило, редко (или бегло) рассматриваются в книгах по магнетизму. Таким образом, настоящая книга не предназначена служить исчерпывающим руководством по экспериментальным и теоретическим вопросам физики магнетизма. Ее задача — дать углубленное представление об основных понятиях и идеях этой области науки и подготовить заинтересованного читателя к изучению более подробных монографий и оригинальных работ по физике магнитных явлений.