Книгата представлява практическо пособие за инженери. В нея са застъпени основните въпроси на съвременната физика. Мате­риалът е изложен леко, напълно достъпно за инженера и в съ­щото време достатъчно строго. Математическият апарат, използван в книгата, не излиза извън рамките на програмата на ВТУЗ.

Предназначена е за широк кръг инженерно-технически работ­ници. Може да бъде полезен и за студентите от всички висши учебни заведения.

ПРЕДГОВОР

Целта на тази книга е да представи на инженерите онези дялове от физиката на двадесетия век, които са от най-голямо значение за техниката. Научното изследване през последните петдесет години не само сериозно промени нашите гледища във физиката, но и породи откри­ването на нови, жизнено важни за съвременната техника методи и процеси. Тази книга описва съвременните гледища във физиката за електроните, атомите и ядрата и прилага тези основни познания към задачи от технически характер. Двете най-драматични приложения са тези на транзисторите и на ядрените — силови реактори; и двете— плод на развитието от последните 12 години. Съществуват и много други не по-малко важни приложения на съвременната физика в тех­никата, като например приложенията на електричните, термичните и магнитните свойства на твърдите тела и на електричните и физичните свойства на повърхностите.

Тази книга е създадена въз основа на едносеместриалния курс по атомна физика, физика на твърдото тяло и ядрена физика, който беше четен в Корнел през 1950 г. за студентите-инженери и също беше четен няколко пъти за инженери от съседните предприятия. Този курс има за цел да даде едно аналитично въведение в съвременната физика и нейните приложения. Някои от студентите използуваха курса като предпоставка за по-нататъшните технически дисциплини; за други той беше един „окончателен курс" по физика. Във всеки случай курсът служи като основа за разбиране на техническите прибори. Всред инже­нерите, заети в производството, най-често има добра подготовка върху техническата страна на въпросите, но обучението по физика е една необходима част от подготовката на инженера. Например един инже-нер-химик или електроинженер, който работи в производството на флуоресцентни лампи, може да е много добре подготвен „в занаята" по техническото устройство, производството и икономиката на флуорес­центните лампи, но той трябва да е придобил като студент разби­ране за термойонната емисия, електричните процеси в газовете и лу-минесценцията на твърди тела.

Много съвременни физични експерименти дават начало на важни за техниката инструменти и методи на измерване. Създаването на такива уреди, като масовия спектрометър, радиационната и съпротиви­телната термометрия, детекторите на йонизиращи лъчения и апаратите за рентгенографски и кристалографски изследвания влияе дълбоко яърху техниката. В тази книга се прави опит да се покажат, където това е възможно, приложенията в техниката на съвременните физични експерименти. Например лъчението на абсолютно черното тяло се разглеж­да най-напред като един от основните факти, върху които се изгражда квантовата физика. Но след като се изясни ролята на този факт за съвре­менната физика, се разглеждат вече приложенията му в пирометричните инструменти.

Може би е необходимо известно обяснение върху реда, по който се излага тук съвременната физика. Първата глава съдържа описание на частиците, които изграждат атомите и ядрата; тези частици са „съставните части" на телата. Втората глава развива гледището за една функция на разпределение, която е необходима на няколко места по-късно в тази книга. Тя също дава представа за размерите на ато­мите и показва, че всяка система (атом или твърдо тяло) се намира в почти най-ниското възможно енергетично състояние на системата. Гла­ва трета показва, че атомната физика може да се раздели на две части: изучаване на извънядрената структура на атома и изучаване на ядре­ната физика. Отделното интерпретиране на двете части е възможно поради малкия размер и голямата свързочна енергия на ядрата в срав­нение с тези на атома като цяло.

Сърцето на съвременната физика е квантовата механика и цен­тралната част на тази книга е посветена на нея. Глава четвърта съ­държа опитите, които показват необходимостта от квантова теория и дават ценна информация за атомите. Глава пета описва квантовата механика и някои прости, но изкуствени примери, които илюстрират метода за нейното използуване. Прилагането на квантовата механика започва в глава шеста и продължава през останалата част на книгата.

След шестата глава бихме могли да се върнем към ядрената фи­зика, но е по-естествено първоначално да изложим молекулярната фи­зика и физиката на твърдото тяло (глава седма до единадесета). Глава дванадесета — върху физичната електроника — е също вмъкната и накрая ядрената физика се подхваща отново от мястото, където беше прекъсната в глава трета. Газглеждането на физиката на ядрото в глава тринадесета използува вече не само квантовата механика, но и някои въпроси от глава десета и дванадесета, които подпомагат разбирането на методите за изследване в ядрената физика.

Ясно впечатление за структурата на книгата може да се добие след протичането на „въведенията" към всяка глава. Би било добре студентът да прочете всички тези части, преди да е навлязъл в кни­гата, и отново да гй прочете, след като е изучил всичко.

Много години квантовата механика беше считана твърде „мисте­риозна", за да представлява част от един основен курс по физика, но тя не може вече да се отбягва от един сериозен инженер. Тя е дотол­кова част от неговия свят, доколкото са и термодинамиката, и електро­магнитната индукция. Би могло квантовата механика да се преподава описателно, качествено вместо аналитично, количествено. Аз считам,че не е нито умно, нито необходимо да се избягва квантовата механика още повече, че необходимите математични познания за обясняване на най-важните й особености са по-малко трудни, отколкото някои тех­нически дисциплини за студенти-инженери.

Разглеждането на съвременната физика в тази книга е по-скоро аналитично (когато е възможно), отколкото описателно. Направен е опит да се преодоляват затрудненията постепенно — от едно „лесно начало" в глава първа към по-трудни неща в глава осма. След тази глава нивото на трудността остава приблизително постоянно.

В книгата се използува рационализираната система на единиците (ткз), която е възприета от повечето висши технически институти. Единствените изключения са честата употреба на електронволта като единица за енергия и на ангстрьома като единици за дължина. Упо­требата на тези две единици позволява по-доброто онагледяване на величините от атомни размери. Приложение 0 дава прости начини за преминаване от системата (ткз) към системата (срз), примери на пре­минаване и таблица на коефициентите за преминаване.

Курсът, от който произлезе тази книга, беше четен първоначално от проф. Лойд П. Смит и по-късно от проф. Джеймс А. Крюмел. Аз съм задължен на много мои колеги, които допринесоха чрез дискусии за подобряване на отделни части от книгата: проф. Д. Р. Корсон, проф. Дж. В. де Уайр, проф. X. Ф. Нюхол, проф. X. С. Сак, д-р А. Р. Мор, д-р Е. М. Пел и д-р Р. Л. Причар. Аз съм специално задължен на проф. Джеймс А. Крюмел за негцвата търпелива и радикална критика и на Мери Спроул за изготвянето на ръкописа.                                                                                    

Роберт Л. Спроул

Януари, 1956 г.

***