Какую работу по физике сможет прочитать старшеклассник?

Если вам нужны статьи по физике исследовательского уровня на темы, понятные старшеклассникам, лучше всего обратиться к прошлому. Старые статьи очень интересно читать, но из-за их архаичного языка и обозначений они не всегда являются самым эффективным способом изучения.

Одно известное исключение — классический труд Эйнштейна 1905 года « Об электродинамике движущихся тел» . Именно здесь специальная теория относительности впервые была представлена ​​миру. Ученик старшей школы может столкнуться со второй половиной, когда в дело вступит электродинамика, но первые 12 страниц или около того математически просты, и их полезно читать. Однако, если они смогут пройти через все это, они будут вознаграждены небольшим бонусным дополнением , которое дает известное$E=mc^2$.

В термодинамике вполне удобочитаемы « Размышления о движущей силе тепла » Сади Карно, а книга Джоуля « О движущей силе тепла» завораживает. Тем не менее, ни один из этих авторов не пишет так, как Эйнштейн, и сегодня есть лучшие места для изучения термодинамики.

Мне кажется, что статья Ферми 1949 года « О происхождении космического излучения» ( ссылка для копирования в формате pdf ) довольно доступна и требует основных ЭМ и сохранения энергии и импульса.

Статья была написана как предложение механизма ускорения космических лучей от тепловых скоростей до релятивистских. Механизм, который он предлагает (на основе альфвеновских волн ), включает в себя «намагниченные облака газа» в космосе, которые отражают частицы при столкновении двух (частицы и облака). Он находит, что средний выигрыш в энергии квадратичен по скорости,$\Delta E\propto v^2$, и по этой причине его часто называют фермиевским вторым порядком ¹ , хотя этот расчет больше относится к протонам, чем к другим энергичным частицам (например,$\alpha$-частицы).

Я хотел бы отметить, что стиль Ферми в этой статье несколько отличается от более современных статей (и даже статей того времени). Он много размахивает математикой и обоснованием и делает очевидные (для него) утверждения, которые не обязательно прямолинейны, чтобы вывести их самостоятельно. Я все еще думаю, что это будет в основном доступно для старшеклассников, но некоторые из тонкостей физики, скрытые в статье, могут быть упущены.

^{1. Оказывается, этот механизм слишком медленный, чтобы объяснить энергетику космических лучей. К счастью, был обнаружен механизм первого порядка, обычно называемый диффузионным ударным ускорением (ссылка arXiv), который является основным направлением исследований в области ускорения космических лучей.}

Я попробую: Джесси Л. Сильверберг, Мэтью Бирбаум, Джеймс П. Сетна и Итай Коэн, Phys. Преподобный Летт. 110 , 228701 (2013): «Коллективное движение людей в моше и круговых ямах на концертах хэви-метала». (Я почерпнул эту идею из видео Sixty Symbols.)

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.110.228701

Он не написан кем-то известным, но вполне читабелен, имеет очень практическое применение в реальном мире и до сих пор используется для объединения их результатов с основами термодинамики (в том смысле, что масса людей в основном ведет себя как идеальный газ). В статье есть немного математики, но только в умеренной степени, поэтому в сочетании с очень современными методами, которые могут быть понятны студентам (они используют видео на YouTube в качестве источников данных), она должна заинтересовать студентов. Тоже не долго :-)

Как отмечается в пересмотре П. Вайнбергером докторской диссертации Луи де Бройля 1924 года :

Вклад де Бройля в Philosophical Magazine за 1924 год интересен со многих точек зрения: умеренное использование математики, тесная связь со специальной теорией относительности Эйнштейна и, конечно же, предположение о волнах материи. Мы возвращаемся к этой в основном спекулятивной публикации, которая внесла решающий вклад в рождение квантовой механики.

Хотя эта статья, вероятно, не может быть опубликована в сегодняшних условиях из-за того, что она является чисто спекулятивной, она действительно принесла де Бройлю Нобелевскую премию по физике всего 5 лет спустя за его новаторскую гипотезу корпускулярно-волнового дуализма после экспериментального подтверждения его гипотезы. было получено.

Эту статью можно противопоставить эксперименту Майкельсона Морли из-за того, что и эксперимент, и теория дополняют друг друга и необходимы для развития новой физики. Иногда эксперимент, считающийся рутинным, дает совершенно неожиданный результат; а иногда необходимо придумать новую идею, чтобы можно было искать неожиданное.

Я собираюсь быть извращенным и предложить "Первые результаты сверхпроводящего детектора для движущихся магнитных монополей" Бласа Кабреры (Phys. Rev. Lett. 48 )., 1378 (1982).) Имя Кабрера, конечно, не является нарицательным, но у него есть некоторые преимущества как учебная статья: во-первых, эксперимент чрезвычайно прост для объяснения студентам, которые знакомы с ЭМП и индукцией. (Если они знают о законе Ампера, тем лучше; вы могли бы привести хорошие аргументы по аналогии с электрическими токами, создающими циркулирующие магнитные поля.) никогда не воспроизводившиеся, следует рассматривать как «неправильные». И в-третьих, у него есть дразнящая аура. Будучи молодым ученым, мне всегда было любопытно узнать о периферии науки и о том, что еще предстоит открыть, и узнать о таком событии, как это, действительно очаровало бы меня.

Судя по деталям, я предполагаю, что это должно касаться конкретного эксперимента, а не просто каких-то размышлений.

В недавних новостях в Nature Chemestry «Кулоновский взрыв на ранних стадиях реакции щелочных металлов с водой» ( онлайн-версия ) привлек внимание Разрушителей мифов . В сочетании с подготовкой на YouTube к формальным экспериментам это вполне доступно, а оборудование и т. д. объясняются в неофициальных видео.