Fizyka a postęp cywilizacyjnyWiedza i technologie to główne siły napędowe postępu cywilizacyjnego obserwowa-

nego obecnie w krajach wysoko rozwiniętych Europy, Dalekiego Wschodu i AmerykiPółnocnej1.

W procesie tym znaczącą rolę odgrywa wiedza fizyczna, ponieważ osiągnięcia fi-zyki nowożytnej (od XVI wieku) przyczyniły się w decydującej mierze do dokonaniaprzełomowych wynalazków i spowodowały wiele istotnych wydarzeń w historii. Do naj-ważniejszych innowacji technicznych zaliczamy wynalezienie:

• baterii elektrycznej (1800) — patrz rys. 1.,

• lodówki (lata 1860-1870) — patrz rys. 1.,

• silnika benzynowego (lata 1860-1880) — patrz rys. 1.,

• samolotu (1903) — patrz rys. 2.,

• tranzystora (1948) — patrz rys. 3.,

• sztucznego satelity (1957) — patrz rys. 2.,

• minikomputera (1960) — patrz rys. 4.

Rysunek 1: Od lewej: Alessandro Volta (1745-1827)— wynalazca baterii elektrycznej;Carl Paul Gottfried von Linde (1842-1934) — twórca nowoczesnej konstrukcji sprężar-kowej chłodziarki; opracował i zastosował efektywne metody skraplania gazów; NikolausOtto (1832-1891) — wynalazca benzynowego silnika 4-suwowego; zaprojektował elek-tryczny zapłon w 1884 r.1Akademia Nauk Wielkiej Brytanii (Institude of Physics — IOP) w jednym ze swoich raportów

stwierdza: Podstawą naszej cywilizacji jest — obok matematyki, informatyki i technologii — fizyka.Fizykę i nauczanie fizyki wyróżnia to, że: a) rozwijają sprawność intelektualną, zdolności praktycznei techniczne; b) dostarczają i uczą podstaw niezbędnych dla wszystkich rodzajów nauk technicznychi zastosowań inżynierskich; c) nieustannie formułują podstawowe pytania dotyczące Wszechświata,poszukują zrozumienia układów złożonych, biologicznych i środowisk, w których żyjemy.

1

Rysunek 2: Od lewej: Wilbur Wright (1867-1917) i Orville Wright (1871-1948), — kon-struktorzy samolotu napędzanego silnikiem spalinowym, pierwszy 12 sekundowy lot 16XII 1903 wykonał Orville Wright; Sputnik 1 (ros. ”towarzysz podróży”) – pierwszysztuczny satelita Ziemi, wystrzelony 4 X 1957 r. przez ZSRR.

Rysunek 3: Od lewej: John Bardeen (1908–1991), Walter Hauser Brattain (1902–87),William Shockley (1910–89) — odkrywcy i konstruktorzy tranzystora półprzewodniko-wego; nagroda Nobla w 1956 r.

Rysunek 4: PDP-1 (ang. Programmed Data Processor-1) był pierwszym komputeremDigital Equipment Corporation z serii PDP produkowanym i dostępnym na rynku od1960 r.; był platformą jednej z pierwszych gier komputerowych, Spacewar Steve’a Rus-sela; po prawej stronie wybuch bomby nuklearnej.

2

W grupie kluczowych wydarzeń technicznych należy odnotować:

• udoskonalenie silnika parowego przez Jamesa Watta (1775) — patrz rys. 5.,

• uruchomienie masowej produkcji samochodów przez Henry’ego Forda (1903) —patrz rys. 5.,

• oraz skonstruowanie bomb atomowych i termojądrowych (lata 1940-1960) — patrzrys. 4.

Rysunek 5: Od lewej: James Watt (1736-1819) — w 1763 r. udoskonalił silnik paro-wy Thomasa Newcomena; Henry Ford (1863-1947) — zakłada w Detroit w 1903 r.spółkę Ford Motor Company; twórca technologii linii produkcyjnych do masowej pro-dukcji; wprowadził do produkcji Model T automobilu. Po prawej: jeden z pierwszychegzemplarzy automobilu Modelu T wyprodukowanych przez firmę H. Forda, które zre-wolucjonizowały transport pasażerski.

W rozwoju nauki i techniki wiodącą rolę odgrywały badania podstawowe i odkryciadokonane przez fizyków takich, jak:

• Galileo Galilei (1564–1642) — patrz rys. 6.,

• Isaac Newton (1645–1727) — patrz rys. 6.,

• Dmitrij Mendelejew (1834–1907) — patrz rys. 7.,

• Ernest Rutherford (1871–1937) — patrz rys. 7.,

• Albert Einstein (1879–1953) — patrz rys. 7.,

• Niels Bohr (1885–1962) — patrz rys. 7.,

• Edwin Powell Hubble (1889–1953) — patrz rys. 8.,

• Werner Heisenberg (1901–76) — patrz rys. 8.,

3

• Edwin Schrodinger (1887-1961) — patrz rys. 8.,

• Enrico Fermi (1901–54) — patrz rys. 8.,

• Richard Feynman (1918–1988) — patrz rys. 9.,

• Maria Skłodowska-Curie — patrz rys. 9.

Rysunek 6: Od lewej: Galileo Galilei (1564–1642); Isaac Newton (1645–1727).

Rysunek 7: Od lewej: Dmitrij Mendelejew (1834–1907); Ernest Rutherford (1871–1937);Albert Einstein (1879–1953); Niels Bohr (1885–1962).

Rysunek 8: Od lewej: Edwin Schrodinger (1887-1961); Enrico Fermi (1901–54); EdwinPowell Hubble (1889–1953); Werner Heisenberg (1901–76).

4

Rysunek 9: Od lewej: Richard Feynman (1918–1988); Maria Salomea Skłodowska-Curie(1867–1934) – dwukrotna laureatka nagrody Nobla.

Mechanika kwantowa była pierwszą i jest najważniejszą rewolucją naukową XX wie-ku, która utorowała drogę rewolucji w informatyce i biologii molekularnej.

Prace fizyków w zakresie kwantowej fizyki ciała stałego zaowocowały wynalezieniemw 1948 r. tranzystora, którego twórcami byli John Bardeen (1908–1991), Walter Hau-ser Brattain (1902–87), William Shockley (1910–89) — patrz rys. 3. Spowodowało toopracowanie technologii litograficznych, technik produkcji obwodów scalonych, skon-struowanie procesorów oraz mikroprocesorów.

W 2000 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki otrzymali prekursorzy technologicznejrewolucji informatycznej:

• Zhores Alferov — patrz rys. 10., opracował podstawy fizyczne działania laserapółprzewodnikowego (1963 r.), którego zbudował i uruchomił w 1970 r. na hete-rozłączu GaAs–GaAlAs,

• Herbert Kroemer — patrz rys. 10., twórca inżynierii szczeliny energetycznej. tj.materiałów półprzewodnikowych ze zmienną szczeliną energetyczną, której po-czątki sięgają roku 1957,

• Jack Kilby — patrz rys. 10., współwynalazca układów scalonych, których kon-cepcja wysunięta została w 1958 roku; obok J. Kilby za współwynalazcę układówscalonych uznawany jest Robert Noyce (zmarł w 1990 roku), który zainicjowałich produkcję w technologii planarnej na bazie krzemu (zamiast germanu).

Dwaj pierwsi zostali uhonorowani za pionierskie prace nad półprzewodnikowymiheterostrukturami stosowanymi obecnie w superszybkich urządzeniach elektronicznychi optoelektronicznych, a J. Kilby za wynalezienie układów scalonych, co zainicjowało,trwający do dzisiaj, proces ich miniaturyzacji; mikroprocesory firm Intel i AMD za-wierają obecnie miliardy tranzystorów upakowanych na powierzchni nie większej od1 cm2.

5

Osiągnięcia i prace wyżej wymienionych noblistów stworzyły podstawy fizyczne, naktórych oparty jest obecny przemysł komputerowy.

Rysunek 10: Od lewej: Zhores Alferov (1930); Herbert Kroemer (1928); Jack Kilby(1923–2005) – laureaci nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w roku 2000.

W roku 2001 Erica Cornella, Wolfganga Ketterle i Carla Wiemana — patrz rys. 11.,wyróżniono Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki za otrzymanie nowego czysto kwanto-wego stanu materii — kondensatu Bosego-Einsteina i badania nad jego niecodziennymiwłaściwościami (w bardzo niskich temperaturach atomy metali alkalicznych kondensująw stan kwantowy).

Rysunek 11: Od lewej: Eric Cornell, Wolfgang Ketterle i Carl Wieman — laureacinagrody Nobla w dziedzinie fizyki w roku 2003.

Lauretami Nagrody Nobla z fizyki w 2003 r. zostali Aleksy Abrikosov2, Vitalij Gin-zburg oraz Anthony Leggett3, których uhonorowano za pionierski wkład do teorii nad-przewodnictwa i nadciekłości — patrz rys. 12.

2Na zaproszenie prof. Jerzego Czerwonki, ówczesnego dyrektora Instytutu Fizyki, gościł we Wro-cławiu; szerzej pisze o tym J. Czerwonko w broszurze pt. Goście naszego Instytutu (w najweselszymbaraku obozu), Oficyna Wydawnicza PWr, 20043Na zaproszenie prof. Jerzego Czerwonki, ówczesnego dyrektora Instytutu Fizyki, przebywał miesiąc

we Wrocławiu, co opisane jest w ww. broszurze

6

Rysunek 12: Od lewej: A. Abrikosow, W. Ginzburg oraz A. Leggett — laureaci nagrodyNobla w dziedzinie fizyki w roku 2001.

Rysunek 13: Albert Fert (po lewej stronie) i Peter Gruenberg.

W roku 2006 Nagrodę Nobla otrzymali Albert Fert (1938) oraz Peter Gruenberg(1939) — patrz rys. 13., w uznaniu ich zasług dotyczących odkrycia zjawiska gigantycz-nego oporu magnetycznego (GMR), skutkiem czego było zainicjowanie badań w nowejdziedzinie fizyki fazy skondensowanej zwanej spintroniką, umożliwiającą przekazywaniai zapis informacji za pomocą spinów elektronów4. Zjawisko to odkryto w wielowarstwo-wej strukturze złożonej z dwóch warstw metalicznych będących ferromagnetykami prze-dzielonych bardzo cienką warstwą dielektryka o grubości kilku nanometrów. Namagne-sowanie warstw można łatwo zmieniać zewnetrznym polem magnetycznym. Przepływprądu w takim układzie napotyka na mały opór, jeśli magnetyzacje warstwy są równo-ległe i wzrasta znacznie, gdy są antyrównoległe. Dzięki zastosowaniu tego zjawiska dozapisu informacji można było zmniejszyć rozmiary komórek pamięci, zwiększyć gęstość4Oryginalne uzasadnienie miało postać: For their independent discovery of the giant magnetore-

sistance phenomenon (GMR), thereby launching a new field of research and applications known asspintronics, which utilizes the spin of the electron to store and transport information.

7

zapisu informacji, szybkość zapisu i odczytu. Pamięci fleszowe mają wyjątkowe małerozmiary, są szybkie, stosuje się je powszechnie w aparatach i kamerach cyfrowych.

Postęp w dziedzinie technik opracowanych i używanych w fizyce fazy skondenso-wanej do badania struktury przestrzennej ciał stałych umożliwił opracowanie metodtomografii komputerowej — patrz rys. 14. (stosowanej w medycynie do tworzenia atla-su genów człowieka oraz do obrazowania tkanek i narządów), tomografii pozytonowej(obrazowanie tkanek i narządów za pomocą emisji pozytonów) oraz nieinwazyjnej me-tody obrazowania tkanek i narządów za pomocą rezonansu magnetycznego — patrz 15.(tzw. rezonans magnetyczny), co było możliwe dzięki osiągnięciom fizyków w dziedziniemagnetycznego rezonansu jądrowego (NMR).

Rysunek 14: Stanowisko tomografa komputerowego do obrazowania tkanek i narządówciała człowieka.

Rysunek 15: Stanowisko do obrazowania tkanek i narządów za pomocą rezonansu ma-gnetycznego; po prawej zdjęcia otrzymane metodą obrazowania rezonansem magnetycz-nym.

A. Einstein w latach 1916–17, stworzył podwaliny pod kwantową teorię promienio-wania. Zainicjował nowy ważny kierunek badań podstawowych i technicznych dotyczą-

8

cy oddziaływania fala elektromagnetycznych z materią. Ich najbardziej spektakularnymskutkiem było skonstruowanie masera w 1958 r. emitującego nowy typ fal elektroma-gnetycznych w zakresie mikrofal (Charles Townes (1915) — patrz rys. 16. i ArthurSchawlow (1921)) — patrz rys. 16., oraz lasera w 1962 r. (Teodor Maiman) — patrzrys. 16., kwantowego generatora nowego rodzaju światła. Wynalazki te przyczyniły sięto do rozwoju technik światłowodowych, na których oparta jest globalna telekomunika-cja naziemna oraz sieci komputerowe. Lasery są wykorzystywane w odtwarzaczach płytkompaktowych, w mikrokomputerach do zapisu i odczytu informacji. Znajdują szerokiezastosowanie w medycynie (okulistyka, diagnostyka, chirurgia, endoskopy, laseroterapia,diagnostyka medyczna).

Rysunek 16: Od lewej: Charles Townes (1915) — laureat Nagrody Nobla z fizyki wroku 1964 za badania w dziedzinie elektroniki kwantowej i wynalezienie masera; ArthurSchawlow (1921–1999) — w 1981 r. wraz z Kai Siegbahnem i Nicolaasem Bloember-genem otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za wkład do rozwoju mikroskopiilaserowej i elektronowej wysokiej rozdzielczości; Theodore Harold Maiman (1927–2007)— amerykański fizyk, w 1960 r. skonstruował laser rubinowy — pierwszy działającylaser.

Rysunek 17: Od lewej: Shuji Nakamura, dioda półprzewodnikowa emitująca światłoniebieskie, laser niebieski.

9

W ostatniej dekadzie XX wieku dokonano kolejnych spektakularnych osiągnięć w dzie-dzinie elektroniki kwantowej. Pierwsza niebieska dioda zaświeciła w 1993 r. Shuji Naka-mura — patrz rys. 17., skonstruował niebieski laser w 1995 r., emitujący falę o długości∼ 420 nm=4, 2 · 10−7 m. Stworzyło to nowe technologiczne i komercyjne możliwości doznacznego zwiększenie gęstości zapisu informacji na nośnikach optycznych, co znala-zło zastosowanie w nagrywarkach DVD, w produkcji kolorowych dysplejów i drukareklaserowych o dużej rozdzielczości.

Na przełomie wieku XX i XXI dokonano — dzięki pracom Sir Johna Pendrego(1944) i Dawida Smitha (1964) — patrz rys. 18., kolejnego spektakularnego techno-logicznie odkrycia: wytworzono nowy typ materiałów elektromagnetycznych zwanychmetamateriałami. Oddziaływują silnie, rezonasowo, zarówno z polem magnetycznym ielektrycznym fali elektromagnetycznej, co odróżnia je od innych materiałów, którychładunki oddziaływują jedynie z polem elektrycznym. Metamateriały wykazują zjawiskoujemnego załamania światła — patrz rys. 18., a płytka płaskorównoległa metamateriałuskupia, jak soczewka, fale elektromagnetyczne. Istnieją sugestie, że z metamateriałówmożna będzie skonstruować:

• nadsoczewkę, za pomocą której można byłoby obrazować szczegóły znacznie mniej-sze o długości fali — patrz rys. 19.,

• peleryny niewidki czyniące obiekt otoczony metamateriałem przeźroczystym, tj.niewidocznym — patrz rys. 19.

Rysunek 18: Od lewej: J. Pendry i D. Smith oraz zjawisko ujemnego załamania światła;promień padający i załamany leżą po tej samej stronie normalnej.

10

Rysunek 19: Rys. z lewej strony pokazuje schematycznie działanie idealnej soczewki;w środku pole fali elektromagnetycznej wokół peleryny; po prawej stronie artystycznewizja działania metamaterialnej niewidki.

Nagrodę Nobla z fizyki za rok 2009 otrzymali Charles K. Kao — patrz rys. 20., zaprzełomowe osiągnięcia dotyczące transmisji światła w światłowodach będących pod-stawą telekomunikacji optycznej — patrz rys. 22 i 23., oraz Willard S. Boyle i George E.Smith — patrz rys. 20., za opracowanie półprzewodnikowych układów do obrazowaniazwanych dzisiaj sensorami lub matrycami CCD — patrz rys. 21. Znalazły one szerokiezastosowanie w aparatach i kamerach cyfrowych. Zrewolucjonizowały fotografię i pro-dukcję filmów. Bez światłowodów nie istaniałby szybki Internet. W Polsce realizowanyjest program pt. Światłowód w każdym domu.

Rysunek 20: Charles K. Kao, Willard S. Boyle i George E. Smith.

11

Rysunek 21: Matryca CCD i matryca CCD do aparatu Nikon D40.

Rysunek 22: Światłowody: konwencjonalne to dwa pierwsze z lewej; kolejne dwa toświatłowody fotoniczne.

Rysunek 23: Obwody fotoniczne: łączenie światłowodów.

Począwszy od lat 60-ch XX wieku bardzo dynamicznie rozwija się astrofizyka —dziedzina nauki leżącą na pograniczu fizyki i astronomii, zajmująca się m.in fizycznymipodstawami kosmologii, tj. pochodzenia, struktury i ewolucji Wszechświata.

W 1965 r. amerykańscy astronomowie Arno Allan Penzias (1933) i Robert WoodrowWilson (1936) — patrz rys. 24., odkryli istnienie promieniowania elektromagnetycznego— zwanego promieniowaniem tła lub promieniowaniem reliktowym — w zakresie dłu-gości fal od 0,6 mm do 60 cm wypełniającego cały Wszechświat. Promieniowanie to jestpozostałością po wczesnych etapach ewolucji Wszechświata. Obaj otrzymali NagrodęNobla w roku 1978.

W 1990 r. został wyniesiony na orbitę przez prom kosmiczny Discovery -kosmicznyTeleskop Hubble’a (Hubble Space Telescope –– HST) – teleskop poruszający się poorbicie okołoziemskiej, nazwany na cześć amerykańskiego astronoma Edwina Hubble’a

12

— patrz rys. 24. Teleskop ten jest jednym z najefektywniejszych przyrządów w historiiastronomii. W 1993 r. wysłano pierwszą misję serwisową (były jeszcze 4), która po-prawiła znacznie jakość wykonywanych zdjęć przez teleskop, który przesyła na Ziemięnajdalej sięgające astronomicznie zdjęcia — patrz rys. 25. Będzie działał do 2013 r.

Rysunek 24: Po lewej stronie: Arno Allan Penzias (1933) i (na drugim planie) RobertWoodrow Wilson (1936); po prawej teleskop Hubble’a — obserwatorium kosmiczne.

Rysunek 25: Zdjęcia odległych galaktyk wykonanych z pokładu teleskopu Hubble’a.Po lewej: Mgławica Oriona; po prawej zdjęcie Galaktyki Sombrero wykonanee z pokła-du satelitarnego obserwatorium Hubble’a; ta spiralna galaktyka leży w gwiazdozbiorzePanny jest częściowo przesłonięta pasem nieświecącej materii, składającym się główniez pyłu i zimnego gazu wodorowego.

Pierwszym sztucznym satelitą zbudowanym specjalnie do badań kosmologicznychbył wystrzelony przez NASA w 1989 r. Cosmic Background Explorer (COBE) — patrzrys. 26.

Kolejnym pojazdem kosmicznym była sonda WMAP — patrz rys. 26. (Wilkinson5

Microwave Anisotropy Probe) wystrzelona w 2001 r., która miała za zadanie wykonanie

5Sonda została nazwana na cześć Dr. Davida Wilkinsona, członka grupy naukowej sondy i pionieraw dziedzinie badania mikrofalowego promieniowania tła.

13

mapy różnic temperatur mikrofalowego promieniowania tła, powstałego gdy Wszech-świat miał ok. 376 000 lat. Zebrane wyniki potwierdziły model Wielkiego WybuchuWszechświata. Nagrodę Nobla za rok 2006 otrzymali John C. Mather i George F. Smoot— patrz rys. 38 za badania nad anizotropią (niejednorodnością) przestrzenną kosmicz-nego promieniowania tła — patrz rys. 28., co ma fundamentalne znaczenie dla zrozu-mienia początkowych etapów Wielkiego Wybuchu. Pozwoliły one na oszacowanie z dużądokładnością wieku Wszechświata — patrz rys. 29. oraz proporcji między materią świe-cącą i ciemną.

W 2009 r. Europejskia Agencja Kosmicznej (ESA) zainicjowała przedsięwzięcie pt.Misja Plancka6 wystrzeliwując w przestrzeń kosmiczną satelitę Cosmic Microwave Back-ground (CMB), przeznaczonego do wykonania pomiarów anizotropii kosmicznego mi-krofalowego promieniowania tła z wysoką zdolnością rozdzielczą — patrz rys. 26. Wyni-ki dotyczące anizotropii reprezentuje rys. 28, co pozwoliło opracować graficzną historięWszechświata — patrz rys. 29.

Rysunek 26: Zdjęcia sond: COBE, WMAP i CMB.

Rysunek 27: John C. Mather, George F. Smoot i Max Planck.

6Nazwa programu została nadana na cześć wybitnego niemieckiego fizyka, Maxa Plancka (1858-1947) — patrz rys. 38., laureata Nagrody Nobla w 1918 r.

14

Rysunek 28: Mapy anizotropii promieniowania tła sporządzone na podstawie danychuzyskanych z pokładów sondy COBE i sondy WMAP.

Rysunek 29: Geometryczna interpretacja historii Wszechświata.

Należy zauważyć, że poprawne i efektywne działanie globalnych systemów pozycjo-nowania obiektów na powierzchni Ziemi i w powietrzu (np. GPS) jest możliwe dziękiuwzględnieniu przez projektantów i wykonawców takich układów konsekwencji szcze-gólnej i ogólnej teorii względności — patrz rys. 30.

Rysunek 30: Jeden z satelitów GPS (po lewej stronie) i typowy obiornik sygnałów GPS.

15

Fizycy mają swój udział w rozwoju lotów kosmicznych, telekomunikacji satelitarnej(poprzez uczestnictwo w programach lotów kosmicznych), telefonii komórkowej orazurządzeń elektronicznych powszechnego użytku. Fizycy pracujący na amerykańskichuniwersytetach byli w latach 70-ych XX wieku pionierami sieci komputerowych, którychobecnym wcieleniem jest globalna sieć komputerowa Internet. Idea WWW, dzięki którejw Internecie stały się dostępne multimedia, została zaproponowana wprawdzie przezmatematyka Toma Bernersa-Lee’go, ale zrealizowano ją po raz pierwszy w 1991 rokuw Europejskim Centrum Badań Jądrowych w Zurichu (CERN) — patrz rys. 31.

Rysunek 31: Toma Berners-Lee i wnętrze LHC.

W związku z trwająca erą nanotechnologii należy jeszcze przypomnieć nagrodę No-bla z 1986 r. którą otrzymali Ernst Ruska — patrz rys. 39., za fundamentalne pracezwiązane z optyką elektronów i konstrukcją pierwszego mikroskopu elektronowego, GerdBinnig, Heinrich Rohrer — patrz rys. 39., za skonstruowanie skaningowego mikroskoputunelowego — patrz rys. 33. Ten drugi mikroskop jest dzisiaj podstawowym narzędziemdo badań nanotechnologicznych i budowy nanostruktur — patrz rys. 34.

Rysunek 32: Ernst Ruska, Gerd Binnig i Heinrich Rohrer.

16

Rysunek 33: Dwa przykładowe współczesne skaningowe mikroskopy tunelowe.

Rysunek 34: Nanopalisady (nanozagrody) złożone z atomów położonych na powierzchniza pomocą STM.

W niezwykle dynamicznie rozwijającym się obecnie w tempie wykładniczym —patrz rys. 35., 36. i 37. — przemyśle produkcji komputerów7, już dzisiaj widoczne sągranice rozwoju technologii opartych na krzemie oraz dostrzega się konieczność opra-cowania nowych technik i technologii. Dotychczasowe osiągnięcia mechaniki kwanto-wej pozwoliły skonstruować działające urządzenia kryptografii kwantowej (zapewniająprzekazywanie informacji, której nie można odszyfrować) i stwarzają realne perspekty-wy konstrukcji nowych komputerów — komputerów kwantowych, których możliwościprzewyższają znacznie moce obliczeniowe komputerów klasycznych8.

7Matematycznym wyrazem tego są prawa Moore’a — patrz rys. 37., reff38. i 37. — o postaciN(tk) = N(0)atk , gdzie a > 1, a N(tk) to wartość zmiennej N w chwili czasu tk.8Nazwy jednostek miar pojemności pamięci oraz ich wartości są podane na końcu opracowania.

17

Rysunek 35: Po stronie lewej: Wykładniczy wzrost liczby tranzystorów w pojedynczymchipie w latach 1970-2010; prawa część rysunku: Wzrost gęstości upakowania komórekpamięci, tj. wzrost powierzchniowej gęstości komórek pamięci w twardych dyskach; po-dano liczbę Gb przypadających na jeden cal kwadratowy; jeden gigabit Gb = 109 bitów,jeden cal kwadratowy ma powierzchnię ' 6, 45 cm2 ' 6, 45 · 10−4 m2.

Rysunek 36: Po lewej stronie: Gęstość powierzchniowa tranzystotów w chipie, tj. licz-ba tranzystorów przypadających na jeden mm2; po prawej stronie wzrost wydzialanejmocy energii cieplnej z jednego cm2 chipu; zauważmy, że wraz ze wzrostem gęstości po-wierzchniowej tranzystorów gwałtownie rośnie wydzielane ciepło z jednostki powierzchnichipu, a jego ilość jest tylko o rząd wielkości mniejsza od mocy wydzielanej w reaktorachatomowych i dyszach silników rakietowych!

18

Rysunek 37: Po lewej stronie: Gordon Earle Moore (1929) — współzałożyciel korpo-racji Intel; po prawej: Wykres wykładniczego wzrostu pojemności twardych dyskóww ostatnich latach.

Laureatami Nagrody Nobla z fizyki za rok 2010 są Andre Geim i Konstantin Novo-selov (patrz 38), pracowni naukowi University of Manchester (Wielka Brytania), którąotrzymali w uznaniu ich przełomowych doświadczeń dotyczących dwuwymiarowego gra-fenu (patrz 39).

Rysunek 38: Zdobywcy Nagrody Nobla w 2010 r w dziedzinie fizyki; po lewej stronieA. Geim, po prawej K. Novoselov.

Materiał ten, ze względu na ogromne prędkości elektronów rzędu 106 m/s (1/300prędkości światła!!!), będzie miał spektakularne zastosowania nanotechnologiczne doprodukcji m.in. nowej generacji superszybkich procesorów.Więcej na stronie http://journals.aip.org/Nobel2010.html?track=APLJAPNP10 — re-nomowanego czasopisma naukowego Applied Physics Letters wydawanego przez Ame-rican Institute of Physics.

19

Rysunek 39: Komputerowe wizje dwuwymiarowego grafenu.

Wspomnieć należy inne znaczące osiągnięcia fizyków, którymi są: wynalezienie ra-dia, telewizji i radaru, zbadanie struktury atomu i rozszczepienie jądra atomowego,odkrycie genu (nośnika informacji genetycznej) i struktury przestrzennej kwasu dezyk-sorybonukleinowego (DNA). Obecne spektakularne osiągnięcia biologii molekularnej,związane z rozszyfrowywaniem genomu człowieka, są także konsekwencją rozwoju fizy-ki kwantowej.

Jesteśmy przekonani, że w przyszłości fizyka będzie przyczyniała się także do rozwo-ju nauki i priorytetowych technologii XXI wieku, do których zaliczamy: mikroelektroni-kę, biotechnologię, inżynierię materiałową i przemysł nowych materiałów, telekomuni-kację, produkcję samolotów pasażerskich i narzędzi mechanicznych, robotykę i przemysłkomputerowy (urządzenia i oprogramowanie).

Przytoczone wyżej wybrane przykłady świadczą o tym, że wiedza fizyczna i meto-dologia fizyki stanowią podstawę teoretyczną techniki i technologii będących najważ-niejszymi przejawami rozwoju cywilizacyjnego. Dlatego też fizyka wchodzi do kanonuprogramu kształcenia w wyższych uczelniach technicznych.

Włodzimierz SalejdaWrocław, 6 października 2010

Wielokrotności bitów

Nazwy dziesiętnych przedrostków, ich symbole oraz wartości dziesiętne w (SI) są podane wkolumnach od 1. do 3. Nazwy binarnych przedrostków, ich symbole oraz wartości w systemiebinarnym, zgodne z konwencją (IEC 60027-2), są podane w kolumnach od 4. do 6.

Nazwa Symbol Mnożnik Nazwa Symbol Mnożnikkilobit kb 103=10001 kibibit Kib 210=10241

megabit Mb 106=10002 mebibit Mib 220=10242

gigabit Gb 109=10003 gibibit Gib 230=10243

terabit Tb 1012=10004 tebibit Tib 240=10244

petabit Pb 1015=10005 pebibit Pib 250=10245

eksabit Eb 1018=10006 eksbibit Eib 260=10246

zettabit Zb 1021=10007 zebibit Zib 270=10247

jottabit Yb 1024=10008 jobibit Yib 280=10248

20