История образования и развития научных школ и научных направлений в системе высшего физико-математического образования на Ставрополье с 1960 г. до начала 90-х годов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема

История образования и развития научных школ и научных направлений в системе высшего физико-математического образования на Ставрополье с 1960 г. до начала 90-х годов

Содержание

Раздел 1 Предпосылки возникновения научных направлении и школ на Ставрополье

Раздел 2. Развитие физической научной школы «Кипение жидкостей» с 1954 г. по 1990 г

Раздел 3. Исследования по спектроскопии сложных органических молекул с 1963 г. до середины 90-х гг

Раздел 4. Развитие научной школы «Физика магнитных жидкостей» с 1970 г. до середины 90-х гг

Раздел 5. Организация учебной и воспитательной работы в вузах Ставрополья

Список литературы

Раздел 1. Предпосылки возникновения научных направлений и школ на Ставрополье

Понятие «научная школа» является очень распространенным и может применяться в широком значении.

Под «научной школой» следует понимать различные объекты, созданные с целью научных исследований, выражающие особенности той или иной страны, региона, города, научно-исследовательского института. Традиция трактовать под этим словосочетанием разные феномены сложилась давно. Таким образом, явление «научной школы» требует многостороннего системного анализа. Внесем некоторую ясность в это понятие и попытаемся разобраться в основных версиях его употребления.

В качестве основополагающей дефиниции мы полагаем избрать следующую: научный коллектив неформально взаимодействующих ученых раз личных поколений, объединенных вокруг научного лидера единством подходов к решению проблемы, стилем работы и оригинальностью методов, поддерживающих его основные идеи и реализующих единую, обычно новаторскую, исследовательскую программу. Основой научной школы является самоорганизация, сплочение высоко мотивированных единомышленников, объединяющих в себе зрелых и начинающих исследователей¹.

«Научные школы создают условия для наиболее яркого проявления коллективной формы творчества под непосредственным руководством видного ученого - генератора новых идей и хранителя научных традиций, являющегося одновременно и талантливым учителем. Процесс научного поиска воспитывает учеников и способствует их становлению как ученых.

Ученый-лидер должен сочетать в себе талант, педагогическое мастерство, любовь к науке, крупные научные результаты, целеустремленность, научную принципиальность, широту научных знаний и интересов, высокую культуру, личный авторитет, доброжелательность, энтузиазм, умение направлять работу, поддерживать инициативу, самостоятельность, смелость и др.

Огромное значение в работе руководителя имеет умение отбирать творческих людей, «открывать» их способности. Необходимо качественно оценить творческие способности исследователей на первом этапе научной работы. Руководитель должен создать условия, при которых талант мог бы быстро раскрыться. Главное условие формирования творческой личности - научное общение с учителем на лекциях, семинарах, в лаборатории является не-отъемлемым и интенсивным фактором воспитательного процесса. Личные контакты, общение с руководителем, живой обмен мнениями, научные дискуссии, особая научная атмосфера служат основой для формирования стиля работы и мышления молодого исследователя. «Не менее важно общение и для самого учителя, для процесса творчества вообще, для получения творческих результатов, для создания и осмысления нового знания. Ученики не позволяют учителям отставать или отрицать новое, что рождается в науке, заставляют быть в курсе новостей науки, поднимают производительность научной работы в лаборатории»³.

Совместная исследовательская работа лидеров науки с одаренными учеными нового поколения способствует не только передаче профессионализма, но и приводит к высоким результатам в поисковой деятельности. Содружество ученых-единомышленников определяется выработкой определенного метода и стиля исследований, что является отличительной особенностью одной школы от другой. Исследователи, принявшие научную идеологию школы, но не связанные непосредственно с научным лидером, могут принадлежать к этой школе. Обратное утверждение неверно, исследователи, не унаследовавшие от своих прямых учителей их концепций, считаются лишь формальными представителями их школ.

Научные школы концентрируют творческую энергию ученых- лидеров в процессе научного поиска, позволяют генерировать научную продукцию, идеи и открытия, воспроизводя последующие поколения исследователей.

Основные функции научной школы - образовательная, исследовательская и инновационная.

Научная школа имеет ряд характерных признаков: наличие лидера - генератора идей, известного ученого; наличие у лидера оригинальной новаторской научной программы; наличие учеников (более 10); выбор единой концептуальной точки зрения на избранную проблему и наличие методик для ее реализации; творческая, доброжелательная атмосфера в коллективе; поощрение инициативы и самостоятельности решения; высокая оценка научных результатов, полученных школой; авторитет школы; особая научная атмосфера. Выделенные признаки не являются характерными для всех этапов развития научных школ, они лишь необходимы, но недостаточны для возникновения научных школ.

Существует четыре типа научных школ:

научно-образовательная школа - объединенный вокруг известного ученого небольшой коллектив (аспиранты, студенты), где научные исследования совмещаются с обучением, реализуя научно-образовательную функцию;

исследовательская школа - небольшой коллектив ученых разных поколений, разрабатывающих оригинальную научную программу, сплоченный вокруг лидера;

школа-направление - множество ученых из разных исследовательских коллективов, исследующих общую научную идею сходными методами;

национальная школа - национальное своеобразие некоторой научной дисциплины или научного направления, образованных в результате интеграции вкладов отдельных научных школ разного типа.

Первые два типа школ представляют собой научные объединения, немыслимые без непосредственного контакта лидера школы с ее учениками.

Членов научно-образовательной школы объединяет общая интеллектуальная платформа, которая является стартовой площадкой для возникновения многих исследовательских программ, с единым предметно логическим объединением всех членов школы.

В реальной жизни даже одна и та же школа в процессе развития может представлять собой разные типы, проходить разные промежуточные состояния. Вследствие тотального изменения условий функционирования происходит и эволюция самого феномена научной школы.

Школы становятся предметом историографии в естественных науках со второй половины XIX в., когда возрастающие масштабы экспериментов потребовали кооперативного труда группы ученых. Из формы «малой науки» к середине XX века направления постепенно превращались в «большую науку», пережив три эволюционных периода развития⁴.

I период (до 1930-х гг.) - «малая наука», этап «классических» научных школ: наука локализована в университетах, университетских лабораториях, школа образуется вокруг учителя-лидера⁵ в основном на время учебы. Основная функция классической школы - научно-образовательная и исследовательская, т. е. обучать кадры для науки и вести исследования.

II период (1930-1950) - переход от «малой науки» к «большой науке», становление дисциплинарных школ: наука постепенно уходит в НИИ (на Западе частично, у нас фактически полностью). В период с 1920 по 1930 гг. происходит процесс создания научно-исследовательских институтов, что создавало массу рабочих мест. Происходит активное формирование кадров из ведущих специалистов вузов, совмещавших работу в вузах с исследовательской работой в НИИ. Вследствие практически неограниченного количества свободных рабочих мест, у лидеров появляется возможность принять в штат НИИ своих лучших учеников⁶. Принципиальная новизна этого периода заключалась в благотворной институционализации неформально создаваемых школ.

III период (с 1960-х гг.) - «большая наука», этап институционализированных научных школ, в основном переместившихся в НИИ. В этот период происходит нарушение естественного процесса развития школы из-за введения запрета совместительства работы в вузе. Утрачивается новационная функция, которая должна заменяться дочерними образованиями с новой проблематикой уже через 2-3 поколения исследователей. Таким образом, научные школы, утратив две основные функции из трех (образовательную и новационную), постепенно перерождаются в гипертрофированные застывшие школы, что стало типичным феноменом советской науки 1970-1980 гг.

Всякая школа вне зависимости от типа и вида имеет свой жизненный цикл. Подобно живому организму при благоприятном развитии она переживает рождение, детство, юность, зрелость, старение и смерть. Жизнь школы не является вечным процессом, конец неизбежен. Рождение школы происходит с возникновением научной проблемы, которую заметил лидер - основатель школы. «Детство» требует много внимания со стороны лидера, его умения увлечь учеников проблемой, «юность» начинает приносить плоды, на этом этапе необходимы материальные средства обеспечения - научные лаборатории, приборы, техника для проведения научных исследований, рабочие места, конференции, электронные сети и т. д.

«Зрелость» - активная работа, к этому времени научная программа уже выработана, профессиональные и социальные роли уже определены, внутреннее напряжение стимулирует совместные решения. Однако как бы продуктивно не протекала научная работа школы, ее итоги невозможно предсказать. Появится ли новое направление, или новая концепция, вызовет ли проблема школы интерес у других ученых, потеряв свою эксклюзивность, в любом случае это приведет к успеху.

После этапа зрелости идет старение. Процесс старения неизбежен, так как любая проблема когда-то исчерпывает свой ресурс. Возможность продолжения исследований над вторичными задачами, конечно же, останется, но новационная функция школы без движения радикально новых идей на этом затухнет. Помимо этого может быть исчерпан социальный ресурс. Без притока молодых ученых, свежих сил и идей школа теряет свою образовательную функцию. Оптимальным выходом из этой ситуации служит формирование дочерних школ во главе с бывшими учеными материнской школы.

Каждая научная школа, как эффективная форма производства нового научного знания, после прохождения всех этапов своего развития прекращает свое существование, внося определенный вклад в развитие науки.

Основной задачей любой формы самоорганизации в современном мире является стимулирование процесса порождения нового знания при оптимальном использовании профессионального потенциала опытных ученых, специально подготовленных к данной проблематике. Вследствие быстрого изменения направлений исследований в современной науке, возникновения все новых и новых проблем, при которых прежние теряют свою актуальность, для ученого исследователя очень важную роль играет способность и возможность переключения на новую проблематику - его мобильность, что не всегда бывает совместимым в одной личности. Так нарастание опыта подрывает мобильность, а повышение мобильности мешает накоплению опыта.

Национальными приоритетами России является отказ от мобильности и предпочтение опытности, Америка напротив выбрала мобильность, теряя при этом опытность.

В России период научного строительства, создание обширной системы научно-исследовательских учреждений прошли в очень короткие сроки в 1920-1930 гг. Недостаток кадров пополнялся учениками крупных ученых, которые совмещали работу в вузах с руководством исследовательскими подразделениями, в результате чего формально организационные структуры оказались прочно соединены с такой эффективной структурой самоорганизации как школа⁷.

В этот период лидерам научных школ были предоставлены невиданные административные возможности и огромная финансовая поддержка, что оказало положительное влияние на развитие научных школ, и исследований, проводимых в них. Уверенность руководителей школ в том, что он готовит своих будущих сотрудников, повышала его заинтересованность в обучении молодежи и возрастании ее профессионального уровня.

В связи с эффективным функционированием научных коллективов, в основном молодых научных школ, происходило резкое увеличение людей, получавших высшее образование, что явилось огромным успехом советской науки этого и следующего периодов. Такое положение вещей способствовало продуктивному развитию научных школ, максимально привязывая молодых учеников к руководителю и его тематике. Опытность представителей школы давала преимущества, помогала стимулировать производство нового научного знания. Со временем проблема старела, на смену опытности требовалась мобильность, но в неизменных организационных структурах мобильность нереальна, и бывшая блистательная школа, занявшая целый отдел или даже институт, превращалась в тормоз, так как для новых проблем нужны уже новые люди и новые научные учреждения.

На западе в вопросах структуры научного сообщества или научного знания, не принято использовать понятие научной школы ни в официальных документах, ни в научно-исследовательских материалах. Понятие научной школы присуще историко-научным исследованиям, ретроспективно рассматривающим идеи или человеческие взаимоотношения ученых в более или менее давних, завершенных эпизодах истории науки.

В 1960-х гг. возник интерес со стороны американских исследователей науки Д. Прайса и Д. Крейна к кооперации научного труда и формам самоорганизации исследователей. Однако под видом инициативного неформального объединения ученых второй половины XX в. был обозначен незримый колледж. «Незримый колледж» - коммуникационное образование, которое основано на избирательных связях ученых, создающих тем самым некое мини-сообщество. Это сообщество состоит из исследователей, которые, работая в различных местах, объединены проблематикой своих исследований сходными методиками, могут обмениваться препринтами и репринтами, присутствовать вместе на научных конференциях и встречах.

По мнению Прайса, «невидимые колледжи» являются более эффективными по сравнению с научными школами, так как не заключают в себе тенденции к инертности. В этой организации присутствует несколько лидеров, что позволяет оперативно реагировать на изменение идей и методов в науке⁹. Д. Крейн придавала большую роль исследовательским коллективам, объединенным вокруг влиятельных учителей, назвав их солидарными группами. Главным отличием от школы является критическое принятие учениками идейной системы лидера. Такие взгляды на современную науку были в 60-х.

В зарубежных публикациях 1970-1990-х гг. понятие научной школы полностью отсутствует: при характеристике деятельности ученых используются термины: лаборатория, солидарные группы и невидимые колледжи¹¹.

В современном понимании термин «научная школа» уступает место новому понятию «научное сообщество или невидимый колледж (содружество)». Существенным отличием нового понятия является выход научной проблемы за пределы института, и даже страны. В современных условиях существования и развития науки это происходит на мировом уровне, по средствам массовой глобальной сети Интернет. Проходят систематические конференции, научные симпозиумы, где собираются крупные деятели науки разных стран. Ученые из других стран, объединенные одной научной проблемой, со схожими методами и подходами к решению задачи проводят совместные исследования, делятся опытом, полученными результатами¹².

В настоящее время «в мировой науке» действует около пяти тысяч естественнонаучных школ, охватывающих все направления научного поиска. Однако основной функцией любой школы является особая, высоко мотивированная подготовка научной молодежи, которая должна продолжить традиции школы, а также неформальное научное общение и подлинную коллективность исследований. Адекватная оценка научной школы показывает все плюсы и минусы такого сообщества, а исторический анализ данного понятия выявляет не единственность социального механизма функционирования современной науки.

Научные школы являются дополнительным механизмом функционирования современной науки, они не могут собой заменить или возродить всю науку. Научные школы - одна из форм развития науки, которая нуждается в постоянных притоках молодых учеников, дополнительном финансировании, внешней поддержке и т. д.

Для современного общества XXI века организация всей науки в виде научных школ нереальна. Но нельзя и полностью исключить дух коллективных исследований и заинтересованной работы с молодежью. Присущие живым современным школам, они, безусловно, эффективны и заслуживают поддержки. Однако следует внести ясность в вопрос о том, что именно следует поддерживать.

Среди разнообразных структур научных школ принято выделять два варианта его понимания: «школа-гордость» связана с историей науки; «школа-надежда» связана с текущей организацией научной деятельности. Первые школы-гордости являются лишь объектом изучения историков науки, а вторые школы-надежды ведут активные исследования и вводят в науку молодые поколения.

Известно, что непременным атрибутом любой научной школы является наличие лидера и трех поколений ученых: учитель, ученики, ученики учеников. В «школе-гордости» лидером обычно является авторитетный ученый -академик, ученики - члены-корреспонденты и «молодежь» - доктора наук с немалым стажем. В «школе - надежде» руководителем является известный в своей области ученый (не ниже доктора наук), несколько его учеников - кандидатов наук и обязательно молодые научные сотрудники (до 35 лет), аспиранты, стажеры, дипломники. Школы первого рода очень хорошо изучены историками науки, их деятельность отражена в литературе, их достижения высоко оценены, а руководители принадлежат к научной элите. Все предпосылки указывают на то, что следует поддерживать известные школы-гордости, однако не следует забывать, что в этом случае приоритет отдается «памятникам» науки, старым научным направлениям, старым проблемам, методам, идеологии и т. д.

Недостаток в организации современной отечественной науки по дисциплинарному принципу заключается в несоответствии быстро застывающих организационных форм присущему науке динамизму, который требует организационной гибкости. Например, НИИ, пройдя в своем развитии непродолжительный плодотворный период, застывают в своем развитии. Противоречие снимает проблемная организация науки: малые и большие творческие коллективы, создаваемые специально для решения тех или иных научных проблем на междисциплинарной основе, делящиеся на проблемные группы и объединяемые в проекты, радикально оптимизируют организацию научной деятельности. Такие формальные коллективы исследователей типичны для зарубежной науки по характеру своих функций и возможностям, реально близки к научным школам. Существует такая проблемная научная школа, пока живет проблема¹³.

Совершенно очевидно, что в сегодняшней ситуации поддержку нужно направлять именно на такие дееспособные и перспективные научные коллективы, в которых успешные исследования сочетаются с работой по воспроизводству научных кадров, причем на современном уровне и в перспективных научных областях. Для выявления школ, нуждающихся в поддержке, необходимо проводить конкурсный отбор и вырабатывать критерии отбора. Оценка научной школы должна проводиться по разным аспектам ее научной деятельности, а материальная поддержка должна включать весь коллектив, в том числе научную молодежь.

Материальная поддержка должна иметь временный характер, так как действующие научные школы нестабильны. Следовательно, одним из критериев эффективности текущей научной деятельности является стабильность. Критерии известности и заслуженности не меняются с течением времени¹⁴.

В современной ситуации недофинансированности любые дополнительные средства, выделяемые для науки, являются благом. Однако при дальнейшем вознаграждении вчерашних достижений, оставляя в ущербе ученых младшего и среднего поколений, можно нанести дополнительный ущерб нашей науке. Вклад в науку государственных средств требует критического пересмотра ряда традиционных воззрений, а также оценки роли и значимости научных школ в современном мире.

Историческое осмысление прошлого находится в большой зависимости от воззрений того математического сообщества, к которому принадлежит исследователь. Именно это обстоятельство служит причиной того, что предпринимающиеся в последние годы большие проекты по историографии истории математики структурированы по странам и регионам. Исследования по изучению физико-математической науки на Ставрополье вызвало большой интерес общественности и ученых данного региона.

Общеметодологические выводы и заключения по исследованиям научных направлений и школ лягут в основу последующего рассмотрения формирования научных направлений и школ на Ставрополье.

Раздел 2. Развитие физической научной школы «Кипение жидкостей» с 1954 г. по 1990 г

С приходом в Ставропольский педагогический институт доцента Е. И. Несиса на физико-математическом факультете начала вестись активная научная работа по проблемам физики кипения, приведшая к созданию научной школы по данному направлению. После того как Е.И. Несис стал заведующим кафедрой теоретической физики и первым на Ставрополье доктором физико-математических наук, а затем и профессором, в г. Ставрополе открылось новое научное направление физики фазовых переходов: исследование процессов кипения жидкостей, взаимное превращение ферро- и парамагнетиков.

Решающий этап в формировании научной школы приходится на конец 60-х гг. В 1968-1969 гг. прошли успешные защиты диссертаций трех преподавателей института, которые являлись учениками Е.И Несиса - Владимира Ивановича Токмакова, Бориса Михайловича Дорофеева, Елены Михайловны Ивановой¹⁵. Все они были посвящены проблемам физики кипения. Таким образом, осуществился первоначальный этап преемственности в развитии научной школы, наряду с Е.И. Несисом теперь трудились перспективные молодые ученые, научная квалификация которых получила признание.

В ходе работ научной школы Е.И. Несиса: выяснено существование различных типов кипения - пузырьковое кипение, пленочное кипение, недогретое кипение, существование кризиса кипения; определены механизмы возникновения паровых пузырьков, без которых процесс кипения невозможен; в отличие от общепринятых в теплофизике представлений о том, что центрами пузыреобразования являются всякого рода выступы на поверхности нагрева в 1950 г., было доказано, что центрами пузыреобразования являются углубления, поры в горячей плоскости (Журнал технической физики, М.-л. т. XXII, 1952, №3, С. 1492-1512).

Кроме того, Е. И. Несис внес некоторые принципиальные уточнения в теорию фазовых переходов II рода (точки Кюри) (Украинский физический журнал., т. - IV, №3, С. 363 - 371). Им была опубликована большая обзорная статья в журнале «Успехи физических наук» (т.87, №2, М. 1965., С 615 -674.). Одним из основополагающих результатов проведенных исследований явилось получение кардинально новой теории образования звука при кипении. Учеником Е. И. Несиса В. В. Чекановым было показано, что звук, возникающий при кипении, издают пузырьки, которые еще не оторвались от горячей поверхности, а не оторвавшиеся от поверхности пузыри.

Фундаментальные исследования кафедры теоретической физики Ставропольского государственного педагогического института по акустике кипения проводились по двум специальным программам. «Первая из них - программа секции «Акустические методы исследования процесса кипения и гидродинамики двухфазных потоков» Координационного совета по теплофизике Государственного комитета по атомной энергии при Совете министров СССР (шифр секции 381-228). Вторая - Комплексная научно техническая программа «Атоммаш» Северо-Кавказского научного центра высшей школы по научному направлению 02 «Парогенераторы, теплоносители, диагностика теплотехнического оборудования атомных электро станций»¹⁶.

В рамках первой программы в 1972 году сотрудники кафедры теоретический физики Е. И. Несис, Б. М. Дорофеев, В. А. Ассман, И. С. Сологуб и др. принимали участие в работе Координационного совещания секции тепломассобмена Научного совета АН СССР по проблеме «Теплофизика» в Ленинграде.

В 70-е гг. начинается процесс широкой апробации результатов научных исследований указанной школы. В 1974 году в Киеве было проведено заседание научной теплофизической секции АН СССР и АН Украины, посвященной координации исследований в области теплообмена при фазовых превращениях, где одним из ряда вопросов для обсуждения был вопрос работы ка-федры теоретической физики Ставропольского пединститута, здесь присутствовали Е.И. Несис, Б.М. Дорофеев и В.И. Комаров. На заседании секции работа кафедры была оценена положительно и вынесена рекомендация по ее дальнейшему развитию.

В 1980 году в Обнинске, на пятом заседании Координационного совета по теплофизике Государственного комитета по атомной энергии, был сделан доклад сотрудниками кафедры теоретической физики СГПИ в рамках первой программы по акустике кипения. Принимались участия в серии семинаров «Акустические методы исследования процесса кипения и гидродинамики двухфазных потоков» проведенных в Киеве в 1978, 1981 и 1986 гг.

Сделанный на последнем из этих семинаров Б. М. Дорофеевым пленарный доклад «Звуковые явления при кипении» был составлен из материалов первоначального варианта его докторской диссертации.

По второй специальной программе «Атоммаш» в Ставрополе в 1978 г. Б. М. Дорофеев, Е. И. Несис и др. участвовали в работе совещаний и семинаров «Высокотемпературный теплообмен в динамике сплошных сред», а в 1979 г. на семинаре «Теплоносители АЭС, парогенераторы АЭС, диагностики теплотехнического оборудования АЭС». В 1980-1981 гг. в Ростове-на-Дону было представлено три доклада на VII и IX ежегодных Региональных чтениях по физике.

«В рамках этой программы по решению отделения механики и прикладной математики Северо-Кавказского научного центра высшей школы в издательстве Ростовского государственного университета в 1985 г. вышла в свет первая монография Б. М. Дорофеева «Звуковые явления при кипении» (ответственный редактор кандидат физико-математических наук В. В. Чеканов)».

В этот же период результаты достижений научной школы «Кипение жидкостей» широко публикуются в различных научных изданиях. С 1972 года на кафедре теоретической физики началось систематическое издание тематических сборников «Исследования по физике кипения», где публиковались работы сотрудников и аспирантов кафедры теоретической физики. Вышли в свет 1(1972), 11(1974), 111(1975), IV(1976), V(1979) выпуски сборников по физике кипения¹⁸. Ефим Израилевич Несис был ответственным редактором издававшегося в институте сборника «Исследования по физике кипения», являлся членом редколлегии сборника «Кипения и конденсации» Рижского политехнического института и постоянным рецензентом статей по кипению «Инженерно-физического журнала» АН Белоруссии.

В 1973 году издается монография Е. И. Несиса «Кипение жидкостей», которая была переведена на английский язык и издана в США в 1974 г., а так же переиздана в 1977 г. в Японии¹⁹. В книге обобщаются результаты, полученные при изучении различных аспектов кипения жидкостей, и дается им физическая интерпретация. В ней впервые в научной литературе кипение рассматривается как проблема в целом: последовательно анализируется динамика возникновения, роста, отрыва и всплывания пузырьков, излагаются экспериментальные методы исследования и особенности гидродинамических, тепловых и акустических явлений, сопровождающих процесс кипения. Перевод трудов Е.И. Несиса на японский и английский языки является подтверждением научного признания открытий и новых результатов исследований, проведенных на кафедре теоретический физики, как и Всесоюзные форумы ученых, на которых следующие представленные работы так же получали серьезную оценку.

Одним из наиболее талантливых учеников Е.И. Несиса, внесшим значительный вклад в развитие школы «Кипение жидкостей» стал Б.М. Дорофеев. В 1985 году вышла в свет монография Дорофеева Б. М. «Звуковые явления при кипении» (Северо-Кавказский научный центр высшей школы, издательство Российского университета).

В монографии рассмотрен новый способ измерения скорости звука в жидкости на низких частотах. Был отмечен ряд особенностей применения фотометрического метода для изучения поведения пузырька. В работе доказана справедливость гидродинамической теории изучения звука при кипении. В основе лежал эксперимент, доказывающий, что источником квазипериодического звукового сигнала при пленочном кипении являются связанные через «ножку» с паровой плоскостью пузырьки. В результате анализа фазовых соотношений между колебаниями звукового давления и объемными осцилляциями паровой полости показано, что эта полость совершает вынужденные колебания в акустическом поле. В ходе работ представлены результаты расчета спектра отдельного звукового импульса. А в заключении подробно проанализированы условия возникновения резонанса и гидродинамических автоколебаний при кипении в большом объеме.

Подробно проанализирована связь мгновенных, локальных и интегральных характеристик теплообмена с переменным давлением при термоакустических автоколебаниях²⁰.

В монографии представлены результаты экспериментальных исследований, как звуковых явлений при кипении, так и связи акустических и тепловых характеристик процесса: в первой части звуковые импульсы, порождаемые отдельными пузырьками пара, во второй части акустическая эмиссия и теплообмен при развитом кипении в различных условиях, в том числе в случаях возникновения термоакустических и других автоколебаний. В ней приведены разработанные методы и оценки основных свойств гидрофонов и новый способ измерения скорости звука в жидкости на низких частотах при помощи шарового интерферометра. Каждый раз при сопоставлении поведения пузырька и возбуждаемого им импульса давления, а также с целью выявления связи между акустическими и тепловыми характеристиками использованы данные специально поставленных синхронных комбинированных опытов (этилового и пропилового). Применение этих экспериментальных методик позволяло обобщить полученные результаты.

В итоге указанного исследования в наглядной форме показано влияние пространственных условий и соотношения роста и захлопывания пузырька на возбуждаемый им импульс давления в жидкости, а также влияние на частотно-амплитудный спектр этого импульса; обнаружены релаксационные объемные пульсации парового пузыря, вызванные неравновесными тепловыми процессами (испарением и конденсацией) и движением жидкости по инерции; акустическим методом доказана целесообразность учета времени «жизни» пузырька пара в недогретой жидкости при создании теории кризиса теплоотдачи при кипении; рассмотрены разные способы предсказания кризиса в результате анализа шума кипения; отмечена возможность акустического взаимодействия пузырьков пара в кипящей жидкости; найдены условия возникновения резонанса и гидродинамических автоколебаний при кипени, выяснена роль автопараметрического эффекта изменения сжимаемости двухфазной среды в канале при возбуждении ТААК: на основе расчета спектра собственных частот канала с кипением объяснена причина существования или одной стоячей волны, или системы стоячих волн при ТААК; рядом опытов подтверждено действие механизма Влея при накачке энергии ТААК и др.²¹

Б. М. Дорофеев в 80-х годах принимал участие во всех всесоюзных конференциях по кипению, а в 1988 году участвовал в работе Минского Международного Форума по тепломассобмену.

В 90-е годы школа «Кипение жидкостей» достигает периода своей зрелости. В это время прошли успешные защиты диссертаций на соискание ученой степени кандидатов физико-математических наук И. С. Сологуб (1990), А. Ф. Шаталовым (1994) и Н. П. Кармацким (1996). 23 сентября 1995 года прошла успешная защита диссертации Дорофеева «Звуковые явления при кипении» на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01. 04. 14 «Теплофизика и молекулярная физика».

«В отзыве на автореферат диссертации, подписанном директором Института теплофизики Сибирского отделения РАН академии РАН В. Е. Накоряковым и доктором физико-математических наук С. И. Лежниным сказано: «Тема работы, безусловно, актуальна, так как она непосредственно связана с безопасностью эксплуатации энергетических установок, включая атомные, с необходимостью расчета и диагностики динамических тепловых нагрузок в их элементах. Автору удалось, анализируя многочисленные экспериментальные данные, найти корреляции между тепловыми и акустическими параметрами кипения и создать основу для пассивной акустической диагностики кризисов теплоотдачи, устранения причин разрушения систем охлаждения, связанных с термоакустическими автоколебаниями. Удачей автора следует считать создание новых оригинальных экспериментальных установок, методик и инструментов для изучения звуковых явлений при кипении. Ясная физическая трактовка явлений термоакустики, простота используемых математических моделей позволяет автору описать механизм автоколебания при насыщенном и недогретом кипении и связать амплитудно-частотные спектры шума с первой критической плотностью теплового потока, а также выяснить механизмы возникновения и срыва термоакустических колебаний. В кругу специалистов Дорофеев Б. М. характеризуется как экспериментатор, имеющий несомненный приоритет в исследовании шума кипения и эффектов термоакустики, являющийся представителем известной шко-лы профессора Е. И. Несиса» .

В истории развития научной школы «Физика кипения» в период с 1970 г. до середины 90-х годов явно просматриваются этапы развития, свойственные научной школе. Налицо все элементы, говорящие о существовании научной школы во главе с лидером-ученым, перечисленные в п. 2.1. Становление научной школы «Кипение жидкостей» сопровождалось процессами интеграции научных достижений и образования в высшей школе. Это явление выражалось главным образом в двух формах. Процесс интеграции осуществлялся вокруг создания научных лабораторий, к которому широко привлекались студенты.

В 1969 году на кафедре теоретической физики Ставропольского государственного педагогического института было закончено строительство нового помещения (аудиторий 101аи 1016).

В этих аудиториях под руководством с непосредственным участием только что защитившего диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук «Экспериментальное исследование динамики шумообразования при недогретом кипении» Б. М. Дорофеева была создана специальная лаборатория для изучения акустики кипения²³.

Работу этой лаборатории высоко оценили в 1976 году участники проводившегося в СГПИ Всесоюзного научного семинара «Тепломассобмен при фазовых превращениях жидкостей в силовых полях» академик В. И. Толубинский, доктора наук В. А. Акуличев, Э. Я. Блум, ученый секретарь международных научных форумов по тепломассобмену Е. И. Невструева и другие виднейшие специалисты. Гостями семинара было рекомендовано участникам школы выступить с результатами работы на других научных семинарах. По рекомендации участников доцентом Б. М. Дорофеевым были доложены опытные данные в 1977 году на научных семинарах: Энергетического института им. Г. М. Кржижановского, отдела ультразвука Акустического института АН СССР, кафедры акустики МГУ им. М. В. Ломоносова и отдела нестационарных двухфазных потоков НПО «Энергия» и вызвали большой интерес. Позже, в 1983 году, доклад «Звуковые явления при кипении» был сделан им и на научном семинаре отдела теплообмена Института высоких температур АН СССР. Руководитель семинара член-корреспондент АН СССР Б. С. Петухов предложил оформить доклад, освещенный на семинаре, в виде обзорной статьи для журнала «Теплофизика высоких температур» АН СССР. Обзор был опубликован в этом журнале в 1985 году .

При кафедре теоретической физики Ставропольского педагогического института в начале 70-х годов была создана оригинальная автоматизированная лаборатория технических средств обучения. В этой лаборатории студенты получали практические навыки по работе с кинопроекционной аппаратурой, магнитофонами и другими техническими средствами, а также с методикой программированного ведения занятий с помощью обучающих машин. В автоматизированном классе технических средств обучения могли работать одновременно две студенческие подгруппы. Каждый лабораторный стол был оборудован своей индивидуальной установкой для изучения определенного типа технических средств обучения, а также автоматическим устройством для механической контрольно-обучающей взаимосвязи студента с преподавателем, находящимся за пультом управления. С помощью этого пульта руководителем проводились фронтальные занятия со всей подгруппой или с любым студентом индивидуально. Кроме того, пульт позволял с помощью автоматики менять тип освещенности классной комнаты, дистанционно управлять процессом демонстрации специальных кинофильмов, автоматически проверять через задаваемые преподавателем промежутки времени состояние дел на каждом рабочем столе.

Конструктором автоматизированной лаборатории стал кандидат физико-математических наук Е. Д. Попов, под руководством которого и при активном участии лаборантов Ю. Г. Булатова и А. А. Кульгиной группой студентов-физиков был осуществлен ее монтаж.

Следует отметить, что все оборудование этого необычного учебного класса было сделано с большим художественным вкусом, целиком собрано из материалов, приобретенных за счет средств, сэкономленных от досрочного выполнения хозрасчетных научно-исследовательских работ, проводимых кафедрой для предприятий края²⁵.

Лаборатории, в которых велись научные исследования по физике кипения, начинали концентрировать наиболее заинтересованных, активных и способных студентов, работающих под индивидуальным руководством ученых. Создавались и другие формы интеграции, которые позволяли приобщать студентов к исследовательской и практической работе. В 60-е гг. был создан радиотехнический кружок (Дорофеев Б. М., Кульгина Л. М., Кульгин А. А.), преобразованный затем в студенческое конструкторское бюро. Созданные здесь приборы, предназначенные для физических демонстраций в школе, получили высокую оценку на Всесоюзных радиовыставках (1961, 1963, 1965 и 1974 гг.), демонстрировались в павильоне «Народное образование» ВДНХ СССР. В 1963 году специальным приказом министерства просвещения РСФСР опыт работы Б. М. Дорофеева рекомендован для практического внедрения в педагогические вузы республики. В это время продолжает свою работу созданный в 1964 году специальный физический практикум для студентов (по гидроакустике кипения).

В мае 1977 года работа первокурсника Петра Шевцова, студента Ставропольского педагогического института, на Всесоюзной выставке в Москве заняла третье место и была отмечена дипломом. Стереофонический усилитель низкой частоты занял третье место, а экзаменационная машина с цифровой индикацией, изготовленная Петром Шевцовым в соавторстве с Геннадием Фуртаковым и Евгением Гороховым, выполненная с минимальным количеством затрат, получила поощрительный приз.

За 15 лет работы студенческого конструкторского бюро, работы его воспитанников не раз отмечались на городских, краевых, всесоюзных выставках, завоевывали призы Министерства просвещения СССР. Радиоконструированием в 1977 году занимались более 50 человек под руководством Анатолия Александровича Кульгина.

Руками студентов были изготовлены электронные аттракционы, светомузыкальная установка, реле времени с цифровой индикацией и автоматической выдержкой, которые с успехом можно было применять в школьной фотолаборатории .

Помимо лабораторий для исследования кипения жидкостей при кафедре теоретической физики Ставропольского педагогического института создавались и другие научные лаборатории, которым суждено было стать зародышем будущих научных направлений. В 1979 году была организована астрономическая обсерватория, возглавляемая Дмитрием Ивановичем Степановым: под крышей-полусферой установили аппаратуру и сделали макет лунной поверхности. Днем проводились обычные академические занятия для студентов , а вечером здесь собирались члены астрономического кружка и начиналась исследовательская работа. Результатов работы, которая здесь проводилась, ожидали в центре управления космических полетов и в Комитете по охране окружающей среды.

Участники кружка занимались исследованием оптических свойств атмосферы, определяя степень загрязненности атмосферы. «...Тонкий лазерный луч проходит расстояние в 500 метров, отражается зеркалом, расположенным на стене противоположного дома, возвращается назад, а точные приборы фиксируют все параметры его изменений. И специалист может определить не только уровень загрязненности атмосферы, но и указать, что именно и в каких пропорциях находится сейчас в воздухе».

Еще два астрономических направления были связаны с изучением небесных тел (в основном, метеоров). Здесь занимались наблюдением и определяли приток метеорного вещества на землю. Для прогнозирования метеорной опасности, возникающей при полетах космических кораблей, разрабатывалась тема «Определение неатмосферного излучения небесных явлений».

Четвертое астрономическое направление связывалось с изучением больших планет (Юпитера, Сатурна) в видимой инфраструктурной области.

Результаты созданной на кафедре теоретической физики научной школы и формирующихся вокруг лабораторий научных направлений получили применение в народном хозяйстве.

Начиная с 1970 года, на кафедре теоретической физики СГПИ ведутся хоздоговорные работы, в которых принимают участие Е. И Несис, Б. М. Дорофеев, Е. Д. Попов, В. И. Токмаков, Е. И. Четвериков, В. В. Жилина, В. А Горбаченко, В. А. Ассман, И. С Сологуб и др. Так Е. И. Несис и Т. С. Чигарева провели исследования по физике полупроводников, что привело к созданию спецпрактикума для студентов²⁹. В. А. Зыков, В. В. Чеканов, Т. В. Скроботова, В. А. Ассман и др. стали создавать научно-исследовательскую лабораторию физики газового заряда.

В течение ряда лет по заказам закрытых научно-производственных объединений под руководством профессора Е.И. Несиса велись хоздоговорные работы, связанные с изучением звуковых явлений в кипящих потоках. Ответственным исполнителем этих работ назначается доцент Б. М. Дорофеев. С 1979 года такие работы проводятся уже непосредственно под научным руководством Б. М. Дорофеева. Практические задачи, поставленные заказчиками, решались сотрудниками В. А. Ассманом, И. С. Сологуб и др. весьма успешно. Так, например, внедрение только одного разработанного способа диагностики термоакустических автоколебаний в каналах охлаждения с поверхностным кипением позволило получить годовой экономический эффект более 200 тыс. руб. (в ценах 1981 года). За счет этих средств была осуществлена пристройка, в которой разместилась лаборатория звуковых явлений при кипении .

В середине 80-х годов группой под руководством старшего преподавателя Е. А. Шалыгина по заказу Минуглепрома СССР и Минэлектротехпрома СССР была разработана серия преобразователей для заряда тяговых аккумуляторных батарей шахтных электровозов.

Полученный в результате их серийного выпуска экономический эффект составил 3,5 млн. рублей в год. К этой работе привлекались студенты и аспиранты, что позволяло оптимально интегрировать научные исследования и учебную работу.

С начала 1981 по 1985 годы проводится хоздоговорное исследование № 87 по теме «Создание и внедрение в производство автоматизированных устройств заряда-разряда аккумуляторных батарей» под руководством доцента Д. И. Степанова и старшего научного сотрудника Е. А. Шалыгина, по заказу ИГД им. А. А. Скачинского города Люберцы. В результате работы над хоздоговором № 87 был создан экспериментальных образец устройства по схеме, скорректированной по результатам исследований макетного образца. Проведены исследования и испытания экспериментального образца в лабораторных условиях и при работе с аккумуляторной батареей³¹.

По заказу завода «Электро - 82-1 преобразователь», (город Гай) в период с 1982 по 1984 годы кафедрой теоретической физики Ставропольского пединститута было проведено исследование по теме «Разработка устройств автоматизированного заряда-разряда аккумуляторных батарей», хоздоговор № 97. Под руководством Д. И. Степанова, Е. А. Шалыгина были разработаны и согласованы в Мак НИИ чертежи конструкторской документации на опытные образцы преобразователей в целом и эксплуатационная документация. В рамках этого договора было принято участие в предварительных и эксплуатационных испытаниях опытных образцов, проведена корректировка конструкторской документации по результатам испытаний³². Работа по хоздоговорной тематике проводилась успешно, что приносило миллионный эффект не только у нас в стране, но и за рубежом.

Таким образом, можно констатировать, что в указанный период при кафедре теоретической физики Ставропольского государственного педагогического института происходит формирование научной школы «Физика кипения» под руководством доктора физико-математических наук, профессора Е.И. Несиса, которая достигает степени зрелости во второй половине 70-х- начале 80-х гг. XX в. Об этом свидетельствуют признание высокой научной квалификации представителей школы Несиса, судя по оценкам и отзывам, данным на докторские и кандидатские диссертации по направлению «Физика кипения»; участие представителей этой школы в научных конференциях всесоюзного и международного значения; широко известные публикации, содержащие результаты исследований, переведенные на иностранные языки. Важным свидетельством научной зрелости школы «Физика кипения» и повышения уровня научных исследований на кафедрах физики в целом является применение достигнутых ими результатов в народном хозяйстве, в частности, в оборонном производстве.

Развитие научной школы и формирование нбовых научных направлений сопровождалось неизбежным подъемом преподавания физики и математики в Ставропольском государственном педагогическом институте на более высокий уровень, поскольку осуществлялись процессы интеграции научно-исследовательских достижений и учебной работы. Об этом свидетельствует широкое привлечение студентов к созданию специализированных лабораторий и последующей работе под индивидуальным руководством ведущих ученых, создание студенческого конструкторского бюро, первые достижения ставропольских студентов на всесоюзных конкурсах и олимпиадах по физике и математике.

Раздел 3. Исследования по спектроскопии сложных органических молекул с 1963 г. до середины 90-х гг

Важным результатом деятельности кафедр физики и математики при Ставропольском государственном педагогическом институте стало создание и развитие нового научного направления «Физика оптических явлений». Оно возникло как дочерняя школа и развивалось в тесном взаимодействии со школой профессора Э.В. Шпольского при Московском государственном педагогическом институте им. В.И. Ленина.

История создания и развития на кафедре общей физики Ставропольского государственного педагогического института (ныне СГУ) научного направления «Физика оптических явлений» неразрывно связана с открытием профессора Э. В. Шпольского³³, носящего его имя. Представители школы занимались последующим установлением физической природы этого явления, а также практическим его применением.

Шпольским и его сотрудниками³⁴ было доказано, что при использовании в качестве растворителей нейтральных легко кристаллизующихся нормальных парафинов и охлаждении раствора до температуры кипения азота (77° К) у целого ряда соединений (в том числе и многоядерных ароматических углеводородов) в спектрах люминесценции вместо обычных размытых полос наблюдается большое число узких линий. Такие спектры получили название квазилинейчатых, а эффект расщепления молекулярных полос - «эффекта Шпольского».

Это открытие стимулировало многочисленные теоретические и экспериментальные исследования в области спектроскопии сложных органических молекул и электронно-колебательных переходов в примесных центрах кристаллов. Эти спектры легли в основу новых высокочувствительных методов обнаружения и идентификации индивидуальных соединений в многокомпонентных смесях³⁵.

В конце 50-х годов заведующему кафедрой общей физики Ставропольского государственного института В. А. Бутлару, профессором Э. В. Шпольским было предложено заняться исследованием квазилинейчатых спектров люминесценции сложных органических молекул. В начале 60-х годов под руководством В. А. Бутлара была создана научная лаборатория по изучению спектров сложных органических молекул, установлены научные связи со школой профессора Э. В. Шпольского в Московском государственном педагогическом институте. Первые работы В. А.

Бутлара и Д. М. Гребенщикова были посвящены фундаментальным вопросам молекулярной спектроскопии и признаны научной общественностью³⁶.

Д. М. Гребенщиков и еще один представитель этого научного направления В. В. Солодунов стали развивать кинетические методы исследования³⁷ триплетных состояний органических молекул в системах Шпольского. В то же время наряду с приобретением спектрального оборудования ими разрабатывались и создавались экспериментальные установки. Многие элементы этих установок изготовлялись ими же. Сегодня исследователи располагают разнообразными спектрофлуометрами, оснащенными вычислительными и регистрирующими системами. В тех первых работах были получены результаты, точность которых совпадает с точностью результатов исследований, полученных совершенно немыслимым способом с точки зрения современного физика - экспериментатора.

Один из вопросов в области молекулярной спектроскопии триплетного состояния, который интересовал в то время исследователей, был вопрос о причинах неэкспоненциальности кинетики затухания фосфоресценции примесных центров в твердых растворах при низких температурах. Предполагалось, что такое отклонение от экспоненциального закона может быть обусловлено излучением молекул с различных близко расположенных триплетных уровней. На основании сопоставления спектров триплет-триплетного поглощения, спектров фосфоресценции и кинетики затухания фосфоресценции Д.М. Гребенщиков с сотрудниками доказал, что этот эффект обусловлен реабсорбцией фосфоресценции на триплетных молекулах.

Другим ярким примером эффективности применения кинетических методов исследования было изучение кинетики затухания фосфоресценции для различных мультиплетов в спектрах Шпольского. Было показано, что время затухания фосфоресценции для различных мультиплетов немного отличается. Это послужило одним из прямых доказательств того, что мультиплетная структура спектров Шпольского обусловлена не расщеплением энергетических термов в кристаллическом поле растворителя, а есть не что иное, как просто наложение спектров молекул, находящихся в различных условиях.