Fizyka w rysunkach 2600 lat odkryć od Talesa do Higgsa

Inherent peculiarities of liquid molecular systems including organic ones are fluctuations of microdensity, micropolarity and other microcharacteristics of medium owing to thermal motions of molecules and their segments. In polymer and biological samples together with thermal fluctuations there also exist gradients of polarity, density, viscosity and so on, the nature of which is due to considerable spatial heterogeneity of the mentioned structures. All these characteristics may modify essentially spectral characteristics of fluorescent probes in such media and, hence, knowledge of spectral characteristics in such conditions opens the door for solving the reverse problem, namely, studying such structure features with the proper fluorescent probes that iswhy this problem is of great practical importance. Spatial and thermal fluctuations and structural heterogeneity in liquid molecular systems affect the spectral heterogeneity of fluorescence probes in solutions and biological systems.
The study of spatially heterogenic nature in biophysics become extremely important in the last decades owing to the application on a great scale of luminescence probes and labels, and due to very essential changing of structure and characteristics of biological systems in distances comparable with fluorophors sizes ~3÷6 Å. Topical interest in the study of this phenomenon in solutions as was mentioned vide infra is due to its wide applications in physics, chemistry, biology and medicine. For example, a few hundreds of molecular organic compounds for very versatile applications are described in a number of monographies (Dobretsov 1989, Lakowicz 2006), the Handbook of Molecular Probes Inc. (Haugland 2002) and on the sites of many firms such as URSA Bioscience LLC, Nanomole, it is very essential that a great number of molecular probes may be ordered commercially.
Solutions of organic molecules are used as laser media (dye lasers), light shutters, filters and Q-switchers, nonlinear transformators of light, photorefractive materials and dyes in colouration of different materials. In informatics they have found an application for data processing, cryptography and storage of information, in holography for recording holograms with extremely high density of information (multifrequency holograms). There are many important applications in chemistry as well, among them the study of intermolecular interaction, sensors of small concentrations of different chemical substances, elements and dangerous gases (Demchenko 2009). It is worth mentioning that dye solutions are severed as main objects for study characteristics of important reactions, firstly, electron and proton transfer reactions, one of the most important reactions in nature (Arnaut & Formosinho 1993, Grabowsky et al. 2003, Demchenko 2009, Tomin et al. 2015). An account of fluctuative features of reagents in photoreactions opens an avenue for a selective control of reactions as it is known that solvatochromic phenomena considerably affect their rates, efficiencies and mechanisms.
Here we have mainly collected materials from relatively new branch of spectroscopy – selective spectroscopy of organic solutions or red-edge excitation spectroscopy. The discovery at the beginning of the 80s of inhomogeneous broadening of electronic spectra of complex molecules owing to intermolecular nonspecific interactions in solid and liquid solutions gave rise to this new field (Rubinov & Tomin 1983, Nemkovich et al. 1991, Demchenko 2002).

The second Chapter (by Vladimir Tomin) is devoted to treatment heterogeneity of molecular solutions and study of charge transfer, CT, and excited state internal proton transfer, ESIPT, reactions in liquid systems. The chapter contents original classical thermodynamic approach elaborated together with the co-authors, allowing to describe the complex of new effects arising in molecular systems due to inhomogeneity of their structures. New original results in study of broadening of electronic spectra of solutes appearing in CT and ESIPT states and effects arising in such reactions at selective excitation are presented and analyzed. Importantly that selective spectroscopy opens good opportunity to select individual groups of solutes with different rates of excited state reactions and, hence, in such way one can controlsmoothly in quite wide range probabilities of such reactions. The third Chapter (by Nikolai Nemkovich) is devoted to spectroscopic study features of polar fluorescent probes in biological membranes which could be observed at selective excitation of such probes subensembles. The described studies perfomed mainly at the Institute of Physics in Belarus and in cooperation with other laboratories. The results described demonstrate that exploration of inhomogeneous spectral broadening of fluorescent polar probes in membranes allows to monitor some microcharacteristics such as, for example, polarity along the depth of membranes. Such studies and approaches are of a great importance due to a wide potential in applications of such methods in study various biological object such as blood cells and so on.
All Chapters of the monography can be readed independently. The authors of the monograph are the researchers actively working in the field of selective spectroscopy of organic and biomolecules from the earlier beginning and contributed greatly to this field. They are Professor Alexander P. Demchenko, Palladin Institute of Biochemistry of the Academy of Sciences of Ukraine, Kiev; Professor Nikolai A. Nemkovich, Stepanov Institute of Physics, National Academy of Sciences of Belarus, Minsk; Professor Vladimir I. Tomin, Institute of Physics, Pomeranian University in Słupsk, Poland (Ze Wstępu).

„Kiedy Feynman wcześnie rano został obudzony ze snu przez reportera i dowiedział się, że ma otrzymać Nagrodę Nobla, na początku nie bardzo wiedział, czy powinien się cieszyć. Pompatyczne wydarzenia były dla niego odrażające. Zastanawiał się też, co to znaczy, że komisja w dalekiej Szwecji po wielu latach uznała jego pracę za <>. Z drugiej strony Feynmanowi schlebiało, że jest w towarzystwie wielkich laureatów, takich jak: Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr i Paul Dirac.” Ta książka to opowieść o jednej z bardziej imponujących osobowości świata nauki XX wieku: wesołej, entuzjastycznej i niekonwencjonalnej. Nie jest to jednak kolejna biografia okraszona anegdotami z życia Feynmana. Skupia się na głównie na tym, co sam Feynman tak bardzo pokochał: fizyce!

Obszerna część skryptu poświęcona jest równaniom różniczkowym o pochodnych cząstkowych oraz zagadnieniom wartości i funkcji własnych może być wykorzystana przez studentów jako istotna pozycja literatury do wykładów z przedmiotu równania fizyki matematycznej. Natomiast treści zawarte w pozostałych rozdziałach mogą okazać się pomocne przy studiowaniu teorii sprężystości, mechaniki ośrodków ciągłych i innych przedmiotów.

Książka ta opowiada porywającą historię narodzin kosmologii współczesnej i jej rozwoju w XX wieku To w tym stuleciu człowiek zrozumiał zależność między geometrią kosmosu a wypełniającą go materią, odkrył ucieczkę galaktyk, pojął, w jaki sposób powstały pierwiastki chemiczne, i odtworzył ewolucję Wszechświata począwszy od ułamków sekundy po jego zdumiewającym wyłonieniu się z Wielkiego Wybuchu. Autor, wybitny kosmolog i popularyzator nauki, przedstawia tę niezwykłą przygodę ludzkości, nie pomijając teorii, które odeszły już do lamusa, ukazując zmagania astronomów z materiałem obserwacyjnym, szkicując subtelną kreską portrety takich wybitnych uczonych, jak Lemaitre, Friedman, Hubble, Eddington, Gamow, Hoyle, Hawking czy Penrose. Ostatnie zaś rozdziały książki wprowadzają Czytelnika w świat najnowszych badań nad kosmiczną inflacją, kwantową grawitacją i ukształtowaniem się struktury Wszechświata.

Książka jest poświęcona zagadnieniom modelowania odbicia promieniowania optycznego od powierzchni materiału. Zjawisko to powstaje przy interakcji promieniowania padającego na powierzchnię materialnego obiektu i sprowadza się do zmiany parametrów samego promieniowania oraz czasami także do zmiany właściwości lub stanu energetycznego opromienionej powierzchni. Ponadto omówiono fizyczną istotę promieniowania optycznego, opisujące je wielkości, prawa ogólne i zjawiska występujące przy odbiciu promieniowania na granicy między dwoma ośrodkami, oddziaływanie promieniowania optycznego z materią oraz stosowane w różnych dziedzinach nauki i techniki modele odbicia promieniowania ze szczególnym uwzględnieniem funkcji rozkładu współczynnika odbicia (BRDF) jako najczęściej obecnie stosowanego sposobu opisu odbicia. Przedstawiono podział modeli funkcji BRDF na empiryczne, aproksymacyjne, fizyczne, hybrydowe i inne, opisując przy tym ich złożoność, dokładność, ograniczenia w stosowaniu, użyteczność i zakres zastosowań. Opisano metody i stanowiska pomiarowe służące do eksperymentalnego wyznaczania wartości funkcji BRDF. Cenne podsumowanie monografii stanowi opis zakresu zastosowań modeli odbicia promieniowania w grafice komputerowej, technice świetlnej i w radiacyjnej wymianie ciepła.

Podręcznik powstał na podstawie wykładów fizyki ogólnej prowadzonych przez autorów dla studentów różnych wydziałów Politechniki Warszawskiej, a przede wszystkim studentów Wydziału Fizyki, dlatego treść dostosowana jest głównie do wymagań programowych tego właśnie wydziału. Podręcznik może być również przydatny dla studentów innych wydziałów (także innych szkół technicznych), a także wydziałów uniwersyteckich. Zrozumienie przedstawionego w podręczniku materiału wymaga znajomości (początkowo w niewielkim stopniu) analizy matematycznej i algebry. Ponieważ zazwyczaj przedmioty te są wykładane na pierwszych semestrach studiów (równolegle z fizyką) starano się, aby bardziej zaawansowany aparat matematyczny wprowadzany był stopniowo i aby nowym pojęciom matematycznym nadawać interpretację fizyczną. Większość materiału wyłożono w sposób tradycyjny, bowiem ograniczona objętość podręcznika nie pozwalała na eksperymentowanie w tym zakresie. W obecnym wydaniu dokonano wielu zmian. Przede wszystkim wprowadzono nowe definicje i siedem podstawowych jednostek miar, które obowiązują od 20 maja 2019 roku. Do treści poszczególnych rozdziałów (zwłaszcza 11–14) wprowadzono szereg zmian merytorycznych. Dla wygody Czytelnika poszerzono indeks przedmiotowy, dodano tablicę stałych fizycznych, tablicę pochodnych podstawowych funkcji oraz kilka ważniejszych wzorów trygonometrycznych.