VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Работы Тихонова А.Н. в период Великой Отечественной войны
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Традиционно каждый новый год нарекают годом особого внимания к различным сферам жизни общества. Так, 2018 год стал годом экологии, 2019- годом театра. Центром общественного внимания в 2020 же году, очевидно, станет круглая и торжественная дата- 75 лет со дня победы российского народа над фашистской Германией. Много слов было сказано об этой страшной странице истории нашего государства, но, кажется, этих изречений никогда не будет достаточно, чтобы сполна отдать дань памяти подвигу наших предков, сполна ощутить ужас того времени, сполна осознать важность Великой Победы 1945 года.
Неоспорим тот факт, что в военное время все области общественной жизни ставили своей главной задачей поддержание обороноспособности собственной Родины и обеспечение скорейшей победы. Величайшие деятели искусства создавали свои шедевры с целью поддержания боевого духа и патриотизма фронтовиков и тех, кто остался в тылу. Врачи и светлейшие умы, обладающими глубочайшими познаниями в области биологии, химии и медицины занимались поиском и синтезированием новых лекарственных средств, изобретением новых методов лечения и проведения операций, адаптивных к полевым и экстренным условиям. Математики не остались в стороне в столь важный и, вместе с тем, непростой период. Многие молодые и перспективные будущие ученые ушли на фронт, некоторые из них не вернулись домой. А те, кто остались в тылу, бросили все свои силы на открытие новых математических закономерностей, доказательство новых теорем, несущих большое практическое значение, взращивание новых умов и поддержание высокого уровня образования.
В данной работе мы хотели бы изучить роль математики и труда математиков в годы Великой Отечественной войны.
Цель данной работы: всесторонее изучение проблем, с которыми столкнулись граждане СССР во времена Вов, определение вклада ученых- математиков в решение данных проблем, оценка актуальности их открытий в послевоенное время и наши дни.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1) Обновить знания о ходе войны 1941-1945 года и углубится в ранее не изученные вопросы и тонкости развития военных действий того времени, больше узнать о трудностях, с которыми пришлось столкнуться Красной Армии и всей стране .
2) Изучить информацию о важнейшие научные трудах всемирно известного математика Андрея Николаевича Тихонова.
3) Описать успешно решенные Тихоновым проблемы, рассказать об областях математики, которые оказались необходимыми для разрешения той или иной практической задачи.
4) Проследить актуальность полученных в ходе решения проблем военного времени данных и знаний для страны и науки после войны.
В ходе проведения исследования мы опирались на различные источники, включающие в себя интернет- журналы, сайты военных музеев, электронные курсы лекций, написанные по материалам исследований Тихонова, а так же основанные на его трудах научные статьи. Основная работа состояла в сборе материала самого различного характера, анализа и интеграции его в главы таким образом, чтобы достаточно емко раскрыть каждый вопрос как со стороны истории, так и со стороны математики. Хочется отметить, что информация исторического характера очень обширна, в то время как математические аспекты вопросов, раскрытых в работе труднодоступны, сложны в понимании в силу их специфичности.
На самых начальных стадиях нашей работы была выдвинута следующая гипотеза: Вклад советского ученого Андрея Николаевича Тихонова в разрешение острых и судьбоносных для нашей страны проблем очень велик. Будучи одним из самых выдающихся ученых своего времени, Тихонов А.Н. сумел выполнить все поставленные перед ним задачи, осуществил ряд важнейших исследований, которые повлияли на исход исторических событий.
Глава 1. Химическое оружие
1.1. О химическом оружии, опыте его применения во время Первой Мировой войны и попытках применить его в ходе Великой Отечественной войны.
Химическое оружие считают оружием массового поражения, способным выводить живую силу из привычного состояния путем угнетения нервной системы и воздействия на психику или же приводить в серьезным повреждениям и смерти. Одно из первейших химических оружий было использовано в Первой Мировой войне. Всё это случилось под городом Ипр в Германии. Данное оружие получило название иприт или горчичный газ. Тогда иприт имел вид маслянистой жидкости и вызвал обширные ожоги тел солдат.
Канадский солдат после поражения ипритом
П ервая Мировая война. Распыление ядовитого газа в сторону противника
3.
В 1925 году был принят Женевский протокол, запрещающий использование химического оружия, но разрешающий его разработку и накопление. Тем не менее, история Великой Отечественной войны знает два случая, когда Гитлер намеревался осуществить химическую атаку. Впервые информация об угрозе совершения химической атаки со стороны немцев поступила от советских разведчиков зимой 1942 года. Во второй раз тревожные новости дошли до советских властей и главнокомандующих летом 1943 года. Тогда Сталину удалось собрать необходимые доказательства замышлявшейся атаки и получить поддержку со стороны Великобритании. Уинстон Черчилль пообещал утопить города Германии в ядовитом фосгене и иприте и Германия отказалась от идеи использования ядовитых субстанций дважды. В ходе Вов на территории СССР ни разу не были отмечены факты применения химического оружия
1.2. О самом распространенном химическом оружии времен ВОв , способах его распространения и необходимых средствах защиты.
Двумя самыми известными видами химического оружия того времени стали упомянутые выше иприт и фосген. Оба эти вещества объединяет то, что они особенно опасны при вдыхании их паров. Фосген обладает удушающим действием, а вдыхание паров иприта становится причиной разрушение внутренних органов дыхательной системы.
Зарубежные плакаты- памятки об определении вида химического оружия по запаху.
Так как быть уверенными в неприменении фашистами токсического оружия советские главнокомандующие не могли, было принято решение внести в полевой устав 1939 года главу о противохимической обороне.
Полевой устав РККА (ПУ-39) от 1939 года
Ниже приведены некоторые положения главы полевого устава о противохимической обороне
«178. План ПХО войск, на основе поставленной командиром задачи, разрабатывается штабом соединения (части) и включает: химическую разведку, химическое наблюдение, метеорологическое наблюдение, мероприятия по индивидуальной и групповой химической защите, организацию по дегазации проходов или отдельных участков и ликвидацию химического нападения на войска и тылы, противопожарные мероприятия.
179. При организации ПХО войск необходимо:
г) распределить средства защиты и дегазации по частям походного или боевого порядка войск и предусмотреть меры по дегазации зараженных районов (участков).»[1]
Из данных пунктов становится ясным, что каждый солдат должен был иметь при себе средства индивидуальной защиты на случай попадания на зараженную территорию. Как уже было сказано выше, наибольшую поражающую силу имели пары и газы, вдыхаемые в процессе перемещения по зараженной местности. Антидота против фосгена и иприта не существовало ранее и не существует до сих пор. Единственным средством защиты мог выступить противогаз.
1. 3. О динамике сорбции газов и математическом моделировании.
Когда существование у фашистских армий химического оружия стало очевидным появилась потребность в создании новых противогазов, обеспечивающих надежную защиту от токсических газов.
Для этого было необходимо детально изучить процесс оседания газа в различных средах. Этот процесс и называется динамикой сорбции газа. За детальное изучение динамики сорбции газов взялся ученый Андрей Николаевич Тихонов. Журнал «Замечательные ученые физического факультета МГУ» пишет о работе учёного следующее: «В предвоенные годы Андрей Николаевич выполнил ряд работ, связанных с расчетом динамики сорбции газов. Постановка задачи определялась созданием в это время новых систем противогазов. После окончания войны вышел ряд публикаций в открытой печати, с участием Андрея Николаевича, по математическому моделированию динамики сорбции. Они явились пионерскими работами в этой области. Заслуга Андрея Николаевича состояла в том, что он, сформулировал простую форму описания процесса, в то же время, дающую соответствие экспериментальным данным. Рассмотренная им одномерная по пространственным переменным модель оказалась удачной аппроксимацией процесса и в течение уже полувека широко используется для описания динамики сорбции. Ее часто называют моделью Тихонова–Глюкауфа.
В работах Андрея Николаевича для линейного случая решение было получено в аналитическом виде. Для произвольной выпуклой изотермы было доказано существование режима параллельного переноса стационарного фронта концентрации и построено асимптотическое решение в виде распространяющейся волны. Установлено положение фронта волны после выхода на стационарный режим. Для наиболее широко используемой изотермы Ленгмюра было численно построено решение на стадии формирования фронта. Был дан алгоритм определения кинетического коэффициента по результатам динамических опытов. Исследования, проведенные Андреем Николаевичем, будучи одними из первых по моделированию динамики сорбции, замечательны своей строгостью и полнотой. Благодаря этому они относятся к классическим в рассматриваемой области и до сих пор часто цитируются» [2]. Именно исследования в области динамики сорбции газов помогли разработать средства надежной защиты от ядовитых газов и испарений. Работы Андрея Николаевича были опубликованы уже после окончания военных действий. Сейчас мы можем обратиться к учебнику МГУ, глава в котором посвящена вопросам динамики сорбции. Эта глава основана именно на научных трудах Тихонова, поэтому мы можем проследить ход решения вопроса о динамике сорбции наглядно.
[3]. Курс лекций «Основы математического моделирования» в электронном формате. Постановка задачи динамики сорбции.
[ 4].Курс лекций «Основы математического моделирования» в электронной форме. Введение переменных. Задача функции. Построение графика функции. Изотерма сорбции
[5]. Курс лекций «Основы математического моделирования» в электронной форме. Уравнение изотермы Ленгмюра, использовавшейся Тихоновым
[6]Курс лекций «Основы математического моделирования» Решение вопроса динамики сорбции с помощью теоремы Ленгмюра. Линейный случай.
1 .4. Примеры противогазов, созданных и выпущенных во время Вов после исследования динамики сорбции газов
Противогаз РККА МО-2 с ШМ-1 1944 года выпуска
Противогаз РККА БС МТ-4 с ШМ-1 1940-х годов
Глава 2. О проблеме поиска нефтяных месторождений
2.1. Важность энергетических ресурсов для стран- участников Второй Мировой войны и добыча нефти в СССР в довоенные годы
Как известно, 20 век, на долю которого пришлись те ужасные события, был ознаменован стремительным развития промышленности всех масштабов. Гонка вооружений так же достигала придельной степени своей обостренности. Именно поэтому уже перед началом войны, в условиях крайне напряженной внешнеполитической обстановки стало очевидно, что для победы нашей стране необходимо расширение объемов добычи нефти- главного энергетического ресурса, формирующего ключевой фактор в вопросах развития и совершенствования военной промышленности. В то время основные месторождения нефти в СССР были сосредоточены в районе Кавказа, который с началом военных действий оказался под угрозой нападения. Было решено перенести основные производственные мощности по нефтепереработке ближе к Уралу, в Башкирию. На тот момент там тоже добывали нефть, но в намного меньших количествах.
2. 2. Об обострении ситуации, связанной с добычей нефти и привлечении Тихонова Андрея Николаевича к работе по решению проблемы поиска нефтяных месторождений в Башкирии
Промышленные процессы обработки нефти продолжались примерно с той же интенсивностью теперь в Башкирии, а вот объемы добычи местной нефти значительно падали. За период 1941-1942 так и не было обнаружено ни одного крупного месторождения. График, отражающий изменения количественных характеристик объемов добычи нефти в СССР и России помогает нам наглядно увидеть сформулированную ситуацию. Добыча нефти в СССР с 1942 несколько упала на определенный срок
[7]
Постепенно ситуация принимала критические обороты, что подтверждает издание 1 октября 1942 года постановления Государственного комитета обороны № ГОКО-2358с о поручении «товарищу Берия наблюдения и оказания повседневной помощи Наркомнефти». Примерно тогда же была сформирована группа ученых- геофизиков, оказывающих содействие в поиске нефтяных месторождений, среди членов которой был и Тихонов Андрей Николаевич.
2.3. Работа Тихонова А.Н. над вопросом эффективного поиска нефтяных месторождений и разрешение вопроса нехватки нефти.
Как уже было упомянуто выше, многочисленные попытки добычи нефти не увенчались успехом. Тихоновым было отмечено, что башкирские залежи нефти намного сложнее поддаются обнаружению из-за того, что они находятся намного глубже нефтяных месторождений Кавказа.
Этот фактор делал работу геологов малоэффективной. Была выявлена необходимость создания математического аппарата, позволяющего определять местоположение нефтяных залежей. «Первые работы в этой области были связаны с теорией интерпретации данных электроразведки на постоянном токе. Андреем Николаевичем была доказана теорема единственности восстановления распределения электропроводности земных пород с глубиной по измерениям электрического поля на земной поверхности в зависимости от расстояния до источника поля» [8]. Способы обработки данных, существовавшие в то время, не внушали Тихонову доверия, потому он начинает заниматься исследованием решения обратных некорректных задач обработки данных. Сам Андрей Николаевич относительно сложившейся ситуации говорил следующее: «Задачи, стоящие перед экспедицией, с позиции чистого математика я должен расценить, как неразрешимые, поскольку данные разведки искажены неизбежными погрешностями. А между тем, мои коллеги по экспедиции, нефтяники, находили нефть и притом довольно эффективно. При этом они интуитивно использовали дополнительную информацию о конфигурации типичных нефтеносных структур, благодаря практическому опыту»[9]. Следствием усердной работы Тихонова Андрея Николаевича над данной задачей стала публикация статьи «Об устойчивости обратных задач» в 1943 году. Что же касается более практического результата, то в этом же году с помощью созданного Тихоновым в союзе с другими геофизиками математического аппарата было найдено Кинзябулатовское нефтяное месторождение, которое стало лишь первым в списке огромного количества залежей нефти, обнаруженных благодаря трудам Тихонова Андрея Николаевича в составе группы ученых Геофизического института.
Глава 3. Актуальность исследований и научных работ ученого Тихонова А.Н. в наше время.
Как уже было сказано, работы данного ученого отличались полнотой понимания рассмотренных им вопросов и процессов, благодаря чему их отнесли к классическим. Очевидно, что созданный Тихоновым математический аппарат не только помог обнаружить залежи нефти на территории Башкирии в сложные для страны времена, но и стал толчком для развития нефтедобычи в СССР, а позже- и в России. В процессе разрешения поставленной перед ученым в начале войны задачи Тихонов Андрей Николаевич создал множество работ, каждая из которых до сих пор цитируется.
Список печатных работ А.Н. Тихонова, имеющих отношение к поиску башкирской нефти:
1.К вопросу о влиянии неоднородностей земной коры на поле теллурических токов. Изв. АН, сер. геофиз., № 5. 1943г.
2.О неравномерности асимптотики электромагнитных полей, возбуждаемых диполемпеременного тока в слоистой среде, Изв. АН, № 1 (совм. с Д. Н. Шахсуваровым). 1954г.
3. О применении электромагнитных полей радиостанций для геофизической разведки,Труды геофиз. ин-та АН СССР, № 9-А, (совм. с Д. Н. Шахсуваровым). 1954г.
4. К вопросу о связи земных токов и землетрясений, Труды геофиз. ин-та АН СССР, № 25 (совм. с В. К. Ивановым, Е. Г. Дьяконовым, Р. Н. Троицкой). 1954г.
5. Электромагнитные зондирования земной коры, Вестн. АН № 10 (совм. с Д. Н. Шахсуваровым). 1959г.
6. О неравномерности асимптотики электромагнитных полей, возбуждаемых диполем переменного тока в слоистой среде, Изв. АН СССР (сер. геофиз.), № 1, 107 (совм с Д. Н. Шахсуваровым). 1961г.[10]
Граждане современного общества не забывают математический подвиг Тихонова и считают, что «Имя академика Тихонова должно быть первым в списке первооткрывателей башкирской нефти». «Историческая справедливость требует, чтобы имя ученого вышло из забвения»,- пишут авторы интернет-статей. В которых вспоминают исторические детали жестоких событий середины 20 века. [11]
Стоит так же сказать о том, что работы выдающегося ученого Андрея Николаевича в области динамики сорбции газов так же цитируются и в наше время. Примером цитирования его трудов можно считать статью «Математические аспекты динамики сорбции газов», написанную кандидатом физико-математических наук, доцентом, преподавателем кафедры информатики и прикладной математики Оренбургского Государственного Аграрного Университета : «Математическая теория динамики сорбции была создана в цикле важных работ по математическому моделированию динамики химических процессов, выполненных выдающимся математиком современности академиком А.Н. Тихоновым.
Постановка задачи о сорбции газа была связана с созданием новых систем противогазов. Сейчас математическая теория динамики сорбции составляет основу теории расчёта очистных сооружений и систем, исследований по только возросла, т.к. резко обострились проблемы экологии.» [12].
Глава 4. Работа А.Н. Тихонова в послевоенные годы, связанная с разработками и проведением экспериментов по созданию атомной бомбы.
Большинство данных, связанных с данными исследованиями не могут быть найдены в открытых источниках, поэтому судить о причастии академика Тихонова к разработкам атомной бомбы мы можем по воспоминаниям одного из его учеников, Дмитрий Костомарова : «Занимаясь с Андреем Николаевичем, ни мы, ни студенты кафедры со смежных
курсов не знали, что наш учитель ведет “двойную” жизнь. Наряду с большой педагогической работой на физическом факультете он руководил специальной лабораторией № 8 при геофизической комплексной экспедиции Геофизического института Академии наук СССР. Пусть странное название никого не удивляет. Никакого отношения к геофизике эта лаборатория не имела. Хотя разведочной геофизикой А. Н. Тихонов и занимался во время Великой Отечественной войны, находясь в эвакуации, но данная лаборатория, созданная по инициативе Игоря Васильевича
Курчатова 10 июня 1948 года Постановлением Совета Министров СССР № 1990-774 СС/ОП за подписью И. В. Сталина, предназначалась для решения математических задач, связанных с созданием атомной бомбы. Лаборатория и её тематика были сверхсекретными, о чём говорят буквы СС/ОП — совершенно секретно, особая папка. Так формировались в те годы специальные научные подразделения, работающие в интересах обороноспособности родины» [13].
Заключение
На основе собранных и проанализированных данных можем, в первую очередь, сделать вывод о величине математического гения академика Тихонова Андрея Николаевича. Сделанные им открытия, изученные им закономерности, написанные труды сыграли большую роль не только в приближении победы нашей страны в Великой Отечественной войне, но и в развитии математики и многих других более узких научных направлений, базирующихся всё так же на математическом знании. Трудолюбие, любознательность и высокий профессионализм Тихонова А.Н. позволили решить сложнейшие и, на первый взгляд, неразрешимые задачи. Научные труды Тихонова, написанные на основе опыта решения проблем с созданием новых моделей противогазов и вопросов снабжения страны нефтью в особо острый период исторического развития нашего государства, стали классическими в своих областях и до сих пор являются основой для создания всё новых и новых научных работ. Из вышесказанного следует, что гипотеза была подтверждена в процессе исследования.
Приложения
1- Полевой устав РККА (ПУ-39), Государственное Военное Издательство Наркомата Обороны Союза ССР, принятая в 1939 году. Глава 6 «Боевое обеспечение действий войск». Пункты 178, 179(г)
2-Андрей Николаевич Тихонов. Серия Замечательные ученые физического факультета МГУ.
Выпуск VIII. Москва, Физический факультет МГУ, 2004. Под авторством Института прикладной математики им.М.В.Келдыша РАН. https://keldysh.ru/memory/tikhonov/book/topic_6.htm
3- Курс лекций «Основы математического моделирования» часть 1, под авторством Тихонова Н.А., Токмачева М.Г. Московский Государственный Университет имени М. В. Ломоносова, Физический факультет, 2013 год, http://math380b-2.phys.msu.ru/data/27/OMM_Part_1.pdf
4- Курс лекций «Основы математического моделирования» часть 1, под авторством Тихонова Н.А., Токмачева М.Г. Московский Государственный Университет имени М. В. Ломоносова, Физический факультет, 2013 год, http://math380b-2.phys.msu.ru/data/27/OMM_Part_1.pdf
5- Курс лекций «Основы математического моделирования» часть 1, под авторством Тихонова Н.А., Токмачева М.Г. Московский Государственный Университет имени М. В. Ломоносова, Физический факультет, 2013 год, http://math380b-2.phys.msu.ru/data/27/OMM_Part_1.pdf
6-Курс лекций «Основы математического моделирования» часть 1, под авторством Тихонова Н.А., Токмачева М.Г. Московский Государственный Университет имени М. В. Ломоносова, Физический факультет, 2013 год, http://math380b-2.phys.msu.ru/data/27/OMM_Part_1.pdf
7- Статья в сети Интеренет «Двигатель истории работает на нефти. Часть 3. Падение железного занавеса» https://pronedra.ru/oil/2014/04/18/neftyanaya-otrasl-sssr
8- "Работы А.Н.Тихонова по математической геофизике" / Под редакцией В.И.Дмитриева. М., ОИФЗ РАН, 1999
9- "О работах академика А.Н.Тихонова (библиографический указатель)". М., Диалог-МГУ, 1998
10- Успехи математических наук статья «Андрей Николаевич Тихонов» http://samarskii.ru/articles/1976/1976-001.pdf
11- Статья в сети Интернет «Имя академика Тихонова должно быть первым в списке первооткрывателей башкирской нефти» МК Уфа. https://ufa.mk.ru/social/2019/05/10/voennyy-podvig-mirnogo-uchenogo.html
12- Статья «Математические аспекты динамики сорбции газов» Оренбургский ГАУ, Фёдоров Ю.И., 2014г.
13- Статья «Математик атомного века», под авторством Дмитрия Костомарова http://ani.cs.msu.su/files/atomic_age_mathematician.pdf
Список литературы
Книги и журналы
1.Гнеденко Б.В. Очерки по истории математики в России/ Гнеденко Б.В.- ОГИЗ Государственное Издательство Технико-теоретической литературы, 1946 г, 246с.
2.Левшин Б.В. Советская наука в годы Великой Отечественной войны / АН СССР. Архив; Отв. Ред. Ким М.П. М.: Наука, 1983. 382 с
3.Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1972г. 736 с.
4.Фёдоров Ю.И. Математические аспекты динамики сорбции газов/ Фёдоров Ю. И.// Известия Оренбургского Государственного Аграрного Университета-2014г.- номер 3(47)- стр. разм. 46-48, 244с.
Интернет- документы
1.«Андрей Николаевич Тихонов» Успехи математических наук 1976г. URL: http://samarskii.ru/articles/1976/1976-001.pdf дата обращения- 24.12.19г.
2.Курс лекций «Основы математического моделирования» Тихонов Н.А., Токмачев М.Г. URL: http://math380b-2.phys.msu.ru/data/27/OMM_Part_1.pdf дата обращения- 10.11.2019г.
Интернет- ресурсы
1.Андрей Николаевич Тихонов. Серия Замечательные ученые физического факультета МГУ. Выпуск VIII. Москва, Физический факультет МГУ, 2004, под авторством Института прикладной математики им.М.В.Келдыша РАН. URL: https://keldysh.ru/memory/tikhonov/book/topic_1.htm дата обращения 10.11.2019г.
2.«Двигатель истории работает на нефти. Часть 3. Падение железного занавеса»
URL: https://pronedra.ru/oil/2014/04/18/neftyanaya-otrasl-sssr дата обращения 23.12.2019г.
3.«Имя академика Тихонова должно быть первым в списке первооткрывателей башкирской нефти» URL: https://ufa.mk.ru/social/2019/05/10/voennyy-podvig-mirnogo-uchenogo.html
дата обращения 10.11. 2019
4.Музей противогазов URL: https://vk.com/away.php?to=https%3A%2F%2Fprotivogazmuzey.mirtesen.ru%2F&cc_key= дата обращения 22.12.2019
5.«Фосген: вещество, противоядия от которого не существует» РИА-Новости. URL:https://vk.com/away.php?to=http%3A%2F%2Fria.ru%2F20070831%2F75904498.html&cc_key=: дата обращения 22.12.2019