История физики: хронология, ученые-физики и их открытия
Презентация на тему "История развития физики"
Реферат: История физики
Презентация для школьников на тему "История развития физики" по физике. Аристотель гг. Одним из первых он открыл, что Земля и Луна имеют шарообразную форму. Конечно, Аристотель был прав не во всем. Он полагал, что все тела состоят из огня, земли, воздуха и воды. Ученый считал, например, что Земля находится в центре мира, Вселенной, верил , что Вселенная — сфера. Архимед около — гг. Он занимался изучением законов действия рычагов. И ученый не хвастался. Он это точно высчитал. Архимед первым понял, как меняется давление в жидкостях в зависимости от глубины, рассмотрел условия плавания тел. Демокрит около — гг. Итальянский физик, механик, астроном, один из основателей естествознания. В г Галилей построил свой первый телескоп. На Луне были обнаружены горы и кратеры, у Юпитера — 4 спутника. Влияние Галилея на развитие механики, оптики и астрономии в XVII веке неоценимо. Его научная деятельность, огромной важности открытия, научная смелость имели решающее значение для победы гелиоцентрической системы мира. Английский физик и математик, создавший теоретические основы механики и астрономии, открыл закон всемирного тяготения, единые законы механики, изготовил зеркальный телескоп и многое другое. Влияние взглядов Ньютона на дальнейшее развитие физики огромно. Первый русский ученый-естествоиспытатель мирового значения, человек энциклопедических знаний, разносторонних интересов и способностей, один из основоположников физической химии. Поэт, заложивший основы литературного языка, художник. Историк, поборник отечественного просвещения и развития самостоятельной русской науки. Такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отымется, столько присовокупится к другому… Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: Дальнейшее развитие физики определилось изучением тепловых и электромагнитных явлений. Исследования электромагнитных явлений коренным образом изменило научную картину мира. Оказалось , что нас окружают физические тела и поля. Общую теорию электромагнитных явлений создал Джеймс Максвелл. Теория Максвелла объяснила природу света и помогла разработке новых технических приборов и устройств, основанных на явлении электромагнетизма. Новый этап бурного развития физики начался в ХХ веке. Возникли и стали развиваться новые направления: Возросла роль физики и её влияние на технический и социальный прогресс. Свой вклад в развитие современной физики внесли видные ученые России: Ярким подтверждением связи науки и техники явился огромный прорыв в освоении космоса. Так, 4 октября г. Большой вклад в научную и техническую разработку космических полетов сделал Сергей Павлович Королев. Нейлом Армстронгом и Эдвином Олдрином. Нейл Армстронг Эдвин Олдрин. Важное значение имеют открытия в области физики для развития техники. Автомобили, тепловозы, морские суда, самолеты, кино, телевидение, компьютеры, сотовые телефоны и многое другое было создано после того, как были изучены многие звуковые, тепловые световые, электрические явления. Будем безумно рады, если вы загрузите свои собственные презентации на наш сайт. Оцените презентацию по шкале от 1 до 5 баллов. Аннотация к презентации Презентация для школьников на тему "История развития физики" по физике. Слайд 1 История развития ФИЗИКИ. ФИЗИКА И ТЕХНИКА pptcloud. Слайд 2 Некоторые этапы развития физики Ученые Древней Греции Галилео Галилей Исаак Ньютон Джеймс Максвелл Физика XX века. Слайд 3 Ученые Древней Греции Аристотель гг. Слайд 6 Галилео Галилей — Итальянский физик, механик, астроном, один из основателей естествознания. Слайд 7 Исаак Ньютон — Английский физик и математик, создавший теоретические основы механики и астрономии, открыл закон всемирного тяготения, единые законы механики, изготовил зеркальный телескоп и многое другое. Слайд 8 Михаил Васильевич Ломоносов — Первый русский ученый-естествоиспытатель мирового значения, человек энциклопедических знаний, разносторонних интересов и способностей, один из основоположников физической химии. Слайд 9 Джеймс Максвелл — Дальнейшее развитие физики определилось изучением тепловых и электромагнитных явлений. Слайд 10 физика ХХ века Новый этап бурного развития физики начался в ХХ веке. Слайд 12 Первый космонавт Земли Летчик — космонавт СССР Ю. Слайд 14 Физика и техника Важное значение имеют открытия в области физики для развития техники. Что вы знаете о космосе? Надеемся, что эта презентация вам поможет! Чтобы скачать презентацию, подтвердите, что вы не робот. Презентация будет доступна через 15 секунд. Хотите разместить данную презентацию на своем сайте?
Предметом истории физики являются выявление и обобщённый анализ основных событий и тенденций в развитии физических знаний. История физики как самостоятельной науки начинается в XVII веке с опытов Галилея и его учеников. Теоретический фундамент классической физики создал Ньютон в конце XVII века. В начале XX века сразу в нескольких областях была обнаружена ограниченность сферы применения классической физики. Появились теория относительности , квантовая физика , теория микрочастиц. Но количество нерешённых физических проблем по-прежнему велико, и это стимулирует деятельность физиков по дальнейшему развитию данной науки. В Древнем мире происходило становление астрономии , оптики и других наук, прогресс в которых не только стимулировал развитие математики , но и сам во многом от неё зависел. В то же время развивалась натурфилософия , которая пыталась в основном качественно объяснять причины явлений. Средств для проверки теоретических моделей и выяснения вопроса, какая из них верна, в древности было крайне мало, даже если речь шла о земных каждодневных явлениях. Эталоном времени служили сутки , которые в Древнем Египте делили не на 24 часа, а на 12 дневных и 12 ночных, так что было два разных часа, и в разные сезоны продолжительность часа была разной [3]. Но даже когда установили привычные нам единицы времени, из-за отсутствия точных часов большинство физических экспериментов было бы невозможно провести. Поэтому естественно, что вместо научных школ возникали умозрительные или мистические учения. Наиболее развитой теоретической наукой была, видимо, астрономия , тогда ещё не отделившаяся от астрологии. Для нужд астрономии вавилоняне разработали методы довольно точного измерения времени и углов ; точность вавилонских астрономических таблиц была намного выше, чем египетских [4]. Однако нет признаков того, что у них существовала какая-либо развитая физическая теория [4]. Китай уже в древние времена достиг высокого уровня развития строительства и ремесла, и накопленный опыт был подвергнут научному анализу. Там предпринята первая попытка сформулировать закон инерции: В других китайских сочинениях просматриваются в чисто качественной формулировке закон действия и противодействия , закон рычага , расширение тел при нагревании и сжатие при охлаждении [6]. Привычный нам компас со стрелкой появился впервые тоже в Китае в XI веке. Китайские учёные много занимались теорией музыки в том числе резонансом и акустикой [6]. В целом древнекитайская физика имела прикладной характер. Индийские натурфилософы представляли мир состоящим из пяти основных элементов: Последний заполнял пространство, а также считался носителем звука. Остальные элементы часто связывали с разными органами чувств. Приверженцы теории полагали, что атом состоит из элементов, в каждом атоме находится до 9 элементов и каждый элемент имеет до 24 свойств [8]. Физика и механика древней Индии имеют отчётливый метафизический и качественный характер. Особенно подробно рассматривался вопрос о движении. По учению вайшешики, каждое тело может принимать участие в данный момент только в одном движении, которое встречает сопротивление и само себя разрушает. Вечное движение невозможно [9]. Пифагорейцы провозгласили, что все природные явления механика, астрономия, оптика, музыка и другие подчиняются математическим законам. Такой подход позволил получить ряд ценных результатов, однако демонстративное дистанцирование многих античных учёных от опытной проверки своих теорий привело и к многочисленным заблуждениям [10]. В отличие от мыслителей Китая и Индии, древнегреческие натурфилософы разработали ряд внемифических систем физических взглядов широкого охвата, построенных на основе единых и явно сформулированных принципов. Исключение составили работы Архимеда и Герона, которые соединяли в себе физика-теоретика и умелого инженера, поэтому их открытия, с некоторым уточнением терминологии, остались и в современной науке. В целом греческая натурфилософия оказала огромное влияние на развитие науки и не имела конкурентов вплоть до XVII века. Значение античной физики в том, что она ясно поставила коренные проблемы структуры и движения материи, а также обсудила возможные пути решения этих проблем [10]. Ранние античные физики выдвигали различные гипотезы о том, что следует считать основой Вселенной, первоэлементом, из которого строится всё многообразие наблюдаемых объектов. В системе Анаксагора число элементов бесконечно [11]. Тем не менее качественные, метафизические модели мира в античной физике преобладали [12]. Несмотря на откровенно мистический характер изложенных там идей, этот труд оставил заметный след в истории науки и философии. Платон признаёт четыре классические стихии: Появление апорий Зенона поставило труднейшую и до сих пор не решённую проблему: Атомисты считали, что в природе нет ничего, кроме атомов и пустоты. Атомы обладают способностью достаточно прочно соединяться между собой, образуя вещество и другие наблюдаемые физические проявления свет, тепло, запахи, магнетизм, электрические эффекты. Эпикур даже полагал, что свобода воли человека вызвана тем, что движение атомов подвержено случайным смещениям [14]. Атомисты провозгласили закон сохранения материи , естественным путём вытекающий из неразрушимости атомов. Позже аналогичный тезис высказывали Демокрит, Эпикур, Аристотель и другие натурфилософы. Единственным источником сведений о природе он признал анализ реального опыта, а вводить в теорию заведомо ненаблюдаемые понятия вроде атомов или корпускул принципиально недопустимо. Сам Аристотель старался на место догм поставить логические рассуждения и ссылку на общеизвестные физические явления. Вопреки стремлению Аристотеля к опытному обоснованию физики, такой подход, из-за отсутствия экспериментальной физики и точных измерительных приборов, ещё долго фактически до Ньютона отдавал приоритет метафизическим фантазиям. В частности, Аристотель и его последователи утверждали, что движение тела поддерживается приложенной к нему силой. Понятия скорости у Аристотеля, как и у других античных мыслителей, не было, так как для него требуется отношение пути ко времени, а греки признавали только отношения однородных величин по той же причине отсутствовало понятие плотности [17]. Аристотель резко критиковал атомистов, заявив: Тяжёлые предметы, по мнению Аристотеля, падают быстрее, чем лёгкие той же формы, и время падения обратно пропорционально весу тел. Аристотель отверг и модель Платона. Он указал, что она не объясняет многие реальные явления, например, рост давления пара при закипании воды, а связь свойств стихий с многогранниками есть произвольный домысел. Всё же часть изложенных у Аристотеля физических знаний выдержала испытание временем и, с соответствующими уточнениями, укоренилась в науке. При описании принципа действия весов он дал в несколько туманной формулировке условие равновесия рычага [18]. В акустике он правильно описал, что источником звука от звучащего тела является сжатие и разрежение воздуха, а эхо вызвано отражением звука от препятствий [19]. Система Аристотеля просуществовала почти два тысячелетия, за это время она подверглась многочисленным толкованиям и комментариям. После IV века до н. Александрийские греки разработали несколько количественных изложенных математически теорий и описали их практическое применение; среди учёных и изобретателей этого периода особенно прославились Архимед , Ктезибий и Герон Александрийский [20]. Архимед ясно изложил теорию рычага и механического равновесия, сделав вывод: Он дал определение центра тяжести и нашёл его положение для треугольника и других фигур. Архимед подсчитал величину выталкивающей силы жидкости закон Архимеда [21]. В IV веке н. Синезий Киренский , ученик Гипатии , на основе открытий Архимеда изобрёл ареометр для определения удельного веса жидкостей [17]. Ещё Эмпедокл и Анаксагор экспериментально доказали упругость воздуха. Сжимаемость газа, писал Герон, доказывает, что он состоит из частиц, разделённых пустотой. Большой вклад был внесен в теоретическую акустику и теорию музыки [17]. Эллины успешно развивали геометрическую оптику. Другой труд большого объёма по оптике написал Архимед, но он не сохранился. Известно, что Архимед измерил угловой диаметр Солнца и получил довольно точный результат: Тем не менее в оптике древних греков были и грубые ошибки. Например, угол преломления считался пропорциональным углу падения эту ошибку разделял даже Кеплер , изображение на сетчатке глаза ещё не было открыто, и поэтому зрение связывалось с особыми лучами, исходящими из глаз человека и животных. Гипотезы о природе света и цветности были многочисленны, но чисто умозрительны [22] [23]. Римская империя поддерживала в первую очередь высокий уровень развития инженерного искусства строительство, военная техника, водопроводы и др. Поэма содержит попытки объяснения различных явлений в том числе магнитного притяжения с позиций атомизма Демокрита. Полководец Секст Юлий Фронтин I век н. Золотой век науки в исламских странах длился примерно с IX по XIV век до монгольского завоевания. В этот период главные труды греческих и индийских учёных были переведены на арабский, после чего арабские, персидские и тюркские мыслители развили и прокомментировали эти труды, а в ряде случаев предложили новые физические модели. Основное внимание исламские учёные уделяли оптике и технической механике в теоретической механике существенного продвижения не было [26] [27]. В книге описаны многочисленные практические применения изложенных принципов, включая способы обнаружить ювелирные подделки, приводится таблица удельных весов разных материалов. Аль-Хазини пошёл дальше Архимеда и распространил его закон на тела в воздухе: Дополнительную ценность книге аль-Хазини придают включённые в неё результаты Омара Хайяма и Аль-Бируни , связанные с темой точного взвешивания и расчёта удельного веса [26]. Альхазен отверг древнюю гипотезу о лучах зрения, исходящих из глаз, дал правильное описание строения глаза и свойств бинокулярного зрения. Он, однако, полагал, что изображение внешних предметов формируется внутри хрусталика [C 3]. Альхазен высказал предположение о конечности скорости света и проводил опыты с камерой-обскурой , опыты по преломлению света и эксперименты с различными видами зеркал. Он установил, что отражённый от криволинейного зеркала луч находится в плоскости, содержащей падающий луч и нормаль к поверхности. Взгляды Альхазена без упоминания его имени были детально изложены в книге Эразма Витело Вителлия , которая появилась в году и заслужила большую популярность; эта книга издавалась на протяжении лет и существенно содействовала развитию оптики в Европе [28]. Аль-Джазари принадлежат такие технологические новшества, как: В христианской Европе научные исследования фактически начались в XIV веке. До этого можно упомянуть только несколько достижений: В XI—XIV веках появились латинские переводы арабских и уцелевших греческих текстов. Эти работы оказали значительное влияние на таких средневековых философов, как Фома Аквинский. Средневековые схоласты искали способ согласовать античную философию с христианской теологией , провозглашая Аристотеля самым выдающимся мыслителем античности. Физика Аристотеля , в тех случаях, когда она не противоречила учению церкви, стала основой физических объяснений. В соответствии с учением Аристотеля, средневековые мыслители считали, что тела тяготеют к их естественному месту пребывания. Как указано выше, считалось, что для поддержания движения требуется некоторая сила, без силы движение прекращается. Эта модель подверглась аргументированной критике Иоанном Филопоном уже в VI веке н. Филопон выдвинул ряд вопросов, для которых механика Аристотеля не даёт правильного ответа, например: Если движение брошенного тела поддерживает, по мнению Аристотеля, возмущение воздуха, то что поддерживает движение колеса, приведенного толчком во вращение вокруг своей оси, ведь воздух тут явно ни при чём? Филопон также отверг мнение Аристотеля, что тяжёлые тела падают быстрее лёгких [31]. Это понятие было шагом в сторону концепции инерции , хотя всё же существенно отличалось от него, так как предполагала, что на брошенные тела продолжает действовать некоторая унаследованная сила [32] [33]. Они также критиковали механику Аристотеля, уточнили определение скорости и ввели понятие мгновенной скорости , детально изучили равноускоренное движение. Эти работы продолжил парижский натурфилософ Буридан и его ученики Никола Орем и Альберт Саксонский автор понятия угловой скорости вращения. Школа Буридана не только подвергла разносторонней критике архаичные выводы Аристотеля, но и продвинулась к новой механике, близко подойдя к механическому принципу относительности. Буридан писал, что импетус, соединяясь с тяжестью, ускоряет падение тела; он также, в осторожных выражениях, допустил суточное вращение Земли [34] [35] [36]. В конце XV века Леонардо да Винчи открыл фундаментальный закон трения и явление капиллярности. Он также, после нескольких неудачных попыток создания вечного двигателя , одним из первым высказал мнение о неосуществимости такого механизма [37]. Немецкий философ Николай Кузанский высказал ряд мыслей, опередивших своё время; в частности, он провозгласил, что Вселенная бесконечна, всякое движение относительно, а земные и небесные тела созданы из одной и той же материи [38]. В XVI веке наблюдается быстрый технический прогресс во многих областях. Были изобретены печатный станок , вязальная машина и многие другие сложные механизмы, появились развитые средства обработки материалов; потребности артиллерии, мореплавания и строительства стимулировали развитие физики. Долгое время проведению экспериментов мешал тот факт, что практически все они были связаны с измерением времени, однако водяные и солнечные часы не могли обеспечить приемлемую точность например, Галилей для отсчёта времени использовал собственный пульс. В XVI—XVII веках начинают появляться новые, более совершенные измерительные инструменты: Эти изобретения значительно расширили возможности проверки физических гипотез [39]. Не менее важной переменой становится растущее убеждение, что реальный опыт является верховным судьёй во всех естественно-научных спорах. Об этом настойчиво писали Николай Кузанский , Леонардо да Винчи , Фрэнсис Бэкон , другие крупные учёные и философы [40] [37]. Большие перемены произошли и в развитии теоретической науки. Научная революция началась с того, что Николай Коперник предложил гелиоцентрическую систему мира взамен общепринятой тогда геоцентрической. Любопытно, что формулу равновесия на наклонной плоскости он вывел из невозможности вечного движения которую считал аксиомой [41]. Галилео Галилей прославился как изобретатель телескопа , с помощью которого совершил множество выдающихся астрономических открытий. Но не менее революционные преобразования принадлежат Галилею в механике. Почти все его труды касаются проблем механики, а последняя книга специально ей посвящена. Работы Галилея стали решающим этапом в замене аристотелевой механики новыми, реальными принципами. Галилей доказал, что любое брошенное под углом к горизонту тело летит по параболе. Он изобрёл первый термометр ещё без шкалы и один из первых микроскопов , открыл изохронность колебаний маятника , оценил плотность воздуха. Одно из рассуждений Галилея представляет собой нечётко сформулированный принцип виртуальных перемещений. Большинство своих выводов Галилей делал на основании тщательно спланированных экспериментов. Открытия Галилея ясно и убедительно, хотя и в общих чертах, указали путь к созданию новой механики. Характерно, что хотя в ряде случаев Галилей ошибался скажем, причиной приливов он считал вращение Земли , но большинство этих ошибок относятся к ситуациям, где он не мог поставить проверочный опыт [42]. Ученик Галилея, Торричелли , развил идеи Галилея о движении, сформулировал принцип движения центров тяжести , решил ряд задач гидродинамики и баллистики , в том числе открыл фундаментальную формулу Торричелли для скорости вытекающей из сосуда жидкости [43]. Он опубликовал основанные на идеях Галилея артиллерийские таблицы, однако из-за неучёта сопротивления воздуха их погрешность оказалась практически неприемлемой [42]. В XVII веке интерес к науке в основных странах Европы резко возрос. Возникают первые Академии наук и первые научные журналы. Возрождаются, несмотря на противодействие католической церкви, идеи атомизма по мнению Ватикана, эти идеи противоречили смыслу таинства причащения [44]. Появляются совершенно новые научные идеи, и усовершенствование измерительных приборов уже позволяет проверить многие из них. Особенно большую роль в истории оптики, физики и науки вообще сыграло изобретение в начале XVII века в Голландии зрительной трубы , родоначальника всех последующих оптических инструментов исследования. Заодно Кеплер сформулировал более чётко, чем Галилей закон инерции: Менее ясно формулируется закон всеобщего притяжения: Источником этой силы, по его мнению, является магнетизм в сочетании с вращением Солнца и планет вокруг своей оси. Он существенно доработал теорию линз , ввёл понятия фокуса и оптической оси , открыл приближённую формулу связи расстояний объекта и его изображения с фокусным расстоянием линзы [45]. Он создал аналитическую геометрию и ввёл современную математическую символику. Декарт заявил о единстве земной и небесной физики: В ней провозглашается, что изменение состояния материи возможно только при воздействии на неё другой материи. Это сразу исключает возможность дальнодействия без ясного материального посредника. В книге приводятся закон инерции и закон сохранения количества движения. Вслед за Кеплером Декарт считал: Лишённые возможности двигаться прямолинейно из-за отсутствия пустоты, прозрачные потоки этой среды образуют в пространстве системы больших и малых вихрей. Вихри, подхватывая более крупные, видимые частицы обычного вещества, формируют круговороты небесных тел, вращают их и несут по орбитам. Внутри малого вихря находится и Земля. Круговращение стремится растащить прозрачный вихрь вовне, при этом частицы вихря прижимают видимые тела к Земле. По Декарту, это и есть тяготение [46] [48]. Физика Декарта была первой попыткой описать в единой системе все типы природных явлений как механическое движение, представить Вселенную как единый механизм. В ней Гюйгенс приводит словесно несколько важнейших формул: Гюйгенс довольно точно измерил величину ускорения силы тяжести и объяснил, почему это ускорение как обнаружил Жан Рише в году уменьшается при смещении наблюдателя к югу [50]. В другой работе год Гюйгенс впервые сформулировал, для частного случая ударного столкновения , закон сохранения энергии: В ней введено понятие массы , изложены три закона механики и закон всемирного тяготения , на их основе решается большое число прикладных задач. В частности, Ньютон строго доказал, что все три закона Кеплера вытекают из ньютоновского закона тяготения; он также показал, что модель Декарта, которая объясняла движение планет эфирными вихрями, не согласуется с третьим законом Кеплера и неприменима к движению комет [51]. Наука динамика , созданная Ньютоном, позволяла принципиально определить движение любого тела, если известны свойства среды и начальные условия. Для решения возникающих при этом уравнений возникла и стала быстро развиваться математическая физика. Свои рассуждения Ньютон сопровождает описанием опытов и наблюдений, убедительно подтверждающих его выводы. Кроме механики, Ньютон заложил основы оптики , небесной механики , гидродинамики , открыл и далеко продвинул математический анализ. Этот успех подтверждал распространённое среди физиков мнение, что все процессы во Вселенной имеют в конечном счёте механический характер. Физические концепции Ньютона находились в резком противоречии с декартовскими. По этой причине ньютоновская теория тяготения, в которой притяжение существовало без материального носителя и без механического объяснения, долгое время отвергалась учёными особенно картезианцами континентальной Европы; дальнодействующее тяготение отвергали, среди прочих, такие крупные учёные как Гюйгенс и Эйлер. Только во второй половине XVIII века, после работ Клеро по теории движения Луны и кометы Галлея , критика утихла [52]. В области древней науки оптики в XVII веке был совершён целый ряд фундаментальных открытий. Был наконец сформулирован правильный закон преломления света Снеллиус , год , а Ферма открыл основополагающий для геометрической оптики вариационный принцип [54]. В году Оле Рёмер получил первую оценку скорости света. Продолжались споры сторонников корпускулярной и волновой природы света. Важным этапом в развитии оптики и астрономии стало создание Ньютоном первого зеркального телескопа рефлектора с вогнутым сферическим зеркалом: Ньютон также опубликовал теорию цветности , хорошо проверенную на опытах, и доказал, что белый солнечный свет есть наложение разноцветных составляющих. Экспериментальная основа знаний об электричестве и магнетизме к началу XVI века включала только электризацию трением, свойство магнетита притягивать железо и способность намагниченной стрелки компаса указывать направление север — юг. Христофор Колумб обнаружил, что величина магнитного склонения зависит от географических координат , а картографы показали, что причиной этого эффекта является существование у Земли магнитных полюсов , не совпадающих с географическими. Некоторое время эффект пытались использовать для решения важнейшей задачи определения долготы в открытом море, но безуспешно [57]. В году врач английской королевы Уильям Гильберт опубликовал результаты своих летних экспериментальных исследований электрических и магнитных явлений. Он подтвердил, что Земля является магнитом. Гильберт продемонстрировал, что при любом разрезании магнита у полученных фрагментов всегда два полюса. Отто фон Герике в году опубликовал собственные результаты экспериментов. Он изобрёл довольно мощную электростатическую машину вращающийся шар из серы, электризуемый прижатой рукой и впервые отметил явление бесконтактного переноса электризации от заряженного тела другому, расположенному неподалёку или соединённому с первым телом льняной ниткой. Герике первым обнаружил, что наэлектризованные тела могут не только притягиваться, но и отталкиваться [59]. Декарт построил первую теорию магнетизма: Эти потоки вытесняют воздух между двумя магнитами, в результате чего они притягиваются; аналогично Декарт объяснил притяжение железа к магниту. За электростатические явления аналогично ответственны частицы лентообразной формы [60]. Модель Декарта, за неимением лучшей, просуществовала почти до конца XVIII века [57]. Точную формулировку связи давления с высотой открыл Эдмунд Галлей в году, причём из-за отсутствия понятия экспоненциальной функции он изложил эту зависимость следующим образом: В году Паскаль опубликовал закон распространения давления в жидкости или газе [54] [61]. Существование атмосферного давления , открытого Торричелли в году, с этого момента наглядно доказано. Опыты Герике заинтересовали английских физиков Роберта Бойля и Роберта Гука , которые значительно усовершенствовали насос Герике и сумели сделать с его помощью множество новых открытий, включая связь между объёмом и давлением газа закон Бойля — Мариотта. Он также обосновал кинетический характер теплоты , то есть её глубокую связь с хаотическим движением частиц тела: Папен также обнаружил, что температура кипения воды зависит от атмосферного давления год [54]. Из других важных открытий XVII века следует назвать закон Гука , связывающий растяжение упругого тела с приложенной силой. Главным достижением техники XVIII века стало изобретение паровой машины год , вызвавшее перестройку многих промышленных технологий и появление новых средств производства. В связи с быстрым развитием металлургии, машинной и военной промышленности интерес к физике растёт. Начинается выпуск не только сводных, но и специализированных научных журналов, количество и тиражи научных изданий показывают постоянный рост. Повысился престиж науки, лекции видных учёных привлекают толпы любознательного народа [64]. Физики-экспериментаторы в этот период уже располагали множеством измерительных инструментов приемлемой точности и средствами изготовления недостающих приборов. Ускоренными темпами развивались механика и учение о теплоте. Во второй половине века начинается интенсивное изучение электричества и магнетизма. В рамках ньютоновской системы мира с большим успехом формируется новая небесная механика. Характерной особенностью физики XVIII века является тот факт, что все разделы физики, а также химии и астрономии, развивались независимо, попытка Декарта создать единую целостную систему знаний была признана неудачной и на время оставлена. Например, термодинамика делала только первые шаги, и паровая машина была построена без помощи теоретиков, а вот развитие оптического приборостроения в XVIII веке уже существенно опирается на хорошо развитую теорию [65]. Пьер Луи де Мопертюи. Создание аналитической механики начал Эйлер в году; позднее он исследовал не только движение материальной точки , но и произвольного твёрдого тела. Дальнейшее развитие теоретической механики происходит в основном в русле математики [66] [67]. В году Эйлер и Даниил Бернулли независимо обнаружили новый фундаментальный закон механики: Мопертюи и Эйлер ввели в научный обиход понятие действия и основанный на нём исключительно плодотворный вариационный принцип. С конца XIX века становится ясно, что вариационный принцип наименьшего действия выходит далеко за рамки механики, он фундаментален и пронизывает всю физику [69]. Первоэлементами материи, согласно Бошковичу, являются неделимые и непротяжённые материальные точки, которые могут, в зависимости от расстояния, притягиваться друг к другу или отталкиваться вблизи они всегда отталкиваются, а в значительном удалении — притягиваются. С помощью этой гипотезы Бошкович качественно объяснил множество физических явлений. Несмотря на общую метафизичность, работы Бошковича, отличавшиеся идейным богатством, в XIX веке оказали большое влияние на развитие физики, в частности, на формирование у Фарадея концепции физического поля [70] [71]. В этой работе Бернулли с механических позиций исследовал разнообразные виды движения жидкостей и газов, дал фундаментальный закон Бернулли , впервые ввёл понятие механической работы. Эйлер разработал общую теорию турбин , мельничных колёс и иных механизмов, приводимых в движение текущей водой; важные практические усовершенствования по этой теме выполнил английский инженер Джон Смитон Шарль Огюстен де Кулон. В первой половине XVIII века единственным источником электричества служила электризация трением. Первый существенный вклад в электростатику сделал Стивен Грей , исследовавший передачу электричества от одного тела к другому. Проведя серию опытов, он открыл электростатическую индукцию и заодно доказал, что электрические заряды располагаются на поверхности электризуемого тела. В году французский учёный Шарль Франсуа Дюфе показал, что существуют два вида электричества: Дюфе также впервые высказал предположение об электрической природе грома и молнии и о том, что электричество играет скрытую, но значительную роль в физических процессах. Из-за скудной опытной базы никаких серьёзных теорий о сущности электричества в этот период не появилось [72] [73]. Параллельное соединение этих конденсаторов давало кратковременный, но достаточно сильный электрический ток. Сразу во многих странах началось изучение свойств электротока. Франклин убедительно доказал гипотезу Дюфе об электрической природе молнии и объяснил, как защититься от неё с помощью изобретённого им громоотвода. Он стал первым, кто сумел превратить электричество в механическое движение, правда, весьма кратковременное на период разряда лейденской банки. Франклин предположил год , что существует какая-то связь электричества с магнетизмом, так как был зарегистрирован случай, когда молния поменяла полюса магнита [72]. Франклин предложил и первую теорию: Она притягивается к обычному веществу и может входить внутрь его, но отталкивается сама от себя. Положительный и отрицательный заряды, по этой теории, вызваны избытком или недостатком электрической субстанции соответственно. Мнения учёных о модели Франклина разделились: Эпинус был известен тем, что открыл пироэлектричество и предсказал закон Кулона за 20 лет до Кулона. Эпинус также предположил, что разряд лейденской банки имеет колебательный характер. Конец века ознаменовался двумя этапными событиями в истории электричества. В году появился первый из мемуаров Кулона , в них был описан и обоснован точными опытами закон Кулона , и его сходство с законом всемирного тяготения позволило в короткий срок к году завершить математические основы электростатики , применив в ней ранее разработанные аналитические методы [75]. Итальянский физик Алессандро Вольта вскоре обнаружил, что лягушка в этом опыте служит только индикатором тока, а фактическим источником является контакт двух разнородных металлов в электролите. С его помощью были сделаны решающие открытия электромагнитных свойств в следующем, XIX веке [72]. В деле изучения магнетизма прогресс был менее заметен. Появились несколько феноменологических теорий, претендовавших на объяснение свойств магнитов. Аналогичная жидкость фигурировала в альтернативной теории Франклина и Эпинуса. Последний, однако, считал эту жидкость общим носителем электричества и магнетизма. Он предположил год , что притяжение и отталкивание магнитов вызвано силой, подобной ньютоновскому тяготению [72]. В существование теплорода , носителя теплоты, верили многие физики, начиная с Галилея ; однако другой лагерь, в который входили Роберт Бойль , Роберт Гук , Даниил Бернулли , Леонард Эйлер и М. Ломоносов , придерживался молекулярно-кинетической гипотезы: Обе гипотезы носили качественный характер, и это не позволяло осуществить их сравнение и проверку понятие о механическом эквиваленте теплоты , решившее спор, возникло только в следующем веке. Некоторые учёные считали, что тепло, электричество и магнетизм представляют собой видоизменения одной и той же эфирной материи. Истинную природу процесса горения как реакции окисления раскрыл только Лавуазье в е годы [76]. В начале века немецкий физик Габриель Фаренгейт изобрёл термометр на ртутной или спиртовой основе и предложил шкалу Фаренгейта точнее, первый её вариант, позднее им же скорректированный. До конца века появились и другие варианты температурной шкалы: Реомюра год , Цельсия год и другие. С этого момента открывается возможность точного измерения количества тепла. Бенджамин Томпсон граф Румфорд в ряде тонких опытов показал, что нагрев или охлаждение тел не влияет на их вес. Он также обратил внимание на значительный нагрев при сверлении металла; сторонники теплорода объясняли этот эффект повышением плотности теплорода в детали при отделении от неё стружек, однако Румфорд показал, что теплоёмкость стружек такая же, как у заготовки. Тем не менее гипотеза теплорода сохранила многочисленных сторонников даже в начале XIX века [76]. Он предполагал, что температура смеси будет средним арифметическим из температур компонентов, но опыты опровергли это предположение. Хотя этим вопросом занимались многие физики, проблема оставалась нерешённой до создания в конце века теории теплоёмкости и ясного осознания, что температура и теплота — не одно и то же [76]. Окончательным аргументом в пользу такого заключения стали опыты Джозефа Блэка , обнаружившего , что плавление и парообразование , не изменяя температуры, требуют значительной дополнительной теплоты. В году Йохан Вильке ввёл единицу измерения тепла — калорию [77]. Создание математического анализа дало возможность исчерпывающим образом изучить колебания струны, поэтому в XVIII веке акустика, подобно механике, становится точной наукой. В оптике, под влиянием ньютоновской критики, волновая теория света в течение XVIII века почти потеряла сторонников, несмотря на решительную поддержку Эйлера и некоторых других авторитетов. Из новых достижений можно упомянуть важное для астрономов изобретение фотометра , Бугер , усовершенствован Румфордом в году. Ламберт разработал метрологию оптики — дал строгие определения понятий яркости и освещённости , сформулировал зависимость освещённости поверхности от её площади и угла наклона, выяснил закон падения интенсивности света в поглощающей среде [82]. Джон Доллонд в году создал первый ахроматический объектив , оказавшийся особенно полезным для создания телескопов-рефракторов и микроскопов. В конце века Джон Гершель в опытах по дисперсии открыл инфракрасные лучи , передающие тепло и по своим свойствам аналогичные видимому свету. Расположенное с другого конца видимого спектра ультрафиолетовое излучение вскоре открыл Иоганн Вильгельм Риттер год [83]. Промышленная революция и потребности военной техники стимулировали приоритетное развитие как экспериментальной, так и теоретической физики. Задачей физики всё более становится не объяснение природных сил, а управление ими. Точные измерительные приборы появились практически во всех областях, и результаты физических опытов в XIX веке носят преимущественно количественный характер. Разработана математическая теория погрешностей измерения , позволяющая оценить достоверность наблюдаемых физических величин. Тем не менее для истолкования огромного экспериментального материала в первой половине XIX века всё ещё часто привлекаются качественные метафизические понятия и надуманные гипотезы: В течение века на их месте появляются новые понятия и физические модели: Возникает также прикладная физика , ориентированная на эффективное решение конкретных технологических задач; влияние практики на теоретические исследования становится особенно активным после появления электротехники и двигателя внутреннего сгорания во второй половине XIX века [84] [85]. Важной особенностью периода стало постепенное укрепление мнения, что не все явления природы основаны на механическом движении. Уже второе начало термодинамики не допускало механического обоснования, поскольку из него вытекала необратимость ряда процессов, а попытки объяснить электромагнетизм как колебания эфирной среды натолкнулись на непреодолимые трудности, разрешившиеся только в XX веке с появлением теории относительности и упразднением эфира как среды-носителя [86]. Арман Ипполит Луи Физо. Частично это объяснялось тем, что полная математическая теория волновых колебаний была создана только в начале XIX века Фурье. Свет считался потоком каких-то мелких корпускул [87]. Первый удар по корпускулярной эмиссионной теории света нанёс Томас Юнг , врач, специалист по физиологической оптике. В году он, выступая перед Королевским обществом , перечислил непреодолимые затруднения эмиссионной теории: Юнг также указал, что убедительного объяснения явлениям преломления света , дифракции и интерференции Ньютон не дал. Взамен Юнг разработал волновую теорию интерференции и ввёл сам этот термин на основе сформулированного им принципа суперпозиции наложения волн , аналогично объяснялась дифракция. По результатам своих опытов Юнг довольно точно оценил длину волны света в различных цветовых диапазонах. Он также построил правильную теорию цветового зрения и аккомодации [87]. Волновая теория Юнга была встречена враждебно. Как раз в это время год, Малюс , Лаплас и другие было глубоко изучено явление двойного лучепреломления и поляризации света , воспринятое как решающее доказательство в пользу эмиссионной теории. Но тут в поддержку волновой теории выступил Огюстен Жан Френель , в то время дорожный инженер-строитель. Рядом остроумных опытов он продемонстрировал чисто волновые эффекты, совершенно необъяснимые с позиций корпускулярной теории, а его мемуар, содержащий всестороннее исследование с волновых позиций, точные количественные измерения и детальную математическую модель всех известных тогда свойств света кроме поляризации , победил на конкурсе Парижской академии наук года. Френель обобщил принцип Гюйгенса и сумел строго объяснить прямолинейность распространения световой волны [87]. Курьёзный случай описывает Араго: На следующем заседании Френель продемонстрировал членам комиссии этот эффект. С этих пор формулы Френеля для дифракции, преломления и интерференции вошли во все учебники физики. И Юнг, и Френель рассматривали свет как упругие продольные колебания эфира , плотность которого в веществе выше, чем в вакууме [87]. Оставалось понять механизм поляризации. Ещё в году Френель обсуждал возможность того, что световые колебания эфира не продольны, а поперечны. Это легко объяснило бы явление поляризации. Однако поперечные колебания ранее встречались только в несжимаемых твёрдых телах, в то время как эфир считали близким по свойствам к газу или жидкости. Исследование отражения поляризованного света убедило Френеля, что гипотеза о поперечности световых волн справедлива, после чего он представил мемуар с описанием новых опытов и полную теорию поляризации, сохраняющую значение и в наши дни [88]. Следующие почти сто лет обозначены триумфальным успехом волновой теории во всех областях. Классическая волновая оптика была завершена, поставив в то же время труднейший вопрос: Сильнейшее влияние на развитие физики имел опыт Физо , который показал, что скорость света в воде на четверть меньше, чем в воздухе согласно эмиссионной теории, она должна быть больше, иначе не объяснить преломление света [89]. К концу XVIII века в активе физики электромагнитных явлений были уже теория атмосферного электричества Франклина и закон Кулона. Стараниями Пуассона , Гаусса и Грина в первой четверти XIX века электростатика была в основном разработана, см. Пуассон ввёл также, кроме электрического, магнитный потенциал , позволяющий рассчитать статическое магнитное поле [90] [91]. Тело заряжено, если один из типов этой жидкости преобладает; проводниками являются те материалы, которые не оказывают электрическим жидкостям сопротивления. Сила притяжения или отталкивания подчиняется закону обратных квадратов [90]. Благодаря этим первым батареям постоянного тока вскоре были сделаны два выдающихся открытия:. Главные сенсационные события начались в году, когда Эрстед обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку. Сообщение Эрстеда вызвало всеобщий взрыв интереса. Ампер высказал предположение, что все магнитные явления вызваны внутренними токами внутри материи, протекающими в плоскостях, перпендикулярных оси магнита [90]. Первые теории, связывающие электричество и магнетизм ещё в старых терминах , построили в том же году Био , Савар и позже Лаплас см. Закон Био — Савара — Лапласа [90]. Он открыл электромагнит соленоид , высказал идею электрического телеграфа. Формула Ампера для взаимодействия двух элементов тока вошла в учебники. Первые метрологические стандарты, установившие единицы измерения электричества и магнетизма, разработали в е годы Гаусс и Вебер. Начинается практическое применение электричества. В этот же период, благодаря Д. В е годы были разработаны первые образцы электротелеграфа , в году в США введена в действие первая в мире коммерческая телеграфная линия, а несколько лет спустя их число в США и Европе измерялось десятками [92]. Майкл Фарадей в году открыл электромагнитную индукцию , тем самым доказав, что связь электричества и магнетизма взаимна. В результате серии опытов Фарадей сформулировал словесно свойства электромагнитного поля , позже математически оформленные Максвеллом: Фарадей построил первый электродвигатель и первый электрогенератор , открыв путь к промышленному применению электричества. Фарадей открыл законы электролиза , ввёл термины: В году Фарадей обнаружил поворот плоскости поляризации света в веществе, помещённом в магнитное поле. Это означало, что свет и электромагнетизм тесно связаны. Позже Фарадей исследовал самоиндукцию , открытую в году американским учёным Генри , свойства диэлектриков , разряды в газах [93]. Развитие теории и применений электротехники продолжалось. В году Кирхгоф установил законы распределения токов в сложных электрических цепях. В году Н. Умов исследовал понятие потока энергии в произвольной среде, а в е годы Пойнтинг и Хевисайд развили эту теорию применительно к электромагнитному полю [94]. Промышленные модели электродвигателей и электрогенераторов со временем становились всё более мощными и технологичными; постоянный ток был заменён на переменный. К концу века неисчерпаемые возможности электричества, благодаря совместным усилиям физиков-теоретиков и инженеров, нашли самое широкое применение. В году запущен трансатлантический электротелеграф , в е годы изобретён телефон , в е годы начинается широкое применение ламп накаливания [95]. Силы, введённые Ампером, как и у Ньютона, считались дальнодействующими. Это положение решительно оспорил Майкл Фарадей , который с помощью убедительных опытов показал: Однако учёные того времени, уже свыкшиеся с дальнодействием ньютонового притяжения, теперь уже к близкодействию относились с недоверием [96]. После открытий Фарадея стало ясно, что старые модели электромагнетизма Ампер , Пуассон и др. Вскоре появилась теория Вебера , основанная на дальнодействии. Однако к этому моменту вся физика, кроме теории тяготения, имела дело только с близкодейственными силами оптика , термодинамика , механика сплошных сред и др. Гаусс , Риман и ряд других учёных высказывали уверенность, что свет имеет электромагнитную природу, откуда следовало, что теория электромагнитных явлений тоже должна быть близкодейственной [93]. В этой атмосфере и появилась теория Максвелла , которую её автор скромно называл математическим пересказом идей Фарадея [97]. В первой работе — Максвелл дал ряд уравнений в интегральной форме для постоянного электромагнитного поля на основе гидродинамической модели силовые линии соответствовали трубкам тока жидкости. Эти уравнения вобрали всю электростатику, электропроводность и даже поляризацию. Магнитные явления моделируются аналогично. Во второй части работы Максвелл, уже не приводя никаких аналогий, строит модель электромагнитной индукции. В последующих работах Максвелл формулирует свои уравнения в дифференциальной форме и вводит ток смещения. Он доказывает существование электромагнитных волн , скорость которых равна скорости света , предсказывает давление света. Современный вид уравнениям Максвелла позже придали Герц и Хевисайд [97]. Единство природных сил, которое не сумел доказать Декарт, было восстановлено. Первоначально это поле трактовали как механические процессы в упругом эфире [94]. Часть физиков выступила против теории Максвелла особенно много возражений вызвала концепция тока смещения. Гельмгольц предложил свою теорию, компромиссную по отношению к моделям Вебера и Максвелла, и поручил своему ученику Генриху Герцу провести её проверку. Однако опыты Герца, проведенные в — годы, однозначно подтвердили правоту Максвелла [94]. Уже в году Герц построил первый в мире радиопередатчик вибратор Герца ; приёмником служил резонатор разомкнутый проводник. В том же году Герц обнаружил ток смещения в диэлектрике заодно открыв фотоэффект. Спустя ещё несколько лет Попов и Маркони предложили соединить когерер с электрозвонком, создав первый аппарат для радиосвязи [98]. В XX веке началась эра радио и электроники. Уильям Томсон лорд Кельвин. Успехи химии и невозможность взаимопревращения химических элементов стали весомым аргументом в пользу идеи Роберта Бойля о существовании молекул как дискретных первоносителей химических свойств. Было отмечено, что для участников химических реакций соблюдаются некоторые весовые и объёмные соотношения; это не только косвенно свидетельствовало в пользу существования молекул, но и позволяло сделать предположения об их свойствах и структуре. В году Гей-Люссак и Дальтон открыли закон связи объёма и температуры газа. В году Гей-Люссак обнаружил парадокс: Для объяснения этого противоречия с теорией Дальтона Авогадро в году предложил разграничить понятие атома и молекулы. Он также предположил, что в равных объёмах газов содержится равное число молекул а не атомов, как считал Дальтон. Тем не менее вопрос о существовании атомов был спорным ещё долгое время []. В теории тепла в первой половине XIX века по-прежнему господствовал теплород , хотя уже начали появляться количественные модели теплопередачи. Обсуждался также компромиссный вариант: В это же время начинают формироваться современные понятия работы и энергии термин предложен Юнгом в году, первоначально только для кинетической энергии [] , и поддержан Кельвином в м. Джеймс Джоуль , проведя серию опытов с электричеством год , пришёл к выводу: Он подсчитал величину этого эквивалента: Для электротока, как выяснил Джоуль, выделяемое тепло пропорционально сопротивлению и квадрату силы тока. Позднее Джоуль подтвердил свои выводы экспериментами со сжатием газов и объявил, что теплота есть механическое движение, а теплопередача есть переход этого движения в иные формы. Во всех опытах оценка механического эквивалента теплоты давала близкие значения. Обобщая, Майер и Джоуль формулируют закон сохранения энергии , а Гельмгольц в своей монографии год кладёт этот закон в основу всей физики []. Клаузиус предложил правильную модель идеального газа , ввёл понятие внутренней энергии системы и объяснил фазовые переходы. В середине XIX века Уильям Томсон лорд Кельвин и Клаузиус сформулировали в ясном виде два закона начала термодинамики. Понятие теплорода было окончательно похоронено, Рэнкин и Томсон ввели взамен общее понятие энергии год , уже не только кинетической. После года Клаузиус исследовал необратимые процессы, не укладывающиеся в механическую модель, и предложил понятие энтропии. Максвелл в году вывел статистический закон распределения скоростей молекул газа, получил формулы для внутреннего трения и диффузии , создал набросок кинетической теории теплопроводности []. Дальнейшие успехи кинетической теории газов и термодинамики во многом связаны с Людвигом Больцманом и Ван дер Ваальсом. Помимо прочего, они пытались вывести законы термодинамики на базе механики, и неудача этих попыток для необратимых процессов вынудила Больцмана предположить год , что второе начало термодинамики имеет не директивно-точный, а статистический характер: Более 20 лет эта догадка не вызывала интереса среди физиков, затем развернулась оживлённая дискуссия. Примерно с года, особенно после работ Планка , Гиббса и Эренфеста , идеи Больцмана получили признание. С года Больцман и Максвелл развивают статистическую физику. Чрезвычайно плодотворной оказалась эргодическая гипотеза средние по времени совпадают со средними по ансамблю частиц []. Кроме открытия электрона см. После работ Смолуховского и Перрена , подтвердивших эту теорию, даже убеждённые позитивисты уже не оспаривали существование атомов. Начались первые попытки согласовать с атомной теорией периодическую систему элементов , разработанную в году Д. Менделеевым , но реальные успехи в этом направлении были достигнуты уже в XX веке []. В конце века начались глубокие исследования фазовых переходов и поведения вещества при сверхнизких температурах. Гиббс в е годы сформулировал правило фаз []. Чтобы связать атомную гипотезу с электрическими явлениями, Берцелиус и Фарадей предположили, что имеются два типа атомов, с положительными и отрицательными зарядами. Из этого следовало существование наименьшего электрического заряда. Были и другие гипотезы, например, У. Ещё ранее, в году, при исследовании электрического разряда в газе были открыты катодные лучи. После долгих дискуссий учёные пришли к выводу, что это и есть поток электронов. В году Дж. Предположив, что заряд электрона совпадает с уже известным зарядом иона водорода , Томсон получил оценку массы электрона. Ко всеобщему удивлению, она оказалась во много раз меньше массы атома водорода. Гипотезу Берцелиуса-Фарадея пришлось отвергнуть. Экспериментально определить заряд и массу электрона удалось в году Роберту Милликену в ходе остроумного опыта []. В году Гендрик Лоренц обобщил теорию Максвелла для подвижных сред, содержащих ионы. Решающие открытия были совершены в м рентгеновские лучи , Вильгельм Конрад Рентген и м годах радиоактивность урана , Анри Беккерель. Правда, волновая природа рентгеновских лучей была окончательно доказана только в году Лауэ , дифракция в кристаллах , но предполагалась многими и ранее. А вот радиоактивность поставила физиков в тупик и подверглась активному исследованию. Вскоре были открыты радий , торий и др. Природу альфа-частиц выяснил Резерфорд только в году [] []. В году Вальтер Кауфман сообщил, что он обнаружил предсказанное Хевисайдом и Дж. Томсоном возрастание инертной массы электрона при увеличении его скорости. Лоренцеву теорию движения электрона пришлось пересматривать; полемика на эту тему продолжалась даже после создания теории относительности []. Большие споры вызывал вопрос о том, что является источником энергии радиоактивного излучения. В году они открыли экспоненциальный закон распада радиоактивного атома , оценили внутриатомную энергию как неизмеримо превышающую любую химическую, и выдвинули гипотезу, что именно она является источником энергии Солнца. Одновременно Резерфорд, Уильям Рамзай и Содди обнаружили первые превращения элементов радона в гелий , а Дж. Томсон дал первое обоснование периодической системе элементов с позиций электронной теории [] []. Уильям Гамильтон в — годах опубликовал вариационный принцип , который имел универсальный характер и был успешно использован в самых разных разделах физики []. В оптике главным событием стало открытие спектрального анализа год. В году австрийский физик Доплер обнаружил изменение частоты и длины волны , испускаемых движущимся источником. Оба эффекта стали важнейшими инструментами науки, особенно в астрофизике []. В году Анри Навье вывел основную систему уравнений теории упругости , заменив одномерный закон Гука на универсальный закон трёхмерных деформаций изотропных упругих тел. Модель Навье была сразу же год обобщена в работах Коши , который снял ограничение изотропности. На основе уравнений Коши Пуассон решил множество практически важных задач []. Физика того времени также была неспособна описать некоторые эффекты микромира, такие как атомные спектры излучений, фотоэффект , энергетическое равновесие электромагнитного излучения и вещества, спектр излучения абсолютно чёрного тела. Ещё одной важной особенностью физики XX века стало расширение понимания единства природных сил. Уже в XIX веке появилось универсальное понятие энергии , а Максвелл объединил оптику, электричество и магнетизм. В XX веке обнаружились глубокие связи пространства и времени , вещества и излучения частицы и волны , гравитации и геометрии , массы и энергии и многие другие взаимоотношения. В году английский астроном Брэдли открыл аберрацию света: С точки зрения эфирной теории света это означало, что эфир неподвижен, и его кажущееся смещение при движении Земли вокруг Солнца по принципу суперпозиции отклоняет изображения звёзд. Френель , однако, допускал, что внутри вещества эфир частично увлекается движущейся материей. Эта точка зрения, казалось, нашла подтверждение в опытах Физо , который обнаружил, что скорость света в воде меньше, чем в пустоте. Максвелл в году предложил схему решающего опыта, который после изобретения интерферометра смог осуществить в году американский физик Майкельсон. В году Гендрик Лоренц и независимо от него Джордж Фицджеральд предположили, что эфир неподвижен, а длина любого тела сокращается в направлении его движения. Тогда Лоренц изменил свою гипотезу: Другим серьёзным затруднением был тот факт, что уравнения Максвелла не соответствовали принципу относительности Галилея, несмотря на то, что электромагнитные эффекты зависят только от относительного движения []. Был исследован вопрос, при каких преобразованиях координат уравнения Максвелла инвариантны. Правильные формулы впервые выписали Лармор год и Пуанкаре год , который доказал их групповые свойства и предложил назвать преобразованиями Лоренца. В этой работе есть даже четырёхмерный интервал Минковского. Физическая, объективная сущность модели Пуанкаре раскрылась после работ Эйнштейна. В статье года Эйнштейн рассмотрел два постулата: Из этих постулатов автоматически следовали формулы преобразования Лоренца , лоренцево сокращение , относительность одновременности и ненужность эфира. Эйнштейн указал, что все законы физики должны быть инвариантны относительно преобразований Лоренца. Позже эта теория получила название специальной теории относительности СТО. После изгнания из физики эфира электромагнитное поле приобрело новый статус самодостаточного физического объекта, не нуждающегося в дополнительном механическом носителе. Часть учёных сразу приняли СТО: Планк год и сам Эйнштейн год построили релятивистскую динамику и термодинамику, а Минковский в году представил математическую модель кинематики СТО в виде геометрии четырёхмерного неевклидова мира и разработал теорию инвариантов этого мира. С года Эйнштейн разрабатывал общую теорию относительности ОТО , заменившую теорию тяготения Ньютона , и завершил её в году. В теории тяготения Эйнштейна, в отличие от ньютоновской, нет дальнодействия и ясно указан физический носитель тяготения — модификация геометрии пространства-времени. Опытная проверка предсказанных этой теорией новых эффектов , предпринятая в десятках экспериментов, показала полное согласие ОТО с наблюдениями. Попытки Эйнштейна и других учёных расширить ОТО, объединив гравитацию, электромагнетизм и теорию микромира, успехом не увенчались. После открытия электрона стало ясно, что атом имеет сложную структуру, и встал вопрос, какое место в ней занимает электрон, и какие есть ещё субатомные частицы. Томсон первым выдвинул перспективную гипотезу, что свойства химических элементов определяются распределением электронов в атоме. Одновременно японский физик Нагаока предложил планетарную модель, но Вин сразу указал, что круговые орбиты электронов несовместимы с классической электродинамикой: Резерфорд предложил уточнённую планетарную модель: Первым успехом новой теории было объяснение существования изотопов. Но были и другие модели. Томсон предположил, что взаимодействие электронов и ядра отличается от кулоновского; делались попытки привлечь теорию относительности и даже неевклидовы геометрии. Первую успешную теорию, объяснившую спектр атома водорода , построил Нильс Бор в году. Бор дополнил модель Резерфорда постулатами неклассического характера:. В году теория Бора была дополнена Зоммерфельдом и Вильсоном ; были объяснены эффект Зеемана и тонкая структура спектра водорода. Бор добавил к своим постулатам принцип соответствия , который позволил определить интенсивность спектральных линий. После этого стало понятно, как и почему распределяются электроны по слоям орбитам в атоме []. В е годы была в основном сформирована электронная теория металлов , объясняющая их хорошую электропроводность , в е годы было объяснено явление ферромагнетизма []. Японский физик Юкава разработал год модель ядерных сил , квантами которых являются частицы особого рода; эти частицы были обнаружены в космических лучах год и названы пи-мезонами []. В году Чадвик открыл нейтрон , предсказанный Резерфордом ещё в м. Структура ядра стала теперь ясна. В том же году в космических лучах был открыт позитрон , подтверждающий идеи Дирака о существовании антивещества. После открытия деления ядра урана год, Отто Ган и Фриц Штрассман и успеха работ по созданию ядерной бомбы ядерная физика превратилась в один из инструментов, формирующих мировую историю. После открытия предсказанного стандартной моделью бозона Хиггса она считается основой современных представлений о микромире хотя эксперименты по её проверке и поиску границ применимости продолжаются []. В е годы был экспериментально получен спектр излучения абсолютно чёрного тела ; распределение энергии по частотам оказалось несогласованным со всеми имевшимися теориями, особенно для длинных инфракрасных волн. Правильную формулу подобрал в году Макс Планк. Несколькими неделями позже он выяснил, что эта формула может быть строго доказана, если сделать допущение, что излучение и поглощение энергии происходит порциями не меньше некоторого порога кванта , пропорционального частоте волны. Сам Планк вначале рассматривал такую модель как чисто математический трюк; даже много позже, в году, он пытался опровергнуть собственное открытие, но безуспешно []. Эйнштейн сразу принял гипотезу квантов света, причём считал, что квантование относится не только ко взаимодействию света с веществом, но является свойством самого света. В году Дебай и Борн уточнили теорию теплоёмкости Эйнштейна, и согласие с опытом было достигнуто. Эйнштейновская теория фотоэффекта была полностью подтверждена опытами Милликена в — годах []. Наконец, в х годах были обнаружены сразу несколько существенно квантовых явлений, необъяснимых с классических позиций. Французский физик Луи де Бройль предположил , что подобный дуализм свойственен не только свету, но и веществу. Каждой материальной частице он сопоставил волну определённой частоты. По удачному совпадению, как раз в этом году американские физики Дэвиссон и Джермер изучали отражение электронов от твёрдых тел и обнаружили предсказанную де Бройлем дифракцию электронов. Ещё раньше год волновые свойства электронов обнаружились в эффекте Рамзауэра , но в тот момент не были должным образом истолкованы. В году Отто Штерн тонкими опытами показал волновые эффекты для атомов и молекул []. Гейзенберг, Макс Борн и Йордан сформулировали правила, по которым классическим величинам сопоставлялись эрмитовы матрицы , так что каждое дифференциальное уравнение классической механики переходило в квантовое []. Новая механика, как показал сам Шрёдингер, эквивалентна матричной: В таком виде волновая механика была удобнее матричной, и вскоре стала общепризнанной. В году Гейзенберг сформулировал принцип неопределённости: Фактически же микрообъект не является ни частицей, ни волной; эти классические понятия возникают только потому, что наши приборы измеряют классические величины. Школа Бора вообще считала, что все атрибуты атома не существуют объективно, а появляются только при взаимодействии с наблюдателем. Многие физики Эйнштейн, Планк, де Бройль, Бом и др. Поль Дирак разработал релятивистский вариант квантовой механики уравнение Дирака , год и предсказал существование позитрона , положив начало квантовой электродинамике. В году был построен первый исследовательский ускоритель заряженных частиц циклотрон. В году был опубликован знаменитый парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена []. В начале х Н. Таунс разработали основные принципы усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами, положенные затем в основу создания принципиально новых источников излучения радиочастотного мазеры и оптического лазеры диапазонов. В году Теодор Майман создал первый лазер оптический квантовый генератор на основе кристалла рубина, генерирующий импульсы монохроматического излучения на длине волны нм. Разработана и проверена в экспериментах квантовая теория поля []. Идут поиски общей теории поля , которая охватила бы все фундаментальные взаимодействия , включая гравитацию. На протяжении следующих столетий учёные обсуждали проблемы, связанные с внеземной физикой, в том числе []:. С астрофизикой близко смыкается космология , изучающая строение и эволюцию всей наблюдаемой Вселенной. Последняя идея, в значительно расширенном и доработанном виде, стала основой современных теорий планетогенеза. Были, однако, и другие версии; например, Дж. Джинс в году предположил, что некогда рядом с Солнцем прошла массивная звезда, в результате чего случился выброс из Солнца вещества, сгустившегося в планеты. Более перспективной оказалась другая идея Джинса год: Первым инструментом, пригодным для научного исследования внеземных объектов, стал спектральный анализ год , позволивший дистанционно определить химический состав звёзд и некоторых других небесных тел. Как и предполагалось со времён Ньютона, небесные тела состоят из тех же веществ, что и земные. В году шведский физик и астроном Андрес Йонас Ангстрем опубликовал первый атлас спектра Солнца, а Анджело Секки исследовал и классифицировал спектры 4 тысяч звёзд. Другим незаменимым инструментом астрофизиков стал эффект Доплера , используемый в астрономии в основном для измерения относительных радиальных скоростей звёзд []. В начале XX века Весто Слайфер , Эдвин Хаббл и другие астрономы использовали эффект Доплера для доказательства, что внегалактические объекты существуют, и почти все они удаляются от Солнечной системы. Артур Эддингтон на основе обсуждавшихся в те годы космологических моделей Общей теории относительности предположил, что этот факт отражает общий природный закон: Вселенная расширяется , и чем дальше от нас астрономический объект, тем больше его относительная скорость. Совместно с Перреном Эддингтон обосновал теорию о термоядерной реакции как источнике энергии Солнца [] []. Расцвет астрофизики начался во второй половине XX века, когда парк наблюдательных средств астрономии резко вырос: Были установлены и исследованы основные физические характеристики всех крупных тел Солнечной системы, найдены многочисленные экзопланеты , новые типы светил пульсары , квазары , радиогалактики , обнаружены и изучены реликтовое излучение , гравитационное линзирование и кандидаты в чёрные дыры. Изучаются ряд нерешённых проблем: Установлена крупномасштабная структура Вселенной. Сформирована общепринятая на данный момент теория Большого взрыва как начального этапа эволюции наблюдаемой Вселенной []. Изучение астрономических объектов предоставляет теоретической физике уникальные возможности, поскольку по масштабу и разнообразию космические процессы неизмеримо превосходят всё, что можно воспроизвести в земной лаборатории. Например, астрофизики провели множество наблюдений для проверки эйнштейновской теории тяготения и выяснения возможных границ её применимости. При объяснении ряда наблюдаемых явлений например, нейтронных звёзд и космологических эффектов применяются и проверяются методы физики микромира []. Появление авиации и потребность в точных метеопрогнозах привело к быстрому прогрессу аэродинамики и теории полёта. Английский учёный и изобретатель Джордж Кейли в году, значительно опередив своё время, опубликовал теорию полёта аппаратов тяжелее воздуха. Кейли построил и испытал несколько планеров, тягу в которых, за неимением мотора, создавали машущие крылья []. В году появились первые в мире исследовательские аэродинамические трубы Уэнхем []. В начале XX века, когда появились мощные двигатели, следующим этапом стали разработка управления самолётом в воздухе, оптимизация его характеристик и повышение надёжности. Братья Райт , которые первыми наладили управление самолётом в полёте, разработали и многие теоретические аспекты аэродинамики полёта, в том числе контроль трёх осей вращения самолёта и способы уменьшить аэродинамическое сопротивление. В первые два десятилетия XX века были заложены основы теории полёта и прикладной аэродинамики, в чём велика заслуга Н. Первые попытки научного предсказания погоды делались ещё в XVII веке, хотя достоверность прогнозов была тогда незначительной. Теоретическая метеорология на основе общефизических законов была разработана в XIX веке. В году вошли в обиход наглядные синоптические карты Г. Важнейшие понятия циклона и антициклона ввёл в середине XIX века знаменитый астроном Леверье []. В году Эмми Нётер доказала фундаментальную теорему: Например, однородности времени соответствует закон сохранения энергии. Это открытие привлекло внимание к роли симметрии в физике, которое оказалось основополагающим, особенно в атомной физике []. Одним из главных направлений развития физики стала прикладная электроника , к концу века полностью перестроившая практически все области человеческой деятельности. Триод оказался незаменим для создания незатухающих колебаний и усиления тока. Тем не менее, идёт работа в рамках существующих теорий. Так, например, получены первые надёжные признаки существования гравитационных волн , исследуются скорости распространения гравитационного и электромагнитного взаимодействия, которые, по предсказаниям теории относительности, совпадают. В ЦЕРНе построен и эксплуатируется Большой адронный коллайдер высоких энергий, который должен помочь проверить, помимо прочего, теорию суперсимметрии и стандартную модель. В году было официально объявлено, что с помощью коллайдера обнаружен бозон Хиггса , что подтверждает и завершает стандартную модель []. Ли Смолин выделяет пять актуальных физических проблем фундаментального значения, решение которых приведёт к существенному прогрессу физики []. Из других важнейших проблем, выходящих за рамки Стандартной модели, физики называют []:. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Это стабильная версия , отпатрулированная 28 июня Так как научное знание возникает при всех исследованиях, которые простираются на начала, причины или элементы путём их познания ведь мы тогда уверены в познании всякой вещи, когда узнаём её первые причины, первые начала и разлагаем её впредь до элементов , то ясно, что и в науке о природе надо определить прежде всего то, что относится к началам. История возникновения квантовой физики. Нерешённые проблемы современной физики. Раздался голос, взор мой вынуждая Оборотиться, как иглу звезда. Рай, XII, 29—30, перевод М. Советская Энциклопедия , With the research assistance by Wang Ling, v 1—7. A Concise History of Science In India. У истоков античной науки. От Гераклита до Дарвина. Изд-во АН СССР, — Проверено 22 августа У истоков экспериментального естествознания: История изобретения и исследований когерера. Проверено 24 сентября The science of energy: Аналитическая механика XIX в. История науки о сопротивлении материалов. Собрание научных трудов в четырёх томах. Идейные основы единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий. Проверено 21 августа Patrick, Weart, Spencer R. Проверено 19 июля S Centennial of Flight Commission - Sir George Cayley. Проверено 11 августа Архивировано 20 сентября года. Проверено 14 сентября Группы преобразований в математической физике. The trouble with physics: Эта статья входит в число избранных статей русскоязычного раздела Википедии. Это статья года русскоязычного раздела Википедии. Страницы, использующие волшебные ссылки ISBN Википедия: Избранные статьи по истории Википедия: Избранные статьи по физике Википедия: Избранные статьи по алфавиту Википедия: Статьи года по алфавиту. Навигация Персональные инструменты Вы не представились системе Обсуждение Вклад Создать учётную запись Войти. Пространства имён Статья Обсуждение. Просмотры Читать Править Править вики-текст История. В других проектах Викисклад. Эта страница последний раз была отредактирована 28 июня в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Свяжитесь с нами Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Разработчики Соглашение о cookie Мобильная версия.
Трц мега белая дача адрес
Горы на топографической карте
Доходы местного бюджета таблица
Где живет президент евраза александр фролов
Винтажная шкатулка своими руками