Исак Њутн се нарекува еден од креаторите на класичната физика. Неговите откритија објаснуваат многу феномени, чија причина никој не можел да ја открие пред него.
Принципите на класичната механика беа формирани во долг временски период. Со векови, научниците се обидувале да создадат закони за движење на материјалните тела. И само Њутн го сумираше целото знаење акумулирано до тоа време за движењето на физичките тела од гледна точка на класичната механика. Во 1867 година го објавил делото „Математички принципи на природната филозофија“. Во ова дело, Њутн го систематизирал целото знаење за движењето и силата што го подготвиле Галилео, Хугенс и други научници, како и знаењето за себе познато. Врз основа на сето ова знаење, тие ги открија познатите закони на механиката и законот за универзална гравитација. Овие закони воспоставуваат квантитативни односи помеѓу природата на движењето на телата и силите што дејствуваат на нив.
Закон за гравитација
Постои легенда дека Њутн бил поттикнат да го открие законот за гравитација со набљудување на јаболко кое паѓа од дрво. Барем ова го спомнува Вилијам Стукли, биографот на Њутн. Велат дека Њутн уште во младоста се прашувал зошто јаболко паѓа надолу, а не на страна. Но, тој успеа да го реши овој проблем многу подоцна. Њутн утврдил дека движењето на сите предмети го почитува општиот закон за универзална гравитација, кој дејствува помеѓу сите тела.
„Сите тела се привлекуваат едни со други со сила директно пропорционална на нивните маси и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив“.
Јаболкото паѓа на земја под влијание на силата со која Земјата ја врши својата гравитациска привлечност врз неа. А какво забрзување добива, објасни Њутн со помош на неговите три закони.
Првиот закон на Њутн
Самиот голем Њутн го формулирал овој закон на следниов начин: „Секое тело продолжува да се одржува во состојба на мирување или униформно и праволиниско движење додека и освен ако не биде принудено од применетите сили да ја промени оваа состојба“.
Тоа е, ако телото е неподвижно, тогаш тоа ќе остане во оваа состојба додека некоја надворешна сила не почне да дејствува на него. И, соодветно, ако телото се движи рамномерно и праволиниско, тогаш тоа ќе го продолжи своето движење додека не започне ударот на надворешната сила.
Првиот закон на Њутн се нарекува и Закон за инерција. Инерција е зачувување на брзината на телото кога на него не дејствуваат никакви сили.
Вториот закон на Њутн
Ако првиот Њутнов закон опишува како телото се однесува ако на него не дејствува сила, тогаш вториот закон помага да се разбере што се случува со телото кога некоја сила почнува да дејствува.
Големината на силата што делува на телото е еднаква на производот од масата на телото и забрзувањето што телото го добива кога силата почнува да дејствува на него.
Во математичка форма, овој закон изгледа вака:
Каде Ф– сила која делува на телото;
м- телесна маса;
а– забрзувањето кое телото го прима под влијание на применета сила.
Од оваа равенка е јасно дека колку е поголема големината на силата што делува на телото, толку е поголемо забрзувањето што ќе го прими. И колку е поголема масата на телото на кое дејствува оваа сила, толку помалку телото ќе го забрза своето движење.
Третиот Њутнов закон
Законот вели дека ако телото А дејствува на телото Б со одредена сила, тогаш телото Б дејствува со истата сила на телото А. Со други зборови Акционата сила е еднаква на силата на реакција.
На пример, топовско ѓуле испукано од топ делува на топот со сила еднаква на силата со која топот го истиснува топовското ѓубре. Како резултат на оваа сила, по пукањето пиштолот се враќа назад.
Од неговите општи закони за движење, Њутн извлече многу последици што ја направија теоретската механика речиси совршена. Законот за универзална гравитација што тој го открил ги поврзал сите планети кои се наоѓаат на голема оддалеченост една од друга во единствен систем и ги поставил темелите на небесната механика, која го проучува движењето на планетите.
Помина многу време откако Њутн ги создаде своите закони. Но, сите овие закони се уште се релевантни.
Потеклото и развојот на физиката како наука. Физиката е една од најстарите природни науки. Првите физичари биле грчки мислители кои се обиделе да ги објаснат набљудуваните природни феномени. Најголемиот од античките мислители бил Аристотел (384-322 стр. п.н.е.), кој го измислил зборот „<{>Ваи?“, („фузис“)
Што значи природата на грчки? Но, немојте да мислите дека „Физика“ на Аристотел на кој било начин е слична на современите учебници по физика. Не! Во него нема да најдете ниту еден опис на експеримент или уред, ниту еден цртеж или цртеж, ниту една формула. Содржи филозофски размислувања за нештата, за времето, за движењето воопшто. Сите дела на научните мислители од античкиот период биле исти. Вака римскиот поет Лукрециј (околу 99-55 стр. п.н.е.) го опишува движењето на честичките прашина во сончев зрак во филозофската песна „За природата на нештата“: Од античкиот грчки филозоф Талес (624-547 стр. п.н.е.) потекнува нашето знаење за електрицитетот и магнетизмот, Демокрит (460-370 стр. п.н.е.) е основач на доктрината за структурата на материјата, токму тој предложи дека сите тела се состојат од најмалите честички - атоми, Евклид (III век п.н.е.) извршил важни истражувања во областа на оптиката - тој бил првиот што ги формулирал основните закони на геометриската оптика (законот за праволиниско ширење на светлината и законот за рефлексија), и го опишал дејството на рамните и сферичните огледала. .
Меѓу извонредните научници и пронаоѓачи од овој период, Архимед (287-212 стр. п.н.е.) го зазема првото место. Од неговите дела „За рамнотежа на авиони“, „За лебдечки тела“, „На лостови“, почнуваат да се развиваат такви гранки на физиката како механика и хидростатика. Брилијантниот инженерски талент на Архимед беше очигледен во механичките уреди што ги дизајнираше.
Од средината на 16 век. Започнува квалитативно нова фаза во развојот на физиката - експериментите и експериментите почнуваат да се користат во физиката. Едно од првите е искуството на Галилео со фрлање топовски ѓуле и куршум од кривата кула во Пиза. Овој експеримент стана познат затоа што се смета за „роденден“ на физиката како експериментална наука.
Научните дела на Исак Њутн станаа моќен поттик за формирање на физиката како наука. Во своето дело „Математички принципи на природната филозофија“ (1684), тој развива математички апарат за објаснување и опишување на физичките појави. Таканаречената класична (Њутнова) механика била изградена врз законите што тој ги формулирал.
Брзиот напредок во проучувањето на природата, откривањето на нови феномени и закони на природата придонесе за развојот на општеството. Од крајот на 18 век, развојот на физиката предизвика брз развој на технологијата. Во тоа време, парните мотори се појавија и беа подобрени. Поради нивната широка употреба во производството и транспортот, овој временски период се нарекува „возраст на парот“. Во исто време, термичките процеси се изучуваат во длабочина, а во физиката се разликува нов дел - термодинамика. Најголем придонес во проучувањето на топлинските феномени имаат С. Карно, Р. Клаузиус, Д. Џоул, Д. Менделеев, Д. Келвин и многу други.
„Имаме неверојатна среќа што живееме во доба кога сè уште може да се направат откритија. Тоа е како откритието на Америка, кое е откриено еднаш засекогаш. Векот во кој живееме е век на откривањето на основните закони на природата и овој пат никогаш нема да се повтори. Ова е неверојатно време, време на возбуда и задоволство, но на ова ќе му дојде крајот. Се разбира, во иднина интересите ќе бидат сосема поинакви. Тогаш тие ќе бидат заинтересирани за односите меѓу појавите на различни нивоа - биолошки итн., или, ако зборуваме за откритија, за проучување на други планети, но сепак ова нема да биде исто како она што го правиме сега. ”
Ричард Фајнман, Природата на физичките закони, М., „Наука“, 1987 година, стр. 158.
„Сега сакам да ви кажам за уметноста на погодување на законите на природата. Ова е навистина уметност. Како се прави ова? За да се обидете да одговорите на ова прашање, можете, на пример, да се свртите кон историјата на науката и да видите како другите го направиле тоа. Затоа ќе ја земеме историјата.
Формирањето на физиката (до 17 век).Физичките феномени на околниот свет одамна го привлекуваат вниманието на луѓето. Обидите за каузално објаснување на овие појави претходеа на создавањето на филозофијата во современа смисла на зборот. Во грчко-римскиот свет (6 век п.н.е. - 2 век п.н.е.), за прв пат се појавија идеи за атомската структура на материјата (Демокрит, Епикур, Лукрециј), беше развиен геоцентричен систем на светот (Птоломеј), беа воспоставени наједноставните закони Откриена е статика (правило на потпора), законот за праволиниско ширење и законот за рефлексија на светлината, формулирани се принципите на хидростатиката (Архимедов закон), забележани се наједноставните манифестации на електрична енергија и магнетизам.
Резултат на стекнатото знаење во IV век. п.н.е д. не успеал од Аристотел. Аристотеловата физика вклучуваше одредени точни одредби, но во исто време и недостигаа многу прогресивни идеи на нејзините претходници, особено атомската хипотеза. Препознавајќи ја важноста на искуството, Аристотел не го сметаше за главен критериум за веродостојноста на знаењето, претпочитајќи шпекулативни идеи. Во средниот век, учењето на Аристотел, канонизирано од црквата, долго време го забави развојот на науката.
Науката била оживеана дури во 15 и 16 век. во борбата против схоластичкото учење на Аристотел. Во средината на 16 век. Н. Коперник изнесе хелиоцентричен систем на светот и го означи почетокот на ослободувањето на природната наука од теологијата. Потребите од производството, развојот на занаетчиството, поморството и артилеријата ги стимулираа научните истражувања засновани на искуство. Меѓутоа, во 15-16 век. експерименталните студии беа главно случајни. Само во 17 век. Започна систематската примена на експерименталниот метод во физиката, а тоа доведе до создавање на првата фундаментална физичка теорија - класичната механика на Њутн.
Формирање на физиката како наука (почеток на 17-ти - крај на 18-ти век).
Развојот на физиологијата како наука во современа смисла на зборот потекнува од делата на Г. Галилео (прва половина на 17 век), кој ја сфатил потребата од математички опис на движењето. Тој покажа дека влијанието на околните тела врз дадено тело не ја одредува брзината, како што се веруваше во аристотеловата механика, туку забрзувањето на телото. Оваа изјава ја претставуваше првата формулација на законот за инерција. Галилео го открил принципот на релативност во механиката (види Галилеоовиот принцип на релативност) , ја докажа независноста на забрзувањето на слободниот пад на телата од нивната густина и маса, ја потврди теоријата на Коперник. Добил значајни резултати и во други области на физиката.Изградил телескоп со големо зголемување и со негова помош направил голем број астрономски откритија (планини на Месечината, сателити на Јупитер итн.). Квантитативното проучување на топлинските феномени започна откако Галилсем го измислил првиот термометар.
Во првата половина на 17 век. започна успешното проучување на гасовите. Ученикот на Галилео Е. Торичели го утврдил постоењето на атмосферски притисок и го создал првиот барометар. Р. Бојл и Е. Мериот ја проучувале еластичноста на гасовите и го формулирале првиот закон за гас, кој го носи нивното име. В. Снелиус и Р. Декарт го открија законот за прекршување на светлината. Во исто време беше создаден и микроскопот. Значаен чекор напред во проучувањето на магнетните феномени е направен на самиот почеток на 17 век. В. Гилберт. Тој докажа дека Земјата е голем магнет и прв строго направи разлика помеѓу електричните и магнетните феномени.
Главното достигнување на F. 17 век. беше создавањето на класичната механика. Развивајќи ги идеите на Галилео, Х. Хајгенс и другите претходници, И. Њутн во своето дело „Математички принципи на природната филозофија“ (1687) ги формулирал сите основни закони на оваа наука (види Њутнови закони за механика) . За време на изградбата на класичната механика, за прв пат се отелотвори идеалот на научната теорија, кој постои и денес. Со доаѓањето на Њутновата механика, конечно беше разбрано дека задачата на науката е да ги најде најопштите квантитативно формулирани закони на природата.
Њутновата механика го постигна својот најголем успех во објаснувањето на движењето на небесните тела. Врз основа на законите за планетарно движење воспоставени од Ј. Кеплер врз основа на набљудувањата на Т. Брахе, Њутн го открил законот за универзална гравитација (види Њутновиот закон за гравитација) . СОСо помош на овој закон, беше можно со извонредна точност да се пресмета движењето на Месечината, планетите и кометите на Сончевиот систем и да се објасни одливот и текот на океанот. Њутн се придржувал до концептот за дејство на долг дострел, според кој интеракцијата на телата (честичките) се случува моментално директно низ празнината; силите на интеракција мора да се определат експериментално. Тој беше првиот што јасно ги формулираше класичните концепти за апсолутниот простор како контејнер на материја, независно од неговите својства и движење, и апсолутно рамномерно време што тече. До создавањето на теоријата на релативноста, овие идеи не претрпеле никакви промени.
Откривањето на електричната струја од Л. Галвани и А. Волта било од големо значење за развојот на физиологијата. Создавањето моќни извори на директна струја - галвански батерии - овозможи да се откријат и проучат различните ефекти на струјата. Хемискиот ефект на струјата беше истражен (Г. Дејви, М. Фарадеј). В.В Петров доби електричен лак. Откритието на H. K. Oersted (1820) за дејството на електричната струја на магнетна игла ја докажа врската помеѓу електричната енергија и магнетизмот. Врз основа на единството на електричните и магнетните појави, А. Ампер дошол до заклучок дека сите магнетни појави се предизвикани од подвижни наелектризирани честички - електрична струја. Следејќи го ова, Ампер експериментално воспоставил закон кој ја одредува силата на интеракцијата на електричните струи (Амперовиот закон) .
Во 1831 година Фарадеј го открил феноменот на електромагнетна индукција (види Електромагнетна индукција) . При обидот да се објасни овој феномен користејќи го концептот на дејство на долг дострел, наидоа на значителни тешкотии. Фарадеј постави хипотеза (дури и пред откривањето на електромагнетната индукција) според која електромагнетните интеракции се вршат преку средно агенс - електромагнетно поле (концептот на дејство со краток опсег). Ова го означи почетокот на формирањето на нова наука за својствата и законите на однесување на посебна форма на материја - електромагнетното поле.
Уште пред откривањето на овој закон, С. Карно, во својата работа „Рефлексии за движечката сила на огнот и за машините способни да ја развијат оваа сила“ (1824), добил резултати кои послужиле како основа за друг основен закон на теоријата. на топлина - вториот закон на термодинамиката. Овој закон е формулиран во делата на Р. Клаузиус (1850) и В. Томсон (1851). Тоа е генерализација на експериментални податоци што укажува на неповратноста на термичките процеси во природата и ја одредува насоката на можните енергетски процеси. Значајна улога во изградбата на термодинамиката одигра истражувањето на Ј.Л.
Истовремено со развојот на термодинамиката, се разви и молекуларната кинетичка теорија на термичките процеси. Ова овозможи да се вклучат термичките процеси во рамките на механичката слика на светот и доведе до откривање на нов тип закони - статистички, во кои сите врски помеѓу физичките величини се веројатни.
Во првата фаза од развојот на кинетичката теорија на наједноставниот медиум - гасот - Џул, Клаузиус и други ги пресметале просечните вредности на различни физички величини: брзината на молекулите, бројот на нивните судири во секунда, просечната бесплатна патека итн. Добиена е зависноста на притисокот на гасот од бројот на молекули по единица волумен и просечната кинетичка енергија на транслациското движење на молекулите. Ова овозможи да се открие физичкото значење на температурата како мерка за просечната кинетичка енергија на молекулите.
Втората фаза во развојот на молекуларната кинетичка теорија започна со работата на J. C. Maxwell. Во 1859 година, откако го воведе концептот на веројатност за прв пат во физиката, тој го најде законот за распределба на молекулите по брзина (види распределба на Максвел) . По ова, можностите на молекуларната кинетичка теорија енормно се проширија Иподоцна доведе до создавање на статистичка механика. Л. Болцман изградил кинетичка теорија на гасовите и дал статистичка поткрепа на законите на термодинамиката. Главниот проблем, кој Болцман во голема мера можеше да го реши, беше усогласувањето на временски-реверзибилната природа на движењето на поединечните молекули со очигледната неповратност на макроскопските процеси. Според Болцман, термодинамичката рамнотежа на системот одговара на максималната веројатност за дадена состојба. Неповратноста на процесите е поврзана со тенденцијата на системите кон најверојатната состојба. Теоремата што ја докажа за рамномерната распределба на просечната кинетичка енергија над степените на слобода беше од големо значење.
Класичната статистичка механика е завршена во делата на Џ. Статистичката механика доби општо признание во 20 век. по создавањето од А. Ајнштајн и М. Смолучовски (1905–06) врз основа на молекуларната кинетичка теорија на квантитативната теорија на Брауновото движење, потврдена во експериментите на Ј.Б. Перин.
Во втората половина на 19 век. Долгиот процес на проучување на електромагнетните феномени го заврши Максвел. Во својата главна работа, „Трактат за електрична енергија и магнетизам“ (1873), тој воспостави равенки за електромагнетното поле (го носи неговото име), кое ги објасни сите факти познати во тоа време од една гледна точка и овозможи да се предвиди нови појави. Максвел ја толкува електромагнетната индукција како процес на генерирање на вителско електрично поле со наизменично магнетно поле. По ова, тој го предвидел спротивниот ефект - генерирање на магнетно поле со наизменично електрично поле (види Струја на поместување) . Најважниот резултат на теоријата на Максвел бил заклучокот дека брзината на ширење на електромагнетните интеракции е конечна, еднаква на брзината на светлината. Експерименталното откритие на електромагнетни бранови од страна на G. R. Hertz (1886–89) ја потврди валидноста на овој заклучок. Следеше од теоријата на Максвел дека светлината има електромагнетна природа. Така, оптиката стана една од гранките на електродинамиката. На самиот крај на 19 век. Лебедев експериментално го открил и го мери притисокот на светлината предвиден со теоријата на Максвел, а А. С. Попов бил првиот што користел електромагнетни бранови за безжична комуникација.
Искуството покажа дека принципот на релативност формулиран од Галилео, според кој механичките појави се одвиваат идентично во сите инерцијални референтни системи, важи и за електромагнетни феномени. Затоа, Максвеловите равенки не треба да ја менуваат својата форма (тие треба да бидат непроменливи) кога се движат од еден инертен референтен систем во друг. Сепак, се покажа дека тоа е точно само ако трансформациите на координатите и времето за време на таквата транзиција се различни од галилејските трансформации кои важат во Њутновата механика. Лоренц ги пронајде овие трансформации (Лоренц трансформации) , но не можеше да им го даде правилното толкување. Ова го направи Ајнштајн во неговата теорија на специјалната релативност.
Откривањето на делумната теорија на релативноста ги покажа ограничувањата на механичката слика на светот. Обидите да се редуцираат електромагнетните процеси на механички процеси во хипотетички медиум - етерот - се покажаа како неодржливи. Стана јасно дека електромагнетното поле е посебна форма на материја, чие однесување не ги почитува законите на механиката.
Во 1916 година, Ајнштајн ја развил општата теорија на релативноста - физичката теорија на просторот, времето и гравитацијата. Оваа теорија означи нова фаза во развојот на теоријата за гравитација.
На крајот на 19 и 20 век, уште пред создавањето на специјалната теорија на релативноста, беше поставен почетокот на најголемата револуција во областа на физиката, поврзана со појавата и развојот на квантната теорија.
На крајот на 19 век. Се покажа дека дистрибуцијата на енергијата на топлинското зрачење низ спектарот, изведена од законот на класичната статистичка физика за рамномерна распределба на енергијата над степените на слобода, е во спротивност со искуството. Следеше од теоријата дека материјата треба да емитува електромагнетни бранови на која било температура, да изгуби енергија и да се олади до апсолутна нула, т.е. дека топлинската рамнотежа помеѓу материјата и зрачењето е невозможна. Меѓутоа, секојдневното искуство се спротивстави на овој заклучок. Решението беше пронајдено во 1900 година од М. Планк, кој покажа дека резултатите од теоријата се во согласност со искуството, ако претпоставиме, во спротивност со класичната електродинамика, дека атомите емитуваат електромагнетна енергија не постојано, туку во посебни делови - кванти. Енергијата на секој таков квант е директно пропорционална на фреквенцијата, а коефициентот на пропорционалност е квантот на дејство ч= 6,6×10 -27 ерг× сек,која подоцна стана позната како Планкова константа.
Во 1905 година, Ајнштајн ја проширил хипотезата на Планк, сугерирајќи дека емитираниот дел од електромагнетната енергија исто така се шири и се апсорбира само како целина, т.е. се однесува како честичка (подоцна наречена фотон) . Врз основа на оваа хипотеза, Ајнштајн ги објаснил законите на фотоелектричниот ефект кои не се вклопуваат во рамката на класичната електродинамика.
Така, корпускуларната теорија на светлината беше оживеана на ново квалитативно ниво. Светлината се однесува како млаз од честички (корпукули); сепак, во исто време има и бранови својства, кои се манифестираат, особено, во дифракција и интерференција на светлината. Следствено, брановите и корпускуларните својства, некомпатибилни од гледна точка на класичната физика, се својствени за светлината во еднаква мерка (дуализам на светлината). „Квантизацијата“ на зрачењето доведе до заклучок дека енергијата на интраатомските движења, исто така, може само нагло да се промени. Овој заклучок го донел Н.Бор во 1913 година.
Во 1926 година, Шредингер, обидувајќи се да добие дискретни вредности на атомската енергија од равенка од брановиден тип, ја формулирал основната равенка на квантната механика, именувана по него. W. Heisenberg и Born (1925) ја конструирале квантната механика во друга математичка форма - т.н. матрична механика.
Според Паулиевиот принцип, енергијата на целиот сет на слободни електрони во металот, дури и на апсолутна нула, е ненула. Во невозбудена состојба, сите енергетски нивоа, почнувајќи од нула и завршувајќи со некое максимално ниво (ниво на Ферми), се окупирани од електрони. Оваа слика му овозможи на Сомерфелд да го објасни малиот придонес на електроните во топлинскиот капацитет на металите: кога се загреваат, само електроните во близина на нивото на Ферми се возбудуваат.
Во делата на Ф. Блох, Х. А. Бете и Л. Нил Гинзбург за квантната електродинамика. Првите обиди за директно проучување на структурата на атомското јадро датираат од 1919 година, кога Радерфорд, со бомбардирање на стабилни азотни јадра со алфа честички, постигнал нивна вештачка трансформација во јадра на кислород. Откривањето на неутронот во 1932 година од страна на J. Chadwick доведе до создавање на современиот протон-неутронски модел на јадрото (D. D. Ivanenko, Heisenberg). Во 1934 година, сопружниците I. и F. Joliot-Curie откриле вештачка радиоактивност.
Создавањето забрзувачи на наелектризирани честички овозможи да се проучуваат различни нуклеарни реакции. Најважниот резултат од оваа фаза од физиката беше откривањето на фисија на атомското јадро.
Во 1939-45 година, нуклеарната енергија беше ослободена за прв пат со помош на верижна реакција на фисија од 235 U и беше создадена атомската бомба. Заслугата за користење на контролираната нуклеарна фисија реакција од 235 U за мирни, индустриски цели му припаѓа на СССР. Во 1954 година, првата нуклеарна централа беше изградена во СССР (Обнинск). Подоцна, во многу земји беа основани економични нуклеарни централи.
Откриени се неутрина и многу нови елементарни честички, вклучително и екстремно нестабилни честички - резонанци, чиј просечен животен век е само 10 -22 -10 -24 секунди . Откриената универзална интерконвертибилност на елементарните честички покажа дека овие честички не се елементарни во апсолутна смисла на зборот, туку имаат сложена внатрешна структура која допрва треба да се открие. Теоријата на елементарните честички и нивните интеракции (силни, електромагнетни и слаби) е предмет на теоријата на квантното поле - теорија која сè уште е далеку од целосна.
Позадина на физиката. Набљудување на физички феномени се случиле во античко време. Во тоа време, процесот на акумулирање на фактичко знаење сè уште не беше диференциран: физички, геометриски и астрономски концепти се развија заедно.
Систематското акумулирање на фактите и обидите за нивно објаснување и генерализирање, што му претходело на создавањето на физиката (во современа смисла на зборот), се случувало особено интензивно во ера на грчко-римската култура(6 век п.н.е. - 2 век н.е.). Во текот на оваа ера, првичните идеи за атомска структура на материјата(Демокрит, Епикур, Лукрециј), создаден е геоцентричен систем на светот (Птоломеј), се појавија почетоците на хелиоцентричен систем (Аристарх од Самос), некои едноставни закони за статика(правила за потпора, центар на гравитација), добиени први резултати применета оптика(направени се огледала, откриен е законот за рефлексија на светлината, откриен е феноменот на прекршување), откриени се наједноставните принципи хидростатика(Архимедов закон). Наједноставните феномени на магнетизам и електрична енергија биле познати во античко време.
Настава Аристотел (389 – 322 п.н.е.) ги сумираше знаењата од претходниот период 1. Учењата на Аристотел, канонизирани од црквата, се претворија во кочница за понатамошниот развој на физичката наука. По илјадници години стагнација и стерилност, физиката беше оживеана дури во 15 и 16 век. во борбата против схоластичката филозофија. Заживувањето на науката беше одредено главно од потребите на производството во периодот на производство. Големите географски откритија, особено откривањето на Америка, придонесоа за акумулација на многу нови набљудувања и соборување на старите предрасуди. Развојот на занаетчиството, поморството и артилеријата создадоа стимулации за научно истражување. Научната мисла фокусирана на проблемите на градежништвото, хидрауликата и балистиката, а интересот за математиката се зголеми. Развојот на технологијата создаде можности за експериментирање. Леонардо да Винчи постави цела низа физички прашања и се обиде да ги реши преку експеримент. Нему му припаѓа изреката: „Искуството никогаш не мами, само нашите проценки се измамнички“ .
Сепак, во 15-16 век, беа направени индивидуални физички набљудувања и експериментални студии случајна природа. Започнал само 17 век систематска примена на експерименталниот методво физиката и континуираниот раст на физичкото знаење оттогаш.
Првиот период на развој на физиката , наречен класичен, започнува со делата Галилео Галилеј (1564 - 1642) . Точно Галилео беше креаторот на експерименталниот метод во физиката. Внимателно осмислен експеримент, одвојување на секундарните фактори од главните во феноменот што се проучува, желбата да се воспостават прецизни квантитативни односи помеѓу параметрите на феноменот - ова е методот на Галилео. Користејќи го овој метод, Галилео ги постави првичните основи звучници. Галилео ги отфрли погрешните изјави на механиката на Аристотел: тој, особено, можеше да покаже дека не брзината, туку забрзувањето е последица на надворешно влијание врз телото. Во мојата работа „Разговори и математички докази за две нови гранки на науката...“ (1638) Галилео убедливо го поткрепува овој заклучок, кој ја претставува првата формулација закон за инерција, ги елиминира видливите противречности. Тоа го докажува со искуство забрзувањето на слободниот пад на телата не зависи од нивната густина и маса.Со оглед на движењето на фрленото тело, Галилео наоѓа закон за собирање движењаи суштински го изразува ставот за независноста на дејствувањето на силите. „Разговори“ исто така дава информации за силата на телата. Тој исто така формулираше идеи за релативноста на движењето(принцип на релативност), движење на телата по наклонета рамнина (всушност, тој ги открил првите два Њутнови закони).
Во делата на Галилео и Блез Паскал беа поставени темелите хидростатика. Галилео направил важни откритија во други области на физиката. За прв пат, тој експериментално го потврдува феноменот на површинскиот напон, кој бил проучуван многу подоцна. Галилео збогатува применета оптиканеговиот телескоп, а неговиот термометар доведе до квантитативно проучување на топлинските појави.
Во првата половина на 17 век се појавила физичката доктрина за гасовите, која имала големо практично значење. Ученик на Галилеј Е. Торичели го открива постоењето на воздушен притисок и го создава првиот барометар. О. Герике измислува воздушна пумпа и конечно ја побива изјавата на Аристотел за „стравот од празнина“. Р. Бојл а малку подоцна Е. Мериот Тие ја проучуваат еластичноста на гасовите и го откриваат законот познат под нивното име. В. Снелиус (Холандија) и R. Декарт (Франција) откријте го законот за прекршување на светлината. Создавањето на микроскопот датира од истото време. Набљудувањата на магнетите (во бродската навигација) и на електрификацијата за време на триењето даваат вредни информации во областа на електростатиката и магнетостатиката, чиј зачетник треба да се препознае како англиски натуралист В. Гилберт .
Втората половина на 17 век била уште побогата со настани. „Разговори“ на Галилео ги поставија темелите за истражување основите на механиката. Проучување на кривилинеарно движење ( X. Хајгенс ) го подготви отворот основниот закон на механиката- односот помеѓу силата, масата и забрзувањето, прво формулиран I. Њутн во неговиот „Математички принципи на природната филозофија“ (1687) . Њутн го воспоставил и основниот закон за системска динамика (еднаквост на дејство и реакција), во кој претходните студии за влијанието на телата (Х. Хајгенс) ја нашле нивната генерализација. За прв пат, основните концепти на физиката се кристализираат -- концепти за простор и време.
Врз основа на законите за планетарно движење воспоставени од Кеплер, Њутн прв го формулирал во неговата Принципија закон за универзална гравитација, што многу научници од 17 век се обиделе да го најдат. Њутн го потврди овој закон со пресметување на забрзувањето на Месечината во нејзината орбита врз основа на вредноста на забрзувањето на гравитацијата измерена во 70-тите години на 17 век. Тој ги објасни и нарушувањата во движењето на Месечината и причината за одливот и протокот на морето. Значењето на ова откритие на Њутн не може да се прецени. На современиците им ја покажа моќта на науката. Тоа ја промени целата претходна слика на универзумот.
Во исто време, X. Huygens и Г. Лајбниц формулира закон за зачувување на моментумот (претходно изразена од Декарт во неточна форма) и законот за зачувување на живите сили. Хајгенс ја создава теоријата за физичко нишало и конструира часовник со нишало. Еден од сестраните научници од 17 век Р. Хук (Англија) се отвора познат по неговото име закон за еластичност. М. Мерсен (Франција) ги поставува темелите физичка акустика; го проучува звукот на жицата и ја мери брзината на звукот во воздухот.
Во текот на овие години, поради зголемената употреба на опсези за дамки, геометриската оптика брзо се развиваше и основите на физичката оптика. Ф. Грималди (Италија) во 1665 година ја открива дифракцијата на светлината. Њутн ја развива својата теорија за дисперзија и интерференција на светлината. Тој ја поставува хипотезата за светлосни трупови. Спектроскопијата потекнува од оптичките студии на Њутн. О. Ромер (Данска) во 1672 година ја мери брзината на светлината. Њутновиот современик Хајгенс го развива оригиналот основите на брановата оптика, го формулира принципот на ширење на брановите (светлина), познат под неговото име, го истражува и објаснува феноменот на двојно прекршување кај кристалите 2.
Така, во 17 век се создадени основите на механикатаи започнале истражувањата во најважните области на физиката - во изучувањето на електричната енергија и магнетизмот, топлината, физичката оптика и акустика.
Во 18 век Понатамошниот развој на сите области на физиката продолжува. Њутновата механика станува обемен систем на знаење, кој ги опфаќа законите за движење на копнените и небесните тела. Преку труд Л. Ојлер , француски научник А. Клерут се создава итн небесна механика, доведена до високо совршенство П. Лаплас. Во својата развиена форма, механиката стана основа на машинската технологија од тоа време, особено хидрауликата.
Во другите гранки на физиката во 18 век, дошло до дополнително акумулирање на експериментални податоци и биле формулирани наједноставните закони. V. Френклин формулира закон за зачувување на надоместокот. Во средината на 18 век е создаден првиот електричен кондензатор(Лејден тегла на П. Мушенбрук во Холандија), што овозможи да се акумулираат големи електрични полнежи, што го олесни проучувањето на законот за нивната интеракција. Овој закон, кој е основа на електростатиката, беше откриен независно Г. Кевендиш И Џ. Пристли (Англија) и Ш.Привезок (Франција). Стана доктрина за атмосферски електрицитет. Френклин во 1752 година и една година подоцна M. V. Ломоносов И G. V. Ричман ги проучувал празнењата на гром и ја докажал електричната природа на молњите.
Фотометријата почна да се создава во оптика: англиски научници V. Хершел И В. Воластон отвори инфрацрвени зраци, и германскиот научник I. Ритер - ултравиолетови. Развојот на хемијата и металургијата го поттикна развојот учења за топлината: формулиран е концептот на топлински капацитет, измерени се топлинските капацитети на различни супстанции и основана е калориметријата. Ломоносов го предвиде постоењето на апсолутна нула. Започнале истражувања за топлинската спроводливост и топлинското зрачење, како и проучувањето на термичкото ширење на телата. Во истиот период, таа беше создадена и почна да се подобрува Парна машина.
Точно, топлината беше замислена во форма на специјална бестежинска течност - КалоричнаНа сличен начин, електрификацијата на телата беше објаснета со помош на хипотезата за електрична течност, а магнетните феномени - со магнетна течност. Општо земено, во текот на 18 век, моделите на непроменлива течност навлегле во сите гранки на физиката. Огромното мнозинство истражувачи не се сомневаа во нивното постоење! Ова беше последица на верувањето дека различни физички феномени - термички, електрични, магнетни, оптички - не се поврзани едни со други, независни еден од друг. Се веруваше дека секој феномен има свој „носител“, посебна супстанција. Само неколку прогресивни умови, вклучувајќи ги Ојлер и Ломоносов, го негираа присуството на бестежинска материја и во топлинските феномени и својствата на гасовите го видоа скриеното, но непрестајно движење на најмалите честички. Во оваа разлика на мислења имаше разлика физички „слики на светот“ - ЊутнИ Декартов, кој настанал уште во 17 век.
Следбениците на Декарт (Картезиј) сите физички феномени ги сметале за различни движења на иста примарна материја, чии единствени својства се продолжување и инерција. Тој верувал дека како резултат на различни движења и судири на делови од примарната материја, се формираат честички од материјата (корпукули) со различни волумени и форми, меѓу кои се движат честички од најпрефинетиот облик на материја - етер. Следбениците на Декарт ја видоа задачата на физиката во создавајќи чисто механички модели на појави. Универзална гравитација, електрични и магнетни интеракции, хемиски реакции - сè беше објаснето со различни вртлози во етерот, поврзувајќи или одвојувајќи честички на материјата.
Сепак, оваа слика на светот наиде на приговори уште во средината на 17 век. Нејзината незадоволителност најубедливо ја покажа Њутн во Принципија. Њутн докажа дека објаснувањето за универзалната гравитација дадено од Картезијанците е во спротивност со фактите: вртлозите во етерот, кои, според Декарт, целосно го исполнуваат целиот Сончев систем и ги носат планетите со себе, ја исклучуваат можноста за слободно поминување на комети низ Сончевиот систем без губење на нивното движење.
Сликата на светот на Њутнсе заснова на идејата за атомите разделени со празнина и моментално во интеракција низ празнината со силите на привлекување или одбивање (дејство на долг дострел). Овластувања, според Њутн, се примарно, оригинално својство на одредени типови на честички; Силата како што е гравитацијата е карактеристична за сите честички на материјата. За разлика од Картезијанците, Њутн сметал дека е можно механичкото движење да не може да се зачува во природата. Њутн виде главната задача на физиката е да ги пронајде силите на интеракција помеѓу телата. Тој не го исклучил постоењето на етер, но го сметал за тенок еластичен гас кој ги исполнува порите на телата и е во интеракција со материјата.
Борбата меѓу Њутновите и Декартовските идеи траела речиси два века. Истите закони на природата различно беа толкувани од поддржувачите на овие две насоки. Во 18 век Ставовите на Њутн триумфираа во физикатаи имаше длабоко влијание врз нејзиниот понатамошен развој. Тие придонесоа имплементација на математички методи во физиката. Во исто време тие зајакнаа 100 години идејата за дејство на долг дострел. Декартовските тенденции повторно заживеале во втората половина на 19 век, по создавањето на брановата теорија на светлината, откривањето на електромагнетното поле и законот за зачувување на енергијата.
Втор период од историјата на физиката започнува во првата деценија на 19 век. Во 19 век биле направени најважните откритија и теоретски генерализации кои на физиката и дале карактер единствена холистичка наука. Единството на различни физички процеси се изразува во закон за зачувување на енергијата. Одлучувачка улога во експерименталната подготовка на овој закон имаа отворање на електрична струјаи проучување на неговите разновидни дејства, како и проучување на меѓусебните трансформации на топлината и механичката работа. Во 1820 г Х. К. Орстед (Данска) го откри дејството на електричната струја на магнетна игла. Искуството на Оерстед послужи како поттик за истражување А. Ампера, Д. Араго итн. Законот за интеракција на две електрични струи, пронајден од Ампер, стана основа електродинамика. Со живо учество на други истражувачи, Ампер брзо дозна врска помеѓу магнетните појави и електричните, на крајот намалувајќи го магнетизмот на дејствата на струите. Значи идејата за магнетни течности престана да постои. Во 1831 година, Фарадеј открил електромагнетна индукција, со што го реализирал својот план: „да го претвори магнетизмот во електрична енергија“.
Во оваа фаза на развој меѓусебното влијание на физиката и технологијата значително се зголеми. Развојот на технологијата на пареа постави бројни проблеми за физиката. Физички студии за меѓусебната трансформација на механичка енергија и топлина, кулминирајќи создавањето термодинамика, служеше како основа за подобрување на топлинските мотори. По откривањето на електричната струја и нејзините закони, развојот на електротехника(пронајдокот на телеграфот, електроформирањето, динамото), што, пак, придонесе за напредокот електродинамика.
Во првата половина на 19 век пропаѓа идејата за бестежински супстанции. Овој процес се спроведуваше бавно и со голема тешкотија. Првата дупка во тогаш доминантниот физички светоглед беше направена од бранова теорија на светлината(англиски научник Т. Јунг , француски научници О. Френел и Д. Араго ) 3 . Целиот збир на феномени на интерференција, дифракција и поларизација на светлината, особено феноменот на интерференција на поларизирани зраци, не можеше теоретски да се толкува од корпускуларна гледна точка и во исто време да најде целосно објаснување во теоријата на бранови, според која светлина е попречни бранови кои се шират во средина (на воздух). Така, лесната материја била отфрлена уште во втората деценија на 19 век.
Поиздржливи, во споредба со лесната материја и магнетната течност, се покажа дека е идејата за калоричност. Иако експерименти Б. Рамфорд , кои ја докажаа можноста за добивање на неограничено количество топлина преку механичка работа, беа во јасна спротивност со идејата за специјална топлинска супстанција, втората траеше до средината на векот; се чинеше дека само со негова помош може да се објасни латентната топлина на топење и испарување. Заслугата за создавањето на кинетичката теорија, чии почетоци датираат од времето на Ломоносов и Д. Бернули, им припадна на англиските научници Џ. Џул, В. Томсон (Келвин) и германскиот научник Р. Клаузиус .
Така, како резултат на повеќестрани и долги експерименти, во услови на тешка борба со застарени идеи, се докажа меѓусебната променливост на различни физички процеси и со тоа единството на сите тогаш познати физички феномени.
Директно доказ за зачувување на енергијатаза какви било физички и хемиски трансформации беше дадена во делата Ју Мајер (Германија), Џ. Џул И Г. Хелмхолц . Откако законот за зачувување на енергијата се здоби со универзално признавање (во 50-тите години на 19 век), тој стана камен-темелник на модерната природна наука. Законот за зачувување на енергијата и принципот на ентропија се менуваат [Р. Клаузиус, В. Томсон (Келвин)] ја формираа основата термодинамика; тие обично се формулираат како прв и втор закон на термодинамиката.
Доказот за еквивалентноста на топлината и работата го потврди ставот на топлината како нарушено движење на атомите и молекулите. Преку делата на Џоул, Клаузиус, Максвел, Болцман и други е создаден кинетичка теорија на гасови. Веќе во првите фази од развојот на оваа теорија, кога молекулите сè уште се сметаа за цврсти еластични топки, беше можно да се открие кинетичкото значење на таквите термодинамички величини како што се температурата и притисокот. Кинетичката теорија на гасовите овозможи да се пресметаат просечните растојанија на патување на молекулите, големини на молекулите и нивниот број по единица волумен.
Идејата за единство на сите физички процеси доведе во втората половина на 19 век до радикално преструктуирање на целата физика, до нејзино обединување во два големи делови- физика на материјатаИ теренска физика. Основата на првата беше кинетичката теорија, втората - доктрината за електромагнетното поле.
Кинетичката теорија работи со просечни вредности, за прв пат воведе методи на теоријата на веројатност во физиката. Послужи како почетна точка статистичка физика- една од најопштите физички теории. Основите на статистичката физика беа систематизирани веќе на прагот на 20 век од американскиот научник Џ. Гибс .
Од еднаква фундаментална важност беше откривање на електромагнетното поле и неговите закони. Творецот на доктрината за електромагнетното поле бил М. Фарадеј . Тој беше првиот што ја изрази идејата дека електричните и магнетните ефекти не се пренесуваат директно од едно полнење на друго, туку се шират преку среден медиум. Ставовите на Фарадеј на теренот беа математички развиен од Максвелво 60-тите години на 19 век, кој успеал да даде целосен систем на равенки за електромагнетното поле. Теоријата на теренот стана конзистентна како и Њутновата механика.
Теоријата на електромагнетното поле води до идејата за конечна брзина на ширење на електромагнетни дејства, изразена од Максвел (предвидена уште порано од Фарадеј). Оваа идеја му овозможи на Максвел да го предвиди постоењето електромагнетни бранови. Тоа го заклучил и Максвел електромагнетна природа на светлината. Електромагнетната теорија на светлината ги спои електромагнетизмот и оптиката.
Сепак, теоријата за електромагнетното поле стана општо прифатена дури по германскиот физичар Г. Херц експериментално ги открил електромагнетните бранови и докажал дека ги следат истите закони за прекршување, рефлексија и интерференција како светлосните бранови.
Во втората половина на 19 век, улогата на физиката во технологијата значително се зголемила. Електричната енергија најде примена не само како средство за комуникација (телеграф, телефон), туку и како метод за пренос и дистрибуција на енергија и како извор на осветлување. На крајот на 19 век, електромагнетните бранови биле користени за безжична комуникација ( А. С. Попов, Маркони ), што го означи почетокот на радио комуникациите. Техничката термодинамика придонесе за развој на мотори со внатрешно согорување. Стана технологија на ниска температура. Во 19 век, сите гасови биле течни, со исклучок на хелиумот, кој бил добиен во течна состојба дури во 1908 година (холандски физичар G. Камерлинг-Онес ).
Физиката до крајот на 19 век изгледаше речиси комплетна за современиците. Концептот е воспоставен механички детерминизамЛаплас, врз основа на можноста за недвосмислено одредување на однесувањето на системот во кој било момент од времето, доколку се познати почетните услови. На многумина им се чинеше дека физичките феномени може да се сведат на механиката на молекулите и етерот, бидејќи да се објаснат физичките феномени во тоа време значело да се сведат на механички модели, лесно достапни врз основа на секојдневното искуство. Механичка теорија на топлина, еластичен (или вител) етер како модел на електромагнетни феномени - вака изгледаше до крајот на 19 век физичка слика на светот. Етерот изгледаше сличен на материјата во голем број негови својства, но, за разлика од материјата, бестежински или речиси бестежински (некои пресметки доведоа до тежина на топка од етер, еднаква по волумен на Земјата, на 13 килограм).
Сепак, механичките модели наидоа на поголеми противречности колку подетално се обидуваа да се развијат и применат. Моделите на етерични вителски цевки создадени за објаснување на наизменични полиња беа несоодветни за објаснување на постојаните електрични полиња. Напротив, различни модели на константно поле не ја објаснија можноста за ширење на електромагнетни бранови. Конечно, ниту еден модел на етер не можеше јасно да ја објасни поврзаноста на полето со дискретни полнежи. Различни механички модели на атоми и молекули (на пример, моделот на вител на атомот предложен од В. Томсон) исто така се покажаа како незадоволителни.
Неможност за сведување на сите физички процеси на механичкија поттикна желбата кај некои физичари и хемичари воопшто одбиваат да ја препознаат реалноста на атомите и молекулите, ја отфрлаат реалноста на електромагнетното поле. Е. Мах ја прогласи задачата на физиката да биде „чист опис“ на феномените. германски научник V. Ostwald се спротивстави на кинетичката теорија и атомизмот во корист на т.н енергија --универзална, чисто феноменолошка термодинамика, како единствена можна теорија на физичките појави.
Трет (современ) период во историјата на физиката , синхронизиран некласичниили квантна релативистичка физика, започнува во последните години на 19 век. Ова периодот се карактеризира со насоката на истражувачката мисла длабоко во материјата, кон нејзината микроструктура. Започнува нова ера во историјата на физиката со детекција на електронии истражување на неговото дејство и својства (англиски. научник Џ. Томсон , холандски научник Г. Лоренц ).
Најважната улога ја одиграа студиите за електрични празнења во гасовите. Се покажа дека електронот е елементарна честичка со одредена маса, која има најмал електричен полнеж и е дел од атом на кој било хемиски елемент. Ова значеше дека атомот не е елементарен, туку е сложен систем. Докажано е дека бројот на електрони во атомот и нивната дистрибуција меѓу слоевите и групите ги одредуваат електричните, оптичките, магнетните и хемиските својства на атомот; Поларизираноста на атомот, неговиот магнетен момент, оптичките и рендгенските спектри и валентноста зависат од структурата на електронската обвивка.
Динамиката на електроните и нивната интеракција со полето на зрачење е поврзана со создавањето на најопштите теории на модерната физика - теорија на релативност и квантна механика.
Проучувањето на движењата на брзите електрони во електричните и магнетните полиња довело до заклучок дека класичната Њутнова механика не е применлива за нив. Таков основен атрибут на материјална честичка како маса се покажа дека не е константен, туку променлив, во зависност од состојбата на движење на електронот. Беше колапсот на концептите за движење и својствата на честичките вкоренети во физиката.
Се најде излез од противречностите А. Ајнштајн , кој создал (во 1905 година) нова физичка теорија за просторот и времето, теорија на релативност. Подоцна бил создаден од Ајнштајн (во 1916 година) општа теорија на релативност, кој ја трансформираше старата доктрина за гравитација
Подеднакво важна и ефективна генерализација на физичките факти и закони беше квантна механика, создаден на крајот на првата четвртина на 20 век како резултат на студиите за интеракцијата на зрачењето со честичките на материјата и проучувањето на состојбите на интраатомските електрони. Почетната идеја на квантната механика е тоа сите микрочестички имаат двојна честичка-бранова природа.
Овие радикални нови идеи за микрочестичките се покажаа како исклучително плодни и моќни. Квантната теорија можеше да ги објасни својствата на атомите и процесите што се случуваат во нив, формирањето и својствата на молекулите, својствата на цврстото тело и шемите на електромагнетното зрачење.
Дваесеттиот век. прославен во физиката моќен развој експериментални методи на истражувањеИ мерна технологија. Откривање и броење на поединечни електрони, нуклеарни и космички честички, определување распоред на атомите и густина на електрони во кристали и во поединечна молекула, мерења на временски интервали од редот од 10 -10 секунди, набљудување на движењето на радиоактивните атоми во материја - сето ова го карактеризира скокот во мерната технологија во последните неколку децении.
Беа насочени кон истражувања и производствени средства без преседан по моќ и обем проучување на нуклеарните процеси. Последните 25 години нуклеарна физика, тесно поврзани со космичките зраци, а потоа и со создавањето на моќни акцелератори, доведоа до техничка револуција и создадоа нови, исклучително суптилни методи на истражување не само во физиката, туку и во хемијата, биологијата, геологијата. , и во широк спектар на полиња на технологијата и земјоделството.
Според тоа, со растот на физичките истражувања и со неговото растечко влијание врз другите природни науки и технологија, нагло зголемен е бројот на списанија и книги по физика.На крајот на 19 век, во Германија, Англија, САД и Русија, покрај академските, беше објавено само едно списание за физика. Во моментов, повеќе од дваесет списанија се објавуваат во Русија, САД, Англија и Германија (во секоја земја).
Уште повеќе зголемен е бројот на истражувачки институции и научници. Ако во 19 век научните истражувања се вршеа главно од катедрите за физика на универзитетите, тогаш во 20 век во сите земји тие се појавија и почнаа да се зголемуваат во број и во обем. институти за истражување на физикатаили во нејзините поединечни насоки. Некои од институтите, особено од областа на нуклеарната физика, располагаат со опрема која по својот обем и цена ги надминува размерите и трошоците на фабриките.