Isaac Newton kalles en av skaperne av klassisk fysikk. Oppdagelsene hans forklarer mange fenomener, årsaken til at ingen hadde klart å løse før ham.
Prinsippene for klassisk mekanikk ble dannet over lang tid. I mange århundrer har forskere forsøkt å lage bevegelseslover for materielle kropper. Og bare Newton oppsummerte all kunnskapen akkumulert på den tiden om bevegelsen av fysiske kropper fra synspunktet til klassisk mekanikk. I 1867 publiserte han verket "Mathematical Principles of Natural Philosophy." I dette arbeidet systematiserte Newton all kunnskap om bevegelse og kraft utarbeidet foran ham av Galileo, Hugens og andre vitenskapsmenn, så vel som kunnskapen kjent for ham selv. Basert på all denne kunnskapen oppdaget de de kjente mekanikkens lover og loven om universell gravitasjon. Disse lovene etablerer kvantitative forhold mellom arten av bevegelsen til legemer og kreftene som virker på dem.
Tyngdeloven
Det er en legende om at Newton ble bedt om å oppdage tyngdeloven ved å observere et eple falle fra et tre. I det minste nevner William Stukeley, Newtons biograf, dette. De sier at selv i sin ungdom lurte Newton på hvorfor et eple faller ned og ikke til siden. Men han klarte å løse dette problemet mye senere. Newton slo fast at bevegelsen til alle objekter adlyder den generelle loven om universell gravitasjon, som opererer mellom alle legemer.
"Alle legemer tiltrekker hverandre med en kraft som er direkte proporsjonal med massene deres og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem."
Eplet faller til bakken under påvirkning av kraften som jorden utøver sin gravitasjonsattraksjon på det. Og hvilken akselerasjon den får, forklarte Newton ved hjelp av sine tre lover.
Newtons første lov
Den store Newton formulerte selv denne loven som følger: "Hver kropp fortsetter å bli holdt i en tilstand av hvile eller jevn og rettlinjet bevegelse til og med mindre den blir tvunget av påførte krefter til å endre denne tilstanden."
Det vil si at hvis kroppen er ubevegelig, vil den forbli i denne tilstanden til en ekstern kraft begynner å virke på den. Og følgelig, hvis en kropp beveger seg jevnt og rettlinjet, vil den fortsette sin bevegelse til virkningen av en ytre kraft begynner.
Newtons første lov kalles også treghetsloven. Treghet er bevaring av hastighet av et legeme når ingen krefter virker på det.
Newtons andre lov
Hvis Newtons første lov beskriver hvordan en kropp oppfører seg hvis ingen kraft virker på den, så hjelper den andre loven å forstå hva som skjer med kroppen når en kraft begynner å virke.
Størrelsen på kraften som virker på et legeme er lik produktet av kroppens masse og akselerasjonen som kroppen mottar når kraften begynner å virke på den.
I matematisk form ser denne loven slik ut:
Hvor F- kraft som virker på kroppen;
m- kroppsmasse;
en– akselerasjonen som et legeme mottar under påvirkning av en påført kraft.
Fra denne ligningen er det klart at jo større kraften som virker på kroppen, desto større akselerasjon vil den motta. Og jo større massen til kroppen som denne kraften virker på, jo mindre vil kroppen akselerere sin bevegelse.
Newtons tredje lov
Loven sier at hvis legeme A virker på legeme B med en viss kraft, så virker legeme B med samme kraft på legeme A. Med andre ord Aksjonskraften er lik reaksjonskraften.
For eksempel virker en kanonkule avfyrt fra en kanon på kanonen med en kraft lik kraften som kanonen skyver kanonkulen ut med. Som et resultat av denne kraften ruller pistolen tilbake etter avfyring.
Fra sine generelle bevegelseslover trakk Newton mange konsekvenser som gjorde teoretisk mekanikk nesten perfekt. Loven om universell gravitasjon som han oppdaget koblet alle planetene som ligger i stor avstand fra hverandre til et enkelt system og la grunnlaget for himmelmekanikk, som studerer bevegelsen til planeter.
Det har gått mye tid siden Newton skapte lovene sine. Men alle disse lovene er fortsatt aktuelle i dag.
Opprinnelsen og utviklingen av fysikk som vitenskap. Fysikk er en av de eldste naturvitenskapene. De første fysikerne var greske tenkere som forsøkte å forklare observerte naturfenomener. Den største av de gamle tenkerne var Aristoteles (384-322 s. f.Kr.), som laget ordet "<{>vai?," ("fusis")
Hva betyr naturen på gresk? Men tro ikke at Aristoteles' fysikk på noen måte ligner på moderne fysikklærebøker. Nei! I den finner du ikke en eneste beskrivelse av et eksperiment eller enhet, ikke en eneste tegning eller tegning, ikke en eneste formel. Den inneholder filosofiske refleksjoner om ting, om tid, om bevegelse generelt. Alle verkene til vitenskapelige tenkere fra den antikke perioden var de samme. Slik beskriver den romerske dikteren Lucretius (ca. 99-55 s. f.Kr.) bevegelsen av støvpartikler i en solstråle i det filosofiske diktet «On the Nature of Things»: Fra den antikke greske filosofen Thales (624-547 s.). f.Kr.) vår kunnskap om elektrisitet og magnetisme oppstår, Demokrit (460-370 s. f.Kr.) er grunnleggeren av læren om materiens struktur, det var han som foreslo at alle legemer består av de minste partiklene - atomer, Euklid (III) århundre f.Kr.) utførte viktig forskning innen optikk - han var den første som formulerte de grunnleggende lovene for geometrisk optikk (loven om rettlinjet forplantning av lys og loven om refleksjon), og beskrev virkningen av flat og sfærisk. speilene.
Blant de fremragende vitenskapsmennene og oppfinnerne fra denne perioden inntar Arkimedes (287-212 s. f.Kr.) førsteplassen. Fra verkene hans "On the Equilibrium of Planes", "On Floating Bodies", "On Levers", begynner slike grener av fysikk som mekanikk og hydrostatikk å utvikle seg. Archimedes' strålende ingeniørtalent var tydelig i de mekaniske enhetene han designet.
Fra midten av 1500-tallet. Et kvalitativt nytt stadium i utviklingen av fysikk begynner - eksperimenter og eksperimenter begynner å bli brukt i fysikk. En av de første er Galileos opplevelse av å kaste en kanonkule og en kule fra det skjeve tårnet i Pisa. Dette eksperimentet ble berømt fordi det regnes som fysikkens "bursdag" som en eksperimentell vitenskap.
De vitenskapelige verkene til Isaac Newton ble en kraftig drivkraft for dannelsen av fysikk som vitenskap. I sitt arbeid «Mathematical Principles of Natural Philosophy» (1684) utvikler han et matematisk apparat for å forklare og beskrive fysiske fenomener. Den såkalte klassiske (newtonske) mekanikken ble bygget på lovene han formulerte.
Rask fremgang i studiet av naturen, oppdagelsen av nye fenomener og naturlover bidro til utviklingen av samfunnet. Siden slutten av 1700-tallet har utviklingen av fysikk forårsaket den raske utviklingen av teknologi. På dette tidspunktet dukket dampmaskiner opp og ble forbedret. På grunn av deres utbredte bruk i produksjon og transport, kalles denne perioden "parets alder." Samtidig studeres termiske prosesser i dybden, og en ny seksjon skilles ut i fysikk - termodynamikk. Det største bidraget til studiet av termiske fenomener tilhører S. Carnot, R. Clausius, D. Joule, D. Mendeleev, D. Kelvin og mange andre.
«Vi er utrolig heldige som lever i en tid da funn fortsatt kan gjøres. Det er som oppdagelsen av Amerika, som blir oppdaget en gang for alle. Århundret vi lever i er århundret for oppdagelsen av de grunnleggende naturlovene, og denne gangen vil aldri bli gjentatt. Dette er en fantastisk tid, en tid med spenning og glede, men dette vil ta slutt. Selvfølgelig vil interessene i fremtiden være helt forskjellige. Da vil de være interessert i forholdet mellom fenomener på forskjellige nivåer - biologiske, etc., eller, hvis vi snakker om funn, i studiet av andre planeter, men likevel vil dette ikke være det samme som det vi gjør nå. ”
Richard Feynman, The Nature of Physical Laws, M., "Science", 1987, s. 158.
«Nå vil jeg fortelle deg om kunsten å gjette naturlovene. Dette er virkelig kunst. Hvordan gjøres dette? For å prøve å svare på dette spørsmålet kan du for eksempel vende deg til vitenskapshistorien og se hvordan andre gjorde det. Det er derfor vi tar opp historien.
Dannelsen av fysikk (til 1600-tallet). De fysiske fenomenene i omverdenen har lenge tiltrukket seg folks oppmerksomhet. Forsøk på en årsaksforklaring av disse fenomenene gikk foran filosofien i moderne betydning av ordet. I den gresk-romerske verden (6. århundre f.Kr. - 2. århundre e.Kr.) oppsto først ideer om materiens atomstruktur (Democritus, Epicurus, Lucretius), et geosentrisk system av verden ble utviklet (Ptolemaios), de enkleste lovene ble etablert statikk (regelen om innflytelse), loven om rettlinjet forplantning og loven om refleksjon av lys ble oppdaget, prinsippene for hydrostatikk ble formulert (Archimedes lov), de enkleste manifestasjonene av elektrisitet og magnetisme ble observert.
Resultatet av ervervet kunnskap på 400-tallet. f.Kr e. ble sviktet av Aristoteles. Aristoteles fysikk inkluderte visse korrekte bestemmelser, men samtidig manglet den mange av de progressive ideene til forgjengerne, spesielt atomhypotesen. Aristoteles anerkjente viktigheten av erfaring, og anså det ikke som hovedkriteriet for påliteligheten til kunnskap, og foretrakk spekulative ideer. I middelalderen bremset læren til Aristoteles, kanonisert av kirken, utviklingen av vitenskapen i lang tid.
Vitenskapen ble gjenopplivet først på 1400- og 1500-tallet. i kampen mot den skolastiske læren til Aristoteles. På midten av 1500-tallet. N. Copernicus la frem et heliosentrisk system av verden og la grunnlaget for frigjøringen av naturvitenskapen fra teologien. Behovene til produksjon, utvikling av håndverk, skipsfart og artilleri stimulerte vitenskapelig forskning basert på erfaring. Imidlertid på 1400-–1500-tallet. eksperimentelle studier var for det meste tilfeldige. Først på 1600-tallet. Den systematiske anvendelsen av den eksperimentelle metoden i fysikk begynte, og dette førte til opprettelsen av den første grunnleggende fysiske teorien - Newtons klassiske mekanikk.
Dannelse av fysikk som vitenskap (begynnelsen av 1600-tallet – slutten av 1700-tallet).
Utviklingen av fysiologi som vitenskap i moderne betydning av ordet stammer fra verkene til G. Galileo (første halvdel av 1600-tallet), som forsto behovet for en matematisk beskrivelse av bevegelse. Han viste at påvirkningen fra omkringliggende kropper på en gitt kropp ikke bestemmer hastigheten, slik man trodde i aristotelisk mekanikk, men akselerasjonen av kroppen. Denne uttalelsen representerte den første formuleringen av treghetsloven. Galileo oppdaget relativitetsprinsippet i mekanikk (se Galileos relativitetsprinsipp) , beviste uavhengigheten til akselerasjonen av fritt fall av kropper fra deres tetthet og masse, underbygget teorien om Copernicus. Han oppnådde også betydelige resultater på andre områder av fysikk. Han bygde et teleskop med høy forstørrelse og gjorde med dets hjelp en rekke astronomiske funn (fjell på månen, satellitter fra Jupiter, etc.). Den kvantitative studien av termiske fenomener begynte etter at Galilesem oppfant det første termometeret.
I 1. halvdel av 1600-tallet. vellykket studie av gasser begynte. Galileos student E. Torricelli etablerte eksistensen av atmosfærisk trykk og skapte det første barometeret. R. Boyle og E. Marriott studerte elastisiteten til gasser og formulerte den første gassloven, som bærer deres navn. W. Snellius og R. Descartes oppdaget loven om lysbrytning. Samtidig ble mikroskopet laget. Et betydelig skritt fremover i studiet av magnetiske fenomener ble gjort helt på begynnelsen av 1600-tallet. W. Gilbert. Han beviste at jorden er en stor magnet, og var den første som klarte å skille mellom elektriske og magnetiske fenomener.
Hovedprestasjonen til F. 1600-tallet. var skapelsen av klassisk mekanikk. Ved å utvikle ideene til Galileo, H. Huygens og andre forgjengere, formulerte I. Newton i sitt arbeid "Mathematical Principles of Natural Philosophy" (1687) alle de grunnleggende lovene i denne vitenskapen (se Newtons mekanikklover) . Under konstruksjonen av klassisk mekanikk ble idealet om en vitenskapelig teori, som fortsatt eksisterer i dag, nedfelt for første gang. Med fremkomsten av newtonsk mekanikk ble det endelig forstått at vitenskapens oppgave er å finne de mest generelle kvantitativt formulerte naturlovene.
Newtonsk mekanikk oppnådde sin største suksess med å forklare bevegelsen til himmellegemer. Basert på lovene for planetbevegelse etablert av J. Kepler på grunnlag av observasjoner av T. Brahe, oppdaget Newton loven om universell gravitasjon (se Newtons gravitasjonslov) . MED Ved hjelp av denne loven var det mulig å beregne med bemerkelsesverdig nøyaktighet bevegelsen til Månen, planetene og kometene i solsystemet, og forklare havets flo og fjære. Newton holdt seg til begrepet langdistansehandling, ifølge hvilket samspillet mellom kropper (partikler) skjer umiddelbart direkte gjennom tomrommet; interaksjonskrefter må bestemmes eksperimentelt. Han var den første som klart formulerte de klassiske konseptene om absolutt rom som en beholder av materie, uavhengig av dens egenskaper og bevegelse, og absolutt jevnt flytende tid. Inntil etableringen av relativitetsteorien gjennomgikk disse ideene ingen endringer.
Oppdagelsen av elektrisk strøm av L. Galvani og A. Volta var av stor betydning for utviklingen av fysiologien. Opprettelsen av kraftige likestrømkilder - galvaniske batterier - gjorde det mulig å oppdage og studere de forskjellige effektene av strøm. Den kjemiske effekten av strøm ble undersøkt (G. Davy, M. Faraday). V.V. Petrov mottok en elektrisk lysbue. Oppdagelsen av H. K. Oersted (1820) av virkningen av elektrisk strøm på en magnetisk nål beviste sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme. Basert på enheten av elektriske og magnetiske fenomener, kom A. Ampere til den konklusjon at alle magnetiske fenomener er forårsaket av bevegelige ladede partikler - elektrisk strøm. Etter dette etablerte Ampere eksperimentelt en lov som bestemmer kraften til interaksjon av elektriske strømmer (Amperes lov) .
I 1831 oppdaget Faraday fenomenet elektromagnetisk induksjon (se Elektromagnetisk induksjon ) . Når man forsøkte å forklare dette fenomenet ved hjelp av konseptet langdistansehandling, ble det møtt betydelige vanskeligheter. Faraday la frem en hypotese (selv før oppdagelsen av elektromagnetisk induksjon) ifølge hvilken elektromagnetiske interaksjoner utføres gjennom et mellommiddel - et elektromagnetisk felt (begrepet kortdistansehandling). Dette markerte begynnelsen på dannelsen av en ny vitenskap om egenskapene og adferdslovene til en spesiell form for materie - det elektromagnetiske feltet.
Allerede før oppdagelsen av denne loven oppnådde S. Carnot i sitt arbeid "Refleksjoner over ildens drivkraft og over maskiner som er i stand til å utvikle denne kraften" (1824), resultater som tjente som grunnlag for en annen grunnleggende lov i teorien av varme - termodynamikkens andre lov. Denne loven ble formulert i verkene til R. Clausius (1850) og W. Thomson (1851). Det er en generalisering av eksperimentelle data som indikerer irreversibiliteten til termiske prosesser i naturen, og bestemmer retningen for mulige energiprosesser. En betydelig rolle i konstruksjonen av termodynamikk ble spilt av forskningen til J. L. Gay-Lussac, på grunnlag av hvilken B. Clapeyron fant tilstandsligningen til en ideell gass, senere generalisert av D. I. Mendeleev.
Samtidig med utviklingen av termodynamikk utviklet den molekylære kinetiske teorien om termiske prosesser. Dette gjorde det mulig å inkludere termiske prosesser innenfor rammen av det mekaniske verdensbildet og førte til oppdagelsen av en ny type lover - statistiske, der alle sammenhenger mellom fysiske størrelser er sannsynlige.
På det første stadiet av utviklingen av den kinetiske teorien om det enkleste mediet - gass - beregnet Joule, Clausius og andre gjennomsnittsverdiene av forskjellige fysiske mengder: hastigheten til molekyler, antall kollisjoner per sekund, gjennomsnittlig fri. sti osv. Gasstrykkets avhengighet av antall molekyler per volumenhet og den gjennomsnittlige kinetiske energien til translasjonsbevegelsen til molekyler ble oppnådd. Dette gjorde det mulig å avsløre den fysiske betydningen av temperatur som et mål på den gjennomsnittlige kinetiske energien til molekyler.
Den andre fasen i utviklingen av molekylær kinetisk teori begynte med arbeidet til J. C. Maxwell. I 1859, etter å ha introdusert begrepet sannsynlighet for første gang i fysikk, fant han loven om fordeling av molekyler etter hastighet (se Maxwell-fordeling ) . Etter dette utvidet mulighetene for molekylær kinetisk teori seg enormt Og senere førte til etableringen av statistisk mekanikk. L. Boltzmann bygde en kinetisk teori om gasser og ga en statistisk underbyggelse av termodynamikkens lover. Hovedproblemet, som Boltzmann i stor grad var i stand til å løse, var å forene den tidsreversible naturen til bevegelsen til individuelle molekyler med den åpenbare irreversibiliteten til makroskopiske prosesser. I følge Boltzmann tilsvarer den termodynamiske likevekten til et system maksimal sannsynlighet for en gitt tilstand. Irreversibiliteten til prosesser er assosiert med systemenes tendens til den mest sannsynlige tilstanden. Teoremet han beviste om jevn fordeling av gjennomsnittlig kinetisk energi over frihetsgradene var av stor betydning.
Klassisk statistisk mekanikk ble fullført i verkene til J. W. Gibbs (1902), som skapte en metode for å beregne distribusjonsfunksjoner for ethvert system (ikke bare gasser) i en tilstand av termodynamisk likevekt. Statistisk mekanikk fikk generell anerkjennelse på 1900-tallet. etter opprettelsen av A. Einstein og M. Smoluchowski (1905–06) basert på den molekylære kinetiske teorien om den kvantitative teorien om Brownsk bevegelse, bekreftet i eksperimentene til J. B. Perrin.
I 2. halvdel av 1800-tallet. Den lange prosessen med å studere elektromagnetiske fenomener ble fullført av Maxwell. I sitt hovedverk, "Treatise on Electricity and Magnetism" (1873), etablerte han ligninger for det elektromagnetiske feltet (som bærer navnet hans), som forklarte alle fakta kjent på den tiden fra et enkelt synspunkt og gjorde det mulig å forutsi nye fenomener. Maxwell tolket elektromagnetisk induksjon som prosessen med generering av et elektrisk virvelfelt av et vekslende magnetfelt. Etter dette spådde han den motsatte effekten - generering av et magnetisk felt ved et vekslende elektrisk felt (se Forskyvningsstrøm) . Det viktigste resultatet av Maxwells teori var konklusjonen om at forplantningshastigheten til elektromagnetiske interaksjoner er begrenset, lik lysets hastighet. Den eksperimentelle oppdagelsen av elektromagnetiske bølger av G. R. Hertz (1886–89) bekreftet gyldigheten av denne konklusjonen. Det fulgte av Maxwells teori at lys har en elektromagnetisk natur. Dermed ble optikk en av grenene innen elektrodynamikk. Helt på slutten av 1800-tallet. P. N. Lebedev oppdaget og målte eksperimentelt lystrykket forutsagt av Maxwells teori, og A. S. Popov var den første som brukte elektromagnetiske bølger for trådløs kommunikasjon.
Erfaring har vist at relativitetsprinsippet formulert av Galileo, ifølge hvilket mekaniske fenomener forløper identisk i alle treghetsreferansesystemer, også er gyldig for elektromagnetiske fenomener. Derfor bør ikke Maxwells ligninger endre form (de skal være invariante) når de flyttes fra ett treghetsreferansesystem til et annet. Det viste seg imidlertid at dette bare er sant hvis transformasjonene av koordinater og tid under en slik overgang er forskjellige fra de galileiske transformasjonene som er gyldige i newtonsk mekanikk. Lorentz fant disse transformasjonene (Lorentz-transformasjoner) , men kunne ikke gi dem den riktige tolkningen. Dette ble gjort av Einstein i sin teori om spesiell relativitet.
Oppdagelsen av den delvise relativitetsteorien viste begrensningene i det mekaniske bildet av verden. Forsøk på å redusere elektromagnetiske prosesser til mekaniske prosesser i et hypotetisk medium - eteren - viste seg å være uholdbare. Det ble klart at det elektromagnetiske feltet er en spesiell form for materie, hvis oppførsel ikke overholder mekanikkens lover.
I 1916 utviklet Einstein den generelle relativitetsteorien – den fysiske teorien om rom, tid og tyngdekraft. Denne teorien markerte et nytt stadium i utviklingen av teorien om gravitasjon.
På begynnelsen av 1800- og 1900-tallet, selv før opprettelsen av den spesielle relativitetsteorien, ble begynnelsen på den største revolusjonen innen fysikkfeltet lagt, assosiert med fremveksten og utviklingen av kvanteteorien.
På slutten av 1800-tallet. Det viste seg at fordelingen av termisk strålingsenergi på tvers av spekteret, avledet fra loven om klassisk statistisk fysikk om ensartet fordeling av energi over frihetsgrader, motsier erfaring. Det fulgte av teorien at materie skulle sende ut elektromagnetiske bølger ved enhver temperatur, miste energi og avkjøles til absolutt null, dvs. at termisk likevekt mellom materie og stråling er umulig. Men hverdagserfaring motsa denne konklusjonen. Løsningen ble funnet i 1900 av M. Planck, som viste at resultatene av teorien stemmer overens med erfaring, hvis vi antar, i motsetning til klassisk elektrodynamikk, at atomer avgir elektromagnetisk energi ikke kontinuerlig, men i separate porsjoner - kvanter. Energien til hvert slikt kvantum er direkte proporsjonalt med frekvensen, og proporsjonalitetskoeffisienten er virkningskvantet h= 6,6×10 -27 erg× sek, som senere ble kjent som Plancks konstant.
I 1905 utvidet Einstein Plancks hypotese, og antydet at den utsendte delen av elektromagnetisk energi også sprer seg og absorberes bare som en helhet, dvs. oppfører seg som en partikkel (senere kalt et foton) . Basert på denne hypotesen forklarte Einstein lovene for den fotoelektriske effekten som ikke passer inn i rammeverket for klassisk elektrodynamikk.
Dermed ble den korpuskulære teorien om lys gjenopplivet på et nytt kvalitativt nivå. Lys oppfører seg som en strøm av partikler (korpuskler); men samtidig har den også bølgeegenskaper, som manifesterer seg, spesielt i diffraksjon og interferens av lys. Følgelig er bølge- og korpuskulære egenskaper, uforenlige fra klassisk fysikks synspunkt, iboende i lys i like stor grad (lysdualisme). "Kvantisering" av stråling førte til konklusjonen at energien til intraatomiske bevegelser også bare kan endre seg brått. Denne konklusjonen ble gjort av N. Bohr i 1913.
I 1926 formulerte Schrödinger, som prøvde å oppnå diskrete verdier av atomenergi fra en bølgeligning, den grunnleggende ligningen for kvantemekanikk, oppkalt etter ham. W. Heisenberg og Born (1925) konstruerte kvantemekanikk i en annen matematisk form – den såkalte. matrisemekanikk.
I følge Pauli-prinsippet er energien til hele settet av frie elektroner i et metall, selv ved absolutt null, ikke null. I en ueksitert tilstand er alle energinivåer, som starter fra null og slutter med et maksimumsnivå (Fermi-nivå), okkupert av elektroner. Dette bildet gjorde det mulig for Sommerfeld å forklare det lille bidraget fra elektroner til varmekapasiteten til metaller: ved oppvarming er det bare elektroner nær Fermi-nivået som blir begeistret.
I verkene til F. Bloch, H. A. Bethe og L. Neel Ginzburg om kvanteelektrodynamikk. De første forsøkene på direkte å studere strukturen til atomkjernen dateres tilbake til 1919, da Rutherford, ved å bombardere stabile nitrogenkjerner med alfapartikler, oppnådde sin kunstige transformasjon til oksygenkjerner. Oppdagelsen av nøytronet i 1932 av J. Chadwick førte til opprettelsen av den moderne proton-nøytronmodellen av kjernen (D. D. Ivanenko, Heisenberg). I 1934 oppdaget ektefellene I. og F. Joliot-Curie kunstig radioaktivitet.
Opprettelsen av ladede partikkelakseleratorer gjorde det mulig å studere ulike kjernefysiske reaksjoner. Det viktigste resultatet av dette stadiet av fysikk var oppdagelsen av fisjon av atomkjernen.
I 1939–45 ble kjernekraft først frigjort ved bruk av fisjonskjedereaksjonen på 235 U og atombomben ble opprettet. Æren for å bruke den kontrollerte kjernefysiske fisjonsreaksjonen på 235 U til fredelige, industrielle formål tilhører USSR. I 1954 ble det første atomkraftverket bygget i USSR (Obninsk). Senere ble kostnadseffektive atomkraftverk etablert i mange land.
nøytrinoer og mange nye elementærpartikler ble oppdaget, inkludert ekstremt ustabile partikler - resonanser, hvis gjennomsnittlige levetid bare er 10 -22 -10 -24 sek. . Den oppdagede universelle interkonvertibiliteten til elementærpartikler indikerte at disse partiklene ikke er elementære i ordets absolutte betydning, men har en kompleks indre struktur som ennå ikke er oppdaget. Teorien om elementarpartikler og deres interaksjoner (sterke, elektromagnetiske og svake) er gjenstand for kvantefeltteori – en teori som fortsatt er langt fra komplett.
Bakgrunn for fysikk. Observasjon av fysisk fenomener som fant sted i oldtiden. På den tiden var prosessen med å akkumulere faktakunnskap ennå ikke differensiert: fysiske, geometriske og astronomiske konsepter utviklet sammen.
Den systematiske akkumuleringen av fakta og forsøk på å forklare og generalisere dem, som gikk forut for opprettelsen av fysikk (i moderne betydning av ordet), skjedde spesielt intensivt i epoken med gresk-romersk kultur(6. århundre f.Kr. - 2. århundre e.Kr.). I løpet av denne epoken, de første ideene om atomstruktur av materie(Democritus, Epicurus, Lucretius), et geosentrisk system av verden ble skapt (Ptolemaios), begynnelsen av et heliosentrisk system dukket opp (Aristarchus fra Samos), noen enkle statikkens lover(regler for innflytelse, tyngdepunkt), første resultater oppnådd anvendt optikk(speil ble laget, loven om lysrefleksjon ble oppdaget, brytningsfenomenet ble oppdaget), de enkleste prinsippene ble oppdaget hydrostatikk(Arkimedes lov). De enkleste fenomenene magnetisme og elektrisitet var kjent i antikken.
Undervisning Aristoteles (389 – 322 f.Kr.) oppsummerte kunnskapen om forrige periode 1. Læren til Aristoteles, kanonisert av kirken, ble til en bremse for den videre utviklingen av naturvitenskapen. Etter tusenvis av år med stagnasjon og sterilitet ble fysikken gjenopplivet først på 1400- og 1500-tallet. i kampen mot skolastisk filosofi. Gjenopplivingen av vitenskapen ble hovedsakelig bestemt av produksjonens behov i produksjonsperioden. Store geografiske oppdagelser, spesielt oppdagelsen av Amerika, bidro til akkumuleringen av mange nye observasjoner og til å velte gamle fordommer. Utviklingen av håndverk, skipsfart og artilleri skapte insentiver for vitenskapelig forskning. Vitenskapelig tenkning fokuserte på problemer med konstruksjon, hydraulikk og ballistikk, og interessen for matematikk økte. Utviklingen av teknologi har skapt muligheter for eksperimentering. Leonardo da Vinci stilte en hel rekke fysiske spørsmål og prøvde å løse dem gjennom eksperimenter. Ordtaket tilhører ham: "erfaring bedrar aldri, bare våre vurderinger er villedende" .
På 1400- og 1500-tallet var det imidlertid individuelle fysiske observasjoner og eksperimentelle studier tilfeldig natur. Først 1600-tallet begynte systematisk anvendelse av den eksperimentelle metoden i fysikk og den kontinuerlige veksten av fysisk kunnskap siden den gang.
Den første perioden med utvikling av fysikk , kalt klassisk, begynner med verkene Galileo Galilei (1564 – 1642) . Nøyaktig Galileo var skaperen av den eksperimentelle metoden i fysikk. Et nøye gjennomtenkt eksperiment, separasjon av sekundære faktorer fra hovedfaktoren i fenomenet som studeres, ønsket om å etablere nøyaktige kvantitative forhold mellom parameterne til fenomenet - dette er Galileos metode. Ved å bruke denne metoden la Galileo det første grunnlaget høyttalere. Galileo tilbakeviste de feilaktige uttalelsene til Aristoteles' mekanikk: han var spesielt i stand til å vise at ikke hastighet, men akselerasjon er en konsekvens av ytre påvirkning på kroppen. I jobben min "Samtaler og matematiske bevis angående to nye grener av vitenskap ..." (1638) Galileo underbygger denne konklusjonen på en overbevisende måte, som representerer den første formuleringen treghetsloven, eliminerer synlige motsetninger. Det beviser han av erfaring akselerasjonen av fritt fall av legemer avhenger ikke av deres tetthet og masse. Med tanke på bevegelsen til en kastet kropp, finner Galileo loven om addisjon av bevegelser og uttrykker i hovedsak posisjonen om uavhengigheten til kreftenes handlinger. "Samtalene" gir også informasjon om styrken til kropper. Han formulerte også ideer om relativitet av bevegelse(relativitetsprinsippet), bevegelse av kropper langs et skråplan ( faktisk oppdaget han Newtons to første lover).
I verkene til Galileo og Blaise Pascal grunnlaget ble lagt hydrostatikk. Galileo gjorde viktige oppdagelser på andre områder av fysikken. For første gang bekrefter han eksperimentelt fenomenet overflatespenning, som ble studert mye senere. Galileo beriker anvendt optikk teleskopet hans og termometeret hans førte til kvantitativ studie av termiske fenomener.
I 1. halvdel av 1600-tallet oppsto den fysiske læren om gasser, som hadde stor praktisk betydning. Galileos student E. Torricelli oppdager eksistensen av lufttrykk og skaper det første barometer. O. Guericke finner opp en luftpumpe og tilbakeviser til slutt den aristoteliske uttalelsen om «frykten for tomhet». R. Boyle og litt senere E. Marriott De studerer elastisiteten til gasser og oppdager loven kjent under deres navn. V. Snellius (Holland) og R. Descartes (Frankrike) oppdage loven om lysbrytning. Opprettelsen av mikroskopet dateres tilbake til samme tid. Observasjoner på magneter (i skipsnavigasjon) og på elektrifisering under friksjon gir verdifull informasjon innen elektrostatikk og magnetostatikk, hvis opphavsmann bør anerkjennes som den engelske naturforskeren W. Gilbert .
2. halvdel av 1600-tallet var enda rikere på hendelser. Galileos «Samtaler» la grunnlaget for forskning grunnleggende om mekanikk. Studie av krumlinjet bevegelse ( X. Huygens ) forberedte åpningen mekanikkens grunnleggende lov- forholdet mellom kraft, masse og akselerasjon, først formulert I. Newton i hans "Matematiske prinsipper for naturfilosofi" (1687) . Newton etablerte også den grunnleggende loven om systemdynamikk (likhet mellom handling og reaksjon), der tidligere studier av kroppens påvirkning (H. Huygens) fant sin generalisering. For første gang krystalliserer de grunnleggende begrepene i fysikk -- begreper rom og tid.
Basert på lovene for planetarisk bevegelse etablert av Kepler, formulerte Newton først i sin Principia loven om universell gravitasjon, som mange forskere på 1600-tallet prøvde å finne. Newton bekreftet denne loven ved å beregne akselerasjonen til Månen i sin bane basert på verdien av tyngdeakselerasjonen målt på 70-tallet av 1600-tallet. Han forklarte også forstyrrelsene i Månens bevegelse og årsaken til havets flo og fjære. Betydningen av denne oppdagelsen av Newton kan ikke overvurderes. Det viste samtiden vitenskapens kraft. Den endret hele det forrige bildet av universet.
Samtidig har X. Huygens og G. Leibniz formulere loven om bevaring av momentum ( tidligere uttrykt av Descartes i en unøyaktig form) og loven om bevaring av levende krefter. Huygens lager teorien om en fysisk pendel og konstruerer en klokke med en pendel. En av de allsidige vitenskapsmennene på 1600-tallet R. Hooke (England) åpner kjent ved hans navn loven om elastisitet. M. Mersenne (Frankrike) legger grunnlaget fysisk akustikk; han studerer lyden av en streng og måler lydens hastighet i luft.
I løpet av disse årene, på grunn av den økende bruken av skoper, utviklet geometrisk optikk seg raskt og grunnleggende om fysisk optikk. F. Grimaldi (Italia) i 1665 oppdager lysets diffraksjon. Newton utvikler sin teori om spredning og interferens av lys. Han legger frem hypotesen om lyslegemer. Spektroskopi stammer fra Newtons optiske studier. O. Roemer (Danmark) i 1672 måler lysets hastighet. Newtons samtidige Huygens utvikler originalen grunnleggende om bølgeoptikk, formulerer prinsippet om forplantning av bølger (lys), kjent under hans navn, utforsker og forklarer fenomenet dobbel brytning i krystaller 2.
Dermed, på 1600-tallet ble grunnlaget for mekanikk skapt og forskning begynte på de viktigste områdene av fysikk - i studiet av elektrisitet og magnetisme, varme, fysisk optikk og akustikk.
På 1700-tallet Videreutvikling av alle fysikkområder fortsetter. Newtonsk mekanikk blir et omfattende kunnskapssystem som dekker bevegelseslovene til jordiske og himmellegemer. Gjennom arbeid L. Euler , Fransk forsker A. Clairaut etc. blir opprettet himmelmekanikk, brakt til høy perfeksjon P. Laplace. I sin utviklede form ble mekanikk grunnlaget for datidens maskinteknologi, spesielt hydraulikk.
I andre grener av fysikken på 1700-tallet skjedde det ytterligere akkumulering av eksperimentelle data, og de enkleste lovene ble formulert. V. Franklin formulerer lov om bevaring av ladning. På midten av 1700-tallet ble den opprettet første elektriske kondensator(Leyden-krukken til P. Muschenbroek i Holland), som gjorde det mulig å akkumulere store elektriske ladninger, noe som gjorde det lettere å studere loven om deres samhandling. Denne loven, som er grunnlaget for elektrostatikk, ble oppdaget uavhengig G. Cavendish Og J. Priestley (England) og Sh. anheng (Frankrike). reiste seg læren om atmosfærisk elektrisitet. W. Franklin i 1752 og et år senere M.V. Lomonosov Og G.V. Richman studerte lynutladninger og beviste lynets elektriske natur.
Fotometri begynte å bli laget i optikk: engelske forskere V. Herschel Og W. Wollaston åpnet infrarøde stråler, og den tyske vitenskapsmannen I. Ritter - ultrafiolett. Utviklingen av kjemi og metallurgi stimulerte utviklingen lære om varme: konseptet varmekapasitet ble formulert, varmekapasiteten til ulike stoffer ble målt, og kalorimetri ble grunnlagt. Lomonosov spådde eksistensen av absolutt null. Forskning begynte på termisk ledningsevne og termisk stråling, og studiet av termisk utvidelse av legemer. I samme periode ble det opprettet og begynte å bli bedre Dampmaskin.
Det var sant at varme ble forestilt i form av en spesiell vektløs væske - Kalorisk På lignende måte ble elektrifiseringen av legemer forklart ved hjelp av den elektriske væskehypotesen, og magnetiske fenomener - med magnetisk væske. Generelt, i løpet av 1700-tallet, penetrerte modeller av uoversiktlig væske alle grener av fysikken. De aller fleste forskere var ikke i tvil om deres eksistens! Dette var en konsekvens av troen på at ulike fysiske fenomener - termiske, elektriske, magnetiske, optiske - ikke er relatert til hverandre, uavhengig av hverandre. Det ble antatt at hvert fenomen har sin egen "bærer", et spesielt stoff. Bare noen få progressive hjerner, inkludert Euler og Lomonosov, benektet tilstedeværelsen av vektløs materie og så i termiske fenomener og egenskapene til gasser den skjulte, men uopphørlige bevegelsen til de minste partiklene. I denne meningsforskjellen var det en forskjell fysiske "verdensbilder" - Newtonsk Og kartesisk, som oppsto tilbake på 1600-tallet.
Tilhengerne av Descartes (Cartesius) betraktet alle fysiske fenomener som forskjellige bevegelser av samme primære materie, hvis eneste egenskaper er forlengelse og treghet. Han mente at som et resultat av ulike bevegelser og kollisjoner av deler av primærstoffet, dannes det partikler av materie (korpuskler) av forskjellige volumer og former, mellom hvilke partikler av den mest raffinerte formen for materie - eter - beveger seg. Tilhengerne av Descartes så fysikkens oppgave i lage rent mekaniske modeller av fenomener. Universell tyngdekraft, elektriske og magnetiske interaksjoner, kjemiske reaksjoner - alt ble forklart av forskjellige virvler i eteren, som koblet sammen eller separerte materiepartikler.
Dette verdensbildet møtte imidlertid innvendinger allerede på midten av 1600-tallet. Dens utilfredsstillelse ble mest overbevisende vist av Newton i Principia. Newton beviste at forklaringen på universell gravitasjon gitt av karteserne motsier fakta: virvler i eteren, som ifølge Descartes fullstendig fyller hele solsystemet og bærer planetene med seg, utelukker muligheten for fri passasje av kometer gjennom solsystemet uten å miste bevegelsen.
Newtons verdensbilde er basert på ideen om atomer atskilt av tomhet og som øyeblikkelig interagerer gjennom tomheten med tiltreknings- eller frastøtningskrefter (langdistansehandling). Krafter, ifølge Newton, er den primære, opprinnelige egenskapen til visse typer partikler; En kraft som gravitasjon er karakteristisk for alle materiepartikler. I motsetning til karteserne, anså Newton det som mulig at mekanisk bevegelse ikke kunne bevares i naturen. Newton sag fysikkens hovedoppgave er å finne samspillskreftene mellom legemer. Han utelukket ikke eksistensen av eter, men betraktet det som en tynn elastisk gass som fyller kroppens porer og samhandler med materie.
Kampen mellom newtonske og kartesiske ideer varte i nesten to århundrer. De samme naturlovene ble tolket forskjellig av tilhengere av disse to retningene. På 1700-tallet Newtons synspunkter seiret i fysikken og hadde stor innflytelse på dens videre utvikling. De bidro implementering av matematiske metoder i fysikk. Samtidig styrket de seg i 100 år ideen om langsiktig handling. Kartesiske tendenser gjenopplivet igjen i andre halvdel av 1800-tallet, etter opprettelsen av bølgeteorien om lys, oppdagelsen av det elektromagnetiske feltet og loven om bevaring av energi.
Andre periode av fysikkens historie begynner i det første tiåret av 1800-tallet. På 1800-tallet ble de viktigste oppdagelsene og teoretiske generaliseringene gjort, som ga fysikken sin karakter. en enkelt helhetlig vitenskap. Enheten mellom ulike fysiske prosesser kommer til uttrykk i loven om bevaring av energi. Den avgjørende rollen i den eksperimentelle utarbeidelsen av denne loven ble spilt av åpning av elektrisk strøm og studiet av dens forskjellige handlinger, så vel som studiet av de gjensidige transformasjonene av varme og mekanisk arbeid. I 1820 H. K. Ørsted (Danmark) oppdaget virkningen av elektrisk strøm på en magnetisk nål. Oersteds erfaring fungerte som en drivkraft for forskning A. Ampera, D. Arago osv. Loven om vekselvirkning av to elektriske strømmer, funnet av Ampere, ble grunnlaget elektrodynamikk. Med livlig deltakelse fra andre forskere fant Ampere raskt ut sammenheng mellom magnetiske fenomener og elektriske, som til slutt reduserer magnetisme til strømningers handlinger. Så ideen om magnetiske væsker sluttet å eksistere. I 1831 oppdaget Faraday elektromagnetisk induksjon, og realiserte dermed planen sin: "å konvertere magnetisme til elektrisitet."
På dette stadiet av utviklingen den gjensidige påvirkningen fra fysikk og teknologi har økt betydelig. Utviklingen av dampteknologi skapte mange problemer for fysikken. Fysiske studier av gjensidig transformasjon av mekanisk energi og varme, kulminerte opprettelse termodynamikk, fungerte som grunnlag for å forbedre varmemotorer. Etter oppdagelsen av elektrisk strøm og dens lover, utviklingen av elektroteknikk(oppfinnelsen av telegrafen, elektroformingen, dynamoen), som igjen bidro til fremgangen elektrodynamikk.
I 1. halvdel av 1800-tallet ideen om vektløse stoffer kollapser. Denne prosessen ble utført sakte og med store vanskeligheter. Det første hullet i det da dominerende fysiske verdensbildet ble laget av bølgeteori om lys(Engelsk vitenskapsmann T. Jung , Fransk forskere O. Fresnel og D. Arago ) 3 . Hele settet av fenomener med interferens, diffraksjon og polarisering av lys, spesielt fenomenet interferens av polariserte stråler, kunne ikke teoretisk tolkes fra et korpuskulært synspunkt og fant samtidig en fullstendig forklaring i bølgeteorien, iht. hvilket lys er tverrgående bølger som forplanter seg i et medium (på luft). Dermed ble lysende materie avvist allerede i det andre tiåret av 1800-tallet.
Mer holdbar sammenlignet med lett materie og magnetisk væske, viste seg å være ideen om kalori. Selv om eksperimenter B. Rumfoord , som beviste muligheten for å oppnå en ubegrenset mengde varme gjennom mekanisk arbeid, var i klar motsetning til ideen om en spesiell termisk substans, sistnevnte varte til midten av århundret; det så ut til at bare med dens hjelp kunne den latente varmen fra smelting og fordampning forklares. Æren for å skape den kinetiske teorien, hvis begynnelse dateres tilbake til Lomonosovs og D. Bernoullis tid, tilhørte engelske forskere J. Joule, W. Thomson (Kelvin) og den tyske vitenskapsmannen R. Clausius .
Som et resultat av mangesidige og langvarige eksperimenter, under betingelsene for en vanskelig kamp med utdaterte ideer, ble den gjensidige foranderligheten av forskjellige fysiske prosesser og dermed enheten av alle da kjente fysiske fenomener bevist.
Direkte bevis på bevaring av energi for eventuelle fysiske og kjemiske transformasjoner ble gitt i arbeidene Yu Mayer (Tyskland), J. Joule Og G. Helmholtz . Etter at loven om bevaring av energi fikk universell anerkjennelse (på 50-tallet av 1800-tallet), ble den hjørnesteinen i moderne naturvitenskap. Loven om bevaring av energi og prinsippet om entropiforandring [R. Clausius, W. Thomson (Kelvin)] dannet grunnlaget termodynamikk; de er vanligvis formulert som termodynamikkens første og andre lov.
Beviset for ekvivalens av varme og arbeid bekreftet synet på varme som uordnet bevegelse av atomer og molekyler. Gjennom verkene til Joule, Clausius, Maxwell, Boltzmann og andre ble den skapt kinetisk teori om gasser. Allerede på de første stadiene av utviklingen av denne teorien, da molekyler fortsatt ble betraktet som solide elastiske kuler, var det mulig å avsløre den kinetiske betydningen av slike termodynamiske størrelser som temperatur og trykk. Den kinetiske teorien om gasser gjorde det mulig å beregne gjennomsnittlige reiseavstander til molekyler, størrelsen på molekylene og deres antall per volumenhet.
Ideen om enheten av alle fysiske prosesser førte i andre halvdel av 1800-tallet til en radikal omstrukturering av all fysikk, til dens forening til to store seksjoner- materiens fysikk Og feltfysikk. Grunnlaget for den første var den kinetiske teorien, den andre - læren om det elektromagnetiske feltet.
Kinetisk teori som opererer med gjennomsnittsverdier, for første gang introduserte metoder for sannsynlighetsteori i fysikk. Det fungerte som et utgangspunkt statistisk fysikk- en av de mest generelle fysiske teoriene. Grunnlaget for statistisk fysikk ble systematisert allerede på terskelen til det 20. århundre av den amerikanske vitenskapsmannen J. Gibbs .
Av like grunnleggende betydning var oppdagelse av det elektromagnetiske feltet og dets lover. Skaperen av læren om det elektromagnetiske feltet var M. Faraday . Han var den første som uttrykte ideen om at elektriske og magnetiske effekter ikke overføres direkte fra en ladning til en annen, men forplanter seg gjennom et mellommedium. Faradays syn på feltet var matematisk utviklet av Maxwell på 60-tallet av 1800-tallet, som klarte å gi et komplett system av ligninger for det elektromagnetiske feltet. Feltteori ble like konsistent som newtonsk mekanikk.
Elektromagnetisk feltteori fører til ideen om en begrenset forplantningshastighet av elektromagnetiske handlinger, uttrykt av Maxwell (forutsatt enda tidligere av Faraday). Denne ideen gjorde det mulig for Maxwell å forutsi eksistensen elektromagnetiske bølger. Maxwell konkluderte også med det lysets elektromagnetiske natur. Den elektromagnetiske teorien om lys smeltet sammen elektromagnetisme og optikk.
Imidlertid ble teorien om det elektromagnetiske feltet generelt akseptert først etter den tyske fysikeren G. Hertz eksperimentelt oppdaget elektromagnetiske bølger og bevist at de følger de samme lovene for brytning, refleksjon og interferens som lysbølger.
I 2. halvdel av 1800-tallet økte fysikkens rolle i teknologien betydelig. Elektrisitet har funnet anvendelse ikke bare som et kommunikasjonsmiddel (telegraf, telefon), men også som en metode for å overføre og distribuere energi og som en lyskilde. På slutten av 1800-tallet ble elektromagnetiske bølger brukt til trådløs kommunikasjon ( A. S. Popov, Marconi ), som markerte begynnelsen på radiokommunikasjon. Teknisk termodynamikk bidro til utviklingen av forbrenningsmotorer. reiste seg lavtemperaturteknologi. På 1800-tallet ble alle gasser flytende, med unntak av helium, som ble oppnådd i flytende tilstand først i 1908 (nederlandsk fysiker). G. Kammerling-Onnes ).
Fysikken på slutten av 1800-tallet virket nesten komplett for samtidige. Konseptet er etablert mekanistisk determinisme Laplace, basert på muligheten for entydig å bestemme oppførselen til et system til enhver tid, hvis startforholdene er kjent. Det virket for mange som om fysiske fenomener kunne reduseres til mekanikken til molekyler og eter, fordi å forklare fysiske fenomener betydde på den tiden å redusere dem til mekaniske modeller, lett tilgjengelige på grunnlag av hverdagserfaring. Mekanisk teori om varme, elastisk (eller vortex) eter som en modell av elektromagnetiske fenomener - slik så det ut til slutten av 1800-tallet fysisk bilde av verden. Eteren virket lik materie i en rekke av dens egenskaper, men, i motsetning til materie, vektløs eller nesten vektløs (noen beregninger førte til vekten av en eterkule, lik i volum til jorden, ved 13 kg).
Imidlertid møtte mekaniske modeller større motsetninger jo mer detaljerte de ble forsøkt utviklet og anvendt. De eteriske virvelrørmodellene laget for å forklare vekslende felt var uegnet til å forklare konstante elektriske felt. Tvert imot, forskjellige konstantfeltmodeller forklarte ikke muligheten for forplantning av elektromagnetiske bølger. Til slutt var det ikke en eneste modell av eteren som klarte å forklare feltets forbindelse med diskrete ladninger. Ulike mekaniske modeller av atomer og molekyler (for eksempel virvelmodellen av atomet foreslått av W. Thomson) viste seg også å være utilfredsstillende.
Umulig å redusere alle fysiske prosesser til mekaniske ga opphav til ønsket blant noen fysikere og kjemikere generelt nekter å gjenkjenne virkeligheten til atomer og molekyler, avviser virkeligheten til det elektromagnetiske feltet. E. Mach utropte fysikkens oppgave til å være en "ren beskrivelse" av fenomener. tysk vitenskapsmann V. Ostwald motarbeidet kinetisk teori og atomisme til fordel for den såkalte energi -- universell, rent fenomenologisk termodynamikk, som den eneste mulige teorien om fysiske fenomener.
Tredje (moderne) periode i fysikkens historie , dubbet ikke-klassisk eller kvanterelativistisk fysikk, begynner i de siste årene av 1800-tallet. Dette perioden er preget av retningen av forskning tenkt dypt inn i materien, til dens mikrostruktur. En ny epoke i fysikkens historie begynner med elektrondeteksjon og forskning på dens handling og egenskaper (English. scientist J. Thomson , nederlandsk vitenskapsmann G. Lorenz ).
Den viktigste rollen ble spilt av studier av elektriske utladninger i gasser. Det viste seg at et elektron er en elementær partikkel med en viss masse, som har den minste elektriske ladningen og er en del av et atom i et hvilket som helst kjemisk element. Dette betydde det et atom er ikke elementært, men et komplekst system. Det er bevist at antallet elektroner i et atom og deres fordeling mellom lag og grupper bestemmer de elektriske, optiske, magnetiske og kjemiske egenskapene til atomet; Polariserbarheten til et atom, dets magnetiske moment, optiske og røntgenspektre og valens avhenger av strukturen til elektronskallet.
Dynamikken til elektroner og deres interaksjon med strålingsfeltet er assosiert med etableringen av de mest generelle teoriene om moderne fysikk - relativitetsteori og kvantemekanikk.
Studiet av bevegelsene til raske elektroner i elektriske og magnetiske felt førte til konklusjonen at klassisk newtonsk mekanikk ikke er anvendelig for dem. En slik grunnleggende egenskap ved en materialpartikkel som masse viste seg ikke å være konstant, men variabel, avhengig av elektronets bevegelsestilstand. Det var sammenbruddet av begrepene bevegelse og egenskaper til partikler forankret i fysikk.
En vei ut av motsetningene ble funnet A. Einstein , som skapte (i 1905) en ny fysisk teori om rom og tid, relativitetsteorien. Senere ble den opprettet av Einstein (i 1916) generell relativitetsteori, som forvandlet den gamle læren om tyngdekraften
En like viktig og effektiv generalisering av fysiske fakta og lover var kvantemekanikk, opprettet på slutten av første kvartal av 1900-tallet som et resultat av studier av interaksjonen mellom stråling med partikler av materie og studiet av tilstandene til intraatomære elektroner. Utgangsideen til kvantemekanikk er det alle mikropartikler har en dobbel partikkelbølgenatur.
Disse radikale nye ideene om mikropartikler har vist seg ekstremt fruktbare og kraftige. Kvanteteori var i stand til å forklare egenskapene til atomer og prosessene som skjer i dem, dannelsen og egenskapene til molekyler, egenskapene til et fast legeme og mønstrene til elektromagnetisk stråling.
Det tjuende århundre. feiret i fysikk kraftig utvikling eksperimentelle forskningsmetoder Og måleteknologi. Deteksjon og telling av individuelle elektroner, kjernefysiske og kosmiske partikler, bestemmelse av arrangementet av atomer og elektrontetthet i krystaller og i et individuelt molekyl, målinger av tidsintervaller i størrelsesorden 10 -10 sekunder, observasjon av bevegelsen til radioaktive atomer i materie – alt dette kjennetegner spranget innen måleteknologi de siste tiårene.
Forsknings- og produksjonsmidler uten sidestykke i kraft og skala ble siktet mot studie av kjernefysiske prosesser. De siste 25 årene med kjernefysikk, nært forbundet med kosmiske stråler, og deretter med etableringen av kraftige akseleratorer, har ført til en teknisk revolusjon og skapt nye, eksepsjonelt subtile forskningsmetoder ikke bare innen fysikk, men også innen kjemi, biologi, geologi , og innen en lang rekke felt innen teknologi og landbruk.
Følgelig, med veksten av fysisk forskning og med dens økende innflytelse på annen naturvitenskap og teknologi, kraftig antall fysikktidsskrifter og bøker har økt. På slutten av 1800-tallet, i Tyskland, England, USA og Russland, ble det i tillegg til akademiske bare publisert ett fysikktidsskrift. For tiden publiseres mer enn to dusin magasiner i Russland, USA, England og Tyskland (i hvert land).
Enda mer antallet forskningsinstitusjoner og forskere har økt. Hvis vitenskapelig forskning på 1800-tallet hovedsakelig ble utført av fysikkavdelinger ved universiteter, så dukket de opp på 1900-tallet i alle land og begynte å øke i antall og i skala. fysikkforskningsinstitutter eller i dens individuelle retninger. Noen av instituttene, spesielt innen kjernefysikk, har utstyr som i sin skala og kostnad overstiger skalaen og kostnadene til fabrikker.