Isaac Newton anaitwa mmoja wa waundaji wa fizikia ya kitambo. Ugunduzi wake unaelezea matukio mengi, sababu ambayo hakuna mtu aliyeweza kufafanua kabla yake.
Kanuni za mechanics ya classical ziliundwa kwa muda mrefu. Kwa karne nyingi, wanasayansi wamejaribu kuunda sheria za mwendo wa miili ya nyenzo. Na Newton pekee ndiye aliyefupisha maarifa yote yaliyokusanywa na wakati huo juu ya harakati za miili ya mwili kutoka kwa mtazamo wa mechanics ya zamani. Mnamo 1867 alichapisha kazi "Kanuni za Hisabati za Falsafa ya Asili." Katika kazi hii, Newton alipanga maarifa yote juu ya mwendo na nguvu iliyotayarishwa mbele yake na Galileo, Hugens na wanasayansi wengine, na pia maarifa anayojua yeye mwenyewe. Kulingana na ujuzi huu wote, waligundua sheria zinazojulikana za mechanics na sheria ya uvutano wa ulimwengu wote. Sheria hizi huanzisha uhusiano wa kiasi kati ya asili ya mwendo wa miili na nguvu zinazofanya kazi juu yao.
Sheria ya Mvuto
Kuna hadithi kwamba Newton alichochewa kugundua sheria ya mvuto kwa kuona tufaha likianguka kutoka kwenye mti. Angalau, William Stukeley, mwandishi wa wasifu wa Newton, anataja hili. Wanasema kwamba hata katika ujana wake, Newton alishangaa kwa nini apple huanguka chini na sio kando. Lakini aliweza kutatua tatizo hili baadaye sana. Newton alianzisha kwamba mwendo wa vitu vyote unatii sheria ya jumla ya mvuto wa ulimwengu, ambayo hufanya kazi kati ya miili yote.
"Miili yote huvutia kila mmoja kwa nguvu inayolingana moja kwa moja na wingi wao na sawia na mraba wa umbali kati yao."
Tufaha huanguka chini chini ya ushawishi wa nguvu ambayo Dunia hutoa mvuto wake wa mvuto juu yake. Na ni kasi gani inapokea, Newton alielezea kwa msaada wa sheria zake tatu.
Sheria ya kwanza ya Newton
Newton mwenyewe alitunga sheria hii kama ifuatavyo: "Kila mwili unaendelea kudumishwa katika hali ya kupumzika au sare na mwendo wa mstatili hadi na isipokuwa inalazimishwa na nguvu kutumika kubadilisha hali hii."
Hiyo ni, ikiwa mwili hauna mwendo, basi utabaki katika hali hii hadi nguvu fulani ya nje itaanza kutenda juu yake. Na, ipasavyo, ikiwa mwili unasonga sawasawa na kwa usawa, basi itaendelea na harakati zake hadi athari ya nguvu ya nje ianze.
Sheria ya kwanza ya Newton pia inaitwa Sheria ya Inertia. Inertia ni uhifadhi wa kasi na mwili wakati hakuna nguvu inayofanya juu yake.
Sheria ya pili ya Newton
Ikiwa sheria ya kwanza ya Newton inaelezea jinsi mwili unavyofanya ikiwa hakuna nguvu inayofanya juu yake, basi sheria ya pili husaidia kuelewa kinachotokea kwa mwili wakati nguvu inapoanza kutenda.
Ukubwa wa nguvu inayofanya kazi kwenye mwili ni sawa na bidhaa ya wingi wa mwili na kuongeza kasi ambayo mwili hupokea wakati nguvu inapoanza kutenda juu yake.
Katika fomu ya hisabati, sheria hii inaonekana kama hii:
Wapi F- kufanya kazi kwa nguvu kwa mwili;
m- wingi wa mwili;
a- kuongeza kasi ambayo mwili hupokea chini ya ushawishi wa nguvu inayotumika.
Kutoka kwa mlinganyo huu ni wazi kwamba ukubwa wa nguvu inayofanya kazi kwenye mwili, ndivyo kasi itakavyopokea. Na wingi wa mwili ambao nguvu hii hufanya, chini ya mwili itaharakisha harakati zake.
Sheria ya tatu ya Newton
Sheria inasema kwamba ikiwa mwili A unatenda kwa mwili B kwa nguvu fulani, basi mwili B hufanya kazi kwa nguvu sawa kwenye mwili A. Kwa maneno mengine. Nguvu ya utendaji ni sawa na nguvu ya athari.
Kwa mfano, mpira wa kanuni uliorushwa kutoka kwa kanuni hutenda kwenye kanuni kwa nguvu sawa na nguvu ambayo kanuni hiyo inasukuma mpira wa kanuni nje. Kama matokeo ya nguvu hii, baada ya kurusha bunduki inarudi nyuma.
Kutoka kwa sheria zake za jumla za mwendo, Newton alichota matokeo mengi ambayo yalifanya mechanics ya kinadharia kuwa karibu kamili. Sheria ya uvutano wa ulimwengu wote ambayo aligundua iliunganisha sayari zote zilizo umbali mkubwa kutoka kwa kila mmoja hadi kwenye mfumo mmoja na kuweka msingi wa mechanics ya mbinguni, ambayo inasoma harakati za sayari.
Muda mwingi umepita tangu Newton alipounda sheria zake. Lakini sheria hizi zote bado ni muhimu.
Asili na maendeleo ya fizikia kama sayansi. Fizikia ni moja ya sayansi kongwe ya asili. Wanafizikia wa kwanza walikuwa wanafikra wa Kigiriki ambao walijaribu kuelezea matukio ya asili yaliyozingatiwa. Mwanafikra mkuu zaidi wa zamani alikuwa Aristotle (384-322 p. BC), ambaye alianzisha neno "<{>vai?,” (“fusis”)
Nini maana ya asili katika Kigiriki? Lakini usifikiri kwamba "Fizikia" ya Aristotle inafanana kwa njia yoyote na vitabu vya kisasa vya fizikia. Hapana! Hutapata maelezo moja ya jaribio au kifaa ndani yake, sio mchoro mmoja au mchoro, sio fomula moja. Ina tafakari za kifalsafa kuhusu mambo, kuhusu wakati, kuhusu harakati kwa ujumla. Kazi zote za wanafikra wa kisayansi wa zama za kale zilikuwa sawa. Hivi ndivyo mshairi wa Kirumi Lucretius (c. 99-55 pp. BC) anavyoelezea mwendo wa chembe za vumbi kwenye miale ya jua katika shairi la kifalsafa "Juu ya Asili ya Mambo": Kutoka kwa mwanafalsafa wa kale wa Kigiriki Thales (624-547 p. BC ) ujuzi wetu wa umeme na sumaku huanzia, Democritus (460-370 kuk. BC) ndiye mwanzilishi wa fundisho la muundo wa maada, ndiye aliyependekeza kwamba miili yote iwe na chembe ndogo zaidi - atomi, Euclid (III). karne ya KK) ilifanya utafiti muhimu katika uwanja wa macho - alikuwa wa kwanza kuunda sheria za msingi za optics ya kijiometri (sheria ya uenezi wa mwanga wa rectilinear na sheria ya kutafakari), na alielezea hatua ya vioo vya gorofa na spherical. .
Miongoni mwa wanasayansi bora na wavumbuzi wa kipindi hiki, Archimedes (287-212 pp. BC) anachukua nafasi ya kwanza. Kutoka kwa kazi zake "Kwenye Msawazo wa Ndege", "Kwenye Miili inayoelea", "Kwenye Levers", matawi kama haya ya fizikia kama mechanics na hydrostatics huanza kukuza. Kipaji cha uhandisi cha Archimedes kilionekana wazi katika vifaa vya kiufundi alivyobuni.
Kutoka katikati ya karne ya 16. Hatua mpya kimaelezo katika ukuzaji wa fizikia inaanza - majaribio na majaribio yanaanza kutumika katika fizikia. Mojawapo ya ya kwanza ni uzoefu wa Galileo wa kurusha mizinga na risasi kutoka Mnara wa Pisa Unaoegemea. Jaribio hili lilipata umaarufu kwa sababu inachukuliwa kuwa "siku ya kuzaliwa" ya fizikia kama sayansi ya majaribio.
Kazi za kisayansi za Isaac Newton zikawa kichocheo chenye nguvu cha uundaji wa fizikia kama sayansi. Katika kazi yake "Kanuni za Hisabati za Falsafa ya Asili" (1684), anakuza vifaa vya hisabati vya kuelezea na kuelezea matukio ya mwili. Kinachojulikana kama mechanics ya classical (Newtonian) kilijengwa juu ya sheria alizotunga.
Maendeleo ya haraka katika utafiti wa maumbile, ugunduzi wa matukio mapya na sheria za asili zilichangia maendeleo ya jamii. Tangu mwisho wa karne ya 18, maendeleo ya fizikia yamesababisha maendeleo ya haraka ya teknolojia. Kwa wakati huu, injini za mvuke zilionekana na kuboreshwa. Kwa sababu ya matumizi yao mengi katika uzalishaji na usafirishaji, kipindi hiki cha wakati kinaitwa "umri wa wanandoa." Wakati huo huo, michakato ya joto inasomwa kwa kina, na sehemu mpya inajulikana katika fizikia - thermodynamics. Mchango mkubwa zaidi katika utafiti wa matukio ya joto ni ya S. Carnot, R. Clausius, D. Joule, D. Mendeleev, D. Kelvin na wengine wengi.
"Tuna bahati sana kwamba tunaishi katika enzi ambayo uvumbuzi bado unaweza kufanywa. Ni kama ugunduzi wa Amerika, ambao hugunduliwa mara moja na kwa wote. Karne ambayo tunaishi ni karne ya ugunduzi wa sheria za msingi za asili, na wakati huu hautarudiwa tena. Huu ni wakati wa kushangaza, wakati wa msisimko na furaha, lakini hii itafikia mwisho. Bila shaka, katika siku zijazo maslahi yatakuwa tofauti kabisa. Kisha watapendezwa na uhusiano kati ya matukio katika viwango tofauti - kibaolojia, nk, au, ikiwa tunazungumzia juu ya uvumbuzi, katika utafiti wa sayari nyingine, lakini bado hii haitakuwa sawa na tunayofanya sasa. ”
Richard Feynman, Hali ya Sheria za Kimwili, M., "Sayansi", 1987, p. 158.
"Sasa nataka kukuambia juu ya sanaa ya kubahatisha sheria za asili. Huu ni usanii kweli. Hii inafanywaje? Ili kujaribu kujibu swali hili, unaweza, kwa mfano, kurejea historia ya sayansi na kuona jinsi wengine walivyofanya. Ndio maana tutachukua historia.
Uundaji wa fizikia (hadi karne ya 17). Matukio ya kimwili ya ulimwengu unaozunguka kwa muda mrefu yamevutia tahadhari ya watu. Majaribio ya maelezo ya sababu ya matukio haya yalitangulia kuundwa kwa falsafa kwa maana ya kisasa ya neno. Katika ulimwengu wa Greco-Kirumi (karne ya 6 KK - karne ya 2 BK), maoni juu ya muundo wa atomiki ya jambo yaliibuka kwanza (Democritus, Epicurus, Lucretius), mfumo wa kijiografia wa ulimwengu ulitengenezwa (Ptolemy), sheria rahisi zaidi zilianzishwa. statics (utawala wa kujiinua), sheria ya uenezi wa rectilinear na sheria ya kutafakari kwa mwanga iligunduliwa, kanuni za hydrostatics ziliundwa (sheria ya Archimedes), maonyesho rahisi zaidi ya umeme na magnetism yalizingatiwa.
Matokeo ya maarifa yaliyopatikana katika karne ya 4. BC e. alishindwa na Aristotle. Fizikia ya Aristotle ilijumuisha masharti fulani sahihi, lakini wakati huo huo ilikosa mawazo mengi ya kimaendeleo ya watangulizi wake, hasa nadharia ya atomiki. Kwa kutambua umuhimu wa uzoefu, Aristotle hakuiona kuwa kigezo kikuu cha kutegemewa kwa ujuzi, akipendelea mawazo ya kubahatisha. Katika Zama za Kati, mafundisho ya Aristotle, yaliyotangazwa na kanisa kuwa mtakatifu, yalipunguza kasi ya maendeleo ya sayansi kwa muda mrefu.
Sayansi ilihuishwa tu katika karne ya 15 na 16. katika mapambano dhidi ya mafundisho ya kielimu ya Aristotle. Katikati ya karne ya 16. N. Copernicus aliweka mbele mfumo wa ulimwengu wa heliocentric na kuashiria mwanzo wa ukombozi wa sayansi ya asili kutoka kwa teolojia. Mahitaji ya uzalishaji, ukuzaji wa ufundi, usafirishaji na ufundi vilichochea utafiti wa kisayansi kulingana na uzoefu. Walakini, katika karne ya 15-16. masomo ya majaribio yalikuwa mengi ya nasibu. Tu katika karne ya 17. Utumiaji wa utaratibu wa njia ya majaribio katika Fizikia ilianza, na hii ilisababisha kuundwa kwa nadharia ya kwanza ya kimsingi ya kimwili - mechanics ya classical ya Newton.
Uundaji wa fizikia kama sayansi (mwanzo wa 17 - mwisho wa karne ya 18).
Ukuzaji wa fiziolojia kama sayansi katika maana ya kisasa ya neno hilo unatokana na kazi za G. Galileo (nusu ya kwanza ya karne ya 17), ambaye alielewa hitaji la maelezo ya kihisabati ya mwendo. Alionyesha kuwa ushawishi wa miili inayozunguka kwenye mwili uliopewa hauamua kasi, kama ilivyoaminika katika mechanics ya Aristotle, lakini kuongeza kasi ya mwili. Taarifa hii iliwakilisha uundaji wa kwanza wa sheria ya hali. Galileo aligundua kanuni ya uhusiano katika mechanics (tazama kanuni ya Galileo ya uhusiano) , ilithibitisha uhuru wa kuongeza kasi ya kuanguka bure kwa miili kutoka kwa msongamano na wingi wao, ilithibitisha nadharia ya Copernicus. Pia alipata matokeo makubwa katika maeneo mengine ya Fizikia.Alijenga darubini yenye ukuzaji wa hali ya juu na kwa msaada wake akafanya uvumbuzi kadhaa wa kiastronomia (milima ya Mwezi, satelaiti za Jupiter, n.k.). Utafiti wa kiasi cha matukio ya joto ulianza baada ya Galilsem kuvumbua kipimajoto cha kwanza.
Katika nusu ya 1 ya karne ya 17. Utafiti uliofanikiwa wa gesi ulianza. Mwanafunzi wa Galileo E. Torricelli alianzisha kuwepo kwa shinikizo la anga na kuunda barometer ya kwanza. R. Boyle na E. Marriott walisoma elasticity ya gesi na kuunda sheria ya kwanza ya gesi, ambayo ina jina lao. W. Snellius na R. Descartes waligundua sheria ya refraction ya mwanga. Wakati huo huo, darubini iliundwa. Hatua kubwa mbele katika utafiti wa matukio ya sumaku ilifanywa mwanzoni mwa karne ya 17. W. Gilbert. Alithibitisha kuwa Dunia ni sumaku kubwa, na alikuwa wa kwanza kutofautisha madhubuti kati ya matukio ya umeme na sumaku.
Mafanikio kuu ya F. karne ya 17. ilikuwa kuundwa kwa mechanics classical. Kuendeleza mawazo ya Galileo, H. Huygens na watangulizi wengine, I. Newton katika kazi yake "Mathematics Principles of Natural Philosophy" (1687) alitengeneza sheria zote za msingi za sayansi hii (tazama sheria za Newton za mechanics) . Wakati wa ujenzi wa mechanics ya classical, bora ya nadharia ya kisayansi, ambayo bado ipo leo, ilijumuishwa kwa mara ya kwanza. Pamoja na ujio wa mechanics ya Newton, hatimaye ilieleweka kuwa kazi ya sayansi ni kupata sheria za jumla zilizoundwa kwa kiasi kikubwa za asili.
Mitambo ya Newton ilipata mafanikio yake makubwa katika kuelezea mwendo wa miili ya mbinguni. Kulingana na sheria za mwendo wa sayari zilizoanzishwa na J. Kepler kwa msingi wa uchunguzi wa T. Brahe, Newton aligundua sheria ya uvutano wa ulimwengu wote (tazama sheria ya Newton ya uvutano) . NA Kwa msaada wa sheria hii, iliwezekana kuhesabu kwa usahihi wa ajabu harakati za Mwezi, sayari na comets za mfumo wa jua, na kuelezea ebb na mtiririko wa bahari. Newton alishikamana na dhana ya hatua ya muda mrefu, kulingana na ambayo mwingiliano wa miili (chembe) hutokea mara moja moja kwa moja kupitia utupu; nguvu za mwingiliano lazima ziamuliwe kwa majaribio. Alikuwa wa kwanza kutunga kwa uwazi dhana za kitamaduni za nafasi kamili kama chombo cha maada, kisichotegemea mali na harakati zake, na wakati wa mtiririko unaofanana kabisa. Hadi kuundwa kwa nadharia ya uhusiano, mawazo haya hayakupitia mabadiliko yoyote.
Ugunduzi wa sasa wa umeme na L. Galvani na A. Volta ulikuwa wa umuhimu mkubwa kwa maendeleo ya physiolojia. Uumbaji wa vyanzo vya nguvu vya sasa vya moja kwa moja - betri za galvanic - ilifanya iwezekanavyo kuchunguza na kujifunza madhara mbalimbali ya sasa. Athari ya kemikali ya sasa ilichunguzwa (G. Davy, M. Faraday). V. V. Petrov alipokea arc ya umeme. Ugunduzi wa H. K. Oersted (1820) wa hatua ya sasa ya umeme kwenye sindano ya magnetic imethibitisha uhusiano kati ya umeme na sumaku. Kulingana na umoja wa matukio ya umeme na magnetic, A. Ampere alifikia hitimisho kwamba matukio yote ya magnetic yanasababishwa na kusonga chembe za kushtakiwa - sasa ya umeme. Kufuatia hili, Ampere ilianzisha kwa majaribio sheria inayoamua nguvu ya mwingiliano wa mikondo ya umeme (sheria ya Ampere) .
Mnamo 1831, Faraday aligundua hali ya induction ya sumakuumeme (tazama induction ya sumakuumeme) . Wakati wa kujaribu kuelezea jambo hili kwa kutumia dhana ya hatua ya muda mrefu, matatizo makubwa yalikutana. Faraday aliweka dhana (hata kabla ya ugunduzi wa induction ya sumakuumeme) kulingana na ambayo mwingiliano wa sumakuumeme hufanywa kupitia wakala wa kati - uwanja wa sumakuumeme (dhana ya hatua ya masafa mafupi). Hii ilionyesha mwanzo wa malezi ya sayansi mpya kuhusu mali na sheria za tabia ya aina maalum ya jambo - uwanja wa umeme.
Hata kabla ya ugunduzi wa sheria hii, S. Carnot, katika kazi yake "Tafakari juu ya nguvu ya moto na mashine zinazoweza kuunda nguvu hii" (1824), alipata matokeo ambayo yalikuwa msingi wa sheria nyingine ya msingi ya nadharia. ya joto - sheria ya pili ya thermodynamics. Sheria hii ilitungwa katika kazi za R. Clausius (1850) na W. Thomson (1851). Ni jumla ya data ya majaribio inayoonyesha kutoweza kutenduliwa kwa michakato ya joto katika asili, na huamua mwelekeo wa michakato ya nishati iwezekanavyo. Jukumu kubwa katika ujenzi wa thermodynamics lilichezwa na utafiti wa J. L. Gay-Lussac, kwa msingi ambao B. Clapeyron alipata equation ya hali ya gesi bora, ambayo baadaye ilifanywa kwa jumla na D. I. Mendeleev.
Wakati huo huo na maendeleo ya thermodynamics, nadharia ya kinetic ya molekuli ya michakato ya joto ilitengenezwa. Hii ilifanya iwezekane kujumuisha michakato ya joto ndani ya mfumo wa picha ya mitambo ya ulimwengu na ilisababisha ugunduzi wa aina mpya ya sheria - zile za takwimu, ambazo uhusiano wote kati ya idadi ya mwili ni uwezekano.
Katika hatua ya kwanza ya maendeleo ya nadharia ya kinetic ya kati rahisi zaidi - gesi - Joule, Clausius na wengine walihesabu maadili ya wastani ya idadi mbalimbali ya kimwili: kasi ya molekuli, idadi ya migongano yao kwa sekunde, maana ya bure. njia, nk. Utegemezi wa shinikizo la gesi kwa idadi ya molekuli kwa kiasi cha kitengo na wastani wa nishati ya kinetic ya mwendo wa kutafsiri wa molekuli ilipatikana. Hii ilifanya iwezekane kufichua maana ya kimwili ya halijoto kama kipimo cha wastani wa nishati ya kinetiki ya molekuli.
Hatua ya pili ya maendeleo ya nadharia ya kinetic ya molekuli ilianza na kazi ya J. C. Maxwell. Mnamo 1859, baada ya kuanzisha wazo la uwezekano kwa mara ya kwanza katika fizikia, alipata sheria ya usambazaji wa molekuli kwa kasi (tazama usambazaji wa Maxwell) . Baada ya hayo, uwezekano wa nadharia ya kinetiki ya molekuli uliongezeka sana Na baadaye ilisababisha kuundwa kwa mechanics ya takwimu. L. Boltzmann alijenga nadharia ya kinetic ya gesi na kutoa uthibitisho wa takwimu wa sheria za thermodynamics. Shida kuu, ambayo Boltzmann aliweza kusuluhisha kwa kiasi kikubwa, ilikuwa kupatanisha hali ya kubadilika kwa wakati ya mwendo wa molekuli za kibinafsi na kutoweza kutenduliwa kwa michakato ya macroscopic. Kulingana na Boltzmann, usawa wa thermodynamic wa mfumo unalingana na uwezekano mkubwa wa hali fulani. Kutoweza kutenduliwa kwa michakato kunahusishwa na mwelekeo wa mifumo kwa hali inayowezekana zaidi. Nadharia aliyothibitisha kuhusu usambazaji sare wa nishati ya wastani ya kinetic juu ya digrii za uhuru ilikuwa ya umuhimu mkubwa.
Mitambo ya kitakwimu ya kitamaduni ilikamilishwa katika kazi za J. W. Gibbs (1902), ambaye aliunda mbinu ya kuhesabu kazi za usambazaji kwa mfumo wowote (sio gesi tu) katika hali ya usawa wa thermodynamic. Mitambo ya takwimu ilitambuliwa kwa ujumla katika karne ya 20. baada ya kuumbwa kwa A. Einstein na M. Smoluchowski (1905–06) kwa kuzingatia nadharia ya kinetiki ya molekuli ya nadharia ya kiasi cha mwendo wa Brownian, iliyothibitishwa katika majaribio ya J. B. Perrin.
Katika nusu ya 2 ya karne ya 19. Mchakato mrefu wa kusoma matukio ya sumakuumeme ulikamilishwa na Maxwell. Katika kazi yake kuu, "Mtiba wa Umeme na Usumaku" (1873), alianzisha milinganyo ya uwanja wa sumakuumeme (iliyo na jina lake), ambayo ilielezea ukweli wote unaojulikana wakati huo kutoka kwa mtazamo mmoja na kuifanya iwezekane kutabiri. matukio mapya. Maxwell alifasiri uingizaji wa sumakuumeme kama mchakato wa uzalishaji wa uwanja wa umeme wa vortex kwa uga unaopishana wa sumaku. Kufuatia hili, alitabiri athari tofauti - kizazi cha shamba la sumaku na uwanja wa umeme unaobadilishana (tazama Uhamishaji wa sasa) . Matokeo muhimu zaidi ya nadharia ya Maxwell ilikuwa hitimisho kwamba kasi ya uenezi wa mwingiliano wa sumakuumeme ni ya mwisho, sawa na kasi ya mwanga. Ugunduzi wa majaribio wa mawimbi ya sumakuumeme na G. R. Hertz (1886–89) ulithibitisha uhalali wa hitimisho hili. Ilifuata kutoka kwa nadharia ya Maxwell kwamba nuru ina asili ya sumakuumeme. Kwa hiyo, optics ikawa moja ya matawi ya electrodynamics. Mwishoni mwa karne ya 19. P. N. Lebedev aligundua kwa majaribio na kupima shinikizo la mwanga lililotabiriwa na nadharia ya Maxwell, na A. S. Popov alikuwa wa kwanza kutumia mawimbi ya sumakuumeme kwa mawasiliano ya pasiwaya.
Uzoefu umeonyesha kuwa kanuni ya uhusiano iliyoundwa na Galileo, kulingana na ambayo matukio ya kimitambo huendelea sawa katika mifumo yote ya marejeleo ya inertial, pia ni halali kwa matukio ya sumakuumeme. Kwa hiyo, equations za Maxwell hazipaswi kubadili fomu zao (zinapaswa kuwa zisizobadilika) wakati wa kusonga kutoka kwa mfumo mmoja wa kumbukumbu ya inertial hadi nyingine. Walakini, iliibuka kuwa hii ni kweli tu ikiwa mabadiliko ya kuratibu na wakati wakati wa mpito kama huo ni tofauti na mabadiliko ya Galilaya ambayo ni halali katika mechanics ya Newton. Lorentz alipata mabadiliko haya (mabadiliko ya Lorentz) , lakini hakuweza kuwapa tafsiri sahihi. Hii ilifanywa na Einstein katika nadharia yake ya uhusiano maalum.
Ugunduzi wa nadharia ya sehemu ya uhusiano ulionyesha mapungufu ya picha ya mitambo ya ulimwengu. Majaribio ya kupunguza michakato ya sumakuumeme kwa michakato ya mitambo katika kati ya dhahania - ether - iligeuka kuwa haiwezekani. Ikawa wazi kuwa uwanja wa sumakuumeme ni aina maalum ya jambo, tabia ambayo haitii sheria za mechanics.
Mnamo 1916, Einstein alianzisha nadharia ya jumla ya uhusiano - nadharia ya mwili ya nafasi, wakati na mvuto. Nadharia hii iliashiria hatua mpya katika ukuzaji wa nadharia ya mvuto.
Mwanzoni mwa karne ya 19 na 20, hata kabla ya kuundwa kwa nadharia maalum ya uhusiano, mwanzo wa mapinduzi makubwa zaidi katika uwanja wa fizikia uliwekwa, unaohusishwa na kuibuka na maendeleo ya nadharia ya quantum.
Mwishoni mwa karne ya 19. Ilibadilika kuwa usambazaji wa nishati ya mionzi ya joto katika wigo, inayotokana na sheria ya fizikia ya takwimu ya classical kuhusu usambazaji sare wa nishati juu ya digrii za uhuru, inapingana na uzoefu. Ilifuata kutoka kwa nadharia kwamba jambo linapaswa kutoa mawimbi ya sumakuumeme kwa joto lolote, kupoteza nishati na baridi hadi sifuri kabisa, yaani, kwamba usawa wa joto kati ya suala na mionzi haiwezekani. Walakini, uzoefu wa kila siku ulipingana na hitimisho hili. Suluhisho lilipatikana mwaka wa 1900 na M. Planck, ambaye alionyesha kuwa matokeo ya nadharia yanapatana na uzoefu, ikiwa tunadhani, kinyume na electrodynamics ya classical, kwamba atomi hutoa nishati ya umeme si kwa kuendelea, lakini katika sehemu tofauti - quanta. Nishati ya kila quantum inalingana moja kwa moja na mzunguko, na mgawo wa uwiano ni kiasi cha hatua. h= 6.6×10 -27 mfano× sekunde, ambayo baadaye ilijulikana kama Planck's constant.
Mnamo 1905, Einstein alipanua nadharia ya Planck, akipendekeza kwamba sehemu iliyotolewa ya nishati ya umeme pia inaenea na inachukuliwa tu kwa ujumla, i.e. hufanya kama chembe (baadaye iliitwa fotoni) . Kulingana na dhana hii, Einstein alielezea sheria za athari za picha ambazo haziingii katika mfumo wa electrodynamics ya classical.
Kwa hivyo, nadharia ya corpuscular ya mwanga ilifufuliwa katika ngazi mpya ya ubora. Mwanga hufanya kama mkondo wa chembe (corpuscles); hata hivyo, wakati huo huo pia ina mali ya wimbi, ambayo inajidhihirisha wenyewe, hasa, katika diffraction na kuingiliwa kwa mwanga. Kwa hiyo, sifa za wimbi na corpuscular, zisizokubaliana kutoka kwa mtazamo wa Fizikia ya classical, ni asili katika mwanga kwa kipimo sawa (dualism ya mwanga). "Quantization" ya mionzi ilisababisha hitimisho kwamba nishati ya mwendo wa intra-atomiki pia inaweza kubadilika kwa ghafla. Hitimisho hili lilifanywa na N. Bohr mnamo 1913.
Mnamo 1926, Schrödinger, akijaribu kupata maadili tofauti ya nishati ya atomiki kutoka kwa equation ya aina ya wimbi, aliunda equation ya msingi ya mechanics ya quantum, iliyopewa jina lake. W. Heisenberg na Born (1925) walijenga mechanics ya quantum katika fomu nyingine ya hisabati - kinachojulikana. mitambo ya matrix.
Kwa mujibu wa kanuni ya Pauli, nishati ya seti nzima ya elektroni za bure katika chuma, hata kwa sifuri kabisa, ni nonzero. Katika hali isiyofurahiya, viwango vyote vya nishati, kuanzia sifuri na kuishia na kiwango fulani cha juu (kiwango cha Fermi), kinachukuliwa na elektroni. Picha hii iliruhusu Sommerfeld kuelezea mchango mdogo wa elektroni kwa uwezo wa joto wa metali: inapokanzwa, elektroni tu karibu na kiwango cha Fermi husisimka.
Katika kazi za F. Bloch, H. A. Bethe na L. Neel Ginzburg juu ya electrodynamics ya quantum. Majaribio ya kwanza ya kusoma moja kwa moja muundo wa kiini cha atomiki ni ya 1919, wakati Rutherford, kwa kufyatua viini vya nitrojeni vilivyo na chembe za alpha, alipata mabadiliko yao ya bandia kuwa viini vya oksijeni. Ugunduzi wa nyutroni mwaka wa 1932 na J. Chadwick ulisababisha kuundwa kwa mfano wa kisasa wa proton-neutron wa kiini (D. D. Ivanenko, Heisenberg). Mnamo 1934, wanandoa I. na F. Joliot-Curie waligundua radioactivity ya bandia.
Uundaji wa viongeza kasi vya chembe zilizochajiwa ulifanya iwezekane kusoma athari mbalimbali za nyuklia. Matokeo muhimu zaidi ya hatua hii ya Fizikia ilikuwa ugunduzi wa mgawanyiko wa kiini cha atomiki.
Mnamo 1939-45, nishati ya nyuklia ilitolewa kwa mara ya kwanza kwa kutumia mmenyuko wa mnyororo wa 235 U na bomu la atomiki liliundwa. Sifa ya kutumia athari inayodhibitiwa ya mtengano wa nyuklia wa 235 U kwa madhumuni ya amani na ya kiviwanda ni ya USSR. Mnamo 1954, kiwanda cha kwanza cha nguvu za nyuklia kilijengwa huko USSR (Obninsk). Baadaye, vinu vya nyuklia vya gharama nafuu vilianzishwa katika nchi nyingi.
neutrino na chembe nyingi mpya za msingi ziligunduliwa, pamoja na chembe zisizo na msimamo - resonances, maisha ya wastani ambayo ni sekunde 10 -22 -10 -24 tu. . Ubadilishanaji wa kiulimwengu uliogunduliwa wa chembe za msingi ulionyesha kuwa chembe hizi si za msingi katika maana kamili ya neno, lakini zina muundo changamano wa ndani ambao bado haujagunduliwa. Nadharia ya chembe za msingi na mwingiliano wao (nguvu, sumakuumeme na dhaifu) ni somo la nadharia ya uwanja wa quantum - nadharia ambayo bado iko mbali kabisa.
Asili ya fizikia. Uchunguzi wa kimwili matukio yalitokea nyakati za kale. Wakati huo, mchakato wa kukusanya ujuzi wa kweli ulikuwa bado haujatofautishwa: dhana za kimwili, za kijiometri na za astronomia ziliendelezwa pamoja.
Mkusanyiko wa kimfumo wa ukweli na majaribio ya kuelezea na kuifanya jumla, ambayo ilitangulia uundaji wa fizikia (kwa maana ya kisasa ya neno), ilitokea haswa katika enzi ya utamaduni wa Kigiriki-Kirumi(karne ya 6 KK - karne ya 2 BK). Katika enzi hii, mawazo ya awali kuhusu muundo wa atomiki wa jambo(Democritus, Epicurus, Lucretius), mfumo wa geocentric wa ulimwengu uliundwa (Ptolemy), mwanzo wa mfumo wa heliocentric ulionekana (Aristarchus wa Samos), baadhi rahisi. sheria za statics(sheria za kujiinua, katikati ya mvuto), matokeo ya kwanza yamepatikana optics iliyotumiwa(vioo vilifanywa, sheria ya kutafakari mwanga iligunduliwa, jambo la kukataa liligunduliwa), kanuni rahisi zaidi ziligunduliwa. hydrostatics(Sheria ya Archimedes). Matukio rahisi zaidi ya magnetism na umeme yalijulikana katika nyakati za kale.
Kufundisha Aristotle ( 389 - 322 KK) muhtasari wa maarifa ya kipindi kilichopita 1. Mafundisho ya Aristotle, yaliyotangazwa na kanisa kuwa mtakatifu, yaligeuka kuwa kizuizi katika maendeleo zaidi ya sayansi ya kimwili. Baada ya maelfu ya miaka ya vilio na utasa, fizikia ilihuishwa tu katika karne ya 15 na 16. katika mapambano dhidi ya falsafa ya kielimu. Ufufuo wa sayansi ulidhamiriwa hasa na mahitaji ya uzalishaji wakati wa utengenezaji. Ugunduzi mkubwa wa kijiografia, haswa ugunduzi wa Amerika, ulichangia mkusanyiko wa uchunguzi mpya na kupindua kwa ubaguzi wa zamani. Ukuzaji wa ufundi, usafirishaji na ufundi uliunda motisha kwa utafiti wa kisayansi. Mawazo ya kisayansi yalilenga matatizo ya ujenzi, hydraulics na ballistics, na maslahi katika hisabati yaliongezeka. Maendeleo ya teknolojia yameunda fursa za majaribio. Leonardo da Vinci alitoa mfululizo mzima wa maswali ya kimwili na kujaribu kuyatatua kupitia majaribio. Neno ni lake: "Uzoefu haudanganyi kamwe, lakini hukumu zetu ni za udanganyifu" .
Hata hivyo, katika karne ya 15-16, uchunguzi wa mtu binafsi wa kimwili na masomo ya majaribio yalikuwa asili ya nasibu. Karne ya 17 tu ilianza matumizi ya kimfumo ya njia ya majaribio katika fizikia na ukuaji endelevu wa maarifa ya kimwili tangu wakati huo.
Kipindi cha kwanza cha maendeleo ya fizikia , inayoitwa classical, huanza na kazi Galileo Galilei (1564-1642) . Hasa Galileo ndiye muundaji wa mbinu ya majaribio katika fizikia. Jaribio lililofikiriwa kwa uangalifu, mgawanyo wa mambo ya sekondari kutoka kwa kuu katika jambo linalosomwa, hamu ya kuanzisha uhusiano sahihi wa kiasi kati ya vigezo vya jambo hilo - hii ndiyo njia ya Galileo. Kwa kutumia njia hii, Galileo aliweka misingi ya awali wasemaji. Galileo alikanusha taarifa potofu za mechanics ya Aristotle: yeye, haswa, aliweza kuonyesha kuwa sio kasi, lakini kuongeza kasi ni matokeo ya ushawishi wa nje kwenye mwili. Katika kazi yangu "Mazungumzo na uthibitisho wa hisabati kuhusu matawi mawili mapya ya sayansi ..." (1638) Galileo anathibitisha kwa uthabiti hitimisho hili, ambalo linawakilisha uundaji wa kwanza sheria ya inertia, huondoa utata unaoonekana. Anathibitisha hilo kwa uzoefu kuongeza kasi ya kuanguka kwa bure kwa miili haitegemei wiani na wingi wao. Kwa kuzingatia mwendo wa mwili uliotupwa, Galileo anapata sheria ya kuongeza harakati na kimsingi inaelezea msimamo kuhusu uhuru wa hatua ya nguvu. "Mazungumzo" pia hutoa habari kuhusu nguvu za miili. Pia alitengeneza mawazo kuhusu uhusiano wa mwendo(kanuni ya uhusiano), harakati za miili kwenye ndege iliyoelekezwa ( kwa kweli, aligundua sheria mbili za kwanza za Newton).
Katika kazi za Galileo na Blaise Pascal misingi iliwekwa hydrostatics. Galileo alifanya uvumbuzi muhimu katika maeneo mengine ya fizikia. Kwa mara ya kwanza, anathibitisha kwa majaribio uzushi wa mvutano wa uso, ambao ulisoma baadaye. Galileo anatajirisha optics iliyotumiwa darubini yake, na kipimajoto chake kilipelekea utafiti wa kiasi cha matukio ya joto.
Katika nusu ya 1 ya karne ya 17, mafundisho ya kimwili ya gesi yalitokea, ambayo yalikuwa na umuhimu mkubwa wa vitendo. Mwanafunzi wa Galileo E. Torricelli hugundua kuwepo kwa shinikizo la hewa na kuunda ya kwanza kipima kipimo. O. Guerike huvumbua pampu ya hewa na hatimaye kukanusha taarifa ya Aristotle kuhusu “hofu ya utupu.” R. Boyle na baadaye kidogo E. Marriott Wanasoma elasticity ya gesi na kugundua sheria inayojulikana chini ya jina lao. V. Snellius (Uholanzi) na R. Descartes (Ufaransa) kugundua sheria ya refraction mwanga. Uumbaji wa darubini ulianza wakati huo huo. Uchunguzi juu ya sumaku (katika urambazaji wa meli) na juu ya uwekaji umeme wakati wa msuguano hutoa habari muhimu katika uwanja wa umemetuamo na sumaku, mwanzilishi wake anapaswa kutambuliwa kama mwanasayansi wa asili wa Kiingereza. W. Gilbert .
Nusu ya 2 ya karne ya 17 ilikuwa tajiri zaidi katika matukio. "Mazungumzo" ya Galileo yaliweka msingi wa utafiti misingi ya mechanics. Utafiti wa mwendo wa curvilinear ( X. Huygens ) alitayarisha ufunguzi sheria ya msingi ya mechanics- uhusiano kati ya nguvu, wingi na kuongeza kasi, kwanza iliyoandaliwa I. Newton kwake "Kanuni za hisabati za falsafa ya asili" (1687) . Newton pia alianzisha sheria ya msingi ya mienendo ya mfumo (usawa wa hatua na athari), ambapo masomo ya awali ya athari za miili (H. Huygens) ilipata jumla yao. Kwa mara ya kwanza, dhana za kimsingi za fizikia zinaangazia -- dhana ya nafasi na wakati.
Kulingana na sheria za mwendo wa sayari zilizoanzishwa na Kepler, Newton alitunga kwanza katika Principia yake sheria ya mvuto wa ulimwengu wote, ambayo wanasayansi wengi wa karne ya 17 walijaribu kupata. Newton alithibitisha sheria hii kwa kuhesabu kasi ya Mwezi katika mzunguko wake kulingana na thamani ya kuongeza kasi ya mvuto iliyopimwa katika miaka ya 70 ya karne ya 17. Pia alieleza misukosuko katika mwendo wa Mwezi na sababu ya kushuka na kutiririka kwa bahari. Umuhimu wa ugunduzi huu wa Newton hauwezi kukadiriwa. Ilionyesha watu wa wakati huo nguvu ya sayansi. Ni ilibadilisha picha nzima ya awali ya ulimwengu.
Wakati huo huo, X. Huygens na G. Leibniz tengeneza sheria ya uhifadhi wa kasi ( iliyoonyeshwa hapo awali na Descartes kwa fomu isiyo sahihi) na sheria ya uhifadhi wa nguvu hai. Huygens huunda nadharia ya pendulum ya kimwili na huunda saa kwa pendulum. Mmoja wa wanasayansi hodari wa karne ya 17 R. Hooke (Uingereza) inafungua inayojulikana kwa jina lake sheria ya elasticity. M. Mersenne (Ufaransa) huweka misingi acoustics ya kimwili; anachunguza sauti ya kamba na kupima kasi ya sauti hewani.
Katika miaka hii, kutokana na kuongezeka kwa matumizi ya upeo wa kuona, optics ya kijiometri ilikuwa ikiendelea kwa kasi na misingi ya optics ya kimwili. F. Grimaldi (Italia) mnamo 1665 hugundua mgawanyiko wa mwanga. Newton anaendeleza nadharia yake ya mtawanyiko na kuingiliwa kwa mwanga. Anaweka mbele dhana ya corpuscles mwanga. Spectroscopy inatoka kwa masomo ya macho ya Newton. O. Roemer (Denmark) mnamo 1672 hupima kasi ya mwanga. Huygens wa kisasa wa Newton huendeleza asili misingi ya optics ya wimbi, huunda kanuni ya uenezaji wa mawimbi (mwanga), unaojulikana chini ya jina lake, huchunguza na kuelezea hali ya kutofautisha mara mbili katika fuwele 2.
Hivyo, katika karne ya 17 misingi ya mechanics iliundwa na utafiti ulianza katika maeneo muhimu zaidi ya fizikia - katika utafiti wa umeme na magnetism, joto, optics kimwili na acoustics.
Katika karne ya 18 Maendeleo zaidi ya maeneo yote ya fizikia yanaendelea. Mechanics ya Newton inakuwa mfumo mpana wa maarifa, unaofunika sheria za mwendo wa miili ya duniani na ya mbinguni. Kupitia kazi L. Euler , Kifaransa mwanasayansi A. Clairaut nk inaundwa mechanics ya mbinguni, kuletwa kwa ukamilifu wa juu P. Laplace. Katika hali yake iliyokuzwa, mechanics ikawa msingi wa teknolojia ya mashine ya wakati huo, haswa majimaji.
Katika matawi mengine ya fizikia katika karne ya 18, mkusanyiko zaidi wa data ya majaribio ulifanyika, na sheria rahisi zaidi ziliundwa. V. Franklin huunda sheria ya uhifadhi wa malipo. Katikati ya karne ya 18 iliundwa capacitor ya kwanza ya umeme(Leyden jar ya P. Muschenbroek huko Holland), ambayo ilifanya iwezekanavyo kukusanya malipo makubwa ya umeme, ambayo iliwezesha utafiti wa sheria ya mwingiliano wao. Sheria hii, ambayo ni msingi wa umemetuamo, iligunduliwa kwa kujitegemea G. Cavendish Na J. Priestley (Uingereza) na Pendenti ya Sh (Ufaransa). Iliamka mafundisho ya umeme wa anga. W. Franklin mwaka wa 1752 na mwaka mmoja baadaye M. V. Lomonosov Na G. V. Richman alisoma kutokwa kwa umeme na kudhibitisha asili ya umeme ya umeme.
Photometry ilianza kuundwa katika optics: wanasayansi wa Kiingereza V. Herschel Na W. Wollaston kufunguliwa mionzi ya infrared, na mwanasayansi wa Ujerumani I. Ritter - ultraviolet. Ukuzaji wa kemia na madini ulichochea maendeleo mafundisho kuhusu joto: dhana ya uwezo wa joto iliundwa, uwezo wa joto wa vitu mbalimbali ulipimwa, na calorimetry ilianzishwa. Lomonosov alitabiri kuwepo kwa sifuri kabisa. Utafiti ulianza juu ya conductivity ya mafuta na mionzi ya joto, na utafiti wa upanuzi wa joto wa miili. Katika kipindi hicho hicho, iliundwa na kuanza kuboresha Injini ya mvuke.
Kweli, joto lilifikiriwa kwa namna ya kioevu maalum kisicho na uzito - Kalori Kwa njia sawa, umeme wa miili ulielezewa kwa kutumia hypothesis ya maji ya umeme, na matukio ya magnetic - kwa maji ya magnetic. Kwa ujumla, wakati wa karne ya 18, mifano ya maji isiyoweza kufikiwa ilipenya matawi yote ya fizikia. Idadi kubwa ya watafiti hawakuwa na shaka juu ya kuwepo kwao! Hii ilikuwa ni matokeo ya imani kwamba matukio mbalimbali ya kimwili - mafuta, umeme, magnetic, macho - hayahusiani na kila mmoja, huru ya kila mmoja. Iliaminika kuwa kila jambo lina "carrier" wake, dutu maalum. Ni akili chache tu zinazoendelea, ikiwa ni pamoja na Euler na Lomonosov, walikataa uwepo wa jambo lisilo na uzito na waliona katika matukio ya joto na mali ya gesi harakati iliyofichwa lakini isiyokoma ya chembe ndogo zaidi. Katika tofauti hii ya maoni kulikuwa na tofauti kimwili "picha za ulimwengu" - Newtonian Na Cartesian, ambayo ilitokea nyuma katika karne ya 17.
Wafuasi wa Descartes (Cartesius) walizingatia matukio yote ya kimwili kama harakati mbalimbali za jambo moja la msingi, mali pekee ambayo ni ugani na inertia. Aliamini kuwa kama matokeo ya harakati na migongano mbalimbali ya sehemu za jambo la msingi, chembe za maada (corpuscles) za kiasi na maumbo mbalimbali huundwa, kati ya ambayo chembe za aina iliyosafishwa zaidi ya suala - ether - huhamia. Wafuasi wa Descartes waliona kazi ya fizikia kuunda mifano ya mitambo ya matukio. Mvuto wa ulimwengu wote, mwingiliano wa umeme na sumaku, athari za kemikali - kila kitu kilielezewa na vortices mbalimbali katika ether, kuunganisha au kutenganisha chembe za suala.
Walakini, picha hii ya ulimwengu ilikutana na pingamizi mapema katikati ya karne ya 17. Kutoridhika kwake kulionyeshwa kwa ushawishi zaidi na Newton katika Principia. Newton alithibitisha kwamba maelezo ya mvuto wa ulimwengu yaliyotolewa na Cartesians yanapingana na ukweli: vortices katika ether, ambayo, kulingana na Descartes, hujaza kabisa mfumo mzima wa jua na kubeba sayari pamoja nao, ukiondoa uwezekano wa kupita bure kwa comets kupitia mfumo wa jua bila kupoteza harakati zao.
Picha ya Newton ya ulimwengu inatokana na wazo la atomi kutengwa na utupu na kuingiliana mara moja kupitia utupu na nguvu za mvuto au kukataa (hatua ya masafa marefu). Mamlaka kulingana na Newton, ni mali ya msingi, asili ya aina fulani za chembe; Nguvu kama vile mvuto ni tabia ya chembe zote za maada. Tofauti na Cartesians, Newton aliona kuwa inawezekana kwamba mwendo wa mitambo hauwezi kuhifadhiwa katika asili. Newton aliona kazi kuu ya fizikia ni kupata nguvu za mwingiliano kati ya miili. Hakuwatenga kuwepo kwa ether, lakini aliiona kama gesi nyembamba ya elastic ambayo inajaza pores ya miili na kuingiliana na suala.
Mapambano kati ya mawazo ya Newtonian na Cartesian yalidumu kwa karibu karne mbili. Sheria zilezile za asili zilifasiriwa tofauti na wafuasi wa pande hizi mbili. Katika karne ya 18 Maoni ya Newton yalishinda katika fizikia na ilikuwa na ushawishi mkubwa juu ya maendeleo yake zaidi. Walichangia utekelezaji wa mbinu za hisabati katika fizikia. Wakati huo huo, waliimarishwa kwa miaka 100 wazo la hatua ya muda mrefu. Mielekeo ya Cartesian ilifufuka tena katika nusu ya 2 ya karne ya 19, baada ya kuundwa kwa nadharia ya wimbi la mwanga, ugunduzi wa shamba la umeme na sheria ya uhifadhi wa nishati.
Kipindi cha pili cha historia ya fizikia huanza katika muongo wa kwanza wa karne ya 19. Katika karne ya 19, uvumbuzi muhimu zaidi na jumla za kinadharia zilifanywa, ambazo ziliipa fizikia tabia yake. sayansi moja ya jumla. Umoja wa michakato mbalimbali ya kimwili inaonyeshwa ndani sheria ya uhifadhi wa nishati. Jukumu la maamuzi katika maandalizi ya majaribio ya sheria hii lilichezwa na ufunguzi wa sasa wa umeme na utafiti wa vitendo vyake mbalimbali, pamoja na utafiti wa mabadiliko ya pamoja ya joto na kazi ya mitambo. Mnamo 1820 H. K. Ørsted (Denmark) aligundua kitendo cha mkondo wa umeme kwenye sindano ya sumaku. Uzoefu wa Oersted ulitumika kama kichocheo cha utafiti A. Ampera, D. Arago nk Sheria ya mwingiliano wa mikondo miwili ya umeme, iliyopatikana na Ampere, ikawa msingi elektrodynamics. Kwa ushiriki hai wa watafiti wengine, Ampere aligundua haraka uhusiano kati ya matukio ya sumaku na yale ya umeme, hatimaye kupunguza magnetism kwa vitendo vya mikondo. Hivyo wazo la maji ya sumaku lilikoma kuwepo. Mnamo 1831, Faraday aligundua uingizaji wa sumaku-umeme, na hivyo kutambua mpango wake: "kubadilisha sumaku kuwa umeme."
Katika hatua hii ya maendeleo ushawishi wa pande zote wa fizikia na teknolojia umeongezeka kwa kiasi kikubwa. Ukuzaji wa teknolojia ya mvuke ulileta shida nyingi kwa fizikia. Masomo ya kimwili ya mabadiliko ya kuheshimiana ya nishati ya mitambo na joto, kilele uumbaji thermodynamics, ilitumika kama msingi wa kuboresha injini za joto. Baada ya ugunduzi wa sasa wa umeme na sheria zake, maendeleo ya uhandisi wa umeme(uvumbuzi wa telegraph, electroforming, dynamo), ambayo, kwa upande wake, ilichangia maendeleo. elektrodynamics.
Katika nusu ya 1 ya karne ya 19 wazo la vitu visivyo na uzito huanguka. Utaratibu huu ulifanyika polepole na kwa shida kubwa. Shimo la kwanza katika mtazamo mkuu wa ulimwengu wa wakati huo lilifanywa na nadharia ya wimbi la mwanga(Mwanasayansi wa Kiingereza T. Jung , Kifaransa wanasayansi O. Fresnel na D. Arago ) 3 . Seti nzima ya matukio ya kuingiliwa, mgawanyiko na mgawanyiko wa mwanga, hasa uzushi wa kuingiliwa kwa mionzi ya polarized, haikuweza kufasiriwa kinadharia kutoka kwa mtazamo wa corpuscular na wakati huo huo kupata maelezo kamili katika nadharia ya wimbi. ambayo mwanga ni mawimbi ya kupita kiasi yanayoenea kwa njia ya kati ( hewani). Kwa hivyo, jambo nyepesi lilikataliwa mapema kama muongo wa pili wa karne ya 19.
Inadumu zaidi, kwa kulinganisha na jambo nyepesi na maji ya sumaku, iligeuka kuwa wazo la kalori. Ingawa majaribio B. Rumford , ambayo ilithibitisha uwezekano wa kupata kiasi cha ukomo wa joto kwa njia ya kazi ya mitambo, walikuwa kinyume kabisa na wazo la dutu maalum ya joto, mwisho huo uliendelea hadi katikati ya karne; ilionekana kuwa tu kwa msaada wake joto la siri la kuyeyuka na uvukizi linaweza kuelezewa. Sifa ya kuunda nadharia ya kinetic, ambayo mwanzo wake ilianzia nyakati za Lomonosov na D. Bernoulli, ilikuwa ya wanasayansi wa Kiingereza. J. Joule, W. Thomson (Kelvin) na mwanasayansi wa Ujerumani R. Clausius .
Kwa hivyo, kama matokeo ya majaribio ya pande nyingi na ya muda mrefu, chini ya hali ya mapambano magumu na mawazo ya kizamani, kubadilika kwa pande zote kwa michakato mbalimbali ya kimwili na kwa hivyo umoja wa matukio yote ya kimwili yaliyojulikana wakati huo yalithibitishwa.
Moja kwa moja uthibitisho wa uhifadhi wa nishati kwa mabadiliko yoyote ya kimwili na kemikali yalitolewa katika kazi Yu Mayer (Ujerumani), J. Joule Na G. Helmholtz . Baada ya sheria ya uhifadhi wa nishati kupata kutambuliwa kwa ulimwengu wote (katika miaka ya 50 ya karne ya 19), ikawa msingi wa sayansi ya kisasa ya asili. Sheria ya uhifadhi wa nishati na kanuni ya mabadiliko ya entropy [R. Clausius, W. Thomson (Kelvin)] waliunda msingi thermodynamics; kwa kawaida huundwa kama sheria ya kwanza na ya pili ya thermodynamics.
Uthibitisho wa usawa wa joto na kazi ulithibitisha mtazamo wa joto kama mwendo usio na utaratibu wa atomi na molekuli. Kupitia kazi za Joule, Clausius, Maxwell, Boltzmann na wengine, iliundwa nadharia ya kinetic ya gesi. Tayari katika hatua za kwanza za ukuzaji wa nadharia hii, wakati molekuli bado zilizingatiwa kama mipira dhabiti ya elastic, iliwezekana kufunua maana ya kinetic ya idadi ya thermodynamic kama joto na shinikizo. Nadharia ya kinetic ya gesi ilifanya iwezekanavyo kuhesabu umbali wa wastani wa kusafiri wa molekuli, ukubwa wa molekuli na idadi yao kwa kiasi cha kitengo.
Wazo la umoja wa michakato yote ya mwili ilisababisha katika nusu ya 2 ya karne ya 19 kwa urekebishaji mkubwa wa fizikia yote, kwa kuunganishwa kwake kuwa. sehemu kubwa mbili- fizikia ya jambo Na fizikia ya shamba. Msingi wa kwanza ulikuwa nadharia ya kinetic, ya pili - mafundisho ya uwanja wa umeme.
Nadharia ya kinetiki inayofanya kazi kwa thamani za wastani, kwa mara ya kwanza ilianzisha mbinu za nadharia ya uwezekano katika fizikia. Ilitumika kama sehemu ya kuanzia fizikia ya takwimu- moja ya nadharia za jumla za mwili. Misingi ya fizikia ya takwimu ilipangwa tayari kwenye kizingiti cha karne ya 20 na mwanasayansi wa Amerika. J. Gibbs .
Ilikuwa na umuhimu sawa wa kimsingi ugunduzi wa uwanja wa sumakuumeme na sheria zake. Muundaji wa fundisho la uwanja wa sumakuumeme alikuwa M. Faraday . Alikuwa wa kwanza kueleza wazo kwamba athari za umeme na sumaku hazihamishwi moja kwa moja kutoka kwa malipo moja hadi nyingine, lakini huenea kwa njia ya kati. Maoni ya Faraday uwanjani yalikuwa ilitengenezwa kihisabati na Maxwell katika miaka ya 60 ya karne ya 19, ambaye aliweza kutoa mfumo kamili wa equations kwa uwanja wa umeme. Nadharia ya uwanja ikawa thabiti kama mechanics ya Newton.
Nadharia ya uwanja wa sumakuumeme inaongoza kwa wazo la kasi ya mwisho ya uenezi wa vitendo vya sumakuumeme, iliyoonyeshwa na Maxwell (iliyotarajiwa hata mapema na Faraday). Wazo hili lilimwezesha Maxwell kutabiri kuwepo mawimbi ya sumakuumeme. Maxwell naye alihitimisha hivyo asili ya sumakuumeme ya mwanga. Nadharia ya sumakuumeme ya mwanga iliunganisha sumaku-umeme na macho.
Walakini, nadharia ya uwanja wa sumakuumeme ilikubaliwa kwa ujumla tu baada ya mwanafizikia wa Ujerumani G. Hertz kwa majaribio iligundua mawimbi ya sumakuumeme na kuthibitisha kwamba yanafuata sheria zilezile za kinzani, kuakisi na kuingiliwa kama mawimbi ya mwanga.
Katika nusu ya 2 ya karne ya 19, jukumu la fizikia katika teknolojia liliongezeka sana. Umeme umepata maombi sio tu kama njia ya mawasiliano (telegraph, simu), lakini pia kama njia ya kusambaza na kusambaza nishati na kama chanzo cha taa. Mwishoni mwa karne ya 19, mawimbi ya sumakuumeme yalitumiwa kwa mawasiliano ya wireless ( A. S. Popov, Marconi ), ambayo ilionyesha mwanzo wa mawasiliano ya redio. Thermodynamics ya kiufundi ilichangia maendeleo ya injini za mwako wa ndani. Iliamka teknolojia ya joto la chini. Katika karne ya 19, gesi zote ziliyeyushwa, isipokuwa heliamu, ambayo ilipatikana katika hali ya kioevu tu mnamo 1908 (mwanafizikia wa Uholanzi). G. Kammerling-Onnes ).
Fizikia hadi mwisho wa karne ya 19 ilionekana kuwa karibu kamili kwa watu wa wakati huo. Dhana imeanzishwa uamuzi wa kiufundi Laplace, kwa kuzingatia uwezekano wa kuamua bila utata tabia ya mfumo wakati wowote kwa wakati, ikiwa hali ya awali inajulikana. Ilionekana kwa wengi kuwa matukio ya kimwili yanaweza kupunguzwa kwa mechanics ya molekuli na etha, kwa sababu kuelezea matukio ya kimwili yaliyomaanisha wakati huo kupunguza kwa mifano ya mitambo, kupatikana kwa urahisi kwa misingi ya uzoefu wa kila siku. Nadharia ya mitambo ya joto, elastic (au vortex) ether kama mfano wa matukio ya sumakuumeme - hii ndio ilionekana hadi mwisho wa karne ya 19. picha ya kimwili ya ulimwengu. Etha ilionekana kuwa sawa na jambo katika idadi ya mali zake, lakini, tofauti na maada, isiyo na uzito au karibu isiyo na uzito (hesabu zingine zilisababisha uzani wa mpira wa etha, sawa na Dunia, saa 13). kilo).
Hata hivyo, miundo ya kimakanika ilikumbana na ukinzani mkubwa zaidi kadiri ilivyojaribiwa kwa undani zaidi kuendelezwa na kutumiwa. Miundo ya bomba la ethereal vortex iliyoundwa kuelezea sehemu zinazopishana hazikufaa kuelezea sehemu za umeme za kila mara. Kinyume chake, mifano mbalimbali ya shamba mara kwa mara haikuelezea uwezekano wa uenezi wa mawimbi ya umeme. Hatimaye, hakuna mfano mmoja wa ether uliweza kueleza wazi uunganisho wa shamba na malipo tofauti. Mifano mbalimbali za mitambo ya atomi na molekuli (kwa mfano, mfano wa vortex wa atomi uliopendekezwa na W. Thomson) pia uligeuka kuwa wa kuridhisha.
Haiwezekani kupunguza michakato yote ya kimwili kwa mitambo ilizua hamu miongoni mwa baadhi ya wanafizikia na wanakemia kwa ujumla kukataa kutambua ukweli wa atomi na molekuli, kukataa ukweli wa uwanja wa sumakuumeme. E. Mach alitangaza kazi ya fizikia kuwa "maelezo safi" ya matukio. Mwanasayansi wa Ujerumani V. Ostwald alipinga nadharia ya kinetic na atomi kwa kupendelea kinachojulikana nishati -- ulimwengu, thermodynamics ya phenomenological, kama nadharia pekee inayowezekana ya matukio ya kimwili.
Kipindi cha tatu (kisasa) katika historia ya fizikia , iliyopewa jina yasiyo ya classical au quantum relativistic fizikia, huanza katika miaka ya mwisho ya karne ya 19. Hii kipindi hicho kina sifa ya mwelekeo wa utafiti unaofikiriwa ndani ya maada, kwa muundo wake mdogo. Enzi mpya katika historia ya fizikia huanza na utambuzi wa elektroni na utafiti katika hatua na mali zake (Kiingereza. mwanasayansi J. Thomson , mwanasayansi wa Uholanzi G. Lorenz ).
Jukumu muhimu zaidi lilichezwa na masomo ya kutokwa kwa umeme katika gesi. Ilibadilika kuwa elektroni ni chembe ya msingi ya misa fulani, ambayo ina malipo madogo zaidi ya umeme na ni sehemu ya atomi ya kipengele chochote cha kemikali. Hii ilimaanisha hivyo atomi sio msingi, lakini ni mfumo changamano. Imethibitishwa kuwa idadi ya elektroni katika atomi na usambazaji wao kati ya tabaka na vikundi huamua mali ya umeme, macho, sumaku na kemikali ya atomi; Polarizability ya atomi, wakati wake wa sumaku, spectra ya macho na X-ray, na valence hutegemea muundo wa shell ya elektroni.
Mienendo ya elektroni na mwingiliano wao na uwanja wa mionzi inahusishwa na uundaji wa nadharia za jumla za fizikia ya kisasa - nadharia ya uhusiano na quantum mechanics.
Utafiti wa harakati za elektroni za haraka katika uwanja wa umeme na sumaku ulisababisha hitimisho kwamba mechanics ya zamani ya Newton haitumiki kwao. Sifa ya msingi kama hii ya chembe ya nyenzo kama wingi iligeuka kuwa sio ya kudumu, lakini kutofautiana, kulingana na hali ya mwendo wa elektroni. Ilikuwa kuporomoka kwa dhana za mwendo na mali za chembe zilizokita mizizi katika fizikia.
Njia ya nje ya utata ilipatikana A. Einstein , ambaye aliunda (mwaka 1905) nadharia mpya ya kimwili ya nafasi na wakati, nadharia ya uhusiano. Baadaye iliundwa na Einstein (mnamo 1916) nadharia ya jumla ya uhusiano, ambayo ilibadilisha fundisho la zamani la uvutano
Muhimu na ufanisi sawa wa jumla wa ukweli wa kimwili na sheria ulikuwa mechanics ya quantum, iliyoundwa mwishoni mwa robo ya kwanza ya karne ya 20 kama matokeo ya tafiti za mwingiliano wa mionzi na chembe za maada na uchunguzi wa majimbo ya elektroni za atomiki. Wazo la kuanzia la mechanics ya quantum ni hiyo chembe ndogo ndogo zote zina asili ya mawimbi ya chembe mbili.
Mawazo haya mapya kuhusu chembechembe ndogo yameonekana kuzaa matunda na yenye nguvu sana. Nadharia ya Quantum iliweza kueleza sifa za atomi na michakato inayotokea ndani yake, uundaji na mali ya molekuli, mali ya mwili imara, na mifumo ya mionzi ya sumakuumeme.
Karne ya ishirini. kuadhimishwa katika fizikia maendeleo yenye nguvu mbinu za utafiti wa majaribio Na teknolojia ya kupima. Kugundua na kuhesabu elektroni za mtu binafsi, chembe za nyuklia na cosmic, uamuzi wa mpangilio wa atomi na wiani wa elektroni katika fuwele na molekuli ya mtu binafsi, vipimo vya muda wa utaratibu wa sekunde 10 -10, uchunguzi wa harakati za atomi za mionzi. jambo - yote haya ni sifa ya kuongezeka kwa teknolojia ya kupima katika miongo michache iliyopita.
Utafiti na uzalishaji unamaanisha kuwa haujawahi kutokea katika nguvu na kiwango ulikusudiwa utafiti wa michakato ya nyuklia. Miaka 25 iliyopita ya fizikia ya nyuklia, iliyounganishwa kwa karibu na mionzi ya cosmic, na kisha kuundwa kwa viongeza kasi vya nguvu, imesababisha mapinduzi ya kiufundi na kuunda mbinu mpya za utafiti za hila sio tu katika fizikia, bali pia katika kemia, biolojia, jiolojia. , na katika nyanja mbalimbali za teknolojia na kilimo.
Ipasavyo, pamoja na ukuaji wa utafiti wa mwili na ushawishi wake unaokua kwa sayansi na teknolojia zingine asilia, kwa kasi idadi ya majarida na vitabu vya fizikia imeongezeka. Mwishoni mwa karne ya 19, huko Ujerumani, Uingereza, USA na Urusi, pamoja na zile za kitaaluma, jarida moja tu la fizikia lilichapishwa. Hivi sasa, zaidi ya majarida kadhaa yamechapishwa nchini Urusi, USA, Uingereza na Ujerumani (katika kila nchi).
Hata zaidi idadi ya taasisi za utafiti na wanasayansi imeongezeka. Ikiwa katika karne ya 19 utafiti wa kisayansi ulifanyika hasa na idara za fizikia za vyuo vikuu, basi katika karne ya 20 katika nchi zote walionekana na kuanza kuongezeka kwa idadi na kwa kiwango. taasisi za utafiti wa fizikia au katika mwelekeo wake binafsi. Baadhi ya taasisi, hasa katika nyanja ya fizikia ya nyuklia, zina vifaa ambavyo kwa kiwango na gharama yake huzidi kiwango na gharama ya viwanda.