Isaac Newton, klasik fiziğin kurucularından biri olarak anılır. Keşifleri, kendisinden önce kimsenin nedenini çözemediği birçok olguyu açıklıyor.
Klasik mekaniğin ilkeleri uzun bir süre içinde oluşmuştur. Yüzyıllar boyunca bilim adamları maddi cisimlerin hareket yasalarını oluşturmaya çalıştılar. Ve yalnızca Newton, o zamana kadar fiziksel cisimlerin hareketi hakkında biriken tüm bilgileri klasik mekanik açısından özetledi. 1867'de "Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri" adlı eserini yayınladı. Bu çalışmada Newton, kendisinin bildiği bilgilerin yanı sıra, Galileo, Hugens ve diğer bilim adamlarının kendisinden önce hazırladığı hareket ve kuvvetle ilgili tüm bilgileri sistematize etti. Tüm bu bilgilere dayanarak, mekaniğin çok iyi bilinen yasalarını ve evrensel çekim yasasını keşfettiler. Bu yasalar, cisimlerin hareketinin doğası ile onlara etki eden kuvvetler arasında niceliksel ilişkiler kurar.
Yerçekimi Yasası
Newton'un ağaçtan düşen bir elmayı gözlemleyerek yerçekimi yasasını keşfetmesinin istendiğine dair bir efsane var. En azından Newton'un biyografisini yazan William Stukeley bundan bahsediyor. Newton'un gençliğinde bile bir elmanın neden yana değil de yere düştüğünü merak ettiğini söylüyorlar. Ancak bu sorunu çok sonra çözmeyi başardı. Newton, tüm nesnelerin hareketinin, tüm cisimler arasında geçerli olan evrensel çekimin genel yasasına uyduğunu tespit etti.
"Bütün cisimler birbirlerini kütleleriyle doğru orantılı, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle çekerler."
Elma, Dünya'nın kendisine uyguladığı çekim kuvvetinin etkisi altında yere düşer. Newton, üç yasasını kullanarak ne tür bir ivme aldığını açıkladı.
Newton'un ilk yasası
Büyük Newton bu yasayı şu şekilde formüle etti: "Her cisim, uygulanan kuvvetler tarafından bu durumu değiştirmeye zorlanmadıkça, dinlenme halinde veya düzgün ve doğrusal hareket halinde tutulmaya devam eder."
Yani, eğer vücut hareketsizse, o zaman bir tür dış kuvvet ona etki etmeye başlayana kadar bu durumda kalacaktır. Ve buna göre, eğer bir cisim düzgün ve doğrusal olarak hareket ediyorsa, o zaman dış kuvvet harekete geçmeye başlayana kadar hareketine devam edecektir.
Newton'un birinci yasasına Eylemsizlik Yasası da denir. Atalet, üzerine hiçbir kuvvet etki etmediğinde bir cismin hızının korunmasıdır.
Newton'un ikinci yasası
Newton'un birinci yasası, bir cismin üzerine hiçbir kuvvet etki etmediğinde nasıl davranacağını açıklıyorsa, ikinci yasa, bir kuvvet etki etmeye başladığında cismin başına ne geldiğinin anlaşılmasına yardımcı olur.
Bir cisme etki eden kuvvetin büyüklüğü, cismin kütlesi ile kuvvet ona etki etmeye başladığında cismin aldığı ivmenin çarpımına eşittir.
Matematiksel formda bu yasa şöyle görünür:
Nerede F– vücuda etki eden kuvvet;
M– vücut ağırlığı;
A– uygulanan kuvvetin etkisi altında bir cismin aldığı ivme.
Bu denklemden, cisme etki eden kuvvetin büyüklüğü ne kadar büyük olursa, cismin alacağı ivmenin de o kadar büyük olacağı açıktır. Ve bu kuvvetin etki ettiği bedenin kütlesi ne kadar büyük olursa, vücut hareketini o kadar az hızlandıracaktır.
Newton'un üçüncü yasası
Yasa şunu belirtir: A cismi B cismine bir miktar kuvvetle etki ediyorsa, o zaman B cismi de A cismine aynı kuvvetle etki eder. Başka bir deyişle Etki kuvveti tepki kuvvetine eşittir.
Örneğin, bir toptan ateşlenen bir gülle, topun gülleyi dışarı ittiği kuvvete eşit bir kuvvetle topa etki eder. Bu kuvvet sonucunda silah ateşlendikten sonra geri yuvarlanır.
Newton, genel hareket yasalarından teorik mekaniği neredeyse mükemmel kılan birçok sonuç çıkardı. Keşfettiği evrensel çekim yasası, birbirinden çok uzakta bulunan tüm gezegenleri tek bir sisteme bağladı ve gezegenlerin hareketini inceleyen gök mekaniğinin temelini attı.
Newton'un yasalarını oluşturmasından bu yana çok zaman geçti. Ancak tüm bu yasalar bugün hala geçerlidir.
Bir bilim olarak fiziğin kökeni ve gelişimi. Fizik en eski doğa bilimlerinden biridir. İlk fizikçiler, gözlemlenen doğa olaylarını açıklamaya çalışan Yunan düşünürlerdi. Antik düşünürlerin en büyüğü, "kelimesini icat eden Aristoteles'tir (MÖ 384-322 pp.)<{>vai?," ("fusis")
Yunanca'da doğa ne anlama geliyor? Ancak Aristoteles'in "Fizik" kitabının herhangi bir şekilde modern fizik ders kitaplarına benzediğini düşünmeyin. HAYIR! İçinde bir deneyin veya cihazın tek bir tanımını, tek bir çizimi veya çizimi veya tek bir formülü bulamazsınız. Şeyler, zaman ve genel olarak hareket hakkında felsefi düşünceler içerir. Antik dönemin bilimsel düşünürlerinin bütün eserleri birbirinin aynıydı. Romalı şair Lucretius (MÖ 99-55 s.), “Şeylerin Doğası Üzerine” adlı felsefi şiirinde güneş ışınındaki toz parçacıklarının hareketini şöyle anlatır: Antik Yunan filozofu Thales'ten (624-547 s. M.Ö ) elektrik ve manyetizma bilgimizin kökeni, Demokritos (MÖ 460-370 s.) maddenin yapısı doktrininin kurucusudur, tüm cisimlerin en küçük parçacıklardan - atomlardan, Öklid'den (III) oluştuğunu öne süren oydu. yüzyıl M.Ö.) optik alanında önemli araştırmalar gerçekleştirdi - geometrik optiğin temel yasalarını (ışığın doğrusal yayılım yasası ve yansıma yasası) formüle eden ilk kişiydi ve düz ve küresel eylemini tanımladı. aynalar.
Bu dönemin önde gelen bilim adamları ve mucitleri arasında Arşimet (M.Ö. 287-212) ilk sırada yer almaktadır. “Düzlemlerin Dengesi Üzerine”, “Yüzen Cisimler Üzerine”, “Kollar Üzerinde” çalışmalarından mekanik ve hidrostatik gibi fizik dalları gelişmeye başlar. Arşimed'in parlak mühendislik yeteneği tasarladığı mekanik cihazlarda açıkça görülüyordu.
16. yüzyılın ortalarından itibaren. Fiziğin gelişiminde niteliksel olarak yeni bir aşama başlıyor - fizikte deneyler ve deneyler kullanılmaya başlanıyor. Bunlardan ilki Galileo'nun Pisa Kulesi'nden gülle ve kurşun atma deneyimidir. Bu deney, deneysel bir bilim olarak fiziğin “doğum günü” sayılması nedeniyle meşhur oldu.
Isaac Newton'un bilimsel çalışmaları, fiziğin bir bilim olarak oluşumunda güçlü bir itici güç haline geldi. “Doğal Felsefenin Matematiksel İlkeleri” (1684) adlı çalışmasında, fiziksel olayları açıklamak ve tanımlamak için matematiksel bir aparat geliştirir. Klasik (Newtoncu) mekanik olarak adlandırılan mekanizma, onun formüle ettiği yasalar üzerine inşa edildi.
Doğa çalışmalarındaki hızlı ilerleme, yeni olayların ve doğa yasalarının keşfi toplumun gelişmesine katkıda bulundu. 18. yüzyılın sonlarından itibaren fiziğin gelişmesi teknolojinin de hızla gelişmesine neden olmuştur. Şu anda buhar motorları ortaya çıktı ve geliştirildi. Üretim ve taşımada yaygın kullanımları nedeniyle bu süreye “çiftin yaşı” adı verilmektedir. Aynı zamanda, termal süreçler derinlemesine inceleniyor ve fizikte - termodinamikte yeni bir bölüm öne çıkıyor. Termal olayların incelenmesine en büyük katkı S. Carnot, R. Clausius, D. Joule, D. Mendeleev, D. Kelvin ve diğerlerine aittir.
“Keşiflerin hâlâ yapılabileceği bir çağda yaşadığımız için son derece şanslıyız. Bu, kesin olarak keşfedilen Amerika'nın keşfi gibidir. İçinde yaşadığımız yüzyıl, doğanın temel yasalarının keşfedildiği yüzyıldır ve bu sefer bir daha asla tekrarlanmayacaktır. Bu muhteşem bir dönem, heyecan ve mutluluk dönemi ama bunun da sonu gelecek. Elbette gelecekte çıkarlar tamamen farklı olacaktır. Daha sonra farklı seviyelerdeki - biyolojik vb. - fenomenler arasındaki ilişkilerle veya keşiflerden bahsediyorsak, diğer gezegenlerin incelenmesiyle ilgilenecekler, ancak yine de bu bizim şu anda yaptığımızla aynı olmayacak. ”
Richard Feynman, Fiziksel Yasaların Doğası, M., “Bilim”, 1987, s. 158.
“Şimdi size doğa yasalarını tahmin etme sanatından bahsetmek istiyorum. Bu gerçekten sanattır. Bu nasıl yapılıyor? Bu sorunun cevabını bulmaya çalışmak için örneğin bilim tarihine dönüp başkalarının bunu nasıl yaptığını görebilirsiniz. Bu yüzden tarihe geçeceğiz.
Fiziğin oluşumu (17. yüzyıla kadar).Çevredeki dünyanın fiziksel olayları uzun zamandır insanların dikkatini çekmiştir. Bu fenomenlerin nedensel bir açıklamasına yönelik girişimler, kelimenin modern anlamıyla felsefenin yaratılmasından önce geldi. Greko-Romen dünyasında (MÖ 6. yüzyıl - MS 2. yüzyıl), maddenin atomik yapısına ilişkin fikirler ilk kez ortaya çıktı (Demokritos, Epikür, Lucretius), dünyanın jeosantrik sistemi geliştirildi (Ptolemy), en basit yasalar oluşturuldu statik (kaldıraç kuralı), doğrusal yayılma yasası ve ışığın yansıma yasası keşfedildi, hidrostatik ilkeleri formüle edildi (Arşimed yasası), elektrik ve manyetizmanın en basit tezahürleri gözlemlendi.
4. yüzyılda edinilen bilginin sonucu. M.Ö. e. Aristoteles tarafından başarısızlığa uğradı. Aristoteles'in fiziği belirli doğru hükümler içeriyordu, ancak aynı zamanda öncüllerinin ilerici fikirlerinin çoğundan, özellikle de atom hipotezinden yoksundu. Deneyimin önemini kabul eden Aristoteles, bunu bilginin güvenilirliğinin ana kriteri olarak görmedi ve spekülatif fikirleri tercih etti. Orta Çağ'da kilise tarafından kanonlaştırılan Aristoteles'in öğretileri bilimin gelişimini uzun süre yavaşlattı.
Bilim ancak 15. ve 16. yüzyıllarda yeniden canlandı. Aristoteles'in skolastik öğretilerine karşı mücadelede. 16. yüzyılın ortalarında. N. Copernicus, dünyanın güneş merkezli bir sistemini ortaya koydu ve doğa biliminin teolojiden kurtuluşunun başlangıcını işaret etti. Üretim ihtiyaçları, zanaatların, denizciliğin ve topçuluğun gelişimi, deneyime dayalı bilimsel araştırmaları teşvik etti. Ancak 15. ve 16. yüzyıllarda. deneysel çalışmalar çoğunlukla rastgeleydi. Sadece 17. yüzyılda. Fizikte deneysel yöntemin sistematik uygulaması başladı ve bu, ilk temel fiziksel teorinin - Newton'un klasik mekaniğinin - yaratılmasına yol açtı.
Fiziğin bir bilim olarak oluşumu (17. yüzyılın başı - 18. yüzyılın sonu).
Kelimenin modern anlamında fizyolojinin bir bilim olarak gelişimi, hareketin matematiksel bir açıklamasının gerekliliğini anlayan G. Galileo'nun (17. yüzyılın ilk yarısı) çalışmalarından kaynaklanmaktadır. Çevredeki cisimlerin belirli bir cisim üzerindeki etkisinin, Aristoteles mekaniğinde inanıldığı gibi hızı değil, cismin ivmesini belirlediğini gösterdi. Bu ifade eylemsizlik yasasının ilk formülasyonunu temsil ediyordu. Galileo mekanikte görelilik ilkesini keşfetti (bkz. Galileo'nun görelilik ilkesi) , cisimlerin serbest düşüşünün hızlanmasının yoğunluklarından ve kütlelerinden bağımsız olduğunu kanıtladı, Kopernik teorisini doğruladı. Fiziğin diğer alanlarında da önemli sonuçlar elde etti. Yüksek büyütme oranına sahip bir teleskop yaptı ve onun yardımıyla bir dizi astronomik keşifler yaptı (Ay'daki dağlar, Jüpiter'in uyduları vb.). Termal olayların niceliksel incelenmesi Galilsem'in ilk termometreyi icat etmesinden sonra başladı.
17. yüzyılın 1. yarısında. Gazlarla ilgili başarılı bir çalışma başladı. Galileo'nun öğrencisi E. Torricelli, atmosfer basıncının varlığını tespit etti ve ilk barometreyi yarattı. R. Boyle ve E. Marriott, gazların esnekliğini incelediler ve kendi adlarını taşıyan ilk gaz yasasını formüle ettiler. W. Snellius ve R. Descartes ışığın kırılma yasasını keşfettiler. Aynı zamanda mikroskop da yaratıldı. 17. yüzyılın başında manyetik olayların incelenmesinde önemli bir adım atıldı. W. Gilbert. Dünyanın büyük bir mıknatıs olduğunu kanıtladı ve elektrik ile manyetik olayları kesin bir şekilde birbirinden ayıran ilk kişi oldu.
F. 17. yüzyılın ana başarısı. klasik mekaniğin yaratımıydı. Galileo, H. Huygens ve diğer öncüllerin fikirlerini geliştiren I. Newton, “Doğal Felsefenin Matematiksel İlkeleri” (1687) adlı çalışmasında bu bilimin tüm temel yasalarını formüle etmiştir (bkz. Newton'un mekanik yasaları) . Klasik mekaniğin inşası sırasında, bugün hala varlığını sürdüren bilimsel teori ideali ilk kez somutlaştırıldı. Newton mekaniğinin ortaya çıkışıyla birlikte, bilimin görevinin niceliksel olarak formüle edilmiş en genel doğa yasalarını bulmak olduğu nihayet anlaşıldı.
Newton mekaniği en büyük başarısını gök cisimlerinin hareketini açıklamada elde etti. J. Kepler tarafından T. Brahe'nin gözlemlerine dayanarak oluşturulan gezegensel hareket yasalarına dayanarak Newton, evrensel çekim yasasını keşfetti (bkz. Newton'un çekim yasası) . İLE Bu yasanın yardımıyla Ay'ın, güneş sistemindeki gezegenlerin ve kuyruklu yıldızların hareketlerini olağanüstü bir doğrulukla hesaplamak ve okyanusların gel-gitlerini açıklamak mümkün oldu. Newton, cisimlerin (parçacıkların) etkileşiminin anında doğrudan boşlukta gerçekleştiği uzun menzilli eylem kavramına bağlı kaldı; etkileşim kuvvetleri deneysel olarak belirlenmelidir. Mutlak uzayın, özelliklerinden ve hareketinden bağımsız olarak maddenin bir kabı ve mutlak olarak eşit şekilde akan zaman olduğu şeklindeki klasik kavramlarını açıkça formüle eden ilk kişiydi. Görelilik teorisi ortaya çıkana kadar bu fikirler hiçbir değişikliğe uğramadı.
L. Galvani ve A. Volta'nın elektrik akımını keşfetmesi fizyolojinin gelişimi açısından büyük önem taşıyordu. Güçlü doğru akım kaynaklarının (galvanik piller) yaratılması, akımın çeşitli etkilerini tespit etmeyi ve incelemeyi mümkün kıldı. Akımın kimyasal etkisi araştırıldı (G. Davy, M. Faraday). V.V. Petrov bir elektrik arkı aldı. H. K. Oersted'in (1820) elektrik akımının manyetik bir iğne üzerindeki etkisini keşfetmesi, elektrik ile manyetizma arasındaki bağlantıyı kanıtladı. A. Ampere, elektriksel ve manyetik olayların birliğine dayanarak, tüm manyetik olayların hareketli yüklü parçacıklardan - elektrik akımından - kaynaklandığı sonucuna vardı. Bunu takiben Ampere deneysel olarak elektrik akımlarının etkileşim kuvvetini belirleyen bir yasa oluşturdu (Ampere yasası) .
1831'de Faraday elektromanyetik indüksiyon olayını keşfetti (bkz. Elektromanyetik indüksiyon) . Bu olguyu uzun menzilli eylem kavramıyla açıklamaya çalışırken önemli zorluklarla karşılaşıldı. Faraday, elektromanyetik etkileşimlerin bir ara ajan - bir elektromanyetik alan (kısa menzilli eylem kavramı) aracılığıyla gerçekleştirildiğine göre (elektromanyetik indüksiyonun keşfinden önce bile) bir hipotez öne sürdü. Bu, özel bir madde biçiminin (elektromanyetik alan) özellikleri ve davranış yasaları hakkında yeni bir bilimin oluşumunun başlangıcını işaret ediyordu.
Bu yasanın keşfinden önce bile S. Carnot, “Ateşin itici gücü ve bu kuvveti geliştirebilen makineler üzerine düşünceler” (1824) adlı çalışmasında teorinin bir başka temel yasasına temel oluşturan sonuçlar elde etti. ısı - termodinamiğin ikinci yasası. Bu yasa R. Clausius (1850) ve W. Thomson'un (1851) çalışmalarında formüle edilmiştir. Doğadaki termal süreçlerin geri döndürülemezliğini gösteren deneysel verilerin genelleştirilmesidir ve olası enerji süreçlerinin yönünü belirler. Termodinamiğin inşasında önemli bir rol, J. L. Gay-Lussac'ın araştırması tarafından oynandı; buna dayanarak B. Clapeyron, daha sonra D. I. Mendeleev tarafından genelleştirilen ideal bir gazın durum denklemini buldu.
Termodinamiğin gelişmesiyle eş zamanlı olarak termal süreçlerin moleküler-kinetik teorisi de gelişti. Bu, termal süreçlerin dünyanın mekanik resmi çerçevesine dahil edilmesini mümkün kıldı ve fiziksel nicelikler arasındaki tüm bağlantıların olasılıksal olduğu yeni bir tür yasanın - istatistiksel yasaların - keşfedilmesine yol açtı.
En basit ortamın kinetik teorisinin geliştirilmesinin ilk aşamasında - gaz - Joule, Clausius ve diğerleri, çeşitli fiziksel büyüklüklerin ortalama değerlerini hesapladılar: moleküllerin hızı, saniyedeki çarpışma sayısı, ortalama serbest yol vb. Gaz basıncının birim hacim başına molekül sayısına ve moleküllerin öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisine bağımlılığı elde edildi. Bu, moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsü olarak sıcaklığın fiziksel anlamını ortaya çıkarmayı mümkün kıldı.
Moleküler kinetik teorinin gelişiminin ikinci aşaması J. C. Maxwell'in çalışmasıyla başladı. Olasılık kavramını ilk kez felsefeye sokan 1859'da moleküllerin hıza göre dağılımı yasasını buldu (bkz. Maxwell dağılımı) . Bundan sonra moleküler kinetik teorinin olanakları büyük ölçüde genişledi. Ve daha sonra istatistiksel mekaniğin yaratılmasına yol açtı. L. Boltzmann gazların kinetik teorisini oluşturdu ve termodinamik yasalarının istatistiksel olarak doğrulanmasını sağladı. Boltzmann'ın büyük ölçüde çözmeyi başardığı temel sorun, bireysel moleküllerin hareketinin zamanla tersine çevrilebilir doğası ile makroskobik süreçlerin bariz geri döndürülemezliğini uzlaştırmaktı. Boltzmann'a göre bir sistemin termodinamik dengesi, belirli bir durumun maksimum olasılığına karşılık gelir. Süreçlerin geri döndürülemezliği, sistemlerin en olası duruma eğilimi ile ilişkilidir. Ortalama kinetik enerjinin serbestlik dereceleri üzerinde düzgün dağılımına ilişkin kanıtladığı teorem büyük önem taşıyordu.
Klasik istatistiksel mekanik, termodinamik denge durumunda herhangi bir sistem (sadece gazlar için değil) için dağıtım fonksiyonlarını hesaplamaya yönelik bir yöntem yaratan J. W. Gibbs'in (1902) çalışmalarında tamamlandı. İstatistiksel mekanik 20. yüzyılda genel olarak tanındı. J. B. Perrin'in deneyleriyle doğrulanan, Brown hareketinin niceliksel teorisinin moleküler kinetik teorisine dayanan A. Einstein ve M. Smoluchowski (1905-06) tarafından yaratıldıktan sonra.
19. yüzyılın 2. yarısında. Elektromanyetik olayları incelemenin uzun süreci Maxwell tarafından tamamlandı. “Elektrik ve Manyetizma Üzerine İnceleme” (1873) adlı ana eserinde, o dönemde bilinen tüm gerçekleri tek bir bakış açısıyla açıklayan ve tahmin etmeyi mümkün kılan (kendi adını taşıyan) elektromanyetik alan için denklemler kurdu. yeni fenomenler. Maxwell, elektromanyetik indüksiyonu, alternatif bir manyetik alan tarafından girdap elektrik alanının üretilmesi süreci olarak yorumladı. Bunu takiben, ters etkiyi - alternatif bir elektrik alanı tarafından manyetik alanın oluşmasını - öngördü (bkz. Yer Değiştirme Akımı). . Maxwell teorisinin en önemli sonucu, elektromanyetik etkileşimlerin yayılma hızının sonlu, yani ışık hızına eşit olduğu sonucuydu. Elektromanyetik dalgaların G. R. Hertz (1886-89) tarafından deneysel olarak keşfedilmesi bu sonucun geçerliliğini doğruladı. Maxwell'in teorisinden ışığın elektromanyetik bir doğaya sahip olduğu sonucu çıktı. Böylece optik, elektrodinamiğin dallarından biri haline geldi. 19. yüzyılın en sonunda. P. N. Lebedev, Maxwell teorisinin öngördüğü ışığın basıncını deneysel olarak keşfetti ve ölçtü ve A. S. Popov, kablosuz iletişim için elektromanyetik dalgaları kullanan ilk kişi oldu.
Deneyimler, Galileo tarafından formüle edilen ve mekanik olayların tüm eylemsiz referans sistemlerinde aynı şekilde ilerlediğini ileri süren görelilik ilkesinin, elektromanyetik olaylar için de geçerli olduğunu göstermiştir. Bu nedenle Maxwell denklemleri bir eylemsiz referans sisteminden diğerine geçerken formlarını değiştirmemelidir (değişmez olmalıdırlar). Ancak bunun ancak böyle bir geçiş sırasındaki koordinat ve zaman dönüşümlerinin Newton mekaniğinde geçerli olan Galilean dönüşümlerinden farklı olması durumunda doğru olduğu ortaya çıktı. Lorentz bu dönüşümleri buldu (Lorentz dönüşümleri) , ancak onlara doğru yorumu veremediler. Bu Einstein tarafından özel görelilik teorisinde yapıldı.
Kısmi görelilik teorisinin keşfi, dünyanın mekanik resminin sınırlarını gösterdi. Elektromanyetik süreçleri varsayımsal bir ortamda (eter) mekanik süreçlere indirgeme girişimlerinin savunulamaz olduğu ortaya çıktı. Elektromanyetik alanın, davranışı mekanik yasalarına uymayan özel bir madde biçimi olduğu ortaya çıktı.
1916'da Einstein genel görelilik teorisini (uzay, zaman ve yerçekiminin fiziksel teorisi) geliştirdi. Bu teori, yerçekimi teorisinin gelişiminde yeni bir aşamaya işaret ediyordu.
19. ve 20. yüzyılların başında, hatta özel görelilik teorisinin yaratılmasından önce, kuantum teorisinin ortaya çıkışı ve gelişmesiyle bağlantılı olarak fizik alanındaki en büyük devrimin başlangıcı atıldı.
19. yüzyılın sonunda. Enerjinin serbestlik dereceleri üzerinde düzgün dağılımına ilişkin klasik istatistiksel fizik yasasından türetilen termal radyasyon enerjisinin spektrum boyunca dağılımının deneyimle çeliştiği ortaya çıktı. Teoriden, maddenin herhangi bir sıcaklıkta elektromanyetik dalgalar yayması, enerji kaybetmesi ve mutlak sıfıra kadar soğuması gerektiği, yani madde ile radyasyon arasındaki termal dengenin imkansız olduğu sonucu çıktı. Ancak günlük deneyimler bu sonuçla çelişiyordu. Çözüm, 1900 yılında M. Planck tarafından bulundu; bu, klasik elektrodinamiğe aykırı olarak atomların sürekli olarak değil, ayrı kısımlarda - kuantum olarak elektromanyetik enerji yaydığını varsayarsak, teorinin sonuçlarının deneyimle tutarlı olduğunu gösterdi. Bu kuantumların her birinin enerjisi frekansla doğru orantılıdır ve orantılılık katsayısı eylem kuantumudur. H= 6,6×10 -27 erg× saniye, daha sonra Planck sabiti olarak bilinmeye başlandı.
1905'te Einstein, Planck'ın hipotezini genişleterek elektromanyetik enerjinin yayılan kısmının da yalnızca bir bütün olarak yayıldığını ve emildiğini öne sürdü. Parçacık gibi davranır (daha sonra foton olarak adlandırılacaktır) . Bu hipoteze dayanarak Einstein, klasik elektrodinamik çerçevesine uymayan fotoelektrik etki yasalarını açıkladı.
Böylece ışığın parçacık teorisi yeni bir niteliksel düzeyde yeniden canlandırıldı. Işık bir parçacık akışı (parçacıklar) gibi davranır; ancak aynı zamanda, özellikle ışığın kırınımı ve girişiminde kendini gösteren dalga özelliklerine de sahiptir. Sonuç olarak, klasik Fizik açısından bağdaşmayan dalga ve parçacık özellikleri, ışığın eşit ölçülerde doğasında vardır (ışığın dualizmi). Radyasyonun "kuantalanması", atom içi hareketlerin enerjisinin de yalnızca aniden değişebileceği sonucuna varılmasına yol açtı. Bu sonuç 1913'te N. Bohr tarafından yapıldı.
1926'da Schrödinger, dalga tipi bir denklemden atom enerjisinin ayrık değerlerini elde etmeye çalışarak, kendi adını taşıyan kuantum mekaniğinin temel denklemini formüle etti. W. Heisenberg ve Born (1925) kuantum mekaniğini başka bir matematiksel formda (sözde) inşa ettiler. matris mekaniği.
Pauli ilkesine göre, bir metaldeki tüm serbest elektron kümesinin enerjisi mutlak sıfırda bile sıfırdan farklıdır. Uyarılmamış bir durumda, sıfırdan başlayıp bir maksimum seviyeye (Fermi seviyesi) kadar uzanan tüm enerji seviyeleri elektronlar tarafından işgal edilir. Bu resim Sommerfeld'in elektronların metallerin ısı kapasitesine küçük katkısını açıklamasını sağladı: ısıtıldığında yalnızca Fermi seviyesine yakın elektronlar uyarılır.
F. Bloch, H. A. Bethe ve L. Neel Ginzburg'un kuantum elektrodinamiği üzerine çalışmalarında. Atom çekirdeğinin yapısını doğrudan incelemeye yönelik ilk girişimler, Rutherford'un kararlı nitrojen çekirdeklerini alfa parçacıklarıyla bombardıman ederek yapay olarak oksijen çekirdeğine dönüştürmeyi başardığı 1919 yılına kadar uzanıyor. Nötronun 1932'de J. Chadwick tarafından keşfi, çekirdeğin modern proton-nötron modelinin (D. D. Ivanenko, Heisenberg) yaratılmasına yol açtı. 1934 yılında I. ve F. Joliot-Curie eşleri yapay radyoaktiviteyi keşfettiler.
Yüklü parçacık hızlandırıcılarının yaratılması, çeşitli nükleer reaksiyonların incelenmesini mümkün kıldı. Fiziğin bu aşamasının en önemli sonucu atom çekirdeğinin bölünmesinin keşfiydi.
1939-45'te nükleer enerji ilk olarak 235 U fisyon zincir reaksiyonu kullanılarak serbest bırakıldı ve atom bombası yaratıldı. 235 U'nun kontrollü nükleer fisyon reaksiyonunun barışçıl, endüstriyel amaçlarla kullanılmasının kredisi SSCB'ye aittir. 1954 yılında SSCB'de (Obninsk) ilk nükleer santral inşa edildi. Daha sonra birçok ülkede uygun maliyetli nükleer santraller kuruldu.
nötrinolar ve ortalama ömrü yalnızca 10 -22 -10 -24 saniye olan son derece kararsız parçacıklar - rezonanslar dahil olmak üzere birçok yeni temel parçacık keşfedildi . Temel parçacıkların keşfedilen evrensel birbirine dönüştürülebilirliği, bu parçacıkların kelimenin tam anlamıyla temel parçacıklar olmadığını, henüz keşfedilmemiş karmaşık bir iç yapıya sahip olduklarını gösterdi. Temel parçacıklar ve bunların etkileşimleri (güçlü, elektromanyetik ve zayıf) teorisi, henüz tamamlanmaktan uzak olan kuantum alan teorisinin konusudur.
Fiziğin arka planı. Fiziksel gözlem olaylar eski zamanlarda meydana geldi. O dönemde olgusal bilgi biriktirme süreci henüz farklılaşmamıştı: fiziksel, geometrik ve astronomik kavramlar birlikte geliştirildi.
Fiziğin (kelimenin modern anlamında) yaratılmasından önce gelen, gerçeklerin sistematik birikimi ve bunları açıklamaya ve genelleştirmeye yönelik girişimler, özellikle 19. yüzyılda yoğun bir şekilde meydana geldi. Greko-Romen kültürü dönemi(MÖ 6. yüzyıl - MS 2. yüzyıl). Bu dönemde ilk fikirler Maddenin atomik yapısı(Demokritos, Epikuros, Lucretius), dünyanın jeosentrik bir sistemi yaratıldı (Ptolemy), güneş merkezli bir sistemin başlangıcı ortaya çıktı (Samoslu Aristarkus), bazı basit Statik kanunları(kaldıraç kuralları, ağırlık merkezi), elde edilen ilk sonuçlar uygulamalı optik(aynalar yapıldı, ışığın yansıması yasası keşfedildi, kırılma olgusu keşfedildi), en basit ilkeler keşfedildi hidrostatik(Arşimet yasası). Manyetizma ve elektriğin en basit olguları eski zamanlarda biliniyordu.
Öğretim Aristo (MÖ 389 – 322) Önceki döneme ait bilgileri özetledi 1. Aristoteles'in kilise tarafından kanonlaştırılan öğretileri, fizik biliminin daha da gelişmesinin önünde bir frene dönüştü. Binlerce yıllık durgunluk ve kısırlıktan sonra fizik ancak 15. ve 16. yüzyıllarda yeniden canlandı. Skolastik felsefeye karşı mücadelede. Bilimin yeniden canlanması esas olarak imalat dönemindeki üretim ihtiyaçları tarafından belirlendi. Büyük coğrafi keşifler, özellikle Amerika'nın keşfi, birçok yeni gözlemin birikmesine ve eski önyargıların yıkılmasına katkıda bulundu. Zanaat, denizcilik ve topçuluğun gelişimi bilimsel araştırmalara yönelik teşvikler yarattı.. Bilimsel düşünce inşaat, hidrolik ve balistik problemlerine odaklandı ve matematiğe ilgi arttı. Teknolojinin gelişmesi deneme fırsatları yarattı. Leonardo da Vinci bir dizi fiziksel soru sordu ve bunları deneylerle çözmeye çalıştı. Şu söz ona aittir: "Tecrübe asla aldatmaz, yalnızca yargılarımız aldatıcıdır" .
Ancak 15-16. yüzyıllarda bireysel fiziksel gözlemler ve deneysel çalışmalar yapılmaya başlanmıştır. rastgele doğa. Sadece 17. yüzyıl başladı deneysel yöntemin sistematik uygulaması fizikte ve o zamandan beri fiziksel bilginin sürekli büyümesi.
Fiziğin gelişiminin ilk dönemi , klasik denilen eserlerle başlar Galileo Galilei (1564 – 1642) . Kesinlikle Galileo fizikte deneysel yöntemin yaratıcısıydı. Dikkatlice düşünülmüş bir deney, incelenen olaydaki ikincil faktörlerin ana faktörden ayrılması, olgunun parametreleri arasında kesin niceliksel ilişkiler kurma arzusu - bu Galileo'nun yöntemidir. Galileo bu yöntemi kullanarak ilk temelleri attı hoparlörler. Galileo, Aristoteles mekaniğinin hatalı ifadelerini çürüttü: özellikle hızın değil, ivmenin vücut üzerindeki dış etkinin bir sonucu olduğunu göstermeyi başardı. işimde “İki yeni bilim dalı ile ilgili konuşmalar ve matematiksel ispatlar…” (1638) Galileo, ilk formülasyonu temsil eden bu sonucu ikna edici bir şekilde kanıtlıyor eylemsizlik yasası, görünür çelişkileri ortadan kaldırır. Bunu tecrübeyle kanıtlıyor cisimlerin serbest düşüşünün ivmesi yoğunluklarına ve kütlelerine bağlı değildir. Fırlatılan bir cismin hareketini dikkate alan Galileo, hareketlerin eklenmesi kanunu ve esas olarak kuvvetlerin eyleminin bağımsızlığı konusundaki tutumu ifade eder. “Sohbetler” aynı zamanda bedenlerin gücü hakkında da bilgi veriyor. Ayrıca şu konularda fikirler de formüle etti: hareketin göreliliği(görelilik ilkesi), cisimlerin eğik bir düzlem boyunca hareketi ( aslında Newton'un ilk iki yasasını keşfetti).
Galileo'nun eserlerinde Blaise Pascal temeller atıldı hidrostatik. Galileo fiziğin diğer alanlarında da önemli keşifler yaptı. İlk kez, çok daha sonra incelenen yüzey gerilimi olgusunu deneysel olarak doğruladı. Galileo zenginleştiriyor uygulamalı optik teleskopu ve termometresi şunu gösterdi: termal olayların niceliksel incelenmesi.
17. yüzyılın 1. yarısında, büyük pratik öneme sahip olan gazların fiziksel doktrini ortaya çıktı. Galileo'nun öğrencisi E. Torricelli hava basıncının varlığını keşfeder ve ilkini yaratır barometre. O. Guericke bir hava pompası icat eder ve sonunda Aristoteles'in "boşluk korkusu" hakkındaki ifadesini çürütür. R. Boyle ve biraz sonra E. Marriott Gazların esnekliğini inceliyorlar ve kendi adlarıyla bilinen yasayı keşfediyorlar. V. Snellius (Hollanda) ve R.Descartes (Fransa) ışığın kırılma yasasını keşfetti. Mikroskobun yaratılışı bu döneme kadar uzanıyor. Mıknatıslar (navigasyon sırasında) ve sürtünme sırasındaki elektriklenme üzerine yapılan gözlemler, elektrostatik ve manyetostatik alanında değerli bilgiler sağlar; bunların yaratıcısı İngiliz doğa bilimci olarak kabul edilmelidir. W. Gilbert .
17. yüzyılın 2. yarısı olaylar açısından daha da zengindi. Galileo'nun "Sohbetler"i araştırmanın temelini attı mekaniğin temelleri. Eğrisel hareketin incelenmesi ( X.Huygens ) açılışı hazırladı mekaniğin temel kanunu- kuvvet, kütle ve ivme arasındaki ilişki ilk kez formüle edildi I. Newton onun içinde "Doğa felsefesinin matematiksel ilkeleri" (1687) . Newton ayrıca, cisimlerin etkisine ilişkin önceki çalışmaların (H. Huygens) genellemelerini bulduğu sistem dinamiğinin temel yasasını (etki ve tepki eşitliği) oluşturdu. İlk kez fiziğin temel kavramları netleşiyor -- uzay ve zaman kavramları.
Kepler tarafından oluşturulan gezegensel hareket yasalarına dayanarak Newton ilk kez Principia'sında formüle etti. evrensel çekim kanunu 17. yüzyılın birçok bilim adamının bulmaya çalıştığı şey. Newton, 17. yüzyılın 70'li yıllarında ölçülen yerçekimi ivmesinin değerine dayanarak Ay'ın yörüngesindeki ivmesini hesaplayarak bu yasayı doğruladı. Ay'ın hareketindeki bozuklukları ve denizlerin gel-gitlerinin nedenini de açıkladı. Newton'un bu keşfinin önemi göz ardı edilemez. Çağdaşlara bilimin gücünü gösterdi. BT evrenin önceki resminin tamamını değiştirdi.
Aynı zamanda X. Huygens ve G.Leibniz formüle etmek momentumun korunumu kanunu ( daha önce Descartes tarafından yanlış bir biçimde ifade edilmiştir) ve canlı güçlerin korunumu yasası. Huygens, fiziksel sarkaç teorisini yaratır ve sarkaçlı bir saat inşa eder. 17. yüzyılın çok yönlü bilim adamlarından biri R. Hooke (İngiltere) adıyla bilinen açılışlar esneklik kanunu. M. Mersenne (Fransa) temellerini atıyor fiziksel akustik; bir telin sesini inceliyor ve sesin havadaki hızını ölçüyor.
Bu yıllarda tespit dürbünlerinin artan kullanımı nedeniyle geometrik optik hızla gelişiyor ve fiziksel optiğin temelleri. F. Grimaldi (İtalya) 1665'te ışığın kırınımını keşfetti. Newton, ışığın dağılması ve girişimi teorisini geliştirdi. Işık tanecikleri hipotezini öne sürdü. Spektroskopi Newton'un optik çalışmalarından kaynaklanmaktadır. O. Roemer (Danimarka) 1672'de ışığın hızını ölçtü. Newton'un çağdaşı Huygens orijinali geliştiriyor dalga optiğinin temelleri, kendi adıyla bilinen dalgaların (ışık) yayılma ilkesini formüle eder, kristallerdeki çift kırılma olayını araştırır ve açıklar 2.
Böylece, 17. yüzyılda mekaniğin temelleri atıldı ve fiziğin en önemli alanlarında, elektrik ve manyetizma, ısı, fiziksel optik ve akustik araştırmalarında araştırmalar başladı.
18. yüzyılda Fiziğin tüm alanlarındaki gelişmeler devam ediyor. Newton mekaniği, yer ve gök cisimlerinin hareket yasalarını kapsayan kapsamlı bir bilgi sistemi haline gelir. Emekler sayesinde L.Euler , Fransızca bilim adamı A. Clairaut vb. oluşturuluyor gök mekaniği, yüksek mükemmelliğe getirildi P. Laplace. Geliştirilmiş haliyle mekanik, o zamanın makine teknolojisinin, özellikle de hidroliklerin temeli haline geldi.
18. yüzyılda fiziğin diğer dallarında deneysel veriler daha da yoğunlaştı ve en basit yasalar formüle edildi. V. Franklin formülleri yükün korunumu kanunu. 18. yüzyılın ortalarında yaratıldı ilk elektrik kondansatörü(Hollanda'daki P. Muschenbroek'in Leyden kavanozu), büyük elektrik yüklerinin birikmesini mümkün kıldı ve bu da etkileşim yasalarının incelenmesini kolaylaştırdı. Elektrostatiğin temeli olan bu yasa bağımsız olarak keşfedildi G. Cavendish Ve J. Priestley (İngiltere) ve Ş. (Fransa). ortaya çıktı atmosferik elektrik doktrini. 1752'de ve bir yıl sonra W. Franklin M. V. Lomonosov Ve GV Richman Yıldırım deşarjlarını inceledi ve yıldırımın elektriksel doğasını kanıtladı.
Optikte fotometri oluşturulmaya başlandı: İngiliz bilim adamları V. Herschel Ve W. Wollaston açıldı kızılötesi ışınlar ve Alman bilim adamı I. Ritter - ultraviyole. Kimya ve metalurjinin gelişmesi gelişmeyi teşvik etti ısı ile ilgili öğretiler: Isı kapasitesi kavramı formüle edildi, çeşitli maddelerin ısı kapasiteleri ölçüldü ve kalorimetri kuruldu. Lomonosov mutlak sıfırın varlığını öngördü. Isıl iletkenlik, ısıl radyasyon ve cisimlerin ısıl genleşmesi üzerine araştırmalar başladı. Aynı dönemde yaratıldı ve gelişmeye başladı buhar motoru.
Doğru, ısı özel, ağırlıksız bir sıvı şeklinde hayal edildi - Kalorili Benzer şekilde, cisimlerin elektrifikasyonu, elektrik sıvısı hipotezi, manyetik olay - manyetik sıvı tarafından kullanılarak açıklandı. Genel olarak 18. yüzyılda ölçülemez akışkan modelleri fiziğin tüm dallarına nüfuz etti. Araştırmacıların büyük çoğunluğunun onların varlığından şüphesi yoktu! Bu, çeşitli fiziksel olayların (termal, elektriksel, manyetik, optik) birbiriyle ilişkili, birbirinden bağımsız olmadığı inancının bir sonucuydu. Her olgunun kendi “taşıyıcısı” olan özel bir maddeye sahip olduğuna inanılıyordu. Aralarında Euler ve Lomonosov'un da bulunduğu yalnızca birkaç ilerici beyin, ağırlıksız maddenin varlığını inkar etti ve termal olaylarda ve gazların özelliklerinde en küçük parçacıkların gizli ama sürekli hareketini gördü. Bu görüş farklılığında bir fark vardı fiziksel “dünya resimleri” - Newtoniyen Ve Kartezyen 17. yüzyılda ortaya çıktı.
Descartes'ın (Cartesius) takipçileri, tüm fiziksel olayları, tek özellikleri uzama ve eylemsizlik olan aynı birincil maddenin çeşitli hareketleri olarak görüyorlardı. Birincil maddenin parçalarının çeşitli hareketleri ve çarpışmaları sonucunda, çeşitli hacim ve şekillerde madde parçacıklarının (parçacıklar) oluştuğuna ve aralarında maddenin en rafine biçiminin - eter - parçacıklarının hareket ettiğine inanıyordu. Descartes'ın takipçileri fiziğin görevini olayların tamamen mekanik modellerini yaratmak. Evrensel yerçekimi, elektriksel ve manyetik etkileşimler, kimyasal reaksiyonlar - her şey eterdeki, madde parçacıklarını bağlayan veya ayıran çeşitli girdaplarla açıklanıyordu.
Ancak bu dünya resmi 17. yüzyılın ortalarından itibaren itirazlarla karşılaştı. Tatmin edici olmayışı en ikna edici biçimde Principia'da Newton tarafından gösterildi. Newton, Kartezyenler tarafından verilen evrensel çekim açıklamasının gerçeklerle çeliştiğini kanıtladı: Descartes'a göre tüm güneş sistemini tamamen dolduran ve gezegenleri kendileriyle birlikte taşıyan eterdeki girdaplar, kuyruklu yıldızların serbestçe geçiş olasılığını dışlıyor. hareketlerini kaybetmeden güneş sistemi.
Newton'un dünya resmi atomların boşlukla ayrıldığı ve boşluk aracılığıyla anında çekim veya itme kuvvetleriyle etkileşime girdiği (uzun menzilli etki) fikrine dayanmaktadır. Güçler Newton'a göre, belirli parçacık türlerinin birincil, orijinal özelliğidir; Yerçekimi gibi bir kuvvet, maddenin tüm parçacıklarının karakteristiğidir. Kartezyenlerden farklı olarak Newton, mekanik hareketin doğada korunamayacağının mümkün olduğunu düşünüyordu. Newton testere Fiziğin asıl görevi cisimler arasındaki etkileşim kuvvetlerini bulmaktır.. Eterin varlığını dışlamadı, ancak onu cisimlerin gözeneklerini dolduran ve maddeyle etkileşime giren ince, elastik bir gaz olarak değerlendirdi.
Newtoncu ve Kartezyen fikirler arasındaki mücadele neredeyse iki yüzyıl sürdü. Aynı doğa yasaları bu iki yönün destekçileri tarafından farklı şekilde yorumlandı. 18. yüzyılda Newton'un görüşleri fizikte zafer kazandı ve daha da gelişmesinde derin bir etkisi oldu. Katkıda bulundular Matematiksel yöntemlerin fizikte uygulanması. Aynı zamanda 100 yıl boyunca güçlendiler uzun menzilli eylem fikri. 19. yüzyılın 2. yarısında Kartezyen eğilimler yeniden canlandı. Işığın dalga teorisinin yaratılmasından sonra, elektromanyetik alanın ve enerjinin korunumu yasasının keşfi.
Fizik tarihinin ikinci dönemi 19. yüzyılın ilk on yılında başlar. 19. yüzyılda fiziğe karakterini veren en önemli keşifler ve teorik genellemeler yapıldı. tek bir bütünsel bilim. Çeşitli fiziksel süreçlerin birliği şu şekilde ifade edilir: enerjinin korunumu kanunu. Bu yasanın deneysel hazırlanmasında belirleyici rol şu kişiler tarafından oynandı: elektrik akımının açılması ve çeşitli eylemlerinin incelenmesinin yanı sıra ısı ve mekanik işin karşılıklı dönüşümlerinin incelenmesi. 1820'de H. K. Ørsted (Danimarka) elektrik akımının manyetik bir iğne üzerindeki etkisini keşfetti. Oersted'in deneyimi araştırmaya ivme kazandırdı A. Ampera, D. Arago vb. Ampere tarafından bulunan iki elektrik akımının etkileşimi yasası temel oldu elektrodinamik. Ampere, diğer araştırmacıların canlı katılımıyla kısa sürede bu sonuca ulaştı. Manyetik olaylar ve elektriksel olaylar arasındaki bağlantı sonuçta manyetizmayı akımların hareketlerine indirger. Bu yüzden manyetik akışkanlar fikri ortadan kalktı. 1831'de Faraday elektromanyetik indüksiyonu keşfetti ve böylece "manyetizmayı elektriğe dönüştürmek" planını gerçekleştirdi.
Gelişimin bu aşamasında fizik ve teknolojinin karşılıklı etkisi önemli ölçüde arttı. Buhar teknolojisinin gelişimi fizik açısından birçok sorunu da beraberinde getirdi. Mekanik enerji ve ısının karşılıklı dönüşümüne ilişkin fiziksel çalışmalar, yaratılış termodinamik, ısı motorlarının iyileştirilmesinin temelini oluşturdu. Elektrik akımının ve yasalarının keşfinden sonra elektrik akımının gelişimi elektrik mühendisliği(telgrafın, elektrikli şekillendirmenin, dinamonun icadı) bunlar da ilerlemeye katkıda bulundu elektrodinamik.
19. yüzyılın 1. yarısında ağırlıksız maddeler fikri çöküyor. Bu süreç yavaş yavaş ve büyük zorluklarla gerçekleştirildi. O zamanın hakim fiziksel dünya görüşündeki ilk delik, Işığın dalga teorisi(İngiliz bilim adamı T.Jung , Fransızca bilim adamları O. Fresnel ve D. Arago ) 3. Işığın girişim, kırınımı ve polarizasyonu olgularının tamamı, özellikle de polarize ışınların girişimi olgusu, parçacık bakış açısından teorik olarak yorumlanamadı ve aynı zamanda dalga teorisinde tam bir açıklama bulunamadı. hangi ışık bir ortamda (havada) yayılan enine dalgalardır. Böylece, hafif madde daha 19. yüzyılın ikinci on yılında reddedildi.
Daha dayanıklı hafif madde ve manyetik sıvıyla karşılaştırıldığında, kalori fikri olduğu ortaya çıktı. Her ne kadar deneyler B.Rumfoord Mekanik çalışma yoluyla sınırsız miktarda ısı elde etme olasılığını kanıtlayan özel termal madde fikriyle açık bir çelişki içindeydi, ikincisi yüzyılın ortasına kadar sürdü; Görünüşe göre gizli erime ve buharlaşma ısısı ancak onun yardımıyla açıklanabilirdi. Başlangıçları Lomonosov ve D. Bernoulli zamanlarına kadar uzanan kinetik teoriyi yaratmanın itibarı İngiliz bilim adamlarına aitti. J. Joule, W. Thomson (Kelvin) ve Alman bilim adamı R. Clausius .
Böylece, çok yönlü ve uzun deneyler sonucunda, modası geçmiş fikirlerle zorlu bir mücadele koşullarında, çeşitli fiziksel süreçlerin karşılıklı değişebilirliği ve dolayısıyla o zamanlar bilinen tüm fiziksel olayların birliği kanıtlandı.
Doğrudan enerji korunumunun kanıtıçalışmalarda herhangi bir fiziksel ve kimyasal dönüşüm verildi Yu.Mayer (Almanya), J. Joule Ve G. Helmholtz . Enerjinin korunumu yasası evrensel olarak tanındıktan sonra (19. yüzyılın 50'li yıllarında), modern doğa biliminin temel taşı haline geldi. Enerjinin korunumu yasası ve entropi değişimi ilkesi [R. Clausius, W. Thomson (Kelvin)] temeli oluşturdu termodinamik; genellikle termodinamiğin birinci ve ikinci yasaları olarak formüle edilirler.
Isı ve işin eşitliğinin kanıtı bu görüşü doğruladı. atomların ve moleküllerin düzensiz hareketi olarak ısı. Joule, Clausius, Maxwell, Boltzmann ve diğerlerinin çalışmaları sayesinde yaratıldı. gazların kinetik teorisi. Zaten bu teorinin gelişiminin ilk aşamalarında, moleküllerin hala katı elastik toplar olarak kabul edildiği dönemde, sıcaklık ve basınç gibi termodinamik büyüklüklerin kinetik anlamını ortaya çıkarmak mümkündü. Gazların kinetik teorisi, moleküllerin ortalama hareket mesafelerini, moleküllerin boyutlarını ve birim hacim başına sayılarını hesaplamayı mümkün kıldı.
Tüm fiziksel süreçlerin birliği fikri, 19. yüzyılın 2. yarısında tüm fiziğin radikal bir şekilde yeniden yapılandırılmasına, birleştirilmesine yol açtı. iki büyük bölüm- maddenin fiziği Ve alan fiziği. Birincisinin temeli kinetik teoriydi, ikincisi ise elektromanyetik alan doktriniydi.
Kinetik teori ilk kez ortalama değerlerle çalışıyor olasılık teorisinin yöntemlerini fiziğe tanıttı. Bir başlangıç noktası olarak hizmet etti istatistiksel fizik- en genel fiziksel teorilerden biri. İstatistiksel fiziğin temelleri 20. yüzyılın eşiğinde Amerikalı bir bilim adamı tarafından sistematize edildi. J. Gibbs .
Eşit derecede temel öneme sahip olan Elektromanyetik alanın ve yasalarının keşfi. Elektromanyetik alan doktrininin yaratıcısı M. Faraday . Elektriksel ve manyetik etkilerin bir yükten diğerine doğrudan aktarılmadığı, bir ara ortam aracılığıyla yayıldığı fikrini ilk ortaya atan kişi oydu. Faraday'ın sahadaki görüşleri şunlardı: Maxwell tarafından matematiksel olarak geliştirildi 19. yüzyılın 60'lı yıllarında elektromanyetik alan için eksiksiz bir denklem sistemi vermeyi başaran kişi. Alan teorisi Newton mekaniği kadar tutarlı hale geldi.
Elektromanyetik alan teorisi şunlara yol açar: elektromanyetik eylemlerin sonlu bir yayılma hızı fikri, Maxwell tarafından ifade edilmiştir (Faraday tarafından daha da önceden tahmin edilmiştir). Bu fikir Maxwell'in varlığı tahmin etmesini sağladı. elektromanyetik dalgalar. Maxwell ayrıca şu sonuca varmıştır: Işığın elektromanyetik doğası. Işığın elektromanyetik teorisi elektromanyetizma ve optiği birleştirdi.
Ancak elektromanyetik alan teorisi ancak Alman fizikçinin keşfinden sonra genel olarak kabul edildi. G.Hertz deneysel olarak elektromanyetik dalgaları keşfetti ve ışık dalgalarıyla aynı kırılma, yansıma ve girişim yasalarını takip ettiklerini kanıtladı.
19. yüzyılın 2. yarısında fiziğin teknolojideki rolü önemli ölçüde arttı. Elektrik, yalnızca iletişim aracı (telgraf, telefon) olarak değil, aynı zamanda enerjinin iletilmesi ve dağıtılması yöntemi ve aydınlatma kaynağı olarak da uygulama alanı bulmuştur. 19. yüzyılın sonlarında kablosuz iletişim için elektromanyetik dalgalar kullanılmaya başlandı. A. S. Popov, Marconi ), radyo iletişiminin başlangıcını işaret ediyordu. Teknik termodinamik, içten yanmalı motorların geliştirilmesine katkıda bulundu. ortaya çıktı düşük sıcaklık teknolojisi. 19. yüzyılda, yalnızca 1908'de sıvı halde elde edilen helyum dışında tüm gazlar sıvılaştırıldı (Hollandalı fizikçi) G. Kammerling-Onnes ).
19. yüzyılın sonunda fizik çağdaşlarına neredeyse tamamlanmış görünüyordu.. Konsept belirlendi mekanik determinizm Laplace, başlangıç koşullarının bilinmesi halinde, bir sistemin herhangi bir andaki davranışının kesin olarak belirlenmesi olasılığına dayanmaktadır. Pek çok kişiye, fiziksel fenomenlerin moleküllerin ve eterin mekaniğine indirgenebileceği düşünülüyordu, çünkü o zamanlar fiziksel fenomenleri açıklamak, onları günlük deneyimlere dayanarak kolayca erişilebilen mekanik modellere indirgemek anlamına geliyordu. Elektromanyetik olayların bir modeli olarak ısının, elastik (veya girdap) eterin mekanik teorisi - 19. yüzyılın sonuna kadar böyle görünüyordu dünyanın fiziksel resmi. Eter birçok özelliği bakımından maddeye benziyordu, ancak maddeden farklı olarak ağırlıksız veya neredeyse ağırlıksızdı (bazı hesaplamalar, hacim olarak Dünya'ya eşit bir eter topunun ağırlığının 13°C olduğunu gösteriyordu). kilogram).
Ancak mekanik modeller geliştirilmeye ve uygulanmaya çalışıldıkça daha büyük çelişkilerle karşılaşılmaktadır. Alternatif alanları açıklamak için oluşturulan eterik girdap tüpü modelleri, sabit elektrik alanlarını açıklamaya uygun değildi. Aksine, çeşitli sabit alan modelleri elektromanyetik dalgaların yayılma olasılığını açıklamıyordu. Son olarak, eterin tek bir modeli bile alanın ayrık yüklerle bağlantısını açık bir şekilde açıklayamadı. Atomların ve moleküllerin çeşitli mekanik modellerinin (örneğin, W. Thomson tarafından önerilen atomun girdap modeli) de tatmin edici olmadığı ortaya çıktı.
Tüm fiziksel süreçleri mekanik süreçlere indirgemenin imkansızlığı genel olarak bazı fizikçiler ve kimyagerler arasında istek uyandırdı Atomların ve moleküllerin gerçekliğini tanımayı reddetmek, elektromanyetik alanın gerçekliğini reddetmek. E.Mach Fiziğin görevinin fenomenlerin "saf tanımı" olduğunu ilan etti. Alman bilim adamı V. Ostwald sözde lehine kinetik teori ve atomizme karşı çıktı enerji -- fiziksel olayların tek olası teorisi olarak evrensel, tamamen fenomenolojik termodinamik.
Fizik tarihinin üçüncü (modern) dönemi , dublajlı klasik olmayan veya kuantum görelilik fiziği 19. yüzyılın son yıllarında başlıyor. Bu Bu dönem, maddenin derinlerine, mikro yapısına yönelik araştırma düşüncesinin yönü ile karakterize edilir.. Fizik tarihinde yeni bir dönem başlıyor elektron tespiti ile ve eylemi ve özellikleri üzerine araştırma (İngilizce. bilim adamı) J. Thomson Hollandalı bilim adamı G. Lorenz ).
En önemli rol, gazlardaki elektriksel boşalma çalışmaları tarafından oynandı. Elektronun, en küçük elektrik yüküne sahip olan ve herhangi bir kimyasal elementin atomunun bir parçası olan, belirli bir kütleye sahip temel bir parçacık olduğu ortaya çıktı. Bu şu anlama geliyordu atom temel değildir fakat karmaşık bir sistemdir. Bir atomdaki elektron sayısının ve bunların katmanlar ve gruplar arasındaki dağılımının atomun elektriksel, optik, manyetik ve kimyasal özelliklerini belirlediği; Bir atomun polarize edilebilirliği, manyetik momenti, optik ve X-ışını spektrumu ve değerlik, elektron kabuğunun yapısına bağlıdır.
Elektronların dinamiği ve bunların radyasyon alanıyla etkileşimi, modern fiziğin en genel teorilerinin yaratılmasıyla ilişkilidir - görelilik teorisi ve kuantum mekaniği.
Hızlı elektronların elektrik ve manyetik alanlardaki hareketlerinin incelenmesi, klasik Newton mekaniğinin bunlara uygulanamayacağı sonucuna varmıştır. Malzeme parçacığının kütle gibi temel bir özelliğinin, elektronun hareket durumuna bağlı olarak sabit olmadığı, ancak değişken olduğu ortaya çıktı. Oldu Kökleri fizikte olan hareket ve parçacıkların özellikleri kavramlarının çöküşü.
Çelişkilerden çıkış yolu bulundu A.Einstein (1905'te) uzay ve zamanın yeni bir fiziksel teorisini yaratan, görelilik teorisi. Daha sonra Einstein tarafından yaratıldı (1916'da) genel görelilik teorisi eski yerçekimi doktrinini dönüştüren
Fiziksel gerçeklerin ve yasaların eşit derecede önemli ve etkili bir genellemesi kuantum mekaniği 20. yüzyılın ilk çeyreğinin sonunda radyasyonun madde parçacıklarıyla etkileşimi ve atom içi elektronların durumlarının incelenmesi sonucunda oluşturulmuştur. Kuantum mekaniğinin başlangıç fikri şudur tüm mikropartiküller çift partikül-dalga yapısına sahiptir.
Mikropartiküller hakkındaki bu radikal yeni fikirlerin son derece verimli ve güçlü olduğu kanıtlandı. Kuantum teorisi, atomların özelliklerini ve onlarda meydana gelen süreçleri, moleküllerin oluşumunu ve özelliklerini, katı bir cismin özelliklerini ve elektromanyetik radyasyonun kalıplarını açıklayabildi.
Yirminci yüzyıl. fizikte kutlandı güçlü gelişme deneysel araştırma yöntemleri Ve ölçüm teknolojisi. Bireysel elektronların, nükleer ve kozmik parçacıkların tespiti ve sayılması, kristallerde ve tek bir molekülde atomların düzeninin ve elektron yoğunluğunun belirlenmesi, 10-10 saniyelik zaman aralıklarının ölçümü, radyoaktif atomların hareketinin gözlemlenmesi madde - tüm bunlar son birkaç on yılda ölçüm teknolojisinde yaşanan sıçramayı karakterize ediyor.
Güç ve ölçekte benzeri görülmemiş araştırma ve üretim araçları hedeflendi nükleer süreçlerin incelenmesi. Kozmik ışınlarla ve ardından güçlü hızlandırıcıların yaratılmasıyla yakından bağlantılı olan nükleer fiziğin son 25 yılı, teknik bir devrime yol açtı ve yalnızca fizikte değil, aynı zamanda kimya, biyoloji, jeolojide de yeni, olağanüstü incelikli araştırma yöntemleri yarattı. ve teknoloji ve tarımın çok çeşitli alanlarında.
Buna göre, fiziksel araştırmaların büyümesi ve diğer doğa bilimleri ve teknoloji üzerindeki etkisinin artmasıyla birlikte, keskin bir şekilde Fizik dergilerinin ve kitaplarının sayısı arttı. 19. yüzyılın sonlarında Almanya, İngiltere, ABD ve Rusya'da akademik dergilerin yanı sıra yalnızca bir fizik dergisi yayımlanıyordu. Şu anda Rusya, ABD, İngiltere ve Almanya'da (her ülkede) iki düzineden fazla dergi yayınlanmaktadır.
Daha da fazlası araştırma kurumlarının ve bilim insanlarının sayısı arttı. 19. yüzyılda bilimsel araştırmalar ağırlıklı olarak üniversitelerin fizik bölümleri tarafından yürütülüyordu, o zaman 20. yüzyılda tüm ülkelerde ortaya çıktılar ve sayı ve ölçek olarak artmaya başladılar. fizik araştırma enstitüleri veya bireysel yönlerinde. Bazı enstitülerde, özellikle nükleer fizik alanında, ölçek ve maliyet açısından fabrikaların ölçeğini ve maliyetini aşan ekipmanlar bulunmaktadır.