Nors fizikos, kaip savarankiško mokslo, istorija prasidėjo tik XVII amžiuje, jos ištakos siekia senovės laikus, kai žmonės pradėjo sisteminti pirmąsias žinias apie juos supantį pasaulį. Iki šių dienų jie priklausė gamtos filosofijai ir apėmė informaciją apie mechaniką, astronomiją ir fiziologiją. Tikroji fizikos istorija prasidėjo Galilėjaus ir jo mokinių eksperimentų dėka. Taip pat šios disciplinos pamatus padėjo Niutonas.
XVIII–XIX amžiuje atsirado pagrindinės sąvokos: energija, masė, atomai, impulsas ir kt. XX amžiuje išryškėjo klasikinės fizikos ribotumai (be jos, kvantinė fizika, reliatyvumo teorija, fizikos teorija). gimė mikrodalelės ir pan.). Gamtos mokslo žinios šiandien yra papildomos, nes tyrinėtojams vis dar lieka daug neišspręstų problemų ir klausimų apie mūsų pasaulio ir visos visatos prigimtį.
Antika
Daugelis senovės pasaulio pagoniškų religijų buvo pagrįstos astrologija ir astrologų žiniomis. Naktinio dangaus studijų dėka optika įsitvirtino. Astronominių žinių kaupimas negalėjo turėti įtakos matematikos raidai. Tačiau senovės žmonės negalėjo teoriškai paaiškinti gamtos reiškinių priežasčių. Žaibus ir saulės užtemimus kunigai priskyrė dieviškajai rūsčiai, kuri neturėjo nieko bendra su mokslu.
Tuo pat metu senovės Egiptas išmoko matuoti ilgį, svorį ir kampą. Šios žinios buvo reikalingos architektams statant monumentalias piramides ir šventyklas. Sukurta taikomoji mechanika. Joje stiprūs buvo ir babiloniečiai. Jie, remdamiesi savo astronominėmis žiniomis, laikui matuoti pradėjo naudoti dieną.
Senovės Kinijos fizikos istorija prasidėjo VII amžiuje prieš Kristų. e. Sukaupta amatų ir statybos patirtis buvo atlikta mokslinei analizei, kurios rezultatai pristatyti filosofiniuose darbuose. Žymiausiu jų autoriumi laikomas Mo Tzu, gyvenęs IV amžiuje prieš Kristų. e. Jis pirmą kartą bandė suformuluoti pagrindinį inercijos dėsnį. Jau tada kinai pirmieji išrado kompasą. Jie atrado geometrinės optikos dėsnius ir žinojo apie camera obscura egzistavimą. Dangaus imperijoje atsirado muzikos teorijos ir akustikos užuomazgos, kurios Vakaruose ilgą laiką nebuvo įtariamos.
Antika
Senovės fizikos istorija geriausiai žinoma graikų filosofų dėka. Jų tyrimai buvo pagrįsti geometrinėmis ir algebrinėmis žiniomis. Pavyzdžiui, pitagoriečiai pirmieji paskelbė, kad gamta paklūsta universaliems matematikos dėsniams. Graikai matė šį modelį optikoje, astronomijoje, muzikoje, mechanikoje ir kitose disciplinose.
Fizikos raidos istorija sunkiai įsivaizduojama be Aristotelio, Platono, Archimedo, Lukrecijaus Caros ir Herono darbų. Jų darbai išliko iki šių dienų gana išbaigta forma. Graikų filosofai nuo savo amžininkų iš kitų šalių skyrėsi tuo, kad fizinius dėsnius aiškino ne mitinėmis sąvokomis, o griežtai moksliniu požiūriu. Tuo pat metu helenai padarė ir didelių klaidų. Tai apima Aristotelio mechaniką. Fizikos, kaip mokslo, raidos istorija daug skolinga Hellaso mąstytojams jau vien dėl to, kad jų prigimtinė filosofija išliko tarptautinio mokslo pagrindu iki XVII a.
Aleksandrijos graikų indėlis
Demokritas suformulavo atomų teoriją, pagal kurią visi kūnai susideda iš nedalomų ir mažyčių dalelių. Empedoklis pasiūlė materijos tvermės dėsnį. Archimedas padėjo hidrostatikos ir mechanikos pagrindus, išdėstydamas sverto teoriją ir apskaičiuodamas skysčio plūduriuojančios jėgos dydį. Jis taip pat tapo termino „svorio centras“ autoriumi.
Aleksandrijos graikų garnys laikomas vienu didžiausių inžinierių žmonijos istorijoje. Sukūrė garo turbiną, apibendrino žinias apie oro elastingumą ir dujų suspaudžiamumą. Fizikos ir optikos raidos istorija tęsėsi Euklido, kuris studijavo veidrodžių teoriją ir perspektyvos dėsnius, dėka.
Viduramžiai
Po Romos imperijos žlugimo senovės civilizacija žlugo. Daug žinių buvo pamiršta. Europa beveik tūkstančiui metų sustabdė savo mokslo plėtrą. Krikščionių vienuolynai tapo žinių šventyklomis, kuriose pavyko išsaugoti kai kuriuos praeities kūrinius. Tačiau pažangą stabdė pati bažnyčia. Ji pajungė filosofiją teologinei doktrinai. Mąstytojai, kurie bandė peržengti jos ribas, buvo paskelbti eretikais ir griežtai nubausti inkvizicijos.
Atsižvelgiant į tai, gamtos mokslų pirmenybė atiteko musulmonams. Fizikos atsiradimo tarp arabų istorija yra susijusi su senovės graikų mokslininkų darbų vertimu į jų kalbą. Jais remdamiesi Rytų mąstytojai padarė keletą svarbių savo atradimų. Pavyzdžiui, išradėjas Al-Jaziri aprašė pirmąjį alkūninį veleną.
Europos sąstingis truko iki Renesanso. Viduramžiais Senajame pasaulyje buvo išrasti akiniai ir aiškinama vaivorykštės kilmė. XV amžiaus vokiečių filosofas Nikolajus Kuzietis pirmasis pasakė, kad Visata yra begalinė, todėl gerokai lenkia savo laiką. Po kelių dešimtmečių Leonardo da Vinci tapo kapiliarumo fenomeno ir trinties dėsnio atradėju. Jis taip pat bandė sukurti amžinąjį variklį, tačiau nesugebėjęs susidoroti su šia užduotimi, ėmė teoriškai įrodinėti tokio projekto neįgyvendinamumą.
Renesansas
1543 m. lenkų astronomas Nikolajus Kopernikas paskelbė pagrindinį savo gyvenimo veikalą „Apie dangaus kūnų sukimąsi“. Šioje knygoje pirmą kartą krikščionių senajame pasaulyje buvo bandoma apginti heliocentrinį pasaulio modelį, pagal kurį Žemė sukasi aplink Saulę, o ne atvirkščiai, kaip manoma Ptolemėjaus geocentriniame modelyje. priimta bažnyčios. Daugelis fizikų ir jų atradimų teigia esantys puikūs, tačiau būtent knygos „Apie dangaus kūnų sukimąsi“ pasirodymas laikomas mokslo revoliucijos pradžia, po kurios atsirado ne tik šiuolaikinė fizika, bet ir šiuolaikinis mokslas apskritai.
Kitas garsus šiuolaikinis mokslininkas Galilėjus Galilėjus labiausiai išgarsėjo savo teleskopo išradimu (jis išrado ir termometrą). Be to, jis suformulavo inercijos dėsnį ir reliatyvumo principą. „Galileo“ atradimų dėka gimė visiškai nauja mechanika. Be jo fizikos studijų istorija būtų ilgam sustingusi. Galilėjus, kaip ir daugelis jo plačių pažiūrų amžininkų, turėjo atsispirti bažnyčios spaudimui, kuri visomis išgalėmis stengėsi apginti senąją tvarką.
XVII a
Didėjantis susidomėjimas mokslu tęsėsi ir XVII a. Vokiečių mechanikas ir matematikas tapo saulės sistemos atradėju. Jis išdėstė savo požiūrį knygoje „Nauja astronomija“, išleistoje 1609 m. Kepleris priešinosi Ptolemėjui, darydamas išvadą, kad planetos juda elipsėmis, o ne apskritimais, kaip buvo tikima senovėje. Tas pats mokslininkas svariai prisidėjo prie optikos kūrimo. Jis tyrinėjo toliaregystę ir trumparegystę, išsiaiškino fiziologines akies lęšiuko funkcijas. Kepleris pristatė optinės ašies ir fokusavimo sąvokas bei suformulavo lęšių teoriją.
Prancūzas Rene Descartes sukūrė naują mokslo discipliną – analitinę geometriją. Jis taip pat pasiūlė, kad pagrindinis Dekarto darbas buvo knyga „Filosofijos principai“, išleista 1644 m.
Nedaug fizikų ir jų atradimų yra tokie garsūs kaip anglas Izaokas Niutonas. 1687 m. jis parašė revoliucinę knygą „Matematiniai gamtos filosofijos principai“. Joje mokslininkas išdėstė universaliosios gravitacijos dėsnį ir tris mechanikos dėsnius (dar žinomus kaip Šis mokslininkas dirbo su spalvų teorija, optika, integraliniais ir diferencialiniais skaičiavimais. Fizikos istorija, mechanikos dėsnių istorija visa tai glaudžiai susiję su Niutono atradimais.
Naujos sienos
XVIII amžius mokslui suteikė daug puikių vardų. Iš jų ypač išsiskiria Leonardas Euleris. Šis šveicarų mechanikas ir matematikas parašė daugiau nei 800 darbų apie fiziką ir tokias sritis kaip matematinė analizė, dangaus mechanika, optika, muzikos teorija, balistika ir kt. Sankt Peterburgo mokslų akademija pripažino jį savo akademiku, todėl Euleris praleido reikšminga jo gyvenimo dalis Rusijoje. Būtent šis tyrinėtojas padėjo pagrindus analitinei mechanikai.
Įdomu tai, kad fizikos dalyko istorija susiformavo tokia, kokią mes ją žinome, dėka ne tik profesionalių mokslininkų, bet ir tyrėjų mėgėjų, daug geriau žinomų visai kitokiu pajėgumu. Ryškiausias tokio savamokslio pavyzdys buvo amerikiečių politikas Benjaminas Franklinas. Jis išrado žaibolaidį, labai prisidėjo tiriant elektros energiją ir padarė prielaidą apie jos ryšį su magnetizmo reiškiniu.
XVIII amžiaus pabaigoje italas Alessandro Volta sukūrė „Voltaic stulpą“. Jo išradimas tapo pirmąja elektros baterija žmonijos istorijoje. Šiame amžiuje taip pat buvo pristatytas gyvsidabrio termometras, sukurtas Gabrielio Farenheito. Kitas svarbus išradimo įvykis buvo garo mašinos išradimas, įvykęs 1784 m. Tai paskatino naujas gamybos priemones ir pramonės restruktūrizavimą.
Taikomieji atradimai
Jei fizikos pradžios istorija vystėsi remiantis tuo, kad mokslas turėjo paaiškinti gamtos reiškinių priežastį, tai XIX a. Dabar ji turi naują pašaukimą. Fizika pradėta reikalauti gamtos jėgoms valdyti. Šiuo atžvilgiu pradėjo sparčiai vystytis ne tik eksperimentinė, bet ir taikomoji fizika. "Elektros Niutonas" André-Marie Ampère pristatė naują elektros srovės koncepciją. Michaelas Faradėjus dirbo toje pačioje srityje. Jis atrado elektromagnetinės indukcijos reiškinį, elektrolizės, diamagnetizmo dėsnius ir tapo tokių terminų kaip anodas, katodas, dielektrikas, elektrolitas, paramagnetizmas, diamagnetizmas ir kt. autoriumi.
Atsirado naujų mokslo šakų. Termodinamika, tamprumo teorija, statistinė mechanika, statistinė fizika, radiofizika, elastingumo teorija, seismologija, meteorologija – visa tai sudarė vientisą šiuolaikinį pasaulio vaizdą.
XIX amžiuje atsirado naujų mokslinių modelių ir koncepcijų. pagrindė energijos tvermės dėsnį, Jamesas Clerkas Maxwellas pasiūlė savo elektromagnetinę teoriją. Dmitrijus Mendelejevas tapo periodinės elementų sistemos, reikšmingai paveikusios visą fiziką, autoriumi. Antroje amžiaus pusėje atsirado elektrotechnika ir vidaus degimo variklis. Jie tapo taikomosios fizikos, orientuotos į tam tikrų technologinių problemų sprendimą, vaisiais.
Permąstyti mokslą
XX amžiuje fizikos istorija, trumpai tariant, perėjo į stadiją, kai jau nusistovėjusiuose klasikiniuose teoriniuose modeliuose ištiko krizė. Senos mokslinės formulės pradėjo prieštarauti naujiems duomenims. Pavyzdžiui, mokslininkai išsiaiškino, kad šviesos greitis nepriklauso nuo iš pažiūros nepajudinamos atskaitos sistemos. Amžių sandūroje buvo aptikti reiškiniai, kuriems reikėjo išsamaus paaiškinimo: elektronai, radioaktyvumas, rentgeno spinduliai.
Dėl susikaupusių paslapčių įvyko senosios klasikinės fizikos peržiūra. Pagrindinis šios kitos mokslinės revoliucijos įvykis buvo reliatyvumo teorijos pagrindimas. Jos autorius buvo Albertas Einšteinas, kuris pirmą kartą pasauliui papasakojo apie gilų erdvės ir laiko ryšį. Atsirado nauja teorinės fizikos šaka – kvantinė fizika. Jį formuojant dalyvavo keli pasaulinio garso mokslininkai: Maxas Planckas, Maxas Bohnas, Paulas Ehrenfestas ir kt.
Šiuolaikiniai iššūkiai
XX amžiaus antroje pusėje fizikos raidos istorija, kurios chronologija tęsiasi ir šiandien, perėjo į iš esmės naują etapą. Šis laikotarpis pažymėjo kosmoso tyrinėjimų klestėjimą. Astrofizika padarė precedento neturintį šuolį. Atsirado kosminiai teleskopai, tarpplanetiniai zondai, nežemiškos spinduliuotės detektoriai. Pradėtas detalus įvairių Saulės planetos kūnų fizinių duomenų tyrimas. Naudodami šiuolaikines technologijas, mokslininkai atrado egzoplanetų ir naujų žvaigždžių, įskaitant radijo galaktikas, pulsarus ir kvazarus.
Kosmosas ir toliau slepia daug neišspręstų paslapčių. Tiriamos gravitacinės bangos, tamsioji energija, tamsioji materija, Visatos plėtimosi pagreitis ir jos sandara. Didžiojo sprogimo teorija plečiama. Duomenų, kuriuos galima gauti antžeminėmis sąlygomis, yra neproporcingai mažai, palyginti su tuo, kiek mokslininkai dirba kosmose.
Pagrindinės problemos, su kuriomis šiandien susiduria fizikai, apima keletą esminių iššūkių: kvantinės gravitacinės teorijos versijos kūrimas, kvantinės mechanikos apibendrinimas, visų žinomų jėgų sujungimas į vieną teoriją, „Visatos suderinimo“ paieška ir tikslus tamsos reiškinio apibrėžimas. energija ir tamsioji energija.
Fizikai niekada nesiilsi. Naujų bruožų atrandama ne tik planetų judėjime, planetas skiriantis kosminis vakuumas neseniai buvo apdovanotas naujomis savybėmis. Mūsų įprasta idėja apie vakuumą kaip visišką tuštumą buvo pakeista pagrįsta hipoteze, kad vakuumas tam tikromis sąlygomis gali... pagimdyti elementarias daleles.
Erdvinis vakuumas
Kosminio vakuumo tikrai negalima laikyti tuščiu – į jį visada prasiskverbia gravitacinis laukas. O kai vakuume atsiranda neįtikėtinai stiprus elektromagnetinis ar branduolinis laukas, gali atsirasti dalelių, kurios įprastoje tylioje erdvės būsenoje visiškai neatsiskleidžia. Dabar mokslininkai svarsto eksperimentus, kurie patvirtintų arba paneigtų šią įdomią ir svarbią tolesnei fizikos raidai hipotezę.
Fizikai toliau nuodugniai tiria ne tik vakuumo savybes, bet ir kietųjų kūnų struktūrą, siūlydami moksliniams tyrimams naudoti vis energingesnę trumpo bangos ilgio spinduliuotę. Sovietų fizikas A.F.Tulinovas ir švedų tyrinėtojai V.Domey ir K.Bjorkvistas kristalus „apšvietė“ ne rentgeno spinduliais ar elektronų pluoštu, o... protonų pluoštu. Išsklaidydami ant kristalų atomų branduolių, protonai leido gauti labai aiškų kristalinės gardelės vaizdą fotojuostoje ir nustatyti atskirų atomų padėtį. Sklandžiai keičiant protonų pluošto energiją ir jų prasiskverbimo į tiriamus mėginius gylį, naujojo struktūrinės analizės metodo autoriai sugebėjo gauti kristalinės gardelės defektų vaizdus įvairiuose gyliuose nuo paviršiaus, nesunaikindami kristalai.
Įvairių medžiagų kristalai, atidžiai ištirti ryškioje didelės energijos dalelių „šviesoje“, pasirodė niekaip nepanašūs į šaltą nejudančių sustingusių geometriškai taisyklingų atomų eilių karalystę. Veikiant įnešamoms priemaišoms, veikiant temperatūrai, slėgiui, elektriniams ir magnetiniams laukams, tokiuose išoriškai netrikdomuose kristaluose gali įvykti nuostabios transformacijos: pavyzdžiui, kai kuriuose iš jų dėl temperatūros padidėjimo išnyksta metalinės savybės, kitose stebimas priešingas vaizdas – izoliuojantis kristalas, kuris neperduoda elektros energijos, tampa metalu.
Elektros linijos ir Žemės palydovai yra svarbiausių XIX ir XX a. fizikos technikos pasiekimų simboliai. Kokie išradimai ir atradimai lems fizikos sėkmę ateinančiais šimtmečiais?
Sovietų fizikas E. L. Nagajevas teoriškai numatė, kad tam tikromis sąlygomis tik tam tikri kristalų regionai pakeis savo savybes. Kai kurių puslaidininkių kristalai tampa panašūs į... pudingus su razinomis: razinos yra laidūs rutuliukai, atskirti dielektriniais sluoksniais, ir apskritai toks kristalas neperduoda elektros srovės. Dėl šilumos ir magnetinio lauko karoliukai gali susijungti, todėl razinos išsilydo į pudingą, o kristalas gali tapti elektros laidininku. Netrukus eksperimentai patvirtino panašių perėjimų kristaluose galimybę...
Tačiau ne viską galima numatyti ir apskaičiuoti iš anksto. Neretai naujų teorijų kūrimo postūmiu tampa nesuprantami eksperimentų laboratorijoje rezultatai ar keisti reiškiniai, kuriuos dėmesingas stebėtojas sugeba pastebėti Gamtoje.
Solitonai
Vienas iš šių reiškinių yra solitonai, arba pavienės bangos, apie kurias dabar aktyviai diskutuoja ir tiria daugelis fizikų, pirmą kartą buvo pastebėtos... 1834 m. rugpjūčio mėn. Praėjusio amžiaus pirmosios pusės anglų mokslininkas J. Scottas Russellas mums paliko tokį aprašymą: „Sekiau valties judėjimą, kurį siauru kanalu greitai nutempė pora arklių. Jam staiga sustojus, vandens masė kanale, kuria judėjo valtis, stipriai susijaudino šalia laivo priekio, staiga atitrūko nuo jo, dideliu greičiu riedėjo į priekį, įgaudama laivo formą. didelė pavienė iškiluma, apvali, lygi ir gerai apibrėžta, kuri tęsė savo kelią per kanalą be jokių matomų formos pokyčių ar greičio sumažėjimo.
Tik po pusės amžiaus teoretikai gavo tokios vienišos bangos judėjimo lygtį. Šiais laikais solitoninės bangos buvo aptiktos ypatingomis sąlygomis vandenyje, įkrautų jonų sraute, sklindant garsui, optinėms bangoms, lazerio spinduliams ir net... judant elektros srovei.
Banga, kurią esame įpratę matyti ir apibūdinti kaip vienodą daugelio terpės dalelių ar elektromagnetinio lauko vibraciją, staiga virsta energijos krešuliu, bėgančiu viena ir greitai bet kokioje terpėje – skystyje, dujose, kietoje medžiagoje. Solitonai neša su savimi visą įprastos bangos energiją ir, jei jų atsiradimo priežastys bus gerai ištirtos, galbūt artimiausiu metu jie pradės perduoti bet kokią žmogui reikalingą energiją dideliais atstumais, pavyzdžiui, tiekti. gyvenamieji pastatai su elektra, gaunama puslaidininkiniais fotoelementais erdvėje nuo saulės spindulių...
Puslaidininkiniai fotoelementai ir fotodaugintuvai, kuriuos parodo knygos autorius, bet kokio bangos ilgio šviesos spinduliuotę akimirksniu paverčia elektros energija, jautriai reaguoja į Saulės ir tolimų žvaigždžių šviesą.
Solitonai turi ne tik bangų, bet ir dalelių savybių. Japonų fizikas Naryushi Asano, ilgą laiką tyrinėjęs fizinius procesus, lemiančius pavienių bangų atsiradimą, mano, kad mokslininkai pirmiausia turi gauti atsakymus į du svarbius klausimus: kokį vaidmenį gamtoje atlieka solitonai ir ar jie yra elementarios dalelės?
Lambda hiperonas
Mokslininkai elementariųjų dalelių srityje nuolatos ieško teorijos, kuri dabar apjungtų visas gamtoje aptinkamas sąveikos rūšis, sukūrimo. Teoriniai fizikai taip pat mano, kad Visatoje gali būti atomų, kurių branduoliai susideda ne tik iš neutronų ir protonų. Vieną tokių neįprastų branduolių tipą kosminiuose spinduliuose eksperimentiškai atrado lenkų fizikai dar 1935 m.: be protonų ir neutronų juose buvo dar viena gana ilgaamžė ir stipriai sąveikaujanti dalelė – lambda hiperonas. Tokie branduoliai vadinami hiperbranduoliais.
Dabar fizikai tiria greitintuvuose gimusių hiperbranduolių elgesį ir atidžiai analizuoja į Žemę ateinančių kosminių spindulių sudėtį, bandydami aptikti dar neįprastesnes materijos daleles.
Visatos platybės ir toliau atneša naujų atradimų fizikams. Prieš keletą metų kosmose buvo aptiktas gravitacinis lęšis. Vieno iš kvazarų – tolimos ir ryškios žvaigždės – skleidžiama šviesa, nukreipta tarp Žemės ir kvazaro esančių galaktikų gravitacinio lauko, sukūrė iliuziją, kad šioje dangaus dalyje buvo... du kvazarai dvyniai.
Mokslininkai įrodė, kad suskaidyti vaizdai atsiranda pagal šviesos lūžio dėsnius, tik šis optinis „prietaisas“ yra milžiniško dydžio!
Atkurkite gamtą ant laboratorijos stendo
Tačiau ne tik teoriniai modeliai ir gamtos stebėjimai padeda mokslininkams suprasti mažo ir didelio pasaulio esmę. Išradingi eksperimentiniai fizikai sugeba atkurti gamtą ant laboratorijos stendo.
Neseniai moksliniame žurnale Plasma Physics pasirodė žinutė apie sėkmingą bandymą daugintis antžeminėmis sąlygomis... saulės blyksniais. Vardo mokslininkų grupė iš Fizinio instituto. P. N. Lebedevai Maskvoje laboratorijoje pavyko imituoti Saulės magnetinį lauką; staigiai nutrūkus srovei, tekančiai per laidžių dujų sluoksnį šiame lauke, atsirado stipri rentgeno spinduliuotė – lygiai taip pat, kaip Saulėje pliūpsnio momentu! Mokslininkams tapo aiškiau, kodėl kyla grėsmingi gamtos reiškiniai – saulės žybsniai...
Fizikai iš Gruzijos atkūrė žvaigždžių procesus ir atliko elegantiškus bei įdomius eksperimentus, sukdami (su staigiais sustojimais) cilindrinius ir sferinius indus, užpildytus skystu heliu, vienas kito atžvilgiu esant labai žemai temperatūrai, kai helis tampa superskystu. Fizikai labai imitavo pulsarų „žvaigždžių drebėjimą“, kuris gali įvykti, jei išorinis „normalus“ radijo šaltinio sluoksnis tam tikru momentu pradeda suktis mažesniu greičiu nei superskysti pulsaro šerdis.
Pasirodo, Žemėje eksperimentiškai galima gauti net kelių milijardų šviesmečių atstumu nuo mūsų vykstančius reiškinius...
Amžinai ieškodami tiesos tyrinėtojai sužino daug įdomių ir neįprastų dalykų apie gamtą. Nepaisant visų XX amžiaus mokslo pasiekimų didybės, fizikai nepamiršta vieno iš kolegų žodžių: „...žmonių egzistavimas priklauso nuo smalsumo ir atjautos. Smalsumas be užuojautos yra nežmoniškas. Užuojauta be smalsumo yra nenaudinga...
Daugelis mokslininkų dabar domisi ne tik grandioziniais neutroninių žvaigždžių energijos išskyrimo procesais ar momentinėmis elementariųjų dalelių transformacijomis; Jie susirūpinę dėl šiuolaikinės fizikos atvertos galimybės įvairiai padėti biologams ir gydytojams, padėti žmonėms tais nuostabiais prietaisais ir sudėtingais instrumentais, kurie šiuo metu priklauso tik tiksliųjų mokslų atstovams.
Fizika ir filosofija
Viena labai svarbi savybė daro fiziką panašią į filosofiją, iš kurios ji kilo – fizika, pasitelkdama skaičius ir faktus, gali įtikinamai atsakyti į smalsaus žmogaus klausimą: ar pasaulis, kuriame gyvename, yra didelis ar mažas? Ir tada iškyla dvynys: žmogus didelis ar mažas?
Mokslininkas ir rašytojas Blaise'as Pascalis pavadino žmogų „mąstančia nendre“, taip pabrėždamas, kad žmogus yra trapus, silpnas ir neapsaugotas nuo aiškiai pranašesnių negyvosios gamtos jėgų; Vienintelis žmogaus ginklas ir gynyba yra jo mintis.
Visa fizikos istorija mus įtikina, kad šio neapčiuopiamo ir nematomo ginklo turėjimas leidžia žmogui neįprastai giliai įsiskverbti į be galo mažų elementariųjų dalelių pasaulį ir pasiekti tolimiausius mūsų didžiulės Visatos kampelius.
Fizika parodo, koks didelis ir kartu artimas yra pasaulis, kuriame gyvename. Fizika leidžia žmogui pajusti visą savo didybę, visą nepaprastą minties jėgą, dėl kurios jis yra galingiausia būtybė pasaulyje.
„Aš netampu turtingesnis, kad ir kiek žemės įsigyčiau...“ – rašė Paskalis, – bet minties pagalba apkabinu Visatą.
Fizikos kaip mokslo atsiradimas ir raida. Fizika yra vienas seniausių gamtos mokslų. Pirmieji fizikai buvo graikų mąstytojai, kurie bandė paaiškinti stebimus gamtos reiškinius. Didžiausias senovės mąstytojas buvo Aristotelis (384-322 p. pr. Kr.), kuris sugalvojo žodį "<{>vai?," ("fusis")
Ką graikiškai reiškia gamta? Tačiau nemanykite, kad Aristotelio „Fizika“ kaip nors panaši į šiuolaikinius fizikos vadovėlius. Ne! Jame nerasite nei vieno eksperimento ar įrenginio aprašymo, nei vieno piešinio ar piešinio, nei vienos formulės. Jame yra filosofinių apmąstymų apie daiktus, apie laiką, apie judėjimą apskritai. Visi senovės mokslo mąstytojų darbai buvo vienodi. Štai kaip dulkių dalelių judėjimą saulės spindulyje filosofinėje poemoje „Apie daiktų prigimtį“ apibūdina romėnų poetas Lukrecijus (apie 99-55 p. pr. e.): Iš senovės graikų filosofo Talio (624-547 p.). prieš Kristų ) kyla mūsų žinios apie elektrą ir magnetizmą, Demokritas (460-370 p. pr. Kr.) yra materijos sandaros doktrinos įkūrėjas, būtent jis pasiūlė, kad visi kūnai susideda iš mažiausių dalelių – atomų, Euklidas (III mūsų eros amžiuje) atliko svarbius tyrimus optikos srityje – jis pirmasis suformulavo pagrindinius geometrinės optikos dėsnius (tiesiojo šviesos sklidimo ir atspindžio dėsnį), aprašė plokščiosios ir sferinės formos veikimą. veidrodžiai.
Tarp iškiliausių šio laikotarpio mokslininkų ir išradėjų Archimedas (287-212 p. pr. Kr.) užima pirmąją vietą. Iš jo darbų „Apie plokštumų pusiausvyrą“, „Apie plūduriuojančius kūnus“, „Ant svertų“ pradeda vystytis tokios fizikos šakos kaip mechanika ir hidrostatika. Puikus Archimedo inžinerinis talentas buvo akivaizdus jo suprojektuotuose mechaniniuose įrenginiuose.
Nuo XVI amžiaus vidurio. Prasideda kokybiškai naujas fizikos raidos etapas – fizikoje pradedami taikyti eksperimentai ir bandymai. Viena iš pirmųjų – Galilėjaus patirtis mėtant patrankos sviedinį ir kulką iš Pizos bokšto. Šis eksperimentas išgarsėjo tuo, kad jis laikomas fizikos, kaip eksperimentinio mokslo, „gimtadieniu“.
Izaoko Niutono moksliniai darbai tapo galingu postūmiu formuotis fizikai kaip mokslui. Savo veikale „Matematiniai gamtos filosofijos principai“ (1684) jis kuria matematinį aparatą fizikiniams reiškiniams paaiškinti ir apibūdinti. Vadinamoji klasikinė (niutono) mechanika buvo sukurta remiantis jo suformuluotais dėsniais.
Sparti gamtos tyrinėjimo pažanga, naujų gamtos reiškinių ir gamtos dėsnių atradimas prisidėjo prie visuomenės vystymosi. Nuo XVIII amžiaus pabaigos fizikos raida lėmė spartų technologijų vystymąsi. Šiuo metu atsirado ir buvo tobulinami garo varikliai. Kadangi jie plačiai naudojami gamyboje ir transporte, šis laikotarpis vadinamas „poros amžiumi“. Tuo pačiu metu giliai tiriami šiluminiai procesai, o fizikoje išskiriamas naujas skyrius - termodinamika. Didžiausias indėlis į šilumos reiškinių tyrimą priklauso S. Carnot, R. Clausius, D. Joule, D. Mendelejevas, D. Kelvinas ir daugelis kitų.
Izaokas Niutonas vadinamas vienu iš klasikinės fizikos kūrėjų. Jo atradimai paaiškina daugybę reiškinių, kurių priežasties niekas iki jo negalėjo išsiaiškinti.
Klasikinės mechanikos principai formavosi per ilgą laiką. Daugelį amžių mokslininkai bandė sukurti materialių kūnų judėjimo dėsnius. Ir tik Niutonas apibendrino visas iki tol sukauptas žinias apie fizinių kūnų judėjimą klasikinės mechanikos požiūriu. 1867 m. jis paskelbė veikalą „Matematiniai gamtos filosofijos principai“. Šiame darbe Niutonas susistemino visas Galilėjaus, Hugenso ir kitų mokslininkų prieš jį parengtas žinias apie judėjimą ir jėgą bei jam pačiam žinomas žinias. Remdamiesi visomis šiomis žiniomis, jie atrado žinomus mechanikos ir visuotinės gravitacijos dėsnius. Šie dėsniai nustato kiekybinius ryšius tarp kūnų judėjimo prigimties ir juos veikiančių jėgų.
Gravitacijos dėsnis
Yra legenda, kad Niutonas buvo paskatintas atrasti gravitacijos dėsnį stebėdamas nuo medžio krentantį obuolį. Bent jau tai mini Newtono biografas Williamas Stukeley. Jie sako, kad net jaunystėje Niutonas stebėjosi, kodėl obuolys krenta žemyn, o ne į šoną. Tačiau šią problemą jam pavyko išspręsti daug vėliau. Niutonas nustatė, kad visų objektų judėjimas paklūsta bendrajam visuotinės gravitacijos dėsniui, kuris veikia tarp visų kūnų.
"Visi kūnai traukia vienas kitą jėga, tiesiogiai proporcinga jų masei ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui."
Obuolys nukrenta ant žemės veikiamas jėgos, kuria Žemė jį traukia gravitaciniu būdu. Ir kokį pagreitį jis gauna, Niutonas paaiškino naudodamasis savo trimis dėsniais.
Pirmasis Niutono dėsnis
Pats didysis Niutonas šį dėsnį suformulavo taip: „Kiekvienas kūnas ir toliau yra ramybės būsenoje arba vienodai ir tiesiai juda tol, kol ir nebent jį privers panaudotos jėgos pakeisti šią būseną.
Tai yra, jei kūnas yra nejudantis, tada jis išliks tokioje būsenoje, kol jį pradės veikti kokia nors išorinė jėga. Ir atitinkamai, jei kūnas juda tolygiai ir tiesiai, tada jis tęs savo judėjimą tol, kol prasidės išorinės jėgos poveikis.
Pirmasis Niutono dėsnis dar vadinamas inercijos dėsniu. Inercija yra kūno judėjimo greičio išsaugojimas, kai jo neveikia jokios jėgos.
Antrasis Niutono dėsnis
Jei pirmasis Niutono dėsnis aprašo, kaip kūnas elgiasi, jei jo neveikia jokia jėga, tai antrasis dėsnis padeda suprasti, kas nutinka kūnui, kai pradeda veikti jėga.
Jėgos, veikiančios kūną, dydis yra lygus kūno masės ir pagreičio sandaugai, kurią kūnas gauna, kai jėga jį pradeda veikti.
Matematine forma šis dėsnis atrodo taip:
Kur F– kūną veikianti jėga;
m– kūno svoris;
a– pagreitis, kurį kūnas gauna veikiamas jėgos.
Iš šios lygties aišku, kad kuo didesnė jėga, veikianti kūną, tuo didesnį pagreitį jis gaus. Ir kuo didesnė kūno masė, kurią veikia ši jėga, tuo mažiau kūnas pagreitins savo judėjimą.
Trečiasis Niutono dėsnis
Įstatymas teigia, kad jei kūnas A veikia kūną B tam tikra jėga, tai kūnas B veikia kūną A ta pačia jėga. Veikimo jėga lygi reakcijos jėgai.
Pavyzdžiui, patrankos sviedinys, paleistas iš patrankos, veikia patranką jėga, lygia jėgai, kuria patranka išstumia patrankos sviedinį. Dėl šios jėgos, iššovė ginklas atsisuka atgal.
Remdamasis savo bendraisiais judėjimo dėsniais, Niutonas padarė daug pasekmių, dėl kurių teorinė mechanika tapo beveik tobula. Jo atrastas visuotinės gravitacijos dėsnis sujungė visas dideliu atstumu viena nuo kitos esančias planetas į vieną sistemą ir padėjo pagrindą dangaus mechanikai, tiriančiai planetų judėjimą.
Praėjo daug laiko nuo to laiko, kai Niutonas sukūrė savo įstatymus. Tačiau visi šie įstatymai aktualūs ir šiandien.
Ryškiausi žmonijos atradimai fizikos srityje
1. Krintančių kūnų dėsnis (1604)
Galilėjus Galilėjus paneigė beveik 2000 metų senumo Aristotelio įsitikinimą, kad sunkieji kūnai krenta greičiau nei lengvieji, įrodydamas, kad visi kūnai krenta vienodu greičiu.
2. Visuotinės gravitacijos dėsnis (1666)
Izaokas Niutonas daro išvadą, kad visi Visatos objektai, nuo obuolių iki planetų, daro vienas kitą gravitacinį trauką (poveikį).
3. Judėjimo dėsniai (1687)
Izaokas Niutonas keičia mūsų supratimą apie Visatą, suformuluodamas tris dėsnius, apibūdinančius objektų judėjimą.
1. Judantis objektas lieka judėti, jei jį veikia išorinė jėga.
2. Daikto masės (m), pagreičio (a) ir veikiančios jėgos (F) santykis F = ma.
3. Kiekvienam veiksmui yra lygi ir priešinga reakcija (reakcija).
4. Antrasis termodinamikos dėsnis (1824–1850)
Mokslininkai, siekiantys pagerinti garo variklių efektyvumą, sukūrė teoriją, kaip suprasti šilumos pavertimą darbu. Jie įrodė, kad šilumos srautas iš aukštesnės į žemesnę temperatūrą sukelia lokomotyvo (ar kito mechanizmo) judėjimą, palygindamas procesą su vandens srautu, kuris suka malūno ratą.
Jų darbas veda prie trijų principų: šilumos srautai yra negrįžtami iš karšto kūno į šaltą, šiluma negali būti visiškai paversta kitomis energijos formomis, o sistemos laikui bėgant tampa vis labiau netvarkingos.
5. Elektromagnetizmas (1807–1873)
Hansas Kristianas Estedas
Novatoriški eksperimentai atskleidė ryšį tarp elektros ir magnetizmo ir susistemino juos į lygčių sistemą, išreiškiančią pagrindinius jų dėsnius.
1820 m. danų fizikas Hansas Christianas Oerstedas pasakoja studentams apie galimybę, kad elektra ir magnetizmas yra susiję. Paskaitos metu eksperimentas parodo jo teorijos teisingumą prieš visą klasę.
6. Specialioji reliatyvumo teorija (1905)
Albertas Einšteinas atmeta pagrindines prielaidas apie laiką ir erdvę, apibūdindamas, kaip laikrodžiai veikia lėčiau, o atstumas iškraipomas, kai greitis artėja prie šviesos greičio.
7. E = MC 2 (1905)
Arba energija yra lygi masės ir šviesos greičio kvadratui. Garsioji Alberto Einšteino formulė įrodo, kad masė ir energija yra skirtingos to paties dalyko apraiškos ir kad labai mažas masės kiekis gali būti paverstas labai dideliu energijos kiekiu. Giliausia šio atradimo prasmė yra ta, kad joks objektas, kurio masė kitokia nei 0, negali skristi greičiau nei šviesos greitis.
8. Kvantinio šuolio dėsnis (1900–1935)
|
|
|
Subatominių dalelių elgseną apibūdinantį dėsnį aprašė Maxas Planckas, Albertas Einsteinas, Werneris Heisenbergas ir Erwinas Schrödingeris. Kvantinis šuolis apibrėžiamas kaip elektrono pasikeitimas atome iš vienos energijos būsenos į kitą. Šis pokytis vyksta iš karto, o ne palaipsniui.
9. Šviesos prigimtis (1704 - 1905)
Isaac Newton, Thomas Young ir Albert Einstein eksperimentų rezultatai leidžia suprasti, kas yra šviesa, kaip ji elgiasi ir kaip perduodama. Niutonas naudojo prizmę, kad atskirtų baltą šviesą į sudedamąsias spalvas, o kita prizmė sumaišė spalvotą šviesą į baltą, įrodydama, kad spalvota šviesa susimaišė ir sudaro baltą šviesą. Buvo nustatyta, kad šviesa yra banga, o bangos ilgis lemia spalvą. Galiausiai Einšteinas pripažįsta, kad šviesa visada juda pastoviu greičiu, nepaisant skaitiklio greičio.
10. Neutrono atradimas (1935)
Jamesas Chadwickas atrado neutronus, kurie kartu su protonais ir elektronais sudaro materijos atomą. Šis atradimas gerokai pakeitė atomo modelį ir paspartino daugybę kitų atominės fizikos atradimų.
11. Superlaidininkų atradimas (1911–1986)
Netikėtas atradimas, kad kai kurios medžiagos neturi atsparumo elektros srovei esant žemai temperatūrai, žadėjo revoliuciją pramonėje ir technikoje. Superlaidumas atsiranda įvairiose medžiagose esant žemai temperatūrai, įskaitant paprastus elementus, tokius kaip alavas ir aliuminis, įvairūs metalų lydiniai ir kai kurie keramikos junginiai.
12. Kvarkų atradimas (1962)
Murray Gell-Mann pasiūlė elementariųjų dalelių, kurios susijungia ir sudaro sudėtinius objektus, tokius kaip protonai ir neutronai, egzistavimą. Kvarkas turi savo krūvį. Protonuose ir neutronuose yra trys kvarkai.
13. Branduolinių jėgų atradimas (1666–1957)
Subatominiame lygmenyje veikiančios pamatinės jėgos atradimas leido suprasti, kad visos sąveikos Visatoje yra keturių pagrindinių gamtos jėgų – stipriosios ir silpnosios branduolinių jėgų, elektromagnetinių jėgų ir gravitacijos – rezultatas.
Visus šiuos atradimus padarė mokslininkai, savo gyvenimą pašventę mokslui. Tuo metu įteikti MBA diplomą kam nors buvo neįmanoma, tik sistemingas darbas, užsispyrimas ir mėgavimasis savo siekiais leido išgarsėti.
