Binlerce yıllık bilim tarihi boyunca onlarca, yüzbinlerce fiziksel deney yapılmıştır. Hakkında konuşmak için “en iyi”lerden birkaçını seçmek kolay değil. Seçim kriteri ne olmalı?

Dört yıl önce New York Times, Robert Creese ve Stoney Book tarafından yazılan bir makaleyi yayınladı. Fizikçiler arasında yapılan bir anketin sonuçlarını açıkladı. Her katılımcı fizik tarihindeki en güzel on fiziksel deneyi isimlendirmek zorundaydı. Bizce güzellik kriteri hiçbir şekilde diğer kriterlerden aşağı değildir. Bu nedenle Kreese ve Book araştırmasının sonuçlarına göre ilk 10'a giren deneylerden bahsedeceğiz.

1. Cyrene'li Eratosthenes'in Deneyi

Dünyanın yarıçapının ölçüldüğü bilinen en eski fiziksel deneylerden biri, M.Ö. 3. yüzyılda ünlü İskenderiye Kütüphanesi kütüphanecisi Cyrene'li Erastothenes tarafından gerçekleştirildi.

Deney tasarımı basittir. Yaz gündönümünün olduğu öğle vakti Siena şehrinde (şimdiki Asvan) Güneş zirvedeydi ve nesnelerin gölgesi yoktu. Aynı gün ve aynı saatte Siena'ya 800 kilometre uzaklıktaki İskenderiye şehrinde Güneş zirveden yaklaşık 7° saptı. Bu, yaklaşık olarak tam bir dairenin (360°) 1/50'si kadardır; yani Dünya'nın çevresi 40.000 kilometre, yarıçapı ise 6.300 kilometredir.

Bu kadar basit bir yöntemle ölçülen Dünya'nın yarıçapının, en doğru modern yöntemlerle elde edilen değerden yalnızca %5 daha az çıkması neredeyse inanılmaz görünüyor.

2. Galileo Galilei'nin deneyi

17. yüzyılda hakim görüş, bir cismin düşme hızının kütlesine bağlı olduğunu öğreten Aristoteles'ti. Vücut ne kadar ağırsa o kadar hızlı düşer. Her birimizin günlük yaşamda yapabileceği gözlemler bunu doğruluyor gibi görünüyor.

Hafif bir kürdanı ve ağır bir taşı aynı anda bırakmayı deneyin. Taş yere daha hızlı temas edecek. Bu tür gözlemler Aristoteles'i, Dünya'nın diğer cisimleri çekme kuvvetinin temel özelliği hakkında sonuca götürdü. Aslında düşme hızı sadece yer çekimi kuvvetinden değil aynı zamanda hava direnci kuvvetinden de etkilenmektedir. Bu kuvvetlerin hafif nesneler ve ağır nesneler için oranı farklıdır ve bu da gözlemlenen etkiye yol açar. İtalyan Galileo Galilei, Aristoteles'in vardığı sonuçların doğruluğundan şüphe etti ve bunları test etmenin bir yolunu buldu. Bunun için Pisa Kulesi'nden aynı anda bir gülle ve çok daha hafif bir tüfek mermisi attı. Her iki gövde de yaklaşık olarak aynı aerodinamik şekle sahipti, bu nedenle hem çekirdek hem de mermi için hava direnci kuvvetleri, yerçekimi kuvvetleriyle karşılaştırıldığında ihmal edilebilir düzeydeydi.

Galileo her iki nesnenin de yere aynı anda ulaştığını, yani düşme hızlarının aynı olduğunu buldu. Galileo tarafından elde edilen sonuçlar. - evrensel çekim yasasının ve bir cismin yaşadığı ivmenin ona etki eden kuvvetle doğru orantılı ve kütleyle ters orantılı olduğu yasanın bir sonucu.

3. Başka bir Galileo Galilei deneyi

Galileo, deneyin yazarı tarafından bir su saati kullanılarak ölçülen, eğimli bir tahta üzerinde yuvarlanan topların eşit zaman aralıklarında kat ettiği mesafeyi ölçtü. Bilim adamı, süre iki katına çıkarsa topların dört kat daha uzağa yuvarlanacağını buldu. Bu ikinci dereceden ilişki, topların yerçekiminin etkisi altında ivmeli bir hızla hareket ettiği anlamına geliyordu; bu, Aristoteles'in 2000 yıldır kabul edilen, üzerine kuvvet uygulanan cisimlerin sabit bir hızla hareket ettiği, herhangi bir kuvvet uygulanmadığında ise sabit bir hızla hareket ettiği yönündeki iddiasıyla çelişiyordu. vücuda gider, o zaman dinlenmeye geçer.

Galileo'nun bu deneyinin sonuçları, Pisa Kulesi ile yaptığı deneyin sonuçları gibi, daha sonra klasik mekanik yasalarının formüle edilmesine temel oluşturdu.

4. Henry Cavendish'in deneyi

Isaac Newton evrensel çekim yasasını formüle ettikten sonra, kütleleri Mit olan ve birbirlerinden r uzaklığıyla ayrılmış iki cisim arasındaki çekim kuvveti F=G(mM/r2)'ye eşittir, geriye kalan değerin belirlenmesiydi. yerçekimi sabiti G. Bunu yapmak için, kütleleri bilinen iki cisim arasındaki kuvvet çekimini ölçmek gerekiyordu. Bunu yapmak o kadar kolay değil çünkü çekim kuvveti çok küçük.

Dünyanın yerçekimi kuvvetini hissediyoruz. Ancak yakındaki çok büyük bir dağın bile çekiciliğini hissetmeniz imkansızdır çünkü çok zayıftır. Çok ince ve hassas bir yönteme ihtiyaç vardı. 1798 yılında Newton'un vatandaşı Henry Cavendish tarafından icat edildi ve kullanıldı. Çok ince bir ipe asılı iki topun bulunduğu bir burulma ölçeği kullandı. Cavendish, daha büyük kütleli diğer toplar teraziye yaklaşırken külbütör kolunun yer değiştirmesini (dönme) ölçtü.

Hassasiyeti arttırmak için yer değiştirme, külbütör toplarına monte edilmiş aynalardan yansıyan ışık noktalarıyla belirlendi. Bu deney sonucunda Cavendish, ilk kez yer çekimi sabitinin değerini oldukça doğru bir şekilde belirleyebildi ve Dünya'nın kütlesini hesaplayabildi.

5. Jean Bernard Foucault'nun deneyi

Fransız fizikçi Jean Bernard Leon Foucault, 1851'de Paris Pantheon'unun kubbesinin tepesinden sarkan 67 metrelik bir sarkaç kullanarak Dünya'nın kendi ekseni etrafında döndüğünü deneysel olarak kanıtladı. Sarkacın salınım düzlemi yıldızlara göre değişmeden kalır. Dünya üzerinde bulunan ve onunla birlikte dönen bir gözlemci, dönme düzleminin yavaşça Dünya'nın dönüş yönünün tersi yönde döndüğünü görür.

6. Isaac Newton'un deneyi

1672'de Isaac Newton, tüm okul ders kitaplarında anlatılan basit bir deneyi gerçekleştirdi. Panjurları kapattıktan sonra içlerinde güneş ışığının geçtiği küçük bir delik açtı. Işının yoluna bir prizma yerleştirildi ve prizmanın arkasına bir ekran yerleştirildi.

Newton ekranda bir "gökkuşağı" gözlemledi: bir prizmadan geçen beyaz bir güneş ışığı ışını, menekşeden kırmızıya kadar çeşitli renkli ışınlara dönüştü. Bu olaya ışık dağılımı denir. Bu fenomeni ilk gözlemleyen kişi Sir Isaac değildi. Zaten çağımızın başlangıcında, doğal kökenli büyük tek kristallerin ışığı renklere ayırma özelliğine sahip olduğu biliniyordu. Cam üçgen prizma deneylerinde ışığın dağılımına ilişkin ilk çalışmalar, Newton'dan önce bile İngiliz Hariot ve Çek doğa bilimci Marzi tarafından gerçekleştirilmişti.

Ancak Newton'dan önce bu tür gözlemler ciddi bir analize tabi tutulmuyordu ve bunlara dayanarak çıkarılan sonuçlar ek deneylerle çapraz olarak kontrol edilmiyordu. Hem Hariot hem de Marzi, renk farklılıklarının beyaz ışıkla "karışık" karanlık miktarındaki farklılıklar tarafından belirlendiğini savunan Aristoteles'in takipçileri olarak kaldılar. Aristoteles'e göre menekşe rengi, en fazla ışığa karanlık eklendiğinde, kırmızı ise en az miktarda karanlık eklendiğinde ortaya çıkar. Newton, ışığın bir prizmadan geçtikten sonra diğerinden geçtiği çapraz prizmalarla ek deneyler gerçekleştirdi. Deneylerinin tamamına dayanarak, "beyaz ve siyahın karışımından orta derecede koyu olanlar dışında hiçbir renk oluşmadığı; ışık miktarının rengin görünümünü değiştirmediği" sonucuna vardı. Beyaz ışığın bir bileşik olarak değerlendirilmesi gerektiğini gösterdi. Ana renkler mordan kırmızıya kadardır. Bu Newton deneyi, aynı fenomeni gözlemleyen farklı insanların onu nasıl farklı şekillerde yorumladığının ve yalnızca yorumlarını sorgulayan ve ek deneyler yapanların doğru sonuçlara vardığının dikkate değer bir örneğidir.

7. Thomas Young'ın deneyi

19. yüzyılın başına kadar ışığın tanecikli doğasına dair fikirler hakimdi. Işığın bireysel parçacıklardan (parçacıklar) oluştuğu düşünülüyordu. Işığın kırınımı ve girişimi olgusu Newton ("Newton halkaları") tarafından gözlemlenmiş olmasına rağmen, genel olarak kabul edilen bakış açısı parçacık olarak kaldı. Atılan iki taştan su yüzeyindeki dalgalara baktığınızda, dalgaların üst üste binerek nasıl müdahale edebileceğini, yani birbirini iptal edebileceğini veya karşılıklı olarak güçlendirebileceğini görebilirsiniz. Bundan yola çıkarak İngiliz fizikçi ve hekim Thomas Young, 1801 yılında opak bir ekrandaki iki delikten geçen ışık ışınıyla, suya atılan iki taşa benzer şekilde iki bağımsız ışık kaynağı oluşturan deneyler yaptı. Sonuç olarak, ışığın taneciklerden oluşması durumunda oluşamayacak olan, dönüşümlü koyu ve beyaz saçaklardan oluşan bir girişim deseni gözlemledi. Koyu çizgiler, iki yarıktan gelen ışık dalgalarının birbirini iptal ettiği alanlara karşılık geliyordu. Işık dalgalarının karşılıklı olarak birbirini güçlendirdiği yerlerde ışık şeritleri ortaya çıktı. Böylece ışığın dalga doğası kanıtlanmış oldu.

8. Klaus Jonsson'un deneyi

Alman fizikçi Klaus Jonsson, 1961 yılında Thomas Young'ın ışığın girişimine ilişkin deneyine benzer bir deney gerçekleştirdi. Aradaki fark, Jonsson'un ışık ışınları yerine elektron ışınlarını kullanmasıydı. Young'ın ışık dalgaları için gözlemlediğine benzer bir girişim deseni elde etti. Bu, temel parçacıkların karışık parçacık-dalga doğasına ilişkin kuantum mekaniği hükümlerinin doğruluğunu doğruladı.

9. Robert Millikan'ın deneyi

Herhangi bir cismin elektrik yükünün ayrık olduğu (yani artık parçalanmaya maruz kalmayan daha büyük veya daha küçük temel yüklerden oluştuğu) fikri 19. yüzyılın başında ortaya çıktı ve M gibi ünlü fizikçiler tarafından desteklendi. Faraday ve G. Helmholtz. Temel bir elektrik yükünün taşıyıcısı olan belirli bir parçacığı ifade eden "elektron" terimi teoriye dahil edildi. Ancak bu terim o zamanlar tamamen resmiydi, çünkü ne parçacığın kendisi ne de onunla ilişkili temel elektrik yükü deneysel olarak keşfedilmemişti.

1895 yılında K. Roentgen, bir deşarj tüpüyle ilgili deneyler sırasında, katottan uçan ışınların etkisi altındaki anotunun kendi X ışınlarını veya Roentgen ışınlarını yayabildiğini keşfetti. Aynı yıl, Fransız fizikçi J. Perrin, katot ışınlarının negatif yüklü parçacıklardan oluşan bir akış olduğunu deneysel olarak kanıtladı. Ancak devasa deney malzemesine rağmen, bireysel elektronların katılacağı tek bir deney olmadığından elektron varsayımsal bir parçacık olarak kaldı. Amerikalı fizikçi Robert Millikan, zarif bir fizik deneyinin klasik örneği haline gelen bir yöntem geliştirdi.

Millikan, bir kapasitörün plakaları arasındaki boşluktaki birkaç yüklü su damlacığını izole etmeyi başardı. X ışınlarıyla aydınlatılarak plakalar arasındaki havanın hafifçe iyonlaştırılması ve damlacıkların yükünün değiştirilmesi mümkün oldu. Plakalar arasındaki alan açıldığında damlacık, elektriksel çekimin etkisi altında yavaşça yukarı doğru hareket etti. Alan kapatıldığında yerçekiminin etkisiyle alçaldı. Alanı açıp kapatarak, plakalar arasında asılı kalan damlacıkların her birini 45 saniye boyunca incelemek ve ardından buharlaşmalarını sağlamak mümkün oldu. 1909'a gelindiğinde, herhangi bir damlacığın yükünün her zaman temel değer olan e'nin (elektron yükü) tamsayı katı olduğunu belirlemek mümkündü. Bu, elektronların aynı yük ve kütleye sahip parçacıklar olduğuna dair ikna edici bir kanıttı. Millikan, su damlacıklarını yağ damlacıklarıyla değiştirerek gözlem süresini 4,5 saate çıkarmayı başardı ve 1913'te olası hata kaynaklarını birer birer ortadan kaldırarak elektron yükünün ölçülen ilk değerini yayınladı: e = (4,774 ± 0,009) ) x 10-10 elektrostatik ünite.

10. Ernst Rutherford'un deneyi

20. yüzyılın başlarında, atomların negatif yüklü elektronlardan ve bir tür pozitif yükten oluştuğu ve bu nedenle atomun genel olarak nötr kaldığı anlaşıldı. Ancak bu "pozitif-negatif" sistemin neye benzediğine dair çok fazla varsayım vardı ve şu veya bu model lehine seçim yapmayı mümkün kılacak deneysel veri eksikliği açıkça vardı.

Çoğu fizikçi J.J. Thomson'un modelini kabul etti: içinde negatif elektronların yüzdüğü, yaklaşık 10-8 cm çapında, düzgün yüklü pozitif bir top şeklindeki bir atom. 1909'da Ernst Rutherford (Hans Geiger ve Ernst Marsden'in yardımıyla) atomun gerçek yapısını anlamak için bir deney gerçekleştirdi. Bu deneyde, 20 km/s hızla hareket eden ağır pozitif yüklü alfa parçacıkları, ince altın folyodan geçerek, orijinal hareket yönünden saparak altın atomları üzerine saçıldı. Sapmanın derecesini belirlemek için Geiger ve Marsden, alfa parçacığının plakaya çarptığı yerde meydana gelen sintilatör plakası üzerindeki parlamaları gözlemlemek için bir mikroskop kullanmak zorunda kaldı. İki yıl boyunca yaklaşık bir milyon işaret fişeği sayıldı ve yaklaşık 8000 parçacıktan birinin saçılma sonucu hareket yönünü 90°'den fazla değiştirdiği (yani geri döndüğü) kanıtlandı. Bunun Thomson'un "gevşek" atomunda gerçekleşmesi mümkün değildir. Sonuçlar, atomun gezegensel modeli olarak adlandırılan modeli açıkça destekledi; yaklaşık 10-13 cm büyüklüğünde çok küçük bir çekirdek ve bu çekirdeğin etrafında yaklaşık 10-8 cm mesafede dönen elektronlar.

I. Fiziğin konusu ve yapısı

Fizik, doğal olayların en basit ve aynı zamanda en genel kalıplarını, maddenin özelliklerini ve yapısını ve hareket yasalarını inceleyen bir bilimdir. Bu nedenle fizik kavramları ve yasaları tüm doğa bilimlerinin temelini oluşturur. Fizik kesin bilimlere aittir ve olayların niceliksel yasalarını inceler.

"F." kelimesi. Yunancadan geliyor. ph?sis – doğa. Başlangıçta, antik kültür çağında bilim, parçalara ayrılmamıştı ve doğal olaylarla ilgili tüm bilgi birikimini kapsıyordu. Bilgi ve araştırma yöntemleri farklılaştıkça, fizik bilimi de dahil olmak üzere genel doğa biliminden ayrı bilimler ortaya çıktı. Fizik bilimini diğer doğa bilimlerinden ayıran sınırlar büyük ölçüde keyfidir ve zamanla değişir.

Felsefe özünde deneysel bir bilimdir: yasaları deneysel olarak oluşturulan gerçeklere dayanır. Bu yasalar niceliksel ilişkileri temsil eder ve matematik dilinde formüle edilir. Deneysel fizyoloji (yeni gerçekleri keşfetmek ve bilinen fiziksel yasaları test etmek için yapılan deneyler) ile amacı doğa yasalarını formüle etmek ve belirli olayları bu yasalara dayanarak açıklamak olan teorik fizyoloji arasında bir ayrım yapılır. yeni fenomenleri tahmin etmek için. Herhangi bir olguyu incelerken deneyim ve teori eşit derecede gerekli ve birbiriyle ilişkilidir.

İncelenen nesnelerin çeşitliliğine ve fiziksel maddenin hareket biçimlerine uygun olarak felsefe, birbiriyle az çok ilişkili olan bir dizi disipline (bölümlere) bölünmüştür. Fizyolojinin bireysel disiplinlere bölünmesi açık değildir ve çeşitli kriterlere göre yapılabilir. Çalışılan nesnelere göre fizik; temel parçacık fiziği, çekirdek fiziği, atom ve molekül fiziği, gaz ve sıvı fiziği, katı madde fiziği ve plazma fiziği olarak ikiye ayrılır. Dr. kriter - incelenen maddenin süreçleri veya hareket biçimleri. Şunlar vardır: mekanik hareket, termal süreçler, elektromanyetik olaylar, yerçekimsel, güçlü, zayıf etkileşimler; Buna göre fizik, maddi noktaların ve katı cisimlerin mekaniğini, sürekli ortam mekaniğini (akustik dahil), termodinamiği ve istatistiksel mekaniği, elektrodinamiği (optik dahil), yerçekimi teorisini, kuantum mekaniğini ve kuantum alan teorisini içerir. Belirtilen f bölümleri, maddi dünyanın nesneleri ile katıldıkları süreçler arasındaki derin iç ilişki nedeniyle kısmen örtüşmektedir. Araştırmanın amacına bağlı olarak bazen uygulamalı optik de ayırt edilir (örneğin uygulamalı optik).

Fizik, özellikle çeşitli fiziksel doğadaki salınımlı süreçlerin ortak kalıplarından ve bunları inceleme yöntemlerinden kaynaklanan salınımlar ve dalgalar doktrinini vurgular. Mekanik, akustik, elektriksel ve optik titreşimleri ve dalgaları birleşik bir perspektiften inceler.

Modern fizyoloji, fizyolojinin tüm bölümlerini kapsayan az sayıda temel fiziksel teori içerir. Bu teoriler, fiziksel süreçlerin ve olayların doğası hakkındaki bilginin özünü, doğadaki maddenin çeşitli hareket biçimlerinin yaklaşık ancak en eksiksiz yansımasını temsil eder.

II. Fiziğin gelişimindeki ana aşamalar

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, Epikuros, Lucretius), dünyanın jeosantrik sistemi geliştirildi (Ptolemy) ve en basit yasalar oluşturuldu. yerleşik 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 hayal kırıklığına uğratıldı. Aristoteles'in fiziği belirli doğru hükümler içeriyordu, ancak aynı zamanda öncüllerinin ilerici fikirlerinin çoğundan, özellikle de atom hipotezinden yoksundu. Deneyimin önemini kabul eden Aristoteles, onu 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 yoğunluk ve kütleden bağımsız olduğunu kanıtladı ve 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. Snell 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 olarak 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 var olan 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). Bu yasanın yardımıyla Ay'ın, Güneş Sistemi'ndeki gezegenlerin ve kuyruklu yıldızların hareketi olağanüstü bir doğrulukla hesaplanabiliyor, okyanusların gel-git hareketleri açıklanabiliyordu. 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.
Aynı zamanda Huygens ve G. Leibniz momentumun korunumu yasasını formüle ettiler; Huygens, fiziksel sarkaç teorisini yarattı ve sarkaçlı bir saat yaptı.

Fiziksel akustiğin gelişimi başladı. M. Mersenne, ses çıkaran bir telin doğal titreşim sayısını ölçtü ve ilk kez sesin havadaki hızını belirledi. Newton teorik olarak ses hızı için bir formül türetmiştir.

17. yüzyılın 2. yarısında. Geometrik optik, teleskopların ve diğer optik aletlerin tasarımıyla bağlantılı olarak hızla gelişmeye başladı ve fiziksel optiğin temelleri atıldı. F. Grimaldi ışığın kırınımını keşfetti ve Newton, ışığın dağılımı üzerine temel araştırmalar yaptı. Optik spektroskopi Newton'un bu çalışmalarından kaynaklanmaktadır. 1676 yılında O. C. Roemer ışığın hızını ilk kez ölçtü. Neredeyse aynı anda, ışığın fiziksel doğası hakkında iki farklı teori ortaya çıktı ve gelişmeye başladı - parçacık ve dalga (bkz. Optik). Newton'un parçacık teorisine göre ışık, bir kaynaktan her yöne doğru hareket eden parçacıklardan oluşan bir akımdır. Huygens, ışığın özel bir varsayımsal ortam olan eter içinde yayılan, tüm alanı dolduran ve tüm cisimlere nüfuz eden bir dalga akışı olduğunu öne süren ışığın dalga teorisinin temellerini attı.

Böylece 17. yüzyılda. Temel olarak klasik mekanik oluşturuldu ve felsefenin diğer alanlarında araştırmalar başladı: optik, elektrik ve manyetik olayların incelenmesi, ısı ve akustik.

18. yüzyılda Klasik mekaniğin, özellikle gök mekaniğinin gelişimi devam etti. Uranüs gezegeninin hareketindeki küçük bir anormalliğe dayanarak, yeni bir gezegenin - Neptün'ün (1846'da keşfedildi) varlığını tahmin etmek mümkündü. Newton mekaniğinin geçerliliğine duyulan güven evrensel hale geldi. Mekaniğe dayanarak, dünyanın tüm zenginliğinin, tüm niteliksel çeşitliliğinin, bedenleri oluşturan parçacıkların (atomların) hareketindeki farklılıkların, itaat eden hareketin bir sonucu olduğu, dünyanın birleşik bir mekanik resmi yaratıldı. Newton yasaları. Bu tablonun uzun yıllar boyunca Fiziğin gelişimi üzerinde güçlü bir etkisi oldu. Fiziksel bir olgunun açıklaması, eğer mekanik yasalarının etkisine indirgenebilirse, bilimsel ve eksiksiz kabul edildi.

Mekaniğin gelişimi için önemli bir teşvik, üretimin geliştirilmesine yönelik taleplerdi. L. Euler ve diğerlerinin çalışmalarında kesinlikle katı bir cismin dinamiği geliştirildi. Parçacıkların ve katıların mekaniğinin gelişmesine paralel olarak, sıvıların ve gazların mekaniği de gelişti. 18. yüzyılın ilk yarısında D. Bernoulli, Euler, J. Lagrange ve diğerlerinin çalışmaları aracılığıyla. İdeal bir akışkanın hidrodinamiğinin temelleri atıldı - viskozite ve termal iletkenlikten yoksun, sıkıştırılamaz bir akışkan. Lagrange'ın “Analitik Mekanik” (1788) adlı eserinde, mekaniğin denklemleri o kadar genelleştirilmiş bir biçimde sunulmuştur ki, daha sonra mekanik olmayan, özellikle elektromanyetik süreçlere uygulanabildiler.
Fizyolojinin diğer alanlarında deneysel veriler toplandı ve en basit deneysel yasalar formüle edildi. S. F. Dufay iki tür elektriğin varlığını keşfetti ve benzer yüklü cisimlerin ittiğini, zıt yüklü cisimlerin ise çektiğini belirledi. B. Franklin elektrik yükünün korunumu yasasını oluşturdu. G. Cavendish ve bağımsız olarak C. Coulomb, sabit elektrik yükleri arasındaki etkileşim kuvvetini (Coulomb yasası) belirleyen elektrostatik temel yasasını keşfetti. Atmosfer elektriği doktrini ortaya çıktı. Franklin, M.V. Lomonosov ve G.V. Richman yıldırımın elektriksel doğasını kanıtladı. Optik alanında teleskop merceklerinin geliştirilmesi devam etti. P. Bouguer ve I. Lambert'in çalışmaları sayesinde fotometri oluşturulmaya başlandı. Kızılötesi (W. Herschel, İngiliz bilim adamı W. Wollaston) ve ultraviyole (Alman bilim adamı N. Ritter, Wollaston) ışınları keşfedildi.

Termal olayların incelenmesinde gözle görülür ilerleme kaydedilmiştir; J. Black'in gizli füzyon ısısını keşfetmesinden ve ısının korunumunun deneysel kanıtından sonra, kalorimetrik deneyler sıcaklık ve ısı miktarı arasında ayrım yapmaya başladı. Isı kapasitesi kavramı formüle edildi ve termal iletkenlik ve termal radyasyon üzerine araştırmalar başladı. Aynı zamanda, ısının doğası hakkında yanlış görüşler oluşturuldu: ısı, ısıtılmış cisimlerden soğuk olanlara akabilen özel bir tür yok edilemez ağırlıksız sıvı - kalorik olarak görülmeye başlandı. Isının parçacıkların bir tür iç hareketi olduğunu öne süren ısı teorisi, Newton, Hooke, Boyle, Bernoulli, Lomonosov ve diğerleri gibi seçkin bilim adamları tarafından desteklenmesine ve geliştirilmesine rağmen geçici bir yenilgiye uğradı.

Klasik fizik (19. yüzyıl)

19. yüzyılın başında. Işığın parçacık ve dalga teorileri arasındaki uzun vadeli rekabet, öyle görünüyor ki, dalga teorisinin nihai zaferiyle sona erdi. Bu, T. Jung ve O. J. Fresnel'in dalga teorisini kullanarak ışığın girişimi ve kırınımı olgusunu başarılı bir şekilde açıklamasıyla kolaylaştırıldı. Bu fenomenler yalnızca dalga hareketine özgüdür ve bunları parçacık teorisini kullanarak açıklamak imkansız görünüyordu. Aynı zamanda, 18. yüzyılda keşfedilen ışık dalgalarının enine doğasına dair kesin bir kanıt elde edildi (Fresnel, D. F. Arago, Jung). (Bkz. Işığın Polarizasyonu). Işığı elastik bir ortamda (eter) enine dalgalar olarak düşünen Fresnel, ışık bir ortamdan diğerine geçerken kırılan ve yansıyan ışık dalgalarının yoğunluğunu belirleyen niceliksel bir yasa buldu (bkz. Fresnel formülleri) ve ayrıca çift kırılma teorisini yarattı. .

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 parçacıkların - elektrik akımının - neden olduğu sonucuna vardı. Bunu takiben Ampere deneysel olarak elektrik akımlarının etkileşim kuvvetini belirleyen bir yasa (Ampere yasası) oluşturdu.

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.

19. yüzyılın başında. J. Dalton, bilime (1803) atom fikrini, maddenin en küçük (bölünemez) parçacıkları - elementlerin kimyasal bireyselliğinin taşıyıcıları olarak tanıttı.

19. yüzyılın 1. çeyreğinde. Katı cisim fiziğinin temeli atıldı. 17. – 18. ve 19. yüzyılın başlarında. katıların (metaller, teknik malzemeler, mineraller vb.) makroskobik özellikleri ve dış etkilerin (mekanik kuvvetler, ısıtma, elektrik ve manyetik alanlar) etkisi altında katı cisim davranışının ampirik yasalarının oluşturulması hakkında bir veri birikimi vardı. ışık vb.) Elastik özelliklerin incelenmesi Hooke yasasının (1660) keşfedilmesine, metallerin elektriksel iletkenliğinin incelenmesine - Ohm yasasının (1826) kurulmasına, termal özellikler - Dulong ve Petit'in ısı kapasiteleri yasasına (1819) yol açtı. (bkz. Dulong ve Petit kanunu). Katıların temel manyetik özellikleri keşfedildi. Aynı zamanda katıların elastik özelliklerine ilişkin genel bir teori oluşturuldu (L.M.A. Navier, 1819–26, O.L. Cauchy, 1830). Bu sonuçların neredeyse tamamı katının sürekli bir ortam olarak yorumlanmasıyla karakterize edilir, ancak bilim adamlarının önemli bir kısmı çoğunlukla kristal olan katıların iç mikroskobik bir yapıya sahip olduğunu zaten fark etmiştir.
Tüm doğa olaylarını birbirine bağlayan enerjinin korunumu yasasının keşfi, Fizik ve tüm doğa bilimleri için büyük önem taşıyordu. 19. yüzyılın ortalarında. Isı ve iş miktarının vb. denkliği deneysel olarak kanıtlanmıştır. Isının varsayımsal ağırlıksız bir madde - kalori değil, özel bir enerji biçimi olduğu tespit edilmiştir. 40'lı yıllarda 19. yüzyıl Y. R. Mayer, J. Joule ve G. Helmholtz bağımsız olarak enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasını keşfettiler. Enerjinin korunumu yasası, termodinamiğin birinci yasasının adını alarak termal olaylar teorisinin (termodinamik) temel yasası haline geldi.

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 çalışmaları 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 süreçleri dünyanın mekanik resmi çerçevesine dahil etmeyi 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 teorisinin olanakları büyük ölçüde genişledi ve ardından 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 dayanarak A. Einstein ve M. Smoluchowski (1905-06) tarafından yaratıldıktan sonra.

19. yüzyılın 2. yarısında. Elektromanyetik olayları incelemenin uzun süreci Maxwell tarafından tamamlandı. Ana eseri Elektrik ve Manyetizma Üzerine Bir İnceleme'de (1873), 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.

19. yüzyılda G. Kirchhoff ve R. Bunsen spektral analizin temellerini attılar (1859). Sürekli ortam mekaniğinin gelişimi de devam etti. Akustikte elastik salınımlar ve dalgalar teorisi geliştirildi (Helmholtz, J. W. Rayleigh, vb.). Düşük sıcaklık elde etmek için bir teknik ortaya çıktı. Helyum dışındaki tüm gazlar sıvı halde ve 20. yüzyılın başında elde edildi. H. Kamerlingh-Onnes (1998) sıvılaştırılmış helyum.
19. yüzyılın sonunda. F. çağdaşlarına neredeyse tamamlanmış görünüyordu. Görünüşe göre tüm fiziksel olaylar moleküllerin (veya atomların) ve eterin mekaniğine indirgenebilirdi. Eter, elektromanyetik olayların gerçekleştiği mekanik bir ortam olarak kabul edildi. 19. yüzyılın en büyük fizikçilerinden biri. – W. Thomson yalnızca iki açıklanamayan gerçeğe dikkat etti: Michelson'un deneyinin, Dünya'nın etere göre hareketinin tespitine ilişkin olumsuz sonucu ve gazların ısı kapasitesinin sıcaklığa bağımlılığı, moleküler kinetik açısından anlaşılmaz. teori. Ancak 19. yüzyıl felsefesinin temel fikirlerinin revize edilmesi ihtiyacının ilk göstergesi tam da bu gerçeklerdi. Bunları ve daha sonra keşfedilen diğer birçok gerçeği açıklamak için görelilik teorisini ve kuantum mekaniğini yaratmak gerekiyordu.
Görelilik ve kuantum fiziği. Atom çekirdeğinin ve temel parçacıkların fiziği (19. yüzyılın sonları - 20. yüzyılın sonları).

Fizikte yeni bir çağın başlangıcı, J. Thomson'un 1897'de elektronu keşfetmesiyle hazırlandı. Atomların temel değil, elektron içeren karmaşık sistemler olduğu ortaya çıktı. Bu keşifte önemli bir rol, gazlardaki elektriksel deşarjların incelenmesiyle oynandı.

19. yüzyılın sonu - 20. yüzyılın başı. H. Lorentz elektronik teorisinin temellerini attı. 20. yüzyılın başında. Elektrodinamiğin, Newton'un klasik mekaniğinin temelini oluşturan uzay ve zaman kavramlarının radikal bir revizyonunu gerektirdiği ortaya çıktı. 1905'te Einstein, yeni bir uzay ve zaman doktrini olan özel (özel) görelilik teorisini yarattı. Bu teori tarihsel olarak Lorentz ve A. Poincaré'nin çalışmalarıyla hazırlanmıştır.

Deneyimler, Galileo tarafından formüle edilen ve mekanik olayların tüm eylemsiz referans çerçevelerinde 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 (Lorentz dönüşümleri) bulmuş ancak onlara doğru yorumu verememiştir. 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 tür kuantumların her birinin enerjisi frekansla doğru orantılıdır ve orantı katsayısı, daha sonra Planck sabiti olarak adlandırılan h = 6.6?10-27 erg?saniye eylem kuantumudur.

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.

Bu zamana kadar, alfa parçacıklarının madde tarafından saçılması üzerine yapılan deneylere dayanan E. Rutherford (1911), atom çekirdeğini keşfetti ve atomun gezegensel bir modelini oluşturdu. Bir Rutherford atomunda elektronlar, gezegenlerin güneşin etrafında döndüğü gibi çekirdeğin etrafında hareket ederler. Bununla birlikte, Maxwell'in elektrodinamiğine göre, böyle bir atom kararsızdır: dairesel (veya eliptik) yörüngelerde hareket eden elektronlar hızlanma yaşarlar ve bu nedenle sürekli olarak elektromanyetik dalgalar yaymalı, enerji kaybetmeli ve sonunda yavaş yavaş çekirdeğe yaklaşmalıdır (hesaplamalara göre) yaklaşık 10-8 saniye boyunca üzerine düştüğünü gösterdi. Böylece atomların kararlılığı ve çizgi spektrumlarının klasik F. yasaları çerçevesinde açıklanamaz olduğu ortaya çıktı. Bohr bu zorluktan kurtulmanın bir yolunu buldu. Atomların, elektronların yayılmadığı özel durağan durumlara sahip olduğunu öne sürdü. Radyasyon, bir durağan durumdan diğerine geçiş sırasında meydana gelir. Atom enerjisinin ayrıklığı, J. Frank ve G. Hertz'in (1913–14) bir elektrik alanı tarafından hızlandırılan elektronların atomlarla çarpışmaları üzerine yaptığı deneylerle doğrulandı. En basit atom olan hidrojen atomu için Bohr, deneyle tutarlı, niceliksel bir emisyon spektrumu teorisi oluşturdu.

Aynı dönemde (19. yüzyılın sonu - 20. yüzyılın başı), katı hal fiziği, çok sayıda parçacıktan (~ 1022 cm-3) oluşan yoğunlaştırılmış sistemlerin fiziği olarak modern anlayışında oluşmaya başladı. 1925'e kadar gelişimi iki yönde gerçekleşti: kristal kafesin fiziği ve kristallerdeki, özellikle metallerdeki elektronların fiziği. Daha sonra bu yönler kuantum teorisi temelinde birleşti.

Kristalin, uzayda düzenli bir şekilde düzenlenmiş ve etkileşim kuvvetleri tarafından denge konumunda tutulan bir atom topluluğu olduğu fikri, uzun bir gelişim sürecinden geçmiş ve nihayet 20. yüzyılın başında oluşmuştur. Bu modelin geliştirilmesi Newton'un (1686) elastik olarak bağlı parçacıklar zincirindeki ses hızını hesaplama çalışmasıyla başladı ve diğer bilim adamları tarafından sürdürüldü: D. ve I. Bernoulli (1727), Cauchy (1830), W. Thomson (1881), vb.

19. yüzyılın sonunda. E. S. Fedorov, kristallerin yapısı ve simetrisi üzerine yaptığı çalışmalarla teorik kristalografinin temellerini attı; 1890-91'de 230 uzay simetrisi kristal grubunun var olma olasılığını kanıtladı - bir kristal kafes içindeki parçacıkların sıralı düzenleme türleri (Fedorov grupları olarak adlandırılır). 1912'de M. Laue ve meslektaşları, x-ışınlarının kristaller tarafından kırınımını keşfettiler ve sonunda düzenli bir atomik yapı olarak kristal fikrini oluşturdular. Bu keşfe dayanarak, kristallerdeki atomların dizilişini deneysel olarak belirlemek ve atomlar arası mesafeleri ölçmek için bir yöntem geliştirildi; bu, X-ışını yapısal analizinin başlangıcını işaret ediyordu [U. L. Bragg ve W. G. Bragg (1913), G. W. Wolf (1913)]. Aynı yıllarda (1907-1914), kuantum kavramlarını önemli ölçüde dikkate alan dinamik kristal kafes teorisi geliştirildi. 1907'de Einstein, aynı frekanstaki bir dizi kuantum harmonik osilatörden oluşan bir kristal modelini kullanarak, sıcaklığın azalmasıyla birlikte katıların ısı kapasitesinde gözlenen azalmayı açıkladı; bu, Dulong yasasıyla keskin bir çelişki içindeydi ve Petit. Farklı frekanslardaki bir dizi kuantum osilatörden oluşan bir kristal kafesin daha gelişmiş bir dinamik teorisi, P. Debye (1912), M. Born ve T. Karman (1913), E. Schrödinger (1914) tarafından yakın bir biçimde inşa edilmiştir. modern olana. Yeni önemli aşaması kuantum mekaniğinin yaratılmasından sonra başladı.

İkinci yön (bir kristaldeki elektron sistemlerinin fiziği), metallerin ve diğer katıların elektronik teorisi olarak elektronun keşfinden hemen sonra gelişmeye başladı. Bu teoride, bir metaldeki elektronlar, klasik olana uyan, sıradan bir seyreltilmiş moleküler gaza benzer şekilde, kristal kafesi dolduran serbest elektronlardan oluşan bir gaz olarak kabul edildi. Boltzmann istatistikleri. Elektronik teorisi, Ohm ve Wiedemann-Franz (P. Drude) yasalarını açıklamayı mümkün kıldı, kristallerdeki ışık dağılımı teorisinin temellerini attı, vb. Ancak, tüm gerçekler klasik elektronik teorisinin çerçevesine uymuyor. Bu nedenle, metallerin direncinin sıcaklığa bağlılığı açıklanmadı; elektron gazının metallerin ısı kapasitesine vb. neden gözle görülür bir katkı sağlamadığı belirsiz kaldı. Yaratılan zorluklardan kurtulmanın yolu ancak kuantum mekaniğinin inşasından sonra bulundu.

Bohr tarafından oluşturulan kuantum teorisinin ilk versiyonu kendi içinde çelişkiliydi: Elektronların hareketi için Newton mekaniğinin yasalarını kullanan Bohr, aynı zamanda klasik teoriye yabancı olan elektronların olası hareketlerine yapay olarak kuantum kısıtlamaları getirdi.
Güvenilir bir şekilde belirlenmiş eylem ayrıklığı ve onun niceliksel ölçüsü - Planck sabiti h - doğal olayların doğal ölçeğinin rolünü oynayan evrensel bir dünya sabiti, hem mekanik yasalarının hem de elektrodinamik yasalarının radikal bir şekilde yeniden yapılandırılmasını gerektirdi. Klasik yasalar yalnızca yeterince büyük kütleye sahip nesnelerin hareketi dikkate alındığında, eylem boyutları h'ye kıyasla büyük olduğunda ve eylemin ayrıklığı ihmal edilebildiğinde geçerlidir.

20'li yıllarda 20. yüzyıl Modern fiziksel teorilerin en derin ve kapsamlısı yaratıldı - kuantum veya dalga mekaniği - mikropartiküllerin hareketinin tutarlı, mantıksal olarak eksiksiz, göreceli olmayan bir teorisi, aynı zamanda makroskobik cisimlerin birçok özelliğini ve içinde meydana gelen olayları açıklamayı mümkün kıldı. onlara. Kuantum mekaniği, Planck – Einstein – Bohr'un kuantizasyonu fikrine ve L. de Broglie (1924) tarafından ileri sürülen ikili parçacık dalga doğasının yalnızca elektromanyetik radyasyonun (fotonlar) değil, aynı zamanda karakteristik olduğu hipotezine dayanmaktadır. diğer herhangi bir madde türünden. Tüm mikropartiküller (elektronlar, protonlar, atomlar, vb.) parçacık ve dalga özelliklerine sahiptir: bunların her biri bir dalga ile ilişkilendirilebilir (uzunluğu, Planck sabiti h'nin parçacığın momentumuna oranına eşittir). ve frekansın parçacık enerjisinin h'ye oranına oranı). De Broglie dalgaları serbest parçacıkları tanımlar. 1927'de ilk kez elektronların kırınımı gözlemlendi ve bu da deneysel olarak dalga özelliklerinin varlığını doğruladı. Daha sonra moleküller dahil diğer mikropartiküllerde kırınım gözlendi (bkz. Parçacık kırınımı).

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.

1925'te J. Yu. Uhlenbeck ve S. A. Goudsmit, deneysel (spektroskopik) verilere dayanarak, bir elektronun kendi açısal momentumunun varlığını keşfettiler - spin (ve dolayısıyla ilişkili içsel, spin, manyetik moment) 1/2'ye eşittir. . (Dönme değeri genellikle = h/2? birimleriyle ifade edilir; buna da h gibi Planck sabiti denir; bu birimlerde elektron dönüşü 1/2'ye eşittir.) W. Pauli hareket denklemini yazdı: Bir elektronun spin manyetik momentinin manyetik alanla etkileşimi dikkate alınarak, harici bir elektromanyetik alanda göreceli olmayan bir elektron. 1925'te sözde formüle etti. dışlama ilkesi; buna göre bir kuantum durumunda birden fazla elektron bulunamaz (Pauli ilkesi). Bu prensip, birçok parçacıktan oluşan sistemlerin kuantum teorisinin inşasında çok önemli bir rol oynadı; özellikle, çok elektronlu atomlardaki vb. kabukların ve katmanların elektronlarla doldurulma modellerini açıkladı. Mendeleev'in periyodik element sistemi için teorik bir temel sağladı.

1928'de P.A.M. Dirac, elektron hareketinin kuantum göreli denklemini elde etti (bkz. Dirac denklemi), bundan doğal olarak elektronun bir spini olduğu sonucu çıktı. Bu denkleme dayanarak Dirac, 1931'de, 1932'de K. D. Anderson tarafından kozmik ışınlarda keşfedilen pozitronun (ilk antiparçacık) varlığını öngördü. [Maddenin diğer yapısal birimlerinin (proton ve nötron) antipartikülleri - antiproton ve antinötron sırasıyla 1955 ve 1956'da deneysel olarak keşfedildi.]

Kuantum mekaniğinin gelişmesine paralel olarak, çok sayıda mikropartikülden oluşan fiziksel sistemlerin (özellikle makroskopik cisimlerin) davranışının kuantum teorisi olan kuantum istatistiklerinin gelişimi de vardı. 1924'te S. Bose, kuantum istatistiğinin ilkelerini fotonlara - spin 1'li parçacıklara uygulayarak, Planck'ın denge radyasyon spektrumunda enerji dağılımı formülünü türetti ve Einstein, ideal bir gaz için enerji dağılımı formülünü elde etti. moleküllerin sayısı (Bose - Einstein istatistikleri). 1926'da P. A. M. Dirac ve E. Fermi, Pauli ilkesinin geçerli olduğu elektron kümesinin (ve 1/2 spinli diğer özdeş parçacıkların) diğer istatistiklere - Fermi - Dirac istatistiklerine - uyduğunu gösterdi. 1940 yılında Pauli spin ve istatistik arasındaki bağlantıyı kurdu.

Kuantum istatistikleri, yoğun madde fiziğinin gelişmesinde ve her şeyden önce katı hal fiziğinin inşasında önemli bir rol oynadı. Kuantum dilinde, kristal atomlarının termal titreşimleri, bir tür "parçacıkların", daha kesin olarak kuasipartiküllerin - fononların (1929'da I. E. Tamm tarafından tanıtılan) bir koleksiyonu olarak düşünülebilir. Bu yaklaşım, özellikle düşük sıcaklık bölgesinde T sıcaklığının azalmasıyla metallerin ısı kapasitesinin azalmasını (T3 yasasına göre) açıklamış ve ayrıca metallerin elektriksel direncinin nedeninin saçılması olduğunu göstermiştir. elektronlar iyonlarla değil, esas olarak fononlarla. Daha sonra diğer yarı parçacıklar tanıtıldı. Yarı parçacık yönteminin, karmaşık makroskobik sistemlerin yoğunlaştırılmış durumdaki özelliklerini incelemek için çok etkili olduğu kanıtlanmıştır.

1928'de A. Sommerfeld, metallerdeki taşınma süreçlerini tanımlamak için Fermi-Dirac dağılım fonksiyonunu kullandı. Bu, klasik teorinin bir takım zorluklarını çözdü ve katılarda, özellikle metallerde ve yarı iletkenlerde kinetik olayların (elektriksel ve termal iletkenlik, termoelektrik, galvanomanyetik ve diğer etkiler) kuantum teorisinin daha da geliştirilmesinin temelini oluşturdu.
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. Brillouin'in (1928–34) çalışmaları, dielektriklerin ve metallerin elektriksel özelliklerindeki farklılıklar için doğal bir açıklama sağlayan, kristallerin bant enerji yapısına ilişkin bir teori geliştirdi. Tek elektron yaklaşımı adı verilen açıklanan yaklaşım daha da geliştirildi ve özellikle yarı iletken fiziğinde yaygın olarak kullanıldı.

1928'de Ya. I. Frenkel ve Heisenberg, ferromanyetizmanın kuantum değişim etkileşimine dayandığını gösterdi (bu, 1926'da Heisenberg tarafından helyum atomu örneği kullanılarak incelenmiştir); 1932-33'te L. Neel ve bağımsız olarak L. D. Landau antiferromanyetizmayı öngördü.
Kamerlingh Onnes'in (1911) süperiletkenliğin ve P.L. Kapitsa'nın (1938) sıvı helyumun süperakışkanlığının keşfi, kuantum istatistiklerinde yeni yöntemlerin geliştirilmesini teşvik etti. Fenomenoloji. süperakışkanlık teorisi Landau (1941) tarafından oluşturulmuştur; bir sonraki adım, Landau ve V.L. Ginzburg'un (1950) süperiletkenlik teorisi olan fenomenolojiydi.

50'li yıllarda Çok parçacıklı sistemlerin istatistiksel kuantum teorisinde yeni güçlü hesaplama yöntemleri geliştirildi; bunların en çarpıcı başarılarından biri J. Bardeen, L. Cooper, J. Schrieffer (ABD) tarafından mikroskobik süperiletkenlik teorisinin yaratılmasıydı. ve N. N. Bogolyubov (SSCB).

Atomlardan ışık emisyonuna ilişkin tutarlı bir kuantum teorisi oluşturma çabaları, kuantum teorisinin gelişiminde yeni bir aşamaya yol açtı: kuantum elektrodinamiğinin yaratılması (Dirac, 1929).

20. yüzyılın 2. çeyreğinde. Atom çekirdeğinin yapısı ve içinde meydana gelen süreçler hakkındaki bilgi ve temel parçacıkların fiziğinin yaratılmasıyla bağlantılı olarak fizikte daha devrim niteliğinde bir dönüşüm gerçekleşti. Rutherford'un yukarıda bahsedilen atom çekirdeği keşfi, 19. yüzyılın sonlarında radyoaktivitenin ve ağır atomların radyoaktif dönüşümlerinin keşfiyle hazırlanmıştır. (A. Becquerel, P. ve M. Curie). 20. yüzyılın başında. izotoplar keşfedildi. Atom çekirdeğinin yapısını doğrudan incelemeye yönelik ilk girişimler, Rutherford'un kararlı nitrojen çekirdeklerini ?-partikülleriyle 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 kez 235U fisyon zincir reaksiyonu kullanılarak serbest bırakıldı ve atom bombası yaratıldı. 235U'nun kontrollü nükleer fisyon reaksiyonunun barışçıl, endüstriyel amaçlarla kullanılmasının itibarı SSCB'ye aittir. 1954 yılında SSCB'de (Obninsk) ilk nükleer santral inşa edildi. Daha sonra birçok ülkede uygun maliyetli nükleer santraller kuruldu.

1952'de bir termonükleer füzyon reaksiyonu gerçekleştirildi (bir nükleer cihaz patladı) ve 1953'te bir hidrojen bombası oluşturuldu.
20. yüzyılda atom çekirdeğinin fiziği ile eş zamanlı olarak. Temel parçacıkların fiziği hızla gelişmeye başladı. Bu alandaki ilk büyük başarılar kozmik ışınların incelenmesiyle ilişkilidir. Müonlar, pi-mezonlar, K-mezonlar ve ilk hiperonlar keşfedildi. Yüksek enerjili yüklü parçacık hızlandırıcılarının yaratılmasından sonra, temel parçacıklar, özellikleri ve etkileşimleri üzerine sistematik bir çalışma başladı; İki tür nötrinonun varlığı deneysel olarak kanıtlandı ve ortalama ömrü yalnızca 10-22-10-24 saniye olan son derece kararsız parçacıklar - rezonanslar da 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.

III. Temel fizik teorileri

Klasik Newton mekaniği

Newton'un devlet kavramını ortaya atması tüm felsefe için temel öneme sahipti. Başlangıçta en basit mekanik sistem olan malzeme noktalarından oluşan bir sistem için formüle edildi. Newton yasaları maddi noktalar için doğrudan geçerlidir. Sonraki tüm fiziksel teorilerde durum kavramı ana teorilerden biriydi. Mekanik bir sistemin durumu tamamen sistemi oluşturan tüm cisimlerin koordinatları ve momentumları tarafından belirlenir. Hızlanmalarını belirleyen cisimler arasındaki etkileşim kuvvetleri biliniyorsa, o zaman zamanın ilk anındaki koordinat ve dürtü değerlerinden Newton mekaniğinin hareket denklemleri (Newton'un ikinci yasası) açık bir şekilde kurulmasını mümkün kılar. zamanın herhangi bir anında koordinatların ve dürtülerin değerleri. Koordinatlar ve impulslar klasik mekaniğin temel nicelikleridir; bunları bilerek, başka herhangi bir mekanik miktarın değeri hesaplanabilir: enerji, açısal momentum, vb. Daha sonra Newton mekaniğinin sınırlı bir uygulama alanına sahip olduğu açıklığa kavuşmuş olsa da, bu, onsuz mekaniğin inşasının temeliydi ve öyle olmaya devam ediyor. modern fizyolojinin tüm yapısı imkansız olurdu.

Süreklilik mekaniği

Sürekli ortam mekaniğinde gazlar, sıvılar ve katılar sürekli homojen ortamlar olarak kabul edilir. Parçacıkların koordinatları ve momentumları yerine, sistemin durumu aşağıdaki koordinat (x, y, z) ve zaman (t) fonksiyonlarıyla benzersiz bir şekilde karakterize edilir: yoğunluk p (x, y, z, t), basınç P ( x, y, z, t) ve kütlenin aktarıldığı hidrodinamik hız v (x, y, z, t). Sürekli ortam mekaniğinin denklemleri, eğer başlangıç ​​andaki değerleri ve sınır koşulları biliniyorsa, bu fonksiyonların değerlerinin daha sonraki herhangi bir zamanda belirlenmesini mümkün kılar.

Akışkanın akış hızını basınca bağlayan Euler denklemi, maddenin korunumunu ifade eden süreklilik denklemiyle birlikte ideal bir akışkanın dinamiğindeki her türlü problemin çözülmesini mümkün kılar. Viskoz bir akışkanın hidrodinamiğinde, mekanik enerjinin dağılmasına yol açan sürtünme kuvvetlerinin etkisi ve termal iletkenliğin etkisi dikkate alınır ve sürekli ortam mekaniği "saf mekanik" olmaktan çıkar: termal süreçler önemli hale gelir. Ancak termodinamiğin yaratılmasından sonra, gerçek gaz, sıvı ve katı cisimlerdeki mekanik süreçleri tanımlayan eksiksiz bir denklem sistemi formüle edildi. Elektriksel olarak iletken sıvıların ve gazların hareketi manyetohidrodinamikte incelenir. Akustikte elastik bir ortamın salınımları ve içindeki dalgaların yayılması incelenir.

Termodinamik

Termodinamiğin tüm içeriği esas olarak iki prensibin sonucudur: birinci prensip enerjinin korunumu yasasıdır ve makroskobik süreçlerin tersinmezliğinin takip ettiği ikinci prensiptir. Bu ilkeler, kesin durum fonksiyonlarını tanıtmamıza izin verir: iç enerji ve entropi. Kapalı sistemlerde iç enerji değişmeden kalır ve entropi yalnızca denge (tersinir) süreçleri sırasında korunur. Geri dönüşü olmayan süreçler sırasında entropi artar ve büyümesi, doğadaki makroskobik süreçlerin spesifik yönünü en iyi şekilde yansıtır. Termodinamikte, bir sistemin durumunu belirleyen ana büyüklükler (termodinamik parametreler) en basit durumda basınç, hacim ve sıcaklıktır. Aralarındaki bağlantı, termal durum denklemiyle verilir (ve enerjinin hacim ve sıcaklığa bağımlılığı, kalorik durum denklemiyle verilir). En basit termal durum denklemi ideal bir gazın durum denklemidir (Clapeyron denklemi).

Klasik termodinamikte, termal denge durumları ve denge (sonsuz derecede yavaş) süreçleri incelenir. Zaman temel denklemlerin bir parçası değildir. Daha sonra (20. yüzyılın 30'lu yıllarından başlayarak) dengesiz süreçlerin termodinamiği oluşturuldu. Bu teoride durum, koordinatların ve zamanın fonksiyonları olarak kabul edilen yoğunluk, basınç, sıcaklık, entropi ve diğer nicelikler (yerel termodinamik parametreler) aracılığıyla belirlenir. Onlar için, sistemin durumunun zaman içindeki gelişimini açıklayan kütle, enerji ve momentum aktarımı denklemleri yazılmıştır (difüzyon ve termal iletkenlik denklemleri, Navier-Stokes denklemleri). Bu denklemler, belirtilen fizikselin yerel (yani belirli bir sonsuz küçük hacim elemanı için geçerli) korunum yasalarını ifade eder. miktarlar

İstatistiksel fizik (istatistiksel mekanik)

Klasik istatistiksel mekanikte sistem parçacıklarının ri ve momentum pi koordinatlarını belirtmek yerine parçacıkların koordinatlar ve momentumlar üzerindeki dağılım fonksiyonu f (ri, pi,..., rN, pN, t), verilir. belirli bir t zamanında (N, sistemdeki parçacıkların sayısıdır) belirli küçük aralıklarla gözlemlenen koordinat ve momentum değerlerinin tespit edilmesinin olasılık yoğunluğunun anlamını taşır. Dağıtım fonksiyonu f, tüm r ve pi uzayında (yani faz uzayında) bir süreklilik denklemi biçiminde olan hareket denklemini (Liouville denklemi) karşılar.

Liouville denklemi, eğer sistemin parçacıkları arasındaki etkileşim enerjisi biliniyorsa, f'yi sonraki herhangi bir zamanda başlangıç ​​anında verilen değerine göre benzersiz bir şekilde belirler. Dağıtım fonksiyonu, madde yoğunluklarının, enerjinin, momentumun ve bunların akılarının ortalama değerlerini ve bunların ortalama değerlerden sapmalarını - dalgalanmaları hesaplamanıza olanak tanır. Bir gaz için dağılım fonksiyonunun gelişimini açıklayan denklem ilk olarak Boltzmann (1872) tarafından elde edildi ve Boltzmann kinetik denklemi olarak adlandırıldı.

Gibbs, bir termostatla dengede olan keyfi bir sistemin dağıtım fonksiyonu için bir ifade elde etti (kanonik Gibbs dağılımı). Bu dağılım fonksiyonu, parçacıkların koordinatlarının ve momentumlarının bir fonksiyonu olarak bilinen enerji ifadesini (Hamilton fonksiyonu) kullanarak, istatistiksel termodinamiğin konusu olan tüm termodinamik potansiyellerin hesaplanmasına olanak sağlar.

Termodinamik denge durumundan çıkarılan sistemlerde ortaya çıkan süreçler geri döndürülemez ve dengesiz süreçlerin istatistiksel teorisinde incelenir (bu teori, dengesiz süreçlerin termodinamiği ile birlikte fiziksel kinetiği oluşturur). Prensip olarak, eğer dağılım fonksiyonu biliniyorsa, dengesiz bir durumdaki bir sistemi karakterize eden herhangi bir makroskobik niceliği belirlemek ve bunların zaman içinde uzaydaki değişimlerini izlemek mümkündür.

Sistemi karakterize eden fiziksel nicelikleri (parçacık sayısının ortalama yoğunlukları, enerji ve momentum) hesaplamak için tam dağılım fonksiyonu bilgisine gerek yoktur. Daha basit dağıtım fonksiyonları yeterlidir: verilen koordinat ve momentum değerlerine sahip ortalama parçacık sayısını veren tek parçacık ve iki parçacığın karşılıklı etkisini (korelasyonunu) belirleyen iki parçacık. Bu tür fonksiyonlar için denklemler elde etmenin genel yöntemi (20. yüzyılın 40'lı yıllarında) Bogolyubov, Born, G. Green (İngiliz fizikçi) ve diğerleri tarafından geliştirildi. Tek parçacık dağılım fonksiyonu için denklemler, yapımı mümkün. Düşük yoğunluklu gazlar için kinetik denir. Bunlar Boltzmann kinetik denklemini içerir. İyonize gaz (plazma) için Boltzmann denkleminin çeşitleri - Landau ve A. A. Vlasov'un kinetik denklemleri (20. yüzyılın 30-40'ları).

Son yıllarda plazma araştırmaları giderek daha önemli hale geldi. Bu ortamda asıl rol, yüklü parçacıkların elektromanyetik etkileşimleri tarafından oynanır ve kural olarak yalnızca istatistiksel teori, plazmanın davranışıyla ilgili çeşitli soruları yanıtlayabilir. Özellikle, yüksek sıcaklıktaki plazmanın harici bir elektromanyetik alandaki stabilitesinin incelenmesine olanak tanır. Bu sorun, kontrollü termonükleer füzyon sorunuyla bağlantılı olarak son derece önemlidir.

Elektrodinamik

Maxwell teorisindeki elektromanyetik alanın durumu iki ana vektörle karakterize edilir: koordinatların ve zamanın fonksiyonları olan elektrik alan kuvveti E ve manyetik indüksiyon B. Bir maddenin elektromanyetik özellikleri üç büyüklükle belirlenir: E ve B vektörleri ve elektriksel indüksiyon D ve manyetik alan kuvveti H'nin ilgili yardımcı vektörleri için deneysel olarak belirlenmesi gereken dielektrik sabiti?, manyetik geçirgenlik (ve spesifik elektriksel iletkenlik?). Kısmi türevler ile bir doğrusal diferansiyel denklem sistemi yazılır - Maxwell denklemleri Bu denklemler, belirli bir hacim içindeki alanın başlangıç ​​​​anındaki alan özelliklerinin değerlerinden ve sınır koşullarından evrimini tanımlar. Bu hacmin yüzeyinde E ve B herhangi bir zamanda bulunabilir. Bu vektörler elektromanyetik alanda belirli bir hızla hareket eden yüklü parçacığa etki eden kuvveti belirler (Lorentz kuvveti).
Elektronik teorisinin kurucusu Lorentz, temel elektromanyetik süreçleri tanımlayan denklemler formüle etti. Lorentz-Maxwell denklemleri adı verilen bu denklemler, tek tek yüklü parçacıkların hareketini, oluşturdukları elektromanyetik alanla ilişkilendirir.

Elektrik yüklerinin ayrıklığı ve temel elektromanyetik süreçlere ilişkin denklemler hakkındaki fikirlere dayanarak, istatistiksel mekaniğin yöntemlerini maddedeki elektromanyetik süreçlere genişletmek mümkündür. Elektronik teorisi maddenin elektromanyetik özelliklerinin fiziksel anlamını ortaya çıkarmayı mümkün kılmıştır?, ?, ? ve bu büyüklüklerin frekansa, sıcaklığa, basınca vb. bağlı olarak değerlerinin hesaplanmasını mümkün kıldı.

Özel (özel) görelilik teorisi. Göreli mekanik

Kısmi görelilik teorisi (yerçekimi alanlarının yokluğunda uzay ve zamanla ilgili fiziksel bir teori) iki varsayıma dayanır: görelilik ilkesi ve ışık hızının kaynağın hareketinden bağımsızlığı. Einstein'ın görelilik ilkesine göre, herhangi bir fiziksel olay (mekanik, optik, termal vb.) – tüm eylemsiz referans sistemlerinde aynı koşullar altında aynı şekilde ilerlerler. Bu, sistemin düzgün ve doğrusal hareketinin, içindeki süreçlerin gidişatını etkilemediği anlamına gelir. Tüm eylemsiz referans sistemleri eşittir (tıpkı mutlak uzay ve zamanın olmadığı gibi, "kesinlikle hareketsiz" tek bir referans sistemi de yoktur). Bu nedenle ışığın boşluktaki hızı tüm eylemsiz referans çerçevelerinde aynıdır. Bu iki varsayımdan, bir eylemsiz sistemden diğerine geçerken koordinatların ve zamanın dönüşümleri - Lorentz dönüşümü - izlenir. Lorentz dönüşümlerinden kısmi görelilik teorisinin ana etkileri elde edilir: c boşluğundaki ışığın hızıyla çakışan sınırlayıcı bir hızın varlığı (herhangi bir cisim c'yi aşan bir hızda hareket edemez ve c maksimumdur) herhangi bir etkileşimin aktarım hızı); eşzamanlılığın göreliliği (bir eylemsiz referans çerçevesinde eşzamanlı olan olaylar, genel olarak diğerinde eşzamanlı değildir); zamanın akışını yavaşlatmak ve vücudun boylamsal - hareket yönünde - boyutlarını azaltmak (bir eylemsiz referans çerçevesine göre v hızıyla hareket eden bir gövdedeki tüm fiziksel süreçler, aynı süreçlerden birkaç kat daha yavaş ilerler) belirli bir eylemsiz çerçeve ve gövdenin uzunlamasına boyutlarında aynı miktarda azalma). Tüm eylemsiz referans sistemlerinin eşitliğinden, zaman genişlemesinin ve cisimlerin boyutlarındaki azalmanın etkilerinin mutlak değil, referans sistemine bağlı olarak göreceli olduğu sonucu çıkar.

Newton'un mekanik yasaları, yüksek (ışık hızıyla karşılaştırılabilecek) hareket hızlarında geçerliliğini yitirir. Görelilik teorisinin yaratılmasından hemen sonra, Newton mekaniğinin hareket denklemlerini genelleştiren göreli hareket denklemleri bulundu. Bu denklemler parçacıkların ışık hızına yakın hızlardaki hareketini tanımlamak için uygundur. Görelilik mekaniğinin iki sonucu fizik için olağanüstü öneme sahipti: bir parçacığın kütlesinin hıza bağımlılığı ve enerji ile kütle arasındaki evrensel bağlantı (bkz. Görelilik teorisi).

Yüksek hareket hızlarında, herhangi bir fiziksel teori, görelilik teorisinin gereksinimlerini karşılamalıdır, yani göreceli olarak değişmez olmalıdır. Görelilik teorisinin yasaları, bir eylemsiz referans sisteminden diğerine geçiş sırasında yalnızca koordinatların ve zamanın değil, aynı zamanda herhangi bir fiziksel niceliğin dönüşümlerini de belirler. Bu teori fizikteki değişmezlik veya simetri ilkelerinden kaynaklanmaktadır (bkz. Fizikte Simetri).

Genel görelilik teorisi (yerçekimi teorisi)

Dört temel etkileşim türünden (yerçekimi, elektromanyetik, güçlü ve zayıf) yerçekimsel etkileşimler veya yerçekimi kuvvetleri ilk keşfedilenlerdi. İki yüz yıldan fazla bir süre boyunca Newton tarafından formüle edilen temel yerçekimi teorisinde hiçbir değişiklik yapılmadı. Teorinin neredeyse tüm sonuçları deneyimlerle tam bir uyum içindeydi.

20. yüzyılın 2. on yılında. Klasik yerçekimi teorisi Einstein tarafından devrim yarattı. Einstein'ın yerçekimi teorisi, diğer tüm teorilerden farklı olarak, yeni deneylerin teşvik edici rolü olmadan, görelilik ilkesinin yerçekimi etkileşimleriyle ilişkili mantıksal gelişimi yoluyla yaratıldı ve genel görelilik teorisi olarak adlandırıldı. Einstein, Galileo tarafından ortaya konulan yerçekimsel ve eylemsizlik kütlelerinin eşitliği gerçeğini yeniden yorumladı (bkz. Kütle). Bu eşitlik, yerçekiminin tüm cisimlerin yollarını aynı şekilde büktüğü anlamına gelir. Bu nedenle yerçekimi, uzay-zamanın kendisinin bir eğriliği olarak düşünülebilir. Einstein'ın teorisi, uzay-zaman geometrisi ile kütlelerin dağılımı ve hareketi arasında derin bir bağlantı olduğunu ortaya çıkardı. Sözde bileşenler Uzay-zamanın metriğini karakterize eden metrik tensör, aynı anda yerçekimi alanının potansiyelleridir, yani yerçekimi alanının durumunu belirlerler. Yerçekimi alanı Einstein'ın doğrusal olmayan denklemleriyle tanımlanır. Zayıf alan yaklaşımında, henüz deneysel olarak tespit edilmemiş olan yerçekimi dalgalarının varlığını ima ederler (bkz. Yerçekimi radyasyonu).

Yerçekimi kuvvetleri doğadaki temel kuvvetlerin en zayıfıdır. Protonlar elektromanyetik olanlardan yaklaşık 1036 kat daha zayıftır. Temel parçacıkların modern teorisinde yerçekimi kuvvetleri dikkate alınmaz çünkü önemli bir rol oynamadıklarına inanıyorlar. Kozmik büyüklükteki cisimlerin etkileşimlerinde yerçekimi kuvvetlerinin rolü belirleyici hale gelir; aynı zamanda Evrenin yapısını ve evrimini de belirlerler.

Einstein'ın yerçekimi teorisi, Evrenin evrimi hakkında yeni fikirlere yol açtı. 20'li yaşların ortalarında. A. A. Friedman, genişleyen Evrene karşılık gelen yerçekimi alanı denklemlerine durağan olmayan bir çözüm buldu. Bu sonuç, galaksiler için kırmızıya kayma yasasını keşfeden E. Hubble'ın gözlemleriyle doğrulandı (bu, galaksiler arasındaki mesafelerin zamanla arttığı anlamına gelir). Dr. Teorinin öngörüsüne bir örnek, yeterince büyük kütleye sahip (2-3 güneş kütlesinden fazla) yıldızların sözde oluşumuyla sınırsız olarak sıkıştırılması olasılığıdır. "kara delikler". Bu tür nesnelerin varlığına dair belirli belirtiler (çift yıldız gözlemleri - ayrık X-ışını kaynakları) vardır.

Kuantum mekaniği gibi genel görelilik teorisi de 20. yüzyılın büyük teorileridir. Özel görelilik teorisi de dahil olmak üzere önceki tüm teoriler genellikle klasik fizik olarak sınıflandırılır (bazen klasik fizik, kuantum dışı fizik olarak da adlandırılır).

Kuantum mekaniği

Kuantum mekaniğinde bir mikro nesnenin durumu bir dalga fonksiyonu ile karakterize edilir. Dalga fonksiyonunun istatistiksel bir anlamı vardır (Born, 1926): olasılık genliğini temsil eder, yani modülünün karesi, ???2, belirli bir durumda bir parçacığı bulmanın olasılık yoğunluğudur. Koordinat gösteriminde mi? = ?(x, y, z, t) ve ???2?x?y?z değeri, parçacığın t zamanındaki koordinatlarının bu noktaya yakın küçük bir?x?y?z hacmi içinde bulunma olasılığını belirler. x, y, z koordinatlarıyla. Bir kuantum sisteminin durumunun evrimi, Schrödinger denklemi kullanılarak benzersiz bir şekilde belirlenir.
Dalga fonksiyonu durumun tam bir tanımını verir. Biliyor musunuz?, bir parçacıkla (veya parçacıklar sistemiyle) ilgili herhangi bir fiziksel niceliğin belirli bir değerinin olasılığını ve tüm bu fiziksel niceliklerin ortalama değerlerini hesaplayabilirsiniz. Koordinatların ve momentumun istatistiksel dağılımları bağımsız değildir; bundan bir parçacığın koordinatı ve momentumunun aynı anda kesin değerlere sahip olamayacağı sonucu çıkar (Heisenberg belirsizlik ilkesi); dağılımları belirsizlik ilişkisi ile ilişkilidir. Belirsizlik ilişkisi enerji ve zaman için de geçerlidir.

Kuantum mekaniğinde, açısal momentum, onun projeksiyonu ve uzayın sınırlı bir bölgesinde hareket ederken enerji yalnızca birkaç ayrık değer alabilir. Fiziksel niceliklerin olası değerleri, kuantum mekaniğinde her fiziksel nicelik ile ilişkilendirilen operatörlerin özdeğerleridir. Bir fiziksel nicelik, yalnızca sistemin karşılık gelen operatörün özfonksiyonuyla temsil edilen bir durumda olması durumunda bire eşit olasılıkla belirli bir değer alır.
Schrödinger-Heisenberg'in kuantum mekaniği görelilik teorisinin gereklerini karşılamaz, yani göreceli değildir. Temel parçacıkların hareketini ve bunları oluşturan sistemleri ışık hızından çok daha düşük hızlarda tanımlamak için uygulanabilir.
Kuantum mekaniğinin yardımıyla atom teorisi oluşturuldu, kovalent kimyasal bağın doğası da dahil olmak üzere kimyasal bağ açıklandı; aynı zamanda, belirli bir değişim etkileşiminin varlığı keşfedildi - klasik Fizikte benzeri olmayan tamamen kuantum etkisi Değişim enerjisi, hem moleküllerde hem de kristallerde kovalent bağların oluşumunda önemli bir rol oynar. Ferromanyetizma ve antiferromanyetizma olguları. Bu enerji intranükleer etkileşimlerde önemlidir.
β bozunması gibi nükleer süreçler yalnızca potansiyel bir bariyerden geçen parçacıkların kuantum etkisi kullanılarak açıklanabilir (bkz. Tünel etkisi).

Bir kuantum saçılma teorisi oluşturuldu (bkz. Mikropartiküllerin saçılması), klasik saçılma teorisinden önemli ölçüde farklı sonuçlara yol açtı. Özellikle, yavaş nötronların çekirdeklerle çarpışmasında, etkileşimin kesitinin, çarpışan parçacıkların enine boyutlarından yüzlerce kat daha büyük olduğu ortaya çıktı. Bu nükleer enerji açısından son derece önemlidir.

Kuantum mekaniği temelinde katıların bant teorisi oluşturuldu.

Einstein'ın 1917'de, 50'li yıllarda yarattığı uyarılmış emisyonun kuantum teorisinden. Yeni bir radyofizik dalı ortaya çıktı: kuantum sistemleri kullanılarak elektromanyetik dalgaların üretilmesi ve güçlendirilmesi gerçekleştirildi. N. G. Basov, A. M. Prokhorov ve bağımsız olarak C. Townes, uyarılmış moleküllerin uyarılmış emisyonunu kullanan bir mikrodalga kuantum jeneratörü (maser) yarattı. 60'larda bir lazer yaratıldı - görünür dalga boyu aralığında elektromanyetik dalgalardan oluşan bir kuantum üreteci (bkz. Kuantum elektroniği).

Kuantum istatistikleri

Tıpkı bireysel parçacıkların klasik hareket yasalarına dayanarak, bunların geniş bir koleksiyonunun davranışına ilişkin bir teori inşa edildiği gibi - klasik istatistikler, kuantum istatistikleri, parçacıkların hareketinin kuantum yasalarına dayanarak inşa edildi. İkincisi, klasik mekaniğin onları oluşturan parçacıkların hareketini tanımlamak için uygulanamadığı durumlarda makroskobik nesnelerin davranışını tanımlar. Bu durumda mikro nesnelerin kuantum özellikleri, makroskobik cisimlerin özelliklerinde açıkça ortaya çıkar.

Kuantum istatistiğinin matematiksel aygıtı klasik istatistik aygıtından önemli ölçüde farklıdır, çünkü yukarıda belirtildiği gibi kuantum mekaniğindeki bazı fiziksel nicelikler ayrık değerler alabilir. Ancak denge durumlarının istatistiksel teorisinin içeriği derin değişikliklere uğramamıştır. Kuantum istatistiklerinde, genel olarak birçok parçacıktan oluşan sistemlerin kuantum teorisinde olduğu gibi, özdeş parçacıkların özdeşliği ilkesi önemli bir rol oynar (bkz. Özdeşlik ilkesi). Klasik istatistikte iki özdeş (özdeş) parçacığın yeniden düzenlenmesinin durumu değiştirdiği kabul edilir. Kuantum istatistiklerinde böyle bir yeniden düzenlemeyle sistemin durumu değişmez. Eğer parçacıklar (veya yarı parçacıklar) tam sayı dönüşe sahipse (bunlara bozon denir), o zaman herhangi bir sayıda parçacık aynı kuantum durumunda olabilir. Bu tür parçacıkların sistemleri Bose-Einstein istatistikleriyle tanımlanır. Yarım tamsayı spinli (fermiyonlar) herhangi bir parçacık (yarı parçacıklar) için Pauli ilkesi geçerlidir ve bu parçacıkların sistemleri Fermi-Dirac istatistikleriyle tanımlanır.

Kuantum istatistikleri, Nernst teoremini (termodinamiğin üçüncü yasası) - mutlak T sıcaklığında entropinin sıfıra eğilimi - doğrulamayı mümkün kıldı. 0.

Denge süreçlerinin kuantum istatistiksel teorisi, klasik olanla aynı tam biçimde inşa edilmiştir. Dengesiz süreçlere ilişkin kuantum istatistiksel teorisinin temelleri de atıldı. Bir kuantum sistemindeki dengesiz süreçleri tanımlayan ve temel kinetik denklem olarak adlandırılan denklem, prensip olarak, sistemin kuantum durumları üzerindeki olasılık dağılımının zaman içindeki değişiminin izlenmesine olanak tanır.

Kuantum alan teorisi (QFT)

Kuantum teorisinin gelişimindeki bir sonraki aşama, kuantum ilkelerinin sistemlere genişletilmesidir. sonsuz sayıda serbestlik derecesi (fiziksel alanlar) ve parçacıkların doğuş ve dönüşüm süreçlerinin bir açıklaması - doğanın temel özelliğini - dalga-parçacık ikiliğini en iyi şekilde yansıtan QFT'ye yol açtı.

QFT'de parçacıklar, çeşitli kuantum durumlarında parçacıkların oluşturulması ve emilmesi için bir dizi operatör olan nicelenmiş alanlar kullanılarak tanımlanır. Kuantize alanların etkileşimi, parçacıkların çeşitli emisyon, soğurma ve dönüşüm süreçlerine yol açar. QFT'deki herhangi bir süreç, bazı parçacıkların belirli durumlarda yok olması ve diğerlerinin yeni durumlarda ortaya çıkması olarak kabul edilir.

Başlangıçta QFT, elektronların, pozitronların ve fotonların etkileşimi (kuantum elektrodinamiği) ile ilişkili olarak inşa edildi. Kuantum elektrodinamiğine göre yüklü parçacıklar arasındaki etkileşim, foton değişimi yoluyla gerçekleştirilir ve parçacığın elektrik yükü, yüklü parçacıkların alanı ile elektromanyetik alan (foton alanı) arasındaki bağlantıyı karakterize eden bir sabittir.

Kuantum elektrodinamiğinin altında yatan fikirler, 1934'te E. Fermi tarafından, yeni bir etkileşim türü (daha sonra ortaya çıktığı gibi, zayıf etkileşimler olarak adlandırılan özel bir durum) kullanarak radyoaktif atom çekirdeklerinin beta bozunma süreçlerini tanımlamak için kullanıldı. ). Elektron beta bozunması süreçlerinde çekirdeğin nötronlarından biri protona dönüşür ve aynı zamanda bir elektron ve bir elektron antinötrino yayılır. QFT'ye göre böyle bir süreç, 1/2 spinli dört parçacığa karşılık gelen nicelenmiş alanların temas etkileşiminin (bir noktada etkileşim) sonucu olarak temsil edilebilir: proton, nötron, elektron ve antinötrino (yani dört fermiyon etkileşimi).

QFT fikirlerinin bir başka verimli uygulaması, H. Yukawa'nın (1935) nükleon alanı (protonlar ve nötronlar) ile mezon alanı (o zamanlar deneysel olarak henüz keşfedilmemiş) arasında bir etkileşimin varlığına ilişkin hipoteziydi. Bu hipoteze göre nükleonlar arasındaki nükleer kuvvetler, mezonlar arasındaki nükleon değişiminin bir sonucu olarak ortaya çıkar ve nükleer kuvvetlerin kısa menzilli doğası, mezonlarda nispeten büyük bir dinlenme kütlesinin varlığıyla açıklanır. Tahmini özelliklere sahip mezonlar (pi-mezonlar) 1947'de keşfedildi ve bunların nükleonlarla etkileşimlerinin, güçlü etkileşimlerin özel bir tezahürü olduğu ortaya çıktı.

Bu nedenle QFT, doğada var olan temel etkileşimleri (elektromanyetik, güçlü ve zayıf) tanımlamanın temelini oluşturur. Bununla birlikte, QFT yöntemleri katılar, plazma ve atom çekirdekleri teorisinde geniş uygulama alanı bulmuştur, çünkü bu ortamlardaki birçok süreç çeşitli türdeki temel uyarıların (kuasipartiküller (fononlar, spin dalgaları vb.) emisyonu ve emilimi ile ilişkilidir) .).

Alanın sonsuz sayıdaki serbestlik derecesi nedeniyle, parçacıkların (alan kuantası) etkileşimi, henüz tam anlamıyla üstesinden gelinememiş matematiksel zorluklara yol açmaktadır. Ancak elektromanyetik etkileşimler teorisinde herhangi bir problem yaklaşık olarak çözülebilir çünkü etkileşim, parçacıkların serbest durumunun küçük bir tedirginliği olarak düşünülebilir (elektromanyetik etkileşimlerin yoğunluğunu karakterize eden boyutsuz sabitin küçüklüğü nedeniyle? 1/137). Kuantum elektrodinamiğindeki tüm etkilerin teorisi deneyle tamamen uyumludur. Ancak bu teorideki durumun olumlu olduğu düşünülemez çünkü Bazı fiziksel büyüklükler (kütle, elektrik yükü) için pertürbasyon teorisini kullanan hesaplamalar sonsuz ifadeler (farklılıklar) sağlar. Kullanım dışı bırakıldılar çünkü Bir parçacığın kütlesi ve yükü için sonsuz büyük değerlerin gözlemlenen değerleriyle değiştirilmesinden oluşan renormalizasyon tekniği. Kuantum elektrodinamiğinin gelişimine büyük bir katkı (40'ların sonlarında) S. Tomonaga, R. Feynman ve J. Schwinger tarafından yapılmıştır.

Daha sonra zayıf ve güçlü (nükleer) etkileşim süreçlerini hesaplamak için kuantum elektrodinamiğinde geliştirilen yöntemleri uygulamaya çalıştılar ancak burada bir takım sorunlarla karşılaşıldı.

Zayıf etkileşimler foton dışındaki tüm temel parçacıkların doğasında vardır. Kendilerini çoğu temel parçacığın bozunumlarında ve diğer bazı dönüşümlerinde gösterirler. Bunlardan kaynaklanan süreçlerin yoğunluğunu belirleyen zayıf etkileşimlerin sabiti, artan parçacık enerjisiyle birlikte artar.

Zayıf etkileşim süreçlerinde (1956) uzamsal eşitliğin korunmadığı deneysel olarak tespit edilen olgudan sonra, sözde Fermi'nin β-bozunması teorisine yakın, evrensel bir zayıf etkileşim teorisi. Bununla birlikte, kuantum elektrodinamiğinden farklı olarak, bu teori, pertürbasyon teorisinin daha yüksek derecelerindeki düzeltmelerin hesaplanmasına izin vermiyordu, yani teorinin yeniden normalleştirilemeyeceği ortaya çıktı. 60'ların sonunda. Zayıf etkileşimlerin yeniden normalleştirilebilir bir teorisini oluşturmak için girişimlerde bulunulmuştur. Başarı sözde temelinde elde edildi. ölçü teorileri. Zayıf ve elektromanyetik etkileşimlerin birleşik bir modeli oluşturuldu. Bu modelde, yüklü parçacıklar arasındaki elektromanyetik etkileşimlerin taşıyıcısı olan fotonla birlikte, sözde zayıf etkileşimlerin taşıyıcıları da bulunmalıdır. ara vektör bozonları. Ara bozonların diğer parçacıklarla etkileşimlerinin yoğunluğunun fotonlarla aynı olduğu varsayılmaktadır. Zayıf etkileşimlerin yarıçapı çok küçük olduğundan (10-15 cm'den az), kuantum teorisi yasalarına göre, ara bozonların kütlesi çok büyük olmalıdır: onlarca proton kütlesi. Bu parçacıklar henüz deneysel olarak tespit edilmemiştir. Hem yüklü (W- ve W+) hem de nötr (Z0) vektör bozonlarının mevcut olması gerekir. 1973 yılında, nötr ara bozonların varlığıyla açıklanabilecek süreçler deneysel olarak gözlemlendi. Bununla birlikte, yeni birleşik elektromanyetik ve zayıf etkileşim teorisinin geçerliliği kanıtlanmış sayılamaz.

Güçlü etkileşimler teorisi oluşturmanın zorlukları, büyük eşleşme sabiti nedeniyle pertürbasyon teorisi yöntemlerinin burada uygulanamamasından kaynaklanmaktadır. Bunun bir sonucu olarak ve aynı zamanda teorik genelleme gerektiren muazzam deneysel materyalin varlığı nedeniyle, güçlü etkileşimler teorisinde, kuantum alan teorisinin genel ilkelerine (göreceli değişmezlik, etkileşimin yerelliği) dayanan yöntemler geliştirilmektedir. nedensellik koşulunun yerine getirilmesi; bkz. Nedensellik ilkesi) vb. Bunlar, dağılım ilişkileri yöntemini ve aksiyomatik yöntemi içerir (bkz. Kuantum alan teorisi). Aksiyomatik yaklaşım en temel yaklaşımdır ancak henüz deneysel doğrulamaya izin veren yeterli sayıda somut sonuç sağlamamaktadır. Güçlü etkileşimler teorisindeki en büyük pratik başarılar, simetri ilkelerinin uygulanmasıyla elde edilmiştir.
Zayıf, elektromanyetik ve güçlü etkileşimlerden oluşan birleşik bir teori oluşturmak için girişimlerde bulunulmaktadır (gayar teorilerine benzer).

Simetri ilkeleri ve korunum yasaları

Fiziksel teoriler, bir nesnenin başlangıç ​​durumuna bağlı olarak gelecekteki davranışını belirlemeyi mümkün kılar. Simetri (veya değişmezlik) ilkeleri genel niteliktedir; tüm fiziksel teoriler bunlara tabidir. F. yasalarının belirli bir dönüşüme göre simetrisi, bu dönüşümü gerçekleştirirken bu yasaların değişmediği anlamına gelir. Bu nedenle simetri ilkeleri bilinen fizik bilimlerine dayanarak oluşturulabilir. kanunlar. Öte yandan, herhangi bir fiziksel olgunun teorisi henüz oluşturulmamışsa, deneysel olarak keşfedilen simetriler, teorinin oluşturulmasında buluşsal bir rol oynar. Bu nedenle, teorisi daha önce de belirtildiği gibi henüz oluşturulmamış olan, güçlü bir şekilde etkileşime giren temel parçacıkların - hadronların - deneysel olarak belirlenmiş simetrilerinin özel önemi vardır.

Tüm fiziksel yasalar ve tüm etkileşim türleri için geçerli olan genel simetriler ve yalnızca belirli bir etkileşim aralığı veya hatta tek bir etkileşim türü için geçerli olan yaklaşık simetriler vardır. Dolayısıyla simetri ilkelerinin bir hiyerarşisi vardır. Simetriler, temel parçacıkların belirli özelliklerini tanımlayan uzay-zaman veya geometrik ve iç simetrilere ayrılır. Koruma yasaları simetrilerle ilişkilidir. Sürekli dönüşümler için bu bağlantı 1918'de E. Noether tarafından teorinin matematiksel aygıtı hakkındaki en genel varsayımlara dayanarak kurulmuştur (bkz. Noether teoremi, Korunum yasaları).

Fizik yasalarının aşağıdaki sürekli uzay-zaman dönüşümlerine göre simetrileri her türlü etkileşim için geçerlidir: fiziksel sistemin bir bütün olarak uzayda kayması ve dönmesi, zamandaki kayma (zamanın kökenindeki değişiklikler). Bu dönüşümlere göre tüm fizik yasalarının değişmezliği (değişmezliği), sırasıyla uzayın homojenliğini ve izotropisini ve zamanın homojenliğini yansıtır. Bu simetrilerle (sırasıyla) momentumun, açısal momentumun ve enerjinin korunumu yasaları ilişkilidir. Genel simetriler aynı zamanda Lorentz dönüşümlerine ve ayar dönüşümlerine (1. türden) göre değişmezliği de içerir - dalga fonksiyonunun sözde çarpımı. modülünün karesini değiştirmeyen bir faz faktörü (ikinci simetri, elektrik, baryon ve lepton yüklerinin korunumu yasalarıyla ilişkilidir) ve diğerleri.
Ayrık dönüşümlere karşılık gelen simetriler de vardır: zamanın işaretinin değiştirilmesi (bkz. Zamanın tersine çevrilmesi), uzaysal tersinme (doğanın sözde ayna simetrisi), yük konjugasyonu. Yaklaşık SU (3) simetrisine dayanarak (bkz. Güçlü etkileşimler), M. Gell-Man (1962), daha sonra deneysel olarak keşfedilen birkaç temel parçacığın varlığını tahmin etmeyi mümkün kılan bir hadron sınıflandırması oluşturdu.

Hadronların sistematiği, tüm hadronların az sayıda (en yaygın versiyonda üç) temel parçacıktan (kuarklar ve karşılık gelen antipartiküller - antikuarklardan) "inşa edildiğini" varsayarsak açıklanabilir. Hadronların çeşitli kuark modelleri vardır ancak serbest kuarklar henüz deneysel olarak tespit edilememiştir. 1975-76'da, kütleleri bir protonun kütlesinin üç katını aşan ve ömürleri 10-20 ve 10-21 saniye olan iki yeni güçlü etkileşimli parçacık (?1 ve?2) keşfedildi. Bu parçacıkların doğuş ve bozunma özelliklerinin açıklanması, görünüşe göre, "tılsım" kuantum numarasının atandığı ek bir dördüncü kuarkın eklenmesini gerektiriyor. Ek olarak, modern kavramlara göre, her kuark, özel bir karakteristik olan "renk" ile ayırt edilen üç çeşitte mevcuttur.

Hadronların simetri ilkelerine göre sınıflandırılmasında ilerleme çok büyük olmuştur, ancak bu simetrilerin ortaya çıkış nedenleri tam olarak açık değildir; belki de gerçekten kuarkların varlığından ve özelliklerinden kaynaklanmaktadır.

IV. Modern deneysel fizik

20. yüzyılın başlarında. Rutherford'un atom çekirdeğini keşfetmesi gibi çığır açan keşifler, nispeten basit ekipman kullanılarak yapılabilir. Ancak daha sonra deney çok hızlı bir şekilde karmaşıklaşmaya başladı ve deney tesisleri endüstriyel bir karakter kazanmaya başladı. Ölçme ve hesaplama teknolojisinin rolü ölçülemeyecek kadar arttı. Çekirdekler ve temel parçacıklar, radyo astronomisi, kuantum elektroniği ve katı hal fiziği alanındaki modern deneysel araştırmalar, genellikle yalnızca büyük devletlerin ve hatta gelişmiş ekonomilere sahip devlet gruplarının erişebildiği eşi benzeri görülmemiş bir ölçek ve fon harcaması gerektirir.

Nükleer fiziğin ve temel parçacıkların fiziğinin gelişmesinde büyük bir rol, temel parçacıkların bireysel dönüşüm eylemlerini (birbirleriyle ve atom çekirdekleriyle çarpışmalarından kaynaklanan) gözlemlemek ve kaydetmek için yöntemlerin geliştirilmesi ve yaratılmasıyla oynandı. Yüksek enerji fiziğinin gelişiminin temelini atan yüklü parçacık hızlandırıcıları. Otomatik fazlama ilkesinin V. I. Vekslr (1944) tarafından ve bağımsız olarak E. M. Macmillan (1945) tarafından keşfedilmesi, ulaşılabilir parçacık enerjilerinin sınırını binlerce kat artırdı. Çarpışan ışın hızlandırıcıları, parçacık çarpışmalarının etkin enerjisini önemli ölçüde artırdı. Çalışması çeşitli prensiplere dayanan yüksek verimli yüklü parçacık sayaçları oluşturulmuştur: gaz deşarjı, sintilasyon, Cherenkov, vb. Fotoçoğaltıcılar, tek fotonların kaydedilmesini mümkün kılar. Mikro dünyanın olayları hakkında en eksiksiz ve doğru bilgi, kabarcık ve kıvılcım odaları ve uçan yüklü parçacıkların izlerinin (izlerinin) doğrudan gözlemlenebildiği kalın katmanlı fotoğraf emülsiyonları kullanılarak elde edilir. Nadir olayları (nötrinoların atom çekirdeğiyle çarpışması) kaydetmeyi mümkün kılan dedektörler yapılmıştır.

Temel parçacıkların etkileşimlerinin deneysel incelenmesinde gerçek bir devrim, kayıt cihazlarından alınan bilgilerin işlenmesi için bilgisayarların kullanılmasıyla ilişkilidir. Beklenmedik süreçleri yakalamak için on binlerce parça fotoğrafının analiz edilmesi gerekiyor. Bunu manuel olarak yapmak o kadar çok zaman alır ki ihtiyacınız olan bilgiyi elde etmek neredeyse imkansız hale gelir. Bu nedenle, izlerin görüntüleri özel cihazlar kullanılarak bir dizi elektriksel darbeye dönüştürülür ve izlerin ileri analizi bir bilgisayar kullanılarak gerçekleştirilir. Bu, deney ile işlenmiş bilgilerin alınması arasındaki süreyi büyük ölçüde azaltır. Kıvılcım odalarında, parçacık izlerinin kaydı ve analizi, doğrudan deney düzeneğindeki bir bilgisayar kullanılarak otomatik olarak gerçekleştirilir.

Yüklü parçacık hızlandırıcılarının önemi aşağıdaki koşullarla belirlenir. Parçacığın enerjisi (momentumu) ne kadar büyük olursa, bir parçacık bir nesneyle çarpıştığında ayırt edilebilecek nesnelerin veya parçalarının boyutları (belirsizlik ilkesine göre) o kadar küçük olur. 1977'ye gelindiğinde bu minimum boyutlar 10-15 cm idi. Yüksek enerjili elektronların nükleonlar üzerindeki saçılımını inceleyerek, nükleonların iç yapısına ilişkin unsurları, yani bu parçacıkların içindeki elektrik yükünün ve manyetik momentin dağılımını keşfetmek mümkün oldu. sözde form faktörleri). Ultra yüksek enerjili elektronların nükleonlar üzerine saçılması, nükleonların içinde parton adı verilen çok küçük boyutlardaki birkaç bireysel oluşumun varlığını gösterir. Belki de partonlar varsayımsal kuarklardır.

Yüksek enerjili parçacıklara olan ilginin bir başka nedeni de, bir hedefle çarpışmaları sırasında kütlesi artan yeni parçacıkların oluşmasıdır. Toplamda 34 kararlı ve yarı kararlı (yani, güçlü etkileşimler nedeniyle bozulmayan) parçacıklar (antiparçacıklarla birlikte) ve iki yüzden fazla rezonans bilinmektedir ve bunların büyük çoğunluğu hızlandırıcılarda keşfedilmiştir. Ultra yüksek enerjili parçacıkların saçılımının incelenmesi, güçlü ve zayıf etkileşimlerin doğasını açıklığa kavuşturmaya yardımcı olacaktır.

Çeşitli nükleer reaksiyon türleri incelenmiştir. Göreli çekirdeklerin çarpışması ilk kez Dubna'daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'nün hızlandırıcısında gerçekleştirildi. Transuranyum elementlerinin sentezi başarıyla ilerlemektedir. Antidöteryum, antitrityum ve antihelyum çekirdekleri elde edildi. Serpukhov'daki hızlandırıcıda, yeni bir güçlü etkileşim modeli keşfedildi - çok yüksek enerjili hadronların çarpışmaları sırasında artan çarpışma enerjisiyle etkileşimi için toplam kesitte bir artış (Serpukhov etkisi olarak adlandırılır).

Radyofiziğin gelişimi, 2. Dünya Savaşı (1939-45) sırasında radar istasyonlarının kurulmasından sonra yeni bir yön aldı. Radarlar havacılık, deniz taşımacılığı ve uzay bilimlerinde geniş uygulama alanı bulmuştur. Gök cisimlerinin konumu gerçekleştirildi: Ay, Venüs ve diğer gezegenlerin yanı sıra Güneş. 10-26 erg/cm2?saniye?Hz spektral enerji akışı yoğunluğuna sahip kozmik cisimlerden gelen radyasyonu yakalayan dev radyo teleskopları inşa edilmiştir. Uzay nesneleri hakkındaki bilgiler ölçülemeyecek kadar arttı. Radyo dalgası aralığında güçlü radyasyona sahip radyo yıldızları ve radyo galaksileri keşfedildi ve 1963'te bizden en uzak yıldız benzeri nesneler olan kuasarlar keşfedildi.

Kuasarların parlaklığı, en parlak galaksilerin parlaklığından yüzlerce kat daha fazladır. Bir bilgisayar tarafından kontrol edilen mobil antenleri kullanan modern radyo teleskoplarının çözünürlüğü bir yay saniyesine ulaşır (birkaç cm dalga boyuna sahip radyasyon için). Antenler uzun mesafelere (yaklaşık 10 bin km) yerleştirildiğinde, daha da yüksek çözünürlük elde edilir (bir yay saniyesinin yüzde biri).

Gök cisimlerinden gelen radyo emisyonunun incelenmesi, birincil kozmik ışınların (protonlar, daha ağır atom çekirdekleri, elektronlar) kaynaklarının belirlenmesine yardımcı oldu. Bu kaynakların süpernova patlamaları olduğu ortaya çıktı. Kalıntı radyasyon keşfedildi - 2,7 K sıcaklığa karşılık gelen termal radyasyon. 1967'de pulsarlar keşfedildi. – hızla dönen nötron yıldızları. Pulsarlar, radyo, görünür ve X-ışını aralıklarında, yıldızların dönmesi nedeniyle yoğunluğu periyodik olarak değişen yönlendirilmiş radyasyon üretir.
Uzay istasyonlarının fırlatılması, Dünya'ya yakın uzay ve derin uzayın incelenmesinde önemli bir rol oynadı: Dünya'nın radyasyon kuşakları keşfedildi, kozmik X-ışını radyasyonu kaynakları ve radyasyon patlamaları keşfedildi (bu tür radyasyonlar Dünya'nın radyasyonu tarafından emilir). atmosfer ve yüzeyine ulaşmaz).

Modern radyofiziksel yöntemler, onlarca ve yüz milyonlarca kilometrelik mesafelerde uzay iletişiminin gerçekleştirilmesini mümkün kılmaktadır. Büyük miktarda bilginin iletilmesi ihtiyacı, optik fiberleri kullanan temelde yeni optik iletişim hatlarının gelişimini teşvik etti.

Makroskobik cisimlerin titreşim genliğinin ölçülmesinde en yüksek hassasiyete ulaşılmıştır. Radyo mühendisliği ve optik sensörler kullanılarak, 10-15 cm mertebesinde genliğe sahip mekanik titreşimleri kaydetmek mümkündür (bu sınırı 10-16-10-19 cm'ye çıkarmak mümkündür).
Kristallerin ve organik moleküllerin yapısını incelemek için, yapıların şifresini çözme süresini yüzbinlerce kez azaltan yüksek hassasiyetli otomatik X-ışını ve nötron difraktometreleri kullanılır. Yapısal çalışmalarda yüksek çözünürlüklü elektron mikroskopları da kullanılmaktadır. Nötronografi aynı zamanda katıların manyetik yapısının incelenmesine de olanak sağlar.

Maddedeki elektron yoğunluğunun yapısını ve dağılımını incelemek için, elektron paramanyetik rezonansı (1944'te E. K. Zavoisky tarafından keşfedildi), nükleer manyetik rezonans (1946'da E. Purcell ve F. Bloch tarafından keşfedildi) ve Mössbauer etkisi (R. L. Mössbauer tarafından keşfedildi) ) 1958'de başarıyla kullanıldı). Organik ve inorganik maddelerin atomlarının ve moleküllerinin yapısının geniş bir frekans aralığında emisyon ve absorpsiyon spektrumları ile incelenmesi geliştirilmektedir (lazer radyasyonunun kullanılması dahil; bkz. Lazer spektroskopisi).
Hidroakustikte, sesin denizlerde ve okyanuslarda - binlerce kilometreye varan mesafelerde - ultra uzun mesafe yayılımı olgusu keşfedildi ve incelendi (Amerikalı bilim adamları M. Ewing, J. Worzel, 1944 ve bağımsız olarak Sovyet fizikçileri L. M. Brekhovskikh, L.D. Rosenberg ve diğerleri, 1946).

Son on yılda, katıların incelenmesine yönelik akustik yöntemler, ultrasonik ve hipersonik dalgaların (bkz. Ultrason, Hiperson) yanı sıra yüzey akustik dalgalarının kullanımına dayalı olarak geliştirilmektedir.

Yarı iletken fiziğinin hızlı gelişimi radyo mühendisliği ve elektronikte devrim yarattı. Yarı iletken cihazlar vakum tüplerinin yerini aldı. Radyo mühendisliği cihazları ve bilgisayarlarının boyutları keskin bir şekilde küçüldü ve daha güvenilir hale geldi ve güç tüketimleri önemli ölçüde azaldı. Binlerce veya daha fazla elektronik elemanı küçük (onlarca mm2) bir kristal üzerinde birleştiren entegre devreler ortaya çıktı. Radyo-elektronik cihazların ve cihazların tutarlı bir şekilde mikro minyatürleştirilmesi süreci, birkaç kristal üzerinde sözde yaratılmasına yol açtı. Bilgisayar işletim işlevlerini yerine getiren mikroişlemciler. Küçük bilgisayarlar tek bir çip üzerinde üretilmektedir.

Bilgisayarlar fiziksel araştırmanın ayrılmaz bir parçası haline geldi ve hem deneysel verilerin işlenmesinde hem de teorik hesaplamalarda, özellikle de muazzam emek yoğunluğu nedeniyle daha önce mümkün olmayan hesaplamalarda kullanılıyor.

Hem bilimin kendisi hem de pratik uygulamalar açısından maddenin aşırı koşullar altında incelenmesi büyük önem taşımaktadır: çok düşük veya çok yüksek sıcaklıklarda, ultra yüksek basınçta veya derin vakumda, ultra güçlü manyetik alanlarda vb.
Hızlandırılmış parçacıkların gaz molekülleriyle çarpışmasını önlemek için elektronik cihazlarda ve hızlandırıcılarda yüksek ve ultra yüksek vakumlar oluşturulur. Ultra yüksek vakumda yüzeylerin ve ince madde katmanlarının özelliklerinin incelenmesi, katı hal fiziğinin yeni bir dalını açtı. Bu çalışmalar özellikle uzay araştırmalarıyla bağlantılı olarak çok önemli.

V. Bazı çözülmemiş fizik problemleri

Parçacık fiziği

Fiziğin en temel sorunu, maddenin en derin düzeyde, temel parçacıklar düzeyinde incelenmesiydi ve öyle olmaya da devam ediyor. Temel parçacıkların etkileşimleri ve dönüşümleri üzerine çok miktarda deneysel materyal birikmiştir, ancak bu materyalin birleşik bir bakış açısıyla teorik bir genellemesini yapmak henüz mümkün olmamıştır. Ya gerekli gerçekler eksik ya da temel parçacıkların yapısı ve etkileşimi sorununa ışık tutabilecek bir fikir var. Temel parçacıkların kütle spektrumunun teorik olarak belirlenmesi sorunu hala çözülmemiştir. Belki de bu sorunu çözmek ve kuantum alan teorisindeki sonsuzlukları ortadan kaldırmak için, sürekli bir varlık olarak uzay-zamana ilişkin olağan kavramların uygulanabilirliğini sınırlayacak bazı temel uzunlukların getirilmesi gerekmektedir. 10-15 cm mertebesindeki mesafelere ve buna göre çarpı t ~ l/c ~ 10-25 saniyeye kadar, olağan uzay-zaman ilişkileri geçerli gibi görünmektedir, ancak daha küçük mesafelerde bunlar ihlal edilebilir. Temel uzunluğu birleşik alan teorisine (Heisenberg ve diğerleri) ve uzay-zaman kuantizasyonunun çeşitli versiyonlarına dahil etmek için girişimlerde bulunulmaktadır. Ancak şu ana kadar bu girişimler somut sonuçlara yol açmadı.

Kuantum yerçekimi teorisi oluşturma sorunu çözülmedi. Dört temel etkileşimi bir araya getirme olasılığı yeni yeni ortaya çıkmaya başlıyor.

Astrofizik. Temel parçacıkların ve atom çekirdeğinin fiziğinin gelişimi, gelişimin erken aşamalarında Evrenin evrimi, yıldızların evrimi, kimyasal elementlerin oluşumu gibi karmaşık sorunların anlaşılmasına daha da yaklaşmayı mümkün kılmıştır. Ancak muazzam başarılara rağmen modern astrofizik aynı zamanda çözülmemiş sorunlarla da karşı karşıyadır. Yıldızların ve "kara deliklerin" içindeki muazzam yoğunluk ve basınçlarda maddenin durumunun ne olduğu belirsizliğini koruyor. Kuasarların ve radyo galaksilerin fiziksel doğası, süpernova patlamalarının nedenleri ve radyasyon patlamalarının ortaya çıkışı açıklığa kavuşturulmamıştır. Termonükleer reaksiyonlar sırasında Güneş'in derinliklerinde doğması gereken güneş nötrinolarını tespit etme girişimlerinin neden başarıya yol açmadığı açık değil (bkz. Nötrino astronomisi). Süpernova patlamaları sırasında yüklü parçacıkların (kozmik ışınlar) hızlanma mekanizması ve pulsarlar vb. Tarafından elektromanyetik dalgaların yayılma mekanizması tam olarak tanımlanmamıştır. Son olarak, Evrenin bir bütün olarak evrimi sorununu çözmek için yalnızca başlangıç ​​yapıldı. Evrenin evriminin ilk aşamalarında neler oldu ve gelecekteki kaderi neydi?

Evrenin gözlemlenen genişlemesinin yerini bir gün daralma alacak mı? Tüm bu soruların cevabı henüz yok.

Hiç şüphe yok ki, modern felsefenin en temel sorunları temel parçacıklar ve Evrenin yapısı ve gelişimi sorunuyla ilgilidir. Burada, mikrokozmostaki ultra küçük uzay-zaman mesafelerinde ve Evrenin genişlemesinin başlangıcındaki ultra yüksek yoğunluklarda, olağandışı koşullarda maddenin davranışına ilişkin yeni yasalar keşfetmemiz gerekiyor. Diğer tüm problemler daha spesifik niteliktedir ve gözlemlenen olayları açıklamak ve yenilerini tahmin etmek için temel yasaları etkili bir şekilde kullanmanın yollarının araştırılmasıyla ilişkilidir.
Çekirdeğin fiziği. Çekirdeğin proton-nötron modelinin oluşturulmasından sonra atom çekirdeğinin yapısının anlaşılmasında büyük ilerleme kaydedildi ve çeşitli yaklaşık nükleer modeller oluşturuldu. Bununla birlikte, özellikle çekirdekteki nükleonların bağlanma enerjisini ve nükleer enerji seviyelerini hesaplamaya izin veren tutarlı bir atom çekirdeği teorisi (atom kabukları teorisine benzer) yoktur. Bu yöndeki başarıya ancak güçlü etkileşimler teorisi oluşturulduktan sonra ulaşılabilir.

Çekirdekteki nükleonların etkileşimi (nükleer kuvvetler) üzerine yapılan deneysel araştırmalar, bu kuvvetlerin son derece karmaşık doğasından dolayı büyük zorluklarla doludur. Nükleonlar arasındaki mesafeye, nükleonların hızlarına ve dönüşlerinin yönüne bağlıdırlar.
Önemli olan, teori tarafından tahmin edilen, atom numaraları 114 ve 126 (kararlılık adaları olarak adlandırılan) civarında olan uzun ömürlü elementlerin deneysel olarak tespit edilmesi olasılığıdır.

F.'nin çözmesi gereken en önemli sorunlardan biri kontrollü termonükleer füzyon sorunudur. Termonükleer bir reaksiyon için gerekli olan sıcak döteryum-trityum plazmasını oluşturmak için büyük ölçekte deneysel ve teorik çalışmalar yürütülmektedir. Sov. Görünüşe göre Tokamak tipi tesisler bu açıdan en umut verici olanıdır. Başka olasılıklar da var. Özellikle, güçlü darbeli hızlandırıcılarda üretilen lazer radyasyonu, elektron veya iyon ışınları, döteryum ve trityum karışımının taneciklerini ısıtmak için kullanılabilir.

Kuantum elektroniği. Kuantum jeneratörleri, özellikleri bakımından benzersiz olan elektromanyetik radyasyon üretir. Lazer radyasyonu tutarlıdır ve dar bir spektral aralıkta muazzam bir güce ulaşabilir: 1012–1013 W ve ışık ışınının sapması yalnızca 10-4 rad civarındadır. Lazer ışınımının elektrik alan kuvveti atom içi alan kuvvetini aşabilir.

Lazerlerin yaratılması, yeni bir optik dalının - doğrusal olmayan optiğin - ortaya çıkmasına ve hızlı bir şekilde gelişmesine neden oldu. Güçlü lazer radyasyonunda, elektromanyetik dalganın ortamla etkileşiminin doğrusal olmayan etkileri önemli hale gelir. Bu etkiler (radyasyon frekansının ayarlanması, ışının kendi kendine odaklanması vb.) teorik ve pratik olarak büyük ilgi görmektedir.

Lazer radyasyonunun neredeyse katı monokromatik doğası, dalga girişimini kullanarak nesnelerin üç boyutlu görüntüsünün (holografi) elde edilmesini mümkün kıldı.

Lazer radyasyonu izotopları ayırmak, özellikle uranyumu 235U izotopla zenginleştirmek, metalleri vakumda buharlaştırmak ve kaynaklamak için, tıpta vb. kullanılır. Maddeyi termonükleer reaksiyonların meydana gelebileceği sıcaklıklara ısıtmak için lazerlerin kullanılması umut verici görünüyor. Görev, örneğin uzayda iletişim için lazer radyasyonunun yeni uygulamalarını aramaktır.
Çözülmesi gereken temel problemler, gücün daha da arttırılması ve düzgün frekans ayarıyla lazer ışınının dalga boyu aralığının genişletilmesidir. X-ışını ve gama lazerleri oluşturmak için araştırma çalışmaları sürüyor.

Katı hal fiziği. Katı hal fiziği, mekanik mukavemet, ısı direnci ve elektriksel, manyetik ve optik özellikler açısından olağanüstü özelliklere sahip malzemelerin üretilmesi olasılıklarının araştırılmasında öncü bir rol oynamaktadır.
70'lerden bu yana 20. yüzyıl Süperiletkenliğin fonon olmayan mekanizmaları için aktif araştırmalar sürüyor. Bu sorunun çözülmesi, yüksek sıcaklıkta süper iletkenlerin yaratılmasını mümkün kılabilir. Bu, elektrik enerjisinin uzun mesafelerde neredeyse hiç kayıp olmadan iletilmesi sorununun çözülmesi de dahil olmak üzere deneysel fizik ve teknoloji açısından büyük önem taşıyor.

Çok ilginç bir problem, katı ve sıvı helyum-3'ün ultra düşük sıcaklıklarda (3?10-3 K'nin altında) fiziksel özelliklerinin incelenmesidir. Görünüşe göre katı helyum-3, değiştirilebilir tek nükleer antiferromıknatıs olmalı. Sıvı helyum-3, teorisi kuantum istatistiğinin önemli bir konusu olan en basit Fermi sıvısıdır.
Metalik hidrojenin üretimi ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi büyük bilimsel ve pratik ilgi çekicidir. Benzersiz bir fiziksel nesne olmalı çünkü kafesi protonlardan oluşur. Metalik hidrojenin, incelenmesi Fizikte temelde yeni keşiflere yol açabilecek bir takım olağandışı özelliklere sahip olacağına inanılıyor. SSCB Bilimler Akademisi Yüksek Basınç Fiziği Enstitüsü'nde bu yönde ilk adımlar atıldı - 4,2 K sıcaklıkta ve yaklaşık 1 Mbar basınçta katı hidrojenin ince filmlerinin metalik durumuna geçiş keşfedildi.
Akustik yöntemleri kullanarak katıları incelemek için yeni yönler geliştirilmektedir: akustik elektronik (akustik dalgaların yarı iletkenler, metaller ve süper iletkenlerdeki elektronlarla etkileşimi), akustik nükleer ve paramanyetik rezonanslar, fonon spektrumunun ve dağılım eğrilerinin belirlenmesi.
Katı hal fiziğinin geleneksel alanlarının gelişiminin sıklıkla Josephson etkisi, heteroeklemli yarı iletkenler, tip 2 süper iletkenler, kuantum kristalleri, bıyıklar vb. gibi önemli ölçüde yeni özelliklere sahip yeni fiziksel olayların veya malzemelerin beklenmedik keşiflerine yol açtığı unutulmamalıdır. .

Kaydedilen ilerlemeye rağmen, daha güvenilir ve minyatür yarı iletken cihazlar (bakınız Mikroelektronik, Fonksiyonel elektronikler) elde etmek için temelde yeni fiziksel yöntemler, daha yüksek basınçlar, ultra düşük sıcaklıklar vb. elde etmek için yöntemler geliştirmek gereklidir.

Alışılmadık mekanik ve termodinamik özelliklere sahip polimerlerin, özellikle de tüm proteinleri içeren biyopolimerlerin fiziğinin incelenmesi büyük önem taşımaktadır.

Plazma fiziği

Plazma çalışmasının önemi iki durumla ilişkilidir. Birincisi, Evrendeki maddenin büyük çoğunluğu plazma halindedir: yıldızlar ve onların atmosferleri, yıldızlararası ortam, radyasyon kuşakları ve Dünya'nın iyonosferi vb. İkinci olarak, yüksek sıcaklıktaki plazmada gerçek bir olasılık vardır. kontrollü termonükleer füzyonun uygulanması.
Plazmayı tanımlayan temel denklemler iyi bilinmektedir. Ancak plazmadaki süreçler o kadar karmaşıktır ki, farklı koşullar altındaki davranışlarını tahmin etmek çok zordur. Plazma fiziğinin karşılaştığı temel sorun, plazmayı 1 milyar derecelik bir sıcaklığa ısıtmak ve onu bu durumda (yüksek sıcaklıktaki plazmanın doğasında bulunan çeşitli kararsızlık türlerine rağmen) yeterli bir süre boyunca tutmak için etkili yöntemlerin geliştirilmesidir. Çalışma hacminin daha büyük bir bölümünde termonükleer reaksiyon meydana gelir. Plazma stabilitesi probleminin çözülmesi, çarpışan ışın hızlandırıcılarının çalışmasının sağlanmasında ve sözde geliştirilmesinde de önemli bir rol oynar. Parçacık hızlandırmanın kolektif yöntemleri.
Elektromanyetik ve korpüsküler plazma radyasyonunun incelenmesi, süpernova patlamaları, pulsarlardan gelen radyasyon vb. sırasında yüklü parçacıkların hızlanmasını açıklamak için çok önemlidir.
Elbette modern felsefenin sorunları sayılanlara indirgenemez; F.'nin tüm bölümlerinin kendi sorunları var ve toplam sayıları o kadar fazla ki burada verilmiyor.

VI. Fiziğin diğer bilimler ve teknolojiyle bağlantısı

Fizik ve felsefe

Felsefe, yasalarının genelliği ve genişliği nedeniyle her zaman felsefenin gelişimini etkilemiş ve kendisi de ondan etkilenmiştir. F. Engels'e göre doğa bilimlerindeki her yeni buluşla birlikte materyalizmin de kaçınılmaz olarak şekil değiştirmesi gerekmektedir.
Modern felsefenin başarılarında, materyalizmin en yüksek biçimi olan diyalektik materyalizm giderek daha fazla doğrulanıyor ve somutlaşıyor. Mikro dünyanın incelenmesine geçerken, diyalektik yasası - karşıtların birliği - özellikle açıkça ortaya çıkıyor. Süreksiz ve süreklinin birliği, mikropartiküllerin dalga-parçacık ikiliğinde yansıtılır. Gerekli ve rastgele, mikropartiküllerin hareket yasalarının olasılıksal, istatistiksel doğasında ifade edilen, ayrılmaz bir bağlantı içinde ortaya çıkar. Materyalizmin ilan ettiği maddi dünyanın birliği, temel parçacıkların - fiziksel maddenin olası varoluş biçimlerinin - karşılıklı dönüşümlerinde açıkça ortaya çıkar. Doğru felsefi analiz, eski fikirlerin radikal revizyona tabi olduğu felsefenin gelişiminin devrimci dönemlerinde özellikle önemlidir. Böyle bir analizin klasik bir örneği V.I. Lenin tarafından "Materyalizm ve Ampirio-Kritisizm" kitabında verilmiştir. Yalnızca mutlak ve göreceli gerçekler arasındaki ilişkinin anlaşılması, felsefedeki devrimci dönüşümlerin özünü doğru bir şekilde değerlendirmemize, madde hakkındaki fikirlerimizin zenginleşmesini ve derinleşmesini, materyalizmin daha da gelişmesini görmemize olanak tanır.

Fizik ve matematik. Fizik niceliksel bir bilimdir. Temel yasaları, esas olarak diferansiyel denklemler kullanılarak matematiksel bir dille formüle edilmiştir. Öte yandan, matematikte yeni fikirler ve yöntemler genellikle F'nin etkisi altında ortaya çıktı. Sonsuz küçüklerin analizi, mekaniğin temel yasalarının formülasyonunda Newton tarafından (G.V. Leibniz ile eşzamanlı olarak) yaratıldı. Elektromanyetik alan teorisinin yaratılması, vektör analizinin gelişmesine yol açtı. Tensör hesabı, Riemann geometrisi, grup teorisi vb. gibi matematik dallarının gelişimi, yeni fiziksel teoriler tarafından teşvik edildi: genel görelilik ve kuantum mekaniği. Kuantum alan teorisinin gelişimi, fonksiyonel analiz vb. konularda yeni problemler ortaya çıkarır.

Fizik ve diğer doğa bilimleri. S. I. Vavilov'a göre Fiziğin diğer doğa bilimleri dallarıyla yakın bağlantısı, Fiziğin en derin köklerinin astronomi, jeoloji, kimya, biyoloji ve diğer doğa bilimlerinde bulunmasına yol açtı. Bir dizi sınır disiplini oluşturuldu: astrofizik, jeofizik, biyofizik, fiziksel kimya vb. Fiziksel araştırma yöntemleri tüm doğa bilimleri için belirleyici bir önem kazandı. Elektron mikroskobu, nesnelerin ayrıntılarını birkaç büyüklük düzeyinde ayırt etme yeteneğini artırarak, tek tek molekülleri gözlemlemeyi mümkün kıldı. X-ışını kırınım analizi yalnızca kristalleri değil aynı zamanda karmaşık biyolojik yapıları da incelemek için kullanılır. Onun gerçek zaferi, tüm canlı organizmaların hücre çekirdeğindeki kromozomların bir parçası olan ve kalıtım kodunun taşıyıcıları olan DNA moleküllerinin yapısının kurulmasıydı. Moleküler biyoloji ve genetiğin ortaya çıkışıyla bağlantılı biyolojideki devrim, F.

Sözde yöntem etiketli atomlar canlı organizmalardaki metabolizmanın incelenmesinde büyük bir rol oynar; Biyoloji, fizyoloji ve tıptaki birçok sorun onların yardımıyla çözüldü. Ultrason tıpta tanı ve tedavi amaçlı kullanılmaktadır.
Yukarıda bahsedildiği gibi kimyasal bağlanma teorisinin temelinde kuantum mekaniğinin yasaları yatmaktadır. Etiketli atomları kullanarak kimyasal reaksiyonların kinetiğini takip edebilirsiniz. Fiziksel yöntemlerle, örneğin hızlandırıcılarda elde edilen müon ışınları kullanılarak, normal koşullar altında meydana gelmeyen kimyasal reaksiyonların gerçekleştirilmesi mümkündür. Hidrojen atomunun yapısal analogları kullanılır - varlığı ve özellikleri fizikçiler tarafından belirlenen pozitronyum ve müonyum. Özellikle müonyum yardımıyla hızlı kimyasal reaksiyonların hızını ölçmek mümkündür. (Bkz. Muonlar.)

Elektroniğin gelişmesi, 10-12 saniyeden daha kısa sürede meydana gelen süreçlerin gözlemlenmesini mümkün kılmaktadır. Bu aynı zamanda astronomide bir devrime de yol açtı; radyo astronomisinin yaratılması.
Nükleer fiziğin sonuçları ve yöntemleri jeolojide kullanılmaktadır; özellikle onların yardımıyla kayaların ve bir bütün olarak Dünya'nın mutlak yaşını ölçerler (bkz. Jeokronoloji).

Fizik ve teknoloji

Fizik, teknolojinin en önemli alanlarının temelini oluşturur. Elektrik mühendisliği ve enerji, radyo mühendisliği ve elektronik, aydınlatma mühendisliği, inşaat teknolojisi, hidrolik mühendisliği ve askeri teknolojinin önemli bir kısmı F temelinde büyüdü. Fizik yasalarının bilinçli kullanımı sayesinde teknoloji, rastgele buluntular alanından taşındı. amaca yönelik gelişimin geniş yoluna. 19. yüzyılda ise. Fiziksel keşfi ile ilk teknik uygulaması arasında onlarca yıl geçti ancak artık bu süre birkaç yıla indi.

Buna karşılık, teknolojinin gelişmesinin deneysel fiziğin gelişmesi üzerinde eşit derecede önemli bir etkisi vardır. Elektrik mühendisliği, elektronik ve çok dayanıklı ve safsızlık içermeyen malzemelerin üretimine yönelik teknoloji gelişmeseydi, bu tür cihazların yaratılması imkansız olurdu. Yüklü parçacık hızlandırıcıları, büyük kabarcık ve kıvılcım odaları ve yarı iletken cihazlar vb.
Nükleer enerjinin ortaya çıkışı, nükleer teknolojideki büyük başarılarla ilişkilidir. Hızlı nötron nükleer üreme reaktörleri, rezervleri büyük olan doğal uranyum ve toryumu kullanabilir. Kontrollü termonükleer füzyonun uygulanması, insanlığı neredeyse sonsuza kadar enerji krizi tehdidinden kurtaracaktır.

Geleceğin teknolojisi hazır doğal malzemelere değil, esas olarak özellikleri önceden belirlenmiş sentetik malzemelere dayanacak. Maddenin yapısının yaratılması ve incelenmesi bu sorunun çözümünde belirleyici bir rol oynamaktadır.
Elektroniğin gelişimi ve katı hal fiziğinin başarılarına dayanan gelişmiş bilgisayarların yaratılması, insanların yaratıcı yeteneklerini ölçülemeyecek kadar genişletti ve aynı zamanda işlenmesini gerektiren durumlarda hızlı bir şekilde karar verebilen "düşünen" otomatların inşasına yol açtı. büyük miktarda bilgi.

Bilgisayar kullanımı (üretim ve yönetimin otomasyonu) sayesinde işgücü verimliliğinde büyük bir artış elde edilir. Ulusal ekonomi karmaşıklaştıkça işlenen bilgi hacmi de aşırı derecede artıyor. Bu nedenle bilgisayarları daha da geliştirmek, hızlarını ve bellek kapasitelerini artırmak, güvenilirliği artırmak, boyut ve maliyeti azaltmak çok önemlidir. Bu iyileştirmeler ancak F.
Modern felsefe, teknolojinin tüm alanlarındaki devrim niteliğindeki değişimlerin kökeninde yer almaktadır. Bilimsel ve teknolojik devrime belirleyici bir katkı sağlar.

Edebiyat

Bilim tarihi ve metodolojisi. Engels F., Doğanın Diyalektiği, M., 1975; Lenin V.I., Materyalizm ve ampiryokritisizm, Eserlerin tamamı koleksiyonu, 5. baskı, cilt 18; Felsefe Defterleri, age, cilt 29; Dorfman Ya. G., Antik çağlardan 18. yüzyılın sonuna kadar dünya fizik tarihi, M., 1974; Kudryavtsev P.S., Fizik Tarihi, cilt 1–3, M., 1956–71; Laue M., Fizik Tarihi, çev. German, M., 1956'dan; Llozzi M., Fizik Tarihi, çev. İtalyan'dan, M., 1970; Markov M. A., Maddenin doğası üzerine, M., 1976.
Genel fizik. Khaikin S.E., Mekaniğin fiziksel temelleri, 2. baskı, M., 1971; Strelkov S.P., Mekanik, 3. baskı, M., 1975; Landsberg G.S., Optics, 5. baskı, M., 1976; Kikoin A.K., Kikoin I.K., Moleküler Fizik, 2. baskı, M., 1976; Kalaşnikof S.G., Elektrik, 3. baskı, M., 1970; Görelik G.S., Salınımlar ve dalgalar. Akustik, radyofizik ve optiğe giriş, 2. baskı, M., 1959; Born M., Atom Fiziği, çev. İngilizceden, 3. baskı, M., 1970; Shpolsky E.V., Atomik fizik, cilt 1, 6. baskı, cilt 2, 4. baskı, M., 1974; Feynman R., Layton R., Sands M., Feynman Lectures on Physics, çev. İngilizce'den V. 1–9, M., 1965–67; Berkeley Fizik Kursu, cilt 1–5, çev. İngilizceden, M., 1971–74.
Teorik fizik. Teorik fizik dersi: Landau L.D., Lifshits E.M., cilt 1, Mekanik, 3. baskı, M., 1973; cilt 2, Alan Teorisi, 6. baskı, M., 1973; cilt 3, Kuantum mekaniği. Göreli olmayan teori, 3. baskı, M., 1974; Berestetsky V.B., Lifshits E.M., Pitaevsky L.P., cilt 4, bölüm 1, Göreli kuantum teorisi, M., 1968; Lifshits E.M., Pitaevsky L.P., cilt 4, bölüm 2, Göreli kuantum teorisi, M., 1971; Landau L.D., Lifshits E.M., cilt 5, bölüm 1, İstatistiksel Fizik, 3. baskı, M., 1976; onları, Sürekli Ortamın Mekaniği, 2. baskı, M., 1954; onların. Sürekli ortamın elektrodinamiği, M., 1959; Goldstein G., Klasik mekanik, çev. İngilizce'den, 2. baskı, M., 1975; Leontovich M.A., Termodinamiğe Giriş, 2. baskı, M. - L., 1952; onun, İstatistiksel Fizik, M. - L., 1944; Kubo R., Termodinamik, çev. İngilizce'den, M., 1970; onun, İstatistiksel Mekanik, çev. İngilizce'den, M., 1967; Tamm I.E., Elektrik teorisinin temelleri, 9. baskı, M., 1976; Born M., Wolf E., Optiğin Temelleri, çev. İngilizce'den, 2. baskı, M., 1973; Davydov A.S., Kuantum mekaniği, 2. baskı, M., 1973; Blokhintsev D.I., Kuantum Mekaniğinin Temelleri, 5. baskı, M., 1976; Dirac P.A.M., Kuantum mekaniğinin ilkeleri, çev. İngilizceden, M., 1960. Monograflar. Abrikosov A. A., Normal metaller teorisine giriş, M., 1972; Andronov A.A., Witt A.A., Khaikin S.E., Theory of Salınımlar, 2. baskı, M., 1959; Artsimovich L.A., Kontrollü termonükleer reaksiyonlar, 2. baskı, M., 1963; Akhiezer A.I., Kuantum Elektrodinamiği, 1969; Bethe G., Sommerfeld A., Metallerin elektronik teorisi, çev. Almanca'dan, L. - M., 1938; Blokhin M.A., X-ışınlarının Fiziği, 2. baskı, M., 1957; Bogolyubov N.N., İstatistiksel fizikte dinamik teorinin sorunları, M. - L., 1946; Bogolyubov N.N., Shirkov D.V., Kuantize edilmiş alanlar teorisine giriş, 3. baskı, M., 1976; Brillouin L., Bilim ve Bilgi Teorisi, çev. İngilizce'den, M., 1960; Vonsovsky S.V., Manyetizma, M., 1971; Gibbs J. V., Termodinamik çalışmalar, çev. İngilizce'den, M. - L., 1950; onu, İstatistik mekaniğinin temel ilkeleri, çev. İngilizce'den, M. - L., 1946; Ginzburg V.L., Fizik ve astrofizik üzerine, 2. baskı, M., 1974; Anselm A.I., Yarı iletkenler teorisine giriş, M. - L., 1962; Elyashevich M.A., Atomik ve moleküler spektroskopi, M., 1962; Zeldovich Ya.B., Novikov I.D., Yıldızların yerçekimi ve evrimi teorisi, M., 1971; Zeldovich Ya.B., Raiser Yu.P., Şok dalgalarının fiziği ve yüksek sıcaklıkta hidrodinamik olaylar, 2. baskı, M., 1966; Somerfeld A., Atomik yapı ve spektrumlar, çev. Almanca'dan, cilt 1–2, M. 1956; Zubarev D.N., Dengesizlik istatistiksel termodinamik, M., 1971; Kapitsa P.L., Deney, teori, uygulama, M., 1974; Carslow G., Eger D., Katıların ısıl iletkenliği, trans. İngilizce'den, M., 1964; Kittel Ch., Katı Hal Fiziğine Giriş, çev. İngilizceden, 2. baskı, M., 1962; Lorentz G. A., Elektron teorisi ve bunun ışık ve termal radyasyon olaylarına uygulanması, çev. İngilizce'den, 2. baskı, M., 1956; Lukyanov S. Yu., Sıcak plazma ve kontrollü nükleer füzyon, M., 1975; Neumann I., von, Kuantum mekaniğinin matematiksel temelleri, çev. German, M., 1964'ten; Okun L. B., Temel parçacıkların zayıf etkileşimi, M., 1963; Skuchik E., Akustiğin Temelleri, çev. İngilizceden, cilt 1–2, M., 1976; Strett J. W. (Lord Rayleigh), Theory of Sound, cilt 1–2, 2. baskı, M., 1955; Fok V.A., Uzay, zaman ve yerçekimi teorisi, 2. baskı, M., 1961; Frenkel Ya. I., Metal teorisine giriş, 3. baskı, M., 1958; Einstein A., Infeld L., Fiziğin Evrimi, çev. İngilizce'den, 3. baskı, M., 1965. Ansiklopediler ve referans kitapları: Fiziksel ansiklopedik sözlük, cilt 1–5, M, 1960–66; Ansiklopedik Fizik Sözlüğü (ed. J. Thewlis), v. 1–9, Oxf. – N. Y., 1961–64; Yavorsky B.M., Detlaf A.A., Mühendisler ve üniversite öğrencileri için fizik el kitabı, 6. baskı, M., 1974.

A. M. Prokhorov. Fizik // Büyük Sovyet Ansiklopedisi

Fiziğin birkaç dalı vardır ve bu nedenle diğer bilimlere göre birkaç kat daha fazla bilim insanı vardır. Teorik, deneysel veya uygulamalı fizik okuyabilirsiniz. Her şey bilim insanının arzusuna ve bilgisine bağlıdır.

Deneysel fizik hakkında birkaç söz. Neden buna böyle deniyor? Deneyler yapmayı içeriyor mu? Tabii ki evet. Bu, çeşitli doğa olaylarını özel olarak hazırlanmış ve önceden hazırlanmış koşullarda inceleme sürecinden oluşan, doğayı incelemenin ve tanımanın belirli bir yoludur. Teorik fizikten en önemli farkı, deneysel fiziğin, teorik fizik gibi doğanın matematiksel modellerini değil, doğanın kendisini, özünü incelemesidir.

aynen tahkim davasında avukatözel bilgiye sahipse tüm sürecin gidişatını kolaylıkla değiştirebilir ve bir deneyin elde edilen sonucuyla basit bir anlaşmazlık, fizik teorisindeki bir hatanın ana kriteri olacaktır. Başka bir deyişle, dünyamız için geçerli değil. Ancak bunun tersi olan bir ifade yine de doğru olmayacaktır: Eğer bilim adamı deneylere katılıyorsa, bu, verilen teorinin ve uygulamasının doğruluğunun kanıtı olmayacaktır. Dolayısıyla bir fizik teorisinin geçerliliğinin en önemli kriteri onun deneyle doğrulanmasıdır. Deneysel fizik bunun içindir.

Görünüşe göre deneyin rolü fazlasıyla açık. Ancak yalnızca Galileo ve ondan sonra çalışan araştırmacılar tarafından keşfedildi. Özel olarak yaratılmış koşullarda çeşitli nesnelerin davranışlarına ilişkin gözlemlerine dayanarak dünyanın özellikleri hakkında sonuçlar çıkaranlar onlardı. Daha doğrusu deneyler yapıyorlardı. Bu arada bu yaklaşım Yunanlıların yaklaşımının tamamen tersidir: Dünyanın yapısı hakkındaki düşüncelerinin doğru ve doğru olduğuna inanıyorlardı ve deneyim sadece onaylanmış bir aldatmaca olarak görülüyordu, yani alındığını iddia edemezdi. gerçek bilgi.

En ideal versiyonda deneysel fizik, deneylerin ve sonuçlarının yorumlarına yer vermeden yalnızca ayrıntılı açıklamalarını sunmakla yükümlüdür. Fakat pratikte bu gerçekçi değildir. Sonuçta bilim adamlarının belirli nesnelerin nasıl davrandığına dair fikirleri var, yani bu fikirler elde edilen sonuçların yorumlanmasına dayanıyor.

Dolayısıyla deneysel fizik, genel fiziğin yalnızca çok önemli bir parçası değil, aynı zamanda oldukça ilginçtir, çünkü çeşitli nesnelerin farklı yapay koşullardaki davranışlarının gözlemlenmesi yalnızca bilim adamları arasında değil, sıradan insanlar arasında da ilgi uyandırmaktadır.

Fizik deneysel bir bilimdir. Galileo, Newton ve diğer araştırmacıların çalışmalarında ana yöntemi belirlendi: Teorinin herhangi bir öngörüsü deneyimle doğrulanmalıdır. XVII, XVIII ve hatta XIX yüzyıllarda. teorik analizi aynı kişiler yürüttü ve sonuçlarını deneysel olarak kendileri test etti. Ama 20. yüzyılda. Bilginin hızla birikmesi, teknolojinin gelişmesi, bilimsel ve teknolojik devrim denilen her şey, tek kişinin teori oluşturmasının, deney yapmasının imkansız hale gelmesine yol açtı.

Fizikçiler arasında teorisyenler ve deneyciler olarak bir bölünme vardı (bkz. Teorik fizik). Elbette istisnasız hiçbir kural yoktur ve bazen teorisyenler deneyler yapar, deneyciler ise teori yapar. Ancak her yıl bu tür istisnaların sayısı giderek azalıyor.

Artık deneycilerin ellerinde karmaşık ve güçlü ekipmanlar var: hızlandırıcılar, nükleer reaktörler, ultra yüksek vakum teknolojisi, derin soğutma ve elbette elektronik. Deneyim olanaklarını tamamen dönüştürdü ve bu, bu örnekle açıklanabilir.

Bu yüzyılın başında, E. Rutherford ve çalışma arkadaşları çinko sülfit ekranı ve mikroskop kullanarak yaptıkları deneylerde alfa parçacıklarını kaydettiler (bkz. Atom çekirdeği). Her parçacık ekrana çarptığında ekran, mikroskopla görülebilecek zayıf bir ışık parıltısı üretti. Deneye başlamadan önce araştırmacılar, gözlerin hassasiyetini arttırmak için saatlerce karanlıkta oturmak zorunda kaldılar. Sayılabilecek maksimum darbe sayısı saniyede iki veya üçtü. Birkaç dakika sonra gözlerim yoruldu.

Ve artık özel elektronik cihazlar - fotoçoğaltıcılar - çok daha zayıf ışık flaşlarını ayırt edebiliyor ve elektriksel darbelere dönüştürebiliyor. Saniyede onlarca ve yüzbinlerce darbe saymayı başarırlar. Ve sadece saymak değil. Elektrik darbesinin (hafif darbeyi tekrarlayan) şeklini kullanan özel devreler, enerji, yük ve hatta parçacığın türü hakkında bilgi sağlar. Bu bilgiler yüksek hızlı bilgisayarlar tarafından saklanır ve işlenir.

Deneysel fiziğin teknolojiyle ikili bir ilişkisi olduğu unutulmamalıdır. Bir yandan elektrik, atom enerjisi, lazer gibi henüz bilinmeyen alanları keşfeden fizik, yavaş yavaş bunlara hakim oluyor ve bunları mühendislerin ellerine aktarıyor. Öte yandan teknolojinin uygun araçları ve hatta yeni endüstrileri yaratmasıyla deneysel fizik, deneyleri düzenlerken bu araçları kullanmaya başlıyor. Bu da onun maddenin sırlarına daha derinlemesine nüfuz etmesini sağlar.

Modern deney yürütme araçları, tüm deneyci ekibinin katılımını gerektirir.

Deneysel çalışma üç bölüme ayrılabilir: hazırlık, ölçüm ve sonuçların işlenmesi.

Bir deney fikri doğduğunda, bunun uygulanması, yeni bir tesisin oluşturulması veya eskisinin yeniden işlenmesi olasılığı gündeme gelir. Bu aşamada azami dikkat gösterilmesi gerekmektedir.

“Deneyimin tasarlanma ve sahnelenme biçimine her zaman büyük önem verdim. Elbette önceden düşünülmüş belli bir fikirden yola çıkmalıyız; ancak mümkün olduğu sürece deneyim, öngörülemeyen bir olgunun gözlemlenebilmesi için maksimum sayıda pencereyi açık bırakmalıdır," diye yazmıştı seçkin Fransız fizikçi F. Joliot-Curie.

Bir kurulumu tasarlarken ve üretirken, özel tasarım büroları, atölyeler ve bazen büyük fabrikalar deneycinin yardımına gelir. Hazır cihazlar ve bloklar yaygın olarak kullanılmaktadır. Yine de en önemli iş fizikçilere düşüyor: benzersiz olan ve bazen başka hiçbir yerde kullanılmayan birimlerin yaratılması. Bu nedenle seçkin deneysel fizikçiler her zaman çok iyi mühendisler olmuştur.

Kurulum tamamlandığında kontrol deneyleri yapma zamanı gelmiştir. Sonuçları ekipmanın performansını kontrol etmeye ve özelliklerini belirlemeye yarar.

Ve sonra bazen çok uzun sürebilen ana ölçümler başlar. Güneş nötrinolarını kaydederken bir tür rekor kırıldı; ölçümler 15 yıl sürdü.

Sonuçların işlenmesi de basit olmaktan uzaktır. İşlemenin tüm deneyin ağırlık merkezi olduğu deneysel fizik alanları vardır; örneğin, bir kabarcık odasında elde edilen görüntülerin işlenmesi. Kameralar dünyanın en büyük hızlandırıcılarından gelen ışınların yoluna yerleştirildi. İçlerinde uçan bir parçacığın izinde bir kabarcık zinciri oluşur. İz görünür hale gelir ve fotoğraflanabilir. Kamera günde on binlerce fotoğraf üretiyor. Yakın zamana kadar (ve artık otomasyon imdada yetişti) yüzlerce laboratuvar asistanı projeksiyon mikroskoplarının başında izleme masalarına oturup fotoğrafların ilk seçimini yapıyordu. Daha sonra otomatik kurulumlar ve bilgisayarlar devreye girdi. Ve tüm bunlardan sonra araştırmacılar gerekli bilgileri aldılar, grafikler oluşturabildiler ve hesaplamalar yapabildiler.

Sovyet deneycilerinin gurur duyacakları bir şey var. Devrimden önce Rusya'da ciddi şekilde çalışan yalnızca birkaç düzine fizikçi vardı. Birçoğu uygun olmayan ortamlarda ve ev yapımı aletlerle araştırma yaptı. Bu nedenle, P. N. Lebedev (hafif basınç), A. G. Stoletov (fotoelektrik etki üzerine araştırma) tarafından yapılan birinci sınıf keşiflere gerçek bir başarı denilebilir.

Deneysel fiziğimiz Sovyet iktidarının ilk yıllarının zor koşullarında kuruldu. A.F. Ioffe, S.I. Vavilov ve diğer bazı bilim adamlarının çabalarıyla yaratıldı. Onlar deneyciler, öğretmenler ve bilimin organizatörleriydi. Onların öğrencileri ve öğrencilerinin öğrencileri Rus fiziğini yücelttiler. Vavilov-Cherenkov radyasyonu (bkz. Vavilov-Cherenkov etkisi), aşırı akışkanlık, ışığın Raman saçılımı, lazerler - Sovyet bilim adamlarının yalnızca en büyük keşiflerini listelemek birçok sayfa alabilir.

Deneysel fiziğin gelişimi düzgün ve aşınmış bir yola benzemez. Birçok insanın emeği sayesinde gözlemler biriktirilir, deneyler ve hesaplamalar yapılır. Ancak er ya da geç bilgimizin kademeli büyümesi keskin bir sıçramaya uğrar. Bir keşif var. Herkesin alışık olduğu şeylerin çoğu tamamen farklı bir ışıkta görünüyor. Ve teoriyi tamamlamamız, yeniden yapmamız, bazen yeniden yaratmamız, aceleyle yeni deneyler yapmamız gerekiyor.

Bu nedenle birçok seçkin bilim adamı bilimin yolunu dağlardaki bir yola benzetmiştir. Düz bir çizgide ilerlemiyor, yolcuları dik yokuşlara tırmanmaya zorluyor, bazen de zirveye ulaşmak için geri çekiliyorlar. Ve sonra, mağlup edilen yüksekliklerden yeni zirveler ve yeni yollar açılıyor.

Müfredat

uzmanlık: 010701.65 - Fizik

MEKANİK

Mekaniğin konusu ve görevleri. Referans sistemi. Kinematiğin temel kavramları. Kinematik büyüklükler: konum vektörü, yer değiştirme, hız, ivme, yol, koordinat ve vektör formunda bunlar arasındaki ilişki. Sabit ivmeli hareket ve özel durumları.

Maddi bir noktanın eğrisel hareketi ve yörüngeye göre açıklaması. Normal, teğetsel ve tam ivme.

Dönme hareketinin kinematiği. Açısal kinematik büyüklükler (açısal yer değiştirme, açısal hız, açısal ivme), bunların doğrusal niceliklerle ilişkileri. Sabit açısal ivme ile dönme.

Maddi bir noktanın dinamiği. Güç ve kütle. Klasik mekaniğin yasaları. Uluslararası Birim Sistemi (SI).

Maddi noktalar sistemi. Maddi bir noktanın momentumu, maddi noktalar sisteminin momentumu. Momentumdaki değişim denklemi, momentumun korunumu yasası. Maddi noktalar sisteminin kütle merkezi. Kütle merkezinin hareketi. Değişken kütleli cisimlerin hareketi. Meshchersky denklemi. Tsiolkovsky'nin formülü.

İş ve güç. Kinetik enerji. Muhafazakar kuvvetler. Sistemin potansiyel enerjisi. Sistemin toplam mekanik enerjisi. Mekanik enerjinin korunumu kanunu. Korunum yasalarının elastik ve elastik olmayan etkilerin analizine uygulanması.

Maddi bir noktanın noktaya ve eksene göre açısal momentumu. Bir kuvvetin bir noktaya, bir eksene göre momenti. Temel moment denklemi. Maddi noktalar sisteminin momentumu. Açısal momentumun korunumu kanunu.

Sağlam. Katı bir cismin öteleme ve dönme hareketi, anlık dönme ekseni.

Katı bir cismin sabit bir eksen etrafında dönme hareketinin dinamiği. Atalet momenti. Steiner-Huygens teoremi. Katı bir cismin bir eksen etrafındaki momentumu. Eksen etrafındaki kuvvet momenti. Katı bir cismin dönme hareketinin dinamiği için temel denklem. Açısal momentumun korunumu yasasının dönen cisimlere uygulanması. Dönme hareketi sırasında iş ve güç. Dönen bir cismin kinetik enerjisi. Katı bir cismin karmaşık hareketini tanımlamak için dinamik yasalarının uygulanması.

Katı bir cismin eylemsizlik ana eksenleri kavramı. Serbest dönme eksenleri. Jiroskop, jiroskopun devinimi. Jiroskopik kuvvetler, jiroskopik etki. Jiroskopların kullanımı.

Eylemsiz referans sistemleri. Galileo'nun görelilik ilkesi. Galileo'nun dönüşümleri. Eylemsiz referans sistemleri. Ötelemeli olarak hareket eden ve dönen eylemsiz olmayan referans sistemlerinde eylemsizlik kuvvetleri. Atalet kuvvetlerinin Dünya üzerindeki tezahürü.

Özel görelilik teorisinin (STR) unsurları. Einstein'ın önermeleri. Lorentz dönüşümleri. Segment uzunluklarının ve zaman aralıklarının göreliliği. Servis istasyonundaki hızların dönüştürülmesi.

Görelilik dürtüsü, Newton'un ikinci yasasının görelilik biçimi. Enerji. Kütle ve enerji arasındaki ilişki. SRT'deki koruma yasaları.

Katıların elastik özellikleri. Deformasyon türleri. Gerilme, mutlak ve bağıl şekil değiştirme. Hooke yasası. Elastik olarak deforme olmuş bir cismin potansiyel enerjisi, enerji yoğunluğu. Esnek olmayan deformasyonlar, mekanik histerezis.

Sıvıların ve gazların mekaniği. Sürekli ortam olarak sıvı ve gaz. Basınç. Pascal yasası. Hidrostatik basınç. Arşimet yasası. Vücutların yüzme durumları.

Sabit sıvı akışı. Güncel satırlar. Mevcut tüpler. Akım tüpü için süreklilik denklemi. İdeal sıkıştırılamaz akışkan. Bernoulli denklemi. Viskoz bir akışkanın hareketi, Newton'un viskoz akış yasası. Viskoz bir sıvı içinde hareket eden bir cisme etki eden kuvvetler. Girdap gövdelerin etrafında akar, sürükleyin ve kaldırın. Laminer akıştan türbülanslı akışa geçiş, Reynolds sayısı.

Dinlenme sürtünmesi, kayma sürtünmesi, sallanma sürtünmesi. Doğada ve teknolojide sürtünmenin anlamı.

Salınım hareketinin kinematiği. Harmonik salınımlar, periyot, frekans, faz, salınım genliği. Salınımlı bir noktanın yer değiştirmesi, hızı ve ivmesi. Vektör diyagramı yöntemi. Aynı ve benzer frekansların bir yönündeki salınımların eklenmesi. Karşılıklı dik salınımların eklenmesi, Lissajous şekilleri. Karmaşık titreşimler.

Salınım hareketinin dinamiği. Yay, matematiksel ve fiziksel sarkaçlar. Bu sistemlerin küçük salınımları, doğal frekansları ve salınım periyotları için hareket denklemi. Salınımlı hareket sırasında enerji, enerjinin korunumu yasası. Viskoz sürtünme varlığında sistemlerin salınımları. Sönümlü salınımlar ve özellikleri: sönüm katsayısı, logaritmik azalma, salınım sisteminin kalite faktörü. Sönümlü salınım periyodunun sönümleme katsayısına bağlılığı, direnç katsayısının kritik değeri, salınım sisteminin periyodik olmayan hareketi.

Harmonik bir itici kuvvetin etkisi altında zorlanmış salınımlar, salınımların oluşma zamanı. Yer değiştirme genliğinin, hızın, ivmenin ve bunların faz kaymasının frekansa bağımlılığı. Rezonans. Birleşik sistemlerin salınımları kavramı.

Dalga süreçlerinin kinematiği. Boyuna ve enine dalgalar. Küresel, silindirik, düzlemsel dalgalar. Düzlem harmonik ilerleyen dalganın yer değiştirme, hız, ivme ve deformasyon denklemleri. Orta parçacıkların ilerleyen bir dalgadaki hareketinin doğası. Medya arasındaki arayüzden dalgaların yansıması. Gezici dalga enerjisi. Enerji akısı yoğunluğu. Vektör Umov. Dalga girişimi. Duran dalgalar ve özellikleri. Duran dalga için enerji bağıntıları.

Elastik bir ortamda titreşimlerin yayılması, dalga denklemi. Dalga yayılma hızı.

Katı bir cismin statiğinin elemanları. Denge koşulları, denge türleri. Basit mekanizmalar.

MOLEKÜLER FİZİK

Moleküler fiziğin konusu. Makroskobik sistemlerin incelenmesine termodinamik ve istatistiksel yaklaşım.

Gazların moleküler kinetik teorisinin temel kavramları. Maddenin moleküler kinetik teorisinin deneysel olarak doğrulanması. Gaz basıncı. Mutlak sıcaklık. İdeal gaz. İdeal bir gazın durum denklemi. Gaz yasaları.

Gazların kinetik teorisinin temel denklemi. Boltzmann sabiti. Mutlak sıcaklık ve basıncın moleküler-kinetik yorumu. Sıcaklık ölçümü.

Moleküllerin hızlarının ölçülmesi, Stern deneyi. Maxwell hız dağılımı. Moleküler enerjinin serbestlik derecesine göre dağılımı. İdeal bir gazdaki dalgalanmalar ve bunların tezahürleri. Barometrik formül. Maxwell-Boltzmann dağılımı. Avogadro sabitinin deneysel olarak belirlenmesi.

Gazlarda taşınma olgusu. Moleküllerin ortalama uzunluğu ve ortalama serbest seyahat süresi. Difüzyon ve kendi kendine difüzyon.

İç sürtünme. Isı iletkenliği. Düşük basınçta, teknik vakumda ısı iletkenliği ve iç sürtünme. Alçak basınçları ölçme yöntemleri.

Termodinamiğin temelleri. Termodinamik sistem. Termodinamik denge. Durum parametreleri. İç enerji. Termodinamik sistemlerin etkileşimi.

Sistemler arasında enerji alışverişi biçimleri olarak iş ve ısı. Yarı statik süreçler. Termodinamiğin birinci yasası. Termodinamiğin birinci yasasının izoproseslere uygulanması.

Isı kapasitesi. Klasik teori ve deney. Adyabatik denklemin türetilmesi. Gazdaki ses hızı. Kuantum temsilleri

Termodinamiğin ikinci yasası. Tersinir ve geri döndürülemez süreçler. Termal makineler. Carnot döngüsü. Carnot teoremleri. Gerçek döngüler. Sürekli hareket makinelerinin uygulanamazlığı.

Entropi. Azaltılmış ısı. Bedava enerji. Termodinamiğin ikinci yasasının istatistiksel yorumu. Nernst teoremi. Mutlak sıfırın ulaşılamazlığı.

Gerçek gazlar. Gerçek gazın deneysel izotermleri. Van der Waals denklemi. Van der Waals izotermlerinin deneysel izotermlerle karşılaştırılması.

Kritik durum. İlgili eyaletlerin kanunu.

Gerçek gazın iç enerjisi. Joule-Thomson etkisi. Gazların sıvılaştırılması ve düşük sıcaklıkların elde edilmesi.

Sıvı durumun özellikleri. Siparişi kapat. Temel deneyler. Yüzey katmanı. Yüzey gerilimi. Islatma.

Laplace'ın formülü. Kılcal fenomen. Menisküs üzerindeki doymuş buhar basıncı.

Çözeltiler, su, fiziksel özelliklerin özellikleri. Ozmotik basınç.

Katılar. Amorf ve kristal cisimler. Kristallerde uzun menzilli düzen. Bağ türlerine göre kristallerin sınıflandırılması, kristallerin anizotropisi.

Faz geçişleri. Sıvı ve buhar dengesi. Nem. Clapeyron-Clasius denklemi.

Kristallerin elastik özellikleri. Kristallerin termal özellikleri, termal genleşme. Erime ve kristalleşme.

Kristallerdeki kusurlar. Sıvı kristaller (sınıflandırma, termal özellikler, polimorfizm).

Katı, sıvı ve gaz fazlarının denge diyagramı. Üçlü nokta. Kristallerin ısı kapasitesi. Dulong ve Petit kanunu. Katıların ısı kapasitesinin sıcaklığa bağımlılığını açıklamada klasik fiziğin zorlukları. Kuantum kavramlarının temelleri.

Polimerler. Sınıflandırma, termal özellikler. Sıvı kristal polimerler.

ELEKTRİK VE MANYETİZMA

Vakumda elektrik alanı. Yüklü cisimlerin etkileşimi. Coulomb yasası. Elektrostatik alan kuvveti. Nokta yüklü bir cismin alan kuvveti. Süperpozisyon ilkesi.

Gerilim vektör akışı. Ostrogradsky-Gauss teoremi ve bunun bazı simetrik cisimlerin alanının hesaplanmasına uygulanması.

Yüklü cisimleri hareket ettirirken alan kuvvetlerinin çalışması. Elektrostatik alan potansiyeli. Nokta yüklü bir cisim, nokta cisimlerden oluşan bir sistem ve yüklü bir küre tarafından oluşturulan alan potansiyeli.

Gerilim ve potansiyel gradyan arasındaki ilişki. Bir dipolün elektrik alanı. Bir elektrik alanında dipol.

Elektrik alanındaki iletkenler. Bir iletkende yüklerin dağılımı. İletkenin eşpotansiyelliği. Yüzeydeki alan kuvveti ve bunun yüzey yük yoğunluğu ile ilişkisi.

Harici bir elektrostatik alandaki iletkenler. Etki yoluyla elektriklenme.

İletkenin elektriksel kapasitesi. Düz, küresel ve silindirik kapasitörler.

Dielektriklerde elektrik alanı. Dielektriklerin polarizasyonu. Polarizasyon ve bağlı yüklerin yüzey yoğunluğu ile ilişkisi. Dielektrikteki bir alan için Ostrogradsky-Gauss teoremi. Elektrostatik alanın indüksiyonu. Geçirgenlik. Ferroelektrikler. Elektretler. Piezoelektrik.

Elektrostatik alan enerjisi. Sabit nokta yüklü cisimlerden, yüklü bir iletkenden, yüklü bir kapasitörden oluşan bir sistemin enerjisi. Elektrostatik alan enerji yoğunluğu.

Sabit elektrik akımı. Mevcut güç. Bir elektrik devresinin bir bölümü için Ohm yasası. İletken direnci. Dış güçler. EMF, potansiyel fark ve voltaj. Bir DC devresinde çalışma ve güç. Joule-Lenz yasası. Ohm ve Joule-Lenz yasalarının diferansiyel formu. Dallanmış zincirler. Kirchhoff'un kuralları.

Katıların elektriksel iletkenliği. Metallerin iletkenliğine ilişkin klasik elektronik teori ve Ohm ve Joule-Lenz yasalarının bundan türetilmesi. Klasik teorinin zorlukları. Süperiletkenlik kavramı. Yarıiletkenlerin içsel ve safsızlık iletkenliği.

Metallerde ve yarı iletkenlerde termiyonik emisyon ve temas olayları. Termiyonik emisyon. Boşlukta akım. Elektronik tüpler (diyot ve triyot), uygulamaları.

Temas potansiyeli farkı. Volta yasası. Termoelektrik olaylar. Yarıiletkenlerde temas olayları. Yarı iletken diyotlar ve transistörler.

Sıvılarda elektrik akımı. Elektrolitik ayrışma. Ohm'un elektrolitler kanunu. Faraday yasası.

Gazlarda elektrik akımı. Kendi kendini idame ettiremeyen ve bağımsız gaz deşarjları. Deşarj türleri (ışıma, ark, kıvılcım ve korona). Katot ışınları.

Elektrik akımlarının etkileşimi. Manyetik alan indüksiyonu. Biot-Savart-Laplace yasası. Doğru, dairesel ve solenoidal akımların manyetik alanı. Manyetik alan indüksiyon vektörünün dolaşımı. Amper gücü. Lorentz kuvveti.

Maddenin manyetik özellikleri. Mıknatıslarda manyetik alan. Mıknatıslanma. Manyetik alan kuvveti. Toplam akım kanunu. Manyetik geçirgenlik.

Manyeto-mekanik olaylar. Dia-, para- ve ferromanyetizma. Stoletov'un eserleri.

Elektromanyetik indüksiyon. Faraday'ın deneyleri. Elektromanyetik indüksiyon kanunu. Lenz'in kuralları.

Kendi kendine indüksiyon. İndüktans. Manyetik alan enerjisi. Manyetik alan enerji yoğunluğu.

Yarı-sabit akımlar. Elektriksel titreşimler.

Değişken EMF'nin elde edilmesi. Alternatif akım gücünün etkili değerleri. Alternatif akım devresinde direnç, indüktör, kapasitör. Dallanmamış alternatif akım devresi için Ohm kanunu. Bir elektrik devresinde rezonans. Alternatif akım devresinde çalışma ve güç.

Elektrik salınım devresi. Kendi titreşimleri. Devrede zorlanmış salınımlar. Transformatörler.

Elektromanyetik alan. Girdap elektrik alanı. Önyargı akımları. Elektromanyetik alan. Maxwell'in integral ve diferansiyel formdaki denklem sistemi.

Elektromanyetik dalgalar. Dalga denklemi. Elektromanyetik dalgaların hızı. Umov–Poynting vektörü. Hertz'in deneyleri. A.S. tarafından radyo iletişiminin icadı. Popov. Radyo iletişimi ve radar ilkesi. Elektromanyetik dalga ölçeği.

OPTİK

Optik radyasyon: ultraviyole, görünür, kızılötesi.

Dalga optiğinin teorik temelleri. Dalga denklemi. Düz dalgalar. Düzlem elektromanyetik dalgaların yansıması ve kırılması.

Fotometri. Enerji ve ışık miktarları, birimleri. Görünürlük eğrisi.

Işık girişimi. Tutarlı dalgalar. Bunları elde etme yöntemleri. Mekansal ve zamansal tutarlılık. Eşit kalınlıkta ve eşit eğimli şeritler. İnterferometreler.

Işığın kırınımı. Huygens Fresnel ilkesi; Fresnel bölgeleri. Fresnel kırınımı (yuvarlak bir delik ve yuvarlak bir diskte). Fraunhofer kırınımı (bir yarıkta, bir kırınım ızgarasında). Kırınım ızgarasının temel özellikleri. X-ışını kırınımı. Optik holografi kavramı.

Geometrik optiğin temelleri. Dalga optiğinin sınırlayıcı bir durumu olarak geometrik optik. Temel kavramlar (ışın, paraksiyel ışınlar, ideal optik sistem, eşlenik noktalar). Işınların prizma ile kırılması, iki ortam arasında küresel bir arayüz. Lensin optik gücü. Ana ve odak düzlemleri. Objektif formülü. Optik aletler - büyüteç, mikroskop, tespit kapsamı. Arttırmak. Çözünürlük sınırı (doğrusal, açısal). Spektral cihazlar.

Işığın polarizasyonu. Polarizörler ve analizörler. Malus yasası. Çift kırılma. Tek eksenli tek kristallerde ışın yüzeyleri. Anizotropik ortamda Poynting vektörü ve dalga vektörünün yönlerinin belirlenmesi. Eliptik ve dairesel polarizasyon. Doğrusal polarize dalgaların girişimi.

Işığın dağılımı. Işık hızını belirleme yöntemleri. Faz ve grup hızı. Dispersiyonu incelemek için deneysel yöntemler. Elektronik (klasik) dağılım teorisi. Plazma kırılma indeksi. Optik radyasyonun emilmesi.

Işığın bulanık bir ortam tarafından saçılması (Rayleigh saçılması). Moleküler saçılma. Raman saçılıyor.

Özel görelilik teorisinin deneysel olarak doğrulanması (Michelson-Morley, Fizeau, Townes deneyleri). Lorentz dönüşümleri. Lorentz dönüşümlerinin sonuçları. Doppler etkisi.

Kuantum optiği. Termal radyasyon. Kirchhoff yasası, Wien yer değiştirme yasası, Stefan-Boltzmann yasası. Planck'ın formülü. Fotoefekt: harici, dahili, valf. Temel yasalar. Fotoseller. Işığın foton teorisinin deneysel olarak doğrulanması. Foton özellikleri (enerji, momentum, açısal momentum). Hafif basınç. Lebedev'in deneyleri. Işık basıncının dalga ve foton teorisine dayalı olarak açıklanması. X-ışını radyasyonu, temel özellikleri. Moseley Yasası. Compton etkisi.

Dalga-parçacık ikiliği. De Broglie'nin hipotezi. Parçacıkların dalga özelliklerine ilişkin hipotezin deneysel olarak doğrulanması. Belirsizlik ilişkisi. Kuantum optiğinin sınırlayıcı bir durumu olarak dalga optiği.

KUANTUM FİZİĞİ

Emisyon ve absorpsiyon spektrumlarındaki temel modeller. Bir hidrojen atomunun spektrumu. X-ışını spektrumu.

Rutherford-Bohr atom modeli. Rutherford'un a-parçacık saçılımı üzerine deneyleri. Bohr'un varsayımları. Hidrojen benzeri iyonların enerji seviyeleri. Frank ve Hertz'in deneyleri. Rutherford-Bohr atom modelinin dezavantajları.

Schrödinger denklemi. Dalga fonksiyonu. Potansiyel kuyudaki parçacık. Kuantum sayıları (temel, yörünge, manyetik, spin). Hidrojen atomunun enerji seviyeleri.

Elektronun spini ve manyetik momenti. Manyetik momentin birimi Bohr magnetonudur. Stern-Gerlach deneyleri.

Çok elektronlu atomlar. Pauli'nin ilkesi. Elektronik kabuklar ve alt kabuklar. Zeeman etkisi. D. I. Mendeleev'in periyodik tablosu. Karakteristik X-ışını spektrumları. Moseley Yasası.

Moleküler spektrumlar. Lüminesans. Işığın Raman saçılımı. Kendiliğinden ve zorla (indüklenen) radyasyon. Lazerler. Doğrusal olmayan optik kavramı. İletkenliğin bant teorisi. Süperiletkenlik.

Radyoaktivite. Radyoaktif bozunma yasaları. Nükleer radyasyonu incelemek için deneysel yöntemler. Kütle spektrografları. Çekirdeğin yapısı. Çekirdek, yük ve kütle modelleri. Nükleer kuvvetler. Kütle kusuru ve bağlanma enerjisi. Çekirdeğin damlacık ve kabuk modelleri.

Protonlar, nötronlar, gama ışınları ile ışınlama altında nükleer reaksiyonlar (korunum yasaları, enerji etkisi, eşik enerjisi, etkin reaksiyon kesiti). Fisyon ve füzyon reaksiyonları. Nükleer zincir reaksiyonları. Termonükleer reaksiyonlar. Nükleer enerji ve ekoloji.

Temel parçacıklar: tanımı ve sınıflandırılması. Parçacıklar ve antipartiküller.

Temel etkileşimler. Leptonlar ve hadronlar. Baryon ve lepton sayılarının korunumu kanunu. Parçacık yapısı. Nükleonların kuark modeli. Gluonlar.

ANAHTAR KELİMELER LİSTESİ

Mekanik. Mutlak ve bağıl deformasyonlar. Salınımların genliği. Konum vektörü. Vektör Umov. Dalga denklemi. Dalga süreçleri. Dönme hareketi. Zorlanmış titreşimler. Harmonik titreşimler. Hidrostatik basınç. Jiroskop. Jiroskopik etki. Katı bir cismin eylemsizlik ana eksenleri. Basınç. Deformasyon. Mekanik stres. Dinamik. Arşimet yasası. Hooke yasası. Viskoz akış için Newton yasası. Pascal yasası. Momentumun korunumu kanunu. Sönümlü salınımlar, sönüm katsayısı, logaritmik azalma. İdeal sıkıştırılamaz akışkan. Nabız. Ataletsel referans sistemleri (IRS). Uluslararası Birim Sistemi (SI). Dalga girişimi. Kinetik enerji. Salınımlar. Korunumlu (potansiyel) kuvvetler. Eğrisel hareket. Güncel satırlar. Ağırlık. Maddi nokta. Sarkaçlar. Vektör diyagramı yöntemi. Dürtü anı. Atalet momenti. Güç anı. Katı bir cismin dönme hareketinin dinamiği için temel denklem. Hareket ediyor. Dönem. Enerji akısı yoğunluğu. Enerji yoğunluğu. Toplam mekanik enerji. Einstein'ın önermeleri. İleri hareket. Potansiyel enerji. Jiroskopun devinimi. Galileo'nun görelilik ilkesi. Boyuna ve enine dalgalar. Doğrusal hareket. Yol. İş ve güç. Denge. Üniforma hareket. Eşit derecede değişen hareket. Rezonans. Serbest dönme eksenleri. Kuvvet. Referans sistemi. Hız. Özel görelilik teorisi (STR). Statik. Sabit sıvı akışı. Duran dalgalar. Küresel, silindirik, düzlemsel dalgalar. Çalışan dalga. Sağlam. Steiner-Huygens teoremi. Mevcut tüpler. Açısal hız. Açısal hareket. Açısal ivme. Elastik ve elastik olmayan etkiler. Bernoulli denklemi. Meshchersky denklemi. Akım tüpü için süreklilik denklemi. Hızlanma. Faz. Lissajous figürleri. Tsiolkovsky'nin formülü. Kütle merkezi Sıklık. Reynolds sayısı.

Moleküler fizik. Mutlak sıcaklık. Adyabatik süreç. Amorf ve kristal cisimler. Kristallerin anizotropisi. Barometrik formül. Siparişi kapat. Sürekli hareket makinesi. Nem. İç sürtünme. İç enerji. Termodinamiğin ikinci yasası. Gaz yasaları. Gaz basıncı. Kristallerde uzun menzilli düzen. Denge diyagramı. Difüzyon. Sıvı kristaller. Dulong ve Petit kanunu. İlgili eyaletlerin kanunu. İdeal gaz. İzoprosesler: izotermal, izobarik, izokorik. Kılcal fenomen. Kritik durum. Moleküler kinetik teorisi. Doymuş buhar. Tersinir ve geri döndürülemez süreçler. Ozmotik basınç. Durum parametreleri. Termodinamiğin birinci yasası. Erime ve kristalleşme. Yüzey gerilimi. Yüzey katmanı. Avogadro sabiti. Boltzmann sabiti. Azaltılmış ısı. İş. Isı miktarı. Maxwell-Boltzmann dağılımı. Gerçek gazlar. Bedava enerji. Islatma. Moleküllerin ortalama uzunluğu ve ortalama serbest seyahat süresi. Nernst teoremi. Carnot teoremleri. Termal makineler. Isı kapasitesi. Isı iletkenliği. Termodinamik. Termodinamik sistem. Termodinamik ve istatistiksel yaklaşım. Termodinamik denge. Üçlü nokta. Van der Waals denklemi. Clapeyron-Clausius denklemi. Durum denklemi. Faz geçişleri. Laplace'ın formülü. Carnot döngüsü. Entropi. Joule-Thomson etkisi. Aktarım olgusu.

Elektrik ve manyetizma. Umov–Poynting vektörü. Gaz deşarjı. Alternatif akım gücünün etkili değerleri. Dia-, para- ve ferromanyetizma. Dipol. Geçirgenlik. Biot-Savart-Laplace yasası. Volta yasası. Joule-Lenz yasası. Dallanmamış alternatif akım devresi için Ohm kanunu. Bir elektrik devresinin bir bölümü için Ohm yasası. Faraday yasası. Elektromanyetik indüksiyon kanunu. İndüktans. Elektrostatik alanın indüksiyonu. İndüksiyon. Katot ışınları. Kapasitörler. Temas potansiyeli farkı. Manyetik geçirgenlik. Manyetik alan. Tansiyon. Yarı iletkenler. Sabit elektrik akımı. Potansiyel. Gerilim vektör akışı. Kirchhoff'un kuralları. Lenz'in kuralları. Kendi kendine indüksiyon. Süperpozisyon ilkesi. İletkenler. Piezoelektrik. Elektrik akımının işi ve gücü. Dallanmış zincirler. Süperiletkenlik. Ferroelektrikler. Amper gücü. Lorentz kuvveti. Manyetikler. Mevcut güç. İletken direnci. Dış güçler. EMF, potansiyel fark ve voltaj. Ostrogradsky-Gauss teoremi. Termoelektrik olaylar. Termiyonik emisyon. Önyargı akımları. Nokta elektrik yükü. Transformatörler. Maxwell denklemleri. Elektromanyetik dalga ölçeği. Eşpotansiyellik. Elektretler. Elektrifikasyon. Elektriksel titreşimler. Elektrik salınım devresi. Elektrik alanı. Elektrik kapasitesi. Elektrolitik ayrışma. Elektromanyetik indüksiyon. Elektromanyetik alan. Elektrostatik alan.

Optik. De Broglie el sallıyor. Dalgalar. Geometrik optik. Holografi. Dağılım. Kırınım ızgarası. Kırınım. Tespit kapsamları. İdeal optik sistem. Parazit yapmak. Tutarlılık. Objektif. Büyüteç. Işın. Radyal yüzeyler. Mikroskop. Lensin optik gücü. Optik aletler. Optik radyasyon. Paraksiyel kirişler. Polarizasyon. X-ışını radyasyonu. Eşlenik noktalar. Termal radyasyon. Fotometrik büyüklükler. Fotonlar. Fotoğraf efekti.

Atom fiziği, katı cisim ve atom çekirdeği. Hadronlar. Dalga fonksiyonu. Gluonlar. Kütle kusuru. İletkenliğin bant teorisi. Kuantum sayıları. Kuarklar. Lazerler. Leptonlar. Manyetik an. Nötronlar. Nükleonlar. Yörünge anı. Alt kabuklar. Bohr'un varsayımları. Pauli'nin ilkesi. Protonlar. Radyoaktivite. Spectra. Döndürmek. Elektronik kabuklar. Temel parçacıklar. Enerji seviyeleri. İletişim enerjisi. Nükleer reaksiyonlar. Çekirdek.

TEMATİK PLAN
MEKANİK

MOLEKÜLER FİZİK

ELEKTRİK VE MANYETİZMA