Гіпермаркет Знань>>Фізика

Визначення терміну

Історія фізики

З найдревніших часів люди намагалися зрозуміти властивості матерії: чому різні речовини мають різні властивості, чому тіла падають на землю, тощо виникали питання про будову світу, про природу Сонця і Місяця. Спочатку відповіді на ці запитання намагалися шукати в філософії. Проте філософські теорії, котрі давали відповіді на цізапитання не перевірялися на практиці. Проте, ще в древні часи людство добилося значних успіхів в астрономії, а грецький філософ Архімед навіть зміг дати точні кількісні формулювання багатьох законів механіки й гідростатики. Деякі теорії древніх мудреців були сформульовані у стародавніх Греції та Індії, випереджали час. Одна з основних книг Аристотеля має назву «Фізика», проте фізика Аристотеля впродовж віків залишалася основою знань про природу. Період до наукової революції Наукова революція розпочалася з 16-го століття. Передумовами цієї докорінної зміни були надбання мудреців давньої Індії і Персії: еліптичні моделі планетарних орбіт, що спиралися на геліоцентричну модель Сонячної системи, яку розробив індійський математик і астроном Аріабхата I, теорія про те, що світло еквівалентне енергетичним частинкам буддистських мислителів Дігнаги й Дхармакірті, базові положення атомізму, запропоновані індуськими та джайністськими філософами, оптична теорія арабського вченого Альхазена, винайдена персом Могаммадом аль Фазарі астролябія. Перський учений Насир аль Дін ат Тусі показав значні недоліки птолемеївської системи. В Середні віки почав свій розвиток науковий метод, у якому основна роль відводилася експерименту й математичному опису. Ібн аль-Хайсама (Альхазена) вважають основоположником наукового методу. У «Книзі про оптику»,яку він написав у 1021 році, Альхазен описував експерименти, поставлені для того, щоб доказати справедливість своєї теорії зору, яка стверджувала, що око сприймає світло, випромінене іншими об'єктами, а не випромінює саме, як вважали раніше Евклід і Птолемей. В його експериментах була використана камера-обскура - він перевіряв свої гіпотези щодо властивостей світла: чи світло розповсюджується по прямій, чи змішуються в повітрі різні промені світла. Наукова революція Храрактерною ознакою того часу було утвердження наукового методу досліджень, вичленовування фізики із загалу натурфілософії в окрему область і розвитком окремих розділів фізики: механіки, оптики, термодинаміки, тощо. Більшість науковців вважають, що наукова революція розпочалася в 1543 році, коли Копернику була надрукована його книга «Про обертання небесних сфер».

В 16 столітті на благо фізики як науки працювали Галілео Галілей, Хрістіан Гюйгенс, Йоган Кеплер і Блез Паскаль. Галілей першим почав застосовувати науковий метод, проводив експерименти й сформулював деякі закони динаміки і кінетики, зокрема закон інерції, і перевірив їх дослідним шляхом. В 1687 році Ньютон видав книгу "Principia", в ній в подробицях описав дві основоположні фізичні теорії: закони руху тіл, відомі під назвою закони Ньютона, і закони тяжіння. Обидві теорії чудово узгоджувалися з експериментом. Книга також наводила теорії руху рідин. Дещо згодом класичну механіку переформулювали і розширили Леонард Ейлер, Жозеф-Луї Лагранж, Вільям Гамільтон та ін. Після того,як Ісаак ньютон встановив закони механіки Ньютоном, він почав досліджувати електрику.

Основи створення теорії електрики дали поштовх спостереженням й дослідам таких вчених 17-го століття, як Роберт Бойль, Стівен Ґрей, Бенджамін Франклін. Набули поширення такі поняття як електричний заряд та електричний струм. У 1831 році англійський фізик Майкл Фарадей об'єднав електрику й магнетизм, продемонструвавши, що рухомий магніт індукує в електричному колі струм. Спираючись на цю концепцію, Джеймс Клерк Максвел побудував теорію електромагнітного поля. Крім електромагнітних явищ рівняння Максвела описують світло. Підтвердження цьому знайшов Генріх Герц, відкривши радіохвилі. Внаслідок побудови теорії електромагнітного поля та електромагнітних хвиль перемогою хвильової теорії світла, над корпускулярною теорією Ньютона, завершилася побудова класичної оптики. Оптика була збагачена, завдяки працям Френеля і Янга, і розумінням дифракції та інтерференції світла.

У 18-му- на поч. 19-го століття були відкриті основні закони поведінки газів, сформувалася наука термодинаміка. Всередині 19-го століття Джоулем була встановлена еквівалентність механічної та теплової енергій, що призвело до формулювання закону збереження енергії. Завдяки Клаузіусу був сформульований другий закон термодинаміки, Гібс заклав основи статистичної фізики, Людвіг Больцман запровадив статистичну інтерпретацію поняття ентропії. В кін. 19 століття відбулось значне відкриття - експериментальне підтвердження існування атома. Роль самої фізики змінилась: виникнення електрики, радіо, автомобіля, тощо вимагало великого обсягу прикладних досліджень. Наука стала професією. Фірма General Electric вперше в світі відкрила власні дослідницькі лабораторії. Такі ж лабораторії стали з'являтися в інших фірмах.

На поч. 20 ст. під тиском нових експериментальних даних фізики почали переглядати старі теорії й замінювати їх новими, заглядаючи дедалі глибше в будову матерії. Експеримент Майкельсона-Морлі поставив під сумнів існування ефіру. Були відкриті нові явища: рентгенівські промені та радіоактивність, з'явилися докази існування електрона, експерименти з фотоефекту та вимірювання спектру теплового випромінювання давали результати, які неможливо було пояснити, виходячи із засад класичної фізики. В пресі цей період був названий кризою фізики, проте в цей же час відбувся її тріумф. В 1905 році Альберт Ейнштейн побудував спеціальну теорію відносності, яка продемонструвала, що поняття ефіру зайве при поясненні електромагнітних явищ. При цьому довелося змінити класичну механіку Ньютона, дати їй нове формулювання, справедливе при великих швидкостях. Окрім того, вносились зміни і в уявлення про природу простору й часу. Ейнштейн розвинув свою теорію у загальну теорію відносності, опубліковану в 1916 році. До нової теорії входив опис гравітаційних явищ,що і відкрило шлях до становлення космології - науки про еволюцію Всесвіту. Макс Планк у 1900 році висунув неймовірну ідею, що електромагнітні хвилі випромінюються порціями, енергія яких пропорційна частоті. Ці порції отримали назву квантів, а сама ідея розпочала побудову нової фізичної теорії - квантової механіки, яка ще більше змінила класичну Ньютонівську механіку, цього разу при дуже малих розмірах фізичної системи. В тому ж 1905-му році Альберт Ейнштейн застосував ідею Планка для успішного пояснення експериментів із фотоефекту, припустивши, що електромагнітні хвилі не тільки випромінюються, а й поглинаються квантами. Корпускулярна теорія світла, яка, здавалося, зазнала нищівної поразки в боротьбі з хвильовою теорією, знову отримала підтримку. Суперечка між корпускулярною і хвильовою теорією знайшла своє вирішення в корпускулярно-хвильовому дуалізмі, гіпотезі, яку сформулював Луї де Бройль. Згідно з цією гіпотезою не лише квант світла, а будь-яка інша частинка проявляє водночас властивості, притаманні як корпускулі, так і хвилі. Гіпотеза Луї де Бройля підтвердилася в експериментах з дифракції електронів.

Ернест Резерфорд у 1911 році запропонував планетарну теорію атома, Нільс Бор в 1913 році побудував модель атома, в якій постулював квантовий характер руху електронів. Завдяки роботам Вернера Гайзенберга, Ервіна Шредінгера, Вольфганга Паулі, Поля Дірака та багатьох інших квантова механіка знайшла своє точне математичне формулювання, підтверджуючись численними експериментами. В 1927 році була вироблена копенгагенська інтерпретація, яка відкривала шлях для розуміння законів квантового руху на якісному рівні. Із відкриттям радіоактивності Анрі Бекерелем почався розвиток ядерної фізики, вона привела до появи нових джерел енергії: енергії ядерного синтезу та атомної енергії. Були відкриті при дослідженнях ядерних реакції нові частинки: нейтрон, протон, нейтрино, які започаткували фізику елементарних частинок. Ці нові відкриття стали вкрай важливими для фізики на рівні Всесвіту і дозволили сформулювати теорію його еволюції - теорію Великого Вибуху. Склався остаточний розподіл праці між фізиками-теоретиками й фізиками-експериментаторами. Нині, починаючи зі створення квантової механіки швидкими темпами розвивається фізика твердого тіла, відкриття якої привели до виникнення та розвитку електроніки, а з нею й інформатики, які внесли докорінні зміни в культуру людського суспільства. Фізичні інструменти й фізичні теорії поширился в такі області науки як хімію, біологію, медицину, в сторону яких, загалом, змістився інтерес суспільства.

Фізика в Україні

Фізика, як його складова частина, порали розвиватися в Україні з виникненням перших університетів. Серед них провідне місце зайняла Могилянська академія. В середині 19-го століття почали засновуватися університетські фізичні факультети, як в межах царської Росії, так і на теренах Австро-Угорської імперії. На поч. 20 століття почали розвиватися численні науково-дослідні інститути, зокрема Харківський Фізико-технічний інститут, Інститут фізики, Інститут теоретичної фізики. В Україні працювали такі визначні фізики, як Микола Миколайович Боголюбов, Олександр Сергійович Давидов та багато інших.

Основні галузі фізики

Сучасні фізичні дослідження розподіляють на окремі галузі, які вивчають різні аспекти матеріального світу. Фізика конденсованих середовищ є одною з найбільших окремих галузей досліджень. Вона сконцентрована на вивченні властивостей звичних проявів матерії, таких як тверді тіла та рідини. Атомна, молекулярна фізика та оптика мають справу саме з індивідуальними атомами та молекулами. Галузь фізики елементарних частинок досліджує властивості субмікроскопічних, набагато менших ніж атоми, частинок, із яких побудована вся матерія. Нарешті, астрофізика прикладає фізичні закони до пояснення астрономічних феноменів, починаючи від Сонця та інших об'єктів сонячної системі, і закінчуючи Всесвітом як таким.

^{Конспекти уроків, реферати та курсові роботи з Астрономії та Фізики, лабораторні з фізики, конспекти уроків з фізики, гдз з фізики, загальна фізика, збірник задач по фізиці, запитання та відповіді з фізики, астрономія реферати, уроки по астрономії, планування уроків з астрономії}