A tudomány | |
Fizika | |
---|---|
görög Φυσική | |
Téma | természettudomány |
Tanulmányi tárgy | Anyag (anyag és mező), mozgásának és interakciójának formái |
Eredeti időszak | 17. század |
Fő irányok | mechanika , termodinamika , optika , elektrodinamika , elméleti fizika stb. |
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
A fizika ( más görög φυσική - " természetes " szóból φύσις - " természet ") a természettudomány területe : a természet , az anyag , szerkezetének, mozgásának és átalakulási szabályainak legáltalánosabb törvényeinek tudománya. A fizika fogalmai és törvényei minden természettudomány alapját képezik [1] [2] . Egy egzakt tudomány .
A "fizika" kifejezés először az ókor egyik legnagyobb gondolkodójának, Arisztotelésznek (Kr. e. 4. század) írásaiban jelenik meg. Kezdetben a "fizika" és a " filozófia " kifejezések szinonimák voltak , mivel mindkét tudományág azon a vágyon alapult, hogy megmagyarázzák az Univerzum működésének törvényeit . A 16. századi tudományos forradalom eredményeként azonban a fizika önálló tudományos ággá fejlődött.
A modern világban a fizika jelentősége rendkívül nagy. Mindaz, ami a modern társadalmat megkülönbözteti az elmúlt évszázadok társadalmától, a fizikai felfedezések gyakorlati alkalmazásának eredményeként jelent meg. Tehát az elektromágnesesség területén végzett kutatások a telefonok , majd a mobiltelefonok megjelenéséhez vezettek, a termodinamika felfedezései lehetővé tették az autók létrehozását, az elektronika fejlődése pedig a számítógépek megjelenését . A fotonika fejlődése alapvetően új - fotonikus - számítógépek és egyéb fotonikus berendezések létrehozását teheti lehetővé, amelyek a meglévő elektronikai berendezéseket váltják fel. A gázdinamika fejlődése repülőgépek és helikopterek megjelenéséhez vezetett.
A természetben lezajló folyamatok fizikájának ismerete folyamatosan bővül és mélyül. A legtöbb új felfedezés hamarosan megvalósíthatósági tanulmányt kap ( különösen az iparban ). A kutatók azonban folyamatosan új rejtélyekkel szembesülnek – olyan jelenségeket fedeznek fel, amelyek magyarázatához és megértéséhez új fizikai elméletekre van szükség. A hatalmas mennyiségű felhalmozott tudás ellenére a modern fizika még mindig nagyon messze van attól, hogy minden természeti jelenséget megmagyarázzon.
A fizikai módszerek általános tudományos alapjait a tudáselmélet és a tudománymódszertan alakítja ki .
A „fizika” szót M. V. Lomonoszov vezette be az orosz nyelvbe , aki kiadta az első fizika tankönyvet Oroszországban - H. Wolf „Wolfian Experimental Physics” című tankönyvének német nyelvű fordítását (1746) [3] . Az első eredeti orosz nyelvű fizikatankönyv a "Fizika rövid vázlata" (1810) volt, amelyet P. I. Strakhov írt .
A fizika a természettudomány ( természettudomány ) a legáltalánosabb értelemben (a természettudomány része ). Tanulmányozásának tárgya az anyag ( anyag és mező formájában ) és mozgásának legáltalánosabb formái, valamint a természet alapvető kölcsönhatásai , amelyek irányítják az anyag mozgását.
Néhány minta minden anyagi rendszerben közös (például az energiamegmaradás ) – ezeket fizikai törvényeknek nevezzük.
A fizika szorosan kapcsolódik a matematikához : a matematika biztosítja azt az apparátust, amellyel a fizikai törvényeket pontosan meg lehet fogalmazni. A fizikai elméleteket szinte mindig matematikai egyenletként fogalmazzák meg, a matematika más tudományokban megszokottnál bonyolultabb ágait felhasználva. Ezzel szemben a matematika számos területének fejlődését a fizikai tudomány igényei ösztönözték.
A fizika természettudomány. Az ismeretek forrása számára a gyakorlati tevékenység: megfigyelések, természeti jelenségek kísérleti tanulmányozása, termelési tevékenységek. A fizikai ismeretek helyességét kísérletekkel, a tudományos ismeretek termelési tevékenységben történő felhasználásával igazolják. A tudományos megfigyelések és kísérletek eredményeinek általánosítása azok a fizikai törvények , amelyek megmagyarázzák ezeket a megfigyeléseket és kísérleteket [4] . A fizika az alapvető és legegyszerűbb jelenségek tanulmányozására és az egyszerű kérdések megválaszolására összpontosít: miből áll az anyag , hogyan hatnak egymásra az anyagrészecskék, milyen szabályok és törvények szerint mozognak a részecskék stb.
A fizikai kutatás alapja a tények megállapítása megfigyeléssel és kísérletezéssel . Egy kísérletsorozat adatainak elemzése lehetővé teszi egy minta azonosítását és megfogalmazását . A kutatás első szakaszában a mintázatok túlnyomórészt empirikus, fenomenológiai jellegűek, azaz a jelenséget kvantitatívan írják le, a vizsgált testekre és anyagokra jellemző bizonyos paraméterek segítségével . A kapott tényeket leegyszerűsítésnek, idealizálásnak vetik alá ideális tárgyak bevezetésével. Az idealizálás alapján modelleket készítenek a vizsgált tárgyakról, jelenségekről. A fizikai objektumok, modellek és ideális tárgyak leírása a fizikai mennyiségek nyelvén történik. Ezután kapcsolatok jönnek létre a természeti jelenségek között, és fizikai törvények formájában fejeződnek ki [5] . A fizikai törvényszerűségeket egy átgondolt kísérlet segítségével tesztelik , amelyben a jelenség (jelenség) a lehető legtisztább formában nyilvánulna meg, és nem bonyolítaná más jelenségek (jelenségek). A minták és paraméterek elemzésével a fizikusok olyan fizikai elméleteket építenek fel , amelyek lehetővé teszik a vizsgált jelenségek magyarázatát a testek és anyagok szerkezetére, valamint az alkotórészeik közötti kölcsönhatásra vonatkozó elképzelések alapján. A fizikai elméletek pedig megteremtik a precíz kísérletek felállításának előfeltételeit, amelyek során elsősorban alkalmazhatóságuk köre dől el. Az általános fizikai elméletek lehetővé teszik olyan fizikai törvények megfogalmazását, amelyek általános igazságnak számítanak mindaddig, amíg az új kísérleti eredmények felhalmozódása nem igényli azok finomítását vagy felülvizsgálatát.
Így például Stephen Gray észrevette, hogy megnedvesített szálak segítségével az elektromosságot meglehetősen nagy távolságra lehet továbbítani, és elkezdte vizsgálni ezt a jelenséget. Georg Ohm kvantitatív mintát tudott azonosítani számára - a vezetőben lévő áram egyenesen arányos a feszültséggel, és fordítottan arányos az áramvezető ellenállásával. Ez a minta Ohm törvényeként ismert . Ebben az esetben természetesen Ohm kísérletei új energiaforrásokra és az elektromos áram hatásának mérésére szolgáló új módszerekre támaszkodtak , amelyek lehetővé tették annak számszerűsítését. A további kutatások eredményei lehetővé tették az áramvezetők alakjától és hosszától való elvonatkoztatást, és olyan fenomenológiai jellemzők bevezetését, mint a vezető ellenállása és az áramforrás belső ellenállása . Az Ohm-törvény továbbra is az elektrotechnika alapja, de a kutatások feltárták az alkalmazhatóság körét is - nemlineáris áram-feszültség karakterisztikával rendelkező elektromos áramköri elemek , valamint olyan anyagok, amelyek bizonyos helyzetekben nem rendelkeznek elektromos ellenállással - szupravezetők . A töltött mikrorészecskék - elektronok (később protonok és mások) felfedezése után az elektromos vezetőképesség mikroszkópos elméletét fogalmazták meg, amely megmagyarázza az ellenállás hőmérséklettől való függését az elektronok szétszóródásával a kristályrács rezgésein, a szennyeződéseken stb.
Ugyanakkor téves lenne azt feltételezni, hogy csak az empirikus megközelítés határozza meg a fizika fejlődését. Sok fontos felfedezést tettek „a toll hegyén”, vagy elméleti hipotézisek kísérleti tesztelését. Például Pierre Louis de Maupertuis általános megfontolások alapján fogalmazta meg 1744-ben a legkisebb cselekvés elvét , melynek érvényessége az elv egyetemessége miatt kísérletileg nem állapítható meg. Jelenleg a klasszikus és a kvantummechanika, a térelmélet a legkisebb cselekvés elvén alapul. Max Planck 1899-ben vezette be az elektromágneses térkvantum fogalmát , egy cselekvéskvantumot, amely szintén nem megfigyelések és kísérletek következménye, hanem pusztán elméleti hipotézis. Albert Einstein 1905-ben publikált egy munkát a speciális relativitáselméletről , amely deduktív módon a legáltalánosabb fizikai és geometriai megfontolások alapján készült. Henri Poincaré , a fizika tudományos módszereiben jártas matematikus azt írta, hogy sem a fenomenológiai, sem a spekulatív megközelítés nem írja le és nem is írja le külön a fizikai tudományt [6] .
A fizika kvantitatív tudomány. A fizikai kísérlet méréseken alapul, vagyis a vizsgált jelenségek jellemzőinek összehasonlítása bizonyos szabványokkal. Ennek érdekében a fizika fizikai mértékegységeket és mérőműszereket fejlesztett ki. Az egyes fizikai egységek fizikai egységek rendszereivé egyesülnek. Tehát a tudomány fejlődésének jelenlegi szakaszában a nemzetközi mértékegységrendszer (SI) a szabvány , de a legtöbb teoretikus még mindig inkább a Gauss-féle mértékegységrendszert (CGS) használja .
A kísérleti úton kapott kvantitatív függéseket matematikai módszerekkel dolgozzák fel, ami viszont lehetővé teszi a vizsgált jelenségek matematikai modelljének felépítését.
Az egyes jelenségek természetére vonatkozó elképzelések változásával megváltoznak azok a fizikai mértékegységek is, amelyekben a fizikai mennyiségeket mérik. Így például a hőmérséklet mérésére először tetszőleges hőmérsékleti skálákat javasoltak, amelyek a jellemző jelenségek (például fagyás és forrásban lévő víz) közötti hőmérséklet-intervallumot bizonyos számú kisebb intervallumra osztották, amelyeket hőmérsékleti fokoknak neveztek. A hőmennyiség mérésére bevezették a kalória mértékegységet , amely meghatározta, hogy egy gramm víz egy fokkal felmelegítéséhez mennyi hőmennyiségre van szükség. Idővel azonban a fizikusok összefüggést találtak az energia mechanikai és termikus formája között. Így kiderült, hogy a hőmennyiség korábban javasolt mértékegysége, a kalória, redundáns, akárcsak a hőmérséklet mértékegysége . A hő és a hőmérséklet egyaránt mérhető a mechanikai energia mértékegységében. A modern korban a kalória és a fokszám nem ment ki a gyakorlati hasznosításból, de pontos számszerű kapcsolat van e mennyiségek és a Joule energiaegység között . A fok, mint a hőmérséklet egysége benne van az SI rendszerben , és a hőmérsékletről az energiamennyiségre való átmenet együtthatója - a Boltzmann-állandó - fizikai állandónak tekinthető.
A fizika az anyag tudománya , tulajdonságai és mozgása . Az egyik legősibb tudományos tudományág [7] .
Az emberek ősidők óta próbálják megérteni az anyag tulajdonságait: miért esnek a testek a földre, miért eltérőek a különböző anyagok stb. . Ezekre a kérdésekre eleinte a filozófiában próbáltak választ keresni . Az ilyen kérdések megválaszolására törekvő filozófiai elméleteket többnyire nem tesztelték a gyakorlatban. Annak ellenére azonban, hogy a filozófiai elméletek gyakran helytelenül írták le a megfigyeléseket, az emberiség még az ókorban is jelentős sikereket ért el a csillagászatban , és a nagy görög tudósnak, Arkhimédésznek még a mechanika és a hidrosztatika számos törvényének pontos mennyiségi megfogalmazását is sikerült megadnia.
Az ókori gondolkodók egyes elméletei, például az atomokról szóló elképzelések , amelyeket az ókori Görögországban és Indiában fogalmaztak meg, megelőzték korukat. A természettudomány fokozatosan kezdett elszakadni az általános filozófiától , amelynek legfontosabb összetevője a fizika volt. Már Arisztotelész is használta a „fizika” elnevezést egyik fő értekezésének címében [8] . Számos helytelen állítás ellenére Arisztotelész fizika évszázadokon át a természettel kapcsolatos ismeretek alapja maradt.
Az emberiség azon képessége, hogy kétségbe vonja és felülvizsgálja a korábban egyedül igaznak tartott álláspontokat, új kérdésekre keresve a választ, végül a nagy tudományos felfedezések korszakához vezetett, amelyet ma tudományos forradalomnak neveznek , és amely a 2010 közepén kezdődött. 16. század. Ezeknek az alapvető változásoknak az előfeltételei az ókori gondolkodók hagyatékának köszönhetően alakultak ki, akiknek öröksége Indiáig és Perzsiáig vezethető vissza. Nasir al-Din al-Tusi perzsa tudós rámutatott a ptolemaioszi rendszer jelentős hiányosságaira .
A középkori Európa egy időre elvesztette az ókor ismereteit, de az arab kalifátus hatására visszatértek Arisztotelész arabok által megőrzött művei. A XII-XIII. században indiai és perzsa tudósok munkái is eljutottak Európába. A középkorban kezdett kialakulni a tudományos módszer, amelyben a kísérleteknek és a matematikai leírásnak volt a főszerepe. Ibn al-Haytham ( Alhazen ) 1021-ben írt "Optika könyvében" kísérleteket írt le, amelyek megerősítették látáselméletét, amely szerint a szem más tárgyak által kibocsátott fényt érzékeli, és nem maga a szem bocsát ki fényt, mint Eukleidész. és Ptolemaiosz. Ibn al-Haytham kísérletei egy camera obscurát használtak . Ennek az eszköznek a segítségével tesztelte a fény tulajdonságaira vonatkozó hipotéziseit: vagy a fény egyenes vonalban terjed, vagy különböző fénysugarak keverednek a levegőben [9] .
A tudományos forradalom időszakát a tudományos kutatási módszer jóváhagyása, a fizika természetfilozófia tömegétől külön területre való elkülönítése és a fizika egyes szakaszainak fejlesztése jellemzi: a mechanika, az optika, a termodinamika stb . 10]
A legtöbb történész azon a véleményen van, hogy a tudományos forradalom 1543 -ban kezdődött , amikor Nicolaus Kopernikust elhozták Nürnbergből az égi szférák forradalmairól szóló könyvének első nyomtatott példányában .
Ezt követően mintegy száz éven át olyan kutatók munkáival gazdagodott az emberiség, mint Galileo Galilei , Christian Huygens , Johannes Kepler , Blaise Pascal és mások. [11] Galileo volt az első, aki következetesen alkalmazta a tudományos módszert, kísérleteket végzett. hogy megerősítse feltevéseit és elméleteit. Megfogalmazta a dinamika és a kinematika néhány törvényét, különösen a tehetetlenségi törvényt, és empirikusan tesztelte. 1687- ben Isaac Newton kiadta a Principiát, amelyben részletesen leírt két alapvető fizikai elméletet: a testek mozgásának törvényeit, amelyeket Newton-törvényekként ismernek, és a gravitáció törvényeit. Mindkét elmélet kiváló összhangban volt a kísérlettel. A könyv elméleteket is adott a folyadékok mozgásáról [12] . Ezt követően a klasszikus mechanikát újrafogalmazták és kibővítették Leonhard Euler , Joseph Louis Lagrange , William Rowan Hamilton és mások [13] . A gravitáció törvényei lefektették az alapot a későbbi asztrofizikává , amely fizikai elméleteket használ a csillagászati megfigyelések leírására és magyarázatára.
Oroszországban Mihail Lomonoszov volt az első, aki jelentős mértékben hozzájárult a fizikai ásványtan, a matematikai fizika, a biofizika és a csillagászat fejlődéséhez az aurorák és az üstökösfarok fizikája tanulmányozásában [13] . A fizika terén elért legjelentősebb tudományos eredményei közé tartozik az anyag és az anyag szerkezetének atomrészecske-elmélete. Lomonoszov és kollégája, GV Rikhman munkái jelentősen hozzájárultak a villámkisülések elektromos természetének megértéséhez. Lomonoszov nemcsak briliáns, hosszú távú tanulmányt végzett a légkör elektromosságáról, és számos empirikus mintát állapított meg a zivatarjelenségekről, hanem „Egy szó a levegő jelenségeiről, az elektromos erő fellépéséből” (1753) című munkájában is kifejtette a zivatar jelenségének okát. elektromosság megjelenése zivatarfelhőkben a meleg levegő (a Föld felszíne közelében) és a hideg levegő (a felső légkörben) konvekciója révén. Lomonoszov kidolgozta a fényelméletet, és háromkomponensű színelméletet terjesztett elő, melynek segítségével megmagyarázta a színjelenségek élettani mechanizmusait. Lomonoszov szerint a színeket háromféle éter és háromféle, a szem alját alkotó színérzékelő anyag hatása okozza. A színelmélet és a színlátás, amelyet Lomonoszov 1756-ban javasolt, kiállta az idő próbáját, és elfoglalta méltó helyét a fizikai optika történetében.
Miután Newton megalkotta a mechanika törvényeit, a következő kutatási terület az elektromosság volt. Az elektromosság elméletének megalkotásának alapjait olyan 17. és 18. századi tudósok megfigyelései és kísérletei rakták le, mint Robert Boyle , Stephen Gray , Benjamin Franklin [13] . Kialakultak az alapfogalmak - elektromos töltés és elektromos áram. 1831-ben Michael Faraday angol fizikus megmutatta az elektromosság és a mágnesesség közötti kapcsolatot, bemutatva, hogy a mozgó mágnes áramot indukál egy elektromos áramkörben. James Clerk Maxwell erre a koncepcióra alapozva építette fel az elektromágneses tér elméletét. A fénysebességgel terjedő elektromágneses hullámok létezése Maxwell egyenletrendszeréből következett. Ennek kísérleti megerősítését találta Heinrich Hertz , aki felfedezte a rádióhullámokat [14] .
Az elektromágneses tér és az elektromágneses hullámok elméletének felépítésével, a Huygens által alapított fényhullámelmélet győzelmével Newton korpuszkuláris elmélete felett, a klasszikus optika felépítése befejeződött. Ezen az úton az optika gazdagodott a fény diffrakciójának és interferenciájának megértésével, amelyet Augustin Fresnel és Thomas Young munkája révén értek el .
A 18. és a 19. század elején felfedezték a gázok viselkedésének alapvető törvényeit, és Sadi Carnot munkája a hőgépek elméletéről új szakaszt nyitott a termodinamika fejlődésében . A 19. században Julius Mayer és James Joule megállapította a mechanikai és hőenergia egyenértékűségét, ami az energiamegmaradás törvényének kiterjesztett megfogalmazásához vezetett ( a termodinamika első törvénye ) [15] . Rudolf Clausiusnak köszönhetően megfogalmazódott a termodinamika második főtétele és bevezették az entrópia fogalmát . Később Josiah Willard Gibbs lefektette a statisztikai fizika alapjait , Ludwig Boltzmann pedig az entrópia fogalmának statisztikai értelmezését javasolta [16] .
A 19. század végére a fizikusok jelentős felfedezésre jutottak - az atom létezésének kísérleti megerősítésére. Ebben az időben a fizika szerepe a társadalomban is jelentősen megváltozott. Az új technológia (villamos energia, rádió, autó stb.) megjelenése nagy mennyiségű alkalmazott kutatást igényelt. A tudomány szakma lett. A General Electric volt az első, aki saját kutatólaboratóriumot nyitott; ugyanezek a laboratóriumok más cégeknél is megjelentek.
A tizenkilencedik század vége, a huszadik század eleje volt az az időszak, amikor az új kísérleti adatok nyomására a fizikusoknak felül kellett vizsgálniuk a régi elméleteket, és újakkal kellett helyettesíteniük, egyre mélyebbre tekintve az anyag szerkezetében. A Michelson-Morley-kísérlet kidöntötte az alapot a klasszikus elektromágnesesség lába alól, kétségbe vonva az éter létezését. Új jelenségeket fedeztek fel, mint például a röntgensugárzás és a radioaktivitás. Mielőtt a fizikusoknak volt idejük bebizonyítani az atom létezését, megjelentek az elektron létezésére vonatkozó bizonyítékok, a fotoelektromos hatással végzett kísérletek és a hősugárzás spektrumának vizsgálata olyan eredményeket hozott, amelyeket a klasszikus fizika alapelvei alapján nem lehetett megmagyarázni. A sajtóban ezt az időszakot a fizika válságának nevezték, ugyanakkor a fizika diadala korszaka is lett, amelynek során sikerült új forradalmi elméleteket kidolgozni, amelyek nemcsak érthetetlen jelenségeket magyaráztak meg, hanem sok mást is, utat nyitottak a fizika számára. a természet új megértése.
1905-ben Albert Einstein megalkotta a speciális relativitáselméletet, amely bebizonyította, hogy az éter fogalmára nincs szükség az elektromágneses jelenségek magyarázatához. Ezzel egy időben Newton klasszikus mechanikáján is változtatni kellett, így új, nagy sebességnél is érvényes megfogalmazást kapott. A tér és az idő természetére vonatkozó elképzelések is gyökeresen megváltoztak [17] . Einstein elméletét az 1916-ban publikált általános relativitáselméletté fejlesztette. Az új elmélet tartalmazta a gravitációs jelenségek leírását, és megnyitotta az utat a kozmológia, az Univerzum evolúciójával foglalkozó tudomány fejlődése előtt [18] .
A fekete test hősugárzásának problémáját figyelembe véve Max Planck 1900-ban felvetette azt a hihetetlen gondolatot, hogy az elektromágneses hullámok részletekben bocsátanak ki, amelyek energiája arányos a frekvenciával. Ezeket a részeket kvantumoknak nevezték, és maga az ötlet egy új fizikai elmélet – a kvantummechanika – felépítését indította el, amely tovább változtatta a klasszikus newtoni mechanikát, ezúttal a fizikai rendszer nagyon kis méreteiben. Szintén 1905-ben Albert Einstein alkalmazta Planck ötletét a fotoelektromos hatással végzett kísérletek sikeres magyarázatára, feltételezve, hogy az elektromágneses hullámokat nemcsak kibocsátják, hanem a kvantumok is elnyelik. A fény korpuszkuláris elmélete, amely a jelek szerint megsemmisítő vereséget szenvedett a hullámelmélettel vívott küzdelemben, ismét támogatást kapott.
A korpuszkuláris és a hullámelmélet közötti vita a hullám-részecske kettősségben találta meg a megoldást, ezt a hipotézist fogalmazta meg Louis de Broglie . E hipotézis szerint nemcsak egy fénykvantum, hanem bármely más részecske is egyidejűleg rendelkezik mind a testekben, mind a hullámokban rejlő tulajdonságokkal. Louis de Broglie hipotézisét elektrondiffrakciós kísérletek igazolták.
1911-ben Ernest Rutherford javasolta az atom bolygóelméletét, 1913-ban pedig Niels Bohr megépítette az atom modelljét, amelyben az elektronok mozgásának kvantum természetét feltételezte. Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli, Paul Dirac és még sokan mások munkájának köszönhetően a kvantummechanika megtalálta pontos matematikai megfogalmazását, amelyet számos kísérlet is megerősített. 1927-ben megszületett a koppenhágai értelmezés, amely megnyitotta az utat a kvantummozgás törvényeinek minőségi szintű megértéséhez [19] [20] .
A radioaktivitás Henri Becquerel általi felfedezésével megkezdődött a magfizika fejlődése, amely új energiaforrások megjelenéséhez vezetett: az atomenergia és a magfúziós energia. A magreakciók tanulmányozása során felfedezett új részecskék: neutron , proton , neutrínó , az elemi részecskefizikát eredményezték [21] . Ezek az új felfedezések a szubatomi szinten nagyon fontosnak bizonyultak a fizika számára az Univerzum szintjén, és lehetővé tették az evolúció elméletének – az ősrobbanás elméletének – megfogalmazását .
Végső munkamegosztás volt az elméleti fizikusok és a kísérleti fizikusok között. Enrico Fermi volt talán az utolsó kiemelkedő fizikus, aki mind elméletben, mind kísérleti munkában sikeres volt.
A fizika élvonala az alapjogi kutatások birodalmába költözött, és célja egy olyan elmélet létrehozása, amely az univerzumot az alapvető kölcsönhatások elméleteinek egységesítésével magyarázná. Ezen az úton a fizika részsikereket ért el az elektrogyenge kölcsönhatás elmélete és a kvarkok elmélete formájában, általánosítva az úgynevezett standard modellben. A gravitáció kvantumelmélete azonban még nem épült fel. Bizonyos remények kapcsolódnak a húrelmélethez.
A kvantummechanika létrejötte óta rohamosan fejlődik a szilárdtestfizika, melynek felfedezései az elektronika, és ezzel együtt a számítástechnika megjelenéséhez és fejlődéséhez vezettek, amely alapvető változásokat hozott az emberi társadalom kultúrájában.
A fizika lényegében kísérleti tudomány: minden törvénye és elmélete kísérleti adatokon alapul. Azonban gyakran az új elméletek adják a kísérletek végzését, és ennek eredményeként új felfedezések alapját. Ezért szokás különbséget tenni a kísérleti és az elméleti fizika között.
A kísérleti fizika előre meghatározott körülmények között vizsgálja a természeti jelenségeket. Feladatai közé tartozik a korábban ismeretlen jelenségek felderítése, a fizikai elméletek megerősítése vagy cáfolata, valamint a fizikai állandók értékeinek finomítása. A fizikában számos eredményt értek el olyan jelenségek kísérleti felfedezésének köszönhetően, amelyeket a létező elméletek nem írnak le. Például a fotoelektromos hatás kísérleti vizsgálata a kvantummechanika létrejöttének egyik előfeltétele volt (bár a kvantummechanika születését Planck hipotézisének megjelenésének tekintik , amelyet az ultraibolya katasztrófa megoldására terjesztett elő - ez a paradoxon klasszikus elméleti sugárzásfizika).
Az elméleti fizika feladatai közé tartozik az általános természeti törvények megfogalmazása és a különféle jelenségek ezen törvényszerűségei alapján történő magyarázata, valamint az eddig ismeretlen jelenségek előrejelzése. Bármely fizikai elmélet helyességét kísérletileg igazoljuk: ha a kísérlet eredményei egybeesnek az elmélet előrejelzéseivel, akkor megfelelőnek minősül (kellően pontosan írja le az adott jelenséget).
Bármely jelenség vizsgálatánál a kísérleti és az elméleti szempontok egyformán fontosak.
A fizika kezdettől fogva mindig is nagy alkalmazott jelentőséggel bírt, és olyan gépekkel és mechanizmusokkal együtt fejlődött, amelyeket az emberiség saját szükségleteinek kielégítésére használt. A fizikát széles körben használják a mérnöki tudományokban, sok fizikus volt egyidejűleg feltaláló is, és fordítva. A mechanika, mint a fizika része, szorosan kapcsolódik az elméleti mechanikához és az anyagok szilárdságához, mint mérnöki tudományokhoz. A termodinamika a hőtechnikához és a hőgépek tervezéséhez kapcsolódik. Az elektromosság az elektrotechnikához és az elektronikához kötődik, amelyek kialakulásához és fejlesztéséhez nagyon fontosak a szilárdtestfizikai kutatások. A magfizika vívmányai az atomenergia és hasonlók megjelenéséhez vezettek.
A fizikának széles interdiszciplináris kapcsolatai is vannak. A fizika, a kémia és a mérnöki tudomány határán olyan tudományág jelent meg, mint az anyagtudomány, és rohamosan fejlődik . Módszereket és eszközöket használ a kémia, ami két kutatási irányvonal kialakításához vezetett: a fizikai kémia és a kémiai fizika . Egyre erősebb a biofizika - a biológia és a fizika határát jelentő kutatási terület, amelyben a biológiai folyamatokat a szerves anyagok atomi szerkezete alapján vizsgálják. A geofizika a geológiai jelenségek fizikai természetét vizsgálja. Az orvostudomány olyan módszereket használ, mint a röntgen és az ultrahang, a mágneses magrezonancia a diagnózishoz, a lézerek a szembetegségek kezelésére, a nukleáris besugárzás az onkológiában és hasonlók.
Bár a fizika számos rendszerrel foglalkozik, néhány fizikai elmélet a fizika nagy területeire alkalmazható. Az ilyen elméleteket általában helyesnek tekintik, további korlátozások mellett. Például a klasszikus mechanika akkor helyes, ha a vizsgált objektumok mérete sokkal nagyobb, mint az atomok mérete , a sebességek sokkal kisebbek, mint a fénysebesség , és a gravitációs erők kicsik. Ezeket az elméleteket még mindig aktívan kutatják; például a klasszikus mechanika olyan aspektusát, mint a káoszelmélet , csak a XX. században fedezték fel . Ezek képezik minden fizikai kutatás alapját. Ezen elméletek keretén belül M. V. Lomonoszov kifejtette az anyagok aggregált állapotának okait (szilárd, folyékony és gáznemű halmazállapot), és kidolgozta a hőelméletet.
A makroszkopikus fizika az ismert világ jelenségeit és törvényeit vizsgálja, ahol a testek mérete összemérhető az ember méretével .
A mikroszkópos fizika a "mikrovilágot" tárja fel, ahol a testek mérete sokszorosa az ember méretének .
orosz
Külföldi
Valamint az arXiv.org nyomtatás előtti archívum , ahol a cikkek sokkal korábban jelennek meg, mint a folyóiratokban, és ingyenesen letölthetők.
Tudományos irányok | |
---|---|
Bölcsészettudományok Természetes Nyilvános Alkalmazott Műszaki Pontos | |
Tudomány tudománya |
Természettudományok | |
---|---|
Anyagtudományi szekciók | ||
---|---|---|
Alapvető definíciók |
| |
Fő irányok | ||
Általános szempontok |
| |
Egyéb fontos útmutatások |
| |
Kapcsolódó tudományok |
Szótárak és enciklopédiák |
| |||
---|---|---|---|---|
|