A fizika története

A fizika története a fizika evolúcióját tárja fel – egy olyan tudományt , amely az anyagi világban lévő tárgyak alapvető (legáltalánosabb) tulajdonságait és mozgástörvényeit vizsgálja. A fizikatörténet tárgya a fizikai ismeretek fejlődésének főbb eseményeinek, irányzatainak azonosítása és általánosított elemzése.

A 17. századig a mechanika , a fizika, a kémia, a földtudományok, a csillagászat , sőt a fiziológia is része volt a „ természetfilozófiának ” nevezett „ tudáscsomagnak ”, amely a természeti jelenségekről szóló pozitív információkat és a briliáns sejtéseket (tér, idő fogalma) egyesítette. , mozgás, a természetes szabályosság gondolata , a világ végtelensége, a tér kontinuuma, az anyag diszkrét szerkezete) spekulatív fantáziákkal és téves következtetésekkel e jelenségek okairól [1] .

A fizika, mint önálló tudomány története a 17. században kezdődik Galilei és tanítványai kísérleteivel. A klasszikus fizika elméleti alapjait Newton teremtette meg a 17. század végén. A gyors technológiai fejlődés és annak elméleti megértése a 18-19. században az alapvető fizikai fogalmak ( tömeg , energia , lendület , atomok , stb.) azonosításához és kapcsolatuk alapvető törvényszerűségeinek felfedezéséhez vezetett, amelyet jól igazoltak a 18-19. kísérletek [2] .

A 20. század elején egyszerre több területen is felfedezték a klasszikus fizika korlátozott alkalmazási körét. Megjelent a relativitáselmélet , a kvantumfizika és a mikrorészecskék elmélete . De a megoldatlan fizikai problémák száma még mindig nagy, és ez serkenti a fizikusok tevékenységét e tudomány továbbfejlesztése érdekében.

Téma szerint
Tudománytörténet

Matematika
Természettudományok
Csillagászat
Biológia
Növénytan
Földrajz
Geológia
talajtudomány
Fizika
Kémia
Ökológia
Társadalomtudományok
Sztori
Nyelvészet
Pszichológia
Szociológia
Filozófia
Gazdaság
Technológia
Informatika
Mezőgazdaság
A gyógyszer
Navigáció
Kategóriák

Korai fizikai nézetek

Az ókori világban a csillagászat , az optika és más tudományok kialakulása zajlott, amelyek fejlődése nemcsak ösztönözte a matematika fejlődését , hanem nagymértékben függött is tőle. Ezzel párhuzamosan kialakult a természetfilozófia is , amely megpróbálta (leginkább minőségileg) megmagyarázni a jelenségek okait. Ha egy természeti jelenségről nem lehetett gyakorlatilag használható modellt létrehozni, akkor vallási mítoszok váltották fel (például „ a villám az istenek haragja ”, „a napfogyatkozást egy sárkány cselszövése okozza” ”) [3] .

Az ókorban nagyon kevés eszköz volt az elméleti modellek tesztelésére és annak kiderítésére, hogy melyik a helyes, még akkor sem, ha mindennapi földi jelenségekről volt szó. Az egyetlen fizikai mennyiség, amelyet ezután elég pontosan meg lehetett mérni, a súly , a hossz és a szög volt . Az idő mércéje a nappal volt , amelyet az ókori Egyiptomban nem 24 órára, hanem 12 nappali és 12 éjszakai órára osztottak, így két különböző óra volt, és a különböző évszakokban eltérő volt az óra időtartama [4] . De még akkor is, ha a számunkra jól ismert időegységeket megállapították, a pontos órák hiánya miatt a legtöbb fizikai kísérletet lehetetlen lenne elvégezni. Ezért természetes, hogy a tudományos iskolák helyett spekulatív vagy misztikus tanítások merültek fel.

Mezopotámia és az ókori Egyiptom

Annak ellenére, hogy az ókori Egyiptom és Babilon (Kr. e. III-I. évezred) nagyszámú dokumentuma jutott hozzánk, egyik sem tartalmaz fizikára vonatkozó információt. A legfejlettebb elméleti tudomány nyilvánvalóan a csillagászat volt , amely akkor még nem vált el az asztrológiától . A csillagászat szükségleteire Babilon módszereket dolgozott ki az idő és a szögek meglehetősen pontos mérésére ; a babiloni csillagászati táblázatok pontossága sokkal nagyobb volt, mint az egyiptomioké [5] .

Az alkalmazott mechanika területén a lenyűgöző szerkezetekből ítélve az egyiptomiak és babilóniaiak messzire haladtak előre - ügyesen használtak blokkokat , ferde síkokat , emelőket , ékeket és egyéb mechanizmusokat az építőiparban. Nincs azonban arra utaló jel, hogy bármilyen kidolgozott fizikai elméletük lett volna [5] [1] .

Az ókori Kína

A természettudományok terén fennmaradt legrégebbi publikációk Kínában jelentek meg, és a Kr. e. 7. századra nyúlnak vissza. e.; lehettek korábbiak is. Kína már az ókorban elérte az építőipar és a kézművesség magas fejlettségi szintjét, és a felhalmozott tapasztalatokat tudományos elemzésnek vetették alá. A kínai fizika virágkora hozzávetőlegesen a Kr.e. 5-2. e. Az ókori kínai tudósok elmélkedéseinek eredményeit különféle általános filozófiai munkák tartalmazták, amelyek közül kiemelkedik Mo-tzu (Kr. e. IV. század) és tanítványainak (" Mohists ") munkái [6] [1] .

A Mohist Canon fizikai kérdésekkel foglalkozó részében a fő hangsúly a mechanikán van. Ott történt az első kísérlet a tehetetlenség törvényének megfogalmazására : "A mozgás leállása egy ellentétes erő hatására következik be... Ha nincs ellentétes erő, akkor a mozgás soha nem ér véget." Továbbá szó esik egy bizonyos „híd-átkelőhelyről”, amely a szabad mozgás egyenességére vonatkozó kijelentésként értelmezhető. Más kínai írásokban (tisztán minőségi megfogalmazásban) láthatjuk a hatás és reakció törvényét , a kar törvényét, a testek tágulását melegítéskor és összehúzódását hűtéskor [7] .

A kínaiak nagy előrehaladást értek el a geometriai optika törvényeinek felfedezésében, különösen a camera obscurát ismerték , és működésének elvét teljesen helyesen írták le (a „Mo-jing” értekezésben). A Kr.e. 6. század körül. e. a kínaiak elkezdték használni az iránytűt („mutató dél felé”), melynek működését a csillagok hatásával magyarázták, és jóslásra is használták [C 1] . Az ismerős nyíllal ellátott iránytű Kínában is először jelent meg a 11. században. Kínai tudósok rengeteg zeneelméletet (beleértve a rezonanciát ) és az akusztikát is foglalkoznak [7] .

Az ókori kínai fizikának általában alkalmazott jellege volt. A hatalmas felhalmozott empirikus anyag általánosítására tett külön kísérletek metafizikai, sőt vallási jellegűek voltak; például a yin/yang és más természeti elemek vagy a konfuciánus miszticizmus [8] [1] fogalmai érintettek .

Az ókori India

Az indiai természetfilozófusok úgy képzelték el, hogy a világ öt alapelemből áll : földből, tűzből, levegőből, vízből és éterből . Ez utóbbi töltötte be a teret, és hanghordozónak is számított. A fennmaradó elemeket gyakran különböző érzékszervekhez kapcsolták. Kr.e. 7. század körül. e. Indiai tudósok, kezdve a kanadai Vaisheshika iskola alapítójával , megfogalmazták és elkezdték fejleszteni az atomok fogalmát . Az elmélet hívei úgy vélték, hogy az atom elemekből áll, minden atom legfeljebb 9 elemet tartalmaz, és minden elem legfeljebb 24 tulajdonsággal rendelkezik [9] .

Az ókori India fizikája és mechanikája határozottan metafizikai és minőségi karakterrel rendelkezik. A mozgás kérdését különösen részletesen megvizsgálták. Vaisheshika tanítása szerint minden test egy adott pillanatban csak egy mozdulatban vehet részt, ami ellenállásba ütközik és tönkreteszi magát. A mozgás oka lehet a nyomás (amit a középkori Európában " lendületnek " neveznek), az akaratlagos cselekvés és a rugalmasság; egyetlen test sem tudja magát mozgásba hozni. Az örökmozgó lehetetlen [10] .

Ókori fizika

Az ókori fizika jellemzői

Az ókori tudomány az ókori Görögországban az algebrai és geometriai matematikai ismeretek értelmes és integrált rendszerére támaszkodott, amelyet görög filozófusok építettek fel. A pitagoreusok azt hirdették, hogy minden természeti jelenség (mechanika, csillagászat, optika, zene és mások) engedelmeskedik a matematikai törvényeknek. Ez a megközelítés számos értékes eredmény elérését tette lehetővé, azonban számos ókori tudós demonstratív elhatárolódása elméleteinek kísérleti igazolásától számos tévhithez vezetett [11] [1] .

Az ókori fizika történetének legfontosabb forrásai Platón , Arisztotelész (Kr. e. 4. század), Arkhimédész (Kr. e. 3. század), Heron és Lucretius Cara (Kr. e. 1. század) művei, valamint a fennmaradt idézetek egyéb szövegtöredékek. gondolkodók. A kínai és indiai gondolkodókkal ellentétben az ókori görög természetfilozófusok számos nem mitikus, széles körű fizikai nézetrendszert dolgoztak ki, amelyek egységes és kifejezetten megfogalmazott elvekre épültek. Ezen elvek többsége – például Arisztotelész mechanikája – hibásnak bizonyult. Kivételt képeztek Arkhimédész és Heron munkái, akik egy elméleti fizikust és egy képzett mérnököt ötvöztek, így felfedezéseik a terminológia némi tisztázásával a modern tudományban maradtak. Általában véve a görög természetfilozófiának óriási hatása volt a tudomány fejlődésére, és egészen a 17. századig nem volt versenytársa. Az ókori fizika jelentősége abban rejlik, hogy egyértelműen felvázolta az anyag szerkezetének és mozgásának alapvető problémáit, és tárgyalta e problémák megoldásának lehetséges módjait is [11] [1] .

Elsődleges elemek és platonizmus

A korai ókori fizikusok különféle hipotéziseket állítottak fel arra vonatkozóan, hogy mit kell tekinteni az Univerzum alapjának, az elsődleges elemnek, amelyből a megfigyelt objektumok egész változata épül. Thalész a vizet, Anaximenes - levegőt, Hérakleitosz - tüzet tekintette. Anaximander úgy gondolta, hogy mindezek az elemek másodlagosak, és egy speciális anyag, az " apeiron " generálja. Az Anaxagoras rendszerben az elemek száma végtelen [12] . A „Számok uralják a világot” tézissel megfogalmazott, jól megindokolt pitagoreusi doktrína megjelenésével annak fogalmai bekerültek ebbe a vitába, a matematikát a világ egyfajta ideális vázának tekintették, és közvetlen útnak a világ törvényeinek megismeréséhez. világegyetem. Ennek ellenére az ókori fizikában a minőségi, metafizikai világmodellek érvényesültek [13] .

Platón , a Kr.e. IV. század híres filozófusa. e. „ Timeus ” című párbeszédében fizikai problémákat érintett. Az ott bemutatott gondolatok őszintén misztikus jellege ellenére ez a mű észrevehető nyomot hagyott a tudomány- és filozófiatörténetben. Platón az anyaggal együtt a „tiszta ideák” ideális világának létezését tételezte fel, amely a szépség és a matematika törvényei szerint van elrendezve; a való világ annak elmosódott másolata [14] .

Platón négy klasszikus elemet ismer fel: a földet, a vizet, a levegőt és a tüzet, de ezekkel együtt az elsődleges elemet is, amely létrehozza a másik négyet, amikor a szabályos poliéderek alakjaiba illeszkedik . Platón még diagramot is rajzolt arról, hogy mely poliéderek felelnek meg a különböző elemeknek; például egy kocka a földnek, a piramis pedig a tűznek felel meg. Ezekből a pozíciókból Platón különféle fizikai folyamatokat elemzi és magyaráz – égés, oldódás, víz fázisváltozása, korrózió stb. [14]

Atomizmus

Zénón apóriáinak megjelenése jelentette a legnehezebb és máig megoldatlan problémát: vajon az anyag, az idő és a tér korlátlanul osztható-e, vagy az osztódásnak vannak határai. Erre a kérdésre az egyik válasz az atomizmus volt ( Démokritosz , Kr. e. V. század), amely szerint a különböző testek nem összetételükben, hanem szerkezetükben, vagyis a bennük lévő oszthatatlan atomok kombinációjának felépítésében különböznek egymástól (azonban , különböző típusú és formájú atomok jelenléte). Az atomisták azt hitték, hogy a természetben nincs más, mint az atomok és az üresség. Az atomok képesek meglehetősen szilárdan kapcsolódni egymással, így anyagot és egyéb megfigyelhető fizikai megnyilvánulásokat (fény, hő, szagok, mágnesesség, elektromos hatások) képeznek. Epikurosz még azt hitte, hogy az ember szabad akarata annak köszönhető, hogy az atomok mozgása véletlenszerű elmozdulásoknak van kitéve [15] .

Az atomisták kihirdették az anyag megmaradásának törvényét , ami természetesen következik az atomok elpusztíthatatlanságából. Ennek a törvénynek az első megfogalmazását Empedoklész (feltehetően pitagoreus ) javasolta a Kr. e. 5. században. e. [16] :

Semmi sem származhat a semmiből, és semmi, ami létezik, nem semmisíthető meg.

Később Démokritosz, Epikurosz, Arisztotelész és más természetfilozófusok is hasonló tézist fogalmaztak meg.

Arisztotelész fizikája

Arisztotelész (Kr. e. 4. század) dogmatikusnak és megfigyeléssel alá nem támasztottnak minősítette elődei modelljeit. A valódi tapasztalat elemzését ismerte fel az egyetlen információforrásnak a természetről, és nyilvánvalóan megfigyelhetetlen fogalmak (például atomok vagy testek) bevezetése az elméletbe alapvetően elfogadhatatlan. Maga Arisztotelész próbálta a dogmát felváltani logikus érveléssel és a jól ismert fizikai jelenségekre való hivatkozással. A " fizika " kifejezés Arisztotelész egyik írásának címéből származik. Egy időben a tudós nevéhez fűződik a „Mechanikai problémák” című ismeretterjesztő munka, de valószínűleg ennek a könyvnek volt egy későbbi szerzője Alexandriából , aki nézeteiben közel állt Arisztotelész iskolájához [17] .

A fizika tárgya Arisztotelész szerint a természeti jelenségek kiváltó okainak feltárása:

Mivel a tudományos ismeretek minden olyan vizsgálatból származnak, amelyek tudásuk révén elvekre, okokra vagy elemekre terjednek ki (mert akkor biztosak lehetünk minden dolog ismeretében, ha felismerjük annak első okait, első alapelveit, és elemezzük az elemekig), világos, hogy és a természettudományban mindenekelőtt meg kell határozni, hogy mi tartozik az elvekhez.

Ellentétben Arisztotelésznek a fizika kísérleti alátámasztására irányuló vágyával, ez a megközelítés a kísérleti fizika és a precíz mérőeszközök hiánya miatt sokáig (valójában Newton előtt ) a metafizikai fantáziákat részesítette előnyben. Arisztotelész és követői különösen azzal érveltek, hogy a test mozgását a rá kifejtett erő tartja fenn. Arisztotelész, más ókori gondolkodókhoz hasonlóan, nem rendelkezett a sebesség fogalmával, mivel ez megköveteli az út és az idő arányát, a görögök pedig csak a homogén mennyiségek arányait ismerték el (a sűrűség fogalma ugyanezért nem volt) [18] .

Arisztotelész élesen bírálta az atomistákat, kijelentve: ha végtelen sok atom van és mozognak, akkor végtelen számú „mozgó okuk” kell, hogy legyen, de akkor a világ káoszba fordulna. Arisztotelész szerint a legtöbb mozgás azért következik be, mert a testek hajlamosak elfoglalni természetes helyüket – például a nehéz testeknél ez a hely a Föld középpontjában van, így az esés hatása következik be. A nehéz tárgyak Arisztotelész szerint gyorsabban esnek, mint az azonos alakú könnyűek, és az esés ideje fordítottan arányos a testek súlyával. Arisztotelész a „mesterséges mozgást” is figyelembe vette egy alkalmazott erő hatására, de úgy gondolta, hogy az ütés megszűnésével a test megáll. A tapasztalattal való nyilvánvaló ellentmondást - például a repülő nyílvessző egyáltalán nem mozog függőlegesen - Arisztotelész azzal magyarázta, hogy a nyilat alátámasztja a lövés során keletkezett légzavar. Tagadta az üresség lehetőségét, mivel nem lehet benne meghatározni a "természetes mozgást" [17] [18] .

Arisztotelész is elutasította Platón modelljét. Kiemelte, hogy ez sok valós jelenséget nem magyaráz meg, például a gőznyomás növekedését a víz felforrásakor, illetve az elemek tulajdonságainak és a poliédereknek az összefüggését önkényes feltételezés. Ehelyett Arisztotelész egy ugyanolyan távoli "minőségelméletet" kínált [17] .

Mindazonáltal az Arisztotelész által felvázolt fizikai tudás egy része kiállta az idő próbáját, és megfelelő tisztázásokkal gyökeret vert a tudományban. A mérleg működési elvének ismertetésekor (kicsit homályos megfogalmazással) megadta a kar egyensúlyi feltételét [19] . Az akusztikában helyesen írta le, hogy a hangzó test hangforrása a levegő összenyomódása és ritkítása, a visszhangot pedig az akadályokról visszaverődő hang okozza [20] .

Arisztotelész rendszere csaknem két évezredig létezett, ezalatt számos értelmezésnek és megjegyzésnek volt kitéve. Nagy vitát váltott ki például az a kérdés, hogy hogyan változik egy test súlya, amikor közeledik a Föld középpontjához – egyesek úgy vélték, hogy a súly nő, mások pedig azt, hogy nullára csökken [18] .

Alexandriai Iskola

A Kr.e. 4. század után e. az athéni tudományos iskola tapasztalatokkal nem kellőképpen összekapcsolt gondolatrendszereit az alexandriai iskola gyakorlatiasabb megközelítése gazdagítja . Az alexandriai görögök számos kvantitatív (matematikailag kifejezett) elméletet dolgoztak ki, és leírták gyakorlati alkalmazásukat; A korszak tudósai és feltalálói közül Arkhimédész , Ktézibiosz és Alexandriai Heron voltak különösen híresek [21] .

Arkhimédész világosan kifejtette a tőkeáttétel és a mechanikai egyensúly elméletét, és arra a következtetésre jutott, hogy "a magnitúdók a súlyokkal fordítottan arányos hosszokon egyensúlyoznak". Meghatározta a súlypontot , és megtalálta a helyzetét a háromszög és más figurák számára. Archimedes kiszámította a folyadék felhajtóerejének értékét ( Arkhimédész törvénye ) [22] . A 4. században. e. Cyrene-i Synesius, Hypatia tanítványa , Arkhimédész felfedezései alapján feltalált egy hidrométert a folyadékok fajsúlyának meghatározására [ 18] .

Még Empedoklész és Anaxagorasz is kísérletileg bizonyította a levegő rugalmasságát . Geron, összefoglalva a hidraulikában felhalmozott tapasztalatokat, kétkötetes tankönyvet adott ki "Pneumatika". A gáz összenyomhatósága – írta Heron – bizonyítja, hogy az ürességgel elválasztott részecskékből áll. A Pneumatica számos műszaki eszközt ír le, köztük az első gőzturbinát ( aeolipylus ). Nagy mértékben hozzájárultak az elméleti akusztikához és a zeneelmélethez [18] .

A hellének sikeresen fejlesztették ki a geometriai optikát . Euklidész az "Optika" és a "Katoptrik" [C 2] című könyvében mélyen vizsgálta a perspektíva törvényeit és a tükrök elméletét . Egy másik nagy volumenű optikával foglalkozó művet írt Arkhimédész, de ez nem maradt fenn. Ismeretes, hogy Arkhimédész megmérte a Nap szögátmérőjét, és meglehetősen pontos eredményt kapott: 27' és 33' (ívperc) között. A Heron megfelel a fényvisszaverés "legkisebb útja" első variációs elvének . Claudius Ptolemaiosz az "Optika" című értekezésében részletesen leírta a csillagászati fénytörést , és rámutatott, hogy a csillagok látható képét emeli. Ennek ellenére az ókori görögök optikájában durva hibák voltak. Például a törésszöget arányosnak tekintették a beesési szöggel (még Kepler is osztotta ezt a hibát ), a retinán lévő képet még nem fedezték fel, ezért a látást az emberek és állatok szeméből származó speciális sugarakkal társították. . A fény és a szín természetére vonatkozó hipotézisek számosak voltak, de pusztán spekulatívak [23] [24] .

Ókori Róma

A Római Birodalom elsősorban a mérnöki művészet magas szintű fejlődését tartotta fenn (építőipar, haditechnika, vízvezeték stb.). A gyakorlati mérnöki kézikönyvek közül Vitruvius tíz építészeti könyve (Kr. e. 1. század) nagy érdeklődésre tart számot , amely számos ígéretes fizikai ötletet tartalmaz. Vitruvius a hangot levegő hullámként jellemzi, ír a víz körforgásáról a természetben (sok kortársa hitt abban, hogy a barlangokban spontán víz keletkezik a levegőből), azt állítja, hogy a szelek „a vízgőz feszültségéből” keletkeznek [25] ] .

Számos római gondolkodó hagyott írást elméleti fizikai problémákról, részben görög hatásra, részben eredetiben. Titus Lucretius Carus (Kr. e. 1. század), nézeteit tekintve epikuroszi , verset írt A dolgok természetéről . A vers kísérleteket tesz arra, hogy különféle jelenségeket (beleértve a mágneses vonzást is) magyarázza Démokritosz atomizmusának szemszögéből . Az atomizmus másik római támogatója, Seneca hétkötetes " Természettanulmányok " című munkájában az elektromosságot, az égi jelenségeket, az üstökösöket, a víz, a levegő és a fény tulajdonságait magyarázza. Seneca magyarázatai többnyire „komolytalanok” – például a tárgyak színei szerinte akkor keletkeznek, amikor a napfény keveredik a sötét felhőkkel. Idősebb Plinius „ Természettörténet ” című könyvében még több fantázia található – például, hogy a gyémánt megvéd egy mágnest, hogy a csillagok leszállhatnak a hajók árbocára, „ Szent Elmo tüzét ” alkotva stb. Sextus Julius parancsnok Frontinus (Kr. u. I. század), akit hanyatló éveiben a városi vízellátás felügyelőjévé neveztek ki, otthagyta a „ Római vízvezetékekről ” című esszét; ebben először másfél évezreddel Torricelli előtt jegyezte meg, hogy az edényből kifolyó víz sebessége nem a lyuk szélességétől, hanem az edényben lévő víz szintjétől függ [26]. .

Az iszlám országai

A tudomány aranykora az iszlám országokban nagyjából a 9. századtól a 14. századig tartott (a mongol hódításig ). Ebben az időszakban a görög és indiai tudósok főbb munkáit lefordították arab nyelvre, majd az arab, perzsa és török gondolkodók kidolgozták és kommentálták ezeket a műveket, és esetenként új fizikai modelleket javasoltak. Az iszlám tudósok a fő figyelmet az optikára és a műszaki mechanikára fordították ( az elméleti mechanikában nem történt jelentős előrelépés ) [27] [28] .

Abdurrahman al-Khazini (XII. század), A bölcsesség mérlegének könyve (1121) szerzője folytatta Arkhimédész kutatásait az egyensúlyokról és a súlypontokról . A könyv leírja a felvázolt elvek számos gyakorlati alkalmazását, beleértve a hamisított ékszerek felderítésének módjait, és táblázatot ad a különféle anyagok fajsúlyáról . Al-Khazini messzebbre ment Arkhimédésznél, és törvényét kiterjesztette a levegőben lévő testekre: amikor a levegőt kiszivattyúzzák a tartályból, az ott található testek nehezebbek lesznek. Al-Kazini könyvének hozzáadott értékét Omar Khayyam és Al-Biruni abban szereplő eredményei adják, a pontos mérés és a fajsúlyszámítás témaköréhez kapcsolódóan [ 27] .

Az optikában Ptolemaiosz után a legnagyobb hozzájárulást Ibn al-Khaytham (XI. század, Európában Alhazennek hívták ), a „The Book of Optics” című monográfia szerzője tette. Alhazen elvetette az ősi hipotézist a szemből kiáramló látássugarakról, helyesen írta le a szem szerkezetét és a binokuláris látás tulajdonságait . Ő azonban úgy vélte, hogy a külső tárgyak képe a lencsén belül jön létre [C 3] . Alhazen javasolta a fénysebesség végességét, és kísérleteket végzett camera obscurával , kísérleteket végzett a fénytöréssel és kísérleteket különféle típusú tükrökkel. Megállapította, hogy a görbe tükörről visszavert sugár a beeső sugarat és a felület normálját tartalmazó síkban van . Alhazen nézeteit (nevének említése nélkül) Erasmus Vitelo (Vitellius) könyve részletezte , amely 1271-ben jelent meg és nagy népszerűségre tett szert; ez a könyv 300 évig jelent meg, és jelentősen hozzájárult az optika fejlődéséhez Európában [29] .

Al-Jazari (1136-1206), az egyik legnagyobb arab feltaláló leírta a főtengelyt , a szelepszivattyúkat, a vízemelő gépeket, a vízórákat , a zenegépeket és egyebeket az Álmok könyvében . Az Al-Jazari olyan technológiai újításokkal rendelkezik, mint: fa laminálás , kombinált zárak , iránytű hibrid univerzális napórával bármilyen szélességi körhöz stb. [30]

Középkori Európa

A keresztény Európában a tudományos kutatás valójában a 14. században kezdődött. Előtte csak néhány eredményt lehet megemlíteni: feltalálták a szemüveget , helyesen elmagyarázták a szivárvány jelenségét , elsajátították az iránytűt [29] . Pierre de Maricourt francia tudós 1269-ben publikált egy kiterjedt tanulmányt a mágnesek tulajdonságairól, ahol többek között jelezte, hogy a mágnesezett tárgy újramágnesezhető, és hogy a mágnesesség forrása az égi "világ pólusai" [ 31] [32] .

A 11-14. században arab és fennmaradt görög szövegek latin fordításai jelentek meg. Ezek a munkák jelentős hatást gyakoroltak a középkori filozófusokra, például Aquinói Tamásra . A középkori skolasztikusok az ókori filozófia és a keresztény teológia összeegyeztetésének módját keresték , Arisztotelészt az ókor legfontosabb gondolkodójának hirdetve . Arisztotelész fizikája olyan esetekben, amikor nem mondott ellent az egyház tanításának, a fizikai magyarázatok alapja lett.

Arisztotelész tanításaival összhangban a középkori gondolkodók úgy gondolták, hogy a testek természetes lakóhelyük felé gravitálnak. Például a "nehéz" testek lefelé, a "könnyűek" - felfelé gravitálnak. Amint fentebb említettük, úgy gondolták, hogy a mozgás fenntartásához némi erőre van szükség, erő nélkül a mozgás megáll. Ezt a modellt John Philopon indokolt kritika érte már a Kr.u. 6. században. e. Philopon számos kérdést vetett fel, amelyekre Arisztotelész mechanikája nem ad megfelelő választ, például: miért mozog a kézzel függőlegesen felfelé dobott kő még egy ideig felfelé, miután leszakították a kézről, holott a dobja már nem jár rá? Ha Arisztotelész szerint egy eldobott test mozgása támogatja a levegő perturbációját, akkor mi támogatja a lökéssel hajtott kerék mozgását a tengelye körüli forgásba, mert itt nyilvánvalóan nem a levegő a hibás? Philopon szintén elutasította Arisztotelész azon véleményét, hogy a nehéz testek gyorsabban esnek, mint a könnyűek [33] .

E kérdések megválaszolására a középkori tudósok (Filopon, később - Buridan ) kidolgozták a lendület (beépített mozgási erő) elméletét. Ez a fogalom egy lépés volt a tehetetlenség fogalma felé , bár még mindig jelentősen különbözött attól, mivel azt feltételezte, hogy valamilyen öröklött erő továbbra is hat a kidobott testekre [34] [35] .

A 14. században egy angol tudóscsoport (az úgynevezett " Oxfordi számológépek ") új tanulmányt végzett a mechanika megoldatlan problémáiról. Kritizálták Arisztotelész mechanikáját is, finomították a sebesség definícióját és bevezették a pillanatnyi sebesség fogalmát, részletesen tanulmányozták az egyenletesen gyorsított mozgást . Ezeket a munkákat Buridan párizsi természetfilozófus és tanítványai, Nicolas Orem és Szász Albert (a forgás szögsebesség fogalmának szerzője) folytatták . Buridan iskolája nemcsak Arisztotelész archaikus következtetéseit vetette alá különféle kritikáknak, hanem az új mechanika felé is haladt, közel került a relativitás mechanikai elvéhez. Buridan azt írta, hogy a lendület a gravitációval kombinálva felgyorsítja a test esését; óvatosan fogalmazva a Föld napi forgását is felvállalta [36] [37] [38] .

A 15. század végén Leonardo da Vinci felfedezte a súrlódás alapvető törvényét és a kapilláris jelenséget . Egy örökmozgó létrehozására tett több sikertelen kísérlet után az elsők között nyilvánította ki azt a véleményét, hogy egy ilyen mechanizmus megvalósíthatatlan [39] . Kuzai Miklós német filozófus számos olyan gondolatot fogalmazott meg, amelyek megelőzték korukat; különösen azt hirdette, hogy az Univerzum végtelen, minden mozgás relatív, és a földi és az égi test ugyanabból az anyagból jön létre [40] [32] .

A fizika születése

16. század: a technológiai fejlődés és a tudományos forradalom kezdete

A 16. században számos területen gyors technológiai fejlődés ment végbe. Feltalálták a nyomdát , a kötőgépet és sok más összetett mechanizmust , megjelentek az anyagok feldolgozásának fejlett eszközei; a tüzérség, a hajózás és az építőipar igényei ösztönözték a fizika fejlődését. A kísérletezést sokáig hátráltatta, hogy szinte mindegyik az idő mérésére vonatkozott, azonban a víz és a napórák nem tudtak elfogadható pontosságot biztosítani (Galileo például saját impulzusával számolta az időt). A XVI-XVII. században új, fejlettebb mérőműszerek kezdtek megjelenni: mechanikus óra ingával , hőmérő , barométer , pontos rugós mérlegek és mások. Ezek a találmányok nagyban kibővítették a fizikai hipotézisek tesztelésének lehetőségeit [41] . Ugyanilyen fontos változás az az egyre erősödő meggyőződés, hogy minden tudományos vitában a valódi tapasztalat a legfőbb bíró. Cusai Miklós , Leonardo da Vinci , Francis Bacon és más neves tudósok és filozófusok [42] [39] kitartóan írtak erről . Egy másik fontos tényező volt az ókori és az iszlám örökség fejlesztésének gyakorlati befejezése – az összes főbb fennmaradt könyvet latinra fordították, és európai tudósok sajátították el [43] .

Az elméleti tudomány fejlődésében is nagy változások mentek végbe. A tudományos forradalom azzal kezdődött, hogy Nicolaus Kopernikusz a világ heliocentrikus rendszerét javasolta (1543) az akkor általánosan elfogadott geocentrikus rendszer helyett . " Az égi szférák forgásáról " című könyvében Kopernikusz számos új, nem arisztotelészi mechanika gondolatát is megfogalmazta, beleértve a relativitás elvét, a tehetetlenség törvényéről és az egyetemes gravitációról szóló sejtést . A világ még merészebb rendszerét javasolta az 1580-as években Giordano Bruno , akiben nemcsak a Föld, hanem a Nap is közönséges világítótest.

Simon Stevin a "Tizedik" (1585), "A statika alapelvei" és mások könyveiben bevezette a tizedes törteket , megfogalmazta (Galileótól függetlenül) a ferde síkra gyakorolt nyomás törvényét, az erők paralelogramma szabályát , a fejlett hidrosztatikát és a navigációt. Érdekes módon az örökmozgás (amit axiómának tekintett) lehetetlenségéből vezette le az egyensúlyi képletet egy ferde síkon [44] .

Galileo: a kísérleti fizika létrehozása

Galileo Galilei a távcső feltalálójaként vált híressé, amellyel számos kiemelkedő csillagászati felfedezést tett. De nem kevésbé forradalmi átalakulások tartoznak a Galileo-hoz a mechanikában. Szinte minden munkája a mechanika problémáival foglalkozik, és az utolsó könyvet kifejezetten ennek szentelte. Galilei munkája döntő lépést jelentett abban, hogy az arisztotelészi mechanikát új, valódi elvekkel váltsa fel.

Galilei megfogalmazta az elméleti mechanika alapjait - a relativitás elvét , a tehetetlenség törvényét , a négyzetgyorsított esés törvényét. Galilei bebizonyította, hogy minden, a horizonthoz képest szögben elvetett test parabolában repül . Feltalálta az első hőmérőt (még mindig skála nélkül) és az egyik első mikroszkópot , felfedezte az inga rezgésének izokronizmusát , a becsült levegősűrűséget . Galilei egyik érve a virtuális elmozdulások homályosan megfogalmazott elve . Galilei a legtöbb következtetést gondosan megtervezett kísérletekből vonta le. Galilei kísérletei a húr rezgésének tanulmányozása során lehetővé tették Mersenne számára, hogy 1588-ban gazdagítsa az akusztikát azáltal, hogy a megszólaló hangot nemcsak a húr hosszával társította, mint a pitagoreusoknál, hanem rezgésének és feszültségének gyakoriságával is; ugyanekkor Mersenne megkapta a levegőben lévő hangsebesség első becslését (a metrikus rendszerben kb. 414 m/s) [45] .

Galilei felfedezései világosan és meggyőzően, bár általánosságban véve megmutatták az utat az új mechanika megalkotásához. Bár Galilei számos esetben tévedett (például a Föld forgását tartotta az árapály okának), de ezek a hibák többsége olyan helyzetekre vonatkozik, amikor nem tudott ellenőrző kísérletet beállítani [45] .

Galilei tanítványa, Torricelli kidolgozta Galilei mozgással kapcsolatos elképzeléseit, megfogalmazta a tömegközéppontok mozgásának elvét, számos hidrodinamikai és ballisztikai problémát megoldott , beleértve Torricelli alapképletének felfedezését (az edényből kiáramló folyadék sebességére). ) [46] . Galilei ötletei alapján tüzérségi táblázatokat adott ki, azonban a légellenállás elhanyagolása miatt ezek hibája gyakorlatilag elfogadhatatlannak bizonyult [45] [47] .

17. század

A 17. században Európa fő országaiban drámaian megnőtt a tudomány iránti érdeklődés. Megjelentek az első Tudományos Akadémiák és az első tudományos folyóiratok. A katolikus egyház ellenállása ellenére az atomizmus eszméi újjáélednek (a Vatikán szerint ezek az elképzelések ellentmondtak a közösség szentségének jelentésének ) [ 48] . Teljesen új tudományos ötletek születnek, és a mérőműszerek fejlesztése már most is lehetővé teszi sokuk tesztelését. Az optika, a fizika és általában a tudomány történetében különösen fontos szerepet játszott a 17. század elején Hollandiában feltalált mérőtávcső , amely minden későbbi optikai kutatóműszer őse [47] .

Kepler és Descartes

Johannes Kepler 1609-ben kiadta az "Új csillagászat" című könyvet, amelyben felvázolta a bolygómozgás általa felfedezett két törvényét ; a harmadik törvényt, amelyet egy későbbi könyvében, a Világharmóniában (1619) fogalmazott meg. Ptolemaiosszal ellentétben Kepler azt találta, hogy a bolygók nem körben, hanem ellipszisben mozognak , és egyenetlenül – minél távolabb a Naptól, annál lassabban. Ugyanakkor Kepler megfogalmazta (világosabban, mint Galilei) a tehetetlenség törvényét: minden olyan test, amelyre más testek nem hatnak, nyugalomban van vagy egyenes vonalban mozog. Az univerzális vonzás törvénye kevésbé világosan megfogalmazott: a bolygókra ható erő a Napból ered, és a tőle távolodva csökken, és ugyanez igaz az összes többi égitestre is. Véleménye szerint ennek az erőnek a forrása a mágnesesség a Nap és a bolygók tengelyük körüli forgásával kombinálva. Kepler is jelentősen fejlett optika , beleértve a fiziológiai - kiderült, a szerepe a lencse , helyesen írta le az okait a rövidlátás és a távollátás . Jelentősen továbbfejlesztette a lencsék elméletét , bevezette a fókusz és az optikai tengely fogalmát, megközelítő képletet fedezett fel a tárgy távolsága és a lencse gyújtótávolságához viszonyított képe közötti összefüggésre [49] .

1637-ben René Descartes kiadta a „Discourse on the Method” című művét „ Geometria ”, „Dioptria”, „Meteora” mellékletekkel. Descartes a teret anyaginak tekintette, a mozgás oka pedig az anyag forgatagában keletkezett, hogy kitöltse az űrt (amit lehetetlennek tartott, ezért nem ismerte fel az atomokat), vagy a testek forgásából. A Dioptriában Descartes először ( Snelltől függetlenül ) adta meg a fénytörés helyes törvényét . Megalkotta az analitikus geometriát és bevezette a modern matematikai szimbolikát . Descartes deklarálta a földi és égi fizika egységét: „az Univerzumot alkotó összes test ugyanabból az anyagból áll, végtelenül osztható és valójában sok részre oszlik” [50] .

Descartes A filozófia elemei 1644-ben jelent meg. Azt hirdeti, hogy az anyag halmazállapotának megváltoztatása csak akkor lehetséges, ha más anyag hat rá. Ez azonnal kizárja a hosszú távú cselekvés lehetőségét egyértelmű anyagi közvetítő nélkül. A könyv megadja a tehetetlenségi törvényt és a lendület megmaradásának törvényét . Descartes helyesen határozta meg a mozgás mértékét az „anyagmennyiséggel” és annak sebességével arányosan, bár érvelésében nem vette figyelembe annak vektororientációját [51] .

Descartes már megértette, hogy a bolygó mozgása felgyorsult mozgás. Kepler nyomán Descartes úgy vélte: a bolygók úgy viselkednek, mintha a Nap vonzása lenne. A vonzás magyarázata érdekében megtervezte az univerzum mechanizmusát, amelyben minden testet a mindenütt jelenlévő, de láthatatlan "finomanyag" lökései mozgásba hoznak. Az üresség hiánya miatt megfosztva az egyenes vonalú mozgás képességétől, ennek a közegnek az átlátszó áramlásai nagy és kis örvények rendszereit alkotják a térben. Az örvények a közönséges anyag nagyobb, látható részecskéit felfogva égitestek ciklusait alkotják, forgatják és körpályán viszik őket. A Föld is a kis örvényben van. A forgás az átlátszó örvényt kifelé húzza, miközben az örvény részecskéi a látható testeket a Földhöz nyomják. Descartes szerint ez a gravitáció [50] [52] .

Descartes fizikája volt az első kísérlet arra, hogy egyetlen rendszerben leírja a természeti jelenségek minden típusát mechanikai mozgásként, hogy az Univerzumot egyetlen mechanizmusként mutassa be. Ebben a rendszerben sok (például a rövid hatótávolságú cselekvés elve ) még ma is aktuális, Descartes azonban módszertani hibát követett el, amikor egy jelenség tanulmányozása során megkövetelte, hogy először kiderítsék annak „fő okait”, és csak azután építsenek. egy matematikai modell. Ez visszalépés volt, e megközelítés miatt Descartes és követői („ Karteziánusok ”) írásai nem tartalmaznak kevesebb hibát és spekulatív fantáziát, mint Arisztotelész. Galileo és Newton ennek az ellenkezőjét tette – először megfigyelések alapján matematikai modellt építettek, majd ha volt elegendő adat, feltevéseket fogalmaztak meg a „gyökeres okokról” („először elemzés, majd szintézis”). Ez a megközelítés produktívabbnak bizonyult például a gravitáció esetében – több mint két évszázad telt el Newton matematikai modelljének megalkotásától a gravitáció fizikai lényegének Einstein általi megvilágításáig [50] [51] [53] .

A klasszikus mechanika alkotása: Huygens és Newton

1673-ban Christian Huygens kiadta ingaóráját. Ebben Huygens (szóban) több fontos képletet ad: az inga lengési periódusára és a centripetális gyorsulásra ; még a tehetetlenségi nyomatékot is implicit módon használják . Huygens meglehetősen pontosan mérte a gravitáció gyorsulását, és elmagyarázta, miért csökken ez a gyorsulás (ahogyan Jean Richet 1676-ban fedezte fel) a megfigyelő dél felé haladásával [54] . Egy másik művében (1669) Huygens először fogalmazta meg a lökésütközés speciális esetére az energiamegmaradás törvényét : " Ha testek ütköznek , nagyságuk [súlyuk] és a testek négyzetének szorzatának összege. sebességük változatlan marad az ütközés előtt és után ." A kinetikus energia megmaradásának általános törvényét (amit akkoriban "élő erőnek" neveztek) Leibniz publikálta 1686-ban [51] .

A klasszikus mechanika létrehozásának utolsó lépése Newton The Mathematical Principles of Natural Philosophy című könyvének 1687-ben történő megjelenése volt . Bemutatja a tömeg fogalmát , lefekteti a mechanika három törvényét és az egyetemes gravitáció törvényét , és ezek alapján számos alkalmazott probléma megoldódik. Newton különösen szigorúan bizonyította, hogy Kepler mindhárom törvénye Newton gravitációs törvényéből következik; azt is kimutatta, hogy Descartes modellje, amely a bolygók mozgását éteri örvényekkel magyarázta, nem volt összhangban Kepler harmadik törvényével, és nem alkalmazható az üstökösök mozgására [55] . A Newton által megalkotott dinamika tudomány lehetővé tette bármely test mozgásának alapvető meghatározását, ha ismertek a közeg tulajdonságai és a kezdeti feltételek. Az ebben az esetben felmerülő egyenletek megoldására a matematikai fizika jelent meg, és gyors fejlődésnek indult [56] .

Newton okfejtését kísérletek és megfigyelések leírásával kíséri, amelyek meggyőzően megerősítik következtetéseit. A mechanika mellett Newton lefektette az optika , az égi mechanika , a hidrodinamika , a felfedezett és fejlett matematikai elemzés alapjait . A Newton által kifejtett törvények univerzális természetűek, így megszűnt a fizika földire és „mennyeire” való felosztásának alapja, és a Kopernikuszi-Kepler rendszer szilárd dinamikus alapot kapott. Ez a siker megerősítette a fizikusok körében széles körben elterjedt véleményt, miszerint az univerzumban végbemenően mechanikai jellegű folyamatok.

Newton fizikai fogalmai éles ellentmondásban voltak a karteziánusokkal. Newton hitt az atomokban , másodlagos módszernek tekintette a "kiváltó okok keresését", amelyet kísérletnek és matematikai modellek felépítésének kell megelőznie. Emiatt a newtoni gravitációs elméletet, amelyben a vonzás anyagi hordozó és mechanikus magyarázat nélkül létezett, a kontinentális Európa tudósai (különösen a karteziánusok ) sokáig elutasították; a nagy hatótávolságú gravitációt többek között olyan kiemelkedő tudósok is elutasították, mint Huygens és Euler . Csak a 18. század második felében, Clairautnak a Hold és a Halley-üstökös mozgásának elméletével foglalkozó munkája után enyhült a kritika [57] . Bár a későbbiekben néhol találkoztak metafizikai fantáziákkal, ennek ellenére a 18. századtól kezdődően a fizikában a megismerés fő módszere Galilei és Newton módszere lesz – kísérleteket végeznek, eredményeik alapján objektív kulcsfontosságú fizikai fogalmakat azonosítanak ("természet erői"). ”, ahogy Newton fogalmazott). ), e fogalmak kapcsolatának matematikai leírása (leggyakrabban differenciálegyenletek formájában ), elméleti elemzése és a kapott modell kísérleti igazolása [58] .

Optika: új effektusok

Az optika ókori tudományának területén számos alapvető felfedezést tettek a 17. században. A fénytörés helyes törvénye végül megfogalmazódott ( Snellius , 1621), és Fermat felfedezte a geometriai optika alapvető variációs elvét [59] . 1676-ban Ole Römer megszerezte a fénysebesség első becslését . Grimaldi olasz fizikus fedezte fel a fény interferencia és diffrakciójának jelenségét (1665-ben publikálták posztumusz), 1668 -ban a kettős törést , 1678-ban pedig a fény polarizációját ( Huygens ) [59] .

Folytatódtak a viták a fény korpuszkuláris és hullámtermészetének hívei között. Huygens "Treatise on Light" című művében felépítette a fényhullámok első kvalitatív és részben matematikai modelljét – még mindig tökéletlen, mivel nem tudta megmagyarázni sem a fény diffrakcióját, sem az egyenes vonalú terjedését. Huygens fő vívmánya a „ Huygens-elv ” volt, amely a hullámoptika alapjául szolgál – világosan megmagyarázza a hullámterjedés menetét [60] .

Az optika és a csillagászat fejlődésének fontos állomása volt, hogy Newton megalkotta az első homorú gömbtükrös tükörteleszkópot ( reflektort ): ebben a tisztán lencsés teleszkópokkal ellentétben nem volt kromatikus aberráció . Newton egy kísérletekkel jól tesztelt színelméletet is közzétett , és bebizonyította, hogy a fehér napfény többszínű összetevők egymásra épülése. Newton a fény tulajdonságairól alkotott elképzeléseit (anélkül, hogy a természetére vonatkozó hipotézisek elterelték volna) az "Optika" (1704) alapvető monográfiában vázolta fel, amely egy évszázadra meghatározta e tudomány fejlődését [61] .

Elektromosság és mágnesesség – korai kutatások

A 16. század elejére az elektromosságról és a mágnesességről szóló ismeretek kísérleti alapja csak a súrlódás útján történő villamosítás, a magnetit vasvonzó tulajdonsága , valamint a mágnesezett iránytű azon képessége, hogy az észak-déli irányt jelezze. A 15. század környékén (talán még korábban) az európai navigátorok rájöttek, hogy az iránytű nem pontosan északra mutat, hanem egy bizonyos szögben irányul (" mágneses deklináció "). Kolumbusz Kristóf felfedezte, hogy a mágneses deklináció nagysága a földrajzi koordinátáktól függ , és a térképészek kimutatták, hogy ennek a hatásnak az az oka, hogy a Föld közelében olyan mágneses pólusok léteznek , amelyek nem esnek egybe a földrajzi pólusokkal. Egy ideig megpróbálták az effektust felhasználni a nyílt tengeri hosszúság meghatározásának legfontosabb problémájának megoldására, de sikertelenül [62] . Giambattista della Porta olasz alkimista 1558-ban a " Természetes varázslat " című művében a mágnes több új tulajdonságát is megjegyezte: a mágneses hatás nem hatol át kellő mértékben a vaslemezen, és amikor a mágnest bizonyos magas hőmérsékletre hevítik, A mágneses tulajdonságok eltűnnek, és nem állnak helyre, amikor lehűl [63] .

1600-ban William Gilbert , az angol királynő orvosa publikálta az elektromos és mágneses jelenségekkel kapcsolatos 17 éves kísérleti kutatásának eredményeit. Megerősítette, hogy a Föld egy mágnes . Hilbert bebizonyította, hogy amikor egy mágnest elvágnak, a keletkező töredékeknek mindig két pólusa van. Az elektromos jelenségek tanulmányozására Gilbert feltalált egy elektroszkópot , amellyel az összes anyagot „elektromosra” (vagyis villamosítottra, a modern terminológiában dielektrikumra ) és „nem-elektromosra” (például vezetőkre , töltésekre, amelyeken a kezükön keresztül ) osztotta. a kísérletvezető a földbe ment) . W. Gilbert volt az, aki megalkotta az „ elektromosság ” kifejezést [62] .

Otto von Guericke 1672-ben publikálta saját kísérleti eredményeit. Feltalált egy meglehetősen nagy teljesítményű elektrosztatikus gépet (lenyomott kézzel villamosított forgó kéngömb), és először figyelte meg azt a jelenséget, amikor az elektromosság érintésmentes átvitele egy töltött testről a közelben lévő (vagy az első testhez csatlakoztatott) másikra. vászonszállal). Guericke volt az első, aki felfedezte, hogy az elektromos testek nem csak vonzanak, hanem taszítanak is [64] .

Descartes megalkotta a mágnesesség első elméletét: kétféle, egymással ellentétes szálú spirális éteri részecskék árama kering egy mágnes körül . Ezek az áramok kiszorítják a levegőt a két mágnes között, ami vonzza őket; hasonlóképpen magyarázta Descartes a vas vonzását a mágneshez. Az elektrosztatikus jelenségek hasonlóan felelősek a szalag alakú részecskékért [65] . Descartes modellje jobb híján csaknem a 18. század végéig tartott [62] .

A gázok elméletének születése és egyéb vívmányok

1647-ben Blaise Pascal tesztelte az első barométert ( Torricelli találta fel ), és azt javasolta, hogy a légnyomás a magassággal csökken; ezt a sejtést a következő évben veje, Florin Périer ( Florin Périer ) bizonyította. A nyomás és a magasság közötti összefüggés pontos megfogalmazását Edmund Halley fedezte fel 1686-ban, és az exponenciális függvény fogalmának hiánya miatt ezt az összefüggést a következőképpen vázolta fel: ha a magasság növekszik az aritmetikai progresszióban , a légköri nyomás mértanilag csökken. . Pascal 1663-ban publikálta a nyomásterjedés törvényét folyadékban vagy gázban [59] [66] .

Otto von Guericke 1669-ben feltalált egy légszivattyút, számos látványos kísérletet végzett (" Magdeburgi féltekék "), végül megcáfolta Arisztotelész azon véleményét, hogy "a természet fél az ürességtől". A légköri nyomás létezése , amelyet Torricelli fedezett fel 1644-ben, azóta egyértelműen bebizonyosodott. Guericke kísérletei Robert Boyle és Robert Hooke angol fizikusokat érdekelték , akik jelentősen továbbfejlesztették a Guericke-szivattyút, és számos új felfedezést sikerült elérniük vele, köztük a gáz térfogata és nyomása közötti összefüggést ( Boyle-Mariotte törvény ).

Más munkáiban Boyle azt állítja, hogy az anyag kis részecskékből áll ( korpusztulák , modern terminológiával - molekulák ), amelyek meghatározzák az anyag kémiai tulajdonságait, és a kémiai reakciók az ilyen részecskék permutációjára redukálódnak. Megindokolta a hő kinetikus természetét is , vagyis mély kapcsolatát a testrészecskék kaotikus mozgásával: hevítéskor e részecskék sebessége megnő [67] .

Boyle "New Physicomechanical Experiments Concerning the Elasticity of Air" című könyve széles körben ismertté vált, Európa legnagyobb fizikusai foglalkoztak a gázok tulajdonságainak és gyakorlati alkalmazásuk vizsgálatával. Denis Papin elkészítette az első vázlatot egy gőzgépről (" Papin kazánjáról ") és egy "gőzkocsiról" [68] . Papen azt is felfedezte, hogy a víz forráspontja a légköri nyomástól függ (1674) [59] .

A 17. század további fontos felfedezései közé tartozik a Hooke-törvény (1678), amely a rugalmas test feszültségét az alkalmazott erőhöz köti.

18. század

A 18. századi fizika általános jellemzői

A 18. századi technológia fő vívmánya a gőzgép feltalálása (1784), amely számos ipari technológia szerkezeti átalakulását és új termelési eszközök megjelenését idézte elő. A kohászat, a gép- és hadiipar rohamos fejlődésével összefüggésben nő az érdeklődés a fizika iránt. Megkezdődik nemcsak az összevont, hanem a szakfolyóiratok megjelenése is, a tudományos publikációk száma és példányszáma folyamatos növekedést mutat. A tudomány presztízse nőtt, kiemelkedő tudósok előadásai érdeklődők tömegeit vonzzák [69] [70] .

A kísérleti fizikusok ebben az időszakban már számos elfogadható pontosságú mérőműszerrel és a hiányzó műszerek gyártására alkalmas eszközökkel rendelkeztek. A „fizika” szó jelentése leszűkült, a csillagászat, a geológia, az ásványtan, a műszaki mechanika és a fiziológia kiemelkedik e tudomány köréből. A karteziánizmus , amelyet nem támaszt alá a tapasztalat, gyorsan veszít támogatóiról; d'Alembert 1743-ban ironikusan "szinte nem létező szektának" nevezte a karthauziakat. A mechanika és a hőelmélet felgyorsult ütemben fejlődött . A század második felében megkezdődik az elektromosság és a mágnesesség intenzív kutatása. A világ newtoni rendszerének keretein belül nagy sikerrel formálódik egy új égi mechanika . A XVIII. század fizikájának jellegzetes vonása az a tény, hogy a fizika minden ága, valamint a kémia és a csillagászat egymástól függetlenül fejlődött, Descartes egyetlen integrált tudásrendszer létrehozására irányuló kísérletét sikertelennek ismerték el és egy ideig felhagyták. A természeti erők hordozóit azonban továbbra is a karteziánus "finomanyagnak" tekintették - láthatatlannak, súlytalannak és mindent áthatónak ( kalóriás , elektromos és mágneses folyadékok) [71] [69] .

Kezdetben az elméleti és alkalmazott fizika nagyrészt egymástól függetlenül fejlődött – például az optikai teoretikusok nem vettek részt az üvegek feltalálásában. A 18. századtól kezdett intenzívebbé válni az elmélet és a gyakorlat kölcsönhatása, bár a fizika különböző területein más a helyzet - a fejlettebb szakaszokon már szembetűnőbb a kölcsönhatás. Például a termodinamika még csak az első lépéseket tette, a gőzgépet elméleti szakemberek segítsége nélkül építették meg, de az optikai műszerek fejlődése a 18. században már lényegében egy jól kidolgozott elméleten alapul [71] .

Mechanika

Euler 1736-ban kezdte meg az analitikus mechanika létrehozását ; később (1760) nemcsak egy anyagi pont mozgását vizsgálta , hanem egy tetszőleges merev testet is. D'Alembert a "Dynamics" (1742) és Lagrange az "Analytical Mechanics" (1788) című monográfiájában egyetlen megközelítésben egyesítette a statikát és a dinamikát (a " d'Alembert-elv " alapján), és befejezte az elméleti mechanika átalakulását a matematikai elemzés ága . Az elméleti mechanika továbbfejlesztése főként a matematika fősodrában [72] [73] történik .

Az a kérdés, hogy milyen mennyiség ( impulzus vagy " élőerő " ) marad meg mozgásban, heves vitát váltott ki, amely egészen a 18. század közepéig tartott, amikor is de Meurant és d'Alembert alátámasztotta (a mechanikai ütközésekre) mind a megmaradás törvényét. lendület és a megmaradási törvény energia [74] . 1746-ban Euler és Daniel Bernoulli (függetlenül) felfedezték a mechanika új alaptörvényét: a szögimpulzus megmaradásának törvényét . Maupertuis és Euler bevezette a tudományos használatba a cselekvés fogalmát és az arra épülő rendkívül gyümölcsöző variációs elvet . A 19. század vége óta világossá vált, hogy a legkisebb cselekvés variációs elve messze túlmutat a mechanika keretein, alapvető és az egész fizikát áthatja [75] . $mv$ $mv^{2}$

Descartes után a második kísérletet arra, hogy a természet minden törvényét egyetlen mechanikai elmélettel lefedje, Rudzher Boskovic ragusi tudós tette meg „ A természetfilozófia elmélete, a természetben létező erők egyetlen törvényére redukálva ” című monográfiájában (1759). Az anyag elsődleges elemei Boskovic szerint oszthatatlan és nem kiterjesztett anyagi pontok, amelyek a távolságtól függően vonzhatják egymást vagy taszíthatják (a közelben mindig taszítják, jelentős távolságban pedig vonzzák). E hipotézis segítségével Bošković minőségileg magyarázott számos fizikai jelenséget. Az általános metafizikai jelleg ellenére Bošković ideológiai gazdagságukkal kitüntetett művei a 19. században nagy hatást gyakoroltak a fizika fejlődésére, különösen a fizikai mező fogalmának Faraday általi kialakítására [76] [ 77] .

A folyadékok és gázok dinamikájának megteremtése Daniel Bernoulli „Hydrodynamics” (1738) úttörő munkájához kapcsolódik. Ebben a munkában Bernoulli a folyadékok és gázok különféle mozgását vizsgálta mechanikai szempontból, megadta Bernoulli alaptörvényét, és először vezette be a mechanikai munka fogalmát . Bernoulli érvei közül sok az energiamegmaradás ("élő erő") törvényén alapul. Bernoulli munkáját Euler folytatta, aki 1755-ben publikálta az analitikai folyadékmechanika alapjait, d'Alembert és Clairaut . Euler általános elméletet dolgozott ki az áramló víz által hajtott turbinákról , malomkerekekről és egyéb mechanizmusokról; John Smeaton angol mérnök (1759) fontos gyakorlati fejlesztéseket végzett ebben a témában . Ebben az időszakban egyre inkább elterjedt az az általános vélemény, hogy minden fizikai folyamat végső soron az anyag mechanikus mozgásának megnyilvánulása [72] .

Elektromosság és mágnesesség

A 18. század első felében az egyetlen áramforrás a súrlódással történő villamosítás volt. Az első jelentős hozzájárulást az elektrosztatikához Stephen Gray tette , aki az elektromosság egyik testről a másikra történő átvitelét vizsgálta. Kísérletsorozat után felfedezte az elektrosztatikus indukciót , és egyben bebizonyította, hogy elektromos töltések helyezkednek el egy villamosított test felületén. 1734-ben Charles Francois Dufay francia tudós kimutatta, hogy kétféle elektromosság létezik: pozitív és negatív (ő maga az "üveges" és a "gyantás" kifejezéseket használta). Du Fay volt az első, aki felvetette a mennydörgés és villámlás elektromos természetét, és azt, hogy az elektromosság rejtett, de jelentős szerepet játszik a fizikai folyamatokban. A csekély kísérleti bázis miatt ebben az időszakban nem jelentek meg komoly elméletek az elektromosság természetéről [78] [79] .

A fordulópont 1745-ben következett be, amikor feltaláltak egy erősebb áramforrást - a Leyden-edényt . Ezeknek a kondenzátoroknak a párhuzamos csatlakoztatása rövid távú, de elég erős elektromos áramot adott . Sok országban azonnal megkezdték az elektromos áram tulajdonságainak tanulmányozását. A legmélyebb kutatást Benjamin Franklin amerikai politikus és amatőr fizikus végezte ; "Kísérletek és megfigyelések az elektromosságról" című könyve szenzációt keltett, és számos európai nyelvre lefordították. Franklin meggyőzően bizonyította Dufay hipotézisét a villám elektromos természetéről, és elmagyarázta, hogyan védekezhet ellene az általa feltalált villámhárító segítségével . Ő volt az első, akinek sikerült az elektromosságot mechanikus mozgássá alakítania, de nagyon rövid időre (a Leyden tégely kisülési idejére). Franklin felvetette (1749), hogy van némi kapcsolat az elektromosság és a mágnesesség között, mivel olyan esetet jegyeztek fel, amikor a villám megfordította a mágnes pólusait [78] .

Franklin is javasolta az első elméletet: az elektromosság véleménye szerint a legkisebb részecskék speciális anyaga, hasonló a folyadékhoz („ fluidum ”). Vonzódik a közönséges anyaghoz, be tud lépni, de taszítja önmagától. A különböző anyagok különböző mennyiségű villamos energiát tartalmazhatnak, miközben egy bizonyos "elektromos atmoszféra" veszi körül őket. A pozitív és negatív töltéseket ezen elmélet szerint az elektromos anyag feleslege vagy hiánya okozza. Franklin elmélete azonban nem magyarázta meg, hogy a negatív töltésű, elektromosságtól mentes testek miért taszítanak ugyanúgy, mint a pozitív töltésűek, ezért sok fizikus hajlamos volt azt hinni, hogy még mindig létezik két „elektromos folyadék” [80] .

A Franklin-modellről a tudósok véleménye megoszlott: éles kritika érte, de voltak támogatói is, köztük a neves német fizikus, Aepinus . Aepinus arról volt híres, hogy 20 évvel Coulomb előtt felfedezte a piroelektromosságot és megjósolta a Coulomb-törvényt . Aepinus azt is javasolta, hogy a Leyden-edény kisülése oszcilláló. Euler nem hitt egy speciális elektromos folyadékban, és az elektromos jelenségeket az éterben végbemenő kondenzációs/ritkulási folyamatoknak tulajdonította [78] .

A század végét két meghatározó esemény jellemezte az elektromosság történetében. 1785-ben jelent meg Coulomb első emlékirata, amelyben a Coulomb -törvényt leírták és pontos kísérletekkel alátámasztották , és az egyetemes gravitáció törvényével való hasonlósága lehetővé tette rövid időn belül (1828-ra) a matematikai alapok kidolgozását. elektrosztatika , benne korábban kifejlesztett analitikai módszerek alkalmazásával [81] . 1791-ben az olasz orvos, Luigi Galvani kiadott egy értekezést az általa felfedezett „állati elektromosságról”: a béka lába, amelyet egy rézhorog függesztett egy vasrácson, spontán megrándult. Alessandro Volta olasz fizikus hamarosan felfedezte, hogy a béka ebben a kísérletben csak az áram mutatójaként szolgál, és a valódi forrás két különböző fém érintkezése egy elektrolitban . Kísérletsorozat elvégzése után Volta 1800-ban tervezett egy erőteljes egyenáramforrást - " voltaikus oszlopot ", az első elektromos akkumulátort . Segítségével az elektromágneses tulajdonságok döntő felfedezései születtek a következő, XIX. században [78] .

A mágnesesség tanulmányozása terén az előrelépés kevésbé volt észrevehető. Számos fenomenológiai elmélet született, amelyek azt állítják, hogy megmagyarázzák a mágnesek tulajdonságait. Euler 1744-ben publikálta a mágnesesség elméletét, azt sugallva, hogy azt valamiféle "ferrofluid" okozta, amely mágnesben és vasban áramlik speciális "mágneses pórusokon". Hasonló folyadék szerepelt Franklin és Aepinus alternatív elméletében is . Utóbbiak azonban ezt a folyadékot tekintették az elektromosság és a mágnesesség közös hordozójának. Coulomb csatlakozott Aepinushoz a "ferrofluid áramlást" magában foglaló elméletek elutasításában, mivel nem tudja megmagyarázni az iránytű tű irányának stabilitását. Azt javasolta (1784), hogy a mágnesek vonzását és taszítását a newtoni gravitációhoz hasonló erő okozza [78] .

Melegség

A 18. században megmaradt, sőt kibővült a hőt hordozó „tűz finomanyag” fogalma. A kalória , a hőhordozó létezését sok fizikus hitte el, Galileitól kezdve ; a másik tábor azonban, amelybe Robert Boyle , Robert Hooke , Daniil Bernoulli , Leonard Euler és M. V. Lomonoszov tartozott , ragaszkodott a molekuláris kinetikai hipotézishez : a hő a belső mikrorészecskék mozgása. Mindkét hipotézis kvalitatív jellegű volt, és ez nem tette lehetővé azok összehasonlítását és igazolását (a hő mechanikai megfelelőjének fogalma , amely megoldotta a vitát, csak a következő évszázadban merült fel). Egyes tudósok úgy vélték, hogy a hő, az elektromosság és a mágnesesség ugyanannak az éteri anyagnak a módosításai. Az égési folyamat , mint oxidációs reakció valódi természetét csak Lavoisier tárta fel az 1780-as években [82] .

A század elején Gabriel Fahrenheit német fizikus feltalált egy hőmérőt (higany vagy alkohol alapú), és javasolta a Fahrenheit-skálát (pontosabban annak első, később általa javított változatát). A század végéig a hőmérsékleti skála más változatai is megjelentek: Reaumur (1730), Celsius (1742) és mások. Ettől kezdve lehet pontosan mérni a hőmennyiséget. Benjamin Thompson (Rumfoord gróf) egy sor finom kísérletben kimutatta, hogy a testek melegítése vagy hűtése nincs hatással a súlyukra. Felhívta a figyelmet a fémfúráskor keletkező jelentős hőre is; A kalória hívei ezt a hatást a kalória sűrűségének növekedésével magyarázták abban a részben, amikor a forgácsot leválasztották róla, de Rumfoord kimutatta, hogy a forgács hőkapacitása megegyezik a munkadarab hőkapacitásával. Ennek ellenére a kalóriahipotézis a 19. század elején is számos támogatót tartott meg [82] .

A Fahrenheit megvizsgálta a problémát: milyen hőmérséklet jön létre két adag egyenlőtlenül melegített víz összekeverésével. Feltételezte, hogy a keverék hőmérséklete a komponensek hőmérsékletének számtani középértéke lesz, de a kísérletek megcáfolták ezt a feltételezést. Bár sok fizikus foglalkozott ezzel a kérdéssel, a probléma megoldatlan maradt egészen a hőkapacitás elméletének a század végi megalkotásáig és annak egyértelmű felismeréséig, hogy a hőmérséklet és a hő nem ugyanaz [82] . A végső érv e következtetés mellett Joseph Black kísérletei voltak , aki felfedezte (1757), hogy az olvadás és a párologtatás a hőmérséklet megváltoztatása nélkül jelentős plusz hőt igényel. 1772-ben Johann Wilke bevezette a hő mértékegységét, a kalóriát [83] .

1703-ban Guillaume Amonton francia fizikus , miután megvizsgálta a levegő rugalmasságának hőmérséklettől való függését, arra a következtetésre jutott, hogy létezik abszolút nulla hőmérséklet , amelynek értékét –239,5 ° C -ra becsülte. Lambert 1779-ben megerősítette Amonton eredményét, és pontosabb –270 °C értéket kapott [84] . A 18. század során felhalmozott, a hő tulajdonságairól felhalmozott ismeretek eredményének tekinthető Lavoisier és Laplace "Memoir on Heat" című könyve , amelyben többek között a hőkapacitás elmélete és a hőmérséklettől való függése, a tágulás. a testek hőkezelését vizsgálják [85] .

Akusztika

A matematikai elemzés megalkotása lehetővé tette a húr rezgésének kimerítő vizsgálatát, ezért a 18. században az akusztika, akárcsak a mechanika, egzakt tudománnyá válik. Joseph Sauveur már a század elején meghatározta az összes zenei hang hullámhosszát, és elmagyarázta a felhangok eredetét (1674-ben fedezték fel), Euler pedig An Experience in a New Theory of Music (1739) című művében teljes képet adott. a húrrezgések analitikus elmélete. Ernst Chladni német kísérleti fizikus a század végén részletesen vizsgálta a rudak és lemezek rezgéseit (" Chladni-figurák "); megfigyeléseire elméleti magyarázatot adtak a 19. században Laplace , Poisson és más matematikusok [86] [87] .

Optika

Az optikában a newtoni kritika hatására a fény hullámelmélete a 18. század folyamán Euler és néhány más tekintély erős támogatása ellenére szinte elvesztette híveit. Az új eredmények közül megemlíthetjük a csillagászok számára fontos fotométer feltalálását (1740, Bouguer , Rumfoord 1795-ben továbbfejlesztette ). Lambert kidolgozta az optika metrológiáját - szigorúan meghatározta a fényerő és a megvilágítás fogalmát , megfogalmazta a felület megvilágításának a területétől és dőlésszögétől való függését, és kiderítette a fényintenzitás csökkenésének törvényét egy elnyelőben. közepes [88] .

John Dollond 1757-ben megalkotta az első akromatikus objektívet , amely különösen hasznosnak bizonyult fénytörő teleszkópok és mikroszkópok építéséhez . A század végén John Herschel diszperziós kísérletei során olyan infravörös sugarakat fedezett fel , amelyek hőt adnak át, és tulajdonságaikban hasonlóak a látható fényhez. A látható spektrum másik végén található ultraibolya sugárzást hamarosan Johann Wilhelm Ritter (1801) fedezte fel [89] .

19. század

A 19. századi fizika általános jellemzői

Az ipari forradalom és a haditechnikai igények mind a kísérleti, mind az elméleti fizika kiemelt fejlesztését ösztönözték. A fizika feladata egyre inkább nem a természeti erők magyarázata, hanem azok szabályozása. Szinte minden területen megjelentek a precíz mérőműszerek, a 19. századi fizikai kísérletek eredményei túlnyomórészt mennyiségiek. Kidolgozásra került a mérési hibák matematikai elmélete , amely lehetővé teszi a megfigyelt fizikai mennyiségek megbízhatóságának felmérését. Ennek ellenére a 19. század első felében még mindig gyakran használnak jó minőségű metafizikai fogalmakat és messzemenő hipotéziseket a hatalmas kísérleti anyag értelmezésére: kalória , elektromos és mágneses folyadékok, „hanganyag” stb. A század folyamán új fogalmak és fizikai modellek: a fény hullámelmélete , a hő kinetikai elmélete, az energiamegmaradás törvénye [90] , Maxwell elektromágneses elmélete , atomizmuson alapuló periodikus elemrendszer . A század végére ezek az elméletek, amelyeket összefoglalóan „ klasszikus fizikának ” neveznek, általános elfogadásra és széles körű gyakorlati alkalmazásra tesznek szert. Az alkalmazott fizika is kialakulóban van , amely konkrét technológiai problémák hatékony megoldására összpontosít; a gyakorlat elméleti kutatásra gyakorolt hatása különösen az elektrotechnika és a belső égésű motor megjelenése után válik aktívvá a 19. század második felében [91] [92] .

A korszak fontos jellemzője volt, hogy fokozatosan erősödött az a vélemény, hogy nem minden természeti jelenség alapja a mechanikus mozgás. Már a termodinamika második főtétele sem tette lehetővé a mechanikai alátámasztást, hiszen ebből számos folyamat visszafordíthatatlansága következett, és az elektromágnesességet az éteri közeg oszcillációjával magyarázó kísérletek leküzdhetetlen nehézségekbe ütköztek, amelyek csak a XX. század eljövetelével oldódtak meg. a relativitáselmélet és az éter, mint hordozó közeg eltörlése [93] .

A 19. században a fizika számos új ága jelent meg, elsősorban az elektromágnesességhez kapcsolódóan , valamint a termodinamika , a statisztikus fizika , a statisztikai mechanika , a rugalmasságelmélet , a radiofizika , a meteorológia , a szeizmológia .

A fény hullámelmélete

Száz évvel az Elemek megjelenése után Newtonnak a fény hullámelméletével kapcsolatos kritikáját nemcsak Angliában, hanem a kontinensen is felismerte a tudósok többsége. Ez részben annak volt köszönhető, hogy a hullámoszcillációk teljes matematikai elmélete csak a 19. század elején született meg ( Fourier ). A fényt néhány kistestű áramlásnak tekintették [94] .

Az első csapást a fény korpuszkuláris (emissziós) elméletére Thomas Jung orvos, a fiziológiai optika specialistája mérte. 1800-ban a Royal Society előtt felszólalva felsorolta az emissziós elmélet leküzdhetetlen nehézségeit: miért bocsát ki minden fényforrás azonos sebességgel a testeket, és hogyan van az, hogy a testre eső fény egy része általában visszaverődik, míg a másik része bejut a szervezetbe? Jung arra is rámutatott, hogy Newton nem adott meggyőző magyarázatot a fénytörés , diffrakció és interferencia jelenségeire. Ehelyett Jung kidolgozta az interferencia hullámelméletét (és bevezette magát a kifejezést), amely az általa megfogalmazott hullámok szuperpozíciójának (szuperpozíciójának) elvén alapul , és a diffrakciót is hasonló módon magyarázta. A „ Jung tapasztalata ” ezután bekerült a tankönyvekbe. Kísérleteinek eredményei szerint Jung meglehetősen pontosan megbecsülte a fény hullámhosszát különböző színtartományokban. Felépítette a színlátás és akkomodáció helyes elméletét is [94] .

Young hullámelmélete ellenségesen fogadott. Éppen ebben az időben (1808, Malus , Laplace és mások) mélyrehatóan tanulmányozták a fény kettős fénytörésének és polarizációjának jelenségét, amelyet az emissziós elmélet döntő bizonyítékának tekintettek. Ám ekkor Augustin Jean Fresnel , akkoriban útépítési mérnök, a hullámelmélet mellett szólalt fel . Számos szellemes kísérletben demonstrált tisztán hullámhatásokat, amelyek a korpuszkuláris elmélet szempontjából teljesen megmagyarázhatatlanok, és emlékiratát, amely átfogó tanulmányt tartalmaz a hullámhelyzetekről, precíz kvantitatív méréseket és részletes matematikai modellt a fény összes akkor ismert tulajdonságáról. (kivéve a polarizációt ), megnyerte a Párizsi Tudományos Akadémia versenyét 1818-ban. Fresnel általánosította a Huygens-elvet , és szigorúan meg tudta magyarázni a fényhullám egyenes vonalú terjedését [94] .

Arago egy különös esetet ír le : az akadémikusok bizottságának ülésén Poisson felszólalt Fresnel elmélete ellen, mivel ebből abszurd következtetés következett: bizonyos körülmények között egy átlátszatlan körből egy erősen megvilágított terület jelenhet meg az árnyék közepén. . A következő találkozók egyikén Fresnel és Arago bemutatta a bizottság tagjainak ezt a hatást, amelyet „ Poisson-foltnak ” [95] neveztek el . Azóta Fresnel diffrakciós, fénytörési és interferencia-képletei minden fizika tankönyvben megtalálhatók. Jung és Fresnel is az éter rugalmas hosszirányú rezgéseinek tekintette a fényt , amelynek sűrűsége anyagban nagyobb, mint vákuumban [94] .

A polarizáció mechanizmusának megértése maradt. Fresnel már 1816-ban tárgyalta annak lehetőségét, hogy az éter fényrezgései nem hosszanti, hanem keresztirányúak. Ez könnyen megmagyarázná a polarizáció jelenségét. A keresztirányú rezgésekkel azonban korábban csak összenyomhatatlan szilárd anyagokban találkoztunk, míg az étert a gázhoz vagy folyadékhoz hasonlónak tekintették. A polarizált fény visszaverődésének vizsgálata meggyőzte Fresnelt a fényhullámok transzverzitásáról alkotott hipotézis helyességéről, majd bemutatta az új kísérleteket leíró visszaemlékezést és a polarizáció teljes elméletét, amely ma is érvényes [96] . A következő csaknem száz év a hullámelmélet diadalmas sikere minden területen. Elkészült a klasszikus hullámoptika, egyúttal feltéve a legnehezebb kérdést: mi az éter és mik a tulajdonságai? [94]

A fizika fejlődésére a legerősebben Fizeau (1849-1851) tapasztalata volt hatással, aki kimutatta, hogy a fény sebessége a vízben negyedével kisebb, mint a levegőben (az emissziós elmélet szerint nagyobbnak kell lennie, különben a fénytörés a fény nem magyarázható ) [97] .

Az elektrodinamika és az elektrotechnika megjelenése

A 18. század végén Franklin légköri elektromosság -elmélete és Coulomb-törvénye már az elektromágneses jelenségek fizikájának tárgyát képezte . Poisson , Gauss és Green erőfeszítései révén az elektrosztatika alapvetően a 19. század első negyedében fejlődött ki, lásd a Poisson-egyenletet (1821). Poisson az elektromos potenciál mellett bevezette a mágneses potenciált is, amely lehetővé teszi a statikus mágneses tér kiszámítását [98] [99] .

Ezen eredmények elméleti alapja kétféle „elektromos folyadék” létezése volt, a pozitív és a negatív; mindegyik más típusú részecskéket vonz magához, és taszítja a sajátját. Egy test akkor töltődik fel, ha ennek a folyadéknak valamelyik fajtája van túlsúlyban; A vezetők olyan anyagok, amelyek nem ellenállnak az elektromos folyadékoknak. A vonzás vagy taszítás ereje engedelmeskedik a fordított négyzettörvénynek [98] .

Mint fentebb említettük, Volta 1800-ban összeállította az első " voltaikus oszlopot ", amellyel zárt áramkörökben vizsgálta az áramerősséget. Ezekkel az első egyenáramú akkumulátorokkal hamarosan két kiemelkedő felfedezést tettek:

elektrolízis : ugyanabban az 1800-ban Nicholson és Carlisle ( William Nicholson, Anthony Carlisle ) hidrogénre és oxigénre bontotta a vizet , Davy pedig 1807-ben fedezte fel a káliumot és a nátriumot .
elektromos ív : V. V. Petrov (1802) és Davy.

A fő szenzációs események 1820-ban kezdődtek, amikor Oersted kísérletileg felfedezte az áram mágneses tűre gyakorolt eltérítő hatását. Oersted üzenete általános érdeklődést váltott ki. Két hónappal később Ampère beszámolt az általa felfedezett jelenségről, amely két vezető és az áram közötti kölcsönhatásról szól; ő javasolta az "elektrodinamika" és az "elektromos áram" kifejezéseket is [C 4] . Ampere azt javasolta, hogy minden mágneses jelenséget az anyagon belüli belső áramok okoznak, amelyek a mágnes tengelyére merőleges síkban áramlanak [98] . Az elektromosságot és a mágnesességet összekapcsoló első elméleteket (még a régi kifejezésekkel) Biot , Savart és később Laplace építette fel ugyanabban az évben (lásd Biot-Savart-Laplace törvényt ) [98] .

Azonnal a felfedezések új kaszkádja következett:

első villanymotor (1821, Faraday )
termoelem (1821, Seebeck )
az első érzékeny galvanométer az áramerősség mérésére (1825, L. Nobili )
Ohm törvénye (1827)

1826-ban Ampère kiadta „A kizárólag tapasztalatból származó elektrodinamikai jelenségek elmélete” című monográfiát. Felfedezett egy elektromágnest ( szolenoid ), kifejezte az elektromos távíró gondolatát . A két aktuális elem kölcsönhatására vonatkozó Ampere-képlet bekerült a tankönyvekbe. Maxwell Ampère-t "az elektromosság Newtonjának" nevezte [98] .

Az első metrológiai szabványokat, amelyek meghatározták az elektromosság és a mágnesesség mértékegységeit, Gauss és Weber dolgozta ki az 1830-as években . Megkezdődik az elektromosság gyakorlati alkalmazása. Ugyanebben az időszakban D. F. Danielnek és B. S. Jacobinak köszönhetően megjelent a galvanizálás , amely átalakította a tipográfiát, az ékszertechnológiát, majd a hangfelvételek kiadását a lemezeken. Az 1830-as években kifejlesztették az elektromos távíró első mintáit , 1844-ben az USA-ban üzembe helyezték a világ első kereskedelmi távíróvonalát, néhány évvel később pedig az USA-ban és Európában is tízes számban mérték [100] .

Michael Faraday 1831-ben fedezte fel az elektromágneses indukciót , ezzel bizonyítva, hogy az elektromosság és a mágnesesség közötti kapcsolat kölcsönös. Faraday kísérletsorozat eredményeként (szóban) megfogalmazta az elektromágneses mező tulajdonságait , amelyeket később Maxwell matematikailag formalizált: az elektromos áram az irányára merőleges mágneses hatást fejt ki, a mágneses fluxus változása pedig elektromotoros erőt generál. és egy örvény elektromos mező [101] .

Faraday megépítette az első villanymotort és az első elektromos generátort , megnyitva az utat a villamos energia ipari felhasználása előtt. Faraday felfedezte az elektrolízis törvényeit , bevezette a következő kifejezéseket: ion , katód , anód , elektrolit , diamágnesesség , paramágnesesség és mások. 1845-ben Faraday felfedezte a fény polarizációs síkjának forgását egy mágneses térbe helyezett anyagban. Ez azt jelentette, hogy a fény és az elektromágnesesség szorosan összefüggenek. Később Faraday tanulmányozta az önindukciót , amelyet Henry amerikai tudós fedezett fel 1832-ben , a dielektrikumok tulajdonságait és a gázok kisülését [101] .

Folytatódott az elektrotechnika elméletének és alkalmazásainak fejlesztése. 1845-ben Kirchhoff megalkotta az áramok eloszlásának törvényeit összetett elektromos áramkörökben. 1874-ben N. A. Umov az energiaáramlás fogalmát vizsgálta tetszőleges közegben, majd az 1880-as években Poynting és Heaviside dolgozta ki ezt az elméletet az elektromágneses térrel kapcsolatban [102] .

Az elektromos motorok és elektromos generátorok ipari modelljei az idők során erősebbek és technológiailag fejlettebbek lettek; az egyenáramot váltakozó áram váltotta fel . A század végére az elektromosság kimeríthetetlen lehetőségei – az elméleti fizikusok és mérnökök közös erőfeszítéseinek köszönhetően – a legszélesebb körű alkalmazásra találtak. 1866-ban elindították a transzatlanti elektromos távírót , az 1870-es években feltalálták a telefont , az 1880-as években pedig az izzólámpák széles körű elterjedése kezdődött [103] .

Az elektromágneses tér elmélete

Az Ampere által bevezetett erőket, akárcsak Newtonét, nagy hatótávolságúnak tekintették . Ezt az álláspontot erősen megkérdőjelezte Michael Faraday , aki meggyőző kísérletek segítségével kimutatta, hogy az elektromos és mágneses erők folyamatosan, pontról pontra áramlanak, és (egymással összefüggő) "elektromos mezőt" és "mágneses mezőt" alkotnak. A Faraday által bevezetett „mező” fogalma lett a fő hozzájárulása a fizikához. Az akkori tudósok azonban, akik már megszokták a newtoni vonzás hosszú távú hatását, most bizalmatlanok voltak a rövid távú cselekvéssel szemben [104] .

Faraday felfedezései után világossá vált, hogy az elektromágnesesség régi modelljei ( Ampère , Poisson stb.) lényegében hiányosak. Hamarosan megjelent Weber elmélete , amely hosszú távú cselekvésen alapul. Ekkorra azonban a gravitációelmélet kivételével minden fizika már csak a rövid hatótávolságú erőkkel foglalkozott ( optika , termodinamika , kontinuummechanika stb.). Gauss , Riemann és számos más tudós meggyőződésének adott hangot, hogy a fénynek elektromágneses természete van, amiből az következett, hogy az elektromágneses jelenségek elméletének is rövid hatótávolságúnak kell lennie [101] . Fontos körülmény volt a 19. század közepére a folytonos médiára vonatkozó parciális differenciálegyenletek elméletének mélyreható fejlődése - lényegében elkészült a térelmélet matematikai apparátusa . Ilyen körülmények között jelent meg Maxwell elmélete , amelyet szerzője szerényen Faraday elképzeléseinek matematikai újramondásának nevezett [105] .

Maxwell első művében (1855-1856) egy hidrodinamikai modellen alapuló állandó elektromágneses térre (a térvonalak folyadékáramlási csöveknek feleltek meg) egy sor egyenletet adott integrál formában. Ezek az egyenletek elnyelték az összes elektrosztatikát, elektromos vezetőképességet és még a polarizációt is. A mágneses jelenségeket hasonlóan modellezzük. A munka második részében Maxwell, minden analógia nélkül, megépíti az elektromágneses indukció modelljét. A következő munkában Maxwell differenciál formában fogalmazza meg egyenleteit, és bevezeti az eltolási áramot . Bebizonyítja, hogy léteznek olyan elektromágneses hullámok , amelyek sebessége megegyezik a fény sebességével , megjósolja a fény nyomását . Maxwell utolsó munkája - "Treatise on Electricity and Magnetism" (1873) tartalmazza a teljes téregyenletrendszert Heaviside szimbolikájában, aki a vektoranalízishez a legkényelmesebb berendezést javasolta . A Maxwell-egyenletek modern formáját később Hertz és Heaviside [105] [106] adták meg .

A természeti erők egysége, amit Descartesnak nem sikerült bebizonyítania, helyreállt. Az elektromos és mágneses folyadékokkal kapcsolatos hipotézisek a múlté, helyettük egy új fizikai tárgy jelent meg - egy elektromágneses mező , amely egyesíti az elektromosságot, a mágnesességet és a fényt. Kezdetben ezt a mezőt a rugalmas éterben végbemenő mechanikai folyamatokként értelmezték [102] .

Egyes fizikusok ellenezték Maxwell elméletét (főleg az elmozduló áram fogalma váltott ki sok kifogást). Helmholtz javasolta elméletét, kompromisszumot Weber és Maxwell modelljeivel kapcsolatban, és utasította tanítványát, Heinrich Hertzet , hogy tesztelje azt. Hertz 1885-1889-ben végzett kísérletei azonban egyértelműen megerősítették Maxwell helyességét [102] .

A Hertz már 1887-ben megépítette a világ első rádióadóját ( a Hertz vibrátort ); a vevő rezonátor (nyitott vezető) volt. Ugyanebben az évben Hertz felfedezte az elmozduló áramot egy dielektrikumban (egyúttal felfedezte a fotoelektromos hatást ). A következő évben Hertz felfedezte az álló elektromágneses hullámokat , később jó pontossággal megmérte a hullámok terjedési sebességét, és ugyanazokat a jelenségeket fedezte fel rájuk, mint a fénynél - visszaverődés, törés, interferencia, polarizáció stb. [102]

1890-ben Branly feltalált egy érzékeny rádióhullám-vevőt, a coherert , és megalkotta a " rádió " kifejezést. A koherens rádióhullámokat 40 méteres távolságig fogta ( Oliver Lodge , 1894), antennával pedig sokkal távolabbról. Néhány évvel később Popov és Marconi azt javasolták, hogy kössék össze a koherert egy elektromos haranggal, létrehozva az első rádiókommunikációs készüléket [107] . A rádió és az elektronika korszaka a 20. században kezdődött.

Termodinamika, gázok, anyag szerkezete

A kémia fejlődése és a kémiai elemek interkonverziójának lehetetlensége súlyos érv lett Robert Boyle azon elképzelése mellett, hogy a molekulák léteznek, mint a kémiai tulajdonságok különálló elsődleges hordozói. Megállapították, hogy bizonyos súly- és térfogatarányok figyelhetők meg a kémiai reakciók résztvevőinél ; ez nemcsak közvetve tanúskodott a molekulák létezése mellett, hanem lehetővé tette tulajdonságaik és szerkezetük tekintetében is feltételezéseket. A 19. század elején John Dalton molekuláris elmélettel magyarázta a parciális nyomások törvényét, és összeállította a kémiai elemek atomtömegének első táblázatát - mint később kiderült, téves, mivel a víz HO képletéből indult ki . H 2 O , és egyes vegyületeket elemnek tekintett [108] [109] .

1802-ben Gay-Lussac és Dalton felfedezte a gáz térfogata és hőmérséklete közötti összefüggés törvényét . 1808-ban Gay-Lussac egy paradoxont fedezett fel: a gázokat mindig több térfogatarányban kombinálták, például: C + O 2 (egy térfogat) = CO 2 (két térfogat). Hogy megmagyarázza ezt az ellentmondást Dalton elméletével , Avogadro 1811-ben javasolta az atom és a molekula fogalmának megkülönböztetését. Azt is javasolta, hogy azonos térfogatú gázok azonos számú molekulát tartalmaznak (nem atomokat, ahogy Dalton hitte). Ennek ellenére az atomok létezésének kérdése sokáig vitatott volt [110] .

A 19. század első felében a hőelméletet még a kalória uralta , bár a hőátadás kvantitatív modelljei már elkezdtek megjelenni. Egy kompromisszumos lehetőség is szóba került: a hő az anyag részecskéinek mozgása, de ez a mozgás a kalória (néha az éterrel azonosítva ) közvetítésével történik. 1822-ben Fourier kiadta az analitikai hőelméletet, ahol megjelenik a hőegyenlet , és megmutatja, hogy a hőáram (Fourier esetében kalória) arányos a hőmérsékleti gradienssel . A kalóriaelmélet keretein belül született Sadi Carnot „Elmélkedések a tűz hajtóerejéről és az ezen erőt kifejteni képes gépekről” (1824) című könyve, amely tulajdonképpen a termodinamika két törvényét tartalmazza ; kezdetben észrevétlenül ezt a munkát az 1830-as években kellőképpen értékelték, és óriási hatással volt a fizika fejlődésére [111] .

Ezzel egy időben kezdtek kialakulni a modern munka- és energiafogalmak (a kifejezést Jung javasolta 1807-ben, eredetileg csak a mozgási energiára [112] , és Kelvin is támogatta 1849-ben). 1829-ben Coriolis , miután elemezte a munka és az „ élőerő ” kapcsolatát, egy tényezővel egészítette ki az utóbbi kifejezést , amely után a mozgási energia modern formát kapott [74] . $1/2$ ${\frac {mv^{2}}{2}}$

James Joule , miután egy sor kísérletet végzett az elektromossággal (1843), arra a következtetésre jutott: "minden esetben, amikor mechanikai erőt használunk, mindig pontosan egyenértékű hőmennyiség keletkezik." Ennek az egyenértéknek az értékét számolta ki: körülbelül 460 kgm/kcal. Az elektromos áram esetében, amint Joule megállapította, a keletkező hő arányos az ellenállással és az áramerősség négyzetével . Később Joule megerősítette következtetéseit a gázok összenyomásával kapcsolatos kísérletekkel, és kijelentette, hogy a hő mechanikai mozgás, a hőátadás pedig ennek a mozgásnak az átmenete más formákba. A hő mechanikai egyenértékének becslése minden kísérletben közeli értékeket adott. Összefoglalva, Mayer és Joule megfogalmazza az energia megmaradás törvényét , Helmholtz monográfiájában (1847) pedig ezt a törvényt helyezi minden fizika alapjául [111] .

A 19. század első felében csaknem felhagyott gázok kinetikájával kapcsolatos munkát Krönig (1856) és Rudolf Clausius indította el , akik önállóan alátámasztották az " ideális gáz állapotegyenletét ". Clausius javasolta az ideális gáz helyes modelljét , bevezette a rendszer belső energiájának fogalmát és elmagyarázta a fázisátalakulásokat . A 19. század közepén William Thomson (Lord Kelvin) és Clausius egyértelműen megfogalmazta a termodinamika két törvényét ( kezdetét ) . A kalória fogalmát végül eltemették, Rankin és Thomson helyett az energia általános fogalmát vezették be (1852), nem csak a kinetikust. A "termodinamika" elnevezést a fizika makroszkopikus testekben történő energiaátalakításával foglalkozó ágára Thomson javasolta. 1862 után Clausius olyan visszafordíthatatlan folyamatokat vizsgált, amelyek nem illeszkedtek a mechanikai modellbe, és javasolta az entrópia fogalmát . Megkezdődött az „Univerzum termikus halálának ” problémájának széles körű vita , aminek oka az a tény, hogy a növekvő entrópia elve összeegyeztethetetlen az Univerzum örökkévalóságával [113] .

Kelvin 1848-ban egy „ abszolút hőmérsékleti skálát ” (Kelvin-skála) javasolt, amely az „ abszolút nullától ” (-273 Celsius-fok) kezdődik. Maxwell 1860-ban levezette a gázmolekulák sebességeloszlásának statisztikai törvényét, képleteket kapott a belső súrlódásra és diffúzióra , és elkészítette a hővezetés kinetikai elméletének vázlatát [113] .

A gázok kinetikai elmélete és a termodinamika további fejlődése nagyrészt Ludwig Boltzmannnak és van der Waalsnak köszönhető . Többek között a termodinamika törvényeit próbálták levezetni a mechanika alapján, és az irreverzibilis folyamatokra tett kísérletek kudarca arra késztette Boltzmannt (1872), hogy a termodinamika második főtétele nem direktíva-pontos, hanem statisztikai jellegű. : hideg testből meleg is áramolhat a melegbe., csak hát a fordított folyamat sokkal valószínűbb. Ez a sejtés több mint 20 évig nem keltette fel a fizikusok érdeklődését, majd élénk vita bontakozott ki. 1900 körül, különösen Planck , Gibbs és Ehrenfest munkái után , Boltzmann ötletei elfogadásra kerültek. Boltzmann és Maxwell 1871 óta fejleszti a statisztikai fizikát. Az ergodikus hipotézis rendkívül gyümölcsözőnek bizonyult (az időbeli átlagok egybeesnek egy részecskék együttesének átlagával) [113] .

Az elektron felfedezése mellett (lásd alább) a Brown-mozgás elmélete döntő érv lett az atomizmus mellett ( Einstein , 1905). Smoluchowski és Perrin munkája után , amely megerősítette ezt az elméletet, még a meggyőződéses pozitivisták sem vitatták többé az atomok létezését. A D. I. Mengyelejev által 1869-ben kidolgozott periodikus elemrendszert az atomelmélettel kezdték az első próbálkozások harmonizálni , de igazi sikert ebben az irányban már a 20. században értek el [114] .

A század végén megkezdődtek a fázisátalakulások és az anyag ultraalacsony hőmérsékleten való viselkedésének mélyreható vizsgálatai. 1888-ban a skót James Dewar kapott először folyékony hidrogént , ő találta fel a " Dewar-edényt " ( termoszt is ). Gibbs az 1870-es években fogalmazta meg a fázisszabályt [115] .

Az elektron felfedezése, radioaktivitás

Az atomhipotézis elektromos jelenségekkel való összekapcsolására Berzelius és Faraday azt javasolta, hogy kétféle atom létezik, pozitív és negatív töltésű. Ebből következett a legkisebb elektromos töltés létezése. Stoney javasolta az " elektron " kifejezést (1874), és jó becslést adott a töltésére. Voltak más hipotézisek is, például W. Prout úgy vélte, hogy mivel az elemek atomtömege a hidrogén atomtömegének többszöröse, akkor van egy primer atom - a hidrogén, és az összes többi összekapcsolt primer atomokból áll. Crookes azt javasolta, hogy van egy nulla elsődleges elem - a "protyl", amely hidrogént és más elemeket is tartalmaz, és William Thomson az atomot az éterben lévő stabil örvénynek tekintette [116] .

Még korábban, 1858-ban fedezték fel a katódsugarakat egy gáz elektromos kisülésének tanulmányozása során . Hosszas vita után a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy ez az elektronok áramlása. 1897-ben JJ Thomson megmérte a katódsugarak töltés/tömeg arányát, és bebizonyította, hogy az független a katód anyagától és más kísérleti körülményektől. Feltételezve, hogy az elektron töltése megegyezik a hidrogénion (már ismert) töltésével , Thomson becslést kapott az elektron tömegére . Mindenki meglepetésére kiderült, hogy sokszor kisebb, mint egy hidrogénatom tömege. A Berzelius-Faraday hipotézist el kellett vetni. Thomson azt is kimutatta, hogy a fotoelektromos hatás által kibocsátott részecskék azonos töltés/tömeg arányúak, és nyilvánvalóan szintén elektronok. 1910-ben Robert Millikannak sikerült kísérletileg meghatároznia egy elektron töltését és tömegét egy ötletes kísérlet során [116] .

1878-ban Hendrik Lorentz általánosította Maxwell elméletét az ionokat tartalmazó mozgó közegekre vonatkozóan . Lorentz elektronikai elmélete jól magyarázza a diamágnesességet , az elektrolitban zajló folyamatokat, az elektronok mozgását a fémben, valamint az 1896-ban felfedezett Zeeman-effektust - az anyag által kibocsátott spektrumvonalak felhasadását a mágneses térben [116] .

A döntő felfedezéseket 1895-ben ( röntgensugarak , Wilhelm Conrad Roentgen ) és 1896-ban ( az urán radioaktivitása , Henri Becquerel ) tették. Igaz, a röntgensugarak hullámtermészetét végül csak 1925-ben igazolták ( Laue , diffrakció kristályokban), de sokan már korábban is feltételezték. A radioaktivitás azonban megzavarta a fizikusokat, és aktív kutatásoknak vetették alá. Hamarosan felfedezték a rádiumot , a tóriumot és más aktív elemeket, valamint a sugárzás inhomogenitását (az alfa- és béta-sugarakat Rutherford fedezte fel 1899-ben, a gamma-sugarakat pedig Villars 1900-ban). A béta-sugarak természete azonnal világossá vált, amikor Becquerel megmérte a töltés/tömeg arányukat – ez egybeesett az elektronéval. Az alfa-részecskék természetét Rutherford csak 1909-ben fedezte fel [116] [117] .

1901-ben Walter Kaufman arról számolt be, hogy felfedezte egy elektron tehetetlenségi tömegének növekedését a Heaviside és J. J. Thomson által megjósolt sebességgel. Lorentz elektronmozgás-elméletét felül kellett vizsgálni; a témával kapcsolatos viták a relativitáselmélet megalkotása után is folytatódtak [116] .

Nagy vitát kavart az a kérdés, hogy mi a radioaktív sugárzás energiaforrása. 1902-ben Rutherford és Soddy arra a következtetésre jutott, hogy "a radioaktivitás kémiai változásokkal kísért atomi jelenség". 1903-ban felfedezték egy radioaktív atom exponenciális bomlási törvényét, az atomon belüli energiát mérhetetlenül nagyobbnak becsülték bármely kémiai energiánál, és azt feltételezték, hogy ez volt a Nap energiájának forrása. Ugyanakkor Rutherford, William Ramsay és Soddy felfedezte az elemek első átalakulását (a radon héliummá ), J. J. Thomson pedig megadta az elemek periodikus rendszerének első alátámasztását az elektronika elmélete szempontjából [116] [118] .

Mechanika, optika, rugalmasságelmélet

William Hamilton 1834-1835-ben publikálta a variációs elvet , amely univerzális jellegű, és a fizika különböző ágaiban sikeresen alkalmazták [119] . Hamilton ezt az elvet „hamiltoni mechanikájának” alapjává tette . "Ezek a munkák képezték az analitikus mechanika egész fejlődésének alapját a 19. században" [120] .

Az optikában a fő esemény a spektrális elemzés felfedezése volt (1859). 1842-ben Doppler osztrák fizikus felfedezte a mozgó forrás által kibocsátott frekvencia és hullámhossz változását . Mindkét hatás a tudomány legfontosabb eszközévé vált, különösen az asztrofizikában [121] . A század közepén megjelent egy másik fontos találmány - a fényképezés [122] .

1821-ben Henri Navier levezette a rugalmasságelmélet alapvető egyenletrendszerét , és az egydimenziós Hooke-törvényt az izotróp rugalmas testek háromdimenziós deformációinak egyetemes törvényével helyettesítette. A Navier-modellt azonnal (1823-ban) általánosították Cauchy munkáiban , aki eltávolította az izotrópia kényszert. A Cauchy-egyenletek alapján Poisson számos, gyakorlatilag fontos problémát megoldott [123] .

20. század

A 20. századi fizika általános jellemzői

A 20. század elején a fizika komoly problémákkal szembesült - a régi modellek és a kísérleti adatok között kezdtek ellentmondások támadni. Így például ellentmondásokat figyeltek meg a klasszikus mechanika és az elektrodinamika között a fénysebesség mérése során - kiderült, hogy ez nem függ a vonatkoztatási rendszertől . Az akkori fizika sem tudta leírni a mikrokozmosz egyes hatásait, például az atomsugárzási spektrumot, a fotoelektromos hatást , az elektromágneses sugárzás és az anyag energiaegyensúlyát, az abszolút fekete test sugárzási spektrumát . A Merkúr mozgása nem felelt meg a newtoni gravitációs elméletnek; a " gravitációs paradoxonra " sem találtak megoldást . Végül a századfordulón felfedezett új jelenségeket - radioaktivitást , elektront , röntgensugárzást - elméletileg nem magyarázták meg. "Ez egy egész világ, amelynek létezését senki sem gyanította" - mondta Poincaré 1900-ban, és az új világ megértéséhez a régi fizika jelentős átdolgozására volt szükség [124] .

A 20. századi fizika másik fontos jellemzője a természeti erők egységének megértésének bővülése volt. Már a 19. században megjelent az energia egyetemes fogalma , és Maxwell ötvözte az optikát, az elektromosságot és a mágnesességet. A 20. században mély összefüggéseket fedeztek fel tér és idő , anyag és sugárzás ( részecskék és hullámok ), gravitáció és geometria , tömeg és energia , valamint sok más összefüggés között. A fizika számos új ága jelent meg - a relativitáselmélet , a kvantummechanika , az atomfizika , az elektronika , az aerodinamika , a rádiófizika , a plazmafizika , az asztrofizika , a kozmológia és mások.

Relativitáselmélet

1728-ban Bradley angol csillagász felfedezte a fény aberrációját : minden csillag kis köröket ír le az égbolton egy éves periódussal. Az éteri fényelmélet szempontjából ez azt jelentette, hogy az éter mozdulatlan, és látszólagos elmozdulása (amikor a Föld a Nap körül mozog) a szuperpozíció elve szerint eltéríti a csillagképeket.

Fresnel azonban azt feltételezte, hogy az anyag belsejében az étert részben magával ragadja a mozgó anyag. Ezt a nézetet alátámasztani látszott Fizeau kísérletei is , aki megállapította, hogy a fény sebessége vízben kisebb, mint vákuumban. Maxwell 1868-ban egy sémát javasolt egy döntő kísérlethez, amelyet az interferométer feltalálása után 1881-ben Michelson amerikai fizikus is végre tudott hajtani . Később Michelson és Morley egyre nagyobb pontossággal többször megismételte a kísérletet ; más fizikusok tucatnyi kísérletet végeztek más elvek alapján (például Troughton és Noble egy felfüggesztett kondenzátor forgását mérte ), de az eredmény mindig negatív volt - nem volt "éterszél" [125] [126] .

1892-ben Hendrik Lorentz és (tőle függetlenül) George Fitzgerald azt javasolta, hogy az éter álló helyzetben van, és bármely test hossza csökken a mozgása irányában. Az ilyen „ Lorentz-összehúzódás ” minden mozgó átlátszó testben kettős fénytörés hatásához vezetett; kísérletek azonban cáfolták az ilyen hatás létezését. Aztán Lorentz megváltoztatta a hipotézist: nem maguk a testek húzódnak össze, hanem a beléjük jutó elektronok, ráadásul minden irányban, de a mozgás irányában nagyobb az összehúzódás. Lorentz nem tudta megmagyarázni, hogy a csökkenés mértéke miért pont akkora, hogy kompenzálja az "éterszelet" [126] .

Egy másik komoly nehézség az volt, hogy a Maxwell-egyenletek nem feleltek meg Galilei relativitáselvének , annak ellenére, hogy az elektromágneses hatások csak a relatív mozgástól függenek [127] . Megvizsgáltuk a kérdést, hogy a Maxwell-egyenletek milyen koordinátatranszformációk mellett invariánsak. A helyes képleteket először Larmor (1900) és Poincare (1905) írta ki, akik bizonyították csoporttulajdonságukat , és javasolták, hogy nevezzék Lorentz-transzformációnak . Poincaré "Az elektron dinamikájáról" című művében (1905) a relativitás elvének általános megfogalmazását is megadta , amely kiterjed az elektrodinamikára is. Ebben a műben van még egy négydimenziós Minkowski intervallum is . Ennek ellenére Poincaré továbbra is hitt az éter valóságában, és nem tulajdonított objektív fizikai tartalmat az általa kidolgozott matematikai modellnek, filozófiájának megfelelően kényelmes megegyezésnek tartotta ( "konvenció" ) [126]. .

A Poincaré-modell fizikai, objektív lényege Einstein munkája után derült ki . Egy 1905-ös tanulmányában Einstein két posztulátumot vett figyelembe: az egyetemes relativitáselvet és a fénysebesség állandóságát . Ezek a posztulátumok automatikusan követték a Lorentz-transzformációs képleteket , a Lorentz-összehúzódást , az egyidejűség relativitását és az éter haszontalanságát. Új törvény született a sebességek összegzésére, a tehetetlenség sebességnövekedésére stb. Einstein rámutatott, hogy a fizika minden törvényének invariánsnak kell lennie Lorentz-transzformáció esetén. Később ezt az elméletet speciális relativitáselméletnek (SRT) nevezték el . Miután az étert kizárták a fizikából, az elektromágneses tér új, önellátó fizikai objektum státuszba került, amely nem igényel további mechanikai hordozót. Ugyanebben az évben megjelent egy képlet : a tehetetlenséget az energia határozza meg [126] [128] . $E=mc^{2}$

Néhány tudós azonnal elfogadta az SRT -t : Planck (1906) és maga Einstein (1907) relativisztikus dinamikát és termodinamikát épített, Minkowski pedig 1907-ben bemutatta az SRT kinematikai matematikai modelljét egy négydimenziós, nem euklideszi világ geometriájának formájában, és kifejlesztette . e világ invariánsainak elmélete .

1911-től Einstein kidolgozta az általános relativitáselméletet (GR) , amely felváltotta Newton gravitációs elméletét , és 1915-ben fejezte be. Einstein gravitációs elméletében Newtontól eltérően nincs nagy hatótávolságú hatás , és a gravitáció fizikai hordozója egyértelműen meg van jelölve - a tér-idő geometria módosulása . Az elmélet által megjósolt új hatások kísérleti igazolása, amelyet több tucat kísérletben végeztek, teljes egyetértést mutatott az általános relativitáselmélet és a megfigyelések között. Einstein és más tudósok kísérletei az általános relativitáselmélet kiterjesztésére a gravitáció, az elektromágnesesség és a mikrovilág elméletének egyesítése révén sikertelenek voltak [129] .

Az atom szerkezete

Az elektron felfedezése után világossá vált, hogy az atom összetett szerkezetű, és felmerült a kérdés, hogy az elektron milyen helyet foglal el benne, és milyen más szubatomi részecskék vannak. 1904-ben jelent meg az atom első modellje , a „mazsolapuding” modell ; benne az atom pozitív töltésű test volt, benne egyenletesen elegyedve az elektronok. Hogy odaköltöznek-e vagy sem – ez a kérdés nyitva maradt. Thomson volt az első, aki felvetette azt az ígéretes hipotézist, hogy a kémiai elemek tulajdonságait az elektronok atombeli eloszlása határozza meg. Ugyanakkor a japán fizikus, Nagaoka bolygómodellt javasolt, de Win azonnal rámutatott, hogy az elektronok körpályája összeegyeztethetetlen a klasszikus elektrodinamikával: az egyenestől való bármilyen eltéréshez az elektronnak energiát kell veszítenie [130] .

1909-1910-ben Rutherford és Geiger kísérletei az alfa-részecskék vékony lemezekben való szóródásával kapcsolatban feltárták, hogy az atom belsejében van egy kis tömör szerkezet - az atommag . A "puding modellt" el kellett hagyni. Rutherford egy finomított bolygómodellt javasolt: egy pozitív atommagot, amelynek töltése (elektrontöltési egységekben) pontosan megfelel a periódusos rendszer elemszámának . Az új elmélet első sikere az izotópok létezésének magyarázata volt . De voltak más minták is. J. J. Thomson azt javasolta, hogy az elektronok és az atommag kölcsönhatása eltér a Coulomb-féle kölcsönhatástól; megpróbálták bevonni a relativitáselméletet és még a nem euklideszi geometriákat is .

Az első sikeres elméletet a hidrogénatom spektrumának magyarázatára Niels Bohr dolgozta ki 1913-ban. Bohr kiegészítette Rutherford modelljét nem klasszikus posztulátumokkal :

Vannak olyan pályák, amelyeken az elektron stabil lesz (nem veszít energiát).
Az egyik megengedett pályáról a másikra ugráskor egy elektron a pályák energiáinak különbségének megfelelő energiát bocsát ki vagy vesz fel. Bohr elmélete pontosan megjósolta a hidrogénatom spektrumát , de a többi elem esetében nem volt egyetértés [130] .

1915-ben Sommerfeld és Wilson fejezte be Bohr elméletét ; a Zeeman effektust és a hidrogén spektrum finom szerkezetét magyarázták . Bohr posztulátumaihoz hozzáadta a megfelelési elvet , amely lehetővé tette a spektrumvonalak intenzitásának meghatározását. 1925-ben Pauli azt feltételezte, hogy az elektronnak van egy spinje , később pedig a kizárási elve , amely szerint nincs két elektronnak azonos kvantumszáma (figyelembe véve a spint). Ezt követően világossá vált, hogyan és miért oszlanak el az elektronok rétegek (pályák) között egy atomban [130] . Az 1920-as években alapvetően kialakult a fémek elektronikai elmélete , magyarázva jó elektromos vezetőképességüket , az 1930-as években pedig a ferromágnesesség jelenségét magyarázták [131] .

A probléma megoldatlan maradt – a Coulomb taszító erők ellenére mi tartja a protonokat az atommagban? Gamow azt javasolta, hogy léteznek a felületi feszültséghez hasonló erők egy csepp folyadékban; így alakult ki a " mag cseppmodellje " , amely gyümölcsözőnek bizonyult. Yukawa japán fizikus kidolgozta (1935) a nukleáris erők modelljét , amelynek kvantumai speciális részecskék; ezeket a részecskéket a kozmikus sugarakban fedezték fel (1947), és pi-mezonoknak nevezték el [130] .

1932-ben Chadwick felfedezte a neutront , amelyet Rutherford még 1920-ban jósolt meg. A mag szerkezete most már világos. A protont valójában 1919-ben fedezték fel, amikor Rutherford felfedezte a nitrogénatom felhasadását, amikor alfa-részecskékkel bombázták; Rutherford később találta ki a „proton” nevet. Ugyanebben az évben, 1932- ben fedezték fel a pozitront a kozmikus sugarakban , ami megerősítette Dirac elképzeléseit az antianyag létezéséről . 1934-ben Fermi közzétette a béta-bomlás elméletét - az atommag neutronja protonná változik, és egy elektront és egy (akkor még fel nem fedezett) könnyű részecskét bocsát ki, amelyet neutrínónak nevezett el . A neutronbomlás elméleti alátámasztásához a fent említett „erős” mellett egy további (a sorban negyedik) alapvető kölcsönhatást is be kellett vezetni , az úgynevezett „ gyengét ” [117] .

Az uránhasadás felfedezése (1938, Otto Hahn és Fritz Strassmann ) és az atombomba sikere után az atomfizika a világtörténelem egyik formáló eszközévé vált.

1967-ben Steven Weinberg és Abdus Salam Sheldon Lee Glashow korábban publikált " elektrongyenge " modelljét használva kifejlesztették az úgynevezett " standard modellt ", amely a négy alapvető kölcsönhatásból hármat egyesített (a gravitáció nem szerepelt benne). A szabványmodell által megjósolt Higgs-bozon felfedezése után a mikrovilágról alkotott modern elképzelések alapjaként tartják számon (bár az igazolására és az alkalmazhatóság határainak kutatására irányuló kísérletek folytatódnak) [132] .

Kvantumelmélet

Az 1880-as években kísérletileg meghatározták egy fekete test sugárzási spektrumát ; az energia frekvenciák közötti eloszlása minden rendelkezésre álló elmélettel ellentmondónak bizonyult, különösen a hosszú (infravörös) hullámok esetében. A helyes képletet 1900-ban Max Planck választotta ki . Néhány héttel később rájött, hogy ez a képlet szigorúan bizonyítható, ha azt a feltételezést tesszük, hogy az energia kibocsátása és elnyelése a hullám frekvenciájával arányos bizonyos küszöbértéknél ( kvantumnál ) nem kisebb részletekben történik. Maga Planck kezdetben pusztán matematikai trükknek tekintett egy ilyen modellt; még jóval később, 1914-ben is megpróbálta cáfolni saját felfedezését, de sikertelenül [133] .

Einstein azonnal elfogadta a fénykvantumok hipotézisét, és úgy vélte, hogy a kvantálás nem csak a fény és az anyag kölcsönhatására vonatkozik, hanem magának a fénynek egy tulajdonsága. 1905-ben erre az alapra építette a fotoelektromos hatás elméletét , 1907-ben pedig a hőkapacitás elméletét , amely Einstein előtt alacsony hőmérsékleten eltért a kísérlettől. 1912-ben Debye és Born finomították Einstein hőkapacitás-elméletét, és egyetértés született a kísérlettel. Einstein elméletét a fotoelektromos hatásról Millikan 1914-1916-os kísérletei teljes mértékben megerősítették [133] .

Végül az 1920-as években egyszerre több lényegében kvantumjelenséget fedeztek fel, amelyek klasszikus szempontból megmagyarázhatatlanok. A legjellemzőbb a Compton-effektus volt - másodlagos sugárzás a röntgensugárzás könnyű gázokban történő szóródása során. 1923-ban Compton elméletet dolgozott ki erre a jelenségre (Einstein 1917-es munkája alapján), és javasolta a „ foton ” kifejezést. 1911- ben fedezték fel a szupravezetést , egy másik kifejezetten kvantumjelenséget, de csak az 1950-es években kapott elméleti magyarázatot ( a Ginzburg-Landau elmélet , majd a Bardeen-Cooper-Schrieffer elmélet ) [124] .

Az elektromágneses tér tehát a „ részecske-hullám dualizmus ” velejárója. Louis de Broglie francia fizikus (1923) azt javasolta, hogy ez a dualizmus nemcsak a fényre, hanem az anyagra is jellemző. Minden anyagrészecskéhez egy bizonyos frekvenciájú hullámot hasonlított össze. Ez megmagyarázza, hogy a Fermat-elv az optikában miért hasonlít Maupertuis-elvéhez , és azt is, hogy a Bohr-féle stabil pályák pontosan ilyenek: csak nekik a de Broglie-hullámhossz egész számmal illeszkedik a pályára. Véletlenül éppen ebben az évben Davisson és Germer amerikai fizikusok az elektronok szilárd testekről való visszaverődését tanulmányozták, és felfedezték a de Broglie által megjósolt elektrondiffrakciót . Már korábban (1921) is megtalálták az elektronok hullámtulajdonságait a Ramsauer-effektusban , de abban a pillanatban nem értelmezték megfelelően. 1930-ban Otto Stern finom kísérletekkel kimutatta az atomok és molekulák hullámhatásait [134] .

1925-ben Werner Heisenberg azt javasolta, hogy a szubatomi jelenségek elméletében csak megfigyelhető mennyiségeket alkalmazzanak, kivéve a koordinátákat, pályákat stb. A megfigyelt mennyiségek meghatározására kidolgozta az úgynevezett " mátrixmechanikát ". Heisenberg, Max Born és Jordan megfogalmazta azokat a szabályokat, amelyek alapján a hermitiánus mátrixokat klasszikus mennyiségekkel hasonlították össze , így a klasszikus mechanika minden differenciálegyenlete kvantumegyenletté változott [134] [135] [136] .

De Broglie és Heisenberg gondolatainak szintézisét Erwin Schrödinger végezte el , aki 1926-ban megalkotta a „ hullámmechanikát ” az általa egy új objektumra – a hullámfüggvényre – levezetett Schrödinger-egyenlet alapján . Az új mechanika, amint azt maga Schrödinger is bemutatta, ekvivalens a mátrixszal: a Heisenberg-mátrix elemei egy tényezőig a Hamilton-operátor sajátfüggvényei, a kvantált energia pedig a sajátértékek . Ebben a formában a hullámmechanika kényelmesebb volt, mint a mátrixmechanika, és hamarosan általánosan elismertté vált. Kezdetben Schrödinger úgy gondolta, hogy a hullámfüggvény amplitúdója írja le a töltéssűrűséget, de ezt a megközelítést gyorsan elvetették, és Born (1926) javaslatát elfogadták, hogy részecskedetektálási valószínűségi sűrűségként értelmezzék (" koppenhágai értelmezés ") [134] .

Heisenberg 1927-ben megfogalmazta a bizonytalanság elvét : egy mikroobjektum koordinátáit és lendületét nem lehet egyszerre pontosan meghatározni – a koordináták megadásával elkerülhetetlenül „elmossuk” a sebesség meghatározásának pontosságát. Bohr ezt a tézist a „ komplementaritás elvére ” általánosította: a jelenségek korpuszkuláris és hullámleírásai kiegészítik egymást; ha ok-okozati összefüggésre vagyunk kíváncsiak, a korpuszkuláris leírás kényelmes, ha pedig tér-idő kép, akkor hullám. Valójában a mikroobjektum sem nem részecske, sem nem hullám; ezek a klasszikus fogalmak csak azért merülnek fel, mert műszereink klasszikus mennyiségeket mérnek. A Bohr-iskola általában úgy gondolta, hogy az atom összes tulajdonsága nem objektíven létezik, hanem csak akkor jelenik meg, ha egy megfigyelővel érintkezik. „Nincs valóság, amely független attól, ahogyan megfigyeljük” (Bohr). Sok fizikus (Einstein, Planck, de Broglie, Bohm stb.) megpróbálta mással helyettesíteni a koppenhágai interpretációt , de nem jártak sikerrel [134] .

Paul Dirac kidolgozta a kvantummechanika relativisztikus változatát ( Dirac-egyenlet , 1928), és megjósolta a pozitron létezését , elindítva a kvantumelektrodinamikát . Az 1920-as években egy másik tudomány – a kvantumkémia – alapjait tették le , amely általánosságban elmagyarázta a vegyérték és a kémiai kötés lényegét . 1931-ben megépült az első kutatási részecskegyorsító ( ciklotron ). 1935-ben megjelent a híres Einstein-Podolsky-Rosen paradoxon [134] .

Az 1950-es évek elején N. G. Basov , A. M. Prokhorov és C. Townes kidolgozta az elektromágneses sugárzás kvantumrendszerekkel történő erősítésének és generálásának alapelveit, amelyek aztán alapvetően új rádiófrekvenciás ( maser ) és optikai sugárforrások létrehozásának alapját képezték. ( lézerek ) tartományok . 1960-ban Theodore Maiman megalkotta az első rubinkristályon alapuló lézert (optikai kvantumgenerátort), amely monokromatikus sugárzás impulzusokat generált 694 nm hullámhosszon. A mai napig számos lézert hoztak létre különféle jellemzőkkel - gáz, szilárdtest, félvezető, amelyek fényt bocsátanak ki a spektrum optikai tartományának különböző részein.

A kvantumtérelméletet kidolgozták és kísérletileg tesztelték [137] . Olyan általános térelmélet után kutatnak , amely lefedi az összes alapvető kölcsönhatást , beleértve a gravitációt is . Az egész 20. században folytatódtak a kísérletek a gravitáció kvantumelméletének felépítésére; a főbbek a szuperhúrelméletek és a hurokkvantumgravitáció . Egy másik jelölt erre a szerepre az M-elmélet , amely viszont a szuperhúrelmélet legújabb fejlesztése.

A kvantumtérelmélet matematikai módszereit sikeresen alkalmazták az elméleti szilárdtestfizikában is ; később topológiai módszereket alkalmaztak benne - például a kvantum Hall-effektus leírására .

Asztrofizika és kozmológia

A fizika és a csillagászat első "dokkolását" Isaac Newton hajtotta végre , aki megállapította az égitestek megfigyelt mozgásának fizikai okát (1687). A következő évszázadok során a tudósok megvitatták a földönkívüli fizikával kapcsolatos problémákat, többek között [138] :

Hőmérséklet és egyéb fizikai viszonyok más égitesteken, légkörük és felszíni talajuk összetétele, mágneses tér jelenléte.
A csillagok fényességének forrása, felépítésük változatai, kialakulásának mechanizmusa és a további evolúció lehetséges irányai, bolygók jelenléte.

A kozmológia , amely a teljes megfigyelhető univerzum szerkezetét és fejlődését tanulmányozza, szorosan összeolvad az asztrofizikával .

A 18. században a "planetogenezisről", vagyis a Naprendszer és esetleg más bolygórendszerek kialakulásának mechanizmusáról szóló hipotéziseket Swedenborg (1732, derékszögű örvények alapján), Kant (1755) és Laplace javasolta. (1796, gáz- és porfelhő megvastagodása ) . Ez utóbbi gondolat jelentősen kibővített és finomított formában lett a modern planetogenezis elméletek alapja. Voltak azonban más verziók is; például J. Jeans 1919-ben azt javasolta, hogy egyszer egy hatalmas csillag elhaladt a Nap közelében, aminek következtében a Napból bolygókká tömörülő anyag kilökődött. Jeans (1904) másik ötlete ígéretesebbnek bizonyult: a Nap energiájának forrása az atomon belüli energia [139] [140] .

A földönkívüli objektumok tudományos vizsgálatára alkalmas első eszköz a spektrális elemzés volt (1859), amely lehetővé tette a csillagok és néhány más égitest kémiai összetételének távoli meghatározását. Amint azt Newton kora óta feltételezik, az égi testek ugyanazokból az anyagokból állnak, mint a földiek. 1869-ben Andres Jonas Angström svéd fizikus és csillagász kiadta a Nap spektrumának első atlaszát, Angelo Secchi pedig 4000 csillag spektrumát vizsgálta és osztályozta. Ugyanebben az időszakban jelent meg az " asztrofizika " kifejezés ( Zöllner , 1865) [121] [141] .

Az asztrofizikusok másik nélkülözhetetlen eszköze a Doppler-effektus , amelyet a csillagászatban főként a csillagok relatív sugársebességének mérésére használnak [121] . A 20. század elején Westo Slifer , Edwin Hubble és más csillagászok a Doppler-effektust használták annak bizonyítására, hogy léteznek extragalaktikus objektumok, és szinte mindegyik távolodik a Naprendszertől. Arthur Eddington az akkoriban tárgyalt általános relativitáselmélet kozmológiai modelljei alapján azt javasolta, hogy ez a tény egy általános természeti törvényt tükröz: az Univerzum tágul , és minél távolabb van egy csillagászati objektum tőlünk, annál nagyobb a relatív sebessége. Eddington kidolgozta ( A csillagok belső felépítésében [ 142] ) a csillagok belső szerkezetének első modelljét. Eddington Perrinnel együtt alátámasztotta a termonukleáris reakció elméletét, mint a napenergia forrását [139] [143] .

Az asztrofizika virágkora a 20. század második felében kezdődött, amikor a csillagászati megfigyelőeszközök flottája drámaian megnőtt: űrteleszkópok , röntgen- , ultraibolya- , infra- , neutrínó- és gammasugárzás-detektorok , bolygóközi szondák stb. A főbb fizikai jellemzők A Naprendszer összes nagy testét létesítették és tanulmányozták, számos exobolygót találtak , új típusú világítótesteket ( pulzárokat , kvazárokat , rádiógalaxisokat ), kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást , gravitációs lencséket és fekete lyukak jelöltjeit fedezték fel és tanulmányozták . Számos megoldatlan problémát tanulmányoznak: a gravitációs hullámok tulajdonságait , a sötét anyag és a sötét energia természetét, az Univerzum tágulásának felgyorsulásának okait . Az Univerzum nagy léptékű szerkezete létrejött . Kialakult a jelenleg általánosan elfogadott elmélet az Ősrobbanásról , mint a megfigyelhető Univerzum evolúciójának kezdeti szakaszáról [144] .

A csillagászati objektumok tanulmányozása egyedülálló lehetőségeket kínál az elméleti fizikának, hiszen a kozmikus folyamatok léptéke és változatossága mérhetetlenül meghaladja azt, amit egy földi laboratóriumban meg lehet ismételni. Például az asztrofizikusok számos megfigyelést végeztek, hogy teszteljék Einstein gravitációs elméletét, és kiderítsék alkalmazhatóságának lehetséges határait. Számos megfigyelt jelenség (például neutroncsillagok és kozmológiai hatások) magyarázatánál a mikrokozmosz fizikai módszereit alkalmazzák és igazolják [145] .

Aerodinamika és meteorológia

A repülés megjelenése és a pontos időjárás-előrejelzések iránti igény az aerodinamika és a repüléselmélet gyors fejlődéséhez vezetett . A levegőben vagy más ellenálló közegben történő mozgás kiszámításának tudományos alapjait Newton a „ Kezdetek ” második kötetében (1687) tárta fel; A 18. században nagy mértékben hozzájárultak az aerodinamikához Daniil Bernoulli és Leonhard Euler , a 19. században pedig az általános Navier-Stokes egyenleteket vezették le , figyelembe véve a viszkozitást [146] .

George Cayley angol tudós és feltaláló 1799-ben, messze megelőzve korát, publikálta a levegőnél nehezebb járművek repülésének elméletét. Bemutatta a berendezés alapvető repülési paramétereit - súly, emelés , húzás és tolóerő . Cayley több vitorlázórepülőt épített és tesztelt, amelyeket motor hiányában csapkodó szárnyak hajtottak [147] . 1871-ben jelentek meg a világ első kutatási szélcsatornái ( Wenham ) [148] .

A 20. század elején, amikor megjelentek az erős hajtóművek, a következő lépés a repülőgépek levegőben történő irányításának fejlesztése, jellemzőinek és megbízhatóságának optimalizálása volt. A Wright fivérek , akik elsőként irányítottak egy repülőgépet repülés közben, a repülés aerodinamikájának számos elméleti vonatkozását is kidolgozták, beleértve a repülőgép három forgástengelyének szabályozását és az aerodinamikai ellenállás csökkentésének módjait . A 20. század első két évtizedében lerakták a repüléselmélet és az alkalmazott aerodinamika alapjait, amiben N. E. Zsukovszkij érdeme nagy [149] .

Az első kísérletek a tudományos időjárás-jóslásra már a 17. században megtörténtek, bár az előrejelzések megbízhatósága akkor még jelentéktelen volt. Az általános fizikai törvényszerűségeken alapuló elméleti meteorológia a XIX. 1820-ban kerültek használatba a vizuális szinoptikus térképek ( GV Brandes ) [150] . A ciklon és az anticiklon legfontosabb fogalmait a 19. század közepén a híres csillagász, Le Verrier vezette be [151] . A 19. század végére az időjárás állomások világméretű hálózata szerveződött, amely először távírón, majd rádión cserélt információkat; ez lehetővé tette az előrejelzések megbízhatóságának növelését. 1917-ben Vilhelm Bjerknes norvég meteorológus egy másik fontos koncepciót javasolt: a „ légköri frontot ” [152] .

A meteorológia törvényszerűségeinek sajátossága (nagy dinamizmus, nagyszámú befolyásoló tényező, instabilitás a pozitív visszacsatolások meglétéből adódóan, nehezen megjósolható következményekkel stb.) erős számítógépek alkalmazását kényszeríti az időjárási változások modellezésére, de a probléma a hosszú távú előrejelzések továbbra is relevánsak [153] .

Egyéb eredmények

1918-ban Emmy Noether bebizonyította az alapvető tételt : egy fizikai rendszer minden folytonos szimmetriájára létezik egy megfelelő megmaradási törvény . Például az energiamegmaradás törvénye megfelel az idő homogenitásának . Ez a felfedezés felhívta a figyelmet a szimmetria fizikában betöltött szerepére, amely alapvetőnek bizonyult, különösen az atomfizikában [154] .

A fizika fejlődésének egyik fő iránya az alkalmazott elektronika volt , amely a század végére teljesen újjáépítette az emberi tevékenység szinte minden területét. A század elején feltalálták az első vákuumcsöveket - a diódát (1904, Fleming ) és a triódát (1907, Lee de Forest ). A trióda nélkülözhetetlennek bizonyult a csillapítatlan rezgések létrehozásához és az áram erősítéséhez. Hangos rádió, a televízió első vázlatai, majd a háború után hamarosan megjelentek az első számítógépek is csöves alapon. Az elektronikus eszközök miniatürizálási folyamatának sikere, teljesítményük és megbízhatóságuk növelése lehetővé tette univerzális és speciális számítógépek , kényelmes kommunikációs eszközök és "intelligens" mechanizmusok létrehozását széleskörű használathoz [155] .

A számítógépek elterjedése pedig lehetővé tette, hogy a számítógépes szimuláció a fizika széles körben használt eszközévé váljon.

A XX. század végének - XXI. század eleji fizika további vívmányai közül meg kell említeni a magas hőmérsékletű szupravezetés felfedezését (1986), valamint a grafén (2002) és más kétdimenziós kristályok előállításának technológiáját ; mindkét kutatási irány ígéretesnek tekinthető, de széles körű gyakorlati alkalmazásuk még várat magára.

XXI. század és új határok

Az 1970-es évek óta szünet van az elméleti fizikában, egyes tudósok még a "fizika válságáról" vagy akár a "tudomány végéről" beszélnek [156] . Ennek ellenére a munka a meglévő elméletek keretein belül folyik. Így például megkapták a gravitációs hullámok létezésének első megbízható jeleit, tanulmányozták a gravitációs és elektromágneses kölcsönhatások terjedési sebességét, amelyek a relativitáselmélet előrejelzései szerint egybeesnek. A CERN megépítette és üzemelteti a nagy energiájú nagy hadronütköztetőt , amely többek között a szuperszimmetriaelmélet és a szabványos modell tesztelésében is segíthet . 2013-ban hivatalosan bejelentették, hogy a Higgs-bozont az ütköző segítségével fedezték fel , ami megerősíti és kiegészíti a szabványos modellt [157] .

Lee Smolin öt aktuális, alapvető fontosságú fizikai problémát azonosít, amelyek megoldása jelentős előrelépéshez vezet a fizikában [156] .

A gravitáció elméletének kvantumváltozatának kidolgozása, „ minden elméletének ” felépítése .
A kvantummechanika fizikai (nem csak matematikai) alátámasztása vagy általánosítása egy érthetőbb fizikai jelentésű elméletre.
Egy elméletben egyesítsd a részecskéket és mind a négy kölcsönhatási erőt.
Keresse meg az "Univerzum finomhangolásának" okait , amelyek miatt kívánatos az alapvető állandók számát minimálisra csökkenteni.
Tudja meg, mi a sötét anyag és a sötét energia , vagy ha nem léteznek, állapítsa meg, hogyan és miért működik a gravitáció az elmélet ellen nagyon nagy léptékben. Bővítse a kozmológia kísérleti bázisát .

A többi fő probléma közül, amelyek túlmutatnak a standard modellen, a fizikusok [158] :

Az anyag és az antianyag aszimmetriája a megfigyelhető univerzumban
Neutrinó rezgések
Erős CP probléma

A Nobel-díjas Frank Wilczek optimista a fizika további fejlődésének kilátásaival kapcsolatban [159] :

... Nyitott ajtók állnak előttünk.
Mivel tulajdonképpen megértettük, mi is az anyag, egy gyerek, aki most tanulta meg a sakk szabályait, vagy egy feltörekvő zenész, aki most jött rá, milyen hangokra képes a hangszere. Az ilyen elemi tudás felkészítés a művészet tökéletes elsajátítására, de még nem a művészetre.

Lásd még

A fizika történészei

Jegyzetek

Hozzászólások

↑ Már a középkorban is létezett a vélemény a mágnesnek a csillagokhoz való vonzódásáról; Dante Isteni színjátéka ezt írja : Megszólalt egy hang, ami kényszerítette a tekintetemet Fordulj meg, mint egy jégkunyhó csillag. (Paradicsom, XII, 29-30, M. Lozinsky fordítása).
↑ Eukleidész szerzője a katoprikusokról nem általánosan elfogadott.
↑ Alhazen valószínűleg elutasította a retinán lévő képet, mivel az fejjel lefelé alakult ki.
↑ Korábban az áramot "galvanikusnak" nevezték, ezért a " galvanométer ", " galvanoplasztika ".

Források

↑ 1 2 3 4 5 6 Zubov V.P. Az ókor fizikai elképzelései // otv. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 11-80;
↑ Fizika // Fizikai enciklopédia (5 kötetben) / Szerk.: akad. A. M. Prokhorova . - M .: Szovjet Enciklopédia , 1998. - V. 5. - ISBN 5-85270-034-7 .
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 43. o.
↑ Astronomy History, 1989 , p. 34.
↑ 1 2 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 17-19.
↑ Needham J. Fizika és fizikai technológia // Tudomány és civilizáció Kínában. Wang Ling kutatási segítségével, v 1-7. – Cambridge Univ. Nyomda, 1954-1963. — Vol. 4, 1. pont (1962).
↑ 1 2 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 22-24.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 28-29.
↑ Bose DM, Sen SN, Subbarayappa DV (szerkesztők). Az indiai tudomány tömör története. - Hyderabad: Universities Press, 2009. - 980 p. — ISBN 978-81-7371-618-8 .
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 30-34.
↑ 1 2 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 36-39.
↑ Rozhansky I. D. Anaxagoras. Az ókori tudomány eredeténél. - M .: Nauka, 1972.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 40-41.
↑ 1 2 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 49-56.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 42-49.
↑ Lunkevics V. V. Hérakleitosztól Darwinig. - M. : Uchpedgiz RSFSR, 1960. - T. 1. - S. 26. - 960 p.
↑ 1 2 3 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 56-58.
↑ 1 2 3 4 5 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 58-82.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. tizenegy.
↑ Khramov Yu. A., 1983 , p. 352.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 16-17.
↑ Archimedes. Írások . - M. : Fizmatgiz, 1962. - S. 273 -274.
↑ Vavilov S. I. Összegyűjtött művek. - M . : A Szovjetunió Tudományos Akadémia Kiadója, 1952-1956. - T. III. - S. 238.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 23.
↑ Rosenberger F., 1934 , p. 65.
↑ Rosenberger F., 1934 , p. 64, 66-70.
↑ 1 2 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 85-99.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 26.
↑ 1 2 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 107-111.
↑ Salim Al-Hassani. Al-Jazari: The Mechanical Genius (angol) . Letöltve: 2015. augusztus 22. Az eredetiből archiválva : 2015. augusztus 12..
↑ Raynov T. I. A kísérleti természettudomány eredeténél: Pierre de Maricourt és a XIII-XIV. század nyugat-európai tudománya // Természettudomány- és technikatörténeti kérdések. - 1988. - 4. sz . - S. 105-116 .
↑ 1 2 Zubov V.P. A középkor fizikai elképzelései // otv. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 81-128;
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 25.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 64. o.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 74.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 88, 103-104.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 79-81.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 28.
↑ 1 2 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 114-124, 130.
↑ Khramov Yu. A., 1983 , p. 354.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 133-134.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 84-86.
↑ Zubov V.P. A reneszánsz fizikai elképzelései // otv. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 129-155;
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 141-142.
↑ 1 2 3 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 148-158, 223.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 89.
↑ 1 2 Kuznetsov B. G. A fizikai jelenségek mechanikai magyarázatának genezise és a karteziánus fizika gondolatai // szerk. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 156-185;
↑ Irkhin V. Yu., Katsnelson M. I. Elsődleges elemek és atomizmus // Charters of Heaven. 16 fejezet a tudományról és a hitről. - Jekatyerinburg: U-Factoria, 2000. - 512 p. — ISBN 6-94176-010-8 .
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 122. o.
↑ 1 2 3 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 136-138.
↑ 1 2 3 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 160-168.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 103. o.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 105. o.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 93.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 243-244, 248.
↑ Kuznyecov B. G. A Newton-fizika alapelvei // szerk. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 186-197;
↑ Kartsev V.P. Newton . - M . : Fiatal gárda, 1987. - S. 221-225. - (ZhZL).
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 224-233.
↑ 1 2 3 4 Khramov Yu. A., 1983 , p. 355-356.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 123-125.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 200-213.
↑ 1 2 3 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 218-222.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 65.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 170. o.
↑ Descartes R. A filozófia kezdete, IV. rész, 133-187. § // Művek 2 kötetben. - M . : Gondolat, 1989. - T. I. - 654 p. - (Filozófiai örökség, 106. kötet).
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 109.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 187-192.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 171-179.
↑ 1 2 Spassky B.I., 1977 , I. kötet, 149-158.
↑ Kudrjavcev P.S. A fizikai eszmék fejlődésének fő irányai a XVIII. században // szerk. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 198-217;
↑ 1 2 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 257-266.
↑ 1 2 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 268-278.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 157.
↑ 1 2 Gliozzi M., 1970 , p. 95.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 187-205.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 153, 276.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 211. o.
↑ 1 2 3 4 5 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 280-303.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 170-172.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 176-177.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 190.
↑ 1 2 3 A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 309-326.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 166.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 162.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 163. o.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 278-280.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 158.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 161-162.
↑ A fizika története a 18. század végéig, 2010 , p. 332-341.
↑ Kudrjavcev P.S. Az energiamegmaradás törvénye // otv. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 218-228;
↑ Fizika története, XIX-XX. század, 2011 , p. 5-10.
↑ Spassky B.I., 1977 , II. kötet, 17-22.
↑ Fizika története, XIX-XX. század, 2011 , p. 89-93.
↑ 1 2 3 4 5 Fizikatörténet, XIX-XX. század, 2011 , p. 11-19.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 255. o.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 205-206.
↑ Frankfurt U. I., Frank A. M. Mozgó testek optikája. - M . : Nauka, 1972. - S. 31-32.
↑ 1 2 3 4 5 Fizikatörténet, XIX-XX. század, 2011 , p. 25-37.
↑ Spassky B.I., 1977 , I. kötet, 181-183.
↑ Spassky B.I., 1977 , I. kötet, 236-238, 299.
↑ 1 2 3 Fizikatörténet, XIX-XX. század, 2011 , p. 37-54.
↑ 1 2 3 4 Fizika története, XIX-XX. század, 2011 , p. 94-121.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , II. kötet, 7-13.
↑ Shapiro I. S. A Maxwell-egyenletek felfedezésének történetéről // UFN. - 1972. - T. 108 , 2. sz . - S. 319-333 .
↑ 1 2 Spassky B.I., 1977 , II. kötet, 93-107.
↑ Kudryavtsev P.S. Az elektromágneses mező elméletének fejlesztése // otv. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 236-262;
↑ Kryzhanovsky L. N. A koherens feltalálásának és kutatásának története . Hozzáférés dátuma: 2015. szeptember 24. Az eredetiből archiválva : 2016. március 4. (határozatlan)
↑ Fizika története, XIX-XX. század, 2011 , p. 55-72.
↑ Kudrjavcev P.S. A termodinamika és az atomizmus eszméinek fejlesztése. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 229-235;
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , II. kötet, 37-39.
↑ 1 2 Fizikatörténet, XIX-XX. század, 2011 , p. 72-84.
↑ Smith, Crosby. Az energiatudomány: az energiafizika kultúrtörténete a viktoriánus Nagy-Britanniában. - The University of Chicago Press, 1998. - ISBN 0-226-76421-4 .
↑ 1 2 3 Fizikatörténet, XIX-XX. század, 2011 , p. 122-136.
↑ Fizika története, XIX-XX. század, 2011 , p. 164-165, 227.
↑ Serafimov L. A., Frolkova A. K., Khahin L. A. Fázisszabály . - M. : MITHT, 2008. - 48 p.
↑ 1 2 3 4 5 6 Fizika története, XIX-XX. század, 2011 , p. 166-183.
↑ 1 2 Fizikatörténet, XIX-XX. század, 2011 , p. 260-280.
↑ Gliozzi M., 1970 , p. 361-367, 375.
↑ Rumyantsev V.V. Hamilton - Ostrogradsky-elv // Matematikai enciklopédia. T. 1. - M . : Szov. enciklopédia, 1977. - 1152 stb. - Stb. 856-857.
↑ Sretensky L. N. Analitikai mechanika (XIX. század) // A mechanika története a XVIII végétől a XX. század közepéig / Szerk. szerk. A. T. Grigorjan , I. B. Pogrebisszkij . - M. : Nauka, 1972. - 411 p. - 7. o.
↑ 1 2 3 Fizikatörténet, XIX-XX. század, 2011 , p. 147-156.
↑ Szpasszkij B.I., 1977 , I. kötet, 238. o.
↑ Timosenko S.P. Az anyagok ellenállásának tudományának története. - M. : GITTL, 1957. - S. 128-149. — 535 p.
↑ 1 2 Fizikatörténet, XIX-XX. század, 2011 , p. 158-165.
↑ Ioos G. Michelson kísérletének ismétlései // Uspekhi fizicheskikh nauk. - M. , 1932. - Szám. január , 12. szám (1) . - S. 136-147 .
↑ 1 2 3 4 Fizika története, XIX-XX. század, 2011 , p. 203-217.
↑ Einstein A. Tudományos közlemények gyűjteménye négy kötetben. - M. : Nauka, 1965. - T. I. - S. 138.
↑ Kuznyecov B. G. A speciális relativitáselmélet alapötletei. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 263-287;
↑ Kuznyecov B. G. Az általános relativitáselmélet alapötletei // szerk. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 288-322;
↑ 1 2 3 4 Fizika története, XIX-XX. század, 2011 , p. 226-240.
↑ Fizika története, XIX-XX. század, 2011 , p. 281-306.
↑ Weinberg S. A gyenge és elektromágneses kölcsönhatások egységes elméletének ideológiai alapjai. Nobel-előadás // Előrelépések a fizikai tudományokban . - M. , 1980. - T. 132 , sz. 2 .
↑ 1 2 Fizikatörténet, XIX-XX. század, 2011 , p. 184-202.
↑ 1 2 3 4 5 Fizikatörténet, XIX-XX. század, 2011 , p. 241-259.
↑ Polak L. S. A kvantumfizika megjelenése // szerk. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., a Szovjetunió Tudományos Akadémiája, 1959. - S. 323-389;
↑ Kuznyecov B. G. A kvantummechanika alapötlete // otv. szerk. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Esszék az alapvető fizikai ötletek fejlesztéséről. - M., Szovjetunió Tudományos Akadémia, 1959. - S. 390-421;
↑ Kvantumtérelmélet // Fizikai enciklopédia (5 kötetben) / Szerk.: akad. A. M. Prokhorova . - M .: Szovjet Enciklopédia , 1990. - T. 2. - ISBN 5-85270-034-7 .
↑ Fókuszterületek . Letöltve: 2015. augusztus 21. Az eredetiből archiválva : 2015. augusztus 11.. (határozatlan)
↑ 1 2 Astronomy History, 1989 , p. 251-252.
↑ Montmerle, T., Augereau, J.-C., Chaussidon, M. et al. A Naprendszer kialakulása és korai evolúciója: az első 100 millió év // Föld, Hold és bolygók (Spinger). - 2006. - Vol. 98, 1-4 . - P. 39-95.
↑ Hetherington, Norriss S. & McCray, W. Patrick, Weart, Spencer R., szerk., Spectroscopy and the Birth of Astrophysics , American Institute of Physics, Center for the History of Physics , < https://www.aip. org/history/cosmology/tools/tools-spectroscopy.htm > . Letöltve: 2015. július 19. Archiválva : 2015. szeptember 7. a Wayback Machine -nél
↑ Eddington A. A csillagok belső felépítése . Letöltve: 2015. augusztus 21.
↑ John J. O'Connor és Edmund F. Robertson . A fizika története (angolul) - életrajz a MacTutor archívumában .
↑ Astronomy History, 1989 , p. 276-282.
↑ Shapiro S. L., Tjukolsky S. A. Fekete lyukak, fehér törpék és neutroncsillagok / Per. angolról. szerk. Ya. A. Smorodinsky. - M . : Mir, 1985. - T. 1-2. — 656 p.
↑ Landau L. D. , Lifshits E. M. Hydrodynamics. - 4. kiadás, sztereotip. — M .: Nauka , 1988. — 736 p. - (" Elméleti fizika ", VI. kötet).
↑ Az Egyesült Államok Repülési Bizottságának századik évfordulója – Sir George Cayley . Letöltve: 2015. augusztus 11. Az eredetiből archiválva : 2008. szeptember 20.. (határozatlan)
↑ Enciklopédia "Repülés". - M . : Tudományos kiadó "Big Russian Encyclopedia", 1994. - 736 p.
↑ Nyikolaj Jegorovics Zsukovszkij (1847-1921) . Letöltve: 2015. szeptember 24. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 25. (határozatlan)
↑ Orosz Németország . www.rg-rb.de. Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24.. (határozatlan)
↑ Ciklonok és anticiklonok és szerepük az időjárás előrejelzésben . Letöltve: 2015. augusztus 21. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 25.. (határozatlan)
↑ Khramov Yu. A. Bjerknes (Bjerknes) Wilhelm Freeman Koren // Fizikusok: Életrajzi címtár / Szerk. A. I. Akhiezer . - Szerk. 2., rev. és további — M .: Nauka , 1983. — S. 50. — 400 p. - 200 000 példányban.
↑ Időjárás szimuláció . Letöltve: 2015. szeptember 24. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 25. (határozatlan)
↑ Ibragimov N. Kh. Transzformációs csoportok a matematikai fizikában. — M .: Nauka, 1983. — 280 p.
↑ Fizika története, XIX-XX. század, 2011 , p. 218-225.
↑ 12 Lee Smolin . A baj a fizikával: a húrelmélet felemelkedése, egy tudomány bukása, és ami ezután következik. - London: Penguin Book, 2007. - P. viii, 3-17, 66. - ISBN 9780713997996 .
↑ Ponyatov A. Higgs nyitva van. Mi a következő lépés? // Tudomány és élet . - M. , 2013. - 10. sz .
↑ Womersley J. Beyond the Standard Model (angolul) (a hivatkozás nem elérhető) . Letöltve: 2015. augusztus 21. Az eredetiből archiválva : 2007. október 17..
↑ Wilchek F. A fizika szépsége. A természet szerkezetének megértése = Szép kérdés. A természet mély dizájnjának megtalálása. - M . : Alpina non-fiction, 2016. - S. 329. - 604 p. — ISBN 978-5-91671-486-9 .

Irodalom

A fizika általános története

Dorfman Ya. G. A fizika világtörténete. Az ókortól a 18. század végéig. - Szerk. 3. — M. : LKI , 2010. — 352 p. - ISBN 978-5-382-01091-5 .
Dorfman Ya. G. A fizika világtörténete. A 19. század elejétől a 20. század közepéig. - Szerk. 3. — M. : LKI, 2011. — 317 p. - ISBN 978-5-382-01277-3 .
Az oroszországi természettudomány története. - M . : A Szovjetunió Tudományos Akadémia Kiadója , 1957-1960.
Kudrjavcev PS Fizikatörténeti kurzus . - M . : Oktatás , 1974.
Laue M. A fizika története. — M. : GITTL , 1956. — 230 p.
Gliozzi M. A fizika története. — M .: Mir , 1970. — 464 p.
Esszék a fizikai alapgondolatok fejlesztéséről / Szerk. A. T. Grigoryan és L. S. Polak. - M . : A Szovjetunió Tudományos Akadémia Kiadója, 1959.
Rosenberger F. A fizika története . - M. - L .: GITTL, 1934.
Szpasszkij B. I. A fizika története, két kötetben. - Szerk. 2. - M . : Felsőiskola , 1977.
Fizika a XVII-XVIII. század fordulóján. - M .: Nauka, 1974.
Khramov Yu. A. Fizika. Életrajzi útmutató. - Szerk. 2., rev. és további — M .: Nauka, 1983. — 400 p.

A fizika és a rokon tudományok egyes szakaszainak története

Bregg VG Az elektromágnesesség története. - M. - L .: Gostekhizdat, 1947.
Vizgin V. P. A gravitáció relativisztikus elmélete (eredet és kialakulás, 1900-1915). — M .: Nauka, 1981. — 352 p.
Gelfer Ya. M. A termodinamika és a statisztikai fizika története és módszertana, két kötetben. - M . : Felsőiskola, 1969-1973.
Grigoryan A. T. Mechanika az ókortól napjainkig. - M .: Nauka, 1971.
Jammer M. A kvantummechanika fogalmainak evolúciója. — M .: Nauka, 1985. — 379 p.
Eremeeva A. I., Tsitsin F. A. A csillagászat története (a világ csillagászati képének fejlődésének fő állomásai). - M . : Moszkvai Állami Egyetem Kiadója , 1989. - ISBN 5-211-00347-0 .
A fizikai optika megalkotói. - M .: Nauka, 1973.
Whittaker E. Az éter és az elektromosság elméletének története. klasszikus elméletek. - M. -Izhevsk: Kutatóközpont "Szabályos és kaotikus dinamika", 2001. - 512 p. — ISBN 5-93972-070-6 .
Figurovsky I. A. Esszé a kémia általános történetéről. - M . : Nauka, 1969.

Linkek

Pierre Duhem. History of Physics (angol) (hivatkozás nem érhető el) . Letöltve: 2015. augusztus 15. Az eredetiből archiválva : 2015. július 11. (Az eredeti katolikus enciklopédia).