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CAPÍTULO UM, que pode ser considerado um prefácio; nele o leitor conhece o autor e com ele reflete sobre as características da ciência física moderna.Talvez o mais surpreendente na física moderna seja uma conexão inesperada entre o cosmos, onde galáxias e

Capítulo 3 Matemática correta, física nojenta As equações de campo de Einstein são uma coleção de funções inter-relacionadas complexas, mas podem ser resolvidas por qualquer pessoa com as habilidades e perseverança necessárias. Nos dias seguintes à inauguração

pré-história da física. Observação física. fenômenos ocorreram na antiguidade. Naquela época, o processo de acumulação de conhecimento factual ainda não era diferenciado: representações físicas, geométricas e astronômicas desenvolvidas conjuntamente.

O acúmulo sistemático de fatos e tentativas de explicá-los e generalizá-los, que antecederam a criação da física (no sentido moderno da palavra), ocorreu de forma especialmente intensa em era da cultura greco-romana(século 6 aC - século 2 dC). Nessa época, as ideias iniciais sobre estrutura atômica da matéria(Demócrito, Epicuro, Lucrécio), foi criado o sistema geocêntrico do mundo (Ptolomeu), surgiram os primórdios do sistema heliocêntrico (Aristarco de Samos), alguns leis da estática(regras de alavancagem, centro de gravidade), primeiros resultados obtidos óptica aplicada(espelhos foram feitos, a lei da reflexão da luz foi descoberta, o fenômeno da refração foi descoberto), os princípios mais simples foram descobertos hidrostática(Lei de Arquimedes). Os fenômenos mais simples de magnetismo e eletricidade eram conhecidos nos tempos antigos.

Doutrina Aristóteles (389 - 322 aC) resumiu o conhecimento do período anterior 1 . O ensinamento de Aristóteles, canonizado pela Igreja, tornou-se um freio ao desenvolvimento posterior da ciência física. Após milhares de anos de estagnação e esterilidade, a física foi revivida apenas nos séculos XV e XVI. na luta contra a filosofia escolástica. O renascimento da ciência deveu-se principalmente às necessidades de produção no período manufatureiro. As grandes descobertas geográficas, em particular a descoberta da América, contribuíram para o acúmulo de muitas novas observações e a derrubada de velhos preconceitos. O desenvolvimento do artesanato, da navegação e da artilharia criou incentivos à pesquisa científica. O pensamento científico se concentrou nos problemas de construção, hidráulica e balística, e o interesse pela matemática aumentou. O desenvolvimento da tecnologia criou oportunidades para a experimentação. Leonardo da Vinci colocou toda uma série de questões físicas e tentou resolvê-las por meio de experimentos. Ele é dono do ditado: "A experiência nunca engana, apenas nossos julgamentos enganam" .

No entanto, nos séculos 15-16, observações físicas individuais e estudos experimentais foram personagem aleatório. Somente o século XVII marcou o início aplicação sistemática do método experimental em física e o contínuo crescimento do conhecimento físico desde então.

O primeiro período de desenvolvimento da física , apelidado de clássico, começa com as obras Galileu Galilei (1564 - 1642) . Exatamente Galileu foi o criador do método experimental em física. Um experimento cuidadosamente pensado, a separação dos fatores menores dos principais no fenômeno em estudo, o desejo de estabelecer relações quantitativas exatas entre os parâmetros do fenômeno - tal é o método de Galileu. Com este método, Galileu lançou as bases iniciais caixas de som. Galileu refutou as afirmações errôneas da mecânica de Aristóteles: ele, em particular, foi capaz de mostrar que não a velocidade, mas a aceleração é uma consequência da influência externa sobre o corpo. Em seu trabalho "Conversas e provas matemáticas sobre dois novos ramos da ciência ..." (1638) Galileu substancia convincentemente esta conclusão, que é a primeira formulação lei da inércia elimina aparentes contradições. Ele prova por experiência que a aceleração de queda livre dos corpos não depende de sua densidade e massa. Considerando o movimento de um corpo lançado, Galileu encontra lei da adição de movimentos e em essência expressa a posição sobre a independência da ação das forças. As "Conversas" também fornecem informações sobre a força dos corpos. Eles também tiveram ideias sobre relatividade do movimento(princípio da relatividade), movimento de corpos em um plano inclinado ( na verdade, ele descobriu as duas primeiras leis de Newton).

Nos escritos de Galileu e Blaise Pascal fundações foram lançadas hidrostática. Galileu também fez importantes descobertas em outras áreas da física. Pela primeira vez, ele confirma experimentalmente o fenômeno da tensão superficial, que foi estudado muito mais tarde. Galileu enriquece óptica aplicada com seu telescópio, e seu termômetro levou a estudo quantitativo de fenômenos térmicos.

Na primeira metade do século XVII, surgiu a doutrina física dos gases, que teve grande importância prática. Discípulo de Galileu E. Torricelli descobre a existência da pressão do ar e cria a primeira barômetro. O. Guericke inventa a bomba de ar e finalmente refuta a afirmação aristotélica sobre o "medo do vazio". R. Boyle e um pouco mais tarde E. Mariotte investigue a elasticidade dos gases e descubra a lei conhecida pelo seu nome. W. Snellius (Holanda) e R. Descartes (França) descobrir a lei da refração da luz. A criação do microscópio remonta a esta época. Observações sobre ímãs (na navegação) e sobre eletrificação durante o atrito fornecem informações valiosas no campo da eletrostática e magnetostática, cujo pioneiro deve ser reconhecido como um naturalista inglês W. Gilbert .

A 2ª metade do século XVII é ainda mais rica em eventos. "Conversas" de Galileu marcaram o início da pesquisa fundamentos de mecanica. Estudo de movimento curvilíneo ( X. Huygens ) preparou a abertura lei fundamental da mecanica- a relação entre força, massa e aceleração, formulada pela primeira vez I. Newton No dele "Princípios Matemáticos filosofia natural» (1687) . Newton também estabeleceu a lei básica da dinâmica de sistemas (igualdade de ação contra reação), na qual os estudos anteriores do impacto dos corpos (H. Huygens) encontraram sua generalização. Pela primeira vez, os conceitos básicos da física se cristalizam - conceitos de espaço e tempo.

Baseado nas leis do movimento planetário estabelecidas por Kepler, Newton em seus Elementos pela primeira vez formula lei da gravidade, que muitos cientistas do século XVII tentaram encontrar. Newton confirmou essa lei calculando a aceleração da Lua em sua órbita com base no valor da aceleração da gravidade medida na década de 70 do século XVII. Ele também explicou as perturbações do movimento da lua e a causa das marés do mar. O significado desta descoberta de Newton não pode ser superestimado. Mostrou aos contemporâneos o poder da ciência. Isto mudou toda a imagem do universo.

Ao mesmo tempo, X. Huygens e G. Leibniz formular lei da conservação da quantidade de movimento ( anteriormente expressa por Descartes de forma inexata) e a lei da conservação das forças vivas. Huygens cria a teoria do pêndulo físico e constrói um relógio com um pêndulo. Um dos cientistas versáteis do século XVII R. Hooke (Inglaterra) abre conhecido pelo seu nome lei da elasticidade. M. Mersenne (França) lança as bases acústica física; ele estuda o som de uma corda e mede a velocidade do som no ar.

Durante esses anos, em conexão com o crescente uso de lunetas, a óptica geométrica estava se desenvolvendo rapidamente e fundamentos da ótica física. F. Grimaldi (Itália) em 1665 descobre a difração da luz. Newton desenvolve sua doutrina da dispersão e interferência da luz. Ele apresenta a hipótese de corpúsculos de luz. A espectroscopia se origina da pesquisa óptica de Newton. O. Romer (Dinamarca) em 1672 mede a velocidade da luz. O contemporâneo Huygens de Newton desenvolve a Fundamentos da óptica ondulatória, formula o princípio da propagação das ondas (da luz), conhecido sob seu nome, investiga e explica o fenômeno da dupla refração em cristais 2 .

Nesse caminho, no século 17, os fundamentos da mecânica foram criados e as pesquisas começaram nas áreas mais importantes da física - na doutrina da eletricidade e do magnetismo, no calor, na óptica física e na acústica.

No século 18 o desenvolvimento de todas as áreas da física continua. A mecânica newtoniana torna-se um extenso sistema de conhecimento, abrangendo as leis do movimento da Terra e corpos celestiais. trabalhos L. Euler , Francês cientista A. Clairaute etc está sendo criado mecânica celeste levado à mais alta perfeição P. Laplace. Em sua forma desenvolvida, a mecânica torna-se a base da tecnologia de máquinas da época, em particular a hidráulica.

Em outros ramos da física no século 18 houve um acúmulo adicional de dados experimentais, as leis mais simples foram formuladas. W. Franklin formula lei da conservação da carga. Criado em meados do século XVIII primeiro capacitor elétrico(Leiden Bank P. Mushenbruk na Holanda), que possibilitou acumular grandes cargas elétricas, o que facilitou o estudo da lei de sua interação. Esta lei, que é a base da eletrostática, foi descoberta independentemente uma da outra. G. Cavendish e J. Priestley (Inglaterra) e Sh. Coulomb (França). surgiu teoria da eletricidade atmosférica. W. Franklin em 1752 e um ano depois M.V. Lomonossov e G.V. Richman estudou descargas de raios e provou a natureza elétrica dos raios.

Fotometria começou a ser criada em óptica: cientistas britânicos W. Herschel e W. Wollaston aberto raios infravermelhos, e o cientista alemão I. Ritter - ultravioleta. O desenvolvimento da química e da metalurgia estimulou o desenvolvimento a doutrina do calor: o conceito de capacidade calorífica foi formulado, as capacidades caloríficas de várias substâncias foram medidas, a calorimetria foi fundada. Lomonosov previu a existência do zero absoluto. Foram iniciados os estudos de condutividade térmica e radiação térmica, bem como o estudo da expansão térmica dos corpos. No mesmo período, foi criado e começou a melhorar Motor a vapor.

É verdade que o calor foi imaginado como um líquido especial sem peso - calórico. De maneira semelhante, a eletrificação dos corpos foi explicada usando a hipótese de um fluido elétrico, e os fenômenos magnéticos foram explicados por um fluido magnético. Em geral, durante o século 18, os modelos de fluidos sem peso penetraram em todos os ramos da física. A esmagadora maioria dos pesquisadores não duvidou de sua existência! Isso foi consequência da crença de que vários fenômenos físicos - térmicos, elétricos, magnéticos, ópticos - não estão interligados, independentes uns dos outros. Acreditava-se que cada fenômeno tem seu próprio "portador", uma substância especial. Apenas algumas mentes avançadas, incluindo Euler e Lomonosov, negavam a existência de matéria sem peso e viam nos fenômenos térmicos e nas propriedades dos gases um movimento oculto, mas incessante, das menores partículas. Essa diferença de opinião revelou a diferença físicas "imagens do mundo" - newtoniano e cartesiano originou-se no século XVII.

Os seguidores de Descartes (Cartesia) consideravam todos os fenômenos físicos como vários movimentos da mesma matéria primária, cujas únicas propriedades são a extensão e a inércia. Ele acreditava que, como resultado de vários movimentos e colisões de partes da matéria primária, são formadas partículas de matéria (corpúsculos) de vários volumes e formas, entre as quais se movem partículas da forma mais refinada da matéria, o éter. Os seguidores de Descartes viram o problema da física em criação de modelos puramente mecânicos de fenômenos. Gravitação universal, interações elétricas e magnéticas, reações químicas - tudo era explicado por vários vórtices no éter, conectando ou separando partículas de matéria.

No entanto, essa imagem do mundo encontrou objeções já em meados do século XVII. Sua insatisfação foi demonstrada de maneira mais convincente por Newton em seu Principia. Newton provou que a explicação da gravitação universal dada pelos cartesianos contradiz os fatos: vórtices no éter, que, segundo Descartes, preenchem completamente todo o sistema solar e carregam os planetas com eles, excluem a possibilidade de passagem livre de cometas pelo sistema solar sem perder seu movimento.

A imagem do mundo de Newton baseia-se no conceito de átomos separados pelo vazio e interagindo instantaneamente através do vazio por forças de atração ou repulsão (ação de longo alcance). Forças, segundo Newton, são a propriedade primária e inicial de certos tipos de partículas; uma força como a gravitação é inerente a todas as partículas de matéria. Ao contrário dos cartesianos, Newton considerava possível que o movimento mecânico não pudesse ser preservado na natureza. Newton viu A principal tarefa da física é encontrar as forças de interação entre os corpos. Ele não descartou a existência do éter, mas o considerou como um gás fino e elástico que preenche os poros dos corpos e interage com a matéria.

A luta entre as ideias newtonianas e cartesianas durou quase dois séculos. As mesmas leis da natureza foram interpretadas de forma diferente pelos partidários dessas duas direções. No século 18 As visões de Newton triunfaram na física e teve uma profunda influência no seu desenvolvimento posterior. Eles contribuíram introdução de métodos matemáticos em física. Ao mesmo tempo, eles se fortaleceram por 100 anos a ideia de ação de longo alcance. Tendências cartesianas revivem novamente na 2ª metade do século XIX, após a criação da teoria ondulatória da luz, a descoberta do campo eletromagnético e a lei da conservação da energia.

O segundo período da história da física começa na primeira década do século XIX. No século XIX, foram feitas as mais importantes descobertas e generalizações teóricas, que deram à física o caráter uma única ciência holística. A unidade de vários processos físicos encontrou expressão em lei da conservação da energia. O papel decisivo na preparação experimental desta lei foi desempenhado por descoberta da corrente elétrica e o estudo de suas múltiplas ações, bem como o estudo das transformações mútuas de calor e trabalho mecânico. Em 1820 H. K. Oersted (Dinamarca) descobriu a ação da corrente elétrica em uma agulha magnética. A experiência de Oersted serviu de impulso para a pesquisa A. Ampera, D. Arago e outros. A lei da interação de duas correntes elétricas, encontrada por Ampere, tornou-se a base eletrodinâmica. Com a animada participação de outros pesquisadores da Ampere em pouco tempo descobrir conexão de fenômenos magnéticos com, reduzindo, ao final, o magnetismo à ação das correntes. Então a ideia de fluidos magnéticos deixou de existir. Em 1831, Faraday descobriu a indução eletromagnética, realizando assim seu plano: "transformar o magnetismo em eletricidade".

Nesta fase de desenvolvimento a influência mútua da física e da tecnologia aumentou significativamente. O desenvolvimento da tecnologia de vapor colocou inúmeros problemas para a física. Estudos físicos da transformação mútua de energia mecânica e calor, culminando em criação termodinâmica, serviu de base para a melhoria dos motores térmicos. Após a descoberta da corrente elétrica e suas leis, inicia-se o desenvolvimento Engenharia elétrica(invenção do telégrafo, eletroformação, dínamos), que, por sua vez, contribuíram para o progresso eletrodinâmica.

Na 1ª metade do século XIX há um colapso da ideia de substâncias sem peso. Este processo foi feito lentamente e com grande dificuldade. A primeira lacuna na visão de mundo física então dominante foi feita por teoria ondulatória da luz(cientista inglês T. Jung , Francês cientistas O. Fresnel e D. Arago ) 3 . Todo o conjunto de fenômenos de interferência, difração e polarização da luz, em particular o fenômeno de interferência de raios polarizados, não pôde ser interpretado teoricamente do ponto de vista corpuscular e ao mesmo tempo encontrou uma explicação completa na teoria ondulatória, segundo para o qual a luz é ondas transversais que se propagam em um meio (no ar). Assim, a substância leve foi rejeitada já na segunda década do século XIX.

Mais tenaz, em comparação com a matéria leve e ferrofluido, acabou por ser um conceito de calórico. Embora experimentos B. Rumford , que comprovavam a possibilidade de obter uma quantidade ilimitada de calor devido ao trabalho mecânico, estavam em clara contradição com a ideia de uma substância térmica especial, esta última durou até meados do século; parecia que somente com sua ajuda era possível explicar o calor latente da fusão e da evaporação. O mérito de criar a teoria cinética, cujos primórdios remontam aos tempos de Lomonosov e D. Bernoulli, pertenceu a cientistas ingleses J. Joule, W. Thomson (Kelvin) e cientista alemão R. Clausius .

Assim, como resultado de experimentos multifacetados e demorados, nas condições de uma luta difícil com ideias obsoletas, foi provada a conversibilidade mútua de vários processos físicos e, assim, a unidade de todos os fenômenos físicos conhecidos na época.

Imediato prova de conservação de energia para quaisquer transformações físicas e químicas foi dada nas obras Y. Mayer (Alemanha), J. Joule e G. Helmholtz . Depois que a lei da conservação da energia ganhou reconhecimento universal (nos anos 50 do século XIX), tornou-se a pedra angular da ciência natural moderna. A lei da conservação da energia e o princípio da variação da entropia [R. Clausius, W. Thomson (Kelvin)] formou a base termodinâmica; eles são geralmente formulados como a primeira e a segunda leis da termodinâmica.

A prova da equivalência de calor e trabalho confirmou a visão sobre calor como o movimento desordenado de átomos e moléculas. As obras de Joule, Clausius, Maxwell, Boltzmann e outros criaram teoria cinética dos gases. Já nos primeiros estágios do desenvolvimento dessa teoria, quando as moléculas ainda eram consideradas bolas elásticas sólidas, foi possível revelar o significado cinético de grandezas termodinâmicas como temperatura e pressão. A teoria cinética dos gases tornou possível calcular os caminhos médios das moléculas, os tamanhos das moléculas e seu número por unidade de volume.

A ideia da unidade de todos os processos físicos levou na 2ª metade do século XIX a uma reestruturação radical de toda a física, à sua unificação em duas grandes seções- física da matéria e física de campo. A base da primeira foi a teoria cinética, a segunda - a doutrina do campo eletromagnético.

Teoria cinética, operando com médias, pela primeira vez introduziu os métodos da teoria das probabilidades na física. Ela serviu de ponto de partida física estatística uma das teorias físicas mais gerais. Os fundamentos da física estatística foram sistematizados já no limiar do século 20 por um cientista americano J. Gibbs .

Igualmente fundamental foi descoberta do campo eletromagnético e suas leis. O criador da doutrina do campo eletromagnético foi M. Faraday . Ele foi o primeiro a expressar a ideia de que as ações elétricas e magnéticas não são transferidas diretamente de uma carga para outra, mas se propagam através de um meio intermediário. As opiniões de Faraday em campo eram desenvolvido matematicamente por Maxwell nos anos 60 do século XIX, que conseguiu dar um sistema completo de equações para o campo eletromagnético. A teoria de campo tornou-se tão consistente quanto a mecânica de Newton.

A teoria do campo eletromagnético leva a a ideia de uma velocidade de propagação finita de ações eletromagnéticas expressa por Maxwell (antecipada ainda antes por Faraday). Essa ideia permitiu a Maxwell prever a existência ondas eletromagnéticas. Maxwell também concluiu que natureza eletromagnética da luz. A teoria eletromagnética da luz fundiu o eletromagnetismo e a ótica.

No entanto, a teoria geralmente aceita do campo eletromagnético só se tornou depois que o físico alemão G. Hertz descobriu as ondas eletromagnéticas por experiência e provou que elas seguem as mesmas leis de refração, reflexão e interferência das ondas de luz.

Na segunda metade do século XIX, o papel da física na tecnologia cresceu consideravelmente. A eletricidade encontrou aplicação não apenas como meio de comunicação (telégrafo, telefone), mas também como meio de transmissão e distribuição de energia e como fonte de iluminação. No final do século 19, as ondas eletromagnéticas foram usadas para comunicação sem fio ( A. S. Popov, Marconi ), que foi o início da comunicação por rádio. A termodinâmica técnica contribuiu para o desenvolvimento de motores de combustão interna. surgiu tecnologia de baixa temperatura. No século XIX, todos os gases eram liquefeitos, com exceção do hélio, que foi obtido no estado líquido apenas em 1908 (físico holandês G. Kammerling-Onnes ).

No final do século 19, a física parecia quase completa para os contemporâneos.. Conceito aprovado determinismo mecanicista Laplace, partindo da possibilidade de determinar de forma única o comportamento do sistema a qualquer momento, se as condições iniciais forem conhecidas. Parecia a muitos que os fenômenos físicos podiam ser reduzidos à mecânica das moléculas e do éter, porque explicar os fenômenos físicos significava naquela época reduzi-los a modelos mecânicos facilmente acessíveis com base na experiência cotidiana. A teoria mecânica do calor, éter elástico (ou vórtice) como modelo de fenômenos eletromagnéticos - era assim que parecia até o final do século XIX imagem física do mundo. O éter parecia semelhante à matéria em várias de suas propriedades, mas, ao contrário da matéria, sem peso ou quase sem peso (alguns cálculos levaram ao peso de uma bola de éter, igual em volume à Terra, a 13 kg).

No entanto, os modelos mecânicos esbarravam em mais contradições, quanto mais detalhados eles tentavam ser desenvolvidos e aplicados. Os modelos de tubo de vórtice etéreo criados para explicar campos variáveis ​​eram inadequados para explicar campos elétricos constantes. Pelo contrário, vários modelos de campo constante não explicavam a possibilidade de propagação ondas eletromagnéticas. Finalmente, nenhum dos modelos de éter foi capaz de explicar claramente a conexão do campo com cargas discretas. Vários modelos mecânicos de átomos e moléculas (por exemplo, o modelo de vórtice do átomo proposto por W. Thomson) também se mostraram insatisfatórios.

A impossibilidade de reduzir todos os processos físicos a processos mecânicos deu origem ao desejo de alguns físicos e químicos em geral recusar-se a reconhecer a realidade dos átomos e moléculas, rejeitar a realidade do campo eletromagnético. E. Mach proclamou a tarefa da física como sendo uma "pura descrição" dos fenômenos. cientista alemão W. Ostwald opôs a teoria cinética e o atomismo em favor do chamado energia -- termodinâmica universal, puramente fenomenológica, como a única teoria possível dos fenômenos físicos.

O terceiro período (moderno) da história da física , apelidado não clássico ou física relativista quântica começa nos últimos anos do século XIX. este o período é caracterizado pela direção da pesquisa pensada profundamente na substância, em sua microestrutura. Uma nova era na história da física começa com detecção de elétrons e estudos de sua ação e propriedades (inglês. cientista J. Thomson , cientista holandês G. Lorenz ).

O papel mais importante foi desempenhado pela investigação de descargas elétricas em gases. Descobriu-se que um elétron é uma partícula elementar de uma certa massa, que possui a menor carga elétrica e faz parte de um átomo de qualquer elemento químico. Isso significava que um átomo não é elementar, mas é um sistema complexo. Ficou provado que o número de elétrons em um átomo e sua distribuição sobre camadas e grupos determinam as propriedades elétricas, ópticas, magnéticas e químicas do átomo; a polarizabilidade de um átomo, seu momento magnético, espectros ópticos e de raios X e valência dependem da estrutura da camada eletrônica.

A criação das teorias mais gerais está ligada à dinâmica dos elétrons e sua interação com o campo de radiação. física moderna - teoria da relatividade e mecânica quântica.

O estudo dos movimentos de elétrons rápidos em campos elétricos e magnéticos levou à conclusão de que a mecânica newtoniana clássica é inaplicável a eles. Tal atributo fundamental de uma partícula material como a massa acabou não sendo constante, mas variável, dependendo do estado do movimento do elétron. Era o colapso de ideias enraizadas na física sobre o movimento e as propriedades das partículas.

Uma saída para as contradições foi encontrada A. Einstein que criou (em 1905) uma nova teoria física do espaço e do tempo, teoria da relatividade. Mais tarde, Einstein criou (em 1916) teoria geral da relatividade que transformou a velha doutrina da gravidade

Não menos importante e eficaz generalização de fatos e regularidades físicas foi mecânica quântica, criado no final do primeiro quartel do século 20 como resultado de pesquisas sobre a interação da radiação com partículas de matéria e o estudo dos estados dos elétrons intraatômicos. A ideia básica da mecânica quântica é que todas as micropartículas têm uma natureza de onda corpuscular dupla.

Essas ideias radicalmente novas sobre micropartículas se mostraram extremamente frutíferas e eficazes. A teoria quântica conseguiu explicar as propriedades dos átomos e os processos que ocorrem neles, a formação e as propriedades das moléculas, as propriedades de um corpo sólido e as leis da radiação eletromagnética.

O século XX. marcado na física desenvolvimento poderoso métodos de pesquisa experimental e tecnologia de medição. A detecção e contagem de elétrons individuais, partículas nucleares e cósmicas, a determinação do arranjo de átomos e a densidade eletrônica em cristais e em uma única molécula, a medição de um intervalo de tempo da ordem de 10 a 10 segundos, a observação de o movimento dos átomos radioativos na matéria - tudo isso caracteriza o salto da tecnologia de medição nas últimas décadas.

Sem precedentes em termos de poder e escala, os meios de pesquisa e produção foram direcionados para estudo de processos nucleares. Os últimos 25 anos de física nuclear, intimamente ligados aos raios cósmicos e depois à criação de poderosos aceleradores, levaram a uma revolução técnica e criaram novos métodos de pesquisa excepcionalmente sutis não apenas em física, mas também em química, biologia, geologia , e nas mais diversas áreas de tecnologia e agricultura.

Assim, com o crescimento da pesquisa física e com sua crescente influência em outras ciências naturais e tecnologia, o número de revistas e livros físicos aumentou. No final do século XIX, na Alemanha, Inglaterra, EUA e Rússia, além dos acadêmicos, apenas um periódico físico era publicado. Atualmente, mais de duas dezenas de revistas são publicadas na Rússia, EUA, Inglaterra, Alemanha (em cada país).

Em medida ainda maior o número de instituições de pesquisa e cientistas aumentou. Se no século 19 a pesquisa científica era realizada principalmente pelos departamentos físicos das universidades, então no século 20 em todos os países apareceu e começou a aumentar em número e escopo institutos de pesquisa em física ou em suas áreas individuais. Alguns dos institutos, especialmente na área de física nuclear, possuem tais equipamentos, que em sua escala e custo superam a escala e custo das fábricas.

Resumo sobre o tema: "História da Física"

Desenvolvimento da física

A física é uma das ciências naturais, cuja tarefa é estudar a natureza para subordiná-la ao homem.

Nos tempos antigos, a palavra "fi ica") significava história natural. Posteriormente, a história natural foi dividida em várias ciências: física, química, astronomia, geologia, biologia, botânica, etc.

Entre essas ciências, a física, em certa medida, ocupa uma posição especial, pois o objeto de seu estudo são todas as formas básicas, mais gerais e mais simples do movimento da matéria.

O acúmulo de conhecimento sobre fenômenos naturais ocorreu já em tempos remotos. Mesmo os povos primitivos, percebendo semelhanças e diferenças nos fenômenos do mundo circundante, adquiriram algum conhecimento sobre a natureza a partir de sua prática. No futuro, a sistematização do conhecimento acumulado levou ao surgimento da ciência.

A expansão e o refinamento do conhecimento sobre os fenômenos naturais foi realizado pelas pessoas como resultado de necessidades práticas por meio de observações, e em um estágio superior do desenvolvimento da ciência - por meio de experimentos (observação é o estudo de um fenômeno em um ambiente natural, uma experimento é a reprodução de um fenômeno em um ambiente artificial para detectar as características de um determinado fenômeno dependendo das condições criadas).

Hipóteses foram criadas para explicar os fenômenos. Conclusões de observações, experimentos e hipóteses foram testadas na interação diversa da ciência e da prática; a prática indicou formas de refinar a experiência científica (observações e experimentos), corrigiu hipóteses e enriqueceu a ciência. A ciência, por sua vez, enriqueceu a prática.

À medida que a aplicação do conhecimento científico à prática se expandiu, houve a necessidade de usar esse conhecimento para prever fenômenos, para calcular as consequências de uma ação. Isso levou à necessidade de substituir hipóteses díspares para criar teorias generalizantes e fundamentadas.

Pela primeira vez, a necessidade de uma teoria surgiu durante a construção de edifícios e estruturas e levou ao desenvolvimento da mecânica, principalmente a teoria do equilíbrio. No antigo Egito e na Grécia, a estática de estado sólido e a hidrostática foram desenvolvidas. A necessidade de determinar o tempo para o trabalho agrícola e a necessidade de determinar a direção da navegação deram impulso ao desenvolvimento da astronomia. Vários departamentos do conhecimento foram fundamentados e sistematizados pelo antigo pensador grego Aristóteles. Sua "Física" (em 8 livros) determinou a visão geral do mundo físico por muito tempo.

O conhecimento sobre a natureza, à medida que se acumulava, era usado pelas classes dominantes em seu próprio interesse; nos tempos antigos, a ciência estava nas mãos do clero (sacerdotes) e estava intimamente ligada à religião. Somente em Grécia antiga representantes de outras camadas privilegiadas da sociedade começaram a se engajar na ciência. Os melhores representantes da filosofia natural antiga, ou seja, a filosofia da natureza (Leucipo, Demócrito, Lucrécio), lançaram as bases para uma compreensão materialista da natureza e, apesar da extrema insuficiência de material factual, chegaram à ideia do atômico estrutura da matéria.

O colapso da sociedade antiga suspendeu temporariamente o desenvolvimento da ciência. Na época da Idade Média, a Igreja Cristã, apoiando-se nas classes dominantes do sistema feudal, subordinou a filosofia aos objetivos da teologia com extrema crueldade, a inquisição e execuções. A física de Aristóteles, por sua interpretação dogmática, que excluía a possibilidade de progresso, foi adaptada pela Igreja para fortalecer a autoridade da escritura sagrada. Nessa época, principalmente entre os árabes, que criaram vastos estados e fizeram um comércio vigoroso com países distantes, elementos das ciências, adotados dos gregos e romanos, foram preservados e desenvolvidos até certo ponto, especialmente na mecânica, astronomia, matemática , geografia.

Nos séculos XV-XVI. com base no desenvolvimento do comércio e da indústria europeus, um rápido crescimento e formação começou primeiro em mecânica e astronomia, e mais tarde nas ciências que formam a base da tecnologia industrial - física e química. As obras de Copérnico, Kepler, Galileu e seus seguidores fizeram da ciência uma ferramenta poderosa na luta da burguesia contra o reduto do obsoleto sistema feudal - a religião. Na luta contra a igreja, um princípio científico foi apresentado: todo conhecimento verdadeiro é baseado na experiência (na totalidade das observações e experimentos), e não na autoridade de uma doutrina particular.

No século XVII a grande burguesia lutou por um compromisso com os remanescentes das classes dominantes do sistema feudal. Assim, os representantes da ciência foram forçados a buscar um compromisso com a religião. Newton junto com brilhante trabalhos científicos escreveu uma interpretação do livro da igreja - o Apocalipse. Descartes em suas obras filosóficas tentou provar a existência de Deus. Os cientistas mantiveram a falsa ideia de um primeiro empurrão, que o universo supostamente precisava para começar a se mover.

O desenvolvimento da mecânica deixou sua marca na teoria científica da época. Os cientistas tentaram considerar o mundo como um mecanismo e procuraram explicar todos os fenômenos reduzindo-os a movimentos mecânicos.

Durante este período de desenvolvimento da ciência natural, o conceito de força recebeu grande aplicação. Com cada fenômeno recém-descoberto, uma força foi inventada, que foi declarada a causa do fenômeno. Até agora, vestígios disso foram preservados na física na notação: força viva, força atual, força eletromotriz, etc.

As teorias científicas daquele período, que consideravam o mundo como uma máquina invariavelmente em movimento, negavam o desenvolvimento da matéria, as transições do movimento de uma forma para outra. Apesar do sucesso na expansão do material experimental, a ciência manteve-se na posição de uma visão de mundo mecanicista.

No século XVIII. Clematite ov previu corretamente a imagem da estrutura molecular-cinética dos corpos e pela primeira vez expressou a lei unificada da eternidade da matéria e seu movimento com as palavras: “... algo é adicionado a algo, então é retirado de outra coisa... Sendo esta uma lei universal da natureza, também se aplica às regras do movimento: um corpo que, por seu ímpeto, excita outro ao movimento, perde como tanto de seu movimento quanto informa outro, movido por ele.

Nos mesmos anos, a teoria de Kant e Laplace sobre o desenvolvimento sistema solar fora da nebulosa eliminou a ideia da necessidade de um primeiro empurrão.

No século 19 com base no colossal crescimento das forças produtivas durante o apogeu do capitalismo industrial, o progresso da ciência acelerou tremendamente. A necessidade de um motor potente e versátil para a indústria e transporte causou a invenção do motor a vapor, e seu surgimento levou os cientistas a estudar os processos térmicos, o que levou ao desenvolvimento da termodinâmica e da teoria cinética molecular. Por sua vez, com base na termodinâmica, foi possível projetar tipos de motores mais potentes e econômicos (turbinas a vapor, motores de combustão interna). Vemos neste exemplo como a prática encoraja o desenvolvimento da teoria científica, e a teoria no futuro assume um papel de liderança em relação à prática.

Outro exemplo da complexa interação entre teoria e prática é o desenvolvimento da teoria da eletricidade e da engenharia elétrica. Informações fragmentárias sobre fenômenos elétricos estão disponíveis há muito tempo. Mas somente depois que a natureza elétrica do raio foi descoberta, e então a corrente galvânica foi descoberta, a física concentrou sua atenção no estudo da eletricidade. Faraday, Maxwell, Lenz e outros desenvolveram as bases físicas da engenharia elétrica moderna. A indústria usou rapidamente as descobertas científicas e o amplo desenvolvimento da tecnologia abriu oportunidades sem precedentes para experimentos científicos. O estudo da estrutura molecular dos corpos revelou a natureza elétrica das interações moleculares e atômicas, que por sua vez levaram hoje à descoberta da forma atômica do movimento da matéria, o que abre perspectivas ilimitadas para novas tecnologias.

Uma série de descobertas - a lei da conservação e transformação da energia, a teoria das ondas eletromagnéticas, a descoberta dos elétrons e da radioatividade - finalmente derrubaram a doutrina da imutabilidade da natureza. O mecanismo entrou em colapso.

Acabou sendo possível avaliar corretamente, entender a essência das novas descobertas científicas apenas do ponto de vista da filosofia criada por Marx e Engels dialética eskogo materialismo.

“O materialismo dialético é a visão de mundo do partido marxista-leninista. É chamado de materialismo dialético porque sua abordagem dos fenômenos naturais, seu método de estudar os fenômenos naturais, seu método de conhecer esses fenômenos é dialético, e sua interpretação dos fenômenos naturais, sua compreensão dos fenômenos naturais, sua teoria é materialista.

Os fenômenos naturais com uma abordagem dialética deles devem ser considerados em sua interconexão, interdependência, interdependência e em seu desenvolvimento, levando em conta que as mudanças quantitativas levam a transformações qualitativas fundamentais, que o desenvolvimento dos fenômenos é gerado pela luta das contradições neles escondidas .

A abordagem dialética dos fenômenos naturais fornece um reflexo correto e não distorcido da realidade em nossas mentes. Esta vantagem decisiva e absoluta do método dialético sobre todas as outras abordagens ao estudo dos fenômenos naturais é explicada pelo fato de que as principais características que caracterizam o método dialético não são inventadas arbitrariamente, não impõem à nossa cognição esquemas artificiais, mortos e não característicos. dele, mas, ao contrário, reproduzem com precisão o mais geral, que não tem exceções, as leis da dialética da natureza.

Todas as ciências, em particular a física, claramente, com cada fato, confirmam que:

em primeiro lugar, qualquer fenômeno ocorre em uma conexão orgânica e inseparável com os fenômenos circundantes; desejando isolar o fenômeno, romper sua conexão com os fenômenos circundantes, inevitavelmente distorcemos o fenômeno;

em segundo lugar, tudo o que existe está sujeito a mudanças, desenvolvimentos regulares e inesgotáveis, inerentes à própria natureza das coisas;

Introdução

A ascensão da física não só influenciou as ideias sobre a matéria
mundo, matemática e filosofia, mas também transformou o ser humano
sociedade, melhorando sua tecnologia, como um todo. Física é
não apenas conhecimento, mas, ainda mais provavelmente, experiência prática.
A revolução científica que começou no século 16 é uma fronteira conveniente
entre o pensamento antigo e a física clássica. Ano 1900 - recomeçar
física moderna. Surgiram novas questões que ainda
muito longe da conclusão.

Albert Einstein

No início do século 20
física enfrentou sérios problemas. começou a surgir
contradições entre velhos modelos e experiência empírica. Então,
por exemplo, foram observadas contradições entre a mecânica clássica e
eletrodinâmica ao tentar medir a velocidade da luz.
Descobriu-se que não depende do sistema de referência. Física da época
também foi incapaz de descrever alguns micro-efeitos, como
espectro de radiação, efeito fotoelétrico, efeito Compton, balanço de energia da radiação eletromagnética e da matéria. Assim, uma nova física era necessária.

Duas teorias se tornaram o principal golpe no velho paradigma: a teoria da relatividade de Einstein e a física quântica. A teoria geral da relatividade foi criada em 1916
ano, e permitiu conectar em algumas equações as forças gravitacionais e
massa inerte. A necessidade de uma segunda revolução física apareceu
em conexão com a descoberta do microcosmo das partículas elementares, bem como muitos fenômenos que ocorrem com elas.

Na segunda metade do século 20, na física, havia uma ideia de que
todas as interações de natureza física podem ser reduzidas a apenas quatro
tipos de interação:

• gravidade
• eletromagnetismo
• forte interação
• interação fraca

Na última década do século 20, dados astronômicos se acumularam confirmando a existência da constante cosmológica, matéria escura e energia escura. Há uma busca por uma teoria geral de campo - uma teoria de tudo que descreva todas as interações fundamentais de uma forma física e matemática generalizada. Um candidato sério para esse papel é a teoria M, que por sua vez é um desenvolvimento recente na teoria das supercordas.

Mais e mais problemas estão relacionados com a evolução do Universo, com o seu início
estágios, com a natureza do vácuo e, finalmente, com a natureza última
Propriedades das partículas subatômicas. As teorias parciais são atualmente
o melhor que a física tem a oferecer no momento. Veja também Recent Advances in Physics.

A lista de problemas não resolvidos em física está crescendo constantemente; mas,

“Somos mais que um átomo, mas parece que já sabemos tudo sobre ele.” — Richard Feynman

física inicial

Por natureza, o homem é um ser curioso. Desde os tempos antigos
começou a se interessar por coisas que antes pareciam comuns, relacionadas
ao mundo circundante. Então, há muito tempo, o principal motivo dessa curiosidade,
provavelmente era medo. E apenas alguns estavam interessados ​​nele do puro
curiosidade, curiosidade pela curiosidade.

De fato, por que, por exemplo, ocorre atração, por que
Diferentes materiais têm propriedades diferentes? Por que o sol se põe
de um lado e subindo do outro? As pessoas sempre se interessaram pelo mundo.
Muitas propriedades da natureza foram atribuídas aos deuses. Teorias erradas
adquiriu as características de uma religião. Eles foram passados ​​de geração em geração.
Muitas teorias da época foram amplamente declaradas na forma
linhas filosóficas. Havia poucas pessoas que estavam prontas para duvidar deles. Tempo
além disso, nesse estágio de desenvolvimento, a presença de qualquer teoria ou a ausência de tal
não teve muito efeito sobre a vida.

física antiga

Meios para testar teorias e descobrir qual é a correta,
nos tempos antigos havia muito poucos, mesmo que fosse sobre todos os dias terrestres
fenômenos. A única quantidade física que eles conheciam então
com precisão suficiente para medir - comprimento; mais tarde, um canto foi adicionado a ele. O padrão de tempo era o dia,
Em que Antigo Egito dividido não em 24 horas, mas em 12 dias e 12
noite, então havia duas horas diferentes, e em estações diferentes
horas variadas. Mas mesmo quando o habitual
us unidades de tempo, devido à falta de relógios precisos mais
experimentos físicos eram simplesmente impossíveis de realizar. É por isso
naturalmente, surgiram ensinamentos semi-religiosos em vez de escolas científicas.

O sistema geocêntrico do mundo prevaleceu, embora os pitagóricos também tenham desenvolvido pirocêntrico em que as estrelas, sol, lua e seis planetas giram em torno Incêndio Central. Para obter o número sagrado de esferas celestes (dez), o sexto planeta foi declarado contra-terra. No entanto, pitagóricos individuais (Aristarco de Samos e outros) criaram um sistema heliocêntrico. Entre os pitagóricos, pela primeira vez, surgiu o conceito de éter como um preenchimento universal do vazio.

A primeira formulação da lei de conservação da matéria foi proposta por Empédocles no século 5 aC. e.:

Nada pode vir do nada, e nada que existe pode ser destruído.

Mais tarde, uma tese semelhante foi expressa por Demócrito, Aristóteles e outros.

O termo "Física"
originou-se como o título de uma das obras de Aristóteles. este
ciência, segundo o autor, era elucidar as causas raízes dos fenômenos:

Como o conhecimento científico surge de todas as pesquisas que
estender a princípios, causas ou elementos conhecendo-os (pois
então temos certeza do conhecimento de todas as coisas, quando conhecemos suas primeiras causas,
primeiros princípios e expandi-lo até seus elementos), é claro que em
A ciência da natureza deve, antes de tudo, determinar o que pertence à
começos.

Essa abordagem é longa (na verdade, até Newton)
deu prioridade às fantasias metafísicas sobre a pesquisa experimental.
Em particular, Aristóteles e seus seguidores argumentaram que o movimento
corpo é suportado pela força aplicada a ele e, na sua ausência, o corpo
pára (de acordo com Newton, o corpo mantém sua velocidade, e a corrente
força muda seu valor e/ou direção).

Algumas escolas antigas propuseram a doutrina dos átomos como o princípio fundamental da matéria. Epicuro chegou a acreditar que o livre arbítrio do homem se deve ao fato de que o movimento dos átomos está sujeito a deslocamentos aleatórios.

Além da matemática, os helenos desenvolveram com sucesso a óptica. No Garça de Alexandria
atende ao primeiro princípio variacional de "menor tempo" para
reflexos da luz. No entanto, havia erros grosseiros na ótica dos antigos.
Por exemplo, o ângulo de refração foi considerado proporcional ao ângulo de incidência (este
até Kepler compartilhou o erro). As hipóteses sobre a natureza da luz e da cor eram numerosas e bastante absurdas.

Contribuição indiana

Tabela de mecânica, 1728 Cyclopedia.

No final da era védica (do século 9 ao 6 aC), o astrônomo Yajnavolkya
(Yajnavalkya), em seu Shatapatha Brahmana, o conceito inicial é mencionado
heliocentrismo, em que a terra era redonda e o sol
era o "centro das esferas". Ele mediu as distâncias da Lua e do Sol à Terra
108 diâmetros dos próprios objetos. Esses valores são quase os mesmos que
moderno: para a Lua - 110,6 e para o Sol - 107,6.

Os hindus imaginavam o mundo como consistindo de cinco elementos básicos: terra, fogo, ar, água e éter/espaço. Mais tarde, a partir do séc. BC, eles formularam a teoria do átomo,
começando com Kanada e Pakudha Katyayana. Os teóricos acreditavam que
um átomo é composto de elementos, até 9 elementos em cada átomo, cada
um elemento tem até 24 propriedades. Eles desenvolveram as seguintes teorias sobre como
átomos podem combinar, reagir, vibrar, mover-se e
realizar outras ações. Também foram desenvolvidas teorias sobre como os átomos
podem formar moléculas duplas que se combinam para
formar moléculas ainda maiores, e como as partículas primeiro se combinam em
pares e, em seguida, agrupar em um trio de pares que são os menores visíveis
unidades de matéria. Essas convergências com as teorias atômicas modernas
atordoar a imaginação. Mesmo entre os hindus, os átomos eram partículas divisíveis, antes
o que adivinhamos apenas nos anos 30 do século XX, e o que marcou o início
toda a energia nuclear.

O princípio da relatividade (não deve ser confundido com a teoria da relatividade de Einstein)
estava disponível em forma rudimentar a partir do século 6. BC em índio antigo
o conceito filosófico "sapekshavad", literalmente "a teoria da relatividade"
em sânscrito.

Duas escolas, Samkhya e Vaisheshika, desenvolveram teorias da luz dos séculos VI a V.
BC e. De acordo com a escola Samkhya, a luz é uma das cinco
elementos dos quais emergem mais tarde elementos mais pesados. Escola
Vaisheshika definiu o movimento em termos de movimento não instantâneo
átomos físicos. Os raios de luz eram considerados um fluxo de alta velocidade
átomos de fogo, que podem apresentar diferentes características em
dependendo da velocidade e das medidas dessas partículas. Budistas
Dignga (século V) e Dharmakirti (século VII) desenvolveram a teoria da luz, consistindo
de partículas de energia como conceito moderno fótons.

Especialista Honorário Australiano Indiano Cultural (indologista)
A. L. Basham concluiu que "foram brilhantes explicações figurativas
estrutura física do mundo, e basicamente concordava com as descobertas
física moderna”.

Em 499, o astrônomo matemático Aryabhata apresentou um modelo detalhado para discussão.
sistema solar heliocêntrico de gravidade, onde os planetas giram
em torno de seu eixo (alterando assim o dia e a noite) e têm
órbita elíptica (adquirindo assim inverno e verão).
Surpreendentemente, em tal sistema, a lua não era uma fonte de luz, mas
apenas refletia a luz solar de sua superfície. Aryabhata também
explicou corretamente as causas dos eclipses solares e lunares e os previu
vezes, deu os raios das órbitas planetárias ao redor do Sol e mediu com precisão
a duração do dia, o ano sideral e o diâmetro da Terra. Sua explicação dos eclipses e
alusões à rotação da Terra despertaram a indignação dos devotos hindus,
unido até mesmo pelo iluminado Brahmagupta:

Os seguidores de Aryabhata dizem que a terra se move e o céu
descansa. Mas em sua refutação foi dito que se fosse esse o caso,
então pedras e árvores cairiam da Terra...
Há aqueles entre as pessoas que pensam que os eclipses não são causados ​​por
Cabeça [do dragão Rahu]. Esta é uma opinião absurda, pois é ela quem causa
eclipses, e a maioria dos habitantes do mundo dizem que é isso que causa
eles. Nos Vedas, que são a Palavra de Deus, é dito da boca de Brahma que
A cabeça causa eclipses. Pelo contrário, Aryabhata, indo contra todos,
por inimizade com as palavras sagradas mencionadas, afirma que o eclipse
é causado não pela Cabeça, mas apenas pela Lua e pela sombra da Terra...
obedeça à maioria, pois tudo o que está nos Vedas é sagrado.

Brahmagupta, em seu Brahma Sputa Siddhanta em 628, apresenta a gravidade como uma força de atração e mostra a lei da atração.

Os algarismos hindu-arábicos tornaram-se outra importante contribuição dos hindus para a ciência. O moderno sistema de numeração posicional (sistema de numeração hindu-arábico) e zero foram desenvolvidos pela primeira vez na Índia, juntamente com as funções trigonométricas seno e cosseno.
Esses avanços matemáticos, juntamente com os avanços indianos na física,
foram aceitos pelo Califado Islâmico, após o qual começaram a se espalhar
na Europa e em outras partes do mundo.

Contribuição chinesa

No século XII aC. ex., a China inventou o primeiro mecanismo de redução, a carruagem apontando para o sul, este também foi o primeiro uso engrenagem diferencial.

Chinês "Mo Ching" no século III aC. e. tornou-se o autor de uma versão inicial da lei do movimento de Newton.

“A cessação do movimento é devido a uma força oposta...
não haverá força oposta... então o movimento nunca
vai acabar. Isso é tão verdadeiro quanto dizer que um touro não é um cavalo.”

As contribuições posteriores da China incluem as invenções do papel, da impressão, da pólvora e da bússola. Os chineses foram os primeiros a "descobrir" os números negativos, que forte influência sobre o desenvolvimento da física e da matemática.

Europa medieval

Século XIII: os óculos foram inventados, o fenômeno do arco-íris foi explicado corretamente, a bússola foi dominada.

Século XVI: Nicolau Copérnico propôs o sistema heliocêntrico do mundo.

Simon Stevin nos livros "Décimo" (1585), "Princípios de Estática" e outros introduziram frações decimais,
formulou (independentemente de Galileu) a lei da pressão sobre um oblíquo
plano, regra de forças do paralelogramo, hidrostática avançada e
navegação. É curioso que a fórmula de equilíbrio em um plano inclinado
trouxe à tona a impossibilidade do movimento perpétuo (que ele considerava um axioma).

Johannes Kepler
óptica significativamente avançada, incluindo fisiológica (esclareceu o papel
lente, descreveu corretamente as causas da miopia e hipermetropia),
melhorou significativamente a teoria das lentes. Em 1609 publicou o livro "Nova Astronomia" com duas leis do movimento planetário; ele formulou a terceira lei em um livro posterior, Harmonia Mundial (1619).
Ao mesmo tempo, ele formula de forma clara a primeira lei da mecânica: todo corpo,
sobre o qual outros corpos não atuam, está em repouso ou realiza
movimento retilíneo. A lei do universal é formulada com menos clareza.
atração: a força que atua sobre os planetas vem do sol e
diminui com a distância dele, e o mesmo é verdadeiro para todos os outros
corpos celestiais. A fonte dessa força, em sua opinião, é o magnetismo em
combinado com a rotação do sol e dos planetas em torno de seu eixo.

Em 1608, o telescópio foi inventado na Holanda. Galileu Galilei,
depois de aperfeiçoá-lo, constrói o primeiro telescópio e realiza pesquisas
objetos celestes. Descobre os satélites de Júpiter, as fases de Vênus, as estrelas em
composição da Via Láctea e muito mais. Apoia fortemente a teoria
Copérnico (mas tão decisivamente rejeita a teoria de Kepler).
Formula o básico mecânica teórica- o princípio da relatividade, a lei da inércia, a lei quadrática da queda, mesmo Princípio dos movimentos virtuais, inventa o termômetro.

O nascimento da física teórica

século XVII. Metafísica de Descartes e mecânica de Newton.

Na segunda metade do século XVII, o interesse pela ciência nos principais países da Europa aumentou acentuadamente. Surgiram as primeiras Academias de Ciências e as primeiras revistas científicas.

1600: O primeiro estudo experimental de fenômenos elétricos e magnéticos é realizado pelo médico da rainha da Inglaterra, William Gilbert. Ele levanta a hipótese de que a Terra é um ímã. Foi ele quem cunhou o termo "eletricidade".

1637: René Descartes
publicou "Discurso sobre o método" com os apêndices "Geometria", "Dióptrica",
"Meteoros". Ele considerava o espaço como material, e a causa do movimento -
redemoinhos de matéria surgindo para preencher o vazio (que
impossível e, portanto, não reconhecia átomos), ou da rotação de corpos. NO
"Dióptrico" Descartes primeiro deu a correta lei da refração da luz. Cria geometria analítica e introduz simbolismo matemático quase moderno.

Em 1644
O livro de Descartes "Princípios de Filosofia" foi publicado. Ela proclama que
mudança no estado da matéria só é possível quando exposta a ela
outro assunto. Isso elimina imediatamente a possibilidade de ação de longo alcance
sem um intermediário material claro. A lei da inércia é dada. Segundo
a lei da interação - a lei da conservação do momento - também
dado, mas desvalorizado pelo fato de que uma definição clara
Descartes não tem quantidade de movimento.

Descartes já viu que o movimento do planeta é um movimento acelerado.
Seguindo Kepler, Descartes acreditava que os planetas se comportavam como se
há uma atração do sol. Para explicar a atração, ele
projetou o mecanismo do universo, no qual todos os corpos são trazidos para
movimento por empurrões da onipresente, mas invisível, “matéria sutil”. Privado
a capacidade de se mover em linha reta, fluxos transparentes deste ambiente
sistemas formados de grandes e pequenos vórtices no espaço. redemoinhos,
pegando partículas maiores e visíveis de matéria comum, formam
ciclos dos corpos celestes. Eles os giram e os carregam em órbitas. Lado de dentro
a Terra também está localizada em um pequeno vórtice. O ciclo se esforça para separar
redemoinho transparente do lado de fora. Neste caso, as partículas do vórtice conduzem os corpos visíveis para
Terra. De acordo com Descartes, isso é gravidade. O sistema de Descartes foi o primeiro
uma tentativa de descrever mecanicamente a origem e o movimento do sistema planetário.

Isaac Newton

1687 : Os "princípios" de Newton. Os conceitos físicos de Newton estavam em nítida contradição com os cartesianos. Newton acreditava em átomos
considerado a dedução como um método secundário, que deve ser precedido de
experimentação e construção de modelos matemáticos. Newton deitou
fundamentos da mecânica, óptica, teoria da gravidade, mecânica celeste, análise matemática aberta e avançada.
Mas sua teoria da gravidade, na qual a gravidade existia sem
portador de material e sem explicação mecânica, por muito tempo
foi rejeitado por cientistas da Europa continental (incluindo Huygens, Euler e outros). Somente na segunda metade do século 18, após o trabalho de Clairaut sobre a teoria do movimento da lua e do cometa Halley, as críticas diminuíram.

Século XVIII. Mecânica, calórica, eletricidade.

No século 18, a mecânica, a mecânica celeste e a teoria do calor se desenvolveram em ritmo acelerado. Começa o estudo dos fenômenos elétricos e magnéticos. O cartesianismo, não confirmado pela experiência, está perdendo adeptos rapidamente.

A criação da mecânica analítica (Euler, Lagrange) completou a transformação da mecânica teórica em um ramo da análise matemática. Há um consenso geral de que todos processos físicos- manifestações do movimento mecânico da matéria. Mesmo Huygens falou fortemente sobre a necessidade de tal concepção da natureza dos fenômenos:

Verdadeira Filosofia
deve ver nos fenômenos mecânicos a causa raiz de todos os fenômenos; sobre
na minha opinião, uma ideia diferente é impossível, a menos que desejemos
perder a esperança de entender qualquer coisa em Filosofia. ("Tratado da Luz").

Hermann von Helmholtz

Mesmo no século 19, Helmholtz não duvidou da primazia da mecânica:

O objetivo final de todas as ciências naturais é descobrir os movimentos
subjacente a todas as mudanças, e as causas que produzem esses movimentos,
isto é, a fusão dessas ciências com a mecânica.

A ideia de "matérias finas" que transportam calor, eletricidade
e magnetismo, no século XVIII foi preservado e até ampliado. NO
a existência do calórico, o portador do calor, foi acreditada por muitos físicos, começando com Galileu; no entanto, o outro campo, que incluía Descartes, Hooke, Daniil Bernoulli e Lomonosov, aderiu à hipótese da cinética molecular.

No início do século, o holandês Fahrenheit inventou o moderno termômetro à base de mercúrio ou álcool e propôs a escala Fahrenheit. Até o final do século, surgiram outras opções: Reaumur (1730), Celsius (1742) e outras. A partir deste momento, abre-se a possibilidade de medir a quantidade de calor em experimentos.

1734: O cientista francês Dufay descobriu que existem 2 tipos de eletricidade: positiva e negativa.

1745: A jarra de Leiden é inventada. Franklin desenvolve uma hipótese sobre a natureza elétrica do raio, inventa um pára-raios. Uma máquina eletrostática, o eletrômetro de Richmann, aparece.

1784: O motor a vapor de Watt é patenteado. O início do uso generalizado de motores a vapor.

1780: A lei de Coulomb foi descoberta e fundamentada por experimentos exatos.

Toda a história do desenvolvimento da física, assim como da ciência natural, pode ser dividida em três estágios - pré-clássico, clássico e moderno.

Estágio da física pré-clássica às vezes chamado de pré-científico. No entanto, tal nome não pode ser considerado justificado: as sementes fundamentais da física e das ciências naturais como um todo foram semeadas nos tempos antigos. Esta etapa é a mais longa: abrange o período desde a época de Aristóteles (século IV aC) até o final do século XVI.

O início da fase da física clássica associado ao trabalho do cientista italiano Galileo Galilei, um dos fundadores da ciência natural exata, e ao trabalho do matemático, mecânico, astrônomo e físico inglês Isaac Newton, fundador da física clássica. A segunda etapa durou cerca de três séculos até o final do século XIX.

Até o início do século XX. foram obtidos resultados experimentais difíceis de explicar no âmbito do conhecimento clássico. Portanto, foi proposto completamente nova abordagem - quântico, baseado no conceito discreto. A hipótese quântica foi introduzida pela primeira vez em 1900 pelo físico alemão Max Planck, que entrou na história do desenvolvimento da física como um dos fundadores da teoria quântica. Com a introdução do conceito quântico, começa o terceiro estágio no desenvolvimento da física - fase da física moderna , incluindo não apenas conceitos quânticos, mas também clássicos.

Estágio da física pré-clássica abre o sistema geocêntrico de esferas mundiais de Aristóteles, que nasceu no solo ideológico preparado por seus antecessores. A transição do egocentrismo - uma atitude em relação ao mundo, caracterizada pelo foco no "eu" individual, para o geocentrismo é o primeiro e, talvez, o mais difícil passo para o nascimento da ciência natural. O hemisfério diretamente visível do céu, limitado pelo horizonte local, foi complementado por um hemisfério invisível semelhante à esfera celeste completa. O mundo tornou-se mais completo, mas permaneceu limitado à esfera celeste. Assim, a própria Terra, oposta ao resto do Universo esférico (celestial) como constantemente ocupando uma posição especial, central e absolutamente imóvel, começou a ser considerada esférica. Eu tive que admitir não apenas a possibilidade da existência de antípodas - os habitantes de partes diametralmente opostas o Globo mas também a igualdade fundamental de todos os habitantes terrenos do mundo. Tais ideias, em sua maioria especulativas, foram confirmadas muito mais tarde - na época das primeiras voltas ao mundo e das grandes descobertas geográficas na virada dos séculos XV e XVI, quando o ensino geocêntrico do próprio Aristóteles com o sistema canônico de esferas celestes ideais de rotação uniforme, articuladas entre si pela rotação de seus eixos, com física ou mecânica fundamentalmente diferente para corpos terrestres e celestes, estava vivendo seus últimos anos.

Quase mil e quinhentos anos separam o sistema geocêntrico completo do antigo astrônomo grego Cláudio Ptolomeu (c. 90-c. 160) do sistema heliocêntrico bastante perfeito do matemático e astrônomo polonês Nicolau Copérnico. No centro do sistema heliocêntrico não está a Terra, mas o Sol. O topo do sistema heliocêntrico são as leis do movimento planetário, descobertas pelo astrônomo alemão Johannes Kepler, um dos criadores das ciências naturais da Nova Era.

As descobertas astronômicas de Galileu Galilei, seus experimentos físicos e as leis fundamentais da mecânica formuladas por Isaac Newton lançaram as bases para fase da física clássica, que não pode ser separado por um limite claro do primeiro estágio. Para a física e as ciências naturais como um todo, o desenvolvimento progressivo é característico: as leis de Kepler são a coroa do sistema heliocêntrico com uma história muito longa que remonta aos tempos antigos; as leis de Newton foram precedidas pelas leis de Kepler e pelas obras de Galileu; Kepler descobriu as leis do movimento planetário como resultado de uma transição lógica e historicamente natural do geocentrismo para o heliocentrismo, mas não sem as ideias heurísticas da mecânica aristotélica. A mecânica de Aristóteles foi dividida em terrena e celestial, ou seja, não possuía a unidade fundamental própria: a oposição mútua aristotélica da Terra e do Céu foi acompanhada pela oposição fundamental das leis da mecânica relacionadas a eles, que assim se revelaram internamente contraditórias e imperfeitas no conjunto. Galileu refutou a oposição aristotélica da Terra e do Céu. Ele sugeriu que a ideia de inércia de Aristóteles, que caracteriza o movimento uniforme dos corpos celestes ao redor da Terra, fosse aplicada aos corpos terrestres em seu movimento livre na direção horizontal.

Kepler e Galileu chegaram às suas leis cinemáticas, que predeterminaram a mecânica de Newton, que é fundamentalmente a mesma para os corpos terrestres e celestes. As leis de Kepler e a lei da gravitação universal de Newton serviram de base para a descoberta de novos planetas. Assim, de acordo com os resultados de observações de desvios no movimento do planeta Urano, descoberto em 1781 pelo astrônomo inglês William Herschel (1738-1822), o astrônomo e matemático inglês John Adams (1819-1892) e o astrônomo francês

ben Le Verrier (1811-1877) independentemente e quase simultaneamente previu teoricamente a existência de um planeta transurânio, que foi descoberto em 1846 pelo astrônomo alemão Johann Galle (1812-1910). Chama-se Netuno. Em 1915, o astrônomo americano Percival Lovell (1855-1916) calculou e organizou uma busca por outro planeta. Foi descoberto em 1930 por um jovem astrônomo amador americano, Clyde Tombaugh. Este planeta chama-se Plutão.

O estágio da física clássica é caracterizado por grandes conquistas não apenas na mecânica clássica, mas também em outras áreas: termodinâmica, física molecular, óptica, eletricidade, magnetismo, etc. Vamos citar o mais importante deles:

• * Estabeleceu leis experimentais de gás;
• * proposta de equação da teoria cinética dos gases;
• * formulou o princípio da distribuição uniforme de energia em graus de liberdade, o primeiro e segundo princípios da termodinâmica;
• * descobriu as leis de Coulomb, Ohm e indução eletromagnética;
• * desenvolveu a teoria eletromagnética;
• * os fenômenos de interferência, difração e polarização da luz receberam uma interpretação ondulatória;
• * formulou as leis de absorção e dispersão da luz.

É claro que outras realizações científicas naturais igualmente importantes podem ser mencionadas. ocupa um lugar especial na física Teoria eletromagnética, desenvolvido pelo notável físico inglês J.K. Maxwell, o criador da teoria da eletrodinâmica clássica, um dos fundadores da física estatística. Ele estabeleceu, além disso, a distribuição estatística de moléculas sobre velocidades, em homenagem a ele. A teoria do campo eletromagnético (equações de Maxwell) explicava muitos fenômenos conhecidos na época e previa a natureza eletromagnética da luz. Com a teoria eletromagnética de Maxwell, dificilmente é possível colocar outra mais significativa na física clássica lado a lado. No entanto, esta teoria não era onipotente.

NO final do XIX dentro. no estudo experimental do espectro de radiação de um corpo completamente negro, estabeleceu-se uma regularidade na distribuição de energia. As curvas de distribuição obtidas apresentaram um máximo característico, que, à medida que a temperatura aumentava, deslocava-se para comprimentos de onda mais curtos. Tais resultados experimentais não poderiam ser explicados dentro da estrutura da eletrodinâmica clássica de Maxwell. Este problema foi nomeado "catástrofe ultravioleta".

Uma explicação consistente com a experiência foi proposta em 1900 por Max Planck. Por que ele teve que abandonar a posição geralmente aceita da física clássica de que a energia de qualquer sistema muda apenas continuamente, ou seja, assume quaisquer valores arbitrariamente próximos. De acordo com a hipótese quântica apresentada por Planck, os osciladores atômicos emitem energia não continuamente, mas em certas porções - quanta, e a energia quântica é proporcional à frequência.

Uma característica do estágio da física moderna é que, junto com os conceitos clássicos, os conceitos quânticos estão sendo desenvolvidos. Muitos microprocessos que ocorrem dentro do átomo, núcleo e partículas elementares são explicados com base na mecânica quântica - novos ramos da física moderna surgiram: eletrodinâmica quântica, teoria quântica dos sólidos, óptica quântica e muitos outros.

Em um de seus artigos, M. Planck escreveu sobre como, durante sua juventude (por volta de 1880), um respeitado professor não aconselhava estudar física, acreditando que na física restava apenas limpar os instrumentos físicos existentes, pois o principal era já feito. Agora é óbvio: o professor estava errado em suas previsões - o século 20 trouxe muitas grandes descobertas na física, que determinaram muitas direções promissoras no desenvolvimento de vários ramos das ciências naturais.

Na formação dos conceitos da mecânica quântica, um papel importante foi desempenhado por teoria quântica do efeito fotoelétrico, proposto por A. Einstein em 1905. É para este trabalho e contribuição para física Teórica, e não pela teoria da relatividade, ele recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1921.

Cientistas de destaque contribuíram significativamente para o desenvolvimento da física moderna, entre os quais podemos citar o físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), que criou a teoria quântica do átomo, o físico teórico alemão Werner Heisenberg (1901-1976), que formulou o princípio da incerteza e propôs uma versão matricial da mecânica quântica, o físico teórico finlandês Erwin Schrödinger (1887-1961), que desenvolveu a mecânica ondulatória e propôs sua equação básica (a equação de Schrödinger), o físico inglês Paul Dirac, que desenvolveu a teoria relativista do movimento do elétron e previu a existência do pósitron em sua base, o físico inglês Ernest Rutherford (1871-1937), que criou a doutrina da radioatividade e a estrutura do átomo, e muitos outros.

Nas primeiras décadas do século XX. a radioatividade foi estudada e idéias sobre a estrutura do núcleo atômico foram apresentadas. Em 1938, uma importante descoberta foi feita: os radioquímicos alemães O. Hahn e F. Strassmann descobriram a fissão de núcleos de urânio quando irradiados com nêutrons. Essa descoberta contribuiu para o rápido desenvolvimento da física nuclear, a criação de armas nucleares e o nascimento da energia nuclear.

No estudo dos processos nucleares, um papel importante é desempenhado pelos detectores de partículas, incluindo o contador de Cherenkov, cujo princípio de operação é baseado na radiação de luz Cherenkov-Vavilov, que ocorre quando partículas carregadas se movem na matéria a uma velocidade superior a velocidade de fase da luz nele. Esta radiação foi descoberta em 1934 pelo nosso compatriota, o físico P.A. Cherenkov (1904-1990), ganhador do Prêmio Nobel em 1958, sob a orientação do acadêmico SI. Vavilov (1891-1951), fundador escola científicaóptica física.

Uma das maiores conquistas da física do século XX. - esta é, naturalmente, a criação em 1947. transistor destacados físicos americanos D. Bardeen, W. Brattain e W. Shockley, que receberam o Prêmio Nobel de Física em 1956. Com o desenvolvimento da física dos semicondutores e a criação do transistor, nasceu uma nova tecnologia - semicondutor, e com ela um ramo promissor e em rápido desenvolvimento da ciência natural - microeletrônica. Em 1958, o primeiro circuito integrado foi montado na forma de uma placa de silício de cristal único com uma área de vários centímetros quadrados, na qual estavam localizados dois transistores e um circuito RC. Um microprocessador moderno de 1,8 cm contém cerca de 8 milhões de transistores. Se as dimensões dos elementos dos primeiros transistores eram frações de milímetro, hoje são iguais a 0,35 mícron. Isso é tecnologia de ponta. Recentemente, foi desenvolvida uma tecnologia para a formação de elementos de tamanho nanométrico.

Criação geradores quânticos baseado na emissão estimulada de átomos e moléculas - outra grande conquista física do século 20 O primeiro gerador quântico baseado em moléculas de amônia - uma fonte de radiação eletromagnética na faixa de micro-ondas (maser) - foi desenvolvido em 1954 pelos físicos russos N.G. Basov, A. M. Prokhorov e o cientista americano C. Towns. Em 1964, eles receberam o Prêmio Nobel de Física por este trabalho. Até o momento, muitas modificações de geradores quânticos foram desenvolvidas, incluindo geradores quânticos ópticos, chamados lasers, recebeu ampla aplicação prática. Lasers únicos apareceram - químicos, atômicos e outros, que abrem áreas promissoras da tecnologia laser.

supercondutividade de alta temperatura, descoberto em 1986 pelo físico alemão G. Bednorz e pelo cientista suíço A. Müller, que receberam o Prêmio Nobel em 1987, - sem dúvida conquista incrível ciência natural moderna. A criação de uma teoria unificada de interações fundamentais, o controle da fusão termonuclear - esses e muitos outros problemas da física moderna recebem grande atenção, e cientistas de vários países participam de sua solução.