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CAPÍTULO UM, que pode ser considerado um prefácio; nele, o leitor conhece o autor e, junto com ele, reflete sobre as características da ciência física moderna. O mais surpreendente, talvez, na física moderna é a conexão inesperada entre o espaço, onde as galáxias e

Capítulo 3: Matemática correta, física feia As equações de campo de Einstein são uma coleção de funções complexas e interconectadas, mas podem ser resolvidas por qualquer pessoa com a habilidade e persistência necessárias. Após a abertura

Antecedentes da física. Observação física fenômenos ocorreram nos tempos antigos. Naquela época, o processo de acumulação de conhecimento factual ainda não era diferenciado: conceitos físicos, geométricos e astronômicos desenvolviam-se em conjunto.

O acúmulo sistemático de fatos e as tentativas de explicá-los e generalizá-los, que precedeu a criação da física (no sentido moderno da palavra), ocorreu de forma especialmente intensa em era da cultura greco-romana(século VI aC - século II dC). Durante esta época, as ideias iniciais sobre estrutura atômica da matéria(Demócrito, Epicuro, Lucrécio), um sistema geocêntrico do mundo foi criado (Ptolomeu), surgiram os primórdios de um sistema heliocêntrico (Aristarco de Samos), alguns simples 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 do magnetismo e da eletricidade eram conhecidos na antiguidade.

Ensino Aristóteles (389 – 322 AC) resumiu o conhecimento do período anterior 1. Os ensinamentos de Aristóteles, canonizados pela Igreja, tornaram-se um freio ao desenvolvimento 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 foi determinado principalmente pelas necessidades de produção durante o período manufatureiro. Grandes descobertas geográficas, em particular a descoberta da América, contribuíram para o acúmulo de muitas novas observações e para a derrubada de antigos preconceitos. O desenvolvimento do artesanato, da navegação e da artilharia criou incentivos para a pesquisa científica. O pensamento científico concentrou-se em problemas de construção, hidráulica e balística, e o interesse pela matemática aumentou. O desenvolvimento da tecnologia criou oportunidades para experimentação. Leonardo da Vinci colocou toda uma série de questões físicas e tentou resolvê-las por meio de experimentos. O ditado pertence a ele: “a experiência nunca engana, apenas nossos julgamentos enganam” .

No entanto, nos séculos XV-XVI, observações físicas individuais e estudos experimentais foram natureza aleatória. Apenas o século XVII começou aplicação sistemática do método experimental em física e o crescimento contínuo do conhecimento físico desde então.

O primeiro período de desenvolvimento da física , chamado 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 secundários dos principais no fenômeno em estudo, o desejo de estabelecer relações quantitativas precisas entre os parâmetros do fenômeno - este é o método de Galileu. Usando 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 consequência da influência externa sobre o corpo. No meu trabalho “Conversas e provas matemáticas sobre dois novos ramos da ciência...” (1638) Galileu fundamenta de forma convincente esta conclusão, que representa a primeira formulação lei da inércia, elimina contradições visíveis. Ele prova por experiência que a aceleração da queda livre dos corpos não depende de sua densidade e massa. Considerando o movimento de um corpo arremessado, Galileu descobre lei da adição de movimentos e expressa essencialmente a posição sobre a independência da ação das forças. As “Conversas” também trazem informações sobre a força dos corpos. Ele também formulou ideias sobre relatividade do movimento(princípio da relatividade), movimento de corpos ao longo de um plano inclinado ( na verdade, ele descobriu as duas primeiras leis de Newton).

Nas obras de Galileu e Blaise Pascal as bases foram lançadas hidrostática. Galileu fez descobertas importantes em outras áreas da física. Pela primeira vez, ele confirma experimentalmente o fenômeno da tensão superficial, estudado muito mais tarde. Galileu enriquece óptica aplicada seu telescópio e seu termômetro levaram a estudo quantitativo de fenômenos térmicos.

Na primeira metade do século XVII surgiu a doutrina física dos gases, que teve grande significado prático. Discípulo de Galileu E. Torricelli descobre a existência da pressão do ar e cria o primeiro barômetro. O. Guericke inventa uma bomba de ar e finalmente refuta a afirmação aristotélica sobre o “medo do vazio”. R. Boyle e um pouco mais tarde E. Marriot Eles estudam a elasticidade dos gases e descobrem a lei conhecida pelo seu nome. V. Snelius (Holanda) e R. Descartes (França) descobre a lei da refração da luz. A criação do microscópio remonta à mesma época. Observações sobre ímãs (na navegação naval) e sobre eletrificação durante o atrito fornecem informações valiosas no campo da eletrostática e magnetostática, cujo criador deve ser reconhecido como o naturalista inglês W. Gilberto .

A 2ª metade do século XVII foi ainda mais rica em acontecimentos. As "Conversas" de Galileu lançaram as bases para a pesquisa fundamentos de mecânica. Estudo do movimento curvilíneo ( X. Huygens ) preparou a abertura lei fundamental da mecânica- a relação entre força, massa e aceleração, formulada pela primeira vez Eu. Newton No dele "Princípios matemáticos filosofia natural"(1687) . Newton também estabeleceu a lei fundamental da dinâmica de sistemas (igualdade de ação e reação), na qual estudos anteriores sobre o impacto dos corpos (H. Huygens) encontraram sua generalização. Pela primeira vez, os conceitos básicos da física se cristalizam - conceitos de espaço e tempo.

Com base nas leis do movimento planetário estabelecidas por Kepler, Newton formulou pela primeira vez em seus Principia lei da gravitação universal, que muitos cientistas do século XVII tentaram encontrar. Newton confirmou esta 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 os distúrbios no movimento da Lua e a causa da vazante e do fluxo do mar. A importância desta descoberta de Newton não pode ser superestimada. Mostrou aos contemporâneos o poder da ciência. Isto mudou toda a imagem anterior do universo.

Ao mesmo tempo, X. Huygens e G. Leibniz formular lei da conservação do momento ( anteriormente expresso por Descartes de forma imprecisa) e a lei da conservação das forças vivas. Huygens cria a teoria de um pêndulo físico e constrói um relógio com 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 estes anos, devido ao uso crescente de lunetas, a óptica geométrica estava se desenvolvendo rapidamente e noções básicas de óptica física. F. Grimaldi (Itália) em 1665 descobre a difração da luz. Newton desenvolve sua teoria de dispersão e interferência da luz. Ele apresenta a hipótese de corpúsculos leves. A espectroscopia origina-se dos estudos ópticos de Newton. O.Roemer (Dinamarca) em 1672 mede a velocidade da luz. O Huygens contemporâneo de Newton desenvolve o original fundamentos da óptica de ondas, formula o princípio da propagação das ondas (luz), conhecido por seu nome, explora e explica o fenômeno da dupla refração nos cristais 2.

Por isso, no século XVII foram criadas as bases da mecânica e começaram as pesquisas nas áreas mais importantes da física - no estudo da eletricidade e magnetismo, calor, óptica física e acústica.

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

Em outros ramos da física, no século XVIII, ocorreu um maior acúmulo de dados experimentais e as leis mais simples foram formuladas. V. Franklin formula lei da conservação da carga. Em meados do século XVIII foi criado primeiro capacitor elétrico(frasco de Leyden de P. Muschenbroek na Holanda), que possibilitou o acúmulo de grandes cargas elétricas, o que facilitou o estudo da lei de sua interação. Esta lei, que é a base da eletrostática, foi descoberta de forma independente G. Cavendish E J. Priestley (Inglaterra) e Sh. Pingente (França). Surgiu doutrina da eletricidade atmosférica. W. Franklin em 1752 e um ano depois MV Lomonosov E GV Richman estudou descargas atmosféricas e comprovou a natureza elétrica dos raios.

A fotometria começou a ser criada na óptica: cientistas ingleses V. Herschel E W. Wollaston aberto raios infravermelhos, e o cientista alemão Eu.Ritter - ultravioleta. O desenvolvimento da química e da metalurgia estimulou o desenvolvimento ensinamentos sobre o calor: o conceito de capacidade calorífica foi formulado, as capacidades caloríficas de várias substâncias foram medidas e a calorimetria foi fundada. Lomonosov previu a existência do zero absoluto. Começaram as pesquisas sobre condutividade térmica e radiação térmica, e o estudo da expansão térmica dos corpos. No mesmo período, foi criado e começou a se aprimorar Motor a vapor.

É verdade que o calor foi imaginado na forma de um líquido especial sem peso - Calórico De forma semelhante, a eletrificação dos corpos foi explicada pela hipótese do fluido elétrico, e dos fenômenos magnéticos - pelo fluido magnético. Em geral, durante o século XVIII, modelos de fluidos imponderáveis ​​penetraram em todos os ramos da física. A grande maioria dos investigadores não tinha dúvidas da sua existência! Isso foi consequência da crença de que diversos fenômenos físicos - térmicos, elétricos, magnéticos, ópticos - não estão relacionados entre si, são independentes uns dos outros. Acreditava-se que cada fenômeno tinha seu próprio “portador”, uma substância especial. Apenas algumas mentes progressistas, incluindo Euler e Lomonosov, negaram a presença de matéria sem peso e viram nos fenômenos térmicos e nas propriedades dos gases o movimento oculto, mas incessante, das menores partículas. Nesta diferença de opinião havia uma diferença “imagens físicas do mundo” - newtoniano E cartesiano, que surgiu no século XVII.

Os seguidores de Descartes (Cartesius) 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, formam-se partículas de matéria (corpúsculos) de vários volumes e formas, entre as quais se movem partículas da forma mais refinada de matéria - o éter. Os seguidores de Descartes viram a tarefa da física em criando modelos puramente mecânicos de fenômenos. Gravidade universal, interações elétricas e magnéticas, reações químicas - tudo foi explicado por vários vórtices no éter, conectando ou separando partículas de matéria.

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

A imagem do mundo de Newton baseia-se na ideia de átomos separados pelo vazio e interagindo instantaneamente através do vazio com forças de atração ou repulsão (ação de longo alcance). Poderes, de acordo com Newton, são a propriedade primária e original de certos tipos de partículas; Uma força como a gravidade é característica de todas as partículas da matéria. Ao contrário dos cartesianos, Newton considerava possível que o movimento mecânico não pudesse ser conservado na natureza. Newton viu a principal tarefa da física é encontrar as forças de interação entre os corpos. Ele não excluiu a existência do éter, mas o considerou 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 defensores dessas duas direções. No século 18 As opiniões de Newton triunfaram na física e teve uma influência profunda em seu desenvolvimento posterior. Eles contribuíram implementação de métodos matemáticos em física. Ao mesmo tempo, eles se fortaleceram por 100 anos a ideia de ação de longo alcance. Tendências cartesianas reviveram 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.

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 seu caráter uma única ciência holística. A unidade de vários processos físicos é expressa em lei da conservação da energia. O papel decisivo na preparação experimental desta lei foi desempenhado por abertura de corrente elétrica e o estudo das suas diversas ações, bem como o estudo das transformações mútuas do calor e do trabalho mecânico. Em 1820 HK Ørsted (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 etc. A lei da interação de duas correntes elétricas, encontrada por Ampere, tornou-se a base eletrodinâmica. Com a participação ativa de outros pesquisadores da Ampere pouco tempo descobriu conexão entre fenômenos magnéticos e elétricos, em última análise, reduzindo o magnetismo às ações das correntes. Então a ideia de fluidos magnéticos deixou de existir. Em 1831, Faraday descobriu a indução eletromagnética, concretizando assim seu plano: “converter magnetismo em eletricidade”.

Nesta fase de desenvolvimento a influência mútua da física e da tecnologia aumentou significativamente. O desenvolvimento da tecnologia do vapor apresentou numerosos problemas para a física. Estudos físicos da transformação mútua de energia mecânica e calor, culminando criação termodinâmica, serviu de base para o aprimoramento dos motores térmicos. Após a descoberta da corrente elétrica e suas leis, o desenvolvimento da Engenharia elétrica(a invenção do telégrafo, da eletroformação, do dínamo), que, por sua vez, contribuiu para o progresso eletrodinâmica.

Na 1ª metade do século XIX a ideia de substâncias sem peso entra em colapso. Este processo foi realizado lentamente e com grande dificuldade. O primeiro buraco na visão de mundo física então dominante foi feito 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, especialmente o fenômeno de interferência de raios polarizados, não poderia ser interpretado teoricamente do ponto de vista corpuscular e ao mesmo tempo encontrou uma explicação completa na teoria das ondas, segundo para cuja luz são ondas transversais que se propagam em um meio (no ar). Assim, a matéria leve foi rejeitada já na segunda década do século XIX.

Mais durável, em comparação com a matéria leve e o fluido magnético, acabou sendo a ideia de calórico. Embora experimentos B. Rumfoord , que comprovavam a possibilidade de obter uma quantidade ilimitada de calor através do trabalho mecânico, estavam em clara contradição com a ideia de uma substância térmica especial, esta última perdurou até meados do século; parecia que somente com sua ajuda o calor latente de fusão e evaporação poderia ser explicado. O crédito pela criação da teoria cinética, cujos primórdios remontam aos tempos de Lomonosov e D. Bernoulli, pertenceu aos cientistas ingleses J. Joule, W. Thomson (Kelvin) e o cientista alemão R. Clausius .

Assim, como resultado de experimentos multifacetados e demorados, nas condições de uma difícil luta com ideias ultrapassadas, foi comprovada a mutabilidade mútua de vários processos físicos e, assim, a unidade de todos os fenômenos físicos então conhecidos.

Direto prova de conservação de energia para quaisquer transformações físicas e químicas foi dado nos trabalhos Yu Mayer (Alemanha), J. Joule E G. Helmholtz . Depois que a lei da conservação da energia ganhou reconhecimento universal (na década de 50 do século XIX), tornou-se a pedra angular ciência natural moderna. A lei da conservação da energia e o princípio da mudança de entropia [R. Clausius, W. Thomson (Kelvin)] formou a base termodinâmica; geralmente são formuladas como a primeira e a segunda leis da termodinâmica.

A prova da equivalência de calor e trabalho confirmou a visão de calor como o movimento desordenado de átomos e moléculas. Através dos trabalhos de Joule, Clausius, Maxwell, Boltzmann e outros, foi criado teoria cinética dos gases. Já nos primeiros estágios de 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 permitiu calcular as distâncias médias de viagem 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 valores médios, pela primeira vez introduziu métodos de teoria das probabilidades na física. Serviu como ponto de partida física estatística- uma das teorias físicas mais gerais. Os fundamentos da física estatística foram sistematizados já no limiar do século XX pelo cientista americano J. Gibbs .

De igual importância 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 os efeitos elétricos e magnéticos não são transferidos diretamente de uma carga para outra, mas se propagam através de um meio intermediário. As opiniões de Faraday sobre o campo foram desenvolvido matematicamente por Maxwell na década de 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 newtoniana.

A teoria do campo eletromagnético leva a a ideia de uma velocidade finita de propagação de ações eletromagnéticas, expresso por Maxwell (antecipado ainda antes por Faraday). Esta 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 óptica.

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

Na 2ª metade do século XIX, o papel da física na tecnologia aumentou significativamente. A eletricidade encontrou aplicação não apenas como meio de comunicação (telégrafo, telefone), mas também como método de transmissão e distribuição de energia e como fonte de iluminação. No final do século 19, ondas eletromagnéticas foram utilizadas para comunicação sem fio ( AS Popov, Marconi ), que marcou o início das radiocomunicações. 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 só foi obtido no estado líquido em 1908 (físico holandês G. Kammerling-Onnes ).

A física no final do século 19 parecia quase completa para os contemporâneos. O conceito foi estabelecido determinismo mecanicista Laplace, baseado na possibilidade de determinar inequivocamente o comportamento de um sistema em qualquer momento, se as condições iniciais forem conhecidas. Parecia a muitos que os fenómenos físicos podiam ser reduzidos à mecânica das moléculas e do éter, porque explicar os fenómenos físicos significava, naquela época, reduzi-los a modelos mecânicos, facilmente acessíveis com base na experiência quotidiana. Teoria mecânica do calor, éter elástico (ou vórtice) como modelo de fenômenos eletromagnéticos - era assim que era 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 ao da Terra, a 13 kg).

No entanto, os modelos mecânicos encontraram maiores contradições à medida que mais detalhados eram tentados para serem desenvolvidos e aplicados. Os modelos de tubo de vórtice etéreo criados para explicar campos alternados eram inadequados para explicar campos elétricos constantes. Pelo contrário, vários modelos de campo constante não explicaram a possibilidade de propagação ondas eletromagnéticas. Finalmente, nenhum modelo do 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 revelaram insatisfatórios.

Impossibilidade de reduzir todos os processos físicos a 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 que a tarefa da física era uma “descrição pura” dos fenômenos. Cientista alemão V. Ostwald opôs-se à teoria cinética e ao atomismo em favor do chamado energia - termodinâmica universal, puramente fenomenológica, como a única teoria possível dos fenômenos físicos.

Terceiro período (moderno) na história da física , apelidado não clássico ou física relativística quântica, começa nos últimos anos do século XIX. Esse o período é caracterizado pelo direcionamento da pesquisa pensada profundamente na matéria, em sua microestrutura. Uma nova era na história da física começa com detecção de elétrons e pesquisa sobre sua ação e propriedades (inglês. cientista J.Thomson , cientista holandês G. Lorenz ).

O papel mais importante foi desempenhado pelos estudos de descargas elétricas em gases. Descobriu-se que um elétron é uma partícula elementar de uma determinada 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. Está comprovado que o número de elétrons em um átomo e sua distribuição entre 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 dinâmica dos elétrons e sua interação com o campo de radiação está associada à criação das teorias mais gerais física moderna - teoria da relatividade e mecânica quântica.

O estudo dos movimentos dos elétrons rápidos em campos elétricos e magnéticos levou à conclusão de que a mecânica newtoniana clássica não é aplicável a eles. Um atributo fundamental de uma partícula material como a massa revelou-se não constante, mas variável, dependendo do estado de movimento do elétron. Era o colapso dos conceitos de movimento e propriedades das partículas enraizados na física.

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 foi criado por Einstein (em 1916) teoria geral da relatividade, que transformou a antiga doutrina da gravidade

Uma generalização igualmente importante e eficaz de fatos e leis físicas foi mecânica quântica, criado no final do primeiro quartel do século XX como resultado de estudos da interação da radiação com partículas de matéria e do estudo dos estados dos elétrons intra-atômicos. A ideia inicial da mecânica quântica é que todas as micropartículas têm uma natureza dupla partícula-onda.

Estas novas ideias radicais sobre micropartículas provaram ser extremamente frutíferas e poderosas. A teoria quântica foi capaz de 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 os padrões de radiação eletromagnética.

O século XX. comemorado na física desenvolvimento poderoso métodos de pesquisa experimental E tecnologia de medição. Detecção e contagem de elétrons individuais, partículas nucleares e cósmicas, determinação do arranjo de átomos e densidade eletrônica em cristais e em uma molécula individual, medições de intervalos de tempo da ordem de 10 a 10 segundos, observação do movimento de átomos radioativos em matéria - tudo isso caracteriza o salto na tecnologia de medição nas últimas décadas.

Meios de pesquisa e produção sem precedentes em poder e escala foram direcionados estudo de processos nucleares. Os últimos 25 anos de física nuclear, intimamente ligada aos raios cósmicos, e depois à criação de aceleradores poderosos, levaram a uma revolução técnica e criaram novos métodos de pesquisa excepcionalmente sutis, não apenas em física, mas também em química, biologia, geologia , e em uma ampla variedade de campos de tecnologia e agricultura.

Assim, com o crescimento da investigação física e com a sua influência crescente noutras ciências naturais e tecnológicas, o número de revistas e livros de física aumentou. No final do século XIX, na Alemanha, Inglaterra, EUA e Rússia, além das acadêmicas, era publicada apenas uma revista de física. Atualmente, mais de duas dezenas de revistas são publicadas na Rússia, nos EUA, na Inglaterra e na Alemanha (em cada país).

Mais ainda o número de instituições de pesquisa e cientistas aumentou. Se no século XIX a investigação científica era realizada principalmente pelos departamentos de física das universidades, no século XX em todos os países elas apareceram e começaram a aumentar em número e em escala. institutos de pesquisa em física ou em suas direções individuais. Alguns dos institutos, principalmente na área de física nuclear, possuem equipamentos que em sua escala e custo superam a escala e o 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 “fiika”) significava história natural. Posteriormente, a história natural foi dividida em uma série de ciências: física, química, astronomia, geologia, biologia, botânica, etc.

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

O acúmulo de conhecimento sobre os fenômenos naturais ocorreu já na antiguidade. Mesmo os povos primitivos, percebendo semelhanças e diferenças nos fenômenos do mundo circundante, adquiriram algum conhecimento sobre a natureza a partir de sua prática. Posteriormente, a sistematização do conhecimento acumulado levou ao surgimento da ciência.

A expansão e o refinamento do conhecimento sobre os fenômenos naturais foram realizados pelas pessoas devido às 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, experimento é o reprodução de um fenômeno em um ambiente artificial para descobrir as características desse fenômeno dependendo das condições criadas).

Hipóteses foram criadas para explicar fenômenos. Conclusões de observações, experimentos e hipóteses foram testadas em diversas interações entre ciência e prática; a prática indicou caminhos para esclarecer a experiência científica (observações e experimentos), corrigir hipóteses e enriquecer a ciência. A ciência, por sua vez, enriqueceu a prática.

À medida que a aplicação do conhecimento científico à prática se expandiu, surgiu a necessidade de utilizar esse conhecimento para prever fenómenos e calcular as consequências de uma determinada ação. Isso levou à necessidade de criar teorias generalizantes e fundamentadas em vez de hipóteses isoladas.

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

O conhecimento sobre a natureza, à medida que foi acumulado, foi utilizado pelas classes dominantes em seus próprios interesses; nos tempos antigos, a ciência estava nas mãos do clero (sacerdotes) e estava intimamente ligada à religião. Somente em Grécia antiga Representantes de outros setores privilegiados da sociedade começaram a estudar ciências. Os melhores representantes da filosofia natural antiga, isto é, da filosofia da natureza (Leucipo, Demócrito, Lucrécio), lançaram as bases para uma compreensão materialista da natureza e, apesar da extrema falta de material factual, chegaram à ideia do estrutura atômica da matéria.

O colapso da sociedade antiga interrompeu temporariamente o desenvolvimento da ciência. Na Idade Média, a Igreja Cristã, apoiando-se nas classes dominantes do sistema feudal, subordinou a filosofia aos objetivos da teologia através da extrema crueldade, da Inquisição e das execuções. A física de Aristóteles, com a sua interpretação dogmática, que excluía a possibilidade de progresso, foi adaptada pela igreja para fortalecer a autoridade das Sagradas Escrituras. Nessa época, principalmente entre os árabes, que criaram vastos estados e conduziram um comércio vigoroso com países distantes, elementos das ciências adotadas pelos gregos e romanos foram preservados e receberam algum desenvolvimento, especialmente em mecânica, astronomia, matemática e geografia.

Nos séculos XV-XVI. Com base no desenvolvimento do comércio e da indústria europeia, começou o rápido crescimento e desenvolvimento da primeira mecânica e astronomia e, mais tarde, das ciências que constituem a base da tecnologia industrial - física e química. As obras de Copérnico, Kepler, Galileu e seus seguidores fizeram da ciência uma arma poderosa na luta da burguesia contra o reduto do sistema feudal obsoleto - a religião. Na luta contra a igreja, foi apresentado um princípio científico: todo conhecimento verdadeiro é baseado na experiência (num conjunto de observações e experimentos), e não na autoridade deste ou daquele ensinamento.

No século XVII A grande burguesia procurou um compromisso com os remanescentes das classes dominantes do sistema feudal. Conseqüentemente, os representantes da ciência foram forçados a encontrar um compromisso com a religião. Newton junto com os gênios trabalhos científicos escreveu uma interpretação de um livro da igreja - o apocalipse. Descartes em suas obras filosóficas tentou provar a existência de Deus. Os cientistas apoiaram a falsa ideia do primeiro empurrão que o universo supostamente precisava para entrar em movimento.

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

Durante este período de desenvolvimento das ciências naturais, o conceito de força recebeu enorme aplicação. A cada fenômeno recém-descoberto, era inventada uma força que era declarada a causa do fenômeno. Até hoje, traços disso foram preservados na física nas notações: força viva, força atual, força eletromotriz, etc.

As teorias científicas deste período, que viam o mundo como uma máquina invariavelmente em movimento, negavam o desenvolvimento da matéria, as transições do movimento de uma forma para outra. Apesar dos sucessos na expansão do material experimental, a ciência permaneceu na posição de uma visão de mundo mecanicista.

No século 18 Clematite ov previu corretamente a imagem da estrutura cinética molecular dos corpos e pela primeira vez expressou a lei unificada da eternidade da matéria e seu movimento com as palavras: “... todas as mudanças que ocorrem na natureza ocorrem de tal maneira que se algo é adicionado a alguma coisa, então é retirado de outra coisa... Sendo esta uma lei universal da natureza, ela também se estende às regras do movimento: um corpo que, com seu empurrão, excita outro a se mover, perde como tanto do seu movimento como transmite ao outro, movido por ele.”

Naqueles mesmos anos, a teoria do desenvolvimento de Kant e Laplace sistema solar retirou da nebulosa a ideia da necessidade de um primeiro empurrão.

No século 19 Com base no crescimento colossal das forças produtivas durante o apogeu do capitalismo industrial, o progresso da ciência acelerou enormemente. A necessidade de um motor potente e versátil para a indústria e os transportes motivou a invenção da máquina 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 incentiva o desenvolvimento da teoria científica e, posteriormente, a teoria 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 dos relâmpagos foi descoberta, e depois a corrente galvânica foi descoberta, a física concentrou sua atenção no estudo da eletricidade. Faraday, Maxwell, Lenz e outros desenvolveram os fundamentos físicos da engenharia elétrica moderna. A indústria explorou rapidamente as descobertas científicas e o desenvolvimento generalizado da tecnologia abriu oportunidades sem precedentes para a experimentação científica. O estudo da estrutura molecular dos corpos revelou a natureza elétrica das interações moleculares e atômicas, o que por sua vez levou, nos nossos dias, à descoberta da forma atômica do movimento da matéria, o que abre vastas perspectivas 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 derrubou a doutrina da imutabilidade da natureza. O mecanismo travou.

Acabou sendo possível avaliar e compreender corretamente a essência das novas descobertas científicas apenas do ponto de vista da filosofia criada por Marx e Engels dialético materialismo natural.

“O materialismo dialético é a visão de mundo do partido Marxista-Leninista. É chamado de materialismo dialético porque sua abordagem aos 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 fenómenos naturais com uma abordagem dialética devem ser considerados na sua interligação, interdependência, interdependência e no seu desenvolvimento, tendo em conta que as mudanças quantitativas conduzem a transformações qualitativas fundamentais, que o desenvolvimento dos fenómenos é gerado pela luta de contradições neles ocultas .

A abordagem dialética dos fenômenos naturais proporciona um reflexo correto e não distorcido da realidade em nossa consciência. 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 aos nossos esquemas artificiais, mortos, não inerentes a ele. conhecimento, mas, ao contrário, reproduzem com precisão as leis mais gerais da dialética da natureza que não têm exceções.

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

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

em segundo lugar, tudo o que existe está sujeito a mudanças naturais e inesgotáveis, desenvolvimento inerente à própria natureza das coisas;

Introdução

O crescimento da física não influenciou apenas ideias sobre materiais
mundo, matemática e filosofia, mas também transformou o ser humano
sociedade, melhorando suas tecnologias, como um todo. Física é
não apenas conhecimento, mas também, o que é ainda mais provável, experiência prática.
A revolução científica que começou no século XVI é uma fronteira conveniente
entre o pensamento antigo e a física clássica. Ano 1900 - o início de mais
física moderna. Surgiram novas questões que ainda são
estão muito longe de serem concluídos.

Albert Einstein

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

O principal golpe no velho paradigma foram duas teorias: a teoria da relatividade de Einstein e a física quântica. A teoria geral da relatividade foi criada em 1916
ano, e tornou possível conectar gravitacional e
massa inerte. A necessidade de uma segunda revolução física surgiu
em conexão com a descoberta do microcosmo de partículas elementares, bem como muitos fenômenos que ocorrem com elas.

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

• gravidade
• eletromagnetismo
• interação forte
• interação fraca

Na última década do século XX, acumularam-se dados astronómicos que confirmaram a existência da constante cosmológica, da matéria escura e da energia escura. Há uma busca por uma teoria geral de campo - uma teoria de tudo que descreveria 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 da teoria das supercordas.

Cada vez mais problemas estão associados à evolução do Universo, com os seus primeiros
estágios, com a natureza do vácuo e, finalmente, com a natureza final
propriedades das partículas subatômicas. Teorias parciais são atualmente
o melhor que a física tem a oferecer atualmente. Veja também Avanços recentes na física.

A lista de problemas não resolvidos na física está em constante crescimento; no entanto,

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

Física primitiva

Por natureza, o homem é uma criatura curiosa. Desde os tempos antigos
ele começou a se interessar por coisas que antes pareciam comuns, relacionadas a
para o mundo circundante. Então, há muito tempo, a principal razão desta curiosidade,
provavelmente havia medo. E apenas alguns estavam interessados ​​nisso por puro
curiosidade, curiosidade pela curiosidade.

Na verdade, por que, por exemplo, ocorre a atração, por que
materiais diferentes têm propriedades diferentes? Bem, por que o sol se põe com
um lado e sobe do outro?! As pessoas sempre se interessaram pelo mundo.
Muitas propriedades da natureza foram atribuídas aos deuses. Teorias erradas
adquiriu as propriedades da religião. Eles foram transmitidos de geração em geração.
Muitas teorias da época foram amplamente declaradas na forma
linhas filosóficas. Havia poucas pessoas dispostas a duvidar deles. Eles
mais nesse estágio de desenvolvimento, a presença de qualquer teoria ou a falta dela
não teve um grande impacto na vida.

Física antiga

Um meio de testar teorias e descobrir qual delas é verdadeira,
nos tempos antigos havia muito pouco, mesmo que estivéssemos falando do cotidiano terreno
fenômenos. A única quantidade física que eles poderiam então
suficientemente preciso para medir - comprimento; mais tarde, um ângulo foi adicionado a ele. O padrão de tempo era o dia,
Em que Antigo Egito dividido não em 24 horas, mas em 12 diurnas e 12
todas as noites, então havia dois horários diferentes e em estações diferentes
A duração da hora variou. Mas mesmo quando o habitual
unidades de tempo, devido à falta de relógios precisos, a maioria
experimentos físicos eram simplesmente impossíveis de realizar. É por isso
Naturalmente, em vez de escolas científicas, surgiram ensinamentos semi-religiosos.

O sistema geocêntrico do mundo prevaleceu, embora os pitagóricos também tenham desenvolvido pirocêntrico, em que as estrelas, o Sol, a Lua e seis planetas giram em torno Fogo Central. Para compor o número sagrado das esferas celestes (dez), o sexto planeta foi declarado Contra-terra. No entanto, pitagóricos individuais (Aristarco de Samos e outros) criaram um sistema heliocêntrico. Os pitagóricos foram os primeiros a criar o conceito de éter como um preenchimento universal do vazio.

A primeira formulação da lei da conservação da matéria foi proposta por Empédocles no século V aC. ex.:

Nada pode surgir do nada e não há como destruir o que existe.

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. O assunto deste
a ciência, segundo o autor, era esclarecer as causas profundas dos fenômenos:

Como o conhecimento científico surge de todas as pesquisas que
estendem-se a começos, causas ou elementos através de sua cognição (afinal, nós
então estamos confiantes no conhecimento de todas as coisas quando conhecemos suas causas primeiras,
primeiros princípios e expandi-los até os elementos), então fica claro que em
a ciência da natureza deve primeiro determinar o que se relaciona com
vamos começar.

Esta abordagem leva muito tempo (na verdade, antes de Newton)
deu prioridade às fantasias metafísicas sobre a pesquisa experimental.
Em particular, Aristóteles e seus seguidores argumentaram que o movimento
corpo é sustentado por uma força aplicada a ele e, na sua ausência, o corpo
irá parar (de acordo com Newton, o corpo mantém sua velocidade, e a atuação
força muda seu valor e/ou direção).

Algumas escolas antigas propuseram a doutrina dos átomos como o princípio fundamental da matéria. Epicuro até acreditava que o livre arbítrio humano é causado pelo fato de o movimento dos átomos estar sujeito a deslocamentos aleatórios.

Além da matemática, os helenos desenvolveram com sucesso a óptica. você Garça de Alexandria
atende ao primeiro princípio variacional de “menos tempo” para
reflexos de luz. No entanto, também houve erros grosseiros na óptica 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

Mesa de mecânica, 1728 Ciclopédia.

No final da era védica (do século IX ao VI aC), o astrônomo Yajnavolkya
(Yajnavalkya), em seu Shatapatha Brahmana, menciona um conceito inicial
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 praticamente coincidem com
moderno: para a Lua - 110,6, e para o Sol - 107,6.

Os hindus pensavam que o mundo consistia em cinco elementos básicos: terra, fogo, ar, água e éter/espaço. Mais tarde, a partir do século VII. AC, eles formularam a teoria do átomo,
começando com Kanada e Pakudha Katyayana. Os fãs da teoria 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 ainda mais para
formam moléculas ainda maiores e como as partículas se combinam pela primeira vez para formar
pares e, em seguida, agrupe-os em um trio de pares que sejam os menores visíveis
unidades de matéria. Essas convergências com as teorias atômicas modernas
atordoa a imaginação. Mesmo entre os hindus, os átomos eram partículas divisíveis, antes
o que adivinhamos apenas na década de 30 do século XX, e o que marcou o início
toda a energia nuclear.

O princípio da relatividade (para não ser confundido com a teoria da relatividade de Einstein)
estava disponível em forma rudimentar a partir do século VI. AC no índio antigo
conceito filosófico "sapekshavad", literalmente "teoria da relatividade"
em sânscrito.

Duas escolas, Samkhya e Vaisheshika, desenvolveram teorias da luz entre os séculos VI e V.
AC e. De acordo com a escola Samkhya, a luz é um dos cinco fundamentos
elementos dos quais posteriormente emergem 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 exibir várias características em
dependendo da velocidade e das medidas dessas partículas. Budistas
Dingga (século V) e Dharmakirti (século VII) desenvolveram a teoria da luz que consiste
de partículas de energia como conceito moderno fótons.

Indologista australiano honorário
A. L. Basham concluiu que "eram explicações brilhantes e imaginativas
estrutura física do mundo, e basicamente concordou 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 (alternando dia e noite) e tem
órbita elíptica (adquirindo assim inverno e verão).
É surpreendente que em tal sistema a Lua não fosse 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, forneceu os raios das órbitas planetárias ao redor do Sol e mediu com precisão
duração do dia, ano sideral e diâmetro da Terra. Sua explicação sobre eclipses e
dicas sobre a rotação da Terra causaram a indignação de hindus devotos, para
ao qual até mesmo o iluminado Brahmagupta se juntou:

Os seguidores de Aryabhata dizem que a terra se move e o céu
descansa. Mas na sua refutação foi dito que se assim fosse,
então pedras e árvores cairiam da Terra...
Há quem pense que os eclipses não são causados ​​por
A cabeça do [dragão Rahu]. Esta é uma opinião absurda, porque é ela quem causa
eclipses, e a maioria dos habitantes do mundo diz que é precisamente isso que causa
deles. Nos Vedas, que é a Palavra de Deus, da boca de Brahma é dito que
A cabeça causa eclipses. Pelo contrário, Aryabhata, indo contra todos,
por inimizade com as palavras sagradas mencionadas, ele afirma que o eclipse
não é causado pela Cabeça, mas apenas pela Lua e pela sombra da Terra... Esses autores deveriam
submeta-se à maioria, porque tudo o que está nos Vedas é sagrado.

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

Os algarismos indo-arábicos tornaram-se outra grande contribuição dos indianos para a ciência. O moderno sistema de numeração posicional (sistema de numeração hindu-arábico) e o zero foram desenvolvidos pela primeira vez na Índia, junto com as funções trigonométricas seno e cosseno.
Essas conquistas matemáticas, juntamente com as conquistas indianas na física,
foram aceitos pelo Califado Islâmico, após o que começaram a se espalhar
em toda a Europa e outras partes do mundo.

Contribuição chinesa

No século 12 aC. e., o primeiro foi inventado na China mecanismo de redução, a carruagem apontando para o sul, este também foi o primeiro uso transmissão diferencial.

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

“A cessação do movimento ocorre devido a uma força oposta... Se
não haverá força oposta... então o movimento nunca
vai acabar. Isto é tão verdadeiro quanto o fato de 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 para 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 16: Nicolau Copérnico propôs um sistema heliocêntrico do mundo.

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

Johannes Kepler
óptica significativamente avançada, incluindo fisiológica (descobri o papel
lente, descreveu corretamente as causas da miopia e da 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 seu livro posterior “Harmonia Mundial” (1619).
Ao mesmo tempo, ele formula claramente a primeira lei da mecânica: todo corpo,
que não é influenciado por outros corpos, está em repouso ou realiza
movimento retilíneo. A lei universal
atração: a força que atua nos planetas vem do Sol e
diminui com a distância dele, e o mesmo é verdadeiro para todos os outros
corpos celestiais A fonte desta força, em sua opinião, é o magnetismo em
combinado com a rotação do Sol e dos planetas em torno de seu eixo.

A luneta foi inventada na Holanda em 1608. Galileu Galilei,
Depois de melhorá-lo, ele constrói o primeiro telescópio e realiza pesquisas
objetos celestes. Descobre os satélites de Júpiter, as fases de Vênus, estrelas em
composição da Via Láctea e muito mais. Apoia fortemente a teoria
Copérnico (mas rejeita de forma igualmente decisiva a teoria de Kepler).
Formula o básico mecânica teórica- o princípio da relatividade, a lei da inércia, a lei quadrática da queda, até princípio dos movimentos virtuais, inventa o termômetro.

O Nascimento da Física Teórica

século 17 Metafísica de Descartes e mecânica de Newton.

Na segunda metade do século XVII, o interesse pela ciência aumentou acentuadamente nos principais países da Europa. 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 propôs o termo “eletricidade”.

1637: René Descartes
publicou “Discurso sobre o Método” com apêndices “Geometria”, “Dioptria”,
"Meteora". Ele considerava o espaço material e a causa do movimento -
vórtices de matéria surgindo para preencher o vazio (que foi considerado
impossível e, portanto, não reconhecia átomos), ou da rotação dos corpos. EM
“Dióptrica” foi a primeira vez que Descartes deu a resposta correta lei da refração da luz. Cria geometria analítica e introduz um simbolismo matemático quase moderno.

Em 1644
O livro de Descartes "Princípios de Filosofia" foi publicado. Ele declara que
uma mudança no estado da matéria só é possível quando exposta a ela
outro assunto. Isto 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
é dado, mas é desvalorizado pelo fato de que uma definição clara
Descartes não tem impulso.

Descartes já viu que o movimento do planeta é um movimento acelerado.
Seguindo Kepler, Descartes acreditava que os planetas se comportavam como se
existe a atração do sol. Para explicar a atração, ele
projetou o mecanismo do Universo no qual todos os corpos são colocados em
movimento por impulsos da onipresente, mas invisível, “matéria sutil”. Privado
a capacidade de se mover em linha reta, os fluxos transparentes deste ambiente
sistemas formados de vórtices grandes e pequenos no espaço. Redemoinhos,
captando partículas maiores e visíveis de matéria comum, formando
rotações dos corpos celestes. Eles os giram e os carregam em órbitas. Dentro
A Terra também está localizada em um pequeno vórtice. A circulação se esforça para se separar
um vórtice transparente do lado de fora. Neste caso, as partículas do vórtice conduzem os corpos visíveis em direção
Terra. Segundo Descartes, isso é gravidade. O sistema de Descartes foi o primeiro
uma tentativa de descrever mecanicamente a origem e o movimento de um sistema planetário.

Isaac Newton

1687 : "Princípios" de Newton. Os conceitos físicos de Newton estavam em nítida contradição com os de Descartes. Newton acreditava em átomos
considerou a dedução um método secundário que deve ser precedido
experimentação e construção de modelos matemáticos. Newton colocado
os fundamentos da mecânica, da óptica, da teoria da gravitação, da mecânica celeste, descobertas e análises matemáticas muito avançadas.
Mas a sua teoria da gravidade, na qual a atração existia sem
portador de material e sem explicação mecânica, por muito tempo
foi rejeitado por cientistas da Europa continental (incluindo Huygens, Euler, etc.). Somente na segunda metade do século XVIII, após o trabalho de Clairaut sobre a teoria do movimento da Lua e do cometa Halley, é que as críticas diminuíram.

Século XVIII. Mecânica, calórica, eletricidade.

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

A criação da mecânica analítica (Euler, Lagrange) completou a transformação da mecânica teórica em um ramo da análise matemática. Existe um consenso geral de que tudo processos físicos- manifestações do movimento mecânico da matéria. Huygens também defendeu fortemente a necessidade de tal ideia da natureza dos fenômenos:

Filosofia verdadeira
deve ver nos fenômenos mecânicos a causa raiz de todos os fenômenos; Por
na minha opinião, qualquer outra ideia é impossível, a menos que queiramos
perder a esperança de entender qualquer coisa em Filosofia. (“Tratado sobre a Luz”).

Herman von Helmholtz

Mesmo no século XIX, Helmholtz não tinha dúvidas sobre a primazia da mecânica:

O objetivo final de todas as ciências naturais é descobrir 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 “matéria sutil” que transfere calor e eletricidade
e o magnetismo, permaneceram e até se expandiram no século XVIII. EM
a existência do calórico, o portador do calor, era considerada por muitos físicos, começando por Galileu; entretanto, o outro campo, que incluía Descartes, Hooke, Daniil Bernoulli e Lomonosov, aderiu à hipótese cinética molecular.

No início do século, o holandês Fahrenheit inventou um termômetro moderno à base de mercúrio ou álcool e propôs a escala Fahrenheit. Até o final do século surgiram outras opções: Réaumur (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 Leyden é inventada. Franklin desenvolve uma hipótese sobre a natureza elétrica do raio e inventa um pára-raios. Aparecem uma máquina eletrostática e o eletrômetro de Richmann.

1784: A máquina a vapor de Watt é patenteada. Início do uso generalizado de motores a vapor.

Década de 1780: A lei de Coulomb foi descoberta e comprovada por experimentos precisos.

Toda a história do desenvolvimento da física, assim como das ciências naturais, pode ser dividida em três fases - pré-clássica, clássica e moderna.

Estágio da física pré-clássica às vezes chamado de pré-científico. No entanto, este nome não pode ser considerado justificado: as sementes fundamentais da física e das ciências naturais em geral foram plantadas na antiguidade. Esta fase é a mais longa: abrange o período desde a época de Aristóteles (século IV aC) até ao final do século XVI.

O início do estágio da física clássica associada às obras do cientista italiano Galileo Galilei, um dos fundadores das ciências naturais exatas, e às obras do matemático, mecânico, astrônomo e físico inglês Isaac Newton, o fundador da física clássica. A segunda etapa durou cerca de três séculos até o final do século XIX.

No início do século XX. foram obtidos resultados experimentais difíceis de explicar no âmbito do conhecimento clássico. Portanto foi completamente proposto nova abordagem - quântico, baseado em conceito discreto. A hipótese quântica foi introduzida pela primeira vez em 1900 pelo físico alemão Max Planck, que ficou na história do desenvolvimento da física como um dos fundadores da teoria quântica. Com a introdução do conceito quântico, começa a terceira etapa no desenvolvimento da física - estágio da física moderna , incluindo não apenas conceitos quânticos, mas também conceitos 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 surgimento das ciências naturais. 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), por ocupar constantemente nele uma posição especial e central e absolutamente imóvel, passou a ser considerada esférica. Tivemos que admitir não apenas a possibilidade da existência de antípodas - habitantes de partes diametralmente opostas globo, mas também a igualdade fundamental de todos os habitantes terrestres do mundo. Tais ideias, de natureza principalmente especulativa, foram confirmadas muito mais tarde - na era das primeiras viagens ao redor do mundo e das grandes descobertas geográficas na virada dos séculos XV e XVI, quando o ensino muito geocêntrico de Aristóteles com o sistema canônico de ideais esferas celestes em rotação uniforme, articuladas entre si pela rotação de seus eixos, com física ou mecânica fundamentalmente diferentes 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 auge do sistema heliocêntrico são as leis do movimento planetário descobertas pelo astrônomo alemão Johannes Kepler, um dos criadores da ciência natural moderna.

As descobertas astronômicas de Galileu Galilei, seus experimentos físicos e as leis fundamentais da mecânica formuladas por Isaac Newton lançaram as bases estágio da física clássica, que não pode ser separada por um limite claro do primeiro estágio. A física e as ciências naturais em geral são caracterizadas por um desenvolvimento progressivo: as leis de Kepler são a coroa do sistema heliocêntrico com uma longa história que começou na antiguidade; As leis de Newton foram precedidas pelas leis de Kepler e pelos trabalhos 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 terrestre e celestial, ou seja, não tinha a unidade fundamental adequada: a oposição mútua aristotélica da Terra e do Céu foi acompanhada por uma oposição fundamental das leis da mecânica relativas a eles, que assim se revelaram geralmente internamente contraditórias e imperfeitas. Galileu refutou a oposição aristotélica entre a Terra e o Céu. Ele propôs que a ideia de inércia de Aristóteles, que caracteriza o movimento uniforme dos corpos celestes ao redor da Terra, fosse aplicada aos corpos terrestres quando eles se movem livremente na direção horizontal.

Kepler e Galileu chegaram às suas próprias leis cinemáticas, que predeterminaram a mecânica newtoniana que era fundamentalmente a mesma para 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 das observações dos desvios no movimento do planeta Urano, descoberto em 1781 pelo astrônomo inglês William Herschel (1738-1822), pelo astrônomo e matemático inglês John Adams (1819-1892) e pelo astrônomo francês

Ben Le Verrier (1811-1877) previu teoricamente de forma independente e quase simultânea a existência de um planeta pós-uraniano, que foi descoberto em 1846 pelo astrônomo alemão Johann Halle (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 entusiasta da astronomia americano, Clyde Tombaugh. Este planeta foi chamado de Plutão.

A fase da física clássica é caracterizada por grandes conquistas não apenas na mecânica clássica, mas também em outros campos: termodinâmica, física molecular, óptica, eletricidade, magnetismo, etc. Vamos citar os mais importantes deles:

• * leis experimentais sobre gases foram estabelecidas;
• * foi proposta uma equação para a teoria cinética dos gases;
• * formulou o princípio da distribuição uniforme de energia entre graus de liberdade, a primeira e a segunda leis da termodinâmica;
• * foram descobertas as leis de Coulomb, Ohm e indução eletromagnética;
• * teoria eletromagnética desenvolvida;
• * os fenômenos de interferência, difração e polarização da luz receberam uma interpretação ondulatória;
• * as leis de absorção e dispersão da luz são formuladas.

É claro que podemos citar outras conquistas científicas naturais igualmente importantes. Ocupa um lugar especial na física teoria eletromagnética, desenvolvido pelo notável físico inglês J.K. Maxwell, criador da teoria da eletrodinâmica clássica, um dos fundadores da física estatística. Ele também estabeleceu a distribuição estatística das moléculas por velocidade, que leva seu nome. A teoria do campo eletromagnético (equações de Maxwell) explicou muitos fenômenos conhecidos naquela época e previu a natureza eletromagnética da luz. A teoria eletromagnética de Maxwell dificilmente pode ser comparada com outra mais significativa na física clássica. No entanto, essa teoria acabou não sendo onipotente.

EM final do século XIX V. Durante um estudo experimental do espectro de radiação de um corpo absolutamente negro, foi estabelecido um padrão de distribuição de energia. As curvas de distribuição resultantes tinham um máximo característico, que mudava para ondas mais curtas à medida que a temperatura aumentava. Tais resultados experimentais não poderiam ser explicados no âmbito da eletrodinâmica clássica de Maxwell. Este problema foi nomeado "catástrofe ultravioleta".

Uma explicação consistente com o experimento 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 do quantum é proporcional à frequência.

Uma característica do estágio da física moderna é que, junto com os clássicos, os conceitos quânticos estão se desenvolvendo. Com base na mecânica quântica, muitos microprocessos que ocorrem dentro do átomo, núcleo e partículas elementares são explicados - surgiram novos ramos da física moderna: 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 aconselhou o estudo de física, acreditando que na física só faltava tirar a poeira dos instrumentos físicos existentes, já que o principal a coisa já estava feita. Agora é óbvio: o professor errou em suas previsões - o século 20 trouxe muitas grandes descobertas na física, que determinaram muitos rumos promissores para o desenvolvimento de vários ramos das ciências naturais.

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

Cientistas notáveis ​​​​deram uma contribuição significativa para o desenvolvimento da física moderna, entre os quais estão o físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), que criou a teoria quântica do átomo, e 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 (equação de Schrödinger), o físico inglês Paul Dirac, que desenvolveu a teoria relativística do elétron movimento e com base nele previu a existência do pósitron, o físico inglês Ernest Rutherford (1871 -1937), que criou a doutrina da radioatividade e da estrutura do átomo, e muitos outros.

Nas primeiras décadas do século XX. A radioatividade foi estudada e ideias sobre a estrutura do núcleo atômico foram apresentadas. Em 1938, uma descoberta importante foi feita: os radioquímicos alemães O. Hahn e F. Strassmann descobriram a fissão de núcleos de urânio quando irradiados com nêutrons. Esta 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, os detectores de partículas desempenham um papel importante, incluindo o contador Cherenkov, cujo princípio de funcionamento é baseado na radiação luminosa de Cherenkov-Vavilov, que ocorre quando partículas carregadas se movem em uma substância a uma velocidade superior à velocidade de fase de 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 liderança do Acadêmico SI. Vavilov (1891-1951), fundador escola científicaóptica física.

Uma das maiores conquistas da física do século XX. - isto é, claro, criado em 1947. transistor excelentes físicos americanos D. Bardeen, W. Brattain e W. Shockley, agraciados com o Prêmio Nobel de Física em 1956. Com o desenvolvimento da física dos semicondutores e a criação do transistor, nasceu uma nova tecnologia - o semicondutor, e com ela um ramo promissor e em rápido desenvolvimento das ciências naturais - a microeletrônica. Em 1958, o primeiro circuito integrado foi montado na forma de um wafer monocristalino de silício com área de vários centímetros quadrados, no qual estavam localizados dois transistores e circuitos RC. Um microprocessador moderno medindo 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. Este é um nível tecnológico moderno. Recentemente, foi desenvolvida tecnologia para a formação de elementos de tamanho nanométrico.

Criação geradores quânticos baseada na emissão estimulada de átomos e moléculas - outra grande conquista físicos do século 20 O primeiro gerador quântico baseado em moléculas de amônia - uma fonte de radiação eletromagnética na faixa de microondas (maser) - foi desenvolvido em 1954 pelos físicos russos N.G. Basov, A.M. Prokhorov e o cientista americano C. Townes. Em 1964, 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, receberam ampla aplicação prática. Surgiram lasers exclusivos - 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, está fora de qualquer 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.