[[K:Wikipedia:Mga artikulong walang mapagkukunan (bansa: Lua error: callParserFunction: hindi nahanap ang function na "#property". )]][[K:Wikipedia:Mga artikulong walang mapagkukunan (bansa: Lua error: callParserFunction: hindi nahanap ang function na "#property". )]]

Pang-eksperimentong pisika- isang paraan ng pag-alam sa kalikasan, na binubuo sa pag-aaral ng mga natural na phenomena sa mga espesyal na inihandang kondisyon. Hindi tulad ng teoretikal na pisika, na nag-aaral ng mga mathematical na modelo ng kalikasan, ang eksperimentong pisika ay idinisenyo upang pag-aralan ang kalikasan mismo.

Ito ay hindi pagsang-ayon sa resulta ng eksperimento na siyang pamantayan para sa kamalian ng isang pisikal na teorya, o mas tiyak, ang hindi pagkakagamit ng teorya sa ating mundo. Ang kabaligtaran na pahayag ay hindi totoo: ang kasunduan sa eksperimento ay hindi maaaring maging patunay ng kawastuhan (pagkakagamit) ng isang teorya. Ibig sabihin, ang pangunahing criterion para sa viability ng isang pisikal na teorya ay ang pagpapatunay sa pamamagitan ng eksperimento.

Ang malinaw na papel na ito ng eksperimento ay natanto lamang ni Galileo at sa mga susunod na mananaliksik, na gumawa ng mga konklusyon tungkol sa mga katangian ng mundo batay sa mga obserbasyon ng pag-uugali ng mga bagay sa ilalim ng mga espesyal na kondisyon, ibig sabihin, nagsagawa sila ng mga eksperimento. Tandaan na ito ay ganap na kabaligtaran, halimbawa, sa paglapit ng mga sinaunang Griyego: ang pagmuni-muni lamang sa kanila ang tila pinagmumulan ng tunay na kaalaman tungkol sa istruktura ng mundo, at ang "sensory experience" ay itinuturing na napapailalim sa maraming mga panlilinlang at kawalan ng katiyakan. , at samakatuwid ay hindi maangkin ang tunay na kaalaman.

Sa isip, ang pang-eksperimentong pisika ay dapat lamang magbigay paglalarawan mga resulta ng eksperimento, nang walang anuman mga interpretasyon. Gayunpaman, sa pagsasagawa, hindi ito makakamit. Ang interpretasyon ng mga resulta ng isang mas o hindi gaanong kumplikadong eksperimento ay hindi maiiwasang umaasa sa katotohanan na mayroon tayong pag-unawa sa kung paano kumikilos ang lahat ng elemento ng pang-eksperimentong setup. Ang gayong pag-unawa, sa turn, ay hindi maaaring umasa sa ilang mga teorya. Kaya, ang mga eksperimento sa accelerator physics ng elementarya na mga particle - isa sa pinaka kumplikado sa lahat ng eksperimentong pisika - ay maaaring bigyang-kahulugan bilang isang tunay na pag-aaral ng mga katangian ng elementarya na mga particle lamang pagkatapos ng mekanikal at nababanat na mga katangian ng lahat ng mga elemento ng detektor at ang kanilang tugon sa electric at magnetic field, mga katangian ng mga natitirang gas sa isang vacuum chamber, pamamahagi ng electric field at drift ng mga ions sa proportional chamber, mga proseso ng ionization ng matter, atbp.1

Sumulat ng pagsusuri tungkol sa artikulong "Experimental Physics"

Isang sipi na nagpapakita ng Eksperimental na Physics

Pagkatapos ay wala pa akong alam tungkol sa klinikal na kamatayan o tungkol sa mga makinang na lagusan na lumitaw sa panahon nito. Ngunit ang sumunod na nangyari ay halos kapareho sa lahat ng mga kuwentong iyon tungkol sa mga klinikal na pagkamatay na kalaunan ay nabasa ko sa iba't ibang mga libro, na nakatira na sa malayong Amerika...
Naramdaman ko na kung hindi ako makalanghap ng hangin ngayon, sasabog na lang ang baga ko at malamang na mamatay ako. Naging sobrang nakakatakot, nagdilim ang paningin ko. Biglang, isang maliwanag na flash ang kumislap sa aking ulo, at ang lahat ng aking damdamin ay nawala sa isang lugar... Isang nakabulag na maliwanag, transparent na asul na lagusan ang lumitaw, na parang ito ay ganap na hinabi mula sa maliliit na gumagalaw na mga pilak na bituin. Tahimik akong lumutang sa loob niya, hindi ako nakaramdam ng inis o sakit, tanging pag-iisip lamang ay namangha sa hindi pangkaraniwang pakiramdam ng lubos na kaligayahan, na para bang sa wakas ay natagpuan ko na ang lugar ng aking pinakahihintay na panaginip. Napakalma at mabuti. Nawala ang lahat ng tunog, ayaw kong gumalaw. Ang katawan ay naging napakagaan, halos walang timbang. Malamang, sa sandaling iyon ay namamatay lang ako...
Nakita ko ang ilang napakaganda, makinang, transparent na mga pigura ng tao na dahan-dahan at maayos na lumalapit sa akin sa tunnel. Nakangiti silang lahat, na para bang tinatawag nila akong sumama sa kanila... Inaabot ko na sila... nang biglang lumitaw ang isang napakalaking maningning na palad mula sa kung saan, hinawakan ako mula sa ibaba at, parang butil ng buhangin, nagsimula. para mabilis akong iangat sa ibabaw. Sumabog ang utak ko dahil sa dagsa ng matatalim na tunog, na para bang may biglang sumabog na partition sa ulo ko... Naihagis ako sa ibabaw na parang bola... at nabingi sa totoong talon ng mga kulay, tunog at sensasyon, na sa ilang kadahilanan ay napagtanto ko ngayon na mas maliwanag kaysa sa nakagawian.
Nagkaroon ng tunay na takot sa dalampasigan... Ang mga kalapit na lalaki, na sumisigaw ng kung anu-ano, ay nagwagayway ng kanilang mga braso nang nagpapahayag, na nakaturo sa aking direksyon. May nagtangkang humila sa akin sa tuyong lupa. At pagkatapos ay lumutang ang lahat, umikot sa isang uri ng nakatutuwang whirlpool, at ang aking kaawa-awang, labis na pagkapagod na kamalayan ay lumutang palayo sa kumpletong katahimikan... Nang unti-unti akong "namulat," ang mga lalaki ay tumayo sa paligid ko na ang kanilang mga mata ay nanlaki sa takot, at lahat ng sama-sama sa paanuman ay kahawig ng magkatulad na takot na mga kuwago... Malinaw na sa lahat ng oras na ito ay halos nasa totoong panic shock sila, at tila "ibinaon" na nila ako sa isip. Sinubukan kong ngumiti ng peke at, nasasakal pa rin sa init tubig ng ilog, na may kahirapan na pinisil na ang lahat ay maayos sa akin, bagaman natural na wala ako sa anumang uri ng kaayusan sa sandaling iyon.

Napakaraming libro? Maaari mong linawin ang mga aklat sa pamamagitan ng paghiling ng “Experimental physics” (ang bilang ng mga aklat para sa paglilinaw na ito ay ipinapakita sa mga bracket)

Lumipat ng istilo ng pagpapakita:

Molecular theory ng adsorption sa mga porous na katawan

Wala

Ang mga proseso sa porous na katawan ay bumubuo ng batayan ng maraming tradisyonal at makabagong teknolohiya: catalytic, sorption, lamad, electrochemical, chromatographic, purification at separation ng liquid at gas mixtures, capillary condensation at desorption, multiphase filtration at spraying, basa...

Wala

Ang monograph ay nagpapakita ng mga pangkalahatang resulta ng teoretikal at eksperimentong pag-aaral ng pakikipag-ugnayan ng laser radiation sa mga metal sa panahon ng pagputol ng laser ng mga materyales sa sheet. Ang pansin ay binabayaran sa pagtatayo ng mga pisikal at matematikal na modelo na isinasaalang-alang ang iba't ibang mga proseso ng thermophysical, ang pangunahing at...

Wala

Ang teoretikal at inilapat na mga isyu ng aerodynamics ng sasakyang panghimpapawid ay ipinakita. Ang impormasyon mula sa kinematics at dynamics ng mga gas ay ipinakita; ibinibigay ang mga pangunahing equation ng aerodynamics, analytical at numerical na pamamaraan para sa pagkalkula ng vortex, potensyal, eroplano, spatial at malapot na daloy. Mga teorya na may...

Wala

Ang aklat ay naglalaman ng mga gawain at posibleng solusyon para sa II International Olympiad sa Experimental Physics, na ginanap mula Nobyembre 27 hanggang Disyembre 7, 2014 sa Children's Health and Educational Center "Team". Ang Olympiad ay ginanap para sa mga mag-aaral sa grade 8–11 at may kasamang tatlong round, bawat isa…

Wala

Ang monograph ay nakatuon sa isang sistematikong pagtatanghal ng mga batayan ng pisika ng pagbabagu-bago ng mga electromagnetic na patlang ng mga solido at ang kanilang koneksyon sa mga pangunahing phenomena sa kalikasan. Ang mga modernong teoretikal na modelo ng mga thermal field at iba't ibang mga pamamaraan para sa paglalarawan ng kanilang mga katangian ng ugnayan ay ipinakita mula sa isang pinag-isang posisyon. N...

Wala

Ang libro ay nakatuon sa problema ng mga pagbabagong bahagi ng mga solido sa mataas na presyon (HP). Ang mga sumusunod na isyu ay isinasaalang-alang: phase equilibria sa panahon ng mataas na presyon sa mga elemento (carbon, silicon, germanium, titanium, zirconium, iron, gallium, cerium), sa mga compound I VII II VI III V type A B; A B ; A B, sa mga haluang metal batay sa…

Wala

Sinusuri ng monograph ang simetriko at asymmetric na pinaghihiwalay na daloy at ang kanilang muling pagsasaayos sa paligid ng mga pares ng katawan ng iba't ibang hugis sa malawak na hanay ng mga numero ng Mach at Reynolds. Ang isang pagsusuri ay ibinibigay sa hindi matatag na hiwalay na mga daloy sa paligid ng iba't ibang mga katawan (sphere, dulo, kono), kung saan ang isang hindi umiikot o umiikot…

Wala

Ang monograph ay nagpapakita ng mga resulta ng mga eksperimentong pag-aaral ng henerasyon ng pulsed electron at ion beams ng gigawatt power sa mga diode na may explosive emission cathode sa ilalim ng mga kondisyon ng mabilis na pagbuo ng plasma sa buong working surface ng cathode. Ang pinakamahalaga ay isinasaalang-alang mga pisikal na proseso atbp…

Wala

Ang mga pangunahing katangian ng nakakalat at intrinsic na radiothermal radiation ng mga natural na kapaligiran ay isinasaalang-alang. Ang pagsusuri ng mga electrodynamic na modelo ng iba't ibang mga ibabaw ng Earth at ang nakapaligid na kapaligiran ay ibinigay. Ang mga modelo ng mga signal ng radyo at ang kanilang mga istatistikal na katangian sa larangan ng pag-record ng radyo ay binuo...

Ang aklat ay naglalaman ng mga paglalarawan ng pang-edukasyon na mga pag-aaral na pang-eksperimentong ng kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni mula sa hangganan ng optically homogenous at layered inhomogeneous media. Ang mga simpleng pisikal na aparato at modelo ay iminungkahi. Isinasaalang-alang ang nakakaaliw at nakapagtuturong mga eksperimento. Ang lahat ng mga eksperimento ay magagamit at maaaring…

Wala

Ang gawain ay nagbubuod ng mga resulta ng mga pag-aaral ng electret state ng inorganic at organic oxide compound, at sinusuri ang impluwensya ng electret state sa pagbuo ng ferroelectric polarization at ang mga electrical properties ng ferroelectrics. Mga isyu sa praktikal na paggamit…

Wala

Ang mga pangunahing pamamaraan para sa pagkalkula ng pamamahagi ng density ng molekular na flux sa ibabaw ng mga ibabaw ng mga pag-install ng vacuum ay ipinakita. Ang mga pangunahing pamamaraan para sa pagmomodelo ng mga kondisyon ng vacuum na may ibinigay na density ng mga molecular flux ay pinag-aralan. Gamit ang mga halimbawa, isinasaalang-alang namin ang pagkalkula ng pamamahagi ng molecular flux density sa...

Wala

Binubuod ng aklat ang mga resulta ng isang teoretikal na pag-aaral ng proseso ng pagpabilis ng elektron sa mga klasikal na pabilog at mga cut microtron, ang mga resulta ng mga eksperimento upang subukan ang mga teoretikal na konklusyon at upang pag-aralan ang mga katangian ng mga electron na pinabilis sa isang microtron. Ang mga paraan ng paggamit ng microtrons ay isinasaalang-alang...

Wala

Ang mga resulta ng pang-eksperimentong at teoretikal na pag-aaral ng mga proseso ng gas-dynamic sa mga channel ay ipinakita. Ang pag-aaral ng mga pinaghiwalay na proseso ng daloy ay naging posible upang matukoy ang mga pangunahing pattern, matukoy ang mga parameter ng pagkakatulad at bumuo sa batayan na ito ng tinatayang mga teoretikal na modelo ng pinaka kumplikadong ito...

Wala

Sinasaklaw ng manual ang mga isyung nauugnay sa mga batayan ng quantum theory, mga partikular na feature ng quantum objects at precision measurements sa kaso ng third-order interference at self-action ng liwanag sa media na may cubic nonlinearity. Parametric light scattering sa quantum at...

Wala

Ang mga batayan ng teorya ng compressibility ng condensed matter, ang disenyo at mga katangian ng explosive at shock loading techniques, at ang mga prinsipyo ng pagpapatakbo ng pagsukat at pagtatala ng mga device para sa gas-dynamic na mga eksperimento na may condensed matter ay nakabalangkas. Algorithm para sa paghahanap ng mga katangian...

Wala

Ang iba't ibang mga klase ng kabaligtaran na mga problema ng mekanika ng isang deformable solid ay isinasaalang-alang - retrospective, hangganan, koepisyent, geometric, kung saan, gamit ang ilang karagdagang pang-eksperimentong impormasyon tungkol sa solusyon, ang mga koepisyent ng mga operator ng kaugalian, mga paunang kondisyon, gran...

Wala

Ang monograph ay nagbubuod ng mga resulta ng pananaliksik na isinagawa ng may-akda sa larangan ng aerodynamics ng mga propeller at propeller ring. Isinasaalang-alang ang mga katangian ng single, coaxial, double-row propeller na may iba't ibang bilang ng blades sa isang profiled ring at walang ring. Ang mga katangian ng hangin...

Wala

Isinasaalang-alang ang mga pisikal, matematikal at numerical na mga modelo ng pakikipag-ugnayan ng collisional at collisionless na daloy ng plasma na may mga katawan na ipinapasok sa kanila. Ang malawak na mga eksperimento sa computational ay isinagawa, bilang isang resulta kung saan ang mga function ng pamamahagi ng mga sisingilin na particle sa frontal, lateral at…

Wala

Ang pangunahing tampok ng aklat-aralin ay isang multi-level na konsepto ng paglalahad ng pinakamahalagang pang-eksperimentong mga katotohanan at ang mga pundasyon ng teorya ng pisikal na phenomena, na isinasaalang-alang ang mga modernong pang-agham na tagumpay. Kasama sa aklat ang mga sumusunod na pangunahing seksyon: electromagnetic theory of light, light emission, interference, diffraction, dispe…

Wala

Ang libro ay volume II ng monograph na "Aerogasdynamics of jet nozzles." Ito ay nakatuon sa paglutas ng isang mahalagang problema tulad ng pagkontrol sa mga hiwalay na daloy sa mga rehiyon ng domain upang mabawasan ang pang-ibabang paglaban. Ang isang paglalahat ay ginawa ng isang malawak na dami ng pangunahing pang-eksperimentong data, p...

Wala

Ang monograph na ito ay nakatuon sa teorya ng optical high-Q microcavities at ang kanilang aplikasyon sa linear, nonlinear, quantum at inilapat na optika. Ang mga optical microcavity na may mga whispering gallery mode, na pinasimunuan ng mga Russian scientist, ay natatanging pinagsama ang laki ng submillimeter sa...

Wala

Ang mga isyu ng init at paglipat ng masa sa panahon ng paglaki ng mga nag-iisang kristal mula sa pagkatunaw ay sakop. Ang mga pisikal at matematikal na modelo ng paglipat ng init at mga proseso ng pagbuo sa panahon ng paglaki ng mga kristal mula sa pagkatunaw ay isinasaalang-alang. Ang pangunahing pansin ay binabayaran sa pang-eksperimentong at teoretikal na pag-aaral ng mga proseso ng init...

Wala

Tinatalakay ng monograph metodolohikal na pundasyon paglikha ng mga kumplikadong teknikal na sistema na lumalaban sa mga destabilizing factor ng iba't ibang pisikal na kalikasan. Gamit ang halimbawa ng sasakyang panghimpapawid, ang pamamaraan para sa computational at eksperimental na pagtatasa ng tibay ay isinasaalang-alang. Ipinakita kung paano, batay sa binuo...

Wala

Ang monograph ay nakatuon sa isang iba't ibang mga pisikal na phenomena at mga katangian ng naka-compress at pinainit na bagay sa mataas na densidad ng enerhiya. Ang mga pamamaraan ng henerasyon, mga diagnostic, pati na rin ang mga teoretikal na pamamaraan para sa paglalarawan ng pag-uugali ng bagay sa napakataas na presyon at temperatura na nakuha sa mga laboratoryo ay isinasaalang-alang...

Ang ipinakita na monograph ay nakatuon sa problema ng modelo at buong sukat na pang-eksperimentong dinamikong pag-aaral ng mga istruktura ng gusali ng mga nuclear power plant. Ang layunin ng naturang pananaliksik ay pag-aralan ang mga dynamic na phenomena sa mga istruktura ng gusali ng mga nuclear power plant na nauugnay sa mga gawa ng tao na vibrations ng iba't ibang uri ...

Wala

Ang mga resulta ng pangunahing mga eksperimentong pag-aaral ng mga proseso ng combustion, ignition/autoignition, mabilis na deflagration at detonation sa hydrogen-containing combustible system ay summarized. Para sa pagsusuri, ang mga pag-aaral ay pinili sa ilalim ng mga paunang kondisyon na praktikal na interes para sa mga problema sa tubig...

Wala

Ang monograp ay nagbubuod ng mga resulta ng teoretikal at eksperimentong pananaliksik sa larangan ng pisika ng pagtunaw ng contact ng mga solidong solusyon na may mga metal at paglipat ng kuryente sa mga layer ng contact. Ang mekanismo ng paunang yugto ng pagtunaw ng contact sa nanolevel ay isinasaalang-alang. Ang impluwensya ng maliliit na dumi ay inilalarawan...

Wala

Ang monograph ay naglalaman ng mga paglalarawan ng mga patent ng Russian Federation para sa mga imbensyon sa larangan ng mga materyales at device ng detector na nakuha sa nakalipas na 10 taon ng pag-unlad, na isinagawa sa Department of Experimental Physics (EP) ng USTU-UPI sa pakikipagtulungan sa iba pang mga departamento at mga organisasyon, kabilang ang mga dayuhan. Sa karangalan...

Wala

Tinatalakay ng libro ang pagbuo ng mga pamamaraan para sa pagpaparami sa mga eksperimento sa laboratoryo ng mga kondisyon ng paglipad ng orbital batay sa bilis ng mga daloy ng mga sisingilin at neutral na mga particle na insidente sa sasakyang panghimpapawid, ang kanilang konsentrasyon at temperatura, at ang pag-aaral ng mga katangian ng mga aparato sa naturang mga daloy, Halimbawa...

Wala

Ang tutorial ay isang gabay sa pagsasagawa ng kinakailangang pisikal na eksperimento at pagproseso ng mga resulta ng pagsukat. Naglalaman ng mga paglalarawan ng gawaing laboratoryo sa mga seksyong "Translational motion", "Rotational motion", "Mechanical vibrations" at "Elastic forces". Ang publikasyong ito ay…

Wala

Ang libro ay nakatuon sa pagtatanghal ng maraming mga taon ng karanasan sa pagbuo, paglikha at paggamit ng mga panandaliang gas-dynamic na pag-install para sa aerodynamic na mga eksperimento. Ibinigay Detalyadong Paglalarawan mga disenyo ng gas-dynamic na pag-install na binuo ng may-akda para sa mga eksperimentong pag-aaral sa ...

Wala

Ang pinakasimpleng inilapat na mga bersyon ng teorya ng elastoplastic deformation sa ilalim ng proportional (simple) at disproportionate (complex) na pag-load ay isinasaalang-alang. Mga pamamaraan para sa pagtukoy ng mga materyal na function na malapit na variant ng teorya ay nakabalangkas. Sinusuri ang teoretikal at eksperimentong mga resulta...

Wala

Ang aklat ay isang panimula sa modernong optika ng mga Gaussian beam at tumutugon sa malawak na hanay ng mga isyu na nauugnay sa pagbuo at pagbabago ng mga paraxial light field, na ginagawang pangkalahatan ang mga klasikal na Hermite-Gaussian at Laguerre-Gaussian beam. Ang teorya ng structurally stable light fields ay ipinakita sa unang pagkakataon, sa...

Wala

Ang monograph ay nagbubuod at nag-systematize ng mga resulta ng mga pag-aaral ng mga jet system para sa pagtaas ng pagtaas ng mga pakpak, na isinagawa sa TsAGI, pati na rin ang nai-publish sa mga domestic at dayuhang publikasyon sa nakalipas na 30-40 taon. Boundary layer at circulation control system sa pamamagitan ng t...

Wala

Ang aklat, batay sa pang-eksperimentong data, ay naglalarawan ng isang paraan para sa pag-aaral ng mga layered nanostructure batay sa paggamit ng salamin ng salamin, transmission, repraksyon at scattering ng polarized neutrons. Gamit ang mga tukoy na halimbawa, ang mga elemento ng teorya ng pagpasa ng neutron sa pamamagitan ng isang layered na istraktura ay ipinakita...

Wala

Sinusuri ng libro ang mga isyu ng pagpapalitan ng init sa mga sistema kung saan ang init ay inilalabas para sa iba't ibang dahilan (mga de-koryenteng makina at aparato, mga accelerator na may charge na particle). Ang pag-aaral ng mga proseso ng paglipat ng init ay isinasagawa batay sa nakuha na eksakto at tinatayang analytical na mga solusyon. Tungkol sa...

Wala

Ang monograph ay nakatuon sa isang paglalarawan ng mga pisikal na katangian ng ibabaw, mga modernong eksperimentong pamamaraan para sa pag-aaral nito at mga teoretikal na pamamaraan para sa pagkalkula ng ibabaw at mga katangian ng pagdirikit ng iba't ibang mga materyales. Ang mga pamamaraan na binuo ng mga may-akda ay ipinakita na nagbibigay-daan, sa mabuting pagsang-ayon sa eksperimentong…

Wala

Batay sa mga pangunahing prinsipyo ng electrodynamics, isang self-consistent na teorya ng excitation at coupling ng mga waveguide mode ay binuo, na naaangkop sa anumang (sarado at bukas) na mga istraktura ng waveguide. Mga istruktura ng waveguide na naglalaman ng media na may isotropic, anisotropic at bianisotropic...

Wala

Iniharap modernong mga pamamaraan mga pang-eksperimentong sukat, data sa mga pangunahing kaalaman sa pagbuo ng mga modelo ng matematika na naglalarawan sa estado ng isang nasusunog na suspensyon ng gas para sa iba't ibang mga paunang katangian ng kaguluhan, mga komposisyon ng suspensyon ng gas at mga parameter ng pagpapatakbo ay ipinakita. Ang mga resulta ng mga eksperimento ay isinasaalang-alang...

Wala

Tinatalakay ng papel ang mga isyu ng pag-diagnose ng inhomogeneities sa aquatic na kapaligiran gamit ang isang hydroacoustic parametric antenna. Sa kasong ito, ang heterogeneities ng aquatic na kapaligiran ay may geometrically regular na hugis: mga sphere, cylinders at spheroids. Ang mga proseso ng alon ay pinag-aaralan sa teorya at eksperimental, pro...

Wala

Sinusuri ng monograph ang isang hanay ng mga isyu na nauugnay sa mga problema sa paglalarawan at pang-eksperimentong sertipikasyon ng mga indibidwal na hangganan at ensemble ng mga hangganan ng butil sa polycrystals, pati na rin ang mga pag-aaral ng kanilang papel sa mga proseso tulad ng pagsasabog ng hangganan ng butil, pagpapahinga at paglaki ng butil. Ang isang pagtatangka ay ginawa upang bumuo ng isang sapat na...

Wala

Ang aklat-aralin ay ang unang bahagi ng serye ng "University Course of General Physics", na nilayon para sa mga mag-aaral ng mga espesyalidad sa pisika sa mga unibersidad. Ang natatanging tampok nito ay isang multi-level na konsepto ng pagtatanghal ng pinakamahalagang pang-eksperimentong katotohanan at mga pundasyon ng teorya ng pisikal na phenomena, na isinasaalang-alang ang modernong...

Wala

Sinusuri ng monograph ang mga isyu ng pagkasunog ng mga gasolina sa mga makina ng init para sa iba't ibang layunin, ang epekto ng kanilang mga produkto ng pagkasunog sa mga tao at sa kapaligiran. Ang mga mekanismo ng pagbuo ng mga nakakalason na sangkap sa panahon ng pagkasunog at mga paraan upang mabawasan ang kanilang mga emisyon ay inilarawan. Ang isang paraan para sa pagkalkula ng komposisyon ng ekwilibriyo ng mga produkto ay nakabalangkas...

Wala

Ang aklat, na may kaugnayan sa mga de-koryenteng makina ng isang bagong uri, ay naglalarawan ng mga resulta ng pananaliksik sa mga pangunahing katangian, istraktura at dinamika ng mga intermediate at halo-halong estado ng mababang temperatura at mataas na temperatura na uri ng I at II na superconductor. Lokal na pagbabago sa phase state ng isang superconductor...

Wala

Ang aklat-aralin ay isinulat alinsunod sa nilalaman ng mga pamantayang pang-edukasyon ng Estado, ang programa ng workshop (seksyon "Mga pamamaraan ng biochemical ng pagsusuri"), ang programa ng disiplina na "Mga pundasyon ng kemikal at pamamaraan ng pagsusuri ng mga sistema ng pamumuhay", ang programa ng disiplina na "Biotechnology at organisasyon ng analitikal...

Wala

Ang mga resulta ng systematization ng mga pag-aaral ng convective heat transfer ng sasakyang panghimpapawid sa atmospheric phase ng flight ay ipinakita, kabilang ang pagsasaalang-alang sa impluwensya ng three-dimensional na daloy, nonequilibrium physicochemical na proseso sa gas at sa ibabaw ng sasakyan, laminar-turbulent paglipat ng hangganan...

Wala

Ang libro ay nagpapakita ng mga resulta ng mga eksperimentong pag-aaral ng mga mekanismo ng paglitaw ng hindi matatag na mga mode ng pagkasunog sa mga silid ng pagkasunog ng modelo. Ang mga mekanismo ng pagpapalabas ng mga sound vibrations sa pamamagitan ng isang modulated charge, mga isyu ng diagnostic at kontrol ng combustion instability gamit ang electrical...

Wala

Ang aklat na ito ay nakatuon sa pagtuklas at pag-aaral ng isang bagong epekto - sapilitan drift, sanhi ng pagkilos ng panaka-nakang mga electric at magnetic field sa mga structured na solusyon ng mga asing-gamot sa likidong polar dielectrics. Naglalaman ito ng impormasyon ng parehong eksperimental at teoretikal na kalikasan...

Wala

Ang mga posibilidad at kasalukuyang estado ng pananaliksik sa mababang temperatura na plasma gamit ang mga pamamaraan ng klasikal at laser spectroscopy ay inilarawan. Ang mga isyu ng pisikal na interpretasyon ng mga resulta ng paglalapat ng mga pamamaraan ng paglabas, pagsipsip, repraksyon at pagkalat ng liwanag sa isang thermally nonequilibrium na plasma, ang kanilang mga koneksyon ay isinasaalang-alang...

Wala

Mga napiling lektura ng natatanging Amerikanong pisiko, nagwagi Nobel Prize R. Feynman. Sinusuri nila ang mga yugto ng pag-unlad ng modernong pisika at ang mga konsepto nito, ang koneksyon ng pisika sa iba pang mga agham, ang teorya ng grabidad, quantum mechanics, ang simetrya ng mga batas ng pisika, ang espesyal na teorya ng kamag-anak...

Wala

Ang aklat ay nakatuon sa isang pang-eksperimentong pag-aaral ng koneksyon sa pagitan ng quasi-ordered na istraktura ng isang magulong boundary layer at ang tradisyonal na sinusukat na mga average na katangian ng daloy sa boundary layer. Ang mekanismo ng pana-panahong pag-renew ng daloy sa malapot na sublayer ng isang magulong boundary layer ay isinasaalang-alang...

Wala

Ang isang bagong eksperimentong pamamaraan para sa pagsukat ng temperatura ng mga pinainit na bagay gamit ang tuluy-tuloy na spectrum ng thermal radiation na naitala sa isang malawak na hanay ng mga wavelength (halimbawa, mula 200 hanggang 1000 nm) ay isinasaalang-alang. Ang mga pakinabang ng spectral pyrometry sa tradisyonal na liwanag at mga pamamaraan ng kulay ay tinalakay...

Wala

Ang mga modernong termino at konsepto mula sa larangan ng pagpoproseso ng presyon ay ipinakita. Ang pisikal na kakanyahan ng pinakakaraniwang modernong mga operasyon ng paggamot sa presyon ay nakabalangkas, ang kanilang mga teknolohikal na kakayahan ay isinasaalang-alang, at ang mga dependency para sa pagkalkula ng mga pangunahing teknolohikal na mga parameter ay ibinigay. Ang mga diagram ay ipinakita tungkol sa...

Mga pang-eksperimentong profile ng mga shock wave sa condensed matter

Pang-eksperimentong pisika - Shutov V.I.., Sukhov V.G., Podlesny D.V.. - 2005

Inilarawan ang eksperimentong gawaing kasama sa programa ng physics at mathematics lyceums bilang bahagi ng isang physics workshop. Ang manwal ay isang pagtatangka na lumikha ng isang pinag-isang gabay para sa pagsasagawa ng mga praktikal na klase sa mga klase at paaralan na may malalim na pag-aaral ng physics, pati na rin para sa paghahanda para sa mga eksperimentong round ng mga high-level na Olympiad.
Ang panimulang materyal ay tradisyonal na nakatuon sa mga pamamaraan ng pagproseso ng pang-eksperimentong data. Ang paglalarawan ng bawat eksperimentong gawain ay nagsisimula sa isang teoretikal na panimula. Naglalaman ang pang-eksperimentong bahagi ng mga paglalarawan ng mga pang-eksperimentong setup at gawain na kumokontrol sa pagkakasunud-sunod ng gawain ng mga mag-aaral kapag nagsasagawa ng mga sukat. Mga sample ng worksheet para sa pagtatala ng mga resulta ng pagsukat, mga rekomendasyon sa mga pamamaraan para sa pagproseso at pagpapakita ng mga resulta, at mga kinakailangan para sa pag-uulat. Sa dulo ng mga paglalarawan, ang mga tanong sa pagsusulit ay inaalok, ang mga sagot na dapat ihanda ng mga mag-aaral upang ipagtanggol ang kanilang gawain.
Para sa mga paaralan at klase na may malalim na pag-aaral ng pisika.

Panimula.

Mga pagkakamali ng pisikal na dami. Pagproseso ng mga resulta ng pagsukat.

Praktikal na gawain 1. Pagsukat ng dami ng mga katawan ng regular na hugis.
Praktikal na gawain 2. Pag-aaral ng rectilinear motion ng mga katawan sa larangan ng gravity gamit ang Atwood machine.
Praktikal na gawain 3. Dry friction. Pagpapasiya ng sliding friction coefficient.
Teoretikal na panimula sa trabaho sa mga oscillation.
Praktikal na gawain 4. Pag-aaral ng mga oscillations ng spring pendulum.
Praktikal na gawain 5. Pag-aaral ng mga oscillation ng isang mathematical pendulum. Pagpapasiya ng free fall acceleration.
Praktikal na gawain 6. Pag-aaral ng mga oscillation ng isang pisikal na pendulum.
Praktikal na gawain 7. Pagpapasiya ng mga sandali ng pagkawalang-galaw ng mga katawan ng regular na hugis gamit ang paraan ng torsional vibrations.
Praktikal na gawain 8. Pag-aaral ng mga batas ng pag-ikot ng isang matibay na katawan sa isang cruciform Oberbeck pendulum.
Praktikal na gawain 9. Pagpapasiya ng ratio ng molar heat capacities ng hangin.
Praktikal na gawain 10. Standing waves. Pagsukat ng bilis ng alon sa isang nababanat na string.
Praktikal na gawain 11. Pagpapasiya ng ratio ср/с ι? para sa hangin sa isang nakatayong sound wave.
Praktikal na gawain 12. Pag-aaral ng pagpapatakbo ng isang elektronikong oscilloscope.
Praktikal na gawain 13. Pagsukat ng dalas ng mga oscillations sa pamamagitan ng pag-aaral ng Lissajous figure.
Praktikal na gawain 14. Pagpapasiya ng resistivity ng nichrome wire.
Praktikal na gawain 15. Pagtukoy ng resistensya ng konduktor gamit ang paraan ng kompensasyon ng Wheatstone.
Praktikal na gawain 16. Lumilipas na mga proseso sa isang kapasitor. Pagpapasiya ng kapasidad.
Praktikal na gawain 17. Pagpapasiya ng lakas ng electric field sa isang cylindrical conductor na may kasalukuyang.
Praktikal na gawain 18. Pag-aaral ng pagpapatakbo ng isang pinagmulan sa isang direktang kasalukuyang circuit.
Praktikal na gawain 19. Pag-aaral ng mga batas ng repleksyon at repraksyon ng liwanag.
Praktikal na gawain 20. Pagpapasiya ng focal length ng converging at diverging lens.
Praktikal na gawain 21. Ang phenomenon ng electromagnetic induction. Pag-aaral ng magnetic field ng solenoid.
Praktikal na gawain 22. Pag-aaral ng damped oscillations.
Praktikal na gawain 23. Pag-aaral ng phenomenon ng resonance sa isang alternating current circuit.
Praktikal na gawain 24. Fraunhofer diffraction sa pamamagitan ng slit. Pagsukat ng lapad ng hiwa gamit ang "paraan ng alon".
Praktikal na gawain 25. Fraunhofer diffraction. Diffraction grating bilang isang optical device.
Praktikal na gawain 26. Pagtukoy ng refractive index ng salamin gamit ang "wave" na paraan.
Praktikal na gawain 27. Pagpapasiya ng radius ng curvature ng isang lens sa isang eksperimento sa mga singsing ni Newton.
Praktikal na gawain 28. Pag-aaral ng polarized light.

I-download ang e-book nang libre sa isang maginhawang format, panoorin at basahin:
I-download ang aklat na Experimental Physics - Shutov V.I., Sukhov V.G., Podlesny D.V. - 2005 - fileskachat.com, mabilis at libreng pag-download.

I-download ang djvu
Maaari mong bilhin ang aklat na ito sa ibaba pinakamahusay na presyo sa isang diskwento sa paghahatid sa buong Russia.

I. Paksa at istruktura ng pisika

Ang pisika ay isang agham na nag-aaral ng pinakasimple at kasabay nito ang pinaka-pangkalahatang mga pattern ng natural na phenomena, ang mga katangian at istraktura ng bagay at ang mga batas ng paggalaw nito. Samakatuwid, ang mga konsepto ng pisika at mga batas nito ay sumasailalim sa lahat ng natural na agham. Ang pisika ay nabibilang sa mga eksaktong agham at pinag-aaralan ang mga quantitative laws ng phenomena.

Ang salitang "F." nanggaling sa Griyego. ph?sis – kalikasan. Sa una, sa panahon ng sinaunang kultura, ang agham ay hindi nahati at sumasaklaw sa buong katawan ng kaalaman tungkol sa mga natural na penomena. Habang nag-iiba ang mga pamamaraan ng kaalaman at pananaliksik, lumitaw ang magkakahiwalay na agham mula sa pangkalahatang agham ng kalikasan, kabilang ang pisikal na agham.

Sa kaibuturan nito, ang pilosopiya ay isang pang-eksperimentong agham: ang mga batas nito ay nakabatay sa mga katotohanang itinatag sa eksperimento. Ang mga batas na ito ay kumakatawan sa mga quantitative na relasyon at binabalangkas sa matematikal na wika. Ang isang pagkakaiba ay ginawa sa pagitan ng pang-eksperimentong pisyolohiya—mga eksperimento na isinagawa upang tumuklas ng mga bagong katotohanan at upang subukan ang mga kilalang pisikal na batas—at teoretikal na pisyolohiya, na ang layunin nito ay bumalangkas ng mga batas ng kalikasan at ipaliwanag ang mga partikular na penomena batay sa mga batas na ito, pati na rin upang mahulaan ang mga bagong phenomena. Kapag nag-aaral ng anumang kababalaghan, ang karanasan at teorya ay pantay na kinakailangan at magkakaugnay.

Alinsunod sa pagkakaiba-iba ng mga bagay na pinag-aralan at ang mga anyo ng paggalaw ng pisikal na bagay, ang pilosopiya ay nahahati sa isang bilang ng mga disiplina (mga seksyon) na higit pa o hindi gaanong nauugnay sa isa't isa. Ang paghahati ng pisyolohiya sa mga indibidwal na disiplina ay hindi malabo, at maaari itong isagawa sa gabay ng iba't ibang pamantayan. Batay sa mga bagay na pinag-aralan, ang physics ay nahahati sa physics ng elementary particles, physics ng nuclei, physics ng atoms at molecules, physics ng mga gas at liquid, physics ng solids, at physics ng plasma. Sinabi ni Dr. criterion - ang mga proseso o anyo ng paggalaw ng bagay na pinag-aaralan. Mayroong: mekanikal na paggalaw, thermal na proseso, electromagnetic phenomena, gravitational, malakas, mahina na pakikipag-ugnayan; Alinsunod dito, kasama sa pisika ang mekanika ng mga materyal na punto at solidong katawan, ang mekanika ng tuluy-tuloy na media (kabilang ang acoustics), thermodynamics at statistical mechanics, electrodynamics (kabilang ang optika), ang teorya ng gravity, quantum mechanics, at quantum field theory. Ang mga ipinahiwatig na dibisyon ng f ay bahagyang nagsasapawan dahil sa malalim na panloob na ugnayan sa pagitan ng mga bagay ng materyal na mundo at ang mga proseso kung saan sila lumalahok. Depende sa layunin ng pananaliksik, ang inilapat na optika ay minsan din nakikilala (halimbawa, inilapat na optika).

Lalo na binibigyang-diin ng pisika ang doktrina ng mga oscillations at waves, na dahil sa mga karaniwang pattern ng oscillatory na proseso ng iba't ibang pisikal na kalikasan at mga pamamaraan ng pag-aaral ng mga ito. Sinusuri nito ang mechanical, acoustic, electrical at optical vibrations at waves mula sa isang pinag-isang pananaw.

Ang modernong pisyolohiya ay naglalaman ng isang maliit na bilang ng mga pangunahing pisikal na teorya, na sumasaklaw sa lahat ng mga seksyon ng pisyolohiya Ang mga teoryang ito ay kumakatawan sa quintessence ng kaalaman tungkol sa kalikasan ng mga pisikal na proseso at phenomena, isang tinatayang ngunit pinakakumpletong pagmuni-muni ng iba't ibang anyo ng paggalaw ng bagay sa kalikasan.

II. Mga pangunahing yugto sa pag-unlad ng pisika

Ang pagbuo ng pisika (hanggang sa ika-17 siglo). Ang mga pisikal na phenomena ng nakapaligid na mundo ay matagal nang nakakaakit ng atensyon ng mga tao. Ang mga pagtatangka sa isang sanhi ng pagpapaliwanag ng mga phenomena na ito ay nauna sa paglikha ng pilosopiya sa modernong kahulugan ng salita. Sa mundo ng Greco-Roman (ika-6 na siglo BC - ika-2 siglo AD), ang mga ideya tungkol sa atomic na istraktura ng bagay ay unang lumitaw (Democritus, Epicurus, Lucretius), isang geocentric na sistema ng mundo ay binuo (Ptolemy), at ang pinakasimpleng mga batas ay itinatag ang statics (ang panuntunan ng leverage), ang batas ng rectilinear propagation at ang batas ng pagmuni-muni ng liwanag ay natuklasan, ang mga prinsipyo ng hydrostatics ay nabuo (Archimedes' batas), ang pinakasimpleng pagpapakita ng kuryente at magnetism ay sinusunod.

Ang resulta ng nakuhang kaalaman noong ika-4 na siglo. BC e. ay binigo ni Aristotle. Kasama sa pisika ni Aristotle ang ilang tamang probisyon, ngunit kasabay nito ay kulang ito ng marami sa mga progresibong ideya ng mga nauna rito, lalo na ang atomic hypothesis. Kinikilala ang kahalagahan ng karanasan, hindi ito itinuturing ni Aristotle na pangunahing pamantayan para sa pagiging maaasahan ng kaalaman, mas pinipili ang mga haka-haka na ideya. Sa Middle Ages, ang mga turo ni Aristotle, na na-canonize ng simbahan, ay nagpabagal sa pag-unlad ng agham sa loob ng mahabang panahon.

Ang agham ay muling binuhay noong ika-15 at ika-16 na siglo. sa paglaban sa mga iskolastikong aral ni Aristotle. Sa kalagitnaan ng ika-16 na siglo. Iniharap ni N. Copernicus ang isang heliocentric na sistema ng mundo at inilatag ang pundasyon para sa pagpapalaya ng natural na agham mula sa teolohiya. Ang mga pangangailangan ng produksyon, ang pagbuo ng mga crafts, pagpapadala at artilerya ay pinasigla ang siyentipikong pananaliksik batay sa karanasan. Gayunpaman, noong ika-15–16 na siglo. Ang mga eksperimentong pag-aaral ay kadalasang random. Noong ika-17 siglo lamang. Nagsimula ang sistematikong aplikasyon ng eksperimentong pamamaraan sa Physics, at ito ay humantong sa paglikha ng unang pangunahing teoryang pisikal - ang klasikal na mekanika ni Newton.

Pagbuo ng pisika bilang isang agham (simula ng ika-17 - katapusan ng ika-18 siglo)

Ang pag-unlad ng pisyolohiya bilang isang agham sa modernong kahulugan ng salita ay nagmula sa mga gawa ni G. Galileo (unang kalahati ng ika-17 siglo), na naunawaan ang pangangailangan para sa isang matematikal na paglalarawan ng paggalaw. Ipinakita niya na ang impluwensya ng mga nakapalibot na katawan sa isang partikular na katawan ay hindi tumutukoy sa bilis, tulad ng pinaniniwalaan sa Aristotelian mechanics, ngunit ang acceleration ng katawan. Ang pahayag na ito ay kumakatawan sa unang pagbabalangkas ng batas ng pagkawalang-galaw. Natuklasan ni Galileo ang prinsipyo ng relativity sa mechanics (tingnan ang prinsipyo ng relativity ni Galileo), pinatunayan ang kalayaan ng pagbilis ng libreng pagkahulog ng mga katawan mula sa kanilang density at masa, at pinatunayan ang teorya ng Copernican. Nakakuha din siya ng mga makabuluhang resulta sa iba pang mga lugar ng Physics Gumawa siya ng isang teleskopyo na may mataas na paglaki at sa tulong nito ay nakagawa ng isang bilang ng mga pagtuklas sa astronomya (mga bundok sa Buwan, mga satellite ng Jupiter, atbp.). Nagsimula ang quantitative study ng thermal phenomena pagkatapos maimbento ni Galilsem ang unang thermometer.

Sa unang kalahati ng ika-17 siglo. nagsimula ang matagumpay na pag-aaral ng mga gas. Ang estudyante ni Galileo na si E. Torricelli ay nagtatag ng pagkakaroon ng atmospheric pressure at lumikha ng unang barometro. Pinag-aralan nina R. Boyle at E. Marriott ang pagkalastiko ng mga gas at binuo ang unang batas ng gas, na nagtataglay ng kanilang pangalan. Natuklasan nina W. Snell at R. Descartes ang batas ng repraksyon ng liwanag. Kasabay nito, nilikha ang mikroskopyo. Ang isang makabuluhang hakbang pasulong sa pag-aaral ng magnetic phenomena ay ginawa sa pinakadulo simula ng ika-17 siglo. W. Gilbert. Pinatunayan niya na ang Earth ay isang mahusay na magnet, at siya ang unang mahigpit na nakikilala sa pagitan ng mga electrical at magnetic phenomena.

Ang pangunahing tagumpay ng F. ika-17 siglo. ay ang paglikha ng mga klasikal na mekanika. Ang pagbuo ng mga ideya ni Galileo, H. Huygens at iba pang mga nauna, si I. Newton sa kanyang akdang "Mathematical Principles of Natural Philosophy" (1687) ay bumalangkas ng lahat ng mga pangunahing batas ng agham na ito (tingnan ang mga batas ng mekanika ni Newton). Sa panahon ng pagtatayo ng mga klasikal na mekanika, ang ideyal ng isang siyentipikong teorya, na umiiral pa rin ngayon, ay isinama sa unang pagkakataon. Sa pagdating ng Newtonian mechanics, sa wakas ay naunawaan na ang gawain ng agham ay upang mahanap ang pinaka-pangkalahatang quantitatively formulated na mga batas ng kalikasan.

Nakamit ng Newtonian mechanics ang pinakamalaking tagumpay nito sa pagpapaliwanag ng galaw ng mga celestial body. Batay sa mga batas ng planetary motion na itinatag ni J. Kepler batay sa mga obserbasyon ni T. Brahe, natuklasan ni Newton ang batas ng unibersal na grabitasyon (tingnan ang batas ng grabitasyon ni Newton). Sa tulong ng batas na ito, naging posible na kalkulahin nang may kapansin-pansing katumpakan ang paggalaw ng Buwan, mga planeta at kometa ng Solar System, at ipaliwanag ang pagbagsak at pag-agos ng karagatan. Si Newton ay sumunod sa konsepto ng pangmatagalang pagkilos, ayon sa kung saan ang pakikipag-ugnayan ng mga katawan (mga partikulo) ay nangyayari kaagad nang direkta sa pamamagitan ng walang bisa; Ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ay dapat matukoy sa eksperimentong paraan. Siya ang unang malinaw na bumalangkas ng mga klasikal na konsepto ng ganap na espasyo bilang isang lalagyan ng bagay, independiyente sa mga katangian at paggalaw nito, at ganap na pantay na daloy ng oras. Hanggang sa paglikha ng teorya ng relativity, ang mga ideyang ito ay hindi sumailalim sa anumang mga pagbabago.
Kasabay nito, binuo ni Huygens at G. Leibniz ang batas ng konserbasyon ng momentum; Nilikha ni Huygens ang teorya ng isang pisikal na pendulum at nagtayo ng isang orasan na may isang pendulum.

Nagsimula ang pag-unlad ng pisikal na acoustics. Sinukat ni M. Mersenne ang bilang ng mga natural na vibrations ng isang tumutunog na string at sa unang pagkakataon natukoy ang bilis ng tunog sa hangin. Newton theoretically nagmula ng isang formula para sa bilis ng tunog.

Sa ika-2 kalahati ng ika-17 siglo. Ang geometriko na optika ay nagsimulang umunlad nang mabilis na may kaugnayan sa disenyo ng mga teleskopyo at iba pang mga optical na instrumento, at ang mga pundasyon ng pisikal na optika ay inilatag. Natuklasan ni F. Grimaldi ang diffraction ng liwanag, at isinagawa ni Newton pangunahing pananaliksik liwanag na pagpapakalat. Ang optical spectroscopy ay nagmula sa mga gawang ito ni Newton. Noong 1676, unang sinukat ni O. C. Roemer ang bilis ng liwanag. Halos sabay-sabay, dalawang magkaibang teorya tungkol sa pisikal na katangian ng liwanag ang lumitaw at nagsimulang umunlad - corpuscular at wave (tingnan ang Optics). Ayon sa corpuscular theory ni Newton, ang liwanag ay isang stream ng mga particle na gumagalaw mula sa isang source sa lahat ng direksyon. Inilatag ni Huygens ang mga pundasyon ng teorya ng alon ng liwanag, ayon sa kung saan ang liwanag ay isang stream ng mga alon na nagpapalaganap sa isang espesyal na hypothetical medium - eter, pinupuno ang lahat ng espasyo at tumagos sa lahat ng mga katawan.

Kaya, noong ika-17 siglo. Karaniwan, ang mga klasikal na mekanika ay itinayo at nagsimula ang pananaliksik sa iba pang mga lugar ng pilosopiya: sa optika, ang pag-aaral ng mga electrical at magnetic phenomena, init, at acoustics.

Noong ika-18 siglo Ang pag-unlad ng klasikal na mekanika, sa partikular na celestial mechanics, ay nagpatuloy. Batay sa isang maliit na anomalya sa paggalaw ng planetang Uranus, posible na mahulaan ang pagkakaroon ng isang bagong planeta - Neptune (natuklasan noong 1846). Ang pagtitiwala sa bisa ng Newtonian mechanics ay naging unibersal. Sa batayan ng mekanika, nilikha ang isang pinag-isang mekanikal na larawan ng mundo, ayon sa kung saan ang lahat ng kayamanan, lahat ng pagkakaiba-iba ng husay ng mundo ay resulta ng mga pagkakaiba sa paggalaw ng mga particle (atom) na bumubuo ng mga katawan, kilusan na sumusunod. Mga batas ni Newton. Ang larawang ito ay nagkaroon ng malakas na impluwensya sa pag-unlad ng Physics sa loob ng maraming taon.

Ang isang mahalagang pampasigla para sa pag-unlad ng mekanika ay ang mga pangangailangan ng pagbuo ng produksyon. Sa mga gawa ni L. Euler at iba pa, ang dynamics ng isang ganap na matibay na katawan ay binuo. Kaayon ng pag-unlad ng mekanika ng mga particle at solid, nagkaroon ng pag-unlad ng mekanika ng mga likido at gas. Sa pamamagitan ng mga gawa ni D. Bernoulli, Euler, J. Lagrange at iba pa noong ika-1 kalahati ng ika-18 siglo. Ang mga pundasyon ng hydrodynamics ng isang perpektong likido ay inilatag - isang incompressible fluid na walang lagkit at thermal conductivity. Sa "Analytical Mechanics" ni Lagrange (1788), ang mga equation ng mechanics ay ipinakita sa isang pangkalahatang anyo na pagkatapos ay nailapat ang mga ito sa mga di-mekanikal, sa partikular na electromagnetic, na mga proseso.
Sa iba pang mga lugar ng pisyolohiya, naipon ang pang-eksperimentong data at nabuo ang pinakasimpleng mga batas na pang-eksperimento. Natuklasan ni S. F. Dufay ang pagkakaroon ng dalawang uri ng elektrisidad at natukoy na ang mga kaparehong sinisingil na katawan ay nagtataboy, at ang magkasalungat na sinisingil na mga katawan ay umaakit. B. Itinatag ni Franklin ang batas ng pagtitipid ng singil sa kuryente. G. Cavendish at independiyenteng natuklasan ni C. Coulomb ang pangunahing batas ng electrostatics, na tumutukoy sa puwersa ng interaksyon sa pagitan ng mga nakatigil na singil sa kuryente (batas ng Coulomb). Ang doktrina ng atmospheric electricity ay lumitaw. Pinatunayan ni Franklin, M.V. Lomonosov at G.V. Sa optika, nagpatuloy ang pagpapabuti ng mga lente ng teleskopyo. Sa pamamagitan ng mga gawa ni P. Bouguer at I. Lambert, nagsimulang malikha ang photometry. Ang infrared (W. Herschel, English scientist na si W. Wollaston) at ultraviolet (German scientist na si N. Ritter, Wollaston) ay natuklasan.

Ang kapansin-pansing pag-unlad ay naganap sa pag-aaral ng thermal phenomena; Matapos ang pagtuklas ni J. Black ng nakatagong init ng pagsasanib at pang-eksperimentong patunay ng pagtitipid ng init, nagsimulang makilala ng mga eksperimento sa calorimetric ang pagitan ng temperatura at dami ng init. Ang konsepto ng kapasidad ng init ay nabuo, at nagsimula ang pananaliksik sa thermal conductivity at thermal radiation. Kasabay nito, ang mga maling pananaw sa likas na katangian ng init ay itinatag: ang init ay nagsimulang matingnan bilang isang espesyal na uri ng hindi masisira na walang timbang na likido - caloric, na may kakayahang dumaloy mula sa mga pinainit na katawan hanggang sa malamig. Ang teorya ng init, ayon sa kung saan ang init ay isang uri ng panloob na paggalaw ng mga particle, ay dumanas ng isang pansamantalang pagkatalo, sa kabila ng katotohanan na ito ay suportado at binuo ng mga natitirang siyentipiko tulad ng Newton, Hooke, Boyle, Bernoulli, Lomonosov at iba pa.

Klasikong pisika (ika-19 na siglo)

Sa simula ng ika-19 na siglo. ang pangmatagalang kompetisyon sa pagitan ng corpuscular at wave theories ng liwanag ay natapos sa pangwakas, tila, tagumpay ng wave theory. Ito ay pinadali ng matagumpay na pagpapaliwanag nina T. Jung at O. J. Fresnel ng phenomenon ng interference at diffraction ng liwanag gamit ang wave theory. Ang mga phenomena na ito ay likas na eksklusibo sa paggalaw ng alon, at tila imposibleng ipaliwanag ang mga ito gamit ang teoryang corpuscular. Kasabay nito, nakuha ang mapagpasyang patunay ng transverse nature ng light waves (Fresnel, D. F. Arago, Jung), na natuklasan noong ika-18 siglo. (Tingnan ang Polarisasyon ng Liwanag). Isinasaalang-alang ang liwanag bilang mga transverse wave sa isang elastic medium (ether), natagpuan ni Fresnel ang isang quantitative law na tumutukoy sa intensity ng refracted at reflected light waves kapag ang liwanag ay pumasa mula sa isang medium patungo sa isa pa (tingnan ang Fresnel formula), at lumikha din ng teorya ng double refraction .

Pinakamahalaga Ang pagtuklas ng electric current nina L. Galvani at A. Volta ay nag-ambag sa pag-unlad ng Physics. Ang paglikha ng mga makapangyarihang pinagmumulan ng direktang kasalukuyang - mga galvanic na baterya - ay naging posible upang makita at pag-aralan ang magkakaibang epekto ng kasalukuyang. Ang kemikal na epekto ng kasalukuyang ay sinisiyasat (G. Davy, M. Faraday). Nakatanggap si V.V. Petrov ng isang electric arc. Ang pagtuklas ni H. K. Oersted (1820) ng pagkilos ng electric current sa magnetic needle ay nagpatunay ng koneksyon sa pagitan ng kuryente at magnetism. Batay sa pagkakaisa ng mga electrical at magnetic phenomena, ang A. Ampere ay dumating sa konklusyon na ang lahat ng magnetic phenomena ay sanhi ng paglipat ng mga sisingilin na particle - electric current. Kasunod nito, nag-eksperimento si Ampere ng batas na tumutukoy sa puwersa ng interaksyon ng mga electric current (batas ni Ampere).

Noong 1831 natuklasan ni Faraday ang phenomenon ng electromagnetic induction (tingnan ang Electromagnetic induction). Kapag sinusubukang ipaliwanag ang hindi pangkaraniwang bagay na ito gamit ang konsepto ng pangmatagalang aksyon, ang mga makabuluhang paghihirap ay nakatagpo. Iniharap ni Faraday ang isang hypothesis (kahit na bago ang pagtuklas ng electromagnetic induction) ayon sa kung saan ang mga pakikipag-ugnayan ng electromagnetic ay isinasagawa sa pamamagitan ng isang intermediate agent - isang electromagnetic field (ang konsepto ng short-range action). Ito ay minarkahan ang simula ng pagbuo ng isang bagong agham tungkol sa mga katangian at batas ng pag-uugali ng isang espesyal na anyo ng bagay - ang electromagnetic field.

Sa simula ng ika-19 na siglo. Ipinakilala ni J. Dalton sa agham (1803) ang ideya ng mga atom bilang ang pinakamaliit (hindi mahahati) na mga partikulo ng bagay - mga tagadala ng indibidwal na kemikal ng mga elemento.

Pagsapit ng 1st quarter ng ika-19 na siglo. Ang pundasyon ng solid body physics ay inilatag. Sa buong ika-17–18 at unang bahagi ng ika-19 na siglo. nagkaroon ng akumulasyon ng data sa mga macroscopic na katangian ng mga solido (mga metal, teknikal na materyales, mineral, atbp.) at ang pagtatatag ng mga empirical na batas ng solidong pag-uugali ng katawan sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na impluwensya (mechanical forces, heating, electric at magnetic field, liwanag, atbp.). Ang pag-aaral ng nababanat na mga katangian ay humantong sa pagtuklas ng batas ni Hooke (1660), ang pag-aaral ng electrical conductivity ng mga metal - sa pagtatatag ng batas ng Ohm (1826), thermal properties - ang batas ng heat capacities ng Dulong at Petit (1819) (tingnan ang batas ng Dulong at Petit). Natuklasan ang mga pangunahing magnetic properties ng solids. Kasabay nito, ang isang pangkalahatang teorya ng mga nababanat na katangian ng mga solid ay itinayo (L. M. A. Navier, 1819–26, O. L. Cauchy, 1830). Halos lahat ng mga resultang ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng interpretasyon ng isang solid bilang isang tuluy-tuloy na daluyan, bagaman ang isang makabuluhang bahagi ng mga siyentipiko ay nakilala na na ang mga solido, na karamihan ay mga kristal, ay may panloob na istrakturang mikroskopiko.
Ang pagtuklas ng batas ng konserbasyon ng enerhiya, na nag-uugnay sa lahat ng natural na phenomena, ay ang pinakamalaking kahalagahan para sa Physics at lahat ng natural na agham. Sa kalagitnaan ng ika-19 na siglo. Ang katumbas ng dami ng init at trabaho, atbp., ay napatunayan sa eksperimento. Ito ay itinatag na ang init ay hindi ilang hypothetical na walang timbang na sangkap - caloric, ngunit isang espesyal na anyo ng enerhiya. Noong 40s ika-19 na siglo Independyenteng natuklasan nina Y. R. Mayer, J. Joule at G. Helmholtz ang batas ng konserbasyon at pagbabago ng enerhiya. Ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay naging pangunahing batas ng teorya ng thermal phenomena (thermodynamics), na tinatanggap ang pangalan ng unang batas ng thermodynamics.

Bago pa man matuklasan ang batas na ito, si S. Carnot, sa kanyang akdang "Reflections on the driving force of fire and on machines capable to develop this force" (1824), ay nakakuha ng mga resulta na nagsilbing batayan para sa isa pang pangunahing batas ng teorya. ng init - ang pangalawang batas ng thermodynamics. Ang batas na ito ay nabuo sa mga gawa ni R. Clausius (1850) at W. Thomson (1851). Ito ay isang generalization ng pang-eksperimentong data na nagsasaad ng irreversibility ng mga thermal na proseso sa kalikasan, at tinutukoy ang direksyon ng posibleng mga proseso ng enerhiya. Ang isang makabuluhang papel sa pagtatayo ng thermodynamics ay nilalaro ng pananaliksik ng J. L. Gay-Lussac, sa batayan kung saan natagpuan ni B. Clapeyron ang equation ng estado ng isang perpektong gas, na kalaunan ay na-generalize ni D. I. Mendeleev.

Kasabay ng pag-unlad ng thermodynamics, nabuo ang molecular kinetic theory ng thermal process. Ginawa nitong posible na isama ang mga thermal na proseso sa loob ng balangkas ng mekanikal na larawan ng mundo at humantong sa pagtuklas ng isang bagong uri ng mga batas - mga istatistika, kung saan ang lahat ng mga koneksyon sa pagitan ng mga pisikal na dami ay probabilistiko.

Sa unang yugto ng pagbuo ng kinetic theory ng pinakasimpleng medium - gas - kinakalkula ni Joule, Clausius at iba pa ang mga average na halaga ng iba't ibang pisikal na dami: ang bilis ng mga molekula, ang bilang ng kanilang mga banggaan bawat segundo, ang ibig sabihin ay libre. landas, atbp. Ang pag-asa ng presyon ng gas sa bilang ng mga molekula sa bawat dami ng yunit at ang average na kinetic energy ng translational motion ng mga molekula ay nakuha. Naging posible itong magbukas pisikal na kahulugan temperatura bilang isang sukatan ng average na kinetic energy ng mga molekula.

Ang ikalawang yugto sa pagbuo ng molecular kinetic theory ay nagsimula sa gawain ni J. C. Maxwell. Noong 1859, na ipinakilala ang konsepto ng probabilidad sa pilosopiya sa unang pagkakataon, natagpuan niya ang batas ng pamamahagi ng mga molekula ayon sa bilis (tingnan ang pamamahagi ng Maxwell). Pagkatapos nito, ang mga posibilidad ng molecular kinetic theory ay lumawak nang husto at kasunod na humantong sa paglikha ng statistical mechanics. Binuo ni L. Boltzmann ang kinetic theory ng mga gas at nagbigay ng statistical substantiation ng mga batas ng thermodynamics. Ang pangunahing problema, na higit na nagawang lutasin ni Boltzmann, ay ang pagkakasundo sa likas na nababaligtad sa oras ng paggalaw ng mga indibidwal na molekula na may malinaw na hindi maibabalik na mga proseso ng macroscopic. Ayon kay Boltzmann, ang thermodynamic equilibrium ng isang sistema ay tumutugma sa pinakamataas na posibilidad ng isang naibigay na estado. Ang irreversibility ng mga proseso ay nauugnay sa pagkahilig ng mga system sa pinaka-malamang na estado. Ang teorama na pinatunayan niya tungkol sa pare-parehong pamamahagi ng average na kinetic energy sa mga antas ng kalayaan ay may malaking kahalagahan.

Ang klasikal na istatistikal na mekanika ay nakumpleto sa mga gawa ni J. W. Gibbs (1902), na lumikha ng isang paraan para sa pagkalkula ng mga function ng pamamahagi para sa anumang sistema (hindi lamang mga gas) sa isang estado ng thermodynamic equilibrium. Nakatanggap ng pangkalahatang pagkilala ang statistic mechanics noong ika-20 siglo. pagkatapos ng paglikha nina A. Einstein at M. Smoluchowski (1905–06) sa batayan ng molecular kinetic theory ng quantitative theory ng Brownian motion, na kinumpirma sa mga eksperimento ni J. B. Perrin.

Sa ika-2 kalahati ng ika-19 na siglo. Ang mahabang proseso ng pag-aaral ng electromagnetic phenomena ay nakumpleto ni Maxwell. Sa kanyang pangunahing gawain, A Treatise on Electricity and Magnetism (1873), nagtatag siya ng mga equation para sa electromagnetic field (na nagtataglay ng kanyang pangalan), na ipinaliwanag ang lahat ng mga katotohanang nalaman noong panahong iyon mula sa isang punto ng view at naging posible upang mahulaan. bagong phenomena. Binigyang-kahulugan ni Maxwell ang electromagnetic induction bilang proseso ng pagbuo ng vortex electric field sa pamamagitan ng alternating magnetic field. Kasunod nito, hinulaan niya ang kabaligtaran na epekto - ang pagbuo ng isang magnetic field sa pamamagitan ng isang alternating electric field (tingnan ang Displacement current). Ang pinakamahalagang resulta ng teorya ni Maxwell ay ang konklusyon na ang bilis ng pagpapalaganap ng mga interaksyon ng electromagnetic ay may hangganan, katumbas ng bilis ng liwanag. Ang eksperimental na pagtuklas ng mga electromagnetic wave ni G. R. Hertz (1886–89) ay nagpatunay sa bisa ng konklusyong ito. Sinundan ito mula sa teorya ni Maxwell na ang liwanag ay may likas na electromagnetic. Kaya, ang optika ay naging isa sa mga sangay ng electrodynamics. Sa pinakadulo ng ika-19 na siglo. Eksperimento na natuklasan at sinukat ni P. N. Lebedev ang presyon ng liwanag na hinulaan ng teorya ni Maxwell, at si A. S. Popov ang unang gumamit ng mga electromagnetic wave para sa wireless na komunikasyon.

Noong ika-19 na siglo Inilatag nina G. Kirchhoff at R. Bunsen ang mga pundasyon ng spectral analysis (1859). Nagpatuloy din ang pag-unlad ng continuum mechanics. Sa acoustics, binuo ang teorya ng elastic oscillations at waves (Helmholtz, J. W. Rayleigh, atbp.). Ang isang pamamaraan para sa pagkuha ng mababang temperatura ay lumitaw. Ang lahat ng mga gas maliban sa helium ay nakuha sa isang likidong estado, at sa simula ng ika-20 siglo. H. Kamerlingh-Onnes (1998) liquefied helium.
Sa pagtatapos ng ika-19 na siglo. F. tila halos kumpleto sa mga kontemporaryo. Tila ang lahat ng pisikal na phenomena ay maaaring mabawasan sa mekanika ng mga molekula (o mga atomo) at eter. Ang eter ay itinuturing bilang isang mekanikal na daluyan kung saan nagaganap ang mga electromagnetic phenomena. Isa sa mga pinakadakilang pisiko noong ika-19 na siglo. – Binigyang-pansin ni W. Thomson ang dalawang hindi maipaliwanag na katotohanan lamang: ang negatibong resulta ng eksperimento ni Michelson sa pag-detect ng paggalaw ng Earth na may kaugnayan sa eter at ang pag-asa ng kapasidad ng init ng mga gas sa temperatura, na hindi maintindihan mula sa punto ng view ng molecular kinetic teorya. Gayunpaman, tiyak na ang mga katotohanang ito ang unang indikasyon ng pangangailangang baguhin ang mga pangunahing ideya ng pilosopiya noong ika-19 na siglo. Upang ipaliwanag ang mga ito at marami pang ibang katotohanang natuklasan pagkatapos, kinakailangan na lumikha ng teorya ng relativity at quantum mechanics.
Relativistic at quantum physics. Physics ng atomic nucleus at elementarya na mga particle (huling ika-19 - ika-20 siglo).

Ang pagdating ng isang bagong panahon sa Physics ay inihanda ng pagkatuklas ng electron ni J. Thomson noong 1897. Lumalabas na ang mga atomo ay hindi elementarya, ngunit mga kumplikadong sistema na kinabibilangan ng mga electron. Ang isang mahalagang papel sa pagtuklas na ito ay nilalaro ng pag-aaral ng mga electrical discharges sa mga gas.

Sa pagtatapos ng ika-19 - simula ng ika-20 siglo. Inilatag ni H. Lorentz ang mga pundasyon ng teoryang elektroniko. Sa simula ng ika-20 siglo. Naging malinaw na ang electrodynamics ay nangangailangan ng isang radikal na rebisyon ng mga konsepto ng espasyo at oras na sumasailalim sa klasikal na mekanika ni Newton. Noong 1905, nilikha ni Einstein ang pribadong (espesyal) na teorya ng relativity - isang bagong doktrina ng espasyo at oras. Ang teoryang ito ay inihanda sa kasaysayan ng mga gawa nina Lorentz at A. Poincaré.

Ipinakita ng karanasan na ang prinsipyo ng relativity na binuo ni Galileo, ayon sa kung saan ang mechanical phenomena ay nagpapatuloy nang magkapareho sa lahat ng inertial reference system, ay wasto din para sa electromagnetic phenomena. Samakatuwid, ang mga equation ni Maxwell ay hindi dapat magbago ng kanilang anyo (dapat silang maging invariant) kapag lumilipat mula sa isang inertial reference system patungo sa isa pa. Gayunpaman, ito ay naging totoo lamang kung ang mga pagbabagong-anyo ng mga coordinate at oras sa panahon ng naturang paglipat ay iba sa mga pagbabagong-anyo ng Galilea na wasto sa Newtonian mechanics. Natagpuan ni Lorentz ang mga pagbabagong ito (mga pagbabagong Lorentz), ngunit hindi maibigay sa kanila ang tamang interpretasyon. Ito ay ginawa ni Einstein sa kanyang teorya ng espesyal na relativity.

Ang pagtuklas ng bahagyang teorya ng relativity ay nagpakita ng mga limitasyon ng mekanikal na larawan ng mundo. Ang mga pagtatangka na bawasan ang mga electromagnetic na proseso sa mga mekanikal na proseso sa isang hypothetical medium - ang eter - ay naging hindi mapanghawakan. Naging malinaw na ang electromagnetic field ay isang espesyal na anyo ng bagay, ang pag-uugali nito ay hindi sumusunod sa mga batas ng mekanika.
Noong 1916, binuo ni Einstein ang pangkalahatang teorya ng relativity - ang pisikal na teorya ng espasyo, oras at grabidad. Ang teoryang ito ay minarkahan ang isang bagong yugto sa pag-unlad ng teorya ng grabidad.

Sa pagliko ng ika-19 at ika-20 siglo, bago pa man ang paglikha ng espesyal na teorya ng relativity, ang simula ng pinakadakilang rebolusyon sa larangan ng pisika ay inilatag, na nauugnay sa paglitaw at pag-unlad ng teorya ng quantum.

Sa pagtatapos ng ika-19 na siglo. Ito ay lumabas na ang pamamahagi ng enerhiya ng thermal radiation sa buong spectrum, na nagmula sa batas ng klasikal na istatistikal na pisika tungkol sa pare-parehong pamamahagi ng enerhiya sa mga antas ng kalayaan, ay sumasalungat sa karanasan. Sinundan ito mula sa teorya na ang bagay ay dapat maglabas ng mga electromagnetic wave sa anumang temperatura, mawalan ng enerhiya at cool sa absolute zero, ibig sabihin, na ang thermal equilibrium sa pagitan ng matter at radiation ay imposible. Gayunpaman, ang pang-araw-araw na karanasan ay sumalungat sa konklusyong ito. Ang solusyon ay natagpuan noong 1900 ni M. Planck, na nagpakita na ang mga resulta ng teorya ay pare-pareho sa karanasan, kung ipagpalagay natin, sa kontradiksyon sa klasikal na electrodynamics, na ang mga atomo ay naglalabas ng electromagnetic energy hindi tuloy-tuloy, ngunit sa magkahiwalay na bahagi - quanta. Ang enerhiya ng bawat naturang quantum ay direktang proporsyonal sa frequency, at ang proportionality coefficient ay ang quantum of action h = 6.6?10-27 erg?sec, na kalaunan ay tinawag na Planck's constant.

Noong 1905, pinalawak ni Einstein ang hypothesis ni Planck, na nagmumungkahi na ang ibinubuga na bahagi ng electromagnetic energy ay kumakalat din at nasisipsip lamang sa kabuuan, i.e. kumikilos tulad ng isang butil (na kalaunan ay tinawag na photon). Batay sa hypothesis na ito, ipinaliwanag ni Einstein ang mga batas ng photoelectric effect na hindi akma sa balangkas ng classical electrodynamics.

Kaya, ang corpuscular theory ng liwanag ay nabuhay muli sa isang bagong antas ng husay. Ang liwanag ay kumikilos tulad ng isang stream ng mga particle (corpuscles); gayunpaman, sa parehong oras mayroon din itong mga katangian ng alon, na nagpapakita ng kanilang sarili, sa partikular, sa diffraction at interference ng liwanag. Dahil dito, ang mga katangian ng wave at corpuscular, na hindi magkatugma mula sa punto ng view ng classical Physics, ay likas sa liwanag sa pantay na sukat (dualism ng liwanag). Ang "Quantization" ng radiation ay humantong sa konklusyon na ang enerhiya ng intra-atomic na paggalaw ay maaari ding magbago nang biglaan. Ang konklusyong ito ay ginawa ni N. Bohr noong 1913.

Sa panahong ito, natuklasan ni E. Rutherford (1911), batay sa mga eksperimento sa pagkalat ng mga particle ng alpha sa pamamagitan ng materya, ang atomic nucleus at bumuo ng isang planetaryong modelo ng atom. Sa isang atom ng Rutherford, ang mga electron ay gumagalaw sa paligid ng nucleus sa parehong paraan na ang mga planeta ay gumagalaw sa paligid ng araw. Gayunpaman, ayon sa electrodynamics ni Maxwell, ang naturang atom ay hindi matatag: ang mga electron, gumagalaw sa pabilog (o elliptical) na mga orbit, nakakaranas ng acceleration, at samakatuwid ay dapat na patuloy na naglalabas ng mga electromagnetic wave, nawawalan ng enerhiya at, unti-unting lumalapit sa nucleus, sa huli (bilang mga kalkulasyon. nagpakita, para sa isang oras ng tungkol sa 10-8 segundo) mahulog dito. Kaya, ang katatagan ng mga atomo at ang kanilang line spectra ay naging hindi maipaliwanag sa loob ng balangkas ng mga batas ng klasikal na F. Nakahanap si Bohr ng isang paraan sa paghihirap na ito. Ipinalagay niya na ang mga atomo ay may mga espesyal na nakatigil na estado kung saan ang mga electron ay hindi naglalabas. Ang radiation ay nangyayari sa panahon ng paglipat mula sa isang nakatigil na estado patungo sa isa pa. Ang discreteness ng atomic energy ay nakumpirma ng mga eksperimento nina J. Frank at G. Hertz (1913–14) sa pag-aaral ng mga banggaan ng mga electron na pinabilis ng isang electric field na may mga atomo. Para sa pinakasimpleng atom, ang hydrogen atom, gumawa si Bohr ng quantitative theory ng emission spectrum, na naaayon sa eksperimento.

Sa parehong panahon (huli ng ika-19 - unang bahagi ng ika-20 siglo), nagsimulang mabuo ang solid state physics sa modernong pag-unawa nito bilang pisika ng mga condensed system na binubuo ng malaking bilang ng mga particle (~ 1022 cm-3). Hanggang 1925, ang pag-unlad nito ay naganap sa dalawang direksyon: ang pisika ng kristal na sala-sala at ang pisika ng mga electron sa mga kristal, pangunahin sa mga metal. Kasunod nito, ang mga direksyong ito ay nagtagpo sa batayan ng quantum theory.

Ang ideya ng isang kristal bilang isang koleksyon ng mga atomo, na inayos sa kalawakan at gaganapin sa isang posisyon ng balanse sa pamamagitan ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan, dumaan sa isang mahabang landas ng pag-unlad at sa wakas ay nabuo sa simula ng ika-20 siglo. Ang pag-unlad ng modelong ito ay nagsimula sa gawain ni Newton (1686) sa pagkalkula ng bilis ng tunog sa isang kadena ng mga elastically bound na particle at ipinagpatuloy ng iba pang mga siyentipiko: D. at I. Bernoulli (1727), Cauchy (1830), W Thomson (1881), atbp.

Sa pagtatapos ng ika-19 na siglo. Inilatag ni E. S. Fedorov ang mga pundasyon ng teoretikal na crystallography sa kanyang trabaho sa istraktura at simetrya ng mga kristal; noong 1890–91 pinatunayan niya ang posibilidad ng pagkakaroon ng 230 mga grupo ng simetrya ng espasyo ng mga kristal - mga uri ng nakaayos na pag-aayos ng mga particle sa isang kristal na sala-sala (ang tinatawag na mga grupong Fedorov). Noong 1912, natuklasan ni M. Laue at ng kanyang mga kasamahan ang diffraction ng x-ray ng mga kristal, sa wakas ay itinatag ang ideya ng isang kristal bilang isang ordered atomic structure. Batay sa pagtuklas na ito, ang isang paraan ay binuo para sa eksperimento na pagtukoy sa pag-aayos ng mga atomo sa mga kristal at pagsukat ng mga interatomic na distansya, na minarkahan ang simula ng X-ray structural analysis [U. L. Bragg n W. G. Bragg (1913), G. W. Wolf (1913)]. Sa parehong mga taon na ito (1907–1914), ang dinamikong teorya ng mga kristal na sala-sala ay binuo, na makabuluhang isinasaalang-alang ang mga konsepto ng quantum. Noong 1907, si Einstein, gamit ang modelo ng isang kristal bilang isang hanay ng mga quantum harmonic oscillator ng parehong dalas, ay ipinaliwanag ang naobserbahang pagbaba sa kapasidad ng init ng mga solido na may pagbaba ng temperatura - isang katotohanan na salungat sa batas ng Dulong at Petit. Ang isang mas advanced na dynamic na teorya ng isang kristal na sala-sala bilang isang hanay ng mga pinagsamang quantum oscillator ng iba't ibang mga frequency ay itinayo ni P. Debye (1912), M. Born at T. Karman (1913), E. Schrödinger (1914) sa isang form na malapit. sa makabago. Nagsimula ang isang bagong mahalagang yugto pagkatapos ng paglikha ng quantum mechanics.

Ang pangalawang direksyon (pisika ng mga sistema ng elektron sa isang kristal) ay nagsimulang bumuo kaagad pagkatapos ng pagtuklas ng elektron bilang elektronikong teorya ng mga metal at iba pang mga solido. Sa teoryang ito, ang mga electron sa metal ay itinuturing na pagpuno kristal na sala-sala isang gas ng mga libreng electron, katulad ng isang ordinaryong rarefied molecular gas, na sumusunod sa classical. Mga istatistika ng Boltzmann. Ang teoryang elektroniko ay naging posible na ipaliwanag ang mga batas ng Ohm at Wiedemann-Franz (P. Drude), inilatag ang mga pundasyon para sa teorya ng light dispersion sa mga kristal, atbp. Gayunpaman, hindi lahat ng mga katotohanan ay umaangkop sa balangkas ng klasikal na teoryang elektroniko. Kaya, ang pag-asa ng resistivity ng mga metal sa temperatura ay hindi ipinaliwanag kung bakit ang electron gas ay hindi gumagawa ng isang kapansin-pansing kontribusyon sa kapasidad ng init ng mga metal, atbp. Ang isang paraan sa labas ng mga paghihirap na nilikha ay natagpuan lamang pagkatapos ng pagtatayo ng quantum mechanics.

Ang unang bersyon ng quantum theory na nilikha ni Bohr ay internally contradictory: gamit ang mga batas ng Newtonian mechanics para sa paggalaw ng mga electron, Bohr at the same time artipisyal na ipinataw ang quantum restrictions sa mga posibleng paggalaw ng mga electron na alien sa classical theory.
Ang mapagkakatiwalaang itinatag na discreteness ng pagkilos at ang quantitative measure nito - Planck's constant h - isang unibersal na mundo constant, na gumaganap ng papel ng natural na sukat ng mga natural na phenomena, ay nangangailangan ng isang radikal na muling pagsasaayos ng parehong mga batas ng mekanika at mga batas ng electrodynamics. Ang mga klasikal na batas ay may bisa lamang kapag isinasaalang-alang ang paggalaw ng mga bagay na may sapat na malaking masa, kapag ang mga sukat ng pagkilos ay malaki kumpara sa h at ang discreteness ng aksyon ay maaaring mapabayaan.

Noong 20s ika-20 siglo ang pinakamalalim at komprehensibo ng mga modernong pisikal na teorya ay nilikha - quantum, o wave mechanics - isang pare-pareho, lohikal na kumpletong di-relativistic na teorya ng paggalaw ng mga microparticle, na naging posible upang ipaliwanag ang maraming mga katangian ng mga macroscopic na katawan at ang mga phenomena na nagaganap sa sila. Ang quantum mechanics ay batay sa ideya ng quantization ng Planck – Einstein – Bohr at ang hypothesis na iniharap ni L. de Broglie (1924) na ang dual corpuscular-wave na kalikasan ay katangian hindi lamang ng electromagnetic radiation (photons), kundi pati na rin ng anumang iba pang uri ng bagay. Ang lahat ng microparticle (electrons, protons, atoms, atbp.) ay mayroong, kasama ang corpuscular at wave properties: bawat isa sa kanila ay maaaring iugnay sa isang wave (ang haba nito ay katumbas ng ratio ng Planck's constant h sa momentum ng particle , at ang dalas sa ratio ng enerhiya ng particle sa h ). Ang mga alon ng De Broglie ay naglalarawan ng mga libreng particle. Noong 1927, ang diffraction ng mga electron ay naobserbahan sa unang pagkakataon, na eksperimento na nakumpirma ang pagkakaroon ng kanilang mga katangian ng alon. Nang maglaon, ang diffraction ay naobserbahan sa iba pang microparticle, kabilang ang mga molekula (tingnan ang Particle diffraction).

Noong 1926, si Schrödinger, na sinusubukang makakuha ng mga discrete na halaga ng atomic energy mula sa isang wave-type equation, ay bumalangkas ng pangunahing equation ng quantum mechanics, na pinangalanan sa kanya. W. Heisenberg at Born (1925) ay nagtayo ng quantum mechanics sa isa pang mathematical form - ang tinatawag na. mekanika ng matrix.

Noong 1925, natuklasan nina J. Yu Uhlenbeck at S. A. Goudsmit, batay sa pang-eksperimentong (spectroscopic) na data, ang pagkakaroon ng sariling angular momentum ng electron - spin (at samakatuwid ang nauugnay na intrinsic, spin, magnetic moment) na katumbas ng 1/2 . (Ang halaga ng spin ay karaniwang ipinahayag sa mga yunit = h/2?, na, tulad ng h, ay tinatawag na pare-pareho ng Planck; sa mga yunit na ito, ang electron spin ay katumbas ng 1/2.) Isinulat ni W. Pauli ang equation ng paggalaw ng isang nonrelativistic na electron sa isang panlabas na electromagnetic field, na isinasaalang-alang ang interaksyon ng spin magnetic moment ng isang electron na may magnetic field. Noong 1925 ay binalangkas din niya ang tinatawag na. prinsipyo ng pagbubukod, ayon sa kung saan hindi maaaring magkaroon ng higit sa isang electron sa isang quantum state (prinsipyong Pauli). Ang prinsipyong ito ay may mahalagang papel sa pagbuo ng quantum theory ng mga sistema ng maraming mga particle, lalo na, ipinaliwanag nito ang mga pattern ng pagpuno ng mga shell at layer na may mga electron sa multielectron atoms, atbp. nagbigay ng teoretikal na batayan para sa periodic system ng mga elemento ni Mendeleev.

Noong 1928, nakuha ni P. A. M. Dirac ang isang quantum relativistic equation ng electron motion (tingnan ang Dirac equation), kung saan natural na sinundan nito na ang electron ay may spin. Batay sa equation na ito, hinulaan ni Dirac noong 1931 ang pagkakaroon ng positron (ang unang antiparticle), na natuklasan noong 1932 ni K. D. Anderson sa cosmic ray. [Mga antiparticle ng iba mga yunit ng istruktura mga sangkap (proton at neutron) - ang antiproton at antineutron ay eksperimento na natuklasan noong 1955 at 1956, ayon sa pagkakabanggit.]

Kaayon ng pag-unlad ng quantum mechanics, nagkaroon ng pag-unlad ng quantum statistics - ang quantum theory ng pag-uugali ng mga pisikal na sistema (sa partikular, macroscopic body) na binubuo ng isang malaking bilang ng mga microparticle. Noong 1924, si S. Bose, na nag-aaplay ng mga prinsipyo ng quantum statistics sa mga photon - mga particle na may spin 1, ay nagmula sa formula ng Planck para sa pamamahagi ng enerhiya sa spectrum ng equilibrium radiation, at nakuha ni Einstein ang formula para sa pamamahagi ng enerhiya para sa isang perpektong gas. ng mga molekula (Bose - Einstein statistics). Noong 1926, ipinakita ng P. A. M. Dirac at E. Fermi na ang hanay ng mga electron (at iba pang magkaparehong mga particle na may spin 1/2), kung saan ang prinsipyo ng Pauli ay wasto, ay sumusunod sa iba pang mga istatistika - Fermi - Dirac statistics. Noong 1940, itinatag ni Pauli ang koneksyon sa pagitan ng spin at statistics.

Ang mga istatistika ng kuwantum ay may malaking papel sa pagbuo ng physics ng condensed matter at, una sa lahat, sa pagbuo ng solid state physics. Sa wikang quantum, ang mga thermal vibrations ng mga atomo ng kristal ay maaaring isaalang-alang bilang isang koleksyon ng isang uri ng "mga partikulo", mas tiyak na quasiparticle - phonon (ipinakilala ni I. E. Tamm noong 1929). Ipinaliwanag ng diskarteng ito, sa partikular, ang pagbaba sa kapasidad ng init ng mga metal (ayon sa batas ng T3) na may pagbaba sa temperatura ng T sa rehiyon ng mababang temperatura, at ipinakita din na ang dahilan para sa paglaban ng elektrikal ng mga metal ay ang pagkalat ng mga electron hindi sa pamamagitan ng mga ions, ngunit higit sa lahat sa pamamagitan ng phonon. Nang maglaon, ipinakilala ang iba pang mga quasiparticle. Ang quasiparticle na paraan ay napatunayang napakaepektibo para sa pag-aaral ng mga katangian ng mga kumplikadong macroscopic system sa isang condensed state.

Noong 1928, ginamit ni A. Sommerfeld ang function ng pamamahagi ng Fermi–Dirac upang ilarawan ang mga proseso ng transportasyon sa mga metal. Nalutas nito ang ilang mga paghihirap ng klasikal na teorya at lumikha ng batayan para sa karagdagang pag-unlad ng teorya ng quantum ng kinetic phenomena (electrical at thermal conductivity, thermoelectric, galvanomagnetic at iba pang mga epekto) sa mga solido, lalo na sa mga metal at semiconductors.
Ayon sa prinsipyo ng Pauli, ang enerhiya ng buong hanay ng mga libreng electron sa isang metal, kahit na sa absolute zero, ay nonzero. Sa isang hindi nasasabik na estado, lahat ng antas ng enerhiya, simula sa zero at nagtatapos sa ilang pinakamataas na antas (antas ng Fermi), ay inookupahan ng mga electron. Ang larawang ito ay nagpapahintulot sa Sommerfeld na ipaliwanag ang maliit na kontribusyon ng mga electron sa kapasidad ng init ng mga metal: kapag pinainit, ang mga electron lamang na malapit sa antas ng Fermi ang nasasabik.

Ang gawain ni F. Bloch, H. A. Bethe at L. Brillouin (1928–34) ay bumuo ng isang teorya ng band energy structure ng mga kristal, na nagbigay ng natural na paliwanag para sa mga pagkakaiba sa mga electrical properties ng dielectrics at metals. Ang inilarawan na diskarte, na tinatawag na one-electron approximation, ay higit na binuo at malawakang ginagamit, lalo na sa semiconductor physics.

Noong 1928, ipinakita ni Ya. I. Frenkel at Heisenberg na ang ferromagnetism ay batay sa interaksyon ng quantum exchange (na sinuri ni Heisenberg noong 1926 gamit ang halimbawa ng helium atom); noong 1932–33 L. Neel at independiyenteng L. D. Landau ay hinulaang antiferromagnetism.
Ang mga pagtuklas ng superconductivity ni Kamerlingh Onnes (1911) at superfluidity ng liquid helium ni P. L. Kapitsa (1938) ay nagpasigla sa pagbuo ng mga bagong pamamaraan sa quantum statistics. Phenomenology. ang teorya ng superfluidity ay itinayo ni Landau (1941); isang karagdagang hakbang ay ang phenomenology, ang teorya ng superconductivity ni Landau at V.L.

Noong 50s ang mga bagong makapangyarihang paraan ng mga kalkulasyon ay binuo sa istatistikal na quantum theory ng maraming-particle system, isa sa mga pinaka-kapansin-pansin na mga nagawa kung saan ay ang paglikha ng microscopic theory ng superconductivity ni J. Bardeen, L. Cooper, J. Schrieffer (USA) at N. N. Bogolyubov (USSR).

Ang mga pagtatangka na bumuo ng pare-parehong quantum theory ng light emission ng mga atom ay humantong sa isang bagong yugto sa pagbuo ng quantum theory - ang paglikha ng quantum electrodynamics (Dirac, 1929).

Sa ika-2 quarter ng ika-20 siglo. Ang isang karagdagang rebolusyonaryong pagbabagong-anyo ng pisika ay naganap, na nauugnay sa kaalaman sa istruktura ng atomic nucleus at ang mga prosesong nagaganap dito at sa paglikha ng pisika ng mga elementarya na particle. Ang pagtuklas ni Rutherford sa atomic nucleus na binanggit sa itaas ay inihanda ng pagtuklas ng radioactivity at radioactive transformations ng mabibigat na atomo noong huling bahagi ng ika-19 na siglo. (A. Becquerel, P. at M. Curie). Sa simula ng ika-20 siglo. natuklasan ang isotopes. Ang mga unang pagtatangka na direktang pag-aralan ang istruktura ng atomic nucleus ay nagsimula noong 1919, nang si Rutherford, sa pamamagitan ng pagbomba ng stable nitrogen nuclei na may ?-particle, ay nakamit ang kanilang artipisyal na pagbabago sa oxygen nuclei. Ang pagtuklas ng neutron noong 1932 ni J. Chadwick ay humantong sa paglikha ng modernong proton-neutron na modelo ng nucleus (D. D. Ivanenko, Heisenberg). Noong 1934, natuklasan ng mag-asawang I. at F. Joliot-Curie ang artificial radioactivity.

Ang paglikha ng mga sisingilin na particle accelerators ay naging posible upang pag-aralan ang iba't ibang mga reaksyong nuklear. Ang pinakamahalagang resulta ng yugtong ito ng Physics ay ang pagtuklas ng fission ng atomic nucleus.

Noong 1939–45, unang inilabas ang enerhiyang nuklear gamit ang 235U fission chain reaction at nilikha ang atomic bomb. Ang kredito para sa paggamit ng kinokontrol na reaksyon ng nuclear fission ng 235U para sa mapayapang mga layuning pang-industriya ay kabilang sa USSR. Noong 1954, ang unang nuclear power plant ay itinayo sa USSR (Obninsk). Nang maglaon, ang mga plantang nuclear power na matipid sa gastos ay itinatag sa maraming bansa.

Noong 1952, isang thermonuclear fusion reaction ang isinagawa (isang nuclear device ang sumabog), at noong 1953 isang hydrogen bomb ang nilikha.
Kasabay ng pisika ng atomic nucleus noong ika-20 siglo. Ang pisika ng elementarya ay nagsimulang umunlad nang mabilis. Una malaking tagumpay sa lugar na ito ay nauugnay sa pag-aaral ng mga cosmic ray. Natuklasan ang mga muon, pi-mesons, K-mesons, at ang unang hyperon. Matapos ang paglikha ng mga high-energy charged particle accelerators, isang sistematikong pag-aaral ng elementarya na mga particle, ang kanilang mga katangian at pakikipag-ugnayan ay nagsimula; Ang pagkakaroon ng dalawang uri ng neutrino ay napatunayan sa eksperimento at maraming mga bagong elementarya na particle ang natuklasan, kabilang ang mga hindi matatag na particle - mga resonance, na ang average na tagal ng buhay ay 10-22-10-24 segundo lamang. Ang natuklasang unibersal na interconvertibility ng elementarya na mga particle ay nagpahiwatig na ang mga particle na ito ay hindi elementarya sa ganap na kahulugan ng salita, ngunit may isang kumplikadong panloob na istraktura na hindi pa natutuklasan. Ang teorya ng elementarya na mga particle at ang kanilang mga pakikipag-ugnayan (malakas, electromagnetic at mahina) ay ang paksa ng quantum field theory - isang teorya na malayo pa sa kumpleto.

III. Mga pangunahing teorya ng pisika

Klasikal na Newtonian na mekanika

Ang pagpapakilala ni Newton ng konsepto ng estado ay may pangunahing kahalagahan para sa lahat ng pilosopiya. Sa una ito ay binuo para sa pinakasimpleng mekanikal na sistema - isang sistema ng mga materyal na puntos. Ang mga batas ni Newton ay direktang may bisa para sa mga materyal na punto. Sa lahat ng kasunod na pisikal na teorya, ang konsepto ng estado ay isa sa mga pangunahing. Ang estado ng isang mekanikal na sistema ay ganap na tinutukoy ng mga coordinate at momenta ng lahat ng mga katawan na bumubuo sa system. Kung ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga katawan na tumutukoy sa kanilang mga acceleration ay kilala, kung gayon mula sa mga halaga ng mga coordinate at impulses sa paunang sandali ng oras, ang mga equation ng paggalaw ng mga mekanika ni Newton (pangalawang batas ni Newton) ay ginagawang posible na hindi malabo na maitatag ang mga halaga ng mga coordinate at impulses sa anumang kasunod na sandali sa oras. Ang mga coordinate at impulses ay ang mga pangunahing dami sa klasikal na mekanika; pag-alam sa kanila, maaaring kalkulahin ng isa ang halaga ng anumang iba pang mekanikal na dami: enerhiya, angular na momentum, atbp. Bagama't sa kalaunan ay naging malinaw na ang Newtonian mechanics ay may limitadong lugar ng aplikasyon, ito ay at nananatiling pundasyon kung wala ang pagtatayo ng ang buong edipisyo ng modernong pisyolohiya ay magiging imposible.

Continuum mechanics

Ang mga gas, likido at solid sa continuum mechanics ay itinuturing na tuluy-tuloy na homogenous na media. Sa halip na mga coordinate at momenta ng mga particle, ang estado ng system ay natatanging nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na function ng mga coordinate (x, y, z) at oras (t): density p (x, y, z, t), pressure P ( x, y, z, t) at hydrodynamic na bilis v (x, y, z, t) kung saan inililipat ang masa. Ang mga equation ng continuum mechanics ay ginagawang posible na maitatag ang mga halaga ng mga function na ito sa anumang kasunod na oras, kung ang kanilang mga halaga sa paunang sandali at ang mga kondisyon ng hangganan ay kilala.

Ang Euler equation na nagkokonekta sa bilis ng daloy ng fluid na may presyon, kasama ang continuity equation na nagpapahayag ng konserbasyon ng matter, ay ginagawang posible upang malutas ang anumang problema sa dynamics ng isang perpektong likido. Sa hydrodynamics ng isang malapot na likido, ang pagkilos ng mga puwersa ng friction at ang impluwensya ng thermal conductivity ay isinasaalang-alang, na humahantong sa pagwawaldas ng mekanikal na enerhiya, at ang continuum mechanics ay tumigil na maging "purong mekanika": ang mga proseso ng thermal ay nagiging makabuluhan. Pagkatapos lamang ng paglikha ng thermodynamics ay nabuo ang isang kumpletong sistema ng mga equation na naglalarawan ng mga mekanikal na proseso sa tunay na gas, likido at solidong mga katawan. Ang paggalaw ng mga electrically conductive na likido at gas ay pinag-aaralan sa magnetohydrodynamics. Ang mga oscillations ng isang nababanat na daluyan at ang pagpapalaganap ng mga alon sa loob nito ay pinag-aralan sa acoustics.

Thermodynamics

Ang buong nilalaman ng thermodynamics ay pangunahing resulta ng dalawang prinsipyo: ang unang prinsipyo - ang batas ng konserbasyon ng enerhiya, at ang pangalawang prinsipyo, kung saan ang irreversibility ng macroscopic na proseso ay sumusunod. Ang mga prinsipyong ito ay nagpapahintulot sa amin na ipakilala ang hindi malabo na mga function ng estado: panloob na enerhiya at entropy. Sa mga saradong sistema, ang panloob na enerhiya ay nananatiling hindi nagbabago, at ang entropy ay napanatili lamang sa panahon ng equilibrium (nababaligtad) na mga proseso. Sa panahon ng hindi maibabalik na mga proseso, tumataas ang entropy, at ang paglaki nito ay lubos na sumasalamin sa isang tiyak na direksyon ng mga prosesong macroscopic sa kalikasan. Sa thermodynamics, ang mga pangunahing dami na tumutukoy sa estado ng isang sistema - mga thermodynamic parameter - ay, sa pinakasimpleng kaso, presyon, dami at temperatura. Ang koneksyon sa pagitan ng mga ito ay ibinibigay ng thermal equation ng estado (at ang pag-asa ng enerhiya sa dami at temperatura ay ibinibigay ng caloric equation ng estado). Ang pinakasimpleng thermal equation ng estado ay ang equation ng estado ng isang ideal na gas (Clapeyron equation).

Sa klasikal na thermodynamics, pinag-aaralan ang mga estado ng thermal equilibrium at equilibrium (walang hanggan mabagal) na proseso. Ang oras ay hindi bahagi ng mga pangunahing equation. Kasunod nito (simula sa 30s ng ika-20 siglo) ang thermodynamics ng mga prosesong hindi balanse ay nilikha. Sa teoryang ito, ang estado ay tinutukoy sa pamamagitan ng density, presyon, temperatura, entropy at iba pang mga dami (mga lokal na thermodynamic parameter), na itinuturing bilang mga function ng mga coordinate at oras. Para sa kanila, ang mga equation ng mass, energy, at momentum transfer ay nakasulat, na naglalarawan sa ebolusyon ng estado ng system sa paglipas ng panahon (diffusion at thermal conductivity equation, Navier–Stokes equation). Ang mga equation na ito ay nagpapahayag ng lokal (i.e., valid para sa isang ibinigay na infinitesimal volume element) ng mga batas sa konserbasyon ng ipinahiwatig na pisikal. dami

Statistical physics (statistical mechanics)

Sa klasikal na statistical mechanics, sa halip na tukuyin ang mga coordinate ri at momenta pi ng mga particle ng system, ang distribution function ng mga particle sa mga coordinate at momenta, f (ri, pi,..., rN, pN, t), ay tinukoy , na may kahulugan ng probability density ng pag-detect ng mga naobserbahang halaga ng mga coordinate at momenta sa ilang maliliit na agwat sa isang takdang oras t (N ang bilang ng mga particle sa system). Ang distribution function f ay nakakatugon sa equation ng motion (Liouville equation), na may anyo ng continuity equation sa espasyo ng lahat ng r at pi (i.e., sa phase space).

Ang Liouville equation ay natatanging tinutukoy ang f sa anumang kasunod na oras batay sa ibinigay na halaga nito sa unang sandali, kung ang enerhiya ng interaksyon sa pagitan ng mga particle ng system ay kilala. Ang pagpapaandar ng pamamahagi ay nagpapahintulot sa iyo na kalkulahin ang mga average na halaga ng mga densidad ng bagay, enerhiya, momentum at kanilang mga flux, pati na rin ang kanilang mga paglihis mula sa average na mga halaga - pagbabagu-bago. Ang equation na naglalarawan sa ebolusyon ng distribution function para sa isang gas ay unang nakuha ni Boltzmann (1872) at tinawag na Boltzmann kinetic equation.

Nakakuha si Gibbs ng expression para sa distribution function ng isang arbitrary system sa equilibrium na may thermostat (canonical Gibbs distribution). Ang pagpapaandar na ito ng pamamahagi ay nagbibigay-daan sikat na ekspresyon enerhiya bilang isang function ng mga coordinate at momenta ng mga particle (Hamilton's function) kalkulahin ang lahat ng thermodynamic potensyal, na kung saan ay ang paksa ng istatistika thermodynamics.

Ang mga prosesong nagmumula sa mga sistemang inalis mula sa isang estado ng thermodynamic equilibrium ay hindi maibabalik at pinag-aaralan sa istatistikal na teorya ng mga prosesong hindi balanse (ang teoryang ito, kasama ang thermodynamics ng mga prosesong hindi balanse, ay bumubuo ng mga pisikal na kinetika). Sa prinsipyo, kung alam ang function ng pamamahagi, posibleng matukoy ang anumang mga macroscopic na dami na nagpapakilala sa isang sistema sa isang estado na hindi balanse at sinusubaybayan ang kanilang mga pagbabago sa espasyo sa paglipas ng panahon.

Upang kalkulahin ang mga pisikal na dami na nagpapakilala sa system (average na densidad ng bilang ng mga particle, enerhiya at momentum), hindi kinakailangan ang kaalaman sa kumpletong function ng pamamahagi. Ang mas simpleng mga function ng pamamahagi ay sapat: solong-particle, na nagbibigay ng average na bilang ng mga particle na may ibinigay na mga halaga ng mga coordinate at momenta, at dalawang-particle, na tinutukoy ang mutual na impluwensya (correlation) ng dalawang particle. Ang pangkalahatang pamamaraan para sa pagkuha ng mga equation para sa naturang mga function ay binuo (sa 40s ng ika-20 siglo) ni Bogolyubov, Born, G. Green (English physicist) at iba pa para sa isang single-particle distribution function, ang pagtatayo nito ay posible para sa mga gas na may mababang density, ay tinatawag na kinetic. Kabilang dito ang Boltzmann kinetic equation. Mga uri ng Boltzmann equation para sa ionized gas (plasma) - kinetic equation ng Landau at A. A. Vlasov (30–40s ng ika-20 siglo).

Sa nakalipas na mga dekada, ang pananaliksik sa plasma ay naging lalong mahalaga. Sa kapaligirang ito, ang pangunahing papel ay ginagampanan ng mga electromagnetic na pakikipag-ugnayan ng mga sisingilin na mga particle, at tanging ang istatistikal na teorya, bilang panuntunan, ang makakasagot sa iba't ibang mga katanungan na may kaugnayan sa pag-uugali ng plasma. Sa partikular, pinapayagan nito ang isa na pag-aralan ang katatagan ng mataas na temperatura ng plasma sa isang panlabas na electromagnetic field. Ang problemang ito ay lubhang may kaugnayan sa problema ng kinokontrol na thermonuclear fusion.

Electrodynamics

Ang estado ng electromagnetic field sa teorya ni Maxwell ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang pangunahing vectors: electric field strength E at magnetic induction B, na mga function ng mga coordinate at oras. Ang mga electromagnetic na katangian ng isang sangkap ay tinukoy sa pamamagitan ng tatlong dami: dielectric constant?, magnetic permeability (at partikular na electrical conductivity?), na dapat matukoy sa eksperimento Para sa mga vectors E at B at mga nauugnay na auxiliary vectors ng electrical induction D at magnetic field strength H , ang isang sistema ng mga linear na equation ay nakasulat na may mga partial derivatives - Ang mga equation ni Maxwell ay naglalarawan ng ebolusyon ng electromagnetic na patlang mula sa mga halaga ng mga katangian ng field sa paunang sandali ng oras sa loob ng isang tiyak na dami at mula sa mga kondisyon ng hangganan sa ibabaw ng volume na ito, ang E at B ay maaaring matagpuan sa anumang kasunod na oras na tinutukoy ng mga vector na ito ang puwersang kumikilos sa isang sisingilin na particle na gumagalaw sa isang tiyak na bilis sa isang electromagnetic field (Lorentz force).
Ang tagapagtatag ng elektronikong teorya, si Lorentz, ay bumuo ng mga equation na naglalarawan ng elementarya na mga prosesong electromagnetic. Ang mga equation na ito, na tinatawag na Lorentz–Maxwell equation, ay nag-uugnay sa paggalaw ng mga indibidwal na may charge na particle sa electromagnetic field na kanilang nilikha.

Batay sa mga ideya tungkol sa discreteness ng mga electric charge at equation para sa elementarya na electromagnetic na proseso, posibleng palawigin ang mga pamamaraan ng statistical mechanics sa electromagnetic na proseso sa matter. Ginawang posible ng teoryang elektroniko na ihayag ang pisikal na kahulugan ng mga katangiang electromagnetic ng bagay?, ?, ? at ginawang posible na kalkulahin ang mga halaga ng mga dami na ito depende sa dalas, temperatura, presyon, atbp.

Partikular (espesyal) teorya ng relativity. Relativistikong mekanika

Ang bahagyang teorya ng relativity - isang pisikal na teorya tungkol sa espasyo at oras sa kawalan ng gravitational field - ay batay sa dalawang postulates: ang prinsipyo ng relativity at ang pagsasarili ng bilis ng liwanag mula sa paggalaw ng pinagmulan. Ayon sa prinsipyo ng relativity ni Einstein, anumang pisikal na phenomena - mekanikal, optical, thermal, atbp. – sa lahat ng inertial reference system sa ilalim ng parehong mga kundisyon ay nagpapatuloy sila sa parehong paraan. Nangangahulugan ito na ang uniporme at linear na paggalaw ng system ay hindi nakakaapekto sa kurso ng mga proseso sa loob nito. Ang lahat ng mga inertial na sistema ng sanggunian ay pantay-pantay (walang solong, "ganap na nakapahinga" na sistema ng sanggunian, tulad ng walang ganap na espasyo at oras). Samakatuwid, ang bilis ng liwanag sa vacuum ay pareho sa lahat ng inertial frames of reference. Mula sa dalawang postulate na ito ay sinusunod ang mga pagbabagong-anyo ng mga coordinate at oras kapag lumilipat mula sa isang inertial system patungo sa isa pa - ang Lorentz transformation. Mula sa mga pagbabagong Lorentz, ang mga pangunahing epekto ng bahagyang teorya ng relativity ay nakuha: ang pagkakaroon ng isang limitadong bilis na kasabay ng bilis ng liwanag sa isang vacuum c (anumang katawan ay hindi maaaring gumalaw sa bilis na lumampas sa c, at c ay ang maximum bilis ng paghahatid ng anumang mga pakikipag-ugnayan); relativity ng simultaneity (ang mga kaganapan na sabay-sabay sa isang inertial frame of reference ay, sa pangkalahatan, hindi sabay-sabay sa isa pa); pagpapabagal sa daloy ng oras at pagbabawas ng longitudinal - sa direksyon ng paggalaw - mga sukat ng katawan (lahat ng pisikal na proseso sa isang katawan na gumagalaw nang may bilis v na may kaugnayan sa ilang inertial frame of reference ay nagpapatuloy nang ilang beses na mas mabagal kaysa sa parehong mga proseso sa isang naibigay na inertial frame, at bumaba sa parehong halaga ng mga longitudinal na sukat ng katawan). Mula sa pagkakapantay-pantay ng lahat ng inertial reference system ay sumusunod na ang mga epekto ng time dilation at pagbawas sa laki ng mga katawan ay hindi ganap, ngunit kamag-anak, depende sa reference system.

Ang mga batas ng mekanika ni Newton ay huminto sa pagiging wasto sa mataas (maihahambing sa bilis ng liwanag) na bilis ng paggalaw. Kaagad pagkatapos ng paglikha ng teorya ng relativity, ang relativistic equation ng paggalaw ay natagpuan na pangkalahatan ang mga equation ng paggalaw ng Newtonian mechanics. Ang mga equation na ito ay angkop para sa paglalarawan ng paggalaw ng mga particle na may mga bilis na malapit sa bilis ng liwanag. Eksklusibo mahalaga Para sa pisika, dalawang kahihinatnan ng relativistic mechanics ang nakuha: ang pagdepende ng particle mass sa velocity at ang unibersal na koneksyon sa pagitan ng enerhiya at masa (tingnan ang Relativity theory).

Sa mataas na bilis ng paggalaw, ang anumang pisikal na teorya ay dapat matugunan ang mga kinakailangan ng teorya ng relativity, iyon ay, maging relativistically invariant. Tinutukoy ng mga batas ng teorya ng relativity ang mga pagbabago sa panahon ng paglipat mula sa isang inertial reference system patungo sa isa pa, hindi lamang ng mga coordinate at oras, kundi pati na rin ng anumang pisikal na dami. Ang teoryang ito ay sumusunod mula sa mga prinsipyo ng invariance, o simetrya sa pisika (tingnan ang Symmetry sa physics).

Pangkalahatang teorya ng relativity (teorya ng grabidad)

Sa apat na uri ng pangunahing pakikipag-ugnayan - gravitational, electromagnetic, malakas at mahina - gravitational interaction, o gravitational forces, ang unang natuklasan. Sa loob ng mahigit dalawang daang taon, walang pagbabagong ginawa sa pangunahing teorya ng grabidad na binuo ni Newton. Halos lahat ng mga kahihinatnan ng teorya ay ganap na sumasang-ayon sa karanasan.

Sa ika-2 dekada ng ika-20 siglo. Ang klasikal na teorya ng grabidad ay binago ni Einstein. Ang teorya ng gravity ni Einstein, hindi tulad ng lahat ng iba pang mga teorya, ay nilikha nang walang nagpapasiglang papel ng mga bagong eksperimento, sa pamamagitan ng lohikal na pag-unlad ng prinsipyo ng relativity na may kaugnayan sa mga pakikipag-ugnayan ng gravitational, at tinawag na pangkalahatang teorya ng relativity. Muling binigyang-kahulugan ni Einstein ang katotohanan ng pagkakapantay-pantay ng gravitational at inertial na masa, na itinatag ni Galileo (tingnan ang Misa). Ang pagkakapantay-pantay na ito ay nangangahulugan na ang gravity ay yumuko sa mga landas ng lahat ng mga katawan sa parehong paraan. Samakatuwid, ang gravity ay maaaring ituring bilang isang curvature ng space-time mismo. Ang teorya ni Einstein ay nagsiwalat ng malalim na koneksyon sa pagitan ng geometry ng space-time at ang pamamahagi at paggalaw ng masa. Mga bahagi ng tinatawag na metric tensor, na nagpapakilala sa sukatan ng space-time, ay sabay-sabay na potensyal ng gravitational field, ibig sabihin, tinutukoy nila ang estado ng gravitational field. Ang gravitational field ay inilalarawan ng mga nonlinear equation ni Einstein. Sa mahinang field approximation, ipinahihiwatig nila ang pagkakaroon ng gravitational waves, na hindi pa natutukoy sa eksperimentong paraan (tingnan ang Gravitational radiation).

Ang mga puwersa ng gravitational ay ang pinakamahina sa mga pangunahing pwersa sa kalikasan. Para sa mga proton, ang mga ito ay humigit-kumulang 1036 beses na mas mahina kaysa sa mga electromagnetic. Sa modernong teorya ng elementarya na mga particle, ang mga puwersa ng gravitational ay hindi isinasaalang-alang, dahil naniniwala sila na hindi sila gumaganap ng isang mahalagang papel. Ang papel ng mga puwersa ng gravitational ay nagiging mapagpasyahan sa mga pakikipag-ugnayan ng mga katawan na kasing laki ng cosmic; tinutukoy din nila ang istruktura at ebolusyon ng Uniberso.

Ang teorya ng gravity ni Einstein ay humantong sa mga bagong ideya tungkol sa ebolusyon ng Uniberso. Sa kalagitnaan ng 20s. Natagpuan ni A. A. Friedman ang isang hindi nakatigil na solusyon sa mga equation ng gravitational field na tumutugma sa lumalawak na Uniberso. Ang konklusyong ito ay nakumpirma ng mga obserbasyon ni E. Hubble, na natuklasan ang batas ng red shift para sa mga kalawakan (ibig sabihin, ang mga distansya sa pagitan ng anumang mga kalawakan ay tumataas sa paglipas ng panahon). Sinabi ni Dr. Ang isang halimbawa ng hula ng teorya ay ang posibilidad ng walang limitasyong compression ng mga bituin na may sapat na malaking masa (higit sa 2-3 solar masa) na may pagbuo ng tinatawag na. "mga itim na butas". Mayroong ilang mga indikasyon (mga obserbasyon ng double star - discrete sources ng X-ray) sa pagkakaroon ng naturang mga bagay.

Ang pangkalahatang teorya ng relativity, tulad ng quantum mechanics, ay ang mga dakilang teorya ng ika-20 siglo. Ang lahat ng naunang teorya, kabilang ang espesyal na teorya ng relativity, ay karaniwang inuuri bilang klasikal na pisika (kung minsan ang klasikal na pisika ay tinatawag na lahat ng non-quantum physics).

Quantum mechanics

Ang estado ng isang microobject sa quantum mechanics ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang wave function?. Ang wave function ay may istatistikal na kahulugan (Born, 1926): kinakatawan nito ang probability amplitude, i.e. ang square ng modulus nito, ???2, ay ang probability density ng paghahanap ng particle sa isang partikular na estado. Sa coordinate representation? = ?(x, y, z, t) at ang value na ???2?x?y?z ay tumutukoy sa posibilidad na ang mga coordinate ng particle sa oras t ay nasa loob ng maliit na volume?x?y?z malapit sa punto na may mga coordinate x, y, z. Ang ebolusyon ng estado ng isang quantum system ay natatanging tinutukoy gamit ang Schrödinger equation.
Ang wave function ay nagbibigay ng kumpletong paglalarawan ng estado. Alam?, maaaring kalkulahin ng isa ang posibilidad ng isang tiyak na halaga ng anumang pisikal na dami na nauugnay sa isang particle (o sistema ng mga particle) at ang average na mga halaga ng lahat ng mga pisikal na dami na ito. Ang mga istatistikal na pamamahagi ng mga coordinate at momentum ay hindi independyente, kung saan sumusunod na ang coordinate at momentum ng isang particle ay hindi maaaring magkasabay na magkaroon ng eksaktong mga halaga (prinsipyo ng kawalan ng katiyakan ng Heisenberg); ang kanilang mga scatters ay nauugnay sa kaugnayan ng kawalan ng katiyakan. Ang kawalan ng katiyakan na relasyon ay may hawak din para sa enerhiya at oras.

Sa quantum mechanics, angular momentum, projection nito, pati na rin ang enerhiya kapag gumagalaw sa isang limitadong rehiyon ng espasyo ay maaari lamang tumagal ng ilang discrete value. Ang mga posibleng halaga ng pisikal na dami ay ang eigenvalues ​​ng mga operator, na sa quantum mechanics ay nauugnay sa bawat pisikal na dami. Ang isang pisikal na dami ay tumatagal sa isang tiyak na halaga na may posibilidad na katumbas ng isa lamang kung ang sistema ay nasa isang estado na kinakatawan ng eigenfunction ng kaukulang operator.
Quantum mechanics ng Schrödinger - Hindi natutugunan ni Heisenberg ang mga kinakailangan ng teorya ng relativity, ibig sabihin, hindi ito relativistic. Naaangkop ito upang ilarawan ang paggalaw ng mga elementarya na particle at ang mga sistema na bumubuo sa mga ito sa bilis na mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag.
Sa tulong ng quantum mechanics, ang teorya ng mga atom ay itinayo, ang kemikal na bono ay ipinaliwanag, kabilang ang likas na katangian ng covalent chemical bond; sa parehong oras, ang pagkakaroon ng isang tiyak na pakikipag-ugnayan ng palitan ay natuklasan - isang purong quantum effect na walang analogue sa classical na Physics Ang enerhiya ng Exchange ay gumaganap ng isang malaking papel sa pagbuo ng mga covalent bond kapwa sa mga molekula at sa mga kristal, pati na rin sa. ang phenomena ng ferromagnetism at antiferromagnetism. Ang enerhiya na ito ay mahalaga sa intranuclear interaksyon.
Ang mga prosesong nuklear tulad ng β decay ay maipapaliwanag lamang gamit ang quantum effect ng mga particle na dumadaan sa isang potensyal na hadlang (tingnan ang Tunnel effect).

Ang isang quantum theory ng scattering ay binuo (tingnan ang Scattering of microparticles), na humahantong sa makabuluhang pagkakaiba sa mga resulta kaysa sa klasikal na teorya ng scattering. Sa partikular, lumabas na sa mga banggaan ng mabagal na neutron na may nuclei, ang cross section ng pakikipag-ugnayan ay daan-daang beses na mas malaki kaysa sa mga nakahalang na sukat ng mga nagbabanggaan na mga particle. Ito ay pinakamahalaga para sa nuclear power.

Sa batayan ng quantum mechanics, isang band theory ng solids ang binuo.

Mula sa quantum theory ng stimulated emission, na nilikha ni Einstein noong 1917, noong 50s. Ang isang bagong sangay ng radiophysics ay lumitaw: ang henerasyon at pagpapalakas ng mga electromagnetic wave gamit ang mga quantum system ay isinagawa. N. G. Basov, A. M. Prokhorov at nang nakapag-iisa C. Townes ay lumikha ng microwave quantum generator (maser), na gumamit ng stimulated emission ng excited molecules. Noong 60s. isang laser ang nilikha - isang quantum generator ng electromagnetic waves sa nakikitang wavelength range (tingnan ang Quantum electronics).

Quantum statistics

Tulad ng, sa batayan ng mga klasikal na batas ng paggalaw ng mga indibidwal na particle, isang teorya ng pag-uugali ng isang malaking koleksyon ng mga ito ay binuo - mga klasikal na istatistika, ang mga istatistika ng quantum ay itinayo batay sa mga quantum na batas ng paggalaw ng mga particle. Inilalarawan ng huli ang pag-uugali ng mga macroscopic na bagay sa kaso kapag ang mga klasikal na mekanika ay hindi naaangkop upang ilarawan ang paggalaw ng mga particle na bumubuo sa kanila. Sa kasong ito, ang mga katangian ng kabuuan ng mga micro-object ay malinaw na ipinakita sa mga katangian ng mga macroscopic na katawan.

Ang mathematical apparatus ng quantum statistics ay malaki ang pagkakaiba sa apparatus ng classical statistics, dahil, gaya ng nabanggit sa itaas, ang ilang pisikal na dami sa quantum mechanics ay maaaring tumagal sa discrete values. Ngunit ang nilalaman ng istatistikal na teorya ng ekwilibriyo ay nagsasaad mismo ay hindi sumailalim sa malalim na pagbabago. Sa quantum statistics, tulad ng sa pangkalahatan sa quantum theory ng mga sistema ng maraming particle, ang prinsipyo ng pagkakakilanlan ng magkaparehong particle ay gumaganap ng mahalagang papel (tingnan ang Identity principle). Sa mga klasikal na istatistika, tinatanggap na ang muling pagsasaayos ng dalawang magkapareho (magkapareho) na mga particle ay nagbabago sa estado. Sa quantum statistics, hindi nagbabago ang estado ng system sa ganitong pagbabago. Kung ang mga particle (o quasiparticle) ay may integer spin (tinatawag silang boson), kung gayon ang anumang bilang ng mga particle ay maaaring nasa parehong quantum state. Ang mga sistema ng naturang mga particle ay inilarawan ng mga istatistika ng Bose–Einstein. Para sa anumang mga particle (quasiparticle) na may half-integer spin (fermions), ang prinsipyo ng Pauli ay wasto, at ang mga sistema ng mga particle na ito ay inilalarawan ng mga istatistika ng Fermi-Dirac.

Ginawang posible ng mga istatistika ng quantum na patunayan ang teorama ni Nernst (ang ikatlong batas ng thermodynamics) - ang pagkahilig ng entropy sa zero sa ganap na temperatura T? 0.

Ang quantum statistical theory ng mga proseso ng ekwilibriyo ay itinayo sa parehong kumpletong anyo gaya ng klasikal. Ang mga pundasyon ng quantum statistical theory ng nonequilibrium na mga proseso ay inilatag din. Ang equation na naglalarawan ng mga prosesong nonequilibrium sa isang quantum system at tinatawag na basic kinetic equation ay nagbibigay-daan, sa prinsipyo, na subaybayan ang pagbabago sa oras ng probability distribution sa mga quantum states ng system.

Quantum field theory (QFT)

Ang susunod na yugto sa pagbuo ng quantum theory ay ang pagpapalawig ng mga prinsipyo ng quantum sa mga sistema. isang walang katapusang bilang ng mga antas ng kalayaan (pisikal na mga patlang) at isang paglalarawan ng mga proseso ng kapanganakan at pagbabagong-anyo ng mga particle - humantong sa QFT, na pinaka-ganap na sumasalamin sa pangunahing pag-aari ng kalikasan - wave-particle duality.

Sa QFT, ang mga particle ay inilalarawan gamit ang quantized field, na isang set ng mga operator para sa paglikha at pagsipsip ng mga particle sa iba't ibang quantum states. Ang pakikipag-ugnayan ng mga quantized na mga patlang ay humahantong sa iba't ibang mga proseso ng paglabas, pagsipsip at pagbabago ng mga particle. Ang anumang proseso sa QFT ay itinuturing na pagkasira ng ilang mga particle sa ilang mga estado at ang hitsura ng iba sa mga bagong estado.

Sa una, ang QFT ay itinayo na may kaugnayan sa pakikipag-ugnayan ng mga electron, positron at photon (quantum electrodynamics). Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga sisingilin na particle, ayon sa quantum electrodynamics, ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagpapalitan ng mga photon, at ang electric charge ng particle ay isang pare-pareho na nagpapakilala sa koneksyon sa pagitan ng larangan ng mga sisingilin na particle at ng electromagnetic field (field ng mga photon).

Ang mga ideyang pinagbabatayan ng quantum electrodynamics ay ginamit noong 1934 ni E. Fermi upang ilarawan ang mga proseso ng beta decay ng radioactive atomic nuclei gamit ang isang bagong uri ng pakikipag-ugnayan (na, sa paglaon, ay isang espesyal na kaso ng tinatawag na mahina na pakikipag-ugnayan. ). Sa mga proseso ng pagkabulok ng beta ng elektron, ang isa sa mga neutron ng nucleus ay nagiging isang proton at sa parehong oras ang isang electron at isang electron antineutrino ay ibinubuga. Ayon sa QFT, ang ganitong proseso ay maaaring katawanin bilang resulta ng contact interaction (interaksyon sa isang punto) ng quantized field na tumutugma sa apat na particle na may spin 1/2: proton, neutron, electron at antineutrino (i.e. four-fermion interaction).

Ang isang karagdagang mabungang aplikasyon ng mga ideya ng QFT ay ang hypothesis ni H. Yukawa (1935) tungkol sa pagkakaroon ng interaksyon sa pagitan ng larangan ng mga nucleon (proton at neutron) at ng larangan ng mga meson (hindi pa natutuklasan ng eksperimental noong panahong iyon). Ang mga puwersang nuklear sa pagitan ng mga nucleon, ayon sa hypothesis na ito, ay lumitaw bilang isang resulta ng pagpapalitan ng mga nucleon ng mga meson, at ang maikling-saklaw na katangian ng mga puwersang nuklear ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang medyo malaking rest mass sa mga meson. Ang mga meson na may mga hinulaang katangian (pi-mesons) ay natuklasan noong 1947, at ang kanilang pakikipag-ugnayan sa mga nucleon ay naging isang partikular na pagpapakita ng malakas na pakikipag-ugnayan.

Ang QFT ay, samakatuwid, ang batayan para sa paglalarawan ng mga elementarya na pakikipag-ugnayan na umiiral sa kalikasan: electromagnetic, malakas at mahina. Kasabay nito, ang mga pamamaraan ng QFT ay nakahanap ng malawak na aplikasyon sa teorya ng solids, plasma, at atomic nuclei, dahil maraming mga proseso sa media na ito ang nauugnay sa paglabas at pagsipsip ng iba't ibang uri ng elementary excitations - quasiparticle (phonons, spin waves, atbp. .).

Dahil sa walang katapusang bilang ng mga antas ng kalayaan ng field, ang pakikipag-ugnayan ng mga particle - field quanta - ay humahantong sa mga paghihirap sa matematika na hindi pa ganap na nagtagumpay. Gayunpaman, sa teorya ng mga pakikipag-ugnayan ng electromagnetic, ang anumang problema ay maaaring malutas nang humigit-kumulang, dahil Ang pakikipag-ugnayan ay maaaring isaalang-alang bilang isang maliit na kaguluhan ng libreng estado ng mga particle (dahil sa liit ng walang sukat na pare-pareho? 1/137, na nagpapakilala sa intensity ng electromagnetic na pakikipag-ugnayan). Ang teorya ng lahat ng mga epekto sa quantum electrodynamics ay ganap na sumasang-ayon sa eksperimento. Gayunpaman, ang sitwasyon sa teoryang ito ay hindi maituturing na paborable, dahil Para sa ilang pisikal na dami (mass, electric charge), ang mga kalkulasyon gamit ang perturbation theory ay nagbubunga ng walang katapusang mga expression (divergences). Sila ay hindi kasama gamit dahil pamamaraan ng renormalization, na binubuo sa pagpapalit ng walang katapusang malalaking halaga para sa masa at singil ng isang particle sa kanilang mga sinusunod na halaga. Ang isang malaking kontribusyon sa pagbuo ng quantum electrodynamics ay ginawa (sa huling bahagi ng 40s) ni S. Tomonaga, R. Feynman, at J. Schwinger.

Nang maglaon sinubukan nilang ilapat ang mga pamamaraan na binuo sa quantum electrodynamics upang kalkulahin ang mga proseso ng mahina at malakas (nuclear) na pakikipag-ugnayan, ngunit maraming mga problema ang nakatagpo dito.

Ang mahinang pakikipag-ugnayan ay likas sa lahat ng elementarya na particle maliban sa photon. Nakikita nila ang kanilang mga sarili sa pagkabulok ng karamihan sa mga elementarya na particle at sa ilan pa nilang pagbabago. Ang pare-pareho ng mahina na pakikipag-ugnayan, na tumutukoy sa intensity ng mga proseso na dulot ng mga ito, ay nagdaragdag sa pagtaas ng enerhiya ng butil.

Matapos ang eksperimento na itinatag na katotohanan ng hindi pag-iingat ng spatial parity sa mahinang proseso ng pakikipag-ugnayan (1956), ang tinatawag na isang unibersal na teorya ng mahinang pakikipag-ugnayan, malapit sa teorya ng Fermi ng β-decay. Gayunpaman, hindi tulad ng quantum electrodynamics, hindi pinahintulutan ng teoryang ito ang pagkalkula ng mga pagwawasto sa mas matataas na pagkakasunud-sunod ng teorya ng perturbation, ibig sabihin, ang teorya ay naging di-renormalizable. Sa pagtatapos ng 60s. Ang mga pagtatangka ay ginawa upang bumuo ng isang renormalizable teorya ng mahina na pakikipag-ugnayan. Ang tagumpay ay nakamit batay sa tinatawag na. gauge theories. Isang pinag-isang modelo ng mahina at electromagnetic na pakikipag-ugnayan ay nilikha. Sa modelong ito, kasama ang photon - ang carrier ng electromagnetic na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga sisingilin na particle, dapat mayroong mga carrier ng mahina na pakikipag-ugnayan - ang tinatawag na. intermediate vector boson. Ipinapalagay na ang intensity ng pakikipag-ugnayan ng mga intermediate boson sa iba pang mga particle ay kapareho ng sa mga photon. Dahil ang radius ng mahina na pakikipag-ugnayan ay napakaliit (mas mababa sa 10-15 cm), kung gayon, ayon sa mga batas ng quantum theory, ang masa ng mga intermediate boson ay dapat na napakalaki: ilang sampu ng proton masa. Ang mga particle na ito ay hindi pa natukoy sa eksperimento. Dapat umiral ang parehong naka-charge (W- at W+) at neutral (Z0). Noong 1973, ang mga proseso ay eksperimento na naobserbahan na tila maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga neutral na intermediate boson. Gayunpaman, ang bisa ng bagong pinag-isang teorya ng electromagnetic at mahina na pakikipag-ugnayan ay hindi maituturing na napatunayan.

Ang mga kahirapan sa paglikha ng isang teorya ng malakas na pakikipag-ugnayan ay dahil sa ang katunayan na, dahil sa malaking pagkabit na pare-pareho, ang mga pamamaraan ng teorya ng perturbation ay hindi naaangkop dito. Bilang resulta nito, at dahil din sa pagkakaroon ng napakalaking pang-eksperimentong materyal na nangangailangan ng teoretikal na paglalahat, mga pamamaraan batay sa pangkalahatang mga prinsipyo quantum field theory - relativistic invariance, locality of interaction (ibig sabihin ang katuparan ng causality condition; tingnan ang Causality principle), atbp. Kabilang dito ang paraan ng dispersion relations at ang axiomatic method (tingnan ang Quantum field theory). Ang axiomatic na diskarte ay ang pinakapangunahing, ngunit hindi pa nagbibigay ng sapat na bilang ng mga kongkretong resulta na nagpapahintulot sa pang-eksperimentong pag-verify. Ang pinakadakilang praktikal na tagumpay sa teorya ng malakas na pakikipag-ugnayan ay nakamit sa pamamagitan ng paggamit ng mga prinsipyo ng simetrya.
Ang mga pagtatangka ay ginagawa upang bumuo ng isang pinag-isang teorya ng mahina, electromagnetic at malakas na pakikipag-ugnayan (katulad ng gauge theories).

Mga prinsipyo ng simetriya at mga batas sa konserbasyon

Ginagawang posible ng mga pisikal na teorya na matukoy ang pag-uugali nito sa hinaharap batay sa paunang estado ng isang bagay. Ang mga prinsipyo ng simetrya (o invariance) ay pangkalahatan sa kalikasan; Ang simetrya ng mga batas ng F. na may paggalang sa isang tiyak na pagbabago ay nangangahulugan na ang mga batas na ito ay hindi nagbabago kapag isinasagawa ang pagbabagong ito. Samakatuwid, ang mga prinsipyo ng simetrya ay maaaring maitatag sa batayan ng mga kilalang pisikal na agham. mga batas. Sa kabilang banda, kung ang isang teorya ng anumang pisikal na phenomena ay hindi pa nagagawa, ang mga natuklasang simetrya sa eksperimento ay gumaganap ng isang heuristic na papel sa pagbuo ng teorya. Samakatuwid ang espesyal na kahalagahan ng mga eksperimento na itinatag na mga simetriko ng malakas na nakikipag-ugnayan sa elementarya na mga particle - mga hadron, ang teorya kung saan, tulad ng nabanggit na, ay hindi pa nabuo.

May mga pangkalahatang simetriya na wasto para sa lahat ng pisikal na batas, para sa lahat ng uri ng pakikipag-ugnayan, at tinatayang mga simetriko na valid lang para sa isang partikular na hanay ng mga pakikipag-ugnayan o kahit isang uri ng pakikipag-ugnayan. Kaya, mayroong isang hierarchy ng mga prinsipyo ng simetrya. Ang mga simetriko ay nahahati sa espasyo-oras, o geometriko, at panloob na mga simetriko, na naglalarawan sa mga partikular na katangian ng elementarya na mga particle. Ang mga batas sa konserbasyon ay nauugnay sa mga simetriko. Para sa tuluy-tuloy na pagbabago, ang koneksyon na ito ay itinatag noong 1918 ni E. Noether batay sa pinaka-pangkalahatang pagpapalagay tungkol sa mathematical apparatus ng teorya (tingnan ang Noether's theorem, Conservation laws).

Ang mga simetriko ng mga pisikal na batas na may paggalang sa mga sumusunod na tuluy-tuloy na pagbabago sa espasyo-oras ay may bisa para sa lahat ng uri ng pakikipag-ugnayan: paglilipat at pag-ikot ng pisikal na sistema sa kabuuan sa espasyo, pagbabago sa oras (mga pagbabago sa pinagmulan ng oras). Ang invariance (immutability) ng lahat ng pisikal na batas na may kinalaman sa mga pagbabagong ito ay sumasalamin, ayon sa pagkakabanggit, ang homogeneity at isotropy ng espasyo at ang homogeneity ng oras. Kaugnay ng mga simetriyang ito ay (ayon sa pagkakabanggit) ang mga batas ng konserbasyon ng momentum, angular momentum at enerhiya. Kasama rin sa mga pangkalahatang symmetries ang invariance na may kinalaman sa mga pagbabagong-anyo ng Lorentz at mga pagbabagong-anyo ng gauge (sa unang uri) - pagpaparami ng function ng wave sa tinatawag na. isang phase factor na hindi nagbabago sa square ng modulus nito (ang huling symmetry ay nauugnay sa mga batas ng konserbasyon ng electric, baryon at lepton charges), at ilang iba pa.
Mayroon ding mga simetriko na tumutugma sa mga discrete transformations: pagbaliktad ng tanda ng oras (tingnan ang Time reversal), spatial inversion (ang tinatawag na mirror symmetry of nature), charge conjugation. Batay sa tinatayang simetrya ng SU (3) (tingnan ang Malakas na pakikipag-ugnayan), ang M. Gell-Man (1962) ay lumikha ng isang taxonomy ng mga hadron, na naging posible upang mahulaan ang pagkakaroon ng ilang elementarya na mga particle na kalaunan ay natuklasan sa eksperimentong paraan.

Ang mga sistematiko ng mga hadron ay maaaring ipaliwanag kung ipinapalagay natin na ang lahat ng mga hadron ay "itinayo" mula sa isang maliit na bilang (sa pinakakaraniwang bersyon, tatlo) pangunahing mga particle - quark at kaukulang antiparticle - antiquark. Mayroong iba't ibang mga modelo ng quark ng mga hadron, ngunit ang mga libreng quark ay hindi pa natukoy sa eksperimento. Noong 1975–76, dalawang bagong malakas na nakikipag-ugnayan na mga particle (?1 at?2) ang natuklasan na may mga masa na lampas sa triple ang masa ng isang proton at mga lifetime na 10-20 at 10-21 sec. Ang isang paliwanag sa mga kakaibang katangian ng kapanganakan at pagkabulok ng mga particle na ito ay tila nangangailangan ng pagpapakilala ng isang karagdagang, ikaapat, quark, kung saan itinalaga ang "charm" quantum number. Bilang karagdagan, ayon sa mga modernong konsepto, ang bawat quark ay umiiral sa tatlong uri, na nakikilala sa pamamagitan ng isang espesyal na katangian - "kulay".

Ang pag-unlad sa pag-uuri ng mga hadron batay sa mga prinsipyo ng simetrya ay napakahusay, bagaman ang mga dahilan para sa paglitaw ng mga simetriyang ito ay hindi ganap na malinaw; marahil sila ay talagang dahil sa pagkakaroon at mga katangian ng mga quark.

IV. Modernong pang-eksperimentong pisika

Bumalik sa simula ng ika-20 siglo. Ang mga pagtuklas sa paggawa ng panahon tulad ng pagtuklas ni Rutherford sa atomic nucleus ay maaaring gawin gamit ang medyo simpleng kagamitan. Ngunit nang maglaon ang eksperimento ay nagsimulang mabilis na maging mas kumplikado at ang mga pang-eksperimentong pag-install ay nagsimulang makakuha ng isang pang-industriya na karakter. Ang papel na ginagampanan ng pagsukat at teknolohiya ng pag-compute ay tumaas nang hindi masusukat. Ang modernong eksperimental na pananaliksik sa larangan ng nuclei at elementarya na mga particle, radio astronomy, quantum electronics, at solid state physics ay nangangailangan ng hindi pa naganap na sukat at paggasta ng mga pondo, na kadalasang naa-access lamang sa malalaking estado o kahit na mga grupo ng mga estado na may mga maunlad na ekonomiya.

Ang isang malaking papel sa pagbuo ng nuclear physics at ang physics ng elementary particle ay ginampanan ng pagbuo ng mga pamamaraan para sa pagmamasid at pagtatala ng mga indibidwal na kilos ng pagbabagong-anyo ng elementarya particle (sanhi ng kanilang banggaan sa isa't isa at sa atomic nuclei) at ang paglikha ng charged particle accelerators, na naglatag ng pundasyon para sa pagbuo ng high-energy physics. Ang pagtuklas ng prinsipyo ng autophasing ni V. I. Vekslr (1944) at nang nakapag-iisa ni E. M. Macmillan (1945) ay nadagdagan ang limitasyon ng mga makakamit na particle energies ng libu-libong beses. Ang mga nagbabanggaan na beam accelerator ay makabuluhang nadagdagan ang epektibong enerhiya ng mga banggaan ng butil. Nalikha ang napakahusay na charged particle counter, ang pagpapatakbo nito ay batay sa iba't ibang prinsipyo: gas-discharge, scintillation, Cherenkov, atbp. Pinapayagan ng mga Photomultiplier ang pag-record ng mga solong photon. Ang pinakakumpleto at tumpak na impormasyon tungkol sa mga kaganapan sa microworld ay nakukuha gamit ang bubble at spark chambers at thick-layer photographic emulsions, kung saan ang mga bakas (track) ng lumilipad na mga particle na may charge ay maaaring direktang maobserbahan. Ang mga detektor ay binuo na ginagawang posible ang pag-record mga bihirang pangyayari– banggaan ng mga neutrino sa atomic nuclei.

Ang isang tunay na rebolusyon sa pang-eksperimentong pag-aaral ng mga pakikipag-ugnayan ng mga elementarya na particle ay nauugnay sa paggamit ng mga computer para sa pagproseso ng impormasyong natanggap mula sa mga device sa pag-record. Upang makuha ang mga hindi malamang na proseso, sampu-sampung libong mga larawan ng mga track ang kailangang suriin. Ang paggawa nito nang manu-mano ay mangangailangan ng napakaraming oras na ang pagkuha ng impormasyong kailangan mo ay magiging halos imposible. Samakatuwid, ang mga imahe ng mga track ay na-convert sa isang serye ng mga electrical impulses gamit ang mga espesyal na device, at ang karagdagang pagsusuri ng mga track ay isinasagawa gamit ang isang computer. Lubos nitong binabawasan ang oras sa pagitan ng eksperimento at pagtanggap ng naprosesong impormasyon. Sa mga spark chamber, ang pagpaparehistro at pagsusuri ng mga particle track ay awtomatikong isinasagawa gamit ang isang computer nang direkta sa pang-eksperimentong setup.

Ang kahalagahan ng charged particle accelerators ay tinutukoy ng mga sumusunod na pangyayari. Kung mas malaki ang enerhiya (momentum) ng particle, mas maliit (ayon sa prinsipyo ng kawalan ng katiyakan) ang mga sukat ng mga bagay o ang kanilang mga bahagi na maaaring makilala kapag ang isang particle ay bumangga sa isang bagay. Noong 1977, ang mga minimum na sukat na ito ay 10-15 cm Sa pamamagitan ng pag-aaral ng pagkalat ng mga high-energy na electron sa mga nucleon, posible na matuklasan ang mga elemento ng panloob na istraktura ng mga nucleon - ang pamamahagi ng electric charge at magnetic moment sa loob ng mga particle na ito (ang. tinatawag na form factor). Ang pagkalat ng mga ultra-high energy na electron sa mga nucleon ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon sa loob ng mga nucleon ng ilang indibidwal na pormasyon ng mga ultra-maliit na laki, na tinatawag na parton. Marahil ang mga parton ay hypothetical quark.

Ang isa pang dahilan para sa interes sa mga particle na may mataas na enerhiya ay ang paglikha ng mga bagong particle ng pagtaas ng masa sa panahon ng kanilang mga banggaan sa isang target. Sa kabuuan, 34 na stable at quasi-stable (ibig sabihin, hindi nabubulok dahil sa malakas na pakikipag-ugnayan) na mga particle (na may mga antiparticle) at higit sa dalawang daang resonance ang kilala, at ang karamihan sa mga ito ay natuklasan sa mga accelerator. Ang pag-aaral ng scattering ng ultra-high energy particle ay dapat makatulong na linawin ang likas na katangian ng malakas at mahinang pakikipag-ugnayan.

Ang iba't ibang uri ng mga reaksyong nuklear ay pinag-aralan. Ang banggaan ng relativistic nuclei ay isinagawa sa unang pagkakataon sa accelerator ng Joint Institute for Nuclear Research sa Dubna. Matagumpay na umuunlad ang synthesis mga elemento ng transuranic. Nakuha ang antideuterium, antitritium at antihelium nuclei. Sa accelerator sa Serpukhov, natuklasan ang isang bagong pattern ng malakas na pakikipag-ugnayan - isang pagtaas sa kabuuang cross section para sa pakikipag-ugnayan ng mga hadron ng napakataas na enerhiya sa panahon ng kanilang banggaan sa pagtaas ng enerhiya ng banggaan (ang tinatawag na Serpukhov effect).

Ang pag-unlad ng radiophysics ay nakatanggap ng bagong direksyon pagkatapos ng paglikha ng mga istasyon ng radar noong 2nd World War 1939–45. Natagpuan ng mga radar ang malawak na aplikasyon sa aviation, maritime transport, at astronautics. Ang lokasyon ng mga celestial body ay isinagawa: ang Buwan, Venus at iba pang mga planeta, pati na rin ang Araw. Ang mga higanteng teleskopyo sa radyo ay binuo na kumukuha ng radiation mula sa mga cosmic na katawan na may spectral energy flux density na 10-26 erg/cm2?sec?Hz. Ang impormasyon tungkol sa mga bagay sa kalawakan ay tumaas nang hindi masukat. Natuklasan ang mga bituin sa radyo at mga radio galaxy na may malakas na radiation sa hanay ng radio wave, at noong 1963, natuklasan ang pinakamalayong mga quasi-stellar na bagay mula sa amin, mga quasar.

Ang ningning ng mga quasar ay daan-daang beses na mas malaki kaysa sa ningning ng pinakamaliwanag na mga kalawakan. Ang resolusyon ng mga modernong teleskopyo sa radyo gamit ang mga mobile antenna na kinokontrol ng isang computer ay umabot sa isang angular na segundo (para sa radiation na may wavelength na ilang cm). Kapag ang mga antenna ay may pagitan sa mga malalayong distansya (mga 10 libong km), kahit na mas mataas na resolution ay nakuha (daan-daan ng isang arcsecond).

Ang pag-aaral ng paglabas ng radyo mula sa mga celestial na katawan ay nakatulong upang maitaguyod ang mga pinagmumulan ng mga pangunahing cosmic ray (mga proton, mas mabibigat na atomic nuclei, mga electron). Ang mga mapagkukunang ito ay naging mga pagsabog ng supernova. Natuklasan ang radiation ng CMB - thermal radiation na tumutugma sa temperatura na 2.7 K. Noong 1967, natuklasan ang mga pulsar. – mabilis na umiikot na mga neutron na bituin. Ang mga Pulsar ay gumagawa ng direktang radiation sa radyo, nakikita at X-ray na mga saklaw, ang intensity na pana-panahong nagbabago dahil sa pag-ikot ng mga bituin.
Ang mga paglulunsad ng mga istasyon ng kalawakan ay may malaking papel sa pag-aaral ng malapit sa Earth na espasyo at malalim na kalawakan: natuklasan ang mga radiation belt ng Earth, natuklasan ang mga cosmic na pinagmumulan ng X-ray radiation at mga pagsabog ng radiation (ang mga uri ng radiation na ito ay nasisipsip ng Earth's kapaligiran at hindi umabot sa ibabaw nito).

Ginagawang posible ng mga modernong radiophysical na pamamaraan na magsagawa ng mga komunikasyon sa kalawakan sa mga distansyang sampu at daan-daang milyong km. Kailangan ng paglipat malaking volume pinasigla ng impormasyon ang pagbuo ng panimula ng mga bagong optical na linya ng komunikasyon gamit ang mga optical fibers.

Ang pinakamataas na katumpakan ay nakamit sa pagsukat ng amplitude ng vibrations ng macroscopic body. Gamit ang radio engineering at optical sensors, posible na mag-record ng mga mekanikal na panginginig ng boses na may amplitude ng pagkakasunud-sunod na 10-15 cm (posibleng taasan ang limitasyong ito sa 10-16-10-19 cm).
Upang pag-aralan ang istruktura ng mga kristal at mga organikong molekula, ginagamit ang mga high-precision na awtomatikong X-ray at neutron diffractometer, na nagpabawas sa oras ng pag-decipher ng mga istruktura ng daan-daang libong beses. Ginagamit din ang mga high-resolution na electron microscope sa mga pag-aaral sa istruktura. Pinapayagan din ng neutronography ang isa na pag-aralan ang magnetic structure ng solids.

Upang pag-aralan ang istraktura at pamamahagi ng density ng elektron sa bagay, electron paramagnetic resonance (natuklasan ni E. K. Zavoisky noong 1944), nuclear magnetic resonance (natuklasan ni E. Purcell at F. Bloch noong 1946), at ang epekto ng Mössbauer (natuklasan ni R. L. Mössbauer ) ay matagumpay na ginamit noong 1958). Ang pag-aaral ng istruktura ng mga atomo at molekula ng mga organiko at di-organikong sangkap sa pamamagitan ng kanilang emission at absorption spectra sa malawak na hanay ng mga frequency ay pinagbubuti (kabilang ang paggamit ng laser radiation; tingnan ang Laser spectroscopy).
Sa hydroacoustics, ang kababalaghan ng ultra-long-distance na pagpapalaganap ng tunog sa mga dagat at karagatan - sa mga distansyang libu-libong kilometro - ay natuklasan at pinag-aralan (American scientists M. Ewing, J. Worzel, 1944, at independiyenteng Soviet physicists L. M. Brekhovskikh, L. D. Rosenberg at al., 1946).

Sa huling dekada, umuunlad ang mga pamamaraan ng acoustic para sa pag-aaral ng mga solido, batay sa paggamit ng ultrasonic at hypersonic waves (tingnan ang Ultrasound, Hypersound), gayundin ang surface acoustic waves.

Ang mabilis na pag-unlad ng semiconductor physics ay nagbago ng radio engineering at electronics. Ang mga semiconductor device ay pinalitan ang mga vacuum tubes. Ang mga radio engineering device at computer ay lumiit nang husto sa laki at naging mas maaasahan, at ang kanilang paggamit ng kuryente ay bumaba nang malaki. Lumitaw ang mga pinagsama-samang circuit na pinagsasama ang libu-libo o higit pang mga elektronikong elemento sa isang maliit (sampu-sampung mm2) na kristal. Ang proseso ng pare-parehong microminiaturization ng mga radio-electronic na aparato at mga aparato ay humantong sa paglikha ng tinatawag na sa ilang mga kristal. microprocessor na gumaganap ng mga pagpapaandar ng computer. Ang mga maliliit na computer ay ginawa sa isang chip.

Ang mga computer ay naging isang mahalagang bahagi ng pisikal na pananaliksik at ginagamit kapwa para sa pagproseso ng pang-eksperimentong data at sa mga teoretikal na kalkulasyon, lalo na ang mga dati nang hindi magagawa dahil sa kanilang napakalaking lakas ng paggawa.

Napakahalaga kapwa para sa agham mismo at para sa praktikal na aplikasyon may pag-aaral ng bagay sa ilalim ng matinding kundisyon: sa napakababa o napakataas na temperatura, napakataas na presyon o malalim na vacuum, napakalakas na magnetic field, atbp.
Ang mga high at ultra-high na vacuum ay nilikha sa mga electronic device at accelerators upang maiwasan ang mga banggaan ng mga pinabilis na particle na may mga molekula ng gas. Ang pag-aaral ng mga katangian ng mga ibabaw at manipis na layer ng matter sa ultrahigh vacuum ay nagbukas ng bagong sangay ng solid state physics. Napakahalaga ng mga pag-aaral na ito, partikular na may kaugnayan sa paggalugad sa kalawakan.

V. Ilang hindi nalutas na problema ng pisika

Pisika ng butil

Ang pinakapangunahing problema ng Physics ay at nananatiling pag-aaral ng bagay sa pinakamalalim na antas - ang antas ng elementarya na mga particle. Ang isang malaking halaga ng pang-eksperimentong materyal ay naipon sa mga pakikipag-ugnayan at pagbabagong-anyo ng elementarya na mga particle, ngunit hindi pa posible na gumawa ng isang teoretikal na pangkalahatan ng materyal na ito mula sa isang pinag-isang punto ng view. Alinman ang mga kinakailangang katotohanan ay nawawala, o mayroong isang ideya na maaaring magbigay ng liwanag sa problema ng istraktura at pakikipag-ugnayan ng elementarya na mga particle. Ang problema ng teoretikal na pagtukoy sa mass spectrum ng elementarya na mga particle ay nananatiling hindi nalutas. Marahil upang malutas ang problemang ito at maalis ang mga infinity sa quantum field theory, kinakailangan na ipakilala ang ilang pangunahing haba na maglilimita sa applicability ng mga karaniwang konsepto ng space-time bilang isang tuluy-tuloy na entity. Hanggang sa mga distansya ng pagkakasunud-sunod na 10-15 cm at, nang naaayon, mga oras t ~ l/c ~ 10-25 sec, ang karaniwang mga ugnayan sa espasyo-oras ay tila wasto, ngunit sa mas maliliit na distansya maaari silang lumabag. Ang mga pagtatangka ay ginagawa upang ipakilala ang pangunahing haba sa pinag-isang field theory (Heisenberg et al.) at sa iba't ibang bersyon ng space-time quantization. Gayunpaman, sa ngayon ang mga pagtatangka na ito ay hindi humantong sa mga nakikitang resulta.

Ang problema sa pagbuo ng quantum theory of gravity ay hindi nalutas. Ang posibilidad ng pagsasama-sama ng apat na pangunahing pakikipag-ugnayan ay nagsisimula pa lamang na lumitaw.

Astrophysics. Ang pag-unlad ng pisika ng elementarya na mga particle at ang atomic nucleus ay naging posible upang mas malapit sa pag-unawa sa mga kumplikadong problema gaya ng ebolusyon ng Uniberso sa mga unang yugto ng pag-unlad, ang ebolusyon ng mga bituin, at ang pagbuo. mga elemento ng kemikal. Gayunpaman, sa kabila ng napakalaking tagumpay, ang modernong astrophysics ay nahaharap din sa hindi nalutas na mga problema. Ito ay nananatiling hindi malinaw kung ano ang estado ng bagay sa napakalaking densidad at presyon sa loob ng mga bituin at "itim na butas." Ang pisikal na katangian ng mga quasar at radio galaxies, ang mga sanhi ng mga pagsabog ng supernova at ang hitsura ng mga pagsabog ng radiation ay hindi pa nilinaw. Hindi malinaw kung bakit hindi humantong sa tagumpay ang mga pagtatangkang tuklasin ang mga solar neutrino, na dapat ipanganak sa kalaliman ng Araw sa panahon ng mga reaksyong thermonuclear (tingnan ang Neutrino astronomy). Ang mekanismo ng pagpabilis ng mga sisingilin na particle (cosmic ray) sa panahon ng pagsabog ng supernova at ang mekanismo ng paglabas ng mga electromagnetic wave ng pulsar, atbp., ay hindi pa ganap na natukoy. Sa wakas, ang simula lamang ang ginawa upang malutas ang problema ng ebolusyon ng Uniberso sa kabuuan. Ano ang nangyari sa mga unang yugto ng ebolusyon ng Uniberso at ano ang kapalaran nito sa hinaharap?

Ang naobserbahang paglawak ba ng Uniberso ay mapapalitan ng pag-urong nito? Wala pang sagot sa lahat ng tanong na ito.

Walang alinlangan na ang pinakapangunahing mga problema ng modernong pilosopiya ay nauugnay sa elementarya na mga particle at ang problema ng istraktura at pag-unlad ng Uniberso. Dito kailangan nating tumuklas ng mga bagong batas ng pag-uugali ng bagay sa hindi pangkaraniwang mga kondisyon - sa napakaliit na mga distansya ng espasyo-oras sa microcosm at napakataas na densidad sa simula ng pagpapalawak ng Uniberso. Ang lahat ng iba pang mga problema ay may mas tiyak na kalikasan at nauugnay sa paghahanap ng mga paraan epektibong paggamit mga pangunahing batas upang ipaliwanag ang mga naobserbahang phenomena at hulaan ang mga bago.
Physics ng nucleus. Matapos ang paglikha ng proton-neutron na modelo ng nucleus, malaking pag-unlad ang nagawa sa pag-unawa sa istruktura ng atomic nuclei, at iba't ibang tinatayang nuclear na mga modelo ang itinayo. Gayunpaman, walang pare-parehong teorya ng atomic nucleus (katulad ng teorya ng atomic shell), na nagpapahintulot sa isa na kalkulahin, lalo na, ang nagbubuklod na enerhiya ng mga nucleon sa nucleus at mga antas ng enerhiyang nuklear. Ang tagumpay sa direksyong ito ay makakamit lamang pagkatapos makabuo ng teorya ng malakas na pakikipag-ugnayan.

Ang pang-eksperimentong pag-aaral ng pakikipag-ugnayan ng mga nucleon sa nucleus - mga puwersang nuklear - ay nauugnay sa napakalaking kahirapan dahil sa labis na kumplikadong kalikasan mga pwersang ito. Nakadepende sila sa distansya sa pagitan ng mga nucleon, sa bilis ng mga nucleon at sa mga oryentasyon ng kanilang mga spin.
Ang makabuluhang interes ay ang posibilidad ng eksperimentong pagtuklas ng mga pangmatagalang elemento na may mga atomic na numero sa paligid ng 114 at 126 (tinatawag na mga isla ng katatagan), na hinuhulaan ng teorya.

Isa sa pinakamahalagang problema na kailangang lutasin ni F. ay ang problema ng kontroladong thermonuclear fusion. Ang eksperimental at teoretikal na gawain ay isinasagawa sa isang malaking sukat upang lumikha ng mainit na deuterium-tritium na plasma na kinakailangan para sa isang thermonuclear na reaksyon. Sov. Ang mga pag-install na uri ng Tokamak ay tila ang pinaka-promising sa bagay na ito. May iba pang mga posibilidad. Sa partikular, ang laser radiation, electron o ion beam na ginawa sa malalakas na pulsed accelerators ay maaaring gamitin upang magpainit ng mga butil ng pinaghalong deuterium at tritium.

Quantum electronics. Ang mga quantum generator ay gumagawa ng electromagnetic radiation na kakaiba sa mga katangian nito. Ang laser radiation ay magkakaugnay at maaaring maabot ang napakalaking kapangyarihan sa isang makitid na spectral range: 1012–1013 W, at ang divergence ng light beam ay mga 10-4 rad lamang. Ang lakas ng electric field ng laser radiation ay maaaring lumampas sa lakas ng intraatomic field.

Ang paglikha ng mga laser ay sanhi ng paglitaw at mabilis na pag-unlad ng isang bagong sangay ng optika - nonlinear optika. Sa malakas na radiation ng laser, nagiging makabuluhan ang mga epekto ng nonlinear na pakikipag-ugnayan electromagnetic wave kasama ang kapaligiran. Ang mga epektong ito—ang pag-tune ng dalas ng radiation, pagtutok sa sarili ng sinag, atbp—ay may malaking teoretikal at praktikal na interes.

Ang halos mahigpit na monochromaticity ng laser radiation ay naging posible upang makakuha ng isang three-dimensional na imahe ng mga bagay (holography) gamit ang wave interference.

Ang laser radiation ay ginagamit upang paghiwalayin ang mga isotopes, partikular na upang pagyamanin ang uranium gamit ang 235U isotope, upang mag-evaporate at magwelding ng mga metal sa isang vacuum, sa medisina, atbp. Tila nangangako na gumamit ng mga laser upang painitin ang bagay sa mga temperatura kung saan maaaring mangyari ang mga reaksiyong thermonuclear. Ang gawain ay maghanap ng mga bagong aplikasyon ng laser radiation, halimbawa, para sa komunikasyon sa espasyo.
Ang mga pangunahing problema na malulutas ay ang karagdagang pagtaas sa kapangyarihan at pagpapalawak ng wavelength na hanay ng laser beam na may makinis na frequency tuning. Ang pananaliksik ay isinasagawa upang lumikha ng X-ray at gamma laser.

Solid state physics. Ang solid state physics ay gumaganap ng isang nangungunang papel sa pag-aaral ng mga posibilidad ng paggawa ng mga materyales na may matinding katangian sa mga tuntunin ng mekanikal na lakas, heat resistance, at electrical, magnetic, at optical na katangian.
Mula noong 70s ika-20 siglo Ang mga aktibong paghahanap ay isinasagawa para sa mga nonphonon na mekanismo ng superconductivity. Ang paglutas sa problemang ito ay maaaring gawing posible na lumikha ng mga superconductor na may mataas na temperatura. Ito ay magiging napakahalaga para sa pang-eksperimentong pisika at teknolohiya, kabilang ang paglutas sa problema ng pagpapadala ng elektrikal na enerhiya sa malalayong distansya na halos walang pagkalugi.

Ang isang napaka-kagiliw-giliw na problema ay ang pag-aaral ng mga pisikal na katangian ng solid at likidong helium-3 sa ultra-low (sa ibaba 3?10-3 K) na temperatura. Ang solid helium-3 ay dapat na tila ang tanging mapapalitang nuclear antiferromagnet. Ang liquid helium-3 ay ang pinakasimpleng Fermi liquid, ang teorya kung saan ay isang mahalagang paksa ng quantum statistics.
Ang malaking interes sa agham at praktikal ay ang paggawa ng metal na hydrogen at ang pag-aaral ng mga pisikal na katangian nito. Ito ay dapat na isang natatanging pisikal na bagay, dahil ang sala-sala nito ay binubuo ng mga proton. Ito ay pinaniniwalaan na ang metal na hydrogen ay magkakaroon ng isang bilang ng mga hindi pangkaraniwang katangian, ang pag-aaral na maaaring humantong sa panimula ng mga bagong pagtuklas sa Physics Sa Institute of High Pressure Physics ng USSR Academy of Sciences, ang mga unang hakbang sa direksyon na ito ay kinuha - isang transition sa metal na estado ng manipis na mga pelikula ng solid hydrogen ay natuklasan sa isang temperatura ng 4.2 K at isang presyon ng tungkol sa 1 Mbar.
Ang mga bagong direksyon para sa pag-aaral ng mga solido gamit ang mga acoustic na pamamaraan ay binuo: acoustoelectronics (ang interaksyon ng mga acoustic wave na may mga electron sa semiconductors, metal at superconductor), acoustic nuclear at paramagnetic resonances, pagtukoy ng phonon spectrum at dispersion curves.
Dapat pansinin na ang pag-unlad ng mga tradisyunal na lugar ng solid state physics ay kadalasang humahantong sa mga hindi inaasahang pagtuklas ng mga bagong pisikal na phenomena o mga materyales na may makabuluhang mga bagong katangian, tulad ng Josephson effect, semiconductors na may heterojunctions, type 2 superconductors, quantum crystals, whiskers, atbp. .

Sa kabila ng pag-unlad na nakamit, kinakailangan na bumuo ng panimula ng mga bagong pisikal na pamamaraan para sa pagkuha ng mas maaasahan at miniature na mga aparatong semiconductor (tingnan ang Microelectronics, Functional electronics), mga pamamaraan para sa pagkuha ng mas mataas na presyon, ultra-mababang temperatura, atbp.

Ang pinakamahalaga ay ang pag-aaral ng pisika ng mga polimer sa kanilang hindi pangkaraniwang mekanikal at thermodynamic na mga katangian, sa partikular na mga biopolymer, na kinabibilangan ng lahat ng mga protina.

Plasma physics

Ang kahalagahan ng pag-aaral ng plasma ay nauugnay sa dalawang pangyayari. Una, ang karamihan sa bagay ng Uniberso ay nasa estado ng plasma: mga bituin at ang kanilang mga atmospheres, ang interstellar medium, radiation belt at ionosphere ng Earth, atbp. Pangalawa, nasa high-temperature na plasma na may tunay na posibilidad. ng kinokontrol na thermonuclear fusion.
Ang mga pangunahing equation na naglalarawan ng plasma ay kilala. Gayunpaman, ang mga proseso sa plasma ay sobrang kumplikado na napakahirap hulaan ang pag-uugali nito sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon. Ang pangunahing problema na kinakaharap ng plasma physics ay ang pagbuo ng mga epektibong pamamaraan para sa pagpainit ng plasma sa isang temperatura ng pagkakasunud-sunod ng 1 bilyong degree at pagpapanatili nito sa estado na ito (sa kabila ng iba't ibang uri ng mga kawalang-tatag na likas sa mataas na temperatura ng plasma) para sa isang sapat na oras para sa isang thermonuclear reaction na magaganap sa mas malaking bahagi ng working volume. Ang paglutas ng problema ng katatagan ng plasma ay gumaganap din ng isang mahalagang papel sa pagtiyak ng pagpapatakbo ng nagbabanggaan na mga accelerator ng beam at sa pagbuo ng tinatawag na. kolektibong pamamaraan ng pagpabilis ng butil.
Ang pag-aaral ng electromagnetic at corpuscular plasma radiation ay mahalaga para sa pagpapaliwanag ng acceleration ng charged particles sa panahon ng supernova explosions, radiation mula sa pulsars, atbp.
Siyempre, ang mga problema ng modernong pilosopiya ay hindi maaaring bawasan sa mga nakalista; Ang lahat ng mga seksyon ng F. ay may kanya-kanyang problema, at ang kanilang kabuuang bilang ay napakalaki na hindi sila maibibigay dito.

VI. Ang koneksyon ng pisika sa iba pang mga agham at teknolohiya

Pisika at pilosopiya

Dahil sa pangkalahatan at lawak ng mga batas nito, palaging naiimpluwensyahan ng pilosopiya ang pag-unlad ng pilosopiya at naiimpluwensyahan mismo nito. Sa bawat bagong pagtuklas sa mga natural na agham, ayon kay F. Engels, ang materyalismo ay hindi maiiwasang magbago ng anyo nito.
Sa mga nagawa ng makabagong pilosopiya, ang pinakamataas na anyo ng materyalismo—dialectical materialism—ay lalong nakumpirma at nakonkreto. Kapag lumipat sa pag-aaral ng microworld, ang batas ng dialectics - ang pagkakaisa ng mga magkasalungat - ay nagpapakita ng sarili nito nang malinaw. Ang pagkakaisa ng discontinuous at ang tuloy-tuloy ay makikita sa wave-particle duality ng microparticles. Ang kinakailangan at ang random ay lumilitaw sa isang hindi maihihiwalay na koneksyon, na ipinahayag sa probabilistiko, istatistikal na katangian ng mga batas ng paggalaw ng mga microparticle. Ang pagkakaisa ng materyal na mundo na ipinahayag ng materyalismo ay malinaw na ipinakikita sa magkaparehong pagbabago ng elementarya na mga partikulo - posibleng mga anyo ng pagkakaroon ng pisikal na bagay. Ang wastong pagsusuri sa pilosopikal ay lalong mahalaga sa mga rebolusyonaryong panahon ng pag-unlad ng pilosopiya, kapag ang mga lumang ideya ay napapailalim sa radikal na rebisyon. Ang isang klasikong halimbawa ng naturang pagsusuri ay ibinigay ni V.I. Lenin sa aklat na "Materialismo at Empirio-Criticism." Ang pag-unawa lamang sa ugnayan sa pagitan ng absolute at relatibong mga katotohanan ay nagpapahintulot sa isa na tama na masuri ang esensya ng mga rebolusyonaryong pagbabago sa pilosopiya at makita sa kanila ang pagpapayaman at pagpapalalim ng ating mga ideya tungkol sa bagay at ang karagdagang pag-unlad ng materyalismo.

Pisika at matematika. Ang pisika ay isang quantitative science. Ang mga pangunahing batas nito ay binuo sa wikang matematika, pangunahin gamit ang mga differential equation. Sa kabilang banda, ang mga bagong ideya at pamamaraan sa matematika ay madalas na umusbong sa ilalim ng impluwensya ni F. Ang pagsusuri ng mga infinitesimal ay nilikha ni Newton (kasabay ng G.V. Leibniz) sa pagbabalangkas ng mga pangunahing batas ng mekanika. Ang paglikha ng teorya ng electromagnetic field ay humantong sa pagbuo ng vector analysis. Ang pag-unlad ng mga sangay ng matematika tulad ng tensor calculus, Riemannian geometry, group theory, atbp., ay pinasigla ng mga bagong pisikal na teorya: pangkalahatang relativity at quantum mechanics. Ang pagbuo ng quantum field theory ay nagdudulot ng mga bagong problema sa functional analysis, atbp.

Physics at iba pang natural na agham. Ang malapit na koneksyon ng Physics sa iba pang sangay ng natural na agham ay humantong, ayon kay S. I. Vavilov, sa katotohanan na ang Physics ay may pinakamalalim na ugat sa astronomy, heology, chemistry, biology, at iba pang natural na agham. Ilang disiplina sa hangganan ang nabuo: astrophysics, geophysics, biophysics, physical chemistry, atbp. Ang mga pamamaraan ng pisikal na pananaliksik ay naging napakahalaga ng lahat ng natural na agham. Electron microscope nadagdagan ang kakayahang makilala ang mga detalye ng mga bagay sa pamamagitan ng ilang mga order ng magnitude, na ginagawang posible na obserbahan ang mga indibidwal na molekula. Ang X-ray diffraction analysis ay ginagamit upang pag-aralan hindi lamang ang mga kristal, kundi pati na rin ang mga kumplikadong biological na istruktura. Ang kanyang tunay na tagumpay ay ang pagtatatag ng istraktura ng mga molekula ng DNA na bahagi ng mga chromosome ng cell nuclei ng lahat ng nabubuhay na organismo at mga tagapagdala ng inheritance code. Ang rebolusyon sa biology na nauugnay sa paglitaw ng molecular biology at genetics ay magiging imposible nang walang F.

Ang tinatawag na pamamaraan ang mga may label na atom ay gumaganap ng malaking papel sa pag-aaral ng metabolismo sa mga buhay na organismo; maraming problema sa biology, physiology at medisina ang nalutas sa tulong nila. Ang ultratunog ay ginagamit sa gamot para sa diagnosis at therapy.
Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga batas ng quantum mechanics ay sumasailalim sa teorya ng chemical bonding. Gamit ang mga may label na atom, maaari mong subaybayan ang kinetics ng mga reaksiyong kemikal. Sa pamamagitan ng mga pisikal na pamamaraan, halimbawa, gamit ang mga muon beam na ginawa sa mga accelerator, posible na magsagawa ng mga reaksiyong kemikal na hindi nangyayari sa ilalim ng normal na mga kondisyon. Ginagamit ang mga istrukturang analogue ng hydrogen atom - positronium at muonium, ang pagkakaroon at mga katangian nito ay itinatag ng mga physicist. Sa partikular, sa tulong ng muonium posible upang masukat ang rate ng mabilis na mga reaksiyong kemikal. (Tingnan ang Muons.)

Ang pag-unlad ng electronics ay ginagawang posible na obserbahan ang mga proseso na nagaganap sa isang oras na mas mababa sa 10-12 segundo. Ito rin ay humantong sa isang rebolusyon sa astronomiya - ang paglikha ng radio astronomy.
Ang mga resulta at pamamaraan ng nuclear physics ay ginagamit sa heolohiya; sa kanilang tulong, sa partikular, sinusukat nila ang ganap na edad ng mga bato at ang Earth sa kabuuan (tingnan ang Geochronology).

Pisika at teknolohiya

Ang pisika ang bumubuo sa pundasyon ng pinakamahalagang larangan ng teknolohiya. Ang electrical engineering at enerhiya, radio engineering at electronics, lighting engineering, construction technology, hydraulic engineering, at isang makabuluhang bahagi ng militar na teknolohiya ay lumago sa batayan ng F. Salamat sa mulat na paggamit ng mga pisikal na batas, ang teknolohiya ay lumipat mula sa larangan ng random na paghahanap patungo sa malawak na daan ng may layuning pag-unlad. Kung noong ika-19 na siglo. Dose-dosenang taon ang lumipas sa pagitan ng pisikal na pagtuklas at sa unang teknikal na aplikasyon nito, ngunit ngayon ang panahong ito ay nabawasan sa ilang taon.

Kaugnay nito, ang pag-unlad ng teknolohiya ay may parehong makabuluhang epekto sa pagpapabuti ng pang-eksperimentong pisika Kung wala ang pag-unlad ng electrical engineering, electronics, at teknolohiya para sa paggawa ng napakatibay at walang karumihan na mga materyales, imposibleng lumikha ng mga kagamitang tulad nito. bilang mga charged particle accelerators, malaking bubble at spark chamber, at semiconductor device atbp.
Ang paglitaw ng enerhiyang nuklear ay nauugnay sa mga pangunahing tagumpay sa teknolohiyang nukleyar na maaaring gumamit ng mga reaktor ng mabilis na neutron nuclear breeder ng natural na uranium at thorium, na ang mga reserba ay malaki. Ang pagpapatupad ng kinokontrol na thermonuclear fusion ay halos magpakailanman magliligtas sa sangkatauhan mula sa banta ng krisis sa enerhiya.

Ang teknolohiya ng hinaharap ay hindi ibabatay sa mga yari na likas na materyales, ngunit higit sa lahat sa mga sintetikong materyales nang maaga ibinigay na mga ari-arian. Ang paglikha at pag-aaral ng istraktura ng bagay ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa paglutas ng problemang ito.
Ang pag-unlad ng electronics at ang paglikha ng mga advanced na computer, batay sa mga tagumpay ng solid state physics, ay hindi masusukat na pinalawak ang mga malikhaing kakayahan ng mga tao at humantong din sa pagbuo ng "pag-iisip" na automata na may kakayahang mabilis na gumawa ng mga desisyon sa mga sitwasyong nangangailangan ng pagproseso ng malaking halaga ng impormasyon.

Ang isang malaking pagtaas sa produktibidad ng paggawa ay nakakamit sa pamamagitan ng paggamit ng mga kompyuter (automation ng produksyon at pamamahala). Habang nagiging mas kumplikado ang pambansang ekonomiya, ang dami ng naprosesong impormasyon ay nagiging lubhang malaki. Samakatuwid, napakahalaga na higit pang pagbutihin ang mga computer - pagtaas ng kanilang bilis at kapasidad ng memorya, pagtaas ng pagiging maaasahan, pagbabawas ng laki at gastos. Ang mga pagpapahusay na ito ay posible lamang batay sa mga bagong tagumpay ni F.
Ang modernong pilosopiya ay nakatayo sa pinagmulan ng mga rebolusyonaryong pagbabago sa lahat ng larangan ng teknolohiya. Gumagawa ito ng mapagpasyang kontribusyon sa rebolusyong siyentipiko at teknolohikal.

Panitikan

Kasaysayan at pamamaraan ng agham. Engels F., Dialectics of Nature, M., 1975; Lenin V.I., Materialism and empirio-criticism, Kumpletong koleksyon ng mga gawa, 5th ed., vol. kanyang, Philosophical Notebooks, ibid., vol. Dorfman Ya. G., Kasaysayan ng mundo ng pisika mula sa sinaunang panahon hanggang sa katapusan ng ika-18 siglo, M., 1974; Kudryavtsev P.S., History of Physics, vol 1–3, M., 1956–71; Laue M., History of Physics, trans. mula sa German, M., 1956; Llozzi M., History of Physics, trans. mula sa Italyano, M., 1970; Markov M. A., Sa kalikasan ng bagay, M., 1976.
Pangkalahatang pisika. Khaikin S.E., Pisikal na pundasyon ng mechanics, 2nd ed., M., 1971; Strelkov S.P., Mechanics, 3rd ed., M., 1975; Landsberg G.S., Optics, 5th ed., M., 1976; Kikoin A.K., Kikoin I.K., Molecular Physics, 2nd ed., M., 1976; Kalashnikov S.G., Elektrisidad, 3rd ed., M., 1970; Gorelik G.S., Oscillations at waves. Panimula sa acoustics, radiophysics at optika, 2nd ed., M., 1959; Ipinanganak M., Atomic Physics, trans. mula sa English, 3rd ed., M., 1970; Shpolsky E.V., Atomic Physics, vol 1, ika-6 na ed., ika-4 na ed., M., 1974; Feynman R., Layton R., Sands M., Feynman Lectures on Physics, trans. mula sa Ingles, V. 1–9, M., 1965–67; Kurso sa Pisika ng Berkeley, vol 1–5, trans. mula sa English, M., 1971–74.
Teoretikal na pisika. Kurso ng teoretikal na pisika: Landau L.D., Lifshits E.M., vol 1, Mechanics, 3rd ed., M., 1973; vol. 2, Field Theory, ika-6 na ed., M., 1973; vol. 3, Quantum mechanics. Nonrelativistic theory, 3rd ed., M., 1974; Berestetsky V.B., Lifshits E.M., Pitaevsky L.P., vol 4, bahagi 1, Relativistic quantum theory, M., 1968; Lifshits E.M., Pitaevsky L.P., vol 4, bahagi 2, Relativistic quantum theory, M., 1971; Landau L.D., Lifshits E.M., vol 5, part 1, Statistical Physics, 3rd ed., M., 1976; kanila, Mechanics of Continuous Media, 2nd ed., M., 1954; sa kanila. Electrodynamics ng tuloy-tuloy na media, M., 1959; Goldstein G., Classical mechanics, trans. mula sa English, 2nd ed., M., 1975; Leontovich M.A., Panimula sa Thermodynamics, 2nd ed., M. - L., 1952; kanyang, Statistical Physics, M. - L., 1944; Kubo R., Thermodynamics, trans. mula sa English, M., 1970; kanyang, Statistical Mechanics, trans. mula sa English, M., 1967; Tamm I.E., Fundamentals of theory of electricity, 9th ed., M., 1976; Ipinanganak M., Wolf E., Fundamentals of Optics, trans. mula sa English, 2nd ed., M., 1973; Davydov A.S., Quantum mechanics, 2nd ed., M., 1973; Blokhintsev D.I., Fundamentals of Quantum Mechanics, 5th ed., M., 1976; Dirac P. A. M., Mga Prinsipyo ng quantum mechanics, trans. mula sa English, M., 1960. Monographs. Abrikosov A. A., Panimula sa teorya ng mga normal na metal, M., 1972; Andronov A. A., Witt A. A., Khaikin S. E., Theory of Oscillations, 2nd ed., M., 1959; Artsimovich L. A., Controlled thermonuclear reactions, 2nd ed., M., 1963; Akhiezer A.I., Quantum Electrodynamics, 1969; Bethe G., Sommerfeld A., Electronic theory of metals, trans. mula sa Aleman, L. - M., 1938; Blokhin M. A., Physics of X-rays, 2nd ed., M., 1957; Bogolyubov N.N., Mga problema ng dinamikong teorya sa istatistikal na pisika, M. - L., 1946; Bogolyubov N.N., Shirkov D.V., Panimula sa teorya ng quantized fields, 3rd ed., M., 1976; Brillouin L., Teorya ng Agham at Impormasyon, trans. mula sa English, M., 1960; Vonsovsky S.V., Magnetism, M., 1971; Gibbs J. V., Thermodynamic works, trans. mula sa English, M. - L., 1950; kanya, Pangunahing mga prinsipyo ng statistical mechanics, trans. mula sa English, M. - L., 1946; Ginzburg V.L., Sa physics at astrophysics, 2nd ed., M., 1974; Anselm A.I., Panimula sa teorya ng semiconductors, M. - L., 1962; Elyashevich M. A., Atomic at molecular spectroscopy, M., 1962; Zeldovich Ya., Novikov I. D., Teorya ng grabitasyon at ebolusyon ng mga bituin, M., 1971; Zeldovich Ya., Raiser Yu P., Physics ng shock waves at high-temperature hydrodynamic phenomena, 2nd ed., M., 1966; Sommerfeld A., Atomic na istraktura at spectra, trans. mula sa Aleman, tomo 1–2, M. , 1956; Zubarev D.N., Nonequilibrium statistical thermodynamics, M., 1971; Kapitsa P. L., Eksperimento, teorya, kasanayan, M., 1974; Carslow G., Eger D., Thermal conductivity ng solids, trans. mula sa English, M., 1964; Kittel Ch., Panimula sa Solid State Physics, trans. mula sa English, 2nd ed., M., 1962; Lorentz G. A., Ang teorya ng mga electron at ang aplikasyon nito sa mga phenomena ng liwanag at thermal radiation, trans. mula sa English, 2nd ed., M., 1956; Lukyanov S. Yu., Hot plasma at kinokontrol na nuclear fusion, M., 1975; Neumann I., von, Mathematical foundations ng quantum mechanics, trans. mula sa German, M., 1964; Okun L. B., Mahinang pakikipag-ugnayan ng elementarya na mga particle, M., 1963; Skuchik E., Fundamentals of Acoustics, trans. mula sa English, vol. 1–2, M., 1976; Strett J. W. (Lord Rayleigh), Theory of Sound, vol. Fok V.A., Theory of space, time and gravity, 2nd ed., M., 1961; Frenkel Ya., Panimula sa teorya ng mga metal, 3rd ed., M., 1958; Einstein A., Infeld L., Evolution of Physics, trans. mula sa English, 3rd ed., M., 1965. Encyclopedias and reference books: Physical encyclopedic dictionary, vol. Encyclopaedic Dictionary of Physics (ed. J. Thewlis), v. 1–9, Oxf. – N. Y., 1961–64; Yavorsky B. M., Detlaf A. A., Handbook ng physics para sa mga inhinyero at estudyante sa unibersidad, ika-6 na ed., M., 1974.

A. M. Prokhorov. Physics // Great Soviet Encyclopedia

Sampu at daan-daang libong pisikal na eksperimento ang isinagawa noong libong taong kasaysayan Mga agham. Hindi madaling pumili ng ilan sa "pinakamahusay" na pag-uusapan. Ano ang dapat maging pamantayan sa pagpili?

Apat na taon na ang nakalilipas, inilathala ng The New York Times ang isang artikulo ni Robert Creese at Stoney Book. Inilarawan nito ang mga resulta ng isang survey na isinagawa sa mga physicist. Kailangang pangalanan ng bawat respondent ang sampung pinakamagagandang pisikal na eksperimento sa kasaysayan ng pisika. Sa aming opinyon, ang criterion ng kagandahan ay hindi mas mababa sa iba pang pamantayan. Samakatuwid, pag-uusapan natin ang tungkol sa mga eksperimento na kasama sa nangungunang sampung ayon sa mga resulta ng Kreese at Book survey.

1. Eksperimento ni Eratosthenes ng Cyrene

Ang isa sa mga pinakalumang kilalang pisikal na eksperimento, bilang isang resulta kung saan ang radius ng Earth ay sinusukat, ay isinagawa noong ika-3 siglo BC ng librarian ng sikat na Aklatan ng Alexandria, Erastothenes ng Cyrene.

Ang pang-eksperimentong disenyo ay simple. Sa tanghali, sa araw ng summer solstice, sa lungsod ng Siena (ngayon ay Aswan), ang Araw ay nasa tuktok nito at ang mga bagay ay hindi naglalagay ng mga anino. Sa parehong araw at sa parehong oras, sa lungsod ng Alexandria, na matatagpuan 800 kilometro mula sa Siena, ang Araw ay lumihis mula sa zenith ng humigit-kumulang 7°. Ito ay humigit-kumulang 1/50 ng buong bilog (360°), na nangangahulugan na ang circumference ng Earth ay 40,000 kilometro at ang radius ay 6,300 kilometro.

Tila halos hindi kapani-paniwala na ang radius ng Earth na sinusukat sa pamamagitan ng isang simpleng pamamaraan ay naging 5% na mas mababa kaysa sa halaga na nakuha ng mga pinakatumpak na modernong pamamaraan.

2. Eksperimento ni Galileo Galilei

Noong ika-17 siglo, ang nangingibabaw na pananaw ay si Aristotle, na nagturo na ang bilis ng pagbagsak ng isang katawan ay depende sa masa nito. Kung mas mabigat ang katawan, mas mabilis itong mahulog. Mga obserbasyon na maaaring gawin ng bawat isa sa atin Araw-araw na buhay, tila kumpirmahin ito.

Subukang bitawan ito nang sabay magaan na mga kamay isang palito at isang mabigat na bato. Mas mabilis na dadampi sa lupa ang bato. Ang ganitong mga obserbasyon ay humantong kay Aristotle sa konklusyon tungkol sa pangunahing pag-aari ng puwersa kung saan umaakit ang Earth sa iba pang mga katawan. Sa katunayan, ang bilis ng pagbagsak ay apektado hindi lamang ng puwersa ng grabidad, kundi pati na rin ng puwersa ng paglaban ng hangin. Ang ratio ng mga puwersang ito para sa magaan na bagay at para sa mabibigat na bagay ay iba, na humahantong sa naobserbahang epekto. Ang Italyano na si Galileo Galilei ay nag-alinlangan sa kawastuhan ng mga konklusyon ni Aristotle at nakahanap ng paraan upang subukan ang mga ito. Upang gawin ito, naghulog siya ng isang cannonball at isang mas magaan na bala ng musket mula sa Leaning Tower ng Pisa sa parehong sandali. Ang parehong mga katawan ay may humigit-kumulang na pareho streamline na hugis, samakatuwid, para sa parehong core at bala, ang mga puwersa ng paglaban ng hangin ay bale-wala kumpara sa mga puwersa ng pang-akit.

Natagpuan ni Galileo na ang parehong mga bagay ay umaabot sa lupa sa parehong sandali, iyon ay, ang bilis ng kanilang pagkahulog ay pareho. Mga resultang nakuha ni Galileo. - isang resulta ng batas ng unibersal na grabitasyon at ang batas kung saan ang pagbilis na nararanasan ng isang katawan ay direktang proporsyonal sa puwersang kumikilos dito at inversely proporsyonal sa masa.

3. Isa pang eksperimento sa Galileo Galilei

Sinukat ni Galileo ang distansya na lumiligid ang mga bola sa isang inclined board na sakop sa pantay na pagitan ng oras, na sinukat ng may-akda ng eksperimento gamit ang isang water clock. Natuklasan ng siyentipiko na kung dinoble ang oras, ang mga bola ay gugulong nang apat na beses pa. Nangangahulugan ang quadratic na relasyon na ito na ang mga bola ay gumagalaw sa isang pinabilis na bilis sa ilalim ng impluwensya ng grabidad, na sumasalungat sa pahayag ni Aristotle, na tinanggap sa loob ng 2000 taon, na ang mga katawan kung saan kumikilos ang isang puwersa ay gumagalaw sa isang pare-pareho ang bilis, samantalang kung walang puwersa na inilapat. sa katawan, pagkatapos ito ay nagpapahinga.

Ang mga resulta ng eksperimentong ito ni Galileo, tulad ng mga resulta ng kanyang eksperimento sa Leaning Tower of Pisa, sa kalaunan ay nagsilbing batayan para sa pagbabalangkas ng mga batas ng klasikal na mekanika.

4. Eksperimento ni Henry Cavendish

Matapos bumalangkas ni Isaac Newton ang batas ng unibersal na grabitasyon: ang puwersa ng pagkahumaling sa pagitan ng dalawang katawan na may masa na Mit, na pinaghihiwalay sa isa't isa sa pamamagitan ng isang distansya r, ay katumbas ng F=G(mM/r2), nanatili itong matukoy ang halaga ng gravitational constant G. Upang gawin ito, kinakailangan upang sukatin ang puwersang atraksyon sa pagitan ng dalawang katawan na may kilalang masa. Ito ay hindi napakadaling gawin, dahil ang puwersa ng pagkahumaling ay napakaliit.

Nararamdaman namin ang puwersa ng gravity ng Earth. Ngunit imposibleng madama ang atraksyon ng kahit isang napakalaking bundok sa malapit, dahil ito ay napakahina. Isang napaka banayad at sensitibong pamamaraan ang kailangan. Ito ay naimbento at ginamit noong 1798 ng kababayan ni Newton na si Henry Cavendish. Gumamit siya ng torsion scale - isang rocker na may dalawang bola na nakabitin sa isang napakanipis na kurdon. Sinukat ni Cavendish ang displacement ng rocker arm (pag-ikot) habang papalapit sa mga kaliskis ang iba pang mga bola na may mas malaking masa.

Upang mapataas ang sensitivity, ang displacement ay tinutukoy ng mga light spot na makikita mula sa mga salamin na naka-mount sa mga rocker ball. Bilang resulta ng eksperimentong ito, nagawa ni Cavendish na tumpak na matukoy ang halaga ng gravitational constant at kalkulahin ang masa ng Earth sa unang pagkakataon.

5. Ang eksperimento ni Jean Bernard Foucault

Eksperimento na pinatunayan ng Pranses na pisiko na si Jean Bernard Leon Foucault ang pag-ikot ng Earth sa paligid ng axis nito noong 1851 gamit ang 67-meter pendulum na sinuspinde mula sa tuktok ng dome ng Parisian Pantheon. Ang swing plane ng pendulum ay nananatiling hindi nagbabago kaugnay ng mga bituin. Ang isang tagamasid na matatagpuan sa Earth at umiikot kasama nito ay nakikita na ang eroplano ng pag-ikot ay dahan-dahang lumiliko sa direksyon na kabaligtaran sa direksyon ng pag-ikot ng Earth.

6. Eksperimento ni Isaac Newton

Noong 1672, nagsagawa si Isaac Newton ng isang simpleng eksperimento na inilarawan sa lahat ng mga aklat-aralin sa paaralan. Pagkasara ng mga shutter, gumawa siya ng maliit na butas sa mga ito kung saan dumaan ang sinag ng sikat ng araw. Ang isang prisma ay inilagay sa landas ng sinag, at sa likod ng prisma ay may isang screen.

Sa screen, nakita ni Newton ang isang "bahaghari": isang puting sinag ng sikat ng araw, na dumadaan sa isang prisma, naging maraming kulay na sinag - mula sa violet hanggang pula. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na light dispersion. Hindi si Sir Isaac ang unang nakakita ng hindi pangkaraniwang bagay na ito. Nasa simula na ng ating panahon, alam na ang malalaking solong kristal ng natural na pinagmulan ay may ari-arian ng nabubulok na liwanag sa mga kulay. Ang mga unang pag-aaral ng light dispersion sa mga eksperimento na may glass triangular prism, bago pa man si Newton, ay isinagawa ng Englishman na Hariot at ng Czech naturalist na si Marzi.

Gayunpaman, bago si Newton, ang mga naturang obserbasyon ay hindi sumailalim sa seryosong pagsusuri, at ang mga konklusyon na iginuhit sa kanilang batayan ay hindi nasuri ng mga karagdagang eksperimento. Parehong si Hariot at Marzi ay nanatiling tagasunod ni Aristotle, na nagtalo na ang mga pagkakaiba sa kulay ay tinutukoy ng mga pagkakaiba sa dami ng kadiliman na "halo" sa puting liwanag. Ang kulay ng violet, ayon kay Aristotle, ay nangyayari kapag ang kadiliman ay idinagdag sa pinakamaraming liwanag, at pula - kapag ang kadiliman ay idinagdag sa pinakamaliit na halaga. Nagsagawa si Newton ng mga karagdagang eksperimento sa mga crossed prism, kapag ang liwanag ay dumaan sa isang prisma pagkatapos ay dumaan sa isa pa. Batay sa kabuuan ng kanyang mga eksperimento, napagpasyahan niya na "walang kulay na nagmumula sa puti at itim na pinaghalo, maliban sa mga intermediate na madilim na hindi nagbabago sa hitsura ng kulay." Ipinakita niya na ang puting ilaw ay dapat isaalang-alang bilang isang tambalan. Ang mga pangunahing kulay ay mula sa lila hanggang pula. Ang eksperimento sa Newton na ito ay nagsisilbing isang kahanga-hangang halimbawa kung paano ang iba't ibang mga tao, na nagmamasid sa parehong kababalaghan, ay binibigyang-kahulugan ito sa iba't ibang paraan, at ang mga nagtatanong lamang sa kanilang interpretasyon at nagsasagawa ng mga karagdagang eksperimento ang dumating sa tamang konklusyon.

7. Eksperimento ni Thomas Young

Hanggang sa simula ng ika-19 na siglo, nanaig ang mga ideya tungkol sa corpuscular nature ng liwanag. Ang liwanag ay itinuturing na binubuo ng mga indibidwal na particle - mga corpuscle. Bagaman ang mga phenomena ng diffraction at interference ng liwanag ay naobserbahan ni Newton ("Newton's rings"), ang pangkalahatang tinatanggap na punto ng view ay nanatiling corpuscular. Sa pagtingin sa mga alon sa ibabaw ng tubig mula sa dalawang itinapon na mga bato, makikita mo kung paano, magkakapatong sa isa't isa, ang mga alon ay maaaring makagambala, iyon ay, kanselahin o kapwa palakasin ang bawat isa. Batay dito, ang Ingles na pisiko at manggagamot na si Thomas Young ay nagsagawa ng mga eksperimento noong 1801 na may sinag ng liwanag na dumaan sa dalawang butas sa isang opaque na screen, kaya bumubuo ng dalawang independiyenteng pinagmumulan ng liwanag, katulad ng dalawang bato na itinapon sa tubig. Bilang resulta, napansin niya ang isang pattern ng interference na binubuo ng mga alternating dark at white fringes, na hindi mabubuo kung ang liwanag ay binubuo ng corpuscles. Ang mga madilim na guhit ay tumutugma sa mga lugar kung saan ang mga magagaan na alon mula sa dalawang hiwa ay nagkansela sa isa't isa. Lumitaw ang mga magaan na guhitan kung saan ang mga magagaan na alon ay kapwa nagpatibay sa isa't isa. Kaya, napatunayan ang likas na alon ng liwanag.

8. Eksperimento ni Klaus Jonsson

Ang German physicist na si Klaus Jonsson ay nagsagawa ng isang eksperimento noong 1961 na katulad ng eksperimento ni Thomas Young sa interference ng liwanag. Ang pagkakaiba ay sa halip na mga sinag ng liwanag, gumamit si Jonsson ng mga sinag ng mga electron. Nakakuha siya ng pattern ng interference na katulad ng naobserbahan ni Young para sa mga light wave. Kinumpirma nito ang kawastuhan ng mga probisyon ng quantum mechanics tungkol sa halo-halong corpuscular-wave na katangian ng elementarya na mga particle.

9. Ang eksperimento ni Robert Millikan

Ang ideya na ang singil ng kuryente ng anumang katawan ay discrete (iyon ay, binubuo ng isang mas malaki o mas maliit na hanay ng mga elementarya na singil na hindi na napapailalim sa pagkapira-piraso) ay lumitaw sa simula ng ika-19 na siglo at sinuportahan ng mga sikat na physicist bilang M . Faraday at G. Helmholtz. Ang terminong "electron" ay ipinakilala sa teorya, na nagsasaad ng isang tiyak na butil - ang carrier ng isang elementarya na singil sa kuryente. Ang terminong ito, gayunpaman, ay puro pormal sa oras na iyon, dahil ang mismong particle o ang elementarya na singil ng kuryente na nauugnay dito ay hindi natuklasan sa eksperimentong paraan.

Noong 1895, natuklasan ni K. Roentgen, sa panahon ng mga eksperimento sa isang discharge tube, na ang anode nito, sa ilalim ng impluwensya ng mga sinag na lumilipad mula sa katod, ay may kakayahang magpalabas ng sarili nitong X-ray, o Roentgen ray. Sa parehong taon, ang Pranses physicist na si J. Perrin ay eksperimento na pinatunayan na ang mga cathode ray ay isang stream ng mga negatibong sisingilin na mga particle. Ngunit, sa kabila ng napakalaking eksperimentong materyal, ang elektron ay nanatiling isang hypothetical na particle, dahil walang isang eksperimento kung saan ang mga indibidwal na electron ay lalahok. Ang American physicist na si Robert Millikan ay nakabuo ng isang pamamaraan na naging isang klasikong halimbawa ng isang eleganteng eksperimento sa pisika.

Nagawa ni Millikan na ihiwalay ang ilang sisingilin na mga patak ng tubig sa espasyo sa pagitan ng mga plato ng isang kapasitor. Sa pamamagitan ng pag-iilaw gamit ang X-ray, posible na bahagyang ionize ang hangin sa pagitan ng mga plato at baguhin ang singil ng mga droplet. Kapag ang field sa pagitan ng mga plate ay naka-on, ang droplet ay dahan-dahang gumagalaw paitaas sa ilalim ng impluwensya ng electrical attraction. Nang i-off ang field, nahulog ito sa ilalim ng impluwensya ng gravity. Sa pamamagitan ng pag-on at off ng field, posible na pag-aralan ang bawat droplet na nasuspinde sa pagitan ng mga plate sa loob ng 45 segundo, pagkatapos nito ay sumingaw. Noong 1909, posibleng matukoy na ang singil ng anumang droplet ay palaging isang integer multiple ng pangunahing halaga e (charge ng elektron). Ito ay nakakumbinsi na katibayan na ang mga electron ay mga particle na may parehong singil at masa. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga patak ng tubig ng mga patak ng langis, nagawang taasan ni Millikan ang tagal ng mga obserbasyon sa 4.5 na oras at noong 1913, na inaalis ang isa pang posibleng pinagmumulan ng pagkakamali, inilathala niya ang unang nasusukat na halaga ng singil ng elektron: e = (4.774 ± 0.009). ) x 10-10 electrostatic unit.

10. Eksperimento ni Ernst Rutherford

Sa simula ng ika-20 siglo, naging malinaw na ang mga atomo ay binubuo ng mga electron na may negatibong sisingilin at ilang uri ng positibong singil, dahil sa kung saan ang atom ay nananatiling neutral sa pangkalahatan. Gayunpaman, napakaraming mga pagpapalagay tungkol sa kung ano ang hitsura ng "positibong-negatibong" na sistemang ito, habang malinaw na may kakulangan ng pang-eksperimentong data na magiging posible na gumawa ng isang pagpipilian pabor sa isa o ibang modelo.

Karamihan sa mga physicist ay tinanggap ang modelo ni J.J. Thomson: isang atom bilang isang pantay na sisingilin na positibong bola na may diameter na humigit-kumulang 10-8 cm na may mga negatibong electron na lumulutang sa loob. Noong 1909, si Ernst Rutherford (tinulungan nina Hans Geiger at Ernst Marsden) ay nagsagawa ng isang eksperimento upang maunawaan ang aktwal na istraktura ng atom. Sa eksperimentong ito, ang mga mabibigat na particle ng alpha na may positibong charge na gumagalaw sa bilis na 20 km/s ay dumaan sa manipis na gold foil at nakakalat sa mga gold atom, na lumilihis mula sa orihinal na direksyon ng paggalaw. Upang matukoy ang antas ng paglihis, kinailangan nina Geiger at Marsden na gumamit ng mikroskopyo upang obserbahan ang mga flash sa scintillator plate na naganap kung saan tumama ang alpha particle sa plato. Sa loob ng dalawang taon, humigit-kumulang isang milyong flare ang binilang at napatunayan na humigit-kumulang isang particle noong 8000, bilang resulta ng pagkalat, ay nagbabago ng direksyon ng paggalaw ng higit sa 90° (iyon ay, lumiliko pabalik). Hindi ito posibleng mangyari sa "maluwag" na atom ni Thomson. Malinaw na sinusuportahan ng mga resulta ang tinatawag na planetary model ng atom - isang napakalaking maliit na nucleus na may sukat na mga 10-13 cm at mga electron na umiikot sa paligid ng nucleus na ito sa layo na mga 10-8 cm.