Historie fyziky

Historie fyziky zkoumá vývoj fyziky  - vědy , která studuje základní (nejobecnější) vlastnosti a zákony pohybu objektů v hmotném světě. Předmětem dějin fyziky je identifikace a zobecněná analýza hlavních událostí a trendů ve vývoji fyzikálního poznání.

Až do 17. století byly mechanika , fyzika, chemie, vědy o Zemi, astronomie a dokonce i fyziologie součástí „balíčku znalostí“ nazývaného „ přírodní filozofie “ a spojující pozitivní informace o přírodních jevech a brilantní dohady (pojmy prostoru, času). , pohyb, idea přirozené zákonitosti, nekonečnost světa, kontinuita prostoru, diskrétní struktura hmoty) se spekulativními fantaziemi a mylnými závěry o příčinách těchto jevů [1] .

Historie fyziky jako samostatné vědy začíná v 17. století experimenty Galilea a jeho studentů. Teoretický základ klasické fyziky vytvořil Newton na konci 17. století. Kombinace rychlého technologického rozvoje a jeho teoretického pochopení v 18.-19. století vedla k identifikaci základních fyzikálních pojmů ( hmotnost , energie , hybnost , atomy atd.) a objevu základních zákonitostí jejich vztahu, dobře ověřených v r. experimenty [2] .

Na počátku 20. století byl objeven omezený rozsah aplikace klasické fyziky v několika oblastech najednou. Objevila se teorie relativity , kvantová fyzika a teorie mikročástic . Ale množství nevyřešených fyzikálních problémů je stále velké a to podněcuje aktivitu fyziků pro další rozvoj této vědy.

Dějiny vědy
Podle tématu
Matematika
Přírodní vědy
Astronomie
Biologie
Botanika
Zeměpis
Geologie
půdní věda
Fyzika
Chemie
Ekologie
Společenské vědy
Příběh
Lingvistika
Psychologie
Sociologie
Filozofie
Ekonomika
Technika
Počítačové inženýrství
Zemědělství
Lék
Navigace
Kategorie

Rané fyzické pohledy

Ve starověkém světě se formovala astronomie , optika a další vědy, pokrok, který nejen podnítil rozvoj matematiky , ale také na něm do značné míry závisel. Současně se rozvíjela přírodní filozofie , která se pokoušela (převážně kvalitativně) vysvětlit příčiny jevů. Pokud nebylo možné vytvořit prakticky použitelný model přírodního jevu, nahradily jej náboženské mýty (např. „ blesk je hněv bohů “, „ zatmění Slunce je způsobeno intrikami draka“. “) [3] .

Ve starověku bylo jen velmi málo prostředků pro testování teoretických modelů a zjištění, který z nich je správný, i když šlo o každodenní pozemské jevy. Jedinými fyzikálními veličinami, které bylo možné změřit dostatečně přesně, byla hmotnost , délka a úhel . Měřítkem času byl den , který se ve starověkém Egyptě dělil ne na 24 hodin, ale na 12 denních a 12 nočních hodin, takže existovaly dvě různé hodiny a v různých ročních obdobích se hodina lišila [4] . Ale i když byly stanoveny nám známé jednotky času, kvůli nedostatku přesných hodin by většinu fyzikálních experimentů nebylo možné provést. Proto je přirozené, že místo vědeckých škol vznikala spekulativní či mystická učení.

Mezopotámie a starověký Egypt

Navzdory velkému množství dokumentů starověkého Egypta a Babylonu (III-I tisíciletí př. n. l.), které se k nám dostaly, žádný z nich neobsahuje žádné informace o fyzice. Nejrozvinutější teoretickou vědou byla zřejmě astronomie , tehdy ještě neoddělená od astrologie . Pro potřeby astronomie vyvinul Babylon metody pro měření času a úhlů poměrně přesně ; přesnost babylonských astronomických tabulek byla mnohem vyšší než egyptských [5] .

V oblasti aplikované mechaniky, soudě podle působivých staveb, Egypťané a Babyloňané pokročili daleko - při stavbě dovedně používali kvádry , nakloněné roviny , páky , klíny a další mechanismy. Nic však nenasvědčuje tomu, že by měli nějakou rozvinutou fyzikální teorii [5] [1] .

Starověká Čína

Nejstarší dochované publikace v oblasti přírodních věd se objevily v Číně a pocházejí ze 7. století před naším letopočtem. E.; možná byly i dřívější. Čína již ve starověku dosáhla vysokého stupně rozvoje stavebnictví a řemesel a nashromážděné zkušenosti byly podrobeny vědecké analýze. Doba rozkvětu čínské fyziky se datuje přibližně do 5.–2. století před naším letopočtem. E. Výsledky úvah starověkých čínských vědců byly zahrnuty do různých obecných filozofických prací, z nichž vyčnívají díla Mo-tzu (4. století př. n. l.) a jeho žáků („ mohistů “) [6] [1] .

V části Mohist Canon, která se zabývá fyzikálními problémy, je hlavní pozornost věnována mechanice. Tam byl učiněn první pokus formulovat zákon setrvačnosti : "K zastavení pohybu dochází v důsledku protichůdné síly... Pokud neexistuje žádná protichůdná síla, pak pohyb nikdy neskončí." Dále je zmíněn jistý „přejezd mostu“, který lze interpretovat jako výpověď o přímosti volného pohybu. V jiných čínských spisech lze vidět (v čistě kvalitativní formulaci) zákon akce a reakce , zákon páky , rozpínání těles při zahřívání a smršťování při ochlazení [7] .

Číňané udělali velký pokrok v objevování zákonů geometrické optiky , zejména znali cameru obscuru a princip jejího fungování byl popsán zcela správně (v pojednání „Mo-jing“). Kolem 6. století př. Kr. E. Číňané začali používat kompas („ukazatel na jih“), jehož působení vysvětlovali vlivem hvězd a využívali i k věštění [C 1] . Známý kompas se šípem se poprvé objevil také v Číně v 11. století. Čínští vědci se zabývají hodně hudební teorií (včetně rezonance ) a akustikou [7] .

Obecně měla starověká čínská fyzika aplikovaný charakter. Samostatné pokusy o zobecnění obrovského nahromaděného empirického materiálu byly metafyzické nebo dokonce náboženské povahy; šlo například o pojmy jin/jang a další přírodní prvky nebo konfuciánskou mystiku [8] [1] .

Starověká Indie

Indičtí přírodní filozofové představovali svět jako skládající se z pěti základních prvků : země, oheň, vzduch, voda a éter . Ten vyplňoval prostor a byl také považován za nositele zvuku. Zbývající prvky byly často spojovány s různými smyslovými orgány. Kolem 7. století př. Kr. E. Indičtí vědci, počínaje zakladatelem kanadské školy Vaisheshika , formulovali a začali rozvíjet koncept atomů . Zastánci teorie věřili, že atom se skládá z prvků, každý atom obsahuje až 9 prvků a každý prvek má až 24 vlastností [9] .

Fyzika a mechanika starověké Indie mají zřetelný metafyzický a kvalitativní charakter. Problematika pohybu byla zvažována zvláště podrobně. Podle učení Vaisheshika se každé tělo může zúčastnit v danou chvíli pouze jednoho pohybu, který naráží na odpor a ničí se. Důvodem pohybu může být tlak ( ve středověké Evropě nazývaný „ popud “), volní jednání a elasticita; žádné tělo se nemůže dát samo do pohybu. Perpetum mobile je nemožné [10] .

Starověká fyzika

Rysy starověké fyziky

Starověká věda ve starověkém Řecku se spoléhala na smysluplný a integrální systém matematických znalostí, algebraických a geometrických, vybudovaný řeckými filozofy. Pythagorejci hlásali, že všechny přírodní jevy (mechanika, astronomie, optika, hudba a další) se řídí matematickými zákony. Tento přístup umožnil získat řadu cenných výsledků, nicméně demonstrativní distancování mnoha starověkých vědců od experimentálního ověřování jejich teorií vedlo k četným mylným představám [11] [1] .

Nejdůležitějšími prameny k dějinám starověké fyziky jsou díla Platóna , Aristotela (4. století př. n. l.), Archiméda (3. století př. n. l.), Herona a Lucretia Cara (1. století př. n. l.), jakož i dochované citace fragmenty textů jiných myslitelé. Na rozdíl od myslitelů Číny a Indie vyvinuli staří řečtí přírodní filozofové řadu nemýtických systémů fyzikálních názorů širokého rozsahu, vybudovaných na základě jednotných a výslovně formulovaných principů. Většina těchto principů – například Aristotelova mechanika – se ukázala jako chybná. Výjimkou byly práce Archiméda a Heróna, kteří spojili teoretického fyzika a zručného inženýra, takže jejich objevy s určitým upřesněním terminologie zůstaly v moderní vědě. Obecně měla řecká přírodní filozofie obrovský vliv na rozvoj vědy a až do 17. století neměla konkurenci. Význam starověké fyziky spočívá v tom, že jasně kladla základní problémy struktury a pohybu hmoty a také diskutovala o možných způsobech řešení těchto problémů [11] [1] .

Primární prvky a platonismus

Raní starověcí fyzici předložili různé hypotézy o tom, co by mělo být považováno za základ vesmíru, primárního prvku, ze kterého je postavena celá řada pozorovaných objektů. Thales za takovou považoval vodu, Anaximenes  – vzduch, Hérakleitos  – oheň. Anaximander věřil, že všechny tyto prvky jsou druhotné a jsou vytvářeny speciální látkou „ apeiron “. V systému Anaxagoras je počet prvků nekonečný [12] . S příchodem odůvodněné pythagorejské doktríny s tezí „Čísla vládnou světu“ byly její pojmy zahrnuty do tohoto sporu, matematika byla považována za jakousi ideální kostru světa a přímou cestu k poznání zákonitostí světa. vesmír. Přesto ve starověké fyzice převládaly kvalitativní, metafyzické modely světa [13] .

Platón , slavný filozof ze 4. století před naším letopočtem. e. se dotkl fyzických problémů ve svém dialogu „ Timaeus “. Navzdory upřímně mystickému charakteru myšlenek, které zde byly prezentovány, zanechalo toto dílo znatelnou stopu v dějinách vědy a filozofie. Platón předpokládal existenci, spolu s materiálem, ideálního světa „čistých idejí“, uspořádaných podle zákonů krásy a matematiky; skutečný svět je jeho rozmazaná kopie [14] .

Platón rozeznává čtyři klasické prvky: zemi, vodu, vzduch a oheň, ale spolu s nimi - také primární prvek, který generuje další čtyři, když se vejde do obrazců pravidelných mnohostěnů . Platón dokonce nakreslil diagram, jehož mnohostěny odpovídají různým prvkům; například krychle odpovídá zemi a pyramida ohni. Z těchto pozic Platón rozebírá a vysvětluje různé fyzikální procesy – spalování, rozpouštění, fázovou změnu vody, korozi atd. [14]

Atomismus

Vzhled Zenónových aporií představoval nejtěžší a dosud nevyřešený problém: zda hmota, čas a prostor jsou nekonečně dělitelné, nebo existují nějaké limity pro dělení. Jednou z odpovědí na tuto otázku byl atomismus ( Democritus , 5. století př. n. l.), podle kterého se různá tělesa od sebe neliší složením, ale strukturou, tedy strukturou kombinace nedělitelných atomů v nich (nicméně přítomnost atomů různých typů a forem). Atomisté věřili, že v přírodě není nic jiného než atomy a prázdnota. Atomy mají schopnost se mezi sebou celkem pevně spojovat, tvořit hmotu a další pozorovatelné fyzikální projevy (světlo, teplo, vůně, magnetismus, elektrické jevy). Epikuros dokonce věřil, že svobodná vůle člověka je způsobena tím, že pohyb atomů podléhá náhodným posunům [15] .

Atomisté vyhlásili zákon zachování hmoty , který přirozeně vyplývá z nezničitelnosti atomů. První formulaci tohoto zákona navrhl Empedokles (pravděpodobně Pythagorejec ) v 5. století před naším letopočtem. E. [16] :

Nic nemůže pocházet z ničeho a nic, co existuje, nemůže být zničeno.

Později podobnou tezi vyslovili Demokritos, Epikuros, Aristoteles a další přírodní filozofové.

Aristotelova fyzika

Aristoteles (4. století př. n. l.) odsuzoval modely svých předchůdců jako dogmatické a nepodložené pozorováním. Za jediný zdroj informací o přírodě uznal analýzu skutečné zkušenosti a zavádění zjevně nepozorovatelných pojmů (jako atomy nebo částice) do teorie je zásadně nepřijatelné. Sám Aristoteles se snažil nahradit dogma logickým uvažováním a odkazem na známé fyzikální jevy. Termín „ fyzika “ vznikl jako název jednoho z Aristotelových spisů. Svého času byl vědec připsán za informativní dílo „Mechanické problémy“, ale s největší pravděpodobností měla tato kniha pozdějšího autora z Alexandrie , který byl svými názory blízký Aristotelově škole [17] .

Předmětem fyziky je podle Aristotela zjistit základní příčiny přírodních jevů:

Vzhledem k tomu, že vědecké poznání povstává ze všech výzkumů, které se svými znalostmi rozšiřují k principům, příčinám nebo prvkům (neboť jsme si pak jisti znalostí jakékoli věci, když rozpoznáme její první příčiny, první principy a analyzujeme ji dále až k prvkům), je jasné, že a ve vědě o přírodě je nutné především určit, co patří k principům.

Na rozdíl od Aristotelovy touhy po experimentálním zdůvodnění fyziky dával takový přístup, kvůli nedostatku experimentální fyziky a přesných měřicích přístrojů, dlouhou dobu (vlastně před Newtonem ) přednost metafyzickým fantaziím. Zejména Aristoteles a jeho následovníci tvrdili, že pohyb těla je udržován silou, která na něj působí. Aristoteles, stejně jako jiní starověcí myslitelé, neměl pojem rychlosti, protože vyžaduje poměr cesty k času, a Řekové uznávali pouze poměry homogenních veličin (ze stejného důvodu neexistoval ani pojem hustoty) [18] .

Aristoteles atomisty ostře kritizoval a prohlásil: pokud existuje nekonečný počet atomů a ty se pohybují, pak musí mít nekonečný počet „pohybujících se příčin“, ale pak by se svět změnil v chaos. Většina pohybů podle Aristotela nastává proto, že tělesa mají tendenci zaujmout svá přirozená místa – například u těžkých těles je takové místo ve středu Země, a proto dochází k efektu pádu. Těžké předměty podle Aristotela padají rychleji než lehké stejného tvaru a doba pádu je nepřímo úměrná hmotnosti těles. Aristoteles také uvažoval o „umělém pohybu“ pod vlivem aplikované síly, ale věřil, že s ukončením nárazu se tělo zastaví. Zjevný rozpor se zkušenostmi – například letící šíp se vertikálně vůbec nepohybuje – Aristoteles vysvětlil tím, že šíp je podporován vzdušnou poruchou vznikající při výstřelu. Popíral možnost prázdnoty, neboť v ní nelze definovat „přirozený pohyb“ [17] [18] .

Platónův model odmítl i Aristoteles. Poukázal na to, že nevysvětluje mnoho skutečných jevů, například zvýšení tlaku par při varu vody, a souvislost mezi vlastnostmi prvků a mnohostěnů je svévolná domněnka. Místo toho Aristoteles nabídl stejně přitaženou za vlasy „teorii kvalit“ [17] .

Část fyzikálních znalostí, které Aristoteles předložil, však obstála ve zkoušce času a s patřičnými objasněními zapustila kořeny ve vědě. Při popisu principu činnosti vah uvedl (v poněkud vágní formulaci) podmínku rovnováhy pro páku [19] . V akustice správně popsal, že zdrojem zvuku ze znějícího tělesa je stlačování a řídnutí vzduchu a ozvěna je způsobena odrazem zvuku od překážek [20] .

Aristotelův systém existoval téměř dvě tisíciletí a během této doby byl podroben četným výkladům a komentářům. Velkou kontroverzi vyvolala například otázka, jak se mění hmotnost tělesa při přibližování se ke středu Země – někteří věřili, že váha roste, jiní, že klesá k nule [18] .

Alexandrijská škola

Po 4. století př. Kr E. myšlenkové systémy athénské vědecké školy, nedostatečně propojené se zkušeností, jsou obohaceny o praktičtější přístup alexandrijské školy . Alexandrijští Řekové vyvinuli několik kvantitativních (vyjádřených matematicky) teorií a popsali jejich praktické aplikace; Mezi vědci a vynálezci tohoto období byli známí zejména Archimedes , Ktesibius a Heron Alexandrijský [21] .

Archimédes jasně uvedl teorii pákového efektu a mechanické rovnováhy a došel k závěru, že „veličiny se vyrovnávají v délkách nepřímo úměrných vahám“. Definoval těžiště a našel jeho polohu pro trojúhelník a další obrazce. Archimédes vypočítal hodnotu vztlakové síly kapaliny ( Archimédův zákon ) [22] . Ve 4. století našeho letopočtu. E. Synesius z Kyrény , student Hypatie , na základě objevů Archiméda vynalezl hustoměr k určení měrné hmotnosti kapalin [18] .

Dokonce i Empedokles a Anaxagoras experimentálně prokázali elasticitu vzduchu. Geron, shrnující nashromážděné zkušenosti v hydraulice , vydal dvoudílnou učebnici „Pneumatika“. Stlačitelnost plynu, napsal Heron, dokazuje, že se skládá z částic oddělených prázdnotou. Pneumatica popisuje mnoho technických zařízení, včetně první parní turbíny ( aeolipylus ). Velký přínos přinesla teoretická akustika a hudební teorie [18] .

Helénové úspěšně vyvinuli geometrickou optiku . Euclid v knihách "Optika" a "Katoptrik" [C 2] hluboce prozkoumal zákony perspektivy a teorii zrcadel . Další rozsáhlé dílo o optice napsal Archimedes, ale nedochovalo se. Je známo, že Archimedes změřil úhlový průměr Slunce a dostal poměrně přesný výsledek: mezi 27' a 33' (obloukové minuty). Volavka splňuje první variační princip „nejmenší cesty“ pro odrážení světla . Claudius Ptolemaios ve svém pojednání "Optika" podrobně popsal astronomickou refrakci a poukázal na to, že vyvolává viditelné obrazy hvězd. Přesto se v optice starých Řeků vyskytly hrubé chyby. Například úhel lomu byl považován za úměrný úhlu dopadu ( tuto chybu sdílel i Kepler ), obraz na sítnici ještě nebyl objeven, a proto bylo vidění spojeno se zvláštními paprsky vycházejícími z očí lidí a zvířat. . Hypotéz o povaze světla a barvy byly četné, ale čistě spekulativní [23] [24] .

Starověký Řím

Římská říše si udržovala především vysokou úroveň rozvoje inženýrského umění (stavebnictví, vojenské vybavení, instalatérství atd.). Z příruček praktického inženýrství je velmi zajímavé Vitruviových Deset knih o architektuře (1. století př. n. l.) , které obsahují řadu slibných fyzikálních myšlenek. Vitruvius charakterizuje zvuk jako vlny ve vzduchu, píše o koloběhu vody v přírodě (mnoho jeho současníků věřilo ve spontánní tvorbu vody v jeskyních ze vzduchu), tvrdí, že větry vznikají „napětím vodní páry“ [25 ] .

Několik římských myslitelů zanechalo spisy o teoretických fyzikálních problémech, částečně pod řeckým vlivem, částečně původní. Titus Lucretius Carus (1. století př. n. l.), epikurejec ve svých názorech , napsal báseň O povaze věcí . Báseň obsahuje pokusy vysvětlit různé jevy (včetně magnetické přitažlivosti ) z hlediska Démokritova atomismu . Další římský zastánce atomismu, Seneca , ve svém sedmidílném díle „ Studie o přírodě “ vysvětluje elektřinu, nebeské jevy, komety, vlastnosti vody, vzduchu a světla. Senecova vysvětlení jsou většinou „frivolní“ – například barvy předmětů podle jeho názoru vznikají, když se sluneční světlo mísí s tmavými mraky. V knize Plinia Staršího „ Přírodopis “ je ještě více fantazií – například, že diamant chrání magnet, že hvězdy mohou sestupovat na stěžně lodí a vytvářet „ ohně svatého Elma “ atd. Velitel Sextus Julius Frontinus (1. století n. l.), jehož byl ve svých úpadcích jmenován dozorcem městského vodovodu, zanechal esej „ O římských vodních dýmkách “; v něm poprvé, jeden a půl tisíciletí před Torricellim , poznamenal, že rychlost vytékání vody z nádoby nezávisí na šířce otvoru, ale na hladině vody v nádobě [26] .

Země islámu

Zlatý věk vědy v islámských zemích trval zhruba od 9. do 14. století (až do dobytí Mongoly ). Během tohoto období byla hlavní díla řeckých a indických vědců přeložena do arabštiny, načež arabští, perští a turkičtí myslitelé tato díla rozvíjeli a komentovali a v některých případech navrhovali nové fyzikální modely. Islámští vědci věnovali hlavní pozornost optice a technické mechanice ( k výraznému pokroku v teoretické mechanice nedošlo) [27] [28] .

Abdurrahman al-Khazini (12. století), autor Knihy vah moudrosti (1121), pokračoval v Archimedově výzkumu rovnováh a těžišť . Kniha popisuje četné praktické aplikace uvedených principů, včetně způsobů, jak odhalit padělané šperky, a poskytuje tabulku měrné hmotnosti různých materiálů. Al-Khazini šel dále než Archimedes a rozšířil svůj zákon na tělesa ve vzduchu: když je vzduch odčerpáván z nádrže, tělesa tam umístěná ztěžknou. Přidanou hodnotu al-Chaziniho knihy dávají výsledky Omara Khayyama a Al-Biruniho v ní obsažené , týkající se tématu přesného vážení a výpočtu měrné hmotnosti [27] .

V optice největší příspěvek po Ptolemaiovi přinesl Ibn al-Khaytham (XI. století, v Evropě byl nazýván " Alhazen "), autor monografie "The Book of Optics". Alhazen odmítl starověkou hypotézu o paprscích vidění vycházejících z očí, podal správný popis struktury oka a vlastností binokulárního vidění . Domníval se však, že obraz vnějších objektů se tvoří uvnitř čočky [C 3] . Alhazen navrhl konečnost rychlosti světla a provedl experimenty s camerou obscurou , experimenty s lomem světla a experimenty s různými typy zrcadel. Zjistil, že paprsek odražený od křivočarého zrcadla je v rovině obsahující dopadající paprsek a normálu k povrchu. Pohledy Alhazena (bez uvedení jeho jména) byly podrobně popsány v knize Erasma Vitela (Vitellius) , která vyšla v roce 1271 a získala velkou popularitu; tato kniha vycházela 300 let a významně přispěla k rozvoji optiky v Evropě [29] .

Al- Jazari (1136-1206), jeden z největších arabských vynálezců, popsal ve své knize The Book of Dreams klikový hřídel , ventilová čerpadla, stroje na zvedání vody, vodní hodiny , jukeboxy a další . Al-Jazari vlastní takové technologické inovace jako: laminace dřeva , kombinační zámky , hybrid kompasu s univerzálními slunečními hodinami pro jakékoli zeměpisné šířky atd. [30]

Středověká Evropa

V křesťanské Evropě začal vědecký výzkum ve 14. století. Předtím lze zmínit jen několik úspěchů: byly vynalezeny brýle , správně vysvětlen fenomén duhy , zvládnuto kompas [29] . Francouzský vědec Pierre de Maricourt v roce 1269 publikoval rozsáhlou studii o vlastnostech magnetů, kde mimo jiné naznačil, že zmagnetizovaný předmět lze přemagnetizovat, a že zdrojem magnetismu jsou nebeské „póly světa“ [ 31] [32] .

V 11.-14. století se objevily latinské překlady arabských a dochovaných řeckých textů. Tato díla měla významný vliv na středověké filozofy, jako byl Tomáš Akvinský . Středověcí scholastici hledali způsob, jak smířit antickou filozofii s křesťanskou teologií , a prohlásili Aristotela za nejvýznamnějšího myslitele starověku. Aristotelova fyzika se v případech, kdy nebyla v rozporu s učením církve, stala základem fyzikálních vysvětlení.

V souladu s učením Aristotela středověcí myslitelé věřili, že těla tíhnou ke svému přirozenému bydlišti. Například "těžká" těla gravitují dolů, "lehká" - nahoru. Jak bylo uvedeno výše, věřilo se, že k udržení pohybu je zapotřebí určitá síla; bez síly by se pohyb zastavil. Tento model byl podroben odůvodněné kritice Johnem Philoponem již v 6. století našeho letopočtu. E. Philopon nastolil řadu otázek, na které Aristotelova mechanika nedává správnou odpověď, například: proč se kámen vržený rukou svisle nahoru po utržení ruky ještě nějakou dobu pohybuje nahoru, ačkoli síla hodit už na to nepůsobí? Jestliže podle Aristotela pohyb vrženého tělesa podporuje rozrušení vzduchu, co pak podporuje pohyb kola poháněného tlakem do rotace kolem své osy, protože vzduch zde zjevně nemůže? Filopon také odmítl Aristotelův názor, že těžká tělesa padají rychleji než lehká [33] .

K zodpovězení těchto otázek vyvinuli středověcí vědci (Filopon, později - Buridan ) teorii impulsu (vestavěná síla pohybu). Tento koncept byl krokem ke konceptu setrvačnosti , i když se od něj stále výrazně lišil, protože předpokládal, že na vržená tělesa nadále působí nějaká zděděná síla [34] [35] .

Ve 14. století provedla anglická skupina vědců (tzv. „ Oxfordské kalkulačky “) novou studii nevyřešených problémů v mechanice. Kritizovali také Aristotelovu mechaniku, zpřesnili definici rychlosti a zavedli pojem okamžité rychlosti , podrobně studovali rovnoměrně zrychlený pohyb . V těchto dílech pokračoval pařížský přírodní filozof Buridan a jeho studenti Nicolas Orem a Albert Saský (autor konceptu úhlové rychlosti rotace ). Buridanova škola nejenže podrobila Aristotelovy archaické závěry různým kritice, ale postoupila také k nové mechanice, blížící se mechanickému principu relativity. Buridan napsal, že impuls v kombinaci s gravitací urychluje pád těla; také, opatrně, předpokládal denní rotaci Země [36] [37] [38] .

Na konci 15. století objevil Leonardo da Vinci základní zákon tření a fenomén kapilarity . On také, po několika neúspěšných pokusech vytvořit perpetum mobile , byl jedním z prvních, kdo vyslovil názor, že takový mechanismus je neproveditelný [39] . Německý filozof Nicholas Cusa vyjádřil řadu myšlenek, které předběhly svou dobu; zejména hlásal, že Vesmír je nekonečný, jakýkoli pohyb je relativní a pozemské a nebeské těleso je stvořeno ze stejné hmoty [40] [32] .

Zrození fyziky

16. století: technologický pokrok a začátek vědecké revoluce

V 16. století došlo v mnoha oblastech k rychlému technologickému pokroku. Byl vynalezen tiskařský lis , pletací stroj a mnoho dalších složitých mechanismů , objevily se pokročilé způsoby zpracování materiálů; potřeby dělostřelectva, navigace a stavebnictví podnítily rozvoj fyziky. Experimentům dlouho bránila skutečnost, že téměř všechny souvisely s měřením času, nicméně voda a sluneční hodiny nedokázaly poskytnout přijatelnou přesnost (např. Galileo používal k počítání času vlastní puls). V XVI-XVII století se začaly objevovat nové, pokročilejší měřicí přístroje: mechanické hodiny s kyvadlem , teploměr , barometr , přesné pružinové váhy a další. Tyto vynálezy značně rozšířily možnosti testování fyzikálních hypotéz [41] . Neméně důležitou změnou je rostoucí přesvědčení, že skutečná zkušenost je nejvyšším soudcem ve všech vědeckých sporech. Nicholas Cusa , Leonardo da Vinci , Francis Bacon a další prominentní vědci a filozofové [42] [39] o tom vytrvale psali . Dalším důležitým faktorem bylo praktické dokončení vývoje antického a islámského dědictví – všechny hlavní dochované knihy byly přeloženy do latiny a zvládnuty evropskými vědci [43] .

Velké změny nastaly i ve vývoji teoretické vědy. Vědecká revoluce začala tím, že Mikuláš Koperník navrhl heliocentrický systém světa (1543) namísto tehdy obecně přijímaného geocentrického systému . Ve své knize „ O rotaci nebeských sfér “ Koperník také vyjádřil řadu myšlenek nové, nearistotelské mechaniky, včetně principu relativity , dohadů o zákonu setrvačnosti a univerzální gravitace . Ještě odvážnější systém světa navrhl v 80. letech 16. století Giordano Bruno , v němž je nejen Země, ale i Slunce obyčejným svítidlem.

Simon Stevin v knihách „Desátý“ (1585), „Principles of Statics“ a další představil desetinné zlomky , formuloval (bez ohledu na Galilea) zákon tlaku na nakloněné rovině, paralelogramové pravidlo sil , pokročilou hydrostatiku a navigaci. Je zvláštní, že rovnici rovnováhy na nakloněné rovině odvodil z nemožnosti věčného pohybu (kterou považoval za axiom) [44] .

Galileo: vytvoření experimentální fyziky

Galileo Galilei se proslavil jako vynálezce dalekohledu , se kterým učinil mnoho vynikajících astronomických objevů. Neméně revoluční proměny ale ke Galileovi v mechanice patří. Téměř všechny jeho práce se týkají problémů mechaniky a poslední kniha je jí speciálně věnována. Galileova práce se stala rozhodujícím krokem k nahrazení aristotelské mechaniky novými, skutečnými principy.

Galileo formuloval základy teoretické mechaniky  - princip relativity , zákon setrvačnosti , čtvercově zrychlený zákon pádu. Galileo dokázal, že jakékoli těleso hozené pod úhlem k horizontu letí v parabole . Vynalezl první teploměr (ještě bez stupnice) a jeden z prvních mikroskopů , objevil izochronismus kmitů kyvadla , odhadl hustotu vzduchu . Jedním z Galileových argumentů je vágně formulovaný princip virtuálních posunů . Galileo vyvodil většinu svých závěrů z pečlivě naplánovaných experimentů. Galileiho experimenty při studiu vibrací struny umožnily Mersennovi v roce 1588 obohatit akustiku tím, že znějící tón spojil nejen s délkou struny jako u Pythagorejců, ale také s frekvencí jejích vibrací a napětím; současně Mersenne získal první odhad rychlosti zvuku ve vzduchu (v metrické soustavě asi 414 m/s) [45] .

Galileiho objevy jasně a přesvědčivě, i když obecně řečeno, ukázaly cestu k vytvoření nové mechaniky. Galileo se sice v řadě případů spletl (např. za příčinu přílivu a odlivu považoval rotaci Země), ale většina těchto chyb se týká situací, kdy nemohl nastavit ověřovací experiment [45] .

Galileův žák Torricelli rozvinul Galileovy představy o pohybu, formuloval princip pohybu těžišť , vyřešil řadu problémů v hydrodynamice a balistice , včetně objevu Torricelliho základního vzorce (pro rychlost tekutiny vytékající z plavidla ) [46] . Publikoval dělostřelecké tabulky na základě myšlenek Galilea, nicméně kvůli zanedbání odporu vzduchu se jejich chyba ukázala jako prakticky nepřijatelná [45] [47] .

17. století

V 17. století dramaticky vzrostl zájem o vědu v hlavních zemích Evropy. Objevily se první akademie věd a první vědecké časopisy. Navzdory odporu katolické církve dochází k obnově myšlenek atomismu (podle Vatikánu tyto myšlenky odporovaly smyslu svátosti přijímání ) [48] . Objevují se zcela nové vědecké nápady a vylepšení měřicích přístrojů již umožňuje mnohé z nich testovat. Zvláště důležitou roli v dějinách optiky, fyziky a vědy obecně sehrál vynález spektivu v Holandsku na počátku 17. století , předchůdce všech následujících optických výzkumných přístrojů [47] .

Kepler a Descartes

Johannes Kepler v roce 1609 publikoval knihu „New Astronomy“, kde nastínil dva zákony planetárního pohybu , které objevil ; třetí zákon formuloval v pozdější knize Světová harmonie (1619). Na rozdíl od Ptolemaia Kepler zjistil, že planety se nepohybují po kruzích, ale po elipsách a nerovnoměrně – čím dále od Slunce, tím pomaleji. Kepler zároveň formuloval (jasněji než Galileo) zákon setrvačnosti: každé těleso, které není ovlivněno jinými tělesy, je v klidu nebo se pohybuje přímočaře. Zákon univerzální přitažlivosti je formulován méně jasně: síla působící na planety vychází ze Slunce a se vzdáleností od něj klesá a totéž platí pro všechna ostatní nebeská tělesa. Zdrojem této síly je podle jeho názoru magnetismus v kombinaci s rotací Slunce a planet kolem své osy. Kepler také výrazně pokročilou optikou včetně fyziologické - zjistil roli čočky , správně popsal příčiny krátkozrakosti a dalekozrakosti . Výrazně zdokonalil teorii čoček , zavedl pojmy ohnisko a optická osa , objevil přibližný vzorec pro vztah mezi vzdálenostmi předmětu a jeho obrazem s ohniskovou vzdáleností čočky [49] .

V roce 1637 vydal René Descartes „Rozpravu o metodě“ s přílohami „ Geometrie “, „Dioptrická“, „Meteora“. Descartes považoval prostor za hmotný a příčinou pohybu byly víry hmoty, které vznikají, aby zaplnily prázdnotu (což považoval za nemožné, a proto neuznával atomy), nebo z rotace těles. V Dioptric, Descartes poprvé (nezávislý na Snell ) dal správný zákon lomu světla . Vytvořil analytickou geometrii a představil moderní matematickou symboliku . Descartes prohlásil jednotu pozemské a nebeské fyziky: „všechna tělesa, která tvoří vesmír, se skládají z téže hmoty, nekonečně dělitelné a vlastně rozdělené na mnoho částí“ [50] .

Descartes' Elements of Philosophy byl publikován v roce 1644. Hlásá, že změna stavu hmoty je možná jen tehdy, když na ni působí jiná hmota. To okamžitě vylučuje možnost akce na velké vzdálenosti bez jasného materiálního prostředníka. Kniha uvádí zákon setrvačnosti a zákon zachování hybnosti . Descartes správně definoval množství pohybu jako úměrné „množství hmoty“ a její rychlosti, i když ve svých úvahách nebral v úvahu její vektorovou orientaci [51] .

Už Descartes pochopil, že pohyb planety je zrychlený pohyb. Descartes po Keplerovi věřil: planety se chovají, jako by existovala přitažlivost Slunce. Aby vysvětlil přitažlivost, navrhl mechanismus vesmíru, ve kterém jsou všechna tělesa uváděna do pohybu tlaky všudypřítomné, ale neviditelné „jemné hmoty“. Průhledné toky tohoto média, zbavené schopnosti přímočarého pohybu kvůli absenci prázdnoty, tvoří systémy velkých a malých vírů v prostoru. Víry, zachycující větší viditelné částice běžné hmoty, tvoří cykly nebeských těles, rotují je a nesou je po drahách. Země je také uvnitř malého víru. Rotace má tendenci vytahovat průhledný vír směrem ven, zatímco částice víru přitlačují viditelná těla k Zemi. Podle Descarta jde o gravitaci [50] [52] .

Descartova fyzika byla prvním pokusem popsat v jediném systému všechny typy přírodních jevů jako mechanický pohyb, představit vesmír jako jediný mechanismus. Mnoho v tomto systému (například princip akce na krátkou vzdálenost ) je stále aktuální, nicméně Descartes udělal metodologickou chybu, když při studiu jevu vyžadoval nejprve zjistit jeho „hlavní příčiny“ a teprve poté vybudovat matematický model. To byl krok zpět, protože díky tomuto přístupu neobsahují spisy Descarta a jeho následovníků („ karteziánů “) o nic méně chyb a spekulativních fantazií než Aristoteles. Galileo a Newton udělali opak – nejprve na základě pozorování vytvořili matematický model a poté, pokud byl dostatek dat, předložili předpoklady o „základních příčinách“ („nejdříve analýza, pak syntéza“). Tento přístup se ukázal jako produktivnější například pro gravitaci —  od Newtonova vytvoření matematického modelu k Einsteinovu objasnění fyzikální podstaty gravitace uplynula více než dvě století [50] [51] [53] .

Tvorba klasické mechaniky: Huygens a Newton

V roce 1673 vydal Christian Huygens své kyvadlové hodiny. Huygens v něm uvádí (slovně) několik důležitých vzorců: pro periodu kmitání kyvadla a pro dostředivé zrychlení ; implicitně se využívá i moment setrvačnosti . Huygens celkem přesně změřil gravitační zrychlení a vysvětlil, proč toto zrychlení (jak objevil Jean Richet v roce 1676) klesá, když se pozorovatel pohybuje na jih [54] . V jiné práci (1669) Huygens poprvé formuloval pro speciální případ nárazové srážky zákon zachování energie : „ Když se tělesa srazí, součet součinů jejich velikostí [hmotností] a druhých mocnin jejich rychlosti zůstávají nezměněny před a po nárazu ." Obecný zákon zachování kinetické energie (který se tehdy nazýval „živá síla“) publikoval Leibniz v roce 1686 [51] .

Posledním krokem ve vytvoření klasické mechaniky bylo objevení se v roce 1687 Newtonovy knihy The Mathematical Principles of Natural Philosophy . Zavádí pojem hmotnosti , stanovuje tři zákony mechaniky a zákon univerzální gravitace a na jejich základě řeší velké množství aplikovaných problémů. Zejména Newton důsledně dokázal, že všechny tři Keplerovy zákony vyplývají z Newtonova gravitačního zákona; také ukázal, že Descartův model, který vysvětloval pohyb planet pomocí éterických vírů, byl v rozporu s třetím Keplerovem zákonem a byl nepoužitelný pro pohyb komet [55] . Věda o dynamice , vytvořená Newtonem, umožnila zásadně určit pohyb jakéhokoli tělesa, pokud jsou známy vlastnosti média a počáteční podmínky. K vyřešení rovnic, které v tomto případě vznikají, vznikla a začala se rychle rozvíjet matematická fyzika [56] .

Newton své úvahy doprovází popisem experimentů a pozorování, které jeho závěry přesvědčivě potvrzují. Kromě mechaniky položil Newton základy optiky , nebeské mechaniky , hydrodynamiky , objevené a pokročilé matematické analýzy . Zákony vyložené Newtonem jsou univerzální povahy, takže důvody pro rozdělení fyziky na pozemskou a „nebeskou“ zmizely a systém Copernican-Kepler dostal pevný dynamický základ. Tento úspěch potvrdil mezi fyziky rozšířený názor, že všechny procesy ve vesmíru jsou v konečném důsledku mechanické povahy.

Newtonovy fyzikální pojmy byly v ostrém rozporu s karteziánskými. Newton věřil v atomy , považoval „hledání základních příčin“ za sekundární metodu, které by měl předcházet experiment a konstrukce matematických modelů. Z tohoto důvodu byla newtonovská teorie gravitace, ve které přitažlivost existovala bez hmotného nosiče a bez mechanického vysvětlení, dlouho odmítána vědci (zejména karteziány ) kontinentální Evropy; dálkovou gravitaci odmítli mimo jiné tak významní vědci jako Huygens a Euler . Teprve ve druhé polovině 18. století, po Clairautově práci na teorii pohybu Měsíce a Halleyovy komety , kritika ustoupila [57] . I když se s metafyzickými fantaziemi na některých místech setkáváme i později, od 18. století se hlavní metodou poznávání ve fyzice stává metoda Galilea a Newtona – provádění experimentů, na základě jejich výsledků identifikující objektivní klíčové fyzikální pojmy („síly přírody“ “, jak uvedl Newton). ), matematický popis vztahu těchto pojmů (nejčastěji ve formě diferenciálních rovnic ), teoretický rozbor a experimentální ověření výsledného modelu [58] .

Optika: nové efekty

V oblasti starověké vědy optiky došlo v 17. století k řadě zásadních objevů. Nakonec byl formulován správný zákon lomu světla ( Snellius , 1621) a Fermat objevil variační princip , který je základem geometrické optiky [59] . V roce 1676 získal Ole Römer první odhad rychlosti světla . Italský fyzik Grimaldi objevil jevy interference a difrakce světla (publikováno posmrtně v roce 1665), v roce 1668 byl objeven dvojlom a v roce 1678 polarizace světla ( Huygens ) [59] .

Spory pokračovaly mezi zastánci korpuskulárního a vlnového charakteru světla. Huygens ve svém „Pojednání o světle“ postavil první kvalitativní a částečně matematický model světelných vln – stále nedokonalý, protože nedokázal vysvětlit ani difrakci, ani přímočaré šíření světla. Hlavním Huygensovým počinem byl „ Huygensův princip “, který je základem vlnové optiky – jasně vysvětluje průběh šíření vln [60] .

Důležitou etapou ve vývoji optiky a astronomie bylo vytvoření prvního zrcadlového dalekohledu ( reflektoru ) s konkávním sférickým zrcadlem Newtonem: v něm na rozdíl od čistě čočkových dalekohledů nebyla žádná chromatická aberace . Newton také publikoval teorii barvy , dobře testovanou experimenty, a dokázal, že bílé sluneční světlo je superpozicí vícebarevných složek. Newton nastínil své představy o vlastnostech světla (aniž by se nechal rozptylovat hypotézami o jeho povaze) v zásadní monografii „Optika“ (1704), která určila vývoj této vědy na celé století [61] .

Elektřina a magnetismus - raný výzkum

Experimentální základ znalostí o elektřině a magnetismu počátkem 16. století zahrnoval pouze elektrifikaci třením, vlastnost magnetitu přitahovat železo a schopnost zmagnetizované střelky kompasu označovat směr sever-jih. Kolem 15. století (možná i dříve) evropští mořeplavci zjistili, že střelka kompasu neukazuje přesně na sever, ale směřuje k němu pod určitým úhlem („ magnetická deklinace “). Christopher Columbus objevil, že velikost magnetické deklinace závisí na zeměpisných souřadnicích a kartografové ukázali, že příčinou tohoto efektu je existence magnetických pólů v blízkosti Země , které se neshodují s těmi zeměpisnými. Nějakou dobu se snažili pomocí efektu vyřešit nejdůležitější problém určování zeměpisné délky na otevřeném moři, ale neúspěšně [62] . V roce 1558 italský alchymista Giambattista della Porta ve svém díle „ Přírodní magie “ zaznamenal několik nových vlastností magnetu: magnetický efekt neproniká železnou deskou dostatečné velikosti, a když je magnet zahřátý na určitou vysokou teplotu, jeho magnetické vlastnosti zmizí a po ochlazení se neobnoví [63] .

V roce 1600 publikoval William Gilbert , lékař anglické královny, výsledky svého 17 let experimentálního výzkumu elektrických a magnetických jevů. Potvrdil, že Země je magnet . Hilbert prokázal, že kdykoli je magnet uříznut, výsledné fragmenty mají vždy dva póly. Ke studiu elektrických jevů vynalezl Gilbert elektroskop , pomocí kterého rozdělil všechny látky na „elektriku“ (tedy elektrifikovanou, v moderní terminologii – dielektriku ) a „neelektriku“ (například vodiče , náboje, na které se přes ruce experimentátor šel do země). Byl to W. Gilbert, kdo vytvořil termín „ elektřina “ [62] .

Otto von Guericke publikoval své vlastní experimentální výsledky v roce 1672. Vynalezl poměrně výkonný elektrostatický stroj (rotující koule síry elektrizovaná stlačenou rukou) a poprvé zaznamenal fenomén bezkontaktního přenosu elektrizace z nabitého tělesa na jiné umístěné poblíž (nebo připojené k prvnímu tělesu). lněnou nití). Guericke jako první objevil, že elektrifikovaná tělesa dokážou nejen přitahovat, ale i odpuzovat [64] .

Descartes vytvořil první teorii magnetismu: kolem magnetu obíhají proudy šroubovicových éterických částic dvou typů s opačnými vlákny . Tyto proudy vytlačují vzduch mezi dvěma magnety a způsobují, že jsou přitahovány; podobně Descartes vysvětlil přitahování železa k magnetu. Elektrostatické jevy jsou podobně zodpovědné za částice ve tvaru stuhy [65] . Descartův model z nedostatku lepšího vydržel téměř do konce 18. století [62] .

Zrození teorie plynů a další úspěchy

V roce 1647 Blaise Pascal testoval první barometr (vynalezený Torricellim ) a navrhl, že tlak vzduchu klesá s výškou; tuto domněnku dokázal následující rok jeho zeť Florin Périer ( Florin Périer ). Přesnou formulaci vztahu mezi tlakem a výškou objevil Edmund Halley v roce 1686 a kvůli absenci konceptu exponenciální funkce nastínil tento vztah následovně: když se výška zvyšuje v aritmetickém postupu , atmosférický tlak klesá geometricky . . V roce 1663 Pascal publikoval zákon o šíření tlaku v kapalině nebo plynu [59] [66] .

Otto von Guericke vynalezl v roce 1669 vzduchové čerpadlo, provedl řadu velkolepých experimentů („ magdeburské hemisféry “) a nakonec vyvrátil Aristotelův názor, že „příroda se bojí prázdnoty“. Existence atmosférického tlaku , objevená Torricellim v roce 1644, byla od té doby jasně prokázána. Guerickeho experimenty zaujaly anglické fyziky Roberta Boyla a Roberta Hooka , kteří Guerickeho čerpadlo výrazně zdokonalili a dokázali s ním učinit mnoho nových objevů, včetně vztahu mezi objemem a tlakem plynu ( Boyle-Mariotteův zákon ).

V jiných dílech Boyle tvrdí, že hmota se skládá z malých částic ( částic , v moderní terminologii - molekul ), které určují chemické vlastnosti hmoty, a chemické reakce jsou redukovány na permutaci takových částic. Doložil také kinetickou povahu tepla , tedy jeho hluboké spojení s chaotickým pohybem tělesných částic: při zahřívání se rychlost těchto částic zvyšuje [67] .

Boyleova kniha „Nové fyzikálně-mechanické experimenty týkající se pružnosti vzduchu“ se stala široce známou, největší fyzici v Evropě se ujali studia vlastností plynů a jejich praktické aplikace. Denis Papin postavil první náčrt parního stroje („ Papinův kotel “) a „parního vozu“ [68] . Papen také objevil, že bod varu vody závisí na atmosférickém tlaku (1674) [59] .

Mezi další důležité objevy 17. století patří Hookův zákon (1678), který dává do souvislosti napětí pružného tělesa s aplikovanou silou.

18. století

Obecná charakteristika fyziky 18. století

Hlavním úspěchem techniky 18. století byl vynález parního stroje (1784), který způsobil restrukturalizaci mnoha průmyslových technologií a vznik nových výrobních prostředků. V souvislosti s rychlým rozvojem hutnictví, strojírenství a vojenského průmyslu roste zájem o fyziku. Začíná vydávání nejen konsolidovaných, ale i odborných vědeckých časopisů, počet a náklad vědeckých publikací neustále roste. Zvýšila se prestiž vědy, přednášky významných vědců přitahují davy zvídavých lidí [69] [70] .

Experimentální fyzikové v tomto období již měli mnoho měřicích přístrojů přijatelné přesnosti a prostředky k výrobě chybějících přístrojů. Význam pojmu "fyzika" se zúžil, ze sféry této vědy byly vyčleněny astronomie, geologie, mineralogie, technická mechanika a fyziologie. Karteziánství , nepodložené zkušenostmi, rychle ztrácí příznivce; d'Alembert v roce 1743 ironicky nazval kartuziány „téměř neexistující sektou“. Mechanika a teorie tepla se vyvíjely zrychleným tempem . Ve druhé polovině století začíná intenzivní studium elektřiny a magnetismu. V rámci newtonského systému světa se s velkým úspěchem formuje nová nebeská mechanika . Charakteristickým rysem fyziky XVIII. století je skutečnost, že všechna odvětví fyziky, stejně jako chemie a astronomie, se vyvíjely nezávisle, Descartův pokus o vytvoření jednotného integrálního systému vědění byl uznán jako neúspěšný a na chvíli opuštěn. Za nositele přírodních sil však byla stále považována kartézská „jemnohmotnost“ – neviditelná, beztížná a všepronikající ( kalorické , elektrické a magnetické tekutiny) [71] [69] .

Zpočátku se teoretická a aplikovaná fyzika vyvíjela do značné míry samostatně – například optičtí teoretici se nepodíleli na vynálezu brýlí. Od 18. století začala být interakce teorie s praxí intenzivnější, i když v různých úsecích fyziky je situace odlišná – v rozvinutějších úsecích je interakce patrnější. Například termodynamika dělala teprve své první krůčky a parní stroj byl sestrojen bez pomoci teoretiků, ale vývoj optických přístrojů v 18. století je již v podstatě založen na dobře rozvinuté teorii [71] .

Mechanika

Euler začal s vytvořením analytické mechaniky v roce 1736; později (1760) zkoumal nejen pohyb hmotného bodu , ale i libovolného tuhého tělesa. D'Alembert v monografii "Dynamics" (1742) a Lagrange v "Analytical Mechanics" (1788) spojili statiku a dynamiku v jediném přístupu (založeném na " d'Alembertově principu ") a dokončili transformaci teoretické mechaniky na obor matematické analýzy . Další rozvoj teoretické mechaniky probíhá především v hlavním proudu matematiky [72] [73] .

Otázka, jaká veličina ( hybnost nebo „ živá síla “ ) se zachovává v pohybu, vyvolala vzrušenou debatu, která pokračovala až do poloviny 18. století, kdy de Meurant a d'Alembert doložili (pro mechanické srážky) oba zákon zachování hybnost a zákon zachování energie [74] . V roce 1746 Euler a Daniel Bernoulli (nezávisle) objevili nový základní zákon mechaniky: zákon zachování momentu hybnosti . Maupertuis a Euler zavedli do vědeckého použití koncept akce a extrémně plodný variační princip na něm založený . Od konce 19. století se ukázalo, že variační princip nejmenší akce daleko přesahuje rámec mechaniky, je zásadní a prostupuje celou fyzikou [75] .

Druhý pokus po Descartovi pokrýt všechny přírodní zákony jedinou mechanickou teorií učinil raguzský vědec Rudzher Boskovic ve své monografii „ Theory of Natural Philosophy, Reduced to a Single Law of Forces Existing in Nature “ (1759). Primárními prvky hmoty jsou podle Boskoviče nedělitelné a neroztažené hmotné body, které se v závislosti na vzdálenosti mohou k sobě přitahovat nebo odpuzovat (v blízkosti se vždy odpuzují a na značnou vzdálenost se přitahují). Pomocí této hypotézy Bošković kvalitativně vysvětlil mnoho fyzikálních jevů. Navzdory obecné metafyzické povaze měla Boškovićova díla, která se vyznačovala svým ideologickým bohatstvím, v 19. století velký vliv na vývoj fyziky, zejména na formování pojmu fyzikálního pole u Faradaye [76] [ 77] .

Vytvoření dynamiky kapalin a plynů je spojeno s průkopnickým dílem Daniela Bernoulliho „Hydrodynamika“ (1738). V této práci Bernoulli studoval různé druhy pohybu kapalin a plynů z mechanického hlediska, dal Bernoulliho základní zákon a poprvé představil koncept mechanické práce . Mnoho Bernoulliho argumentů je založeno na zákonu zachování energie („živá síla“). V Bernoulliho práci pokračoval Euler, který v roce 1755 publikoval základy analytické mechaniky tekutin, d'Alembert a Clairaut . Euler vyvinul obecnou teorii turbín , mlýnských kol a jiných mechanismů poháněných tekoucí vodou; důležitá praktická vylepšení na toto téma provedl anglický inženýr John Smeaton (1759). V tomto období se stále více prosazuje všeobecný názor, že všechny fyzikální procesy jsou v konečném důsledku projevy mechanického pohybu hmoty [72] .

Elektřina a magnetismus

V první polovině 18. století byla jediným zdrojem elektřiny elektrifikace třením. První významný příspěvek k elektrostatice učinil Stephen Gray , který zkoumal přenos elektřiny z jednoho tělesa do druhého. Po sérii experimentů objevil elektrostatickou indukci a zároveň dokázal, že na povrchu zelektrizovaného tělesa se nacházejí elektrické náboje. V roce 1734 francouzský vědec Charles Francois Dufay ukázal, že existují dva druhy elektřiny: pozitivní a negativní (sám používal výrazy „sklovitý“ a „pryskyřičný“). Du Fay byl také první, kdo navrhl elektrickou povahu hromu a blesku a že elektřina hraje skrytou, ale významnou roli ve fyzikálních procesech. Vzhledem ke skrovné experimentální základně se v tomto období neobjevily žádné seriózní teorie o povaze elektřiny [78] [79] .

Zlom nastal v roce 1745, kdy byl vynalezen výkonnější zdroj elektřiny - Leydenská nádoba . Paralelní zapojení těchto kondenzátorů poskytlo krátkodobý, ale dostatečně silný elektrický proud . Okamžitě v mnoha zemích začalo studium vlastností elektrického proudu. Nejhlubší výzkum provedl americký politik a amatérský fyzik Benjamin Franklin ; jeho kniha „Experimenty and Observations on Electricity“ vyvolala senzaci a byla přeložena do mnoha evropských jazyků. Franklin přesvědčivě dokázal Dufayovu hypotézu o elektrické povaze blesku a vysvětlil, jak se proti němu chránit pomocí hromosvodu , který vynalezl . Byl prvním, komu se podařilo proměnit elektřinu v mechanický pohyb, ovšem na velmi krátkou dobu (na dobu vybití Leydenské nádoby). Franklin navrhl (1749), že existuje určitá souvislost mezi elektřinou a magnetismem, protože byl zaznamenán případ, kdy blesk obrátil póly magnetu [78] .

Franklin také navrhl první teorii: elektřina je podle jeho názoru speciální látka z nejmenších částic, podobná kapalině („ tekutina “). Přitahuje ho běžná hmota a může do ní vstoupit, ale je odpuzována sama od sebe. Různé materiály mohou obsahovat různá množství elektřiny, přičemž jsou obklopeny určitou „elektrickou atmosférou“. Kladné a záporné náboje jsou podle této teorie způsobeny nadbytkem nebo nedostatkem elektrické látky. Franklinova teorie však nevysvětlovala, proč se záporně nabitá tělesa bez elektřiny odpuzují stejným způsobem jako kladně nabitá, takže mnoho fyziků se přiklánělo k názoru, že stále existují dvě „elektrické tekutiny“ [80] .

Názory vědců na Franklinův model byly rozdílné: byla zde ostrá kritika, ale našli se i zastánci, mezi nimi významný německý fyzik Aepinus . Aepinus proslul objevem pyroelektřiny a předpovědí Coulombova zákona 20 let před Coulombem. Aepinus také navrhl, že výboj z Leydenské nádoby je oscilační. Euler nevěřil ve speciální elektrickou tekutinu a elektrické jevy přisuzoval procesům kondenzace / ředění v éteru [78] .

Konec století byl poznamenán dvěma přelomovými událostmi v historii elektřiny. V roce 1785 se objevily první Coulombovy memoáry, ve kterých byl Coulombův zákon popsán a doložen přesnými experimenty a jeho podobnost se zákonem univerzální gravitace umožnila v krátké době (do roku 1828) dokončit matematické základy elektrostatika s využitím dříve vyvinutých analytických metod v ní [81] . V roce 1791 italský lékař Luigi Galvani publikoval pojednání o „živočišné elektřině“, kterou objevil: noha žáby zavěšená na mosazném háku na železné mříži se samovolně škubla. Italský fyzik Alessandro Volta brzy zjistil, že žába v tomto experimentu slouží pouze jako indikátor proudu a skutečným zdrojem je kontakt dvou odlišných kovů v elektrolytu . Po provedení řady experimentů navrhl Volta v roce 1800 výkonný zdroj stejnosměrného proudu  – „ voltaický sloup “, první elektrickou baterii . S jeho pomocí byly v příštím, 19. století učiněny rozhodující objevy elektromagnetických vlastností [78] .

Ve studiu magnetismu byl pokrok méně patrný. Objevilo se několik fenomenologických teorií, které tvrdí, že vysvětlují vlastnosti magnetů. Euler publikoval svou teorii magnetismu v roce 1744, což naznačuje, že to bylo způsobeno nějakým druhem "ferofluidu" proudícího v magnetu a železe přes speciální "magnetické póry". Podobná tekutina figurovala v alternativní teorii Franklina a Aepina . Ten však považoval tuto kapalinu za společný nosič elektřiny a magnetismu. Coulomb se připojil k Aepinusovi v odmítnutí teorií, které zahrnují "proudění ferrofluidů", protože nemůže vysvětlit stabilitu směru střelky kompasu. Navrhl (1784), že přitahování a odpuzování magnetů je způsobeno silou podobnou Newtonově gravitaci [78] .

Teplo

Koncept „jemné hmoty ohně“, která přenáší teplo, byl zachován a dokonce rozšířen v 18. století. O existenci kalorického , nositele tepla, věřilo mnoho fyziků, počínaje Galileem ; nicméně, druhý tábor, který zahrnoval Robert Boyle , Robert Hooke , Daniil Bernoulli , Leonard Euler , a M. V. Lomonosov , se držel molekulárně kinetické hypotézy : teplo je pohyb vnitřních mikročástic. Obě hypotézy byly kvalitativního charakteru, což neumožnilo jejich srovnání a ověření (koncept mechanického ekvivalentu tepla , který spor vyřešil, vznikl až v dalším století). Někteří vědci věřili, že teplo, elektřina a magnetismus jsou modifikacemi téže éterické hmoty. Skutečnou povahu procesu spalování jako oxidační reakce odhalil až Lavoisier v 80. letech 18. století [82] .

Německý fyzik Gabriel Fahrenheit na počátku století vynalezl teploměr (na rtuťové nebo lihové bázi) a navrhl Fahrenheitovu stupnici (přesněji její první verzi, jím později opravenou). Až do konce století se objevily další varianty teplotní stupnice: Reaumur (1730), Celsius (1742) a další. Od tohoto okamžiku je možné přesně měřit množství tepla. Benjamin Thompson (hrabě Rumfoord) v sérii rafinovaných experimentů ukázal, že zahřívání nebo chlazení těles neovlivňuje jejich hmotnost. Upozornil také na značné teplo vznikající při vrtání kovu; zastánci kalorií vysvětlili tento efekt zvýšením kalorické hustoty v části, kdy se z ní oddělovaly třísky, ale Rumfoord ukázal, že tepelná kapacita třísek byla stejná jako tepelná kapacita obrobku. Přesto si kalorická hypotéza udržela četné příznivce i na počátku 19. století [82] .

Fahrenheit zkoumal problém: jaká teplota vznikne smícháním dvou částí nestejně ohřáté vody. Předpokládal, že teplota směsi bude aritmetickým průměrem teplot složek, ale experimenty tento předpoklad vyvrátily. Přestože se touto problematikou zabývalo mnoho fyziků, problém zůstal nevyřešen až do vytvoření teorie tepelné kapacity na konci století a jasného poznání, že teplota a teplo nejsou totéž [82] . Posledním argumentem ve prospěch tohoto závěru byly experimenty Josepha Blacka , který objevil (1757), že tání a odpařování beze změny teploty vyžadují značné dodatečné teplo. V roce 1772 zavedl Johann Wilke jednotku tepla, kalorie [83] .

V roce 1703 francouzský fyzik Guillaume Amonton , který studoval závislost elasticity vzduchu na teplotě, dospěl k závěru, že existuje absolutní nula teploty , jejíž hodnotu odhadl na -239,5 ° C. Lambert v roce 1779 potvrdil Amontonův výsledek a získal přesnější hodnotu −270 °C [84] . Za výsledek poznatků nashromážděných v průběhu 18. století o vlastnostech tepla lze považovat "Memoir on Heat" od Lavoisiera a Laplacea , v něm je mimo jiné teorie tepelné kapacity a její závislosti na teplotě, roztažnosti studuje se těles při zahřátí [85] .

Akustika

Vytvoření matematické analýzy umožnilo vyčerpávající studium vibrací struny, proto se v 18. století akustika, stejně jako mechanika, stala exaktní vědou. Joseph Sauveur již na počátku století stanovil vlnovou délku všech hudebních tónů a vysvětlil původ alikvotů (objeveno v roce 1674) a Euler ve svém díle An Experience in a New Theory of Music (1739) podal kompletní analytická teorie vibrací strun. Německý experimentální fyzik Ernst Chladni na konci století podrobně vyšetřoval vibrace tyčí a desek (" Cladniho figury "); teoretické vysvětlení jeho pozorování podali v 19. století Laplace , Poisson a další matematici [86] [87] .

Optika

V optice pod vlivem newtonovské kritiky vlnová teorie světla během 18. století téměř ztratila své přívržence, a to navzdory silné podpoře Eulera a některých dalších autorit. Z nových úspěchů můžeme zmínit vynález fotometru , důležitého pro astronomy (1740, Bouguer , zdokonalený Rumfoordem v roce 1795). Lambert vyvinul metrologii optiky - přesně definoval pojmy jas a osvětlení , formuloval závislost osvětlení povrchu na jeho ploše a úhlu sklonu a zjistil zákon poklesu intenzity světla v pohlcovači. střední [88] .

John Dollond vytvořil první achromatický objektiv v roce 1757, který se ukázal být zvláště užitečný pro stavbu refrakčních dalekohledů a mikroskopů . Na konci století objevil John Herschel v experimentech s rozptylem infračervené paprsky , které přenášejí teplo a jsou svými vlastnostmi podobné viditelnému světlu. Ultrafialové záření , které se nachází na druhém konci viditelného spektra, brzy objevil Johann Wilhelm Ritter (1801) [89] .

19. století

Obecná charakteristika fyziky 19. století

Průmyslová revoluce a potřeby vojenské techniky podnítily přednostní rozvoj jak experimentální, tak teoretické fyziky. Úkolem fyziky se stále více nestává vysvětlení přírodních sil, ale jejich ovládání. Přesné měřicí přístroje se objevily téměř ve všech oblastech a výsledky fyzikálních pokusů v 19. století jsou převážně kvantitativní. Byla vyvinuta matematická teorie chyb měření , která umožňuje posoudit spolehlivost pozorovaných fyzikálních veličin. Přesto se v první polovině 19. století stále často používají vysoce kvalitní metafyzické koncepty a přitažené hypotézy k interpretaci rozsáhlého experimentálního materiálu: kalorické , elektrické a magnetické tekutiny, „zvuková hmota“ atd. nové pojmy a fyzikální modely: vlnová teorie světla , kinetická teorie tepla, zákon zachování energie [90] , Maxwellova elektromagnetická teorie , periodický systém prvků na bázi atomismu . Do konce století všechny tyto teorie, souhrnně označované jako „ klasická fyzika “, získávají všeobecné přijetí a široké praktické uplatnění. Objevuje se také aplikovaná fyzika zaměřená na efektivní řešení konkrétních technologických problémů; vliv praxe na teoretický výzkum se stává zvláště aktivním po nástupu elektrotechniky a spalovacího motoru v druhé polovině 19. století [91] [92] .

Důležitým rysem doby bylo postupné posilování názoru, že ne všechny přírodní jevy jsou založeny na mechanickém pohybu. Již druhý termodynamický zákon neumožňoval mechanické zdůvodnění, neboť z něj vyplývala nevratnost řady procesů a pokusy vysvětlit elektromagnetismus jako oscilace éterického prostředí narážely na nepřekonatelné obtíže, které byly vyřešeny až ve 20. teorie relativity a zrušení éteru jako nosného média [93] .

V 19. století se objevilo mnoho nových odvětví fyziky, které se týkaly především elektromagnetismu , dále termodynamiky , statistické fyziky , statistické mechaniky , teorie pružnosti , radiofyziky , meteorologie , seismologie .

Vlnová teorie světla

Sto let po objevení se Elementů byla Newtonova kritika vlnové teorie světla uznána většinou vědců nejen v Anglii, ale i na kontinentu. Částečně to bylo způsobeno tím, že úplná matematická teorie kmitání vln byla vytvořena teprve na počátku 19. století ( Fourier ). Světlo bylo považováno za proud některých malých tělísek [94] .

První úder korpuskulární (emisní) teorii světla zasadil Thomas Jung , lékař, specialista na fyziologickou optiku. V roce 1800, když hovořil před Královskou společností , vyjmenoval nepřekonatelné obtíže emisní teorie: proč všechny světelné zdroje emitují krvinky stejnou rychlostí a jak to, že část světla dopadajícího na těleso se obvykle odráží, zatímco druhá část přechází do těla? Jung také poukázal na to Newton nedal přesvědčivé vysvětlení pro jevy lomu světla , difrakce a interference . Místo toho Jung vyvinul vlnovou teorii interference (a zavedl samotný termín) založenou na principu superpozice (superpozice) vln , které formuloval , a difrakce byla vysvětlena podobným způsobem. „ Jungova zkušenost “ následně vstoupila do učebnic. Jung podle výsledků svých experimentů celkem přesně odhadl vlnovou délku světla v různých barevných rozsazích. Vybudoval také správnou teorii barevného vidění a akomodace [94] .

Youngova vlnová teorie se setkala s nepřátelstvím. Právě v této době (1808, Malus , Laplace a další) byl hluboce studován fenomén dvojího lomu a polarizace světla , který byl vnímán jako rozhodující důkaz ve prospěch emisní teorie. Ale pak Augustin Jean Fresnel , v té době silniční stavební inženýr, promluvil na podporu vlnové teorie . V řadě vtipných experimentů prokázal čistě vlnové efekty, z hlediska korpuskulární teorie zcela nevysvětlitelné, a jeho monografie, obsahující obsáhlou studii z vlnových poloh, přesná kvantitativní měření a podrobný matematický model všech tehdy známých vlastností světla (kromě polarizace ), vyhrál v roce 1818 soutěž pařížské akademie věd . Fresnel zobecnil Huygensův princip a dokázal rigorózně vysvětlit přímočaré šíření světelné vlny [94] .

Arago popisuje kuriózní případ : na schůzce komise akademiků se Poisson vyslovil proti Fresnelově teorii, protože z ní vyplynul absurdní závěr: za určitých podmínek se mohla uprostřed stínu objevit jasně osvětlená oblast z neprůhledného kruhu. . Na jednom z následujících setkání Fresnel a Arago předvedli členům komise tento efekt, který se nazýval „ Poissonova skvrna “ [95] . Od té doby jsou Fresnelovy vzorce pro difrakci, lom a interferenci obsaženy ve všech učebnicích fyziky. Jung i Fresnel považovali světlo za elastické podélné vibrace éteru , jehož hustota ve hmotě je vyšší než ve vakuu [94] .

Zbývalo pochopit mechanismus polarizace. Již v roce 1816 se Fresnel zabýval možností, že světelné vibrace éteru nejsou podélné, ale příčné. To by snadno vysvětlilo jev polarizace. S příčnými vibracemi se však dříve setkávaly pouze u nestlačitelných pevných látek, zatímco éter byl svými vlastnostmi považován za podobný plynu nebo kapalině. Studium odrazu polarizovaného světla přesvědčilo Fresnela, že hypotéza o příčném vlnění světelných vln je správná, načež předložil memoár popisující nové experimenty a kompletní teorii polarizace, která platí dodnes [96] . Příštích téměř sto let se nese ve znamení triumfálního úspěchu vlnové teorie ve všech oblastech. Byla dokončena klasická vlnová optika a zároveň byla postavena nejobtížnější otázka: co je to éter a jaké jsou jeho vlastnosti? [94]

Nejsilněji ovlivnila vývoj fyziky zkušenost Fizeaua (1849-1851), který prokázal, že rychlost světla ve vodě je o čtvrtinu menší než ve vzduchu (podle emisní teorie musí být větší, jinak by lom světla světla nelze vysvětlit ) [97] .

Vznik elektrodynamiky a elektrotechniky

Koncem 18. století byla Franklinova teorie atmosférické elektřiny a Coulombův zákon již součástí fyziky elektromagnetických jevů . Prostřednictvím úsilí Poissona , Gausse a Greena byla elektrostatika v podstatě vyvinuta v první čtvrtině 19. století , viz Poissonova rovnice (1821). Poisson také zavedl kromě elektrického potenciálu magnetický potenciál , který umožňuje vypočítat statické magnetické pole [98] [99] .

Teoretickým základem těchto výsledků byla existence dvou typů „elektrické tekutiny“, pozitivní a negativní; každý z nich přitahuje částice jiného typu a odpuzuje jednu vlastní. Těleso je nabité, pokud jeden z typů této kapaliny převládá; Vodiče jsou materiály, které nenabízejí žádný odpor vůči elektrickým kapalinám. Síla přitažlivosti nebo odpuzování se řídí zákonem obrácené čtverce [98] .

Jak již bylo zmíněno výše, v roce 1800 sestavil Volta první „ voltaický sloup “, se kterým zkoumal proud v uzavřených obvodech. S těmito prvními stejnosměrnými bateriemi byly brzy učiněny dva vynikající objevy:

Hlavní senzační události začaly v roce 1820, kdy Oersted experimentálně objevil vychylovací účinek proudu na magnetickou jehlu. Oerstedova zpráva vyvolala všeobecný výbuch zájmu. O dva měsíce později Ampère referoval o jevu, který objevil o vzájemném ovlivňování dvou vodičů s proudem; navrhl také termíny „elektrodynamika“ a „elektrický proud“ [C 4] . Ampere navrhl, že všechny magnetické jevy jsou způsobeny vnitřními proudy uvnitř hmoty, proudícími v rovinách kolmých k ose magnetu [98] . První teorie spojující elektřinu a magnetismus (ještě ve starých termínech) vytvořili ve stejném roce Biot , Savart a později Laplace (viz Biot-Savart-Laplaceův zákon ) [98] .

Okamžitě následovala nová kaskáda objevů:

V roce 1826 vydal Ampère monografii „Teorie elektrodynamických jevů odvozených výhradně ze zkušenosti“. Objevil elektromagnet ( solenoid ), vyjádřil myšlenku elektrického telegrafu . Amperův vzorec pro interakci dvou proudových prvků byl zařazen do učebnic. Maxwell nazval Ampère „Newtonem elektřiny“ [98] .

První metrologické normy, které stanovily jednotky měření elektřiny a magnetismu, byly vyvinuty ve 30. letech 19. století Gaussem a Weberem . Začíná praktická aplikace elektřiny. Ve stejném období se zásluhou D. F. Daniela a B. S. Jacobiho objevilo galvanické pokovování , které proměnilo typografii, šperkařské technologie a následně vydávání zvukových záznamů na desky. Ve 30. letech 19. století byly vyvinuty první vzorky elektrického telegrafu , v roce 1844 byla v USA uvedena do provozu první komerční telegrafní linka na světě a o několik let později se jejich počet v USA a Evropě měřil v desítkách [100] .

Michael Faraday objevil elektromagnetickou indukci v roce 1831, čímž dokázal, že vztah mezi elektřinou a magnetismem je vzájemný. V důsledku řady experimentů Faraday formuloval (slovně) vlastnosti elektromagnetického pole , později matematicky formalizované Maxwellem: elektrický proud má magnetický účinek kolmo ke svému směru a změna magnetického toku vytváří elektromotorickou sílu . a vírové elektrické pole [101] .

Faraday postavil první elektromotor a první elektrický generátor , čímž připravil půdu pro průmyslové využití elektřiny. Faraday objevil zákony elektrolýzy , zavedl pojmy: iont , katoda , anoda , elektrolyt , diamagnetismus , paramagnetismus a další. V roce 1845 Faraday objevil rotaci roviny polarizace světla v látce umístěné v magnetickém poli. To znamenalo, že světlo a elektromagnetismus spolu úzce souvisí. Později Faraday studoval samoindukci , kterou v roce 1832 objevil americký vědec Henry , vlastnosti dielektrik a výboje v plynech [101] .

Pokračoval rozvoj teorie a aplikací elektrotechniky. V roce 1845 Kirchhoff stanovil zákony distribuce proudů ve složitých elektrických obvodech. V roce 1874 N. A. Umov zkoumal koncept toku energie v libovolném médiu a v 80. letech 19. století Poynting a Heaviside vyvinuli tuto teorii ve vztahu k elektromagnetickému poli [102] .

Průmyslové modely elektromotorů a elektrických generátorů se postupem času staly výkonnějšími a technologicky vyspělejšími; stejnosměrný proud byl nahrazen proudem střídavým . Do konce století našly nevyčerpatelné možnosti elektřiny díky společnému úsilí teoretických fyziků a inženýrů nejširší uplatnění. V roce 1866 byl vypuštěn transatlantický elektrický telegraf , v 70. letech 19. století byl vynalezen telefon a v 80. letech 19. století se začalo široce používat žárovky [103] .

Teorie elektromagnetického pole

Síly zavedené Amperem, stejně jako síly Newtona, byly považovány za dalekonosné . Tato pozice byla silně napadána Michaelem Faradayem , který s pomocí přesvědčivých experimentů ukázal, že elektrické a magnetické síly plynule proudí z bodu do bodu a vytvářejí příslušně (vzájemně související) „elektrické pole“ a „magnetické pole“. Koncept „pole“, který zavedl Faraday, se stal jeho hlavním příspěvkem k fyzice. Tehdejší vědci, kteří si již zvykli na působení newtonovské přitažlivosti na velké vzdálenosti, však nyní byli vůči působení na krátkou vzdálenost nedůvěřiví [104] .

Po objevech Faradaye se ukázalo, že staré modely elektromagnetismu ( Ampère , Poisson atd.) byly v podstatě neúplné. Brzy se objevila Weberova teorie založená na akci na velké vzdálenosti. V této době se však veškerá fyzika, kromě teorie gravitace, zabývala pouze silami krátkého dosahu ( optika , termodynamika , mechanika kontinua atd.). Gauss , Riemann a řada dalších vědců vyjádřili přesvědčení, že světlo má elektromagnetickou povahu, z čehož vyplynulo, že teorie elektromagnetických jevů by měla být také krátkého dosahu [101] . Důležitou okolností byl hluboký rozvoj v polovině 19. století teorie parciálních diferenciálních rovnic pro spojitá média - v podstatě byl připraven matematický aparát teorie pole . Za těchto podmínek se objevila Maxwellova teorie , kterou její autor skromně nazval matematickým převyprávěním Faradayových myšlenek [105] .

Ve své první práci (1855-1856) dal Maxwell řadu rovnic v integrální formě pro konstantní elektromagnetické pole na základě hydrodynamického modelu (siločáry odpovídaly trubicím pro průtok tekutiny). Tyto rovnice pohltily veškerou elektrostatiku, elektrickou vodivost a dokonce i polarizaci. Magnetické jevy jsou modelovány podobně. V druhé části práce Maxwell, aniž by uváděl nějaké analogie, staví model elektromagnetické indukce. V následné práci Maxwell formuluje své rovnice v diferenciální formě a zavádí posuvný proud . Dokazuje existenci elektromagnetických vln , jejichž rychlost se rovná rychlosti světla , předpovídá tlak světla . Maxwellovo závěrečné dílo – „Pojednání o elektřině a magnetismu“ (1873) obsahuje kompletní systém rovnic pole v symbolice Heavisidea , který pro to navrhl nejvhodnější aparát – vektorovou analýzu . Moderní podobu Maxwellových rovnic později podali Hertz a Heaviside [105] [106] .

Jednota přírodních sil, kterou Descartes nedokázal prokázat, byla obnovena. Hypotézy o elektrických a magnetických tekutinách jsou minulostí, místo nich se objevil nový fyzikální objekt - elektromagnetické pole , které kombinuje elektřinu, magnetismus a světlo. Zpočátku bylo toto pole interpretováno jako mechanické procesy v elastickém éteru [102] .

Někteří fyzici se postavili proti Maxwellově teorii (zejména koncept posuvného proudu vyvolal mnoho námitek). Helmholtz navrhl svou teorii, kompromis ve vztahu k modelům Webera a Maxwella, a pověřil svého studenta Heinricha Hertze , aby ji otestoval. Hertzovy experimenty provedené v letech 1885-1889 však jednoznačně potvrdily Maxwellovu správnost [102] .

Již v roce 1887 postavil Hertz první rádiový vysílač na světě ( Hertzův vibrátor ); přijímačem byl rezonátor (otevřený vodič). Ve stejném roce Hertz objevil posuvný proud v dielektriku (současně objevil fotoelektrický jev ). V následujícím roce Hertz objevil stojaté elektromagnetické vlny , později s dobrou přesností změřil rychlost šíření vlnění, objevil pro ně stejné jevy jako u světla - odraz, lom, interference, polarizace atd. [102]

V roce 1890 vynalezl Branly citlivý přijímač rádiových vln, coherer , a vytvořil termín „ rádio “. Coherer zachytil rádiové vlny na vzdálenost až 40 metrů ( Oliver Lodge , 1894) as anténou  mnohem dále. O několik let později Popov a Marconi navrhli spojit koherer s elektrickým zvonkem, čímž vznikl první přístroj pro rádiovou komunikaci [107] . Éra rádia a elektroniky začala ve 20. století.

Termodynamika, plyny, struktura hmoty

Pokroky v chemii a nemožnost vzájemné přeměny chemických prvků se staly závažným argumentem ve prospěch myšlenky Roberta Boylea o existenci molekul jako diskrétních primárních nosičů chemických vlastností. Bylo zjištěno, že u účastníků chemických reakcí jsou pozorovány určité hmotnostní a objemové poměry ; to nejen nepřímo svědčilo ve prospěch existence molekul, ale také umožnilo učinit předpoklady o jejich vlastnostech a struktuře. John Dalton na počátku 19. století vysvětlil zákon parciálních tlaků pomocí molekulární teorie a sestavil první tabulku atomových hmotností chemických prvků – jak se později ukázalo, chybné, neboť vycházel ze vzorce pro vodu HO namísto H 2 O a některé sloučeniny považoval za prvky [108] [109] .

V roce 1802 objevili Gay-Lussac a Dalton zákon vztahu mezi objemem a teplotou plynu . V roce 1808 objevil Gay-Lussac paradox: plyny byly vždy kombinovány ve více objemových poměrech, například: C + O 2 (každý jeden objem) = CO 2 (dva objemy). Aby vysvětlil tento rozpor s Daltonovou teorií , Avogadro navrhl v roce 1811 rozlišovat mezi konceptem atomu a molekuly. Také navrhl, že stejné objemy plynů obsahují stejný počet molekul (ne atomů, jak věřil Dalton). Přesto byla otázka existence atomů dlouho kontroverzní [110] .

Teorii tepla v první polovině 19. století stále dominovala kalorická , i když se již začaly objevovat kvantitativní modely přenosu tepla. Byla také diskutována kompromisní varianta: teplo je pohyb částic hmoty, ale tento pohyb se přenáší prostřednictvím kalorií (někdy ztotožněných s éterem ). V roce 1822 publikoval Fourier Analytical Theory of Heat, kde se objevuje rovnice tepla a je ukázáno, že tepelný tok (pro Fouriera kalorický) je úměrný teplotnímu gradientu . V rámci teorie kalorií byla napsána kniha Sadiho Carnota „Úvahy o hnací síle ohně ao strojích schopných tuto sílu vyvinout“ (1824), která ve skutečnosti obsahuje dva zákony termodynamiky ; zpočátku bez povšimnutí bylo toto dílo náležitě oceněno ve 30. letech 19. století a mělo obrovský vliv na rozvoj fyziky [111] .

Ve stejné době se začaly formovat moderní koncepty práce a energie (pojem navrhl Jung v roce 1807, původně pouze pro kinetickou energii [112] , podpořil jej Kelvin v roce 1849). V roce 1829 Coriolis , který analyzoval spojení mezi prací a „ živou silou “, přidal do výrazu pro druhou jmenovaný faktor , načež kinetická energie získala moderní podobu [74] .

James Joule po provedení série experimentů s elektřinou (1843) dospěl k závěru: "ve všech případech, kdy je vynaložena mechanická síla, je vždy získáno přesně ekvivalentní množství tepla." Vypočítal hodnotu tohoto ekvivalentu: asi 460 kgm/kcal. Pro elektrický proud, jak Joule zjistil, je generované teplo úměrné odporu a druhé mocnině síly proudu . Později Joule potvrdil své závěry experimenty se stlačováním plynů a prohlásil, že teplo je mechanický pohyb a přenos tepla je přechod tohoto pohybu do jiných forem. Ve všech experimentech odhad mechanického ekvivalentu tepla poskytl blízké hodnoty. Shrneme-li, Mayer a Joule formulují zákon zachování energie a Helmholtz ve své monografii (1847) staví tento zákon za základ celé fyziky [111] .

Práce na kinetice plynů , téměř opuštěné v první polovině 19. století, zahájili Krönig (1856) a Rudolf Clausius , kteří nezávisle zdůvodnili „ stavovou rovnici ideálního plynu “. Clausius navrhl správný model ideálního plynu , představil koncept vnitřní energie systému a vysvětlil fázové přechody . V polovině 19. století William Thomson (Lord Kelvin) a Clausius jasně formulovali dva zákony ( počátky ) termodynamiky . Pojem kalorický byl konečně pohřben, Rankin a Thomson místo něj zavedli obecný pojem energie (1852), nejen kinetické. Název „termodynamika“ pro obor fyziky zabývající se přeměnou energie v makroskopických tělesech navrhl Thomson. Po roce 1862 Clausius zkoumal nevratné procesy, které nezapadaly do mechanického modelu, a navrhl koncept entropie . Začala široká diskuse o problému „ tepelné smrti vesmíru “ způsobená tím, že princip rostoucí entropie je neslučitelný s věčností vesmíru [113] .

Kelvin v roce 1848 navrhl " absolutní teplotní stupnici " (Kelvinova stupnice), počínaje " absolutní nulou " (-273 stupňů Celsia). Maxwell v roce 1860 odvodil statistický zákon o rozložení rychlostí molekul plynu, získal vzorce pro vnitřní tření a difúzi a vytvořil nástin kinetické teorie vedení tepla [113] .

Další pokroky v kinetické teorii plynů a termodynamice jsou z velké části díky Ludwigu Boltzmannovi a van der Waalsovi . Mimo jiné se pokusili odvodit termodynamické zákony na základě mechaniky a neúspěch těchto pokusů o nevratné procesy donutil Boltzmanna navrhnout (1872), že druhý termodynamický zákon nemá direktivně exaktní, ale statistický charakter. : teplo může proudit i ze studeného tělesa do horkého. , jen je mnohem pravděpodobnější opačný proces. Více než 20 let tato domněnka nevzbudila mezi fyziky zájem, pak se rozpoutala živá diskuse. Kolem roku 1900, zejména po práci Plancka , Gibbse a Ehrenfesta , získaly Boltzmannovy myšlenky přijetí. Od roku 1871 Boltzmann a Maxwell rozvíjeli statistickou fyziku. Ergodická hypotéza se ukázala jako extrémně plodná (průměry v čase se shodují s průměry za soubor částic) [113] .

Kromě objevu elektronu (viz níže) se teorie Brownova pohybu stala rozhodujícím argumentem ve prospěch atomismu ( Einstein , 1905). Po práci Smoluchowského a Perrina , která tuto teorii potvrdila, už ani přesvědčení pozitivisté existenci atomů nezpochybňovali. První pokusy o harmonizaci s atomovou teorií začaly s periodickým systémem prvků vyvinutým v roce 1869 D. I. Mendělejevem , ale skutečných úspěchů v tomto směru bylo dosaženo již ve 20. století [114] .

Na konci století začaly hloubkové studie fázových přechodů a chování hmoty při ultranízkých teplotách. V roce 1888 Skot James Dewar poprvé získal kapalný vodík , vynalezl také „ Dewarovu nádobu “ ( termosku ). Gibbs formuloval fázové pravidlo v 70. letech 19. století [115] .

Objev elektronu, radioaktivita

Aby spojili atomovou hypotézu s elektrickými jevy, Berzelius a Faraday navrhli, že existují dva typy atomů, s kladným a záporným nábojem. Z toho vyplynula existence nejmenšího elektrického náboje. Stoney navrhl termín „ elektron “ (1874) a poskytl dobrý odhad jeho náboje. Existovaly i další hypotézy, například W. Prout se domníval, že jelikož atomové hmotnosti prvků jsou násobkem atomové hmotnosti vodíku, pak existuje jeden primární atom – vodík, a všechny ostatní se skládají ze spojených primárních atomů. Crookes navrhl, že existuje nulový primární prvek - "protyle", který tvoří jak vodík, tak další prvky, a William Thomson považoval atom za stabilní vír v éteru [116] .

Ještě dříve, v roce 1858, byly při studiu elektrického výboje v plynu objeveny katodové paprsky . Po dlouhých diskuzích vědci dospěli k závěru, že jde o tok elektronů. V roce 1897 JJ Thomson změřil poměr náboj/hmotnost pro katodové paprsky a dokázal, že je nezávislý na materiálu katody a dalších experimentálních podmínkách. Za předpokladu, že náboj elektronu je stejný jako (již známý) náboj vodíkového iontu , Thomson získal odhad hmotnosti elektronu. K překvapení všech se ukázalo, že je mnohonásobně menší než hmotnost atomu vodíku. Berzelius-Faradayova hypotéza musela být zamítnuta. Thomson také ukázal, že částice emitované fotoelektrickým jevem mají stejný poměr náboj/hmotnost a jsou zjevně také elektrony. V roce 1910 se Robertu Millikanovi podařilo v průběhu důmyslného experimentu experimentálně určit náboj a hmotnost elektronu [116] .

V roce 1878 Hendrik Lorentz zobecnil Maxwellovu teorii pro pohyblivá média obsahující ionty . Lorentzova elektronová teorie dobře vysvětlila diamagnetismus , procesy v elektrolytu, pohyb elektronů v kovu, stejně jako Zeemanův jev objevený v roce 1896  – štěpení spektrálních čar emitovaných látkou v magnetickém poli [116] .

Rozhodující objevy byly učiněny v roce 1895 ( rentgenové záření , Wilhelm Conrad Roentgen ) a 1896 ( radioaktivita uranu , Henri Becquerel ). Pravda, vlnová povaha rentgenového záření byla definitivně prokázána až v roce 1925 ( Laue , difrakce v krystalech), ale mnozí ji předpokládali ještě dříve. Radioaktivita ale zmátla fyziky a byla podrobena aktivnímu výzkumu. Brzy bylo objeveno radium , thorium a další aktivní prvky, stejně jako nehomogenita záření ( alfa a beta paprsky objevil Rutherford v roce 1899 a gama paprsky  Villars v roce 1900). Povaha beta paprsků byla jasná okamžitě, když Becquerel změřil jejich poměr náboj/hmotnost - shodoval se s poměrem elektronu. Povahu částic alfa objevil Rutherford až v roce 1909 [116] [117] .

V roce 1901 Walter Kaufman oznámil, že objevil nárůst setrvačné hmotnosti elektronu se zvyšující se rychlostí , jak předpověděli Heaviside a J. J. Thomson . Lorentzova teorie pohybu elektronů musela být revidována; polemika na toto téma pokračovala i po vzniku teorie relativity [116] .

Velkou kontroverzi vyvolala otázka, co je zdrojem energie radioaktivního záření. V roce 1902 dospěli Rutherford a Soddy k závěru, že „radioaktivita je atomový jev doprovázený chemickými změnami“. V roce 1903 objevili zákon exponenciálního rozpadu radioaktivního atomu , odhadli energii uvnitř atomu jako neměřitelně větší než jakákoli chemická energie a předpokládali, že to je zdroj sluneční energie. Ve stejné době objevili Rutherford, William Ramsay a Soddy první přeměny prvků ( radon na helium ) a J. J. Thomson podal první zdůvodnění periodického systému prvků z hlediska elektronové teorie [116] [118] .

Mechanika, optika, teorie pružnosti

William Hamilton v letech 1834-1835 publikoval variační princip , který měl univerzální charakter a byl úspěšně používán v různých odvětvích fyziky [119] . Hamilton udělal z tohoto principu základ své „hamiltonovské mechaniky“ . „Tyto práce tvořily základ celého vývoje analytické mechaniky v 19. století“ [120] .

V optice byl hlavní událostí objev spektrální analýzy (1859). V roce 1842 objevil rakouský fyzik Doppler změnu frekvence a vlnové délky vyzařované pohyblivým zdrojem. Oba efekty se staly nejdůležitějšími nástroji vědy, zejména v astrofyzice [121] . V polovině století se objevil další významný vynález - fotografie [122] .

V roce 1821 Henri Navier odvodil základní systém rovnic teorie pružnosti a nahradil jednorozměrný Hookeův zákon univerzálním zákonem o trojrozměrných deformacích izotropních elastických těles. Navierův model byl okamžitě (1823) zobecněn v pracích Cauchyho , který odstranil omezení izotropie. Na základě Cauchyho rovnic vyřešil Poisson mnoho prakticky důležitých problémů [123] .

20. století

Obecná charakteristika fyziky 20. století

Na počátku 20. století se fyzika potýkala s vážnými problémy – mezi starými modely a experimentálními daty začaly vznikat rozpory. Například při pokusu o měření rychlosti světla byly pozorovány rozpory mezi klasickou mechanikou a elektrodynamikou  - ukázalo se, že nezávisí na vztažné soustavě . Tehdejší fyzika také nedokázala popsat některé účinky mikrokosmu, jako jsou spektra atomového záření, fotoelektrický jev , energetická bilance elektromagnetického záření a hmoty, spektrum záření absolutně černého tělesa . Pohyb Merkura neodpovídal newtonské teorii gravitace; nebylo nalezeno řešení ani pro „ gravitační paradox “. A konečně nové jevy objevené na přelomu století – radioaktivita , elektron , rentgenové záření  – nebyly teoreticky vysvětleny. "Toto je celý svět, o jehož existenci nikdo netušil," řekl Poincaré v roce 1900 a k pochopení nového světa bylo zapotřebí významné revize staré fyziky [124] .

Dalším důležitým rysem fyziky 20. století bylo rozšíření chápání jednoty přírodních sil. Již v 19. století se objevil univerzální koncept energie a Maxwell kombinoval optiku, elektřinu a magnetismus. Ve 20. století byly objeveny hluboké souvislosti mezi prostorem a časem , hmotou a zářením ( částice a vlny ), gravitací a geometrií , hmotou a energií a mnoha dalšími vztahy. Objevilo se mnoho nových odvětví fyziky - teorie relativity , kvantová mechanika , atomová fyzika , elektronika , aerodynamika , rádiová fyzika , fyzika plazmatu , astrofyzika , kosmologie a další.

Teorie relativity

V roce 1728 anglický astronom Bradley objevil aberaci světla : všechny hvězdy popisují malé kruhy na obloze s periodou jednoho roku. Z hlediska éterické teorie světla to znamenalo, že éter je nehybný a jeho zdánlivý posun (při pohybu Země kolem Slunce) vychyluje obrazy hvězd podle principu superpozice.

Fresnel však předpokládal, že uvnitř látky je éter částečně strháván pohybující se hmotou. Zdá se, že tento názor podpořily experimenty Fizeaua , který zjistil, že rychlost světla ve vodě je menší než ve vakuu. Maxwell v roce 1868 navrhl schéma rozhodujícího experimentu, který po vynálezu interferometru dokázal v roce 1881 provést americký fyzik Michelson . Později Michelson a Morley experiment několikrát opakovali se zvyšující se přesností ; jiní fyzici provedli desítky experimentů založených na jiných principech (např. Troughton a Noble měřili rotaci zavěšeného kondenzátoru ), ale výsledek byl vždy negativní – neexistoval žádný „éterový vítr“ [125] [126] .

V roce 1892 Hendrik Lorentz a (nezávisle na něm) George Fitzgerald navrhli, že éter je stacionární a že délka jakéhokoli tělesa se zmenšuje ve směru jeho pohybu. Taková " Lorentzova kontrakce " musela nutně vést k efektu dvojího lomu ve všech pohybujících se průhledných tělesech; experimenty však existenci takového účinku vyvrátily. Pak Lorentz svou hypotézu změnil: nestahují se samotná tělesa, ale do nich vstupující elektrony, navíc ve všech směrech, ale ve směru pohybu je kontrakce větší. Lorentz nedokázal vysvětlit, proč je velikost redukce přesně taková, aby kompenzovala „éterový vítr“ [126] .

Dalším vážným problémem byla skutečnost, že Maxwellovy rovnice nevyhovovaly Galileimu principu relativity , přestože elektromagnetické efekty závisí pouze na relativním pohybu [127] . Byla zkoumána otázka, za jakých transformací souřadnic jsou Maxwellovy rovnice invariantní. Správné vzorce poprvé sepsali Larmor (1900) a Poincare (1905), kteří dokázali jejich grupové vlastnosti a navrhli je nazývat Lorentzovy transformace . Ve své práci „O dynamice elektronu“ (1905), Poincaré také podal zobecněnou formulaci principu relativity , zahrnující také elektrodynamiku. V této práci je dokonce čtyřrozměrný Minkowského interval . Přesto Poincaré nadále věřil v realitu éteru a nepřipojoval objektivní fyzikální obsah jím vyvinutému matematickému modelu, považoval ho v souladu se svou filozofií za vhodnou dohodu ( „konvence“ ) [126] .

Fyzikální, objektivní podstata Poincarého modelu byla odhalena po práci Einsteina . V článku z roku 1905 Einstein zvažoval dva postuláty: univerzální princip relativity a stálost rychlosti světla . Tyto postuláty automaticky následovaly vzorce Lorentzovy transformace , Lorentzovu kontrakci , relativitu simultánnosti a neužitečnosti éteru. Byl také odvozen nový zákon pro sčítání rychlostí, nárůst setrvačnosti s rychlostí atd. Einstein poukázal na to, že všechny fyzikální zákony musí být při Lorentzových transformacích invariantní. Později byla tato teorie nazývána speciální teorií relativity (SRT) . Poté, co byl éter z fyziky vyloučen, získalo elektromagnetické pole nový status soběstačného fyzického objektu, který nepotřebuje další mechanický nosič. Ve stejném roce se objevil vzorec  : setrvačnost je určena energií [126] [128] .

Někteří vědci okamžitě přijali SRT : Planck (1906) a sám Einstein (1907) vytvořili relativistickou dynamiku a termodynamiku a Minkowski v roce 1907 představil matematický model kinematiky SRT ve formě geometrie čtyřrozměrného neeuklidovského světa a vyvinul teorie invariantů tohoto světa.

Od roku 1911 vyvinul Einstein obecnou teorii relativity (GR) , která nahradila Newtonovu teorii gravitace , a dokončil ji v roce 1915. V Einsteinově teorii gravitace na rozdíl od Newtonovy nedochází k žádnému dálkovému působení a fyzikální nositel gravitace je jasně naznačen - modifikace geometrie časoprostoru . Experimentální ověření nových efektů předpovídaných touto teorií , provedené v desítkách experimentů, ukázalo úplnou shodu mezi obecnou relativitou a pozorováními. Pokusy Einsteina a dalších vědců rozšířit obecnou relativitu sjednocením gravitace, elektromagnetismu a teorie mikrosvěta byly neúspěšné [129] .

Struktura atomu

Po objevu elektronu se ukázalo, že atom má složitou strukturu, a vyvstala otázka, jaké místo v něm elektron zaujímá a jaké jsou další subatomární částice. V roce 1904 se objevil první model atomu, známý jako model „rozinkového pudinku“ ; v něm byl atom kladně nabitým tělesem, v němž byly elektrony rovnoměrně smíchány. Ať už se tam přestěhují nebo ne – tato otázka zůstala otevřená. Thomson byl první, kdo předložil slibnou hypotézu, že vlastnosti chemických prvků jsou určeny rozložením elektronů v atomu. Ve stejné době navrhl japonský fyzik Nagaoka planetární model, ale Win okamžitě upozornil, že kruhové dráhy elektronů jsou neslučitelné s klasickou elektrodynamikou: pro jakoukoli odchylku od přímky musí elektron ztratit energii [130] .

V letech 1909-1910 experimenty Rutherforda a Geigera na rozptylu částic alfa v tenkých deskách odhalily, že uvnitř atomu je malá kompaktní struktura - atomové jádro . Od „pudingového modelu“ se muselo upustit. Rutherford navrhl rafinovaný planetární model: kladné jádro, jehož náboj (v jednotkách elektronového náboje) přesně odpovídá číslu prvku v periodické tabulce . Prvním úspěchem nové teorie bylo vysvětlit existenci izotopů . Ale byly tam i jiné vzory. J. J. Thomson navrhl, že interakce elektronů a jádra je odlišná od coulombovské; byly učiněny pokusy zahrnout teorii relativity a dokonce i neeuklidovské geometrie .

První úspěšnou teorii, která vysvětlila spektrum atomu vodíku , vyvinul Niels Bohr v roce 1913. Bohr doplnil Rutherfordův model o neklasické postuláty :

  1. Existují dráhy, na kterých bude elektron stabilní (neztratí energii).
  2. Při skoku z jedné povolené dráhy na druhou elektron vyzáří nebo pohltí energii odpovídající rozdílu energií drah. Bohrova teorie přesně předpověděla spektrum atomu vodíku , ale u ostatních prvků nebyla shoda [130] .

V roce 1915 dokončili Bohrovu teorii Sommerfeld a Wilson ; byl vysvětlen Zeemanův efekt a jemná struktura vodíkového spektra . Bohr přidal do svých postulátů princip korespondence , který umožnil určit intenzitu spektrálních čar. V roce 1925 Pauli předpokládal, že elektron má rotaci a později - vylučovací princip , podle kterého žádné dva elektrony nemohou mít stejná kvantová čísla (s přihlédnutím k rotaci). Poté se ukázalo, jak a proč jsou elektrony distribuovány po vrstvách (orbitách) v atomu [130] . Ve 20. letech 20. století se v podstatě zformovala elektronová teorie kovů , vysvětlující jejich dobrou elektrickou vodivost , ve 30. letech 20. století byl vysvětlen fenomén feromagnetismu [131] .

Problém zůstal nevyřešen – co navzdory Coulombovým odpudivým silám udržuje protony v jádře atomu? Gamow navrhl, že existují síly podobné silám povrchového napětí v kapce kapaliny; takto vznikl " kapkový model jádra " , který se ukázal být plodným . Japonský fyzik Yukawa vyvinul (1935) model jaderných sil , jejichž kvanta jsou částice zvláštního druhu; tyto částice byly objeveny v kosmickém záření (1947) a pojmenovány pí-mezony [130] .

V roce 1932 Chadwick objevil neutron , který předpověděl Rutherford v roce 1920. Struktura jádra je nyní jasná. Proton byl skutečně objeven v roce 1919, kdy Rutherford objevil štěpení atomu dusíku při bombardování částicemi alfa; Rutherford přišel s názvem „proton“ později. Ve stejném roce, 1932, byl objeven pozitron v kosmickém záření , což potvrdilo Diracovy představy o existenci antihmoty . V roce 1934 Fermi publikoval teorii beta rozpadu  - neutron jádra se změní na proton, emitující elektron a (tehdy ještě neobjevenou) světelnou částici, kterou nazval neutrino . Aby bylo možné teoreticky doložit rozpad neutronů, bylo nutné kromě výše zmíněné „silné“ zavést další (v pořadí již čtvrtou) fundamentální interakci , zvanou „ slabá “ [117] .

Po objevu štěpení uranu (1938, Otto Hahn a Fritz Strassmann ) a úspěchu jaderné bomby se jaderná fyzika stala jedním z nástrojů utvářejících světové dějiny.

V roce 1967 Steven Weinberg a Abdus Salam pomocí dříve publikovaného „ elektroslabého “ modelu Sheldona Lee Glashowa vyvinuli takzvaný „ standardní model “, kombinující tři ze čtyř základních interakcí (gravitace v něm nebyla zahrnuta). Po objevu Higgsova bosonu předpovězeného standardním modelem je považován za základ moderních představ o mikrosvětě (ačkoli experimenty na jeho ověření a hledání hranic použitelnosti pokračují) [132] .

Kvantová teorie

V 80. letech 19. století bylo experimentálně získáno spektrum záření černého tělesa ; distribuce energie přes frekvence se ukázala jako nekonzistentní se všemi dostupnými teoriemi, zejména pro dlouhé (infračervené) vlny. Správný vzorec sebral v roce 1900 Max Planck . O několik týdnů později zjistil, že tento vzorec lze důsledně dokázat, pokud se předpokládá, že emise a absorpce energie se vyskytují v částech, které nejsou menší než určitý práh ( kvantový ) úměrný frekvenci vlny. Planck sám zpočátku považoval takový model za čistě matematický trik; ještě mnohem později, v roce 1914, se pokusil svůj vlastní objev vyvrátit, ale neúspěšně [133] .

Einstein okamžitě přijal hypotézu světelných kvant a věřil, že kvantování se netýká pouze interakce světla s hmotou, ale je vlastností světla samotného. V roce 1905 postavil na tomto základě teorii fotoelektrického jevu , v roce 1907 teorii tepelné kapacity , která se před Einsteinem při nízkých teplotách odchýlila od experimentu. V roce 1912 Debye a Born zdokonalili Einsteinovu teorii tepelné kapacity a bylo dosaženo souhlasu s experimentem. Einsteinova teorie fotoelektrického jevu byla plně potvrzena Millikanovými experimenty v letech 1914-1916 [133] .

Nakonec bylo ve dvacátých letech 20. století objeveno několik v podstatě kvantových jevů najednou, nevysvětlitelných z klasického hlediska. Nejvýraznější byl Comptonův jev  – sekundární záření při rozptylu rentgenového záření ve lehkých plynech. V roce 1923 Compton vyvinul teorii pro tento jev (založenou na Einsteinově práci z roku 1917) a navrhl termín „ foton “. V roce 1911 byla objevena supravodivost  , další specificky kvantový jev, ale teoretického vysvětlení se mu dostalo až v 50. letech ( Ginzburg-Landauova teorie a poté Bardeen-Cooper-Schriefferova teorie ) [124] .

Elektromagnetické pole se proto ukázalo být nedílnou součástí „ dualismu částic a vln “. Francouzský fyzik Louis de Broglie navrhl (1923), že takový dualismus je charakteristický nejen pro světlo, ale také pro hmotu. Ke každé hmotné částici přirovnal vlnu o určité frekvenci. To vysvětluje, proč je Fermatův princip v optice podobný Maupertuisovu principu a také proč jsou Bohrovy stabilní oběžné dráhy přesně takové: pouze pro ně de Broglieho vlnová délka zapadá na oběžné dráze několikrát celé číslo. Shodou okolností právě letos američtí fyzici Davisson a Germer studovali odraz elektronů od pevných látek a objevili elektronovou difrakci předpovídanou de Brogliem . Ještě dříve (1921) byly vlnové vlastnosti elektronů nalezeny v Ramsauerově jevu , ale v té chvíli nebyly správně interpretovány. V roce 1930 Otto Stern prokázal jemnými experimenty vlnové efekty pro atomy a molekuly [134] .

V roce 1925 Werner Heisenberg navrhl používat v teorii subatomárních jevů pouze pozorovatelné veličiny, vyjma souřadnic, drah atd. Pro určení pozorovaných veličin vyvinul tzv. " maticovou mechaniku ". Heisenberg, Max Born a Jordan formulovali pravidla, podle kterých byly porovnávány hermitovské matice s klasickými veličinami , takže každá diferenciální rovnice klasické mechaniky se změnila na kvantovou [134] [135] [136] .

Syntézu myšlenek de Broglie a Heisenberga provedl Erwin Schrödinger , který v roce 1926 vytvořil „ vlnovou mechaniku “ založenou na Schrödingerově rovnici , kterou odvodil pro nový objekt – vlnovou funkci . Nová mechanika, jak ji ukázal sám Schrödinger, je ekvivalentní té maticové: prvky Heisenbergovy matice jsou až do faktoru vlastními funkcemi Hamiltonova operátoru a kvantovaná energie se ukázala být vlastními hodnotami . V této podobě byla vlnová mechanika pohodlnější než maticová mechanika a brzy se stala všeobecně uznávanou. Zpočátku se Schrödinger domníval, že amplituda vlnové funkce popisuje hustotu náboje, ale tento přístup byl rychle zamítnut a byl přijat Bornův návrh (1926) interpretovat jej jako hustotu pravděpodobnosti detekce částic („ kodaňská interpretace “) [134] .

V roce 1927 Heisenberg formuloval princip neurčitosti : souřadnice a hybnost mikroobjektu nelze přesně určit současně – zadáním souřadnic nevyhnutelně „rozmažeme“ přesnost určení rychlosti. Bohr tuto tezi zobecnil na " princip komplementarity ": korpuskulární a vlnové popisy jevů se vzájemně doplňují; pokud nás zajímá kauzální souvislost, hodí se korpuskulární popis, a pokud časoprostorový, tak vlnový. Ve skutečnosti mikroobjekt není ani částice, ani vlna; tyto klasické pojmy vznikají pouze proto, že naše přístroje měří klasické veličiny. Bohrova škola obecně věřila, že všechny atributy atomu objektivně neexistují, ale objevují se pouze při interakci s pozorovatelem. „Neexistuje žádná realita nezávislá na způsobu, jakým je pozorována“ (Bohr). Mnoho fyziků (Einstein, Planck, de Broglie, Bohm atd.) se pokoušelo nahradit kodaňský výklad jiným , ale nedosáhli úspěchu [134] .

Paul Dirac vyvinul relativistickou verzi kvantové mechaniky ( Diracova rovnice , 1928) a předpověděl existenci pozitronu , čímž zahájil kvantovou elektrodynamiku . Ve 20. letech 20. století byl položen základ další vědě - kvantové chemii , která vysvětlila podstatu valence a chemické vazby obecně. V roce 1931 byl postaven první výzkumný urychlovač částic ( cyklotron ). V roce 1935 byl publikován slavný Einstein-Podolsky-Rosenův paradox [134] .

Na počátku 50. let N. G. Basov , A. M. Prochorov a C. Townes vyvinuli základní principy zesilování a generování elektromagnetického záření kvantovými systémy, které pak vytvořily základ pro vytvoření zásadně nových zdrojů záření radiofrekvenčních ( maserů ) a optických ( lasery ) dosahy. V roce 1960 vytvořil Theodore Maiman první laser (optický kvantový generátor) založený na rubínovém krystalu, generující pulsy monochromatického záření o vlnové délce 694 nm. Dosud bylo vytvořeno velké množství laserů s různými charakteristikami – plynové, pevnolátkové, polovodičové, emitující světlo v různých částech optického rozsahu spektra.

Kvantová teorie pole byla vyvinuta a experimentálně testována [137] . Hledá se obecná teorie pole , která by pokryla všechny základní interakce , včetně gravitace . Během 20. století pokračovaly pokusy o konstrukci kvantové teorie gravitace; hlavními jsou teorie superstrun a smyčková kvantová gravitace . Dalším kandidátem na tuto roli je M-teorie , což je zase nedávný vývoj teorie superstrun.

Matematické metody kvantové teorie pole byly také úspěšně aplikovány v teoretické fyzice pevných látek ; později se v něm uplatnily topologické metody  - např. k popisu kvantového Hallova jevu .

Astrofyzika a kosmologie

První „dokování“ fyziky a astronomie provedl Isaac Newton , který stanovil fyzikální příčinu pozorovaných pohybů nebeských těles (1687). Během následujících staletí vědci diskutovali o problémech souvisejících s mimozemskou fyzikou, včetně [138] :

  • Teplota a další fyzikální poměry na jiných nebeských tělesech, složení jejich atmosféry a povrchové půdy, přítomnost magnetického pole.
  • Zdroj svítivosti hvězd, varianty jejich struktury, mechanismus vzniku a možné směry dalšího vývoje, přítomnost planet.

Kosmologie , která studuje strukturu a vývoj celého pozorovatelného vesmíru, se úzce prolíná s astrofyzikou .

V 18. století hypotézy o „planetogenezi“, tedy mechanismu vzniku sluneční soustavy a případně dalších planetárních soustav, navrhli Swedenborg (1732, na základě karteziánských vírů), Kant (1755) a Laplace . (1796, houstnutí oblaku plynu a prachu ) . Posledně jmenovaná myšlenka se ve výrazně rozšířené a zpřesněné podobě stala základem moderních teorií planetogeneze. Existovaly však i jiné verze; například J. Jeans v roce 1919 navrhl, že jednou hmotná hvězda prošla blízko Slunce, v důsledku čehož došlo ze Slunce k výronu hmoty, která kondenzovala do planet. Další nápad Jeana (1904) se ukázal jako slibnější: zdrojem sluneční energie je vnitroatomová energie [139] [140] .

Prvním nástrojem vhodným pro vědecké studium mimozemských objektů byla spektrální analýza (1859), která umožnila na dálku určit chemické složení hvězd a některých dalších nebeských těles. Jak se předpokládalo od dob Newtona, nebeská tělesa se skládají ze stejných látek jako pozemská. V roce 1869 vydal švédský fyzik a astronom Andres Jonas Angström první atlas spektra Slunce a Angelo Secchi zkoumal a klasifikoval spektra 4000 hvězd. Ve stejném období se začal používat termín „ astrofyzika “ ( Zöllner , 1865) [121] [141] .

Dalším nepostradatelným nástrojem pro astrofyziky se stal Dopplerův jev , používaný v astronomii především k měření relativních radiálních rychlostí hvězd [121] . Na počátku 20. století použili Westo Slifer , Edwin Hubble a další astronomové Dopplerův jev, aby dokázali, že mimogalaktické objekty existují a téměř všechny se vzdalují od sluneční soustavy. Arthur Eddington na základě kosmologických modelů Obecné teorie relativity diskutovaných v těchto letech navrhl, že tato skutečnost odráží obecný přírodní zákon: Vesmír se rozpíná a čím dále je od nás astronomický objekt, tím větší je jeho relativní rychlost. Eddington také vyvinul (v The Internal Constitution of the Stars [ 142] ) první model vnitřní struktury hvězdy. Eddington společně s Perrinem doložil teorii termonukleární reakce jako zdroje sluneční energie [139] [143] .

Rozkvět astrofyziky začal ve druhé polovině 20. století, kdy se dramaticky rozrostla flotila astronomických pozorovacích nástrojů: kosmické dalekohledy , rentgenové , ultrafialové , infračervené , detektory neutrinového a gama záření , meziplanetární sondy atd. Hlavní fyzikální vlastnosti všech velkých těles sluneční soustavy byly založeny a studovány, byly nalezeny četné exoplanety , byly objeveny a studovány nové typy svítidel ( pulsary , kvasary , rádiové galaxie ), kosmické mikrovlnné záření na pozadí , gravitační čočky a kandidáti na černé díry . Studuje se řada nevyřešených problémů: vlastnosti gravitačních vln , povaha temné hmoty a temné energie , důvody zrychlení rozpínání vesmíru . Byla vytvořena rozsáhlá struktura vesmíru . V současné době obecně přijímaná teorie velkého třesku jako počáteční fáze evoluce pozorovatelného vesmíru byla vytvořena [144] .

Studium astronomických objektů poskytuje teoretické fyzice jedinečné příležitosti, protože rozsah a rozmanitost kosmických procesů nezměrně přesahuje vše, co lze reprodukovat v pozemské laboratoři. Astrofyzici například provedli mnoho pozorování, aby otestovali Einsteinovu teorii gravitace a zjistili možné hranice její použitelnosti. Při vysvětlení řady pozorovaných jevů (například neutronové hvězdy a kosmologické efekty) se uplatňují a ověřují metody fyziky mikrokosmu [145] .

Aerodynamika a meteorologie

Nástup letectví a potřeba přesných předpovědí počasí vedly k rychlému pokroku v aerodynamice a teorii letu . Vědecký základ pro výpočet pohybu ve vzduchu nebo jiném vzdorujícím médiu předložil Newton ve druhém svazku svých „ Začátků “ (1687); Velký přínos pro aerodynamiku přinesli v 18. století Daniil Bernoulli a Leonhard Euler a v 19. století byly odvozeny obecné Navier-Stokesovy rovnice s přihlédnutím k viskozitě [146] .

Anglický vědec a vynálezce George Cayley v roce 1799, daleko před svou dobou, publikoval teorii letu vozidel těžších než vzduch. Představil základní letové parametry přístroje - hmotnost, vztlak , odpor a tah . Cayley postavil a otestoval několik kluzáků, které při absenci motoru byly poháněny mávajícími křídly [147] . V roce 1871 se objevily první výzkumné větrné tunely na světě ( Wenham ) [148] .

Na počátku 20. století, kdy se objevily výkonné motory, byl dalším krokem vývoj řízení letadla ve vzduchu, optimalizace jeho charakteristik a spolehlivosti. Bratři Wrightové , kteří jako první řídili letadlo za letu, také vyvinuli mnoho teoretických aspektů aerodynamiky letu, včetně řízení tří os rotace letadla a způsobů, jak snížit aerodynamický odpor . V prvních dvou desetiletích 20. století byly položeny základy teorie letu a aplikované aerodynamiky, na čemž je velká zásluha N. E. Žukovského [149] .

První pokusy o vědeckou předpověď počasí byly učiněny již v 17. století, ačkoli spolehlivost předpovědí byla tehdy nepatrná. Teoretická meteorologie založená na obecných fyzikálních zákonech byla vyvinuta v 19. století. V roce 1820 se začaly používat vizuální synoptické mapy ( GV Brandes ) [150] . Nejdůležitější pojmy cyklóna a tlaková výše zavedl v polovině 19. století slavný astronom Le Verrier [151] . Koncem 19. století byla zorganizována celosvětová síť meteorologických stanic, které si vyměňovaly informace, nejprve telegraficky a poté rádiem; to umožnilo zvýšit spolehlivost předpovědí. V roce 1917 navrhl norský meteorolog Vilhelm Bjerknes další důležitý koncept – „ atmosférickou frontu “ [152] .

Specifičnost zákonů meteorologie (vysoká dynamika, velké množství faktorů vlivu, nestabilita díky přítomnosti pozitivních zpětných vazeb s těžko předvídatelnými důsledky atd.) si vynucuje použití výkonných počítačů pro modelování změn počasí, ale problém dlouhodobých prognóz zůstává relevantní [153] .

Další úspěchy

V roce 1918 Emmy Noether dokázala základní teorém : pro každou spojitou symetrii fyzikálního systému existuje odpovídající zákon zachování . Například zákon zachování energie odpovídá homogenitě času . Tento objev upozornil na roli symetrie ve fyzice, která se ukázala jako zásadní zejména v atomové fyzice [154] .

Jedním z hlavních směrů ve vývoji fyziky byla aplikovaná elektronika , která koncem století zcela přebudovala téměř všechny oblasti lidské činnosti. Na začátku století byly vynalezeny první elektronky  - dioda (1904, Fleming ) a trioda (1907, Lee de Forest ). Trioda se ukázala jako nepostradatelná pro vytváření netlumených kmitů a zesilování proudu. Zvukové rádio, první skeče televize a po válce se brzy objevily první počítače na elektronkové bázi. Úspěch procesu miniaturizace elektronických zařízení, zvýšení jejich výkonu a spolehlivosti umožnil vytvořit univerzální a specializované počítače , pohodlné komunikační prostředky a „chytré“ mechanismy pro široké použití [155] .

Rozšíření počítačů zase umožnilo, aby se počítačová simulace stala široce používaným nástrojem ve fyzice.

Z dalších úspěchů fyziky konce XX. - počátku 21. století je třeba zmínit objev vysokoteplotní supravodivosti (1986) a technologii získávání grafenu (2002) a dalších dvourozměrných krystalů ; oba tyto směry výzkumu jsou považovány za slibné, ale jejich široké praktické využití teprve přijde.

XXI století a nové hranice

Od 70. let 20. století nastává v teoretické fyzice klid, někteří vědci hovoří dokonce o „krizi ve fyzice“ nebo dokonce o „konci vědy“ [156] . Přesto se pracuje v rámci existujících teorií. Tak byly například získány první spolehlivé známky existence gravitačních vln , byly studovány rychlosti šíření gravitačních a elektromagnetických interakcí, které se podle předpovědí teorie relativity shodují. CERN vybudoval a provozuje vysokoenergetický velký hadronový urychlovač , který by měl mimo jiné pomoci otestovat teorii supersymetrie a standardní model . V roce 2013 bylo oficiálně oznámeno, že Higgsův boson byl objeven pomocí urychlovače , což potvrdilo a dokončilo Standardní model [157] .

Lee Smolin identifikuje pět aktuálních fyzikálních problémů zásadního významu, jejichž řešení povede k výraznému pokroku ve fyzice [156] .

  • Vývoj kvantové verze teorie gravitace , konstrukce " teorie všeho ".
  • Fyzikální (nejen matematické) zdůvodnění kvantové mechaniky nebo její zobecnění na teorii se srozumitelnějším fyzikálním významem.
  • Spojte v jedné teorii částice a všechny čtyři síly interakce.
  • Najděte důvody pro "jemné ladění vesmíru" , pro které je žádoucí snížit počet základních konstant na minimum.
  • Zjistěte, co je temná hmota a temná energie , nebo, pokud neexistují, určete, jak a proč gravitace působí proti teorii ve velmi velkých měřítcích. Rozšiřte experimentální základnu kosmologie .

Z dalších hlavních problémů, které přesahují standardní model, fyzici jmenují [158] :

Laureát Nobelovy ceny Frank Wilczek je optimistický ohledně vyhlídek dalšího pokroku ve fyzice [159] :

... Před námi jsou otevřené dveře.
Protože jsme ve skutečnosti pochopili, co je to hmota, jsme v pozici dítěte, které se právě naučilo šachová pravidla, nebo ctižádostivého hudebníka, který právě přišel na to, jakých zvuků je jeho nástroj schopen. Takové elementární znalosti jsou přípravou k dokonalému zvládnutí umění, ale ještě ne umění.

Viz také

  • Historici fyziky

Poznámky

Komentáře
  1. ↑ Názor o přitahování magnetu ke hvězdám existoval již ve středověku; Božská komedie od Dante říká: Ozval se hlas, který si vynutil můj pohled Otoč se jako hvězda iglú. (Ráj, XII, 29-30, přeložil M. Ložinský).
  2. ↑ Euklidovo autorství Catoptrics není obecně přijímáno.
  3. ↑ Alhazen pravděpodobně odmítl obraz na sítnici, protože je tvořen obráceně.
  4. ↑ Dříve se proudu říkalo „galvanický“, odtud „ galvanometr “, „ galvanoplastika “.
Prameny
  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Zubov V. P. Fyzikální myšlenky starověku // otv. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 11-80;
  2. ↑ Fyzika // Fyzikální encyklopedie (v 5 dílech) / Editoval akad. A. M. Prochorova . - M .: Sovětská encyklopedie , 1998. - V. 5. - ISBN 5-85270-034-7 .
  3. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 43.
  4. ↑ Dějiny astronomie, 1989 , str. 34.
  5. ↑ 1 2 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 17-19.
  6. ↑ Needham J. Fyzika a fyzikální technologie // Věda a civilizace v Číně. S pomocí výzkumu Wang Ling, v 1-7. – Cambridge Univ. Tisk, 1954-1963. — Sv. 4, pt 1 (1962).
  7. ↑ 1 2 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 22-24.
  8. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 28-29.
  9. ↑ Bose DM, Sen SN, Subbarayappa DV (editoři). Stručné dějiny vědy v Indii. - Hajdarábád: Universities Press, 2009. - 980 s. — ISBN 978-81-7371-618-8 .
  10. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 30-34.
  11. ↑ 1 2 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 36-39.
  12. ↑ Rozhanskij I. D. Anaxagoras. U počátků starověké vědy. — M .: Nauka, 1972.
  13. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 40-41.
  14. ↑ 1 2 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 49-56.
  15. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 42-49.
  16. ↑ Lukevič V. V. Od Hérakleita k Darwinovi. - M. : Uchpedgiz RSFSR, 1960. - T. 1. - S. 26. - 960 s.
  17. ↑ 1 2 3 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 56-58.
  18. ↑ 1 2 3 4 5 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 58-82.
  19. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. jedenáct.
  20. ↑ Khramov Yu.A., 1983 , s. 352.
  21. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 16-17.
  22. ↑ Archimedes. Spisy . - M .: Fizmatgiz, 1962. - S.  273 -274.
  23. ↑ Vavilov S.I. Sebraná díla. - M. : Nakladatelství Akademie věd SSSR, 1952-1956. - T. III. - S. 238.
  24. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 23.
  25. ↑ Rosenberger F., 1934 , s. 65.
  26. ↑ Rosenberger F., 1934 , s. 64, 66-70.
  27. ↑ 1 2 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 85-99.
  28. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 26.
  29. ↑ 1 2 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 107-111.
  30. ↑ Salim Al-Hassani. Al-Jazari: The Mechanical Genius  (anglicky) . Získáno 22. 8. 2015. Archivováno z originálu 12. 8. 2015.
  31. ↑ Raynov T. I. U počátků experimentální přírodní vědy: Pierre de Maricourt a západoevropská věda XIII-XIV století // Otázky dějin přírodních věd a techniky. - 1988. - č. 4 . - S. 105-116 .
  32. ↑ 1 2 Zubov V.P. Fyzikální představy středověku // otv. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 81-128;
  33. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 25.
  34. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 64.
  35. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 74.
  36. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 88, 103-104.
  37. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 79-81.
  38. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 28.
  39. ↑ 1 2 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 114-124, 130.
  40. ↑ Khramov Yu.A., 1983 , s. 354.
  41. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 133-134.
  42. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 84-86.
  43. ↑ Zubov V.P. Fyzické myšlenky renesance // otv. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 129-155;
  44. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 141-142.
  45. ↑ 1 2 3 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 148-158, 223.
  46. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 89.
  47. ↑ 1 2 Kuznetsov B. G. Geneze mechanického vysvětlení fyzikálních jevů a myšlenek karteziánské fyziky // ed. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 156-185;
  48. ↑ Irkhin V. Yu., Katsnelson M. I. Primární prvky a atomismus // Listiny nebes. 16 kapitol o vědě a víře. - Jekatěrinburg: U-Factoria, 2000. - 512 s. — ISBN 6-94176-010-8 .
  49. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 122.
  50. ↑ 1 2 3 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 136-138.
  51. ↑ 1 2 3 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 160-168.
  52. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 103.
  53. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 105.
  54. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 93.
  55. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 243-244, 248.
  56. ↑ Kuzněcov B. G. Základní principy Newtonovy fyziky // ed. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 186-197;
  57. ↑ Kartsev V.P. Newton . - M . : Mladá garda, 1987. - S. 221-225. - (ZhZL).
  58. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 224-233.
  59. ↑ 1 2 3 4 Khramov Yu. A., 1983 , str. 355-356.
  60. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 123-125.
  61. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 200-213.
  62. ↑ 1 2 3 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 218-222.
  63. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 65.
  64. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 170.
  65. ↑ Descartes R. Počátek filozofie, část IV, §§ 133-187 // Dílo ve 2 svazcích. - M. : Thought, 1989. - T. I. - 654 s. - (Filozofické dědictví, svazek 106).
  66. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 109.
  67. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 187-192.
  68. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 171-179.
  69. ↑ 1 2 Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 149-158.
  70. ↑ Kudryavtsev P.S. Hlavní linie vývoje fyzických myšlenek v XVIII století // ed. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 198-217;
  71. ↑ 1 2 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 257-266.
  72. ↑ 1 2 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 268-278.
  73. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 157.
  74. ↑ 1 2 Gliozzi M., 1970 , str. 95.
  75. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 187-205.
  76. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 153,276.
  77. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 211.
  78. ↑ 1 2 3 4 5 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 280-303.
  79. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 170-172.
  80. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 176-177.
  81. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 190.
  82. ↑ 1 2 3 Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 309-326.
  83. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 166.
  84. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 162.
  85. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 163.
  86. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 278-280.
  87. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 158.
  88. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 161-162.
  89. ↑ Dějiny fyziky do konce 18. století, 2010 , str. 332-341.
  90. ↑ Kudryavtsev P.S. Zákon zachování energie // otv. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 218-228;
  91. ↑ Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 5-10.
  92. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek II, s. 17-22.
  93. ↑ Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 89-93.
  94. ↑ 1 2 3 4 5 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 11-19.
  95. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 255.
  96. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 205-206.
  97. ↑ Frankfurt U. I., Frank A. M. Optika pohybujících se těles. - M .: Nauka, 1972. - S. 31-32.
  98. ↑ 1 2 3 4 5 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 25-37.
  99. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 181-183.
  100. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 236-238, 299.
  101. ↑ 1 2 3 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 37-54.
  102. ↑ 1 2 3 4 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 94-121.
  103. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek II, s. 7-13.
  104. ↑ Shapiro I. S. K historii objevu Maxwellových rovnic  // UFN. - 1972. - T. 108 , č. 2 . - S. 319-333 .
  105. ↑ 1 2 Spassky B.I., 1977 , svazek II, s. 93-107.
  106. ↑ Kudryavtsev P.S. Vývoj teorie elektromagnetického pole // otv. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 236-262;
  107. ↑ Kryzhanovsky L. N. Historie vynálezu a výzkumu kohereru . Datum přístupu: 24. září 2015. Archivováno z originálu 4. března 2016.
  108. ↑ Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 55-72.
  109. ↑ Kudryavtsev P.S. Vývoj myšlenek termodynamiky a atomismu. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 229-235;
  110. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek II, s. 37-39.
  111. ↑ 1 2 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 72-84.
  112. ↑ Smith, Crosbie. Věda o energii: kulturní historie energetické fyziky ve viktoriánské Británii. - The University of Chicago Press, 1998. - ISBN 0-226-76421-4 .
  113. ↑ 1 2 3 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 122-136.
  114. ↑ Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 164-165, 227.
  115. ↑ Serafimov L. A., Frolkova A. K., Khahin L. A. Fázové pravidlo. - M. : MITHT, 2008. - 48 s.
  116. ↑ 1 2 3 4 5 6 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 166-183.
  117. ↑ 1 2 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 260-280.
  118. ↑ Gliozzi M., 1970 , s. 361-367, 375.
  119. ↑ Rumyantsev V.V. Hamilton - Ostrogradského princip // Mathematical Encyclopedia. T. 1. - M . : Sov. encyklopedie, 1977.  - 1152 stb. - Stb. 856-857.
  120. ↑ Sretensky L. N. Analytická mechanika (XIX století) // Historie mechaniky od konce XVIII do poloviny XX století / Ed. vyd. A. T. Grigoryan , I. B. Pogrebyssky . - M. : Nauka, 1972. - 411 s.  - str. 7.
  121. ↑ 1 2 3 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 147-156.
  122. ↑ Spassky B.I., 1977 , svazek I, s. 238.
  123. ↑ Timoshenko S.P. Historie vědy o odolnosti materiálů. - M. : GITTL, 1957. - S. 128-149. — 535 str.
  124. ↑ 1 2 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 158-165.
  125. ↑ Ioos G. Opakování Michelsonova experimentu  // Uspekhi fizicheskikh nauk. - M. , 1932. - Vydání. leden , č. 12 (1) . - S. 136-147 .
  126. ↑ 1 2 3 4 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 203-217.
  127. ↑ Einstein A. Sborník vědeckých prací ve čtyřech svazcích. - M. : Nauka, 1965. - T. I. - S. 138.
  128. ↑ Kuznetsov B.G. Základní myšlenky speciální teorie relativity. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 263-287;
  129. ↑ Kuzněcov B. G. Základní myšlenky obecné teorie relativity // ed. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 288-322;
  130. ↑ 1 2 3 4 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 226-240.
  131. ↑ Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 281-306.
  132. ↑ Weinberg S. Ideologické základy jednotné teorie slabých a elektromagnetických interakcí. Nobelova přednáška  // Pokroky ve fyzikálních vědách . - M. , 1980. - T. 132 , no. 2 .
  133. ↑ 1 2 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 184-202.
  134. ↑ 1 2 3 4 5 Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 241-259.
  135. ↑ Polak L. S. Vznik kvantové fyziky // ed. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 323-389;
  136. ↑ Kuzněcov B. G. Základní myšlenky kvantové mechaniky // otv. vyd. Grigoryan A. T. , Polak L. S. Eseje o vývoji základních fyzikálních myšlenek. - M., Akademie věd SSSR, 1959. - S. 390-421;
  137. ↑ Kvantová teorie pole // Fyzikální encyklopedie (v 5 svazcích) / Redakce akad. A. M. Prochorova . - M .: Sovětská encyklopedie , 1990. - T. 2. - ISBN 5-85270-034-7 .
  138. ↑ Oblasti zaměření . Získáno 21. 8. 2015. Archivováno z originálu 11. 8. 2015.
  139. ↑ 1 2 Dějiny astronomie, 1989 , str. 251-252.
  140. ↑ Montmerle, T., Augereau, J.-C., Chaussidon, M. et al. Vznik sluneční soustavy a raná evoluce: prvních 100 milionů let // Země, Měsíc a planety (Spinger). - 2006. - Sv. 98, č. 1-4 . - S. 39-95.
  141. ↑ Hetherington, Norriss S. & McCray, W. Patrick, Weart, Spencer R., ed., Spectroscopy and the Birth of Astrophysics , American Institute of Physics, Center for the History of Physics , < https://www.aip. org/history/cosmology/tools/tools-spectroscopy.htm > . Získáno 19. července 2015. Archivováno 7. září 2015 na Wayback Machine 
  142. ↑ Eddington A. Vnitřní ústava  hvězd . Staženo: 21. srpna 2015.
  143. ↑ John J. O'Connor a Edmund F. Robertson . A History of Physics  (anglicky)  - biografie na archivu MacTutor .
  144. ↑ Dějiny astronomie, 1989 , str. 276-282.
  145. ↑ Shapiro S. L., Tjukolsky S. A. Černé díry, bílí trpaslíci a neutronové hvězdy / Per. z angličtiny. vyd. Ano, A. Smorodinsky. - M .: Mir, 1985. - T. 1-2. — 656 s.
  146. ↑ Landau L. D. , Lifshits E. M. Hydrodynamika. - 4. vydání, stereotypní. — M .: Nauka , 1988. — 736 s. - (" Teoretická fyzika ", svazek VI).
  147. ↑ US Centennial of Flight Commission - Sir George Cayley . Získáno 11. srpna 2015. Archivováno z originálu dne 20. září 2008.
  148. ↑ Encyklopedie "Letectví". - M. : Vědecké nakladatelství "Velká ruská encyklopedie", 1994. - 736 s.
  149. ↑ Nikolaj Jegorovič Žukovskij (1847-1921) . Získáno 24. září 2015. Archivováno z originálu 25. září 2015.
  150. ↑ Ruské Německo . www.rg-rb.de. Získáno 14. září 2013. Archivováno z originálu 24. září 2015.
  151. ↑ Cyklony a anticyklóny a jejich role v předpovědi počasí . Získáno 21. 8. 2015. Archivováno z originálu 25. 9. 2015.
  152. ↑ Khramov Yu.A. Bjerknes (Bjerknes) Wilhelm Freeman Koren // Fyzici: Biografický adresář / Ed. A. I. Akhiezer . - Ed. 2., rev. a doplňkové — M  .: Nauka , 1983. — S. 50. — 400 s. - 200 000 výtisků.
  153. ↑ Simulace počasí . Získáno 24. září 2015. Archivováno z originálu 25. září 2015.
  154. ↑ Ibragimov N. Kh. Transformační grupy v matematické fyzice. — M .: Nauka, 1983. — 280 s.
  155. ↑ Dějiny fyziky, XIX-XX století, 2011 , str. 218-225.
  156. ↑ 12 Lee Smolin . Potíže s fyzikou: vzestup teorie strun, pád vědy a co přijde dál. - London: Penguin Book, 2007. - P. viii, 3-17, 66. - ISBN 9780713997996 .
  157. ↑ Ponyatov A. Higgs je otevřen. Co bude dál?  // Věda a život . - M. , 2013. - č. 10 .
  158. ↑ Womersley J. Beyond the Standard Model  (anglicky)  (odkaz není dostupný) . Získáno 21. srpna 2015. Archivováno z originálu 17. října 2007.
  159. ↑ Wilchek F. Krása fyziky. Pochopení struktury přírody = krásná otázka. Hledání hlubokého designu přírody. - M . : Alpina literatura faktu, 2016. - S. 329. - 604 s. — ISBN 978-5-91671-486-9 .

Literatura

Obecné dějiny fyziky
  • Dorfman Ya. G. Světové dějiny fyziky. Od starověku do konce 18. stol. - Ed. 3. — M. : LKI , 2010. — 352 s. - ISBN 978-5-382-01091-5 .
  • Dorfman Ya. G. Světové dějiny fyziky. Od počátku 19. do poloviny 20. stol. - Ed. 3. — M. : LKI, 2011. — 317 s. - ISBN 978-5-382-01277-3 .
  • Historie přírodních věd v Rusku. - M .: Nakladatelství Akademie věd SSSR , 1957-1960.
  • Kudryavtsev PS Kurz dějin fyziky . - M .: Vzdělávání , 1974.
  • Laue M. Historie fyziky. — M. : GITTL , 1956. — 230 s.
  • Gliozzi M. Dějiny fyziky. — M .: Mir , 1970. — 464 s.
  • Eseje o rozvoji základních fyzikálních představ / Ed. A. T. Grigoryan a L. S. Polak. - M .: Nakladatelství Akademie věd SSSR, 1959.
  • Rosenberger F. Dějiny fyziky . - M. - L .: GITTL, 1934.
  • Spassky B. I. History of Physics, ve dvou svazcích. - Ed. 2. - M .: Vyšší škola , 1977.
  • Fyzika na přelomu XVII-XVIII století. — M .: Nauka, 1974.
  • Khramov Yu.A. Fyzika. Životopisný průvodce. - Ed. 2., rev. a doplňkové — M .: Nauka, 1983. — 400 s.
Historie jednotlivých úseků fyziky a příbuzných věd
  • Bregg VG Historie elektromagnetismu. - M. - L .: Gostekhizdat, 1947.
  • Vizgin V. P. Relativistická teorie gravitace (původy a vznik, 1900-1915). — M .: Nauka, 1981. — 352 s.
  • Gelfer Ya. M. Historie a metodologie termodynamiky a statistické fyziky, ve dvou svazcích. - M .: Vyšší škola, 1969-1973.
  • Grigoryan A. T. Mechanika od starověku po současnost. — M .: Nauka, 1971.
  • Jammer M. Evoluce konceptů kvantové mechaniky. — M .: Nauka, 1985. — 379 s.
  • Eremeeva A. I., Tsitsin F. A. Historie astronomie (hlavní etapy ve vývoji astronomického obrazu světa). - M .: Nakladatelství Moskevské státní univerzity , 1989. - ISBN 5-211-00347-0 .
  • Tvůrci fyzické optiky. — M .: Nauka, 1973.
  • Whittaker E. Historie teorie éteru a elektřiny. klasické teorie. - M. -Iževsk: Výzkumné centrum "Regulární a chaotická dynamika", 2001. - 512 s. — ISBN 5-93972-070-6 .
  • Figurovský I. A. Esej o obecných dějinách chemie. - M .: Nauka, 1969.

Odkazy

  • Pierre Duhem. Historie fyziky  (anglicky)  (odkaz není k dispozici) . Získáno 15. 8. 2015. Archivováno z originálu 11. 7. 2015. (Původní katolická encyklopedie).