Формирование физических знаний
Физические явления окружающего мира издавна интересовали людей. Первые попытки объяснения происходящих явлений были сделан еще до формирования физики как науки.
Идеи об атомном строении вещества зародились еще период 6-2 вв. до н.э. В этот период становления физики была предложена геоцентрическая система мира, а также выявлены простейшие законы статики, законы прямолинейного распространения, закон отражения света. Кроме этого, были заложены начала гидростатики и выявленные простейшие проявление магнетизма и электричества.
Аристотель обобщил полученные знания. Физика Аристотеля включала в себя некоторые верные положения, однако некоторые прогрессивные идеи предшественников, например, атомная гипотеза, отсутствовали. Аристотель не считал опыт важным критерием, определяющим достоверность знания, предпочтение отдавалось умозрительным выводам. Это учение Аристотеля в эпоху Средневековья было канонизировано и на долгое время затормозило развитие физической науки.
В 16 веке Н. Коперником была выдвинута гелиоцентрическая система мира, что стало началом процесса освобождения естествознания от теологии.
Научные исследования стимулировались возрастающими потребностями производства, судоходства, артиллерии. Однако в 15-16 вв. экспериментальные исследования имели в основном случайный характер. Систематическое применение экспериментального метода началось лишь в 17 веке, в результате чего была сформулирована первая фундаментальная теория физики – классическая механика Ньютона
Становление физической науки
Формирование физики как науки в современном значении начинается со второй половины 17 века, с трудов Галилея. Галилей доказал, что воздействие окружающих тел на данное тело определяется не скоростью, как предполагалось в учении Аристотеля, а ускорением тела. Это предположение стало первой формулировкой закона инерции. Галилеем был открыт принцип относительности в механике. Заслугой Галилея является доказательство независимости ускорения свободного падения тел от их массы и плотности. Помимо этого, он дал обоснование гелиоцентрической теории Коперника, построил зрительную трубу с увеличением, изобрел первый термометр, что послужило началом изучения тепловых явлений.
Первая половина 17 века ознаменовалась изучением газов. В этот период было установлено существование атмосферного давления и создан первый барометр. Р. Бойлем и Э. Мариоттом были сформулирован первый газовый закон, получивший название «закон Бойля-Мариотта».
Учеными Р. Декартом и В. Снеллиусом был открыты законы преломления света.
Создание первого микроскопа также относится к 17 веку.
Главным достижением физической науки 17 века является создание классической механики.
Механика Ньютона достигла огромных успехов в объяснении движения небесных тел. На основе законов движения планет Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения, который позволил рассчитать точно движение Луны, планет Солнечной системы и комет, а также дать объяснения явлениям приливов и отливов в океане.
Ньютоном были сформулированы классические представления об абсолютном пространстве, представлявшем собой вместилище материи, не зависящем от ее свойств и движения, а также об абсолютном времени, текущем равномерно. Эти представления не менялись до создания теории относительности.
В это время началось развитие физической акустики, определена скорость звука в воздухе. Ньютон определил формулу для вычисления скорости звука.
Во второй половине 17 века были заложены основы оптики, проведены исследования дисперсии света. Это дало начало оптической спектроскопии.
Таким образом, 17 век примечателен тем, что в этот период была построена классическая механика и положены начала:
- акустики,
- оптики,
- учения об электрических явлениях.
В 18 веке развитие классической механики продолжалось. На основе механики была сформулирована механистическая картина мира, которая считала, что все многообразие мира является результатом различия в движении атомов, которые подчиняются законам Ньютона. Такое объяснение считалось полным и достоверным. Эта картина мира на протяжении многих лет оказывала влияние на развитие физики.
Классическая физика
В начале 19 века был сформулирован принцип корпускулярно-волнового дуализма света. Огромное влияние на развитие физики оказало открытие Л. Гальвано и А. Вольтом электрического тока. Создание гальванических батарей позволило обнаружить многообразные действия тока.
В 1831 году Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции. Это стало началом развития новой науки о свойствах и законах поведения электромагнитного поля.
Открытие закона сохранения энергии имело большое значение для физической науки и для всего естествознания. Одновременно с развитием термодинамики происходило развитие молекулярно-кинетической теории тепловых процессов.
К концу 19 века считалось, что изучение физики почти завершено. Считалось, что все физические явления объясняются механикой молекул и эфира. Эфир считался механической средой, в которой происходят электромагнитные явления. Необъяснимыми оставались два факта: отрицательный результат опыта Мейкельсона по обнаружению движения Земли относительно эфира и непонятная зависимость теплоемкости газов и температуры. Эти факты стали основанием для пересмотра представлений классической физики и создания теории относительности и квантовой механики.
Современная физика
В начале 20 века одновременно с физикой атомного ядра стала активно развиваться физика элементарных частиц. Первые успехи в этой области были достигнуты в процессе исследования космических лучей. В этот период были открыты мюоны, пи-мезоны, К-мезоны, гипероны.
Создание ускорителей заряженных частиц дало возможность планомерного изучения элементарных частиц, их свойств и взаимодействий. Благодаря этому было обнаружено существование двух типов нейтрино, выявлено существование большого количества элементарных частиц, включая резонансы. Было обнаружено, что элементарные частицы имеют сложную структуру, которую предстоит изучить. Таким образом, квантовая теория поля еще далека от завершения и современной физике еще предстоит совершить множество открытий.
