Успешное подключения к БД.

-------------------
Вы знаете, как устроен наш мир?



---Load files---
Совет: если изображения отображаются неправильно, попробуйте очистить кеш браузера!
Поиск на странице - нажмите "Ctrl+F", Поиск на сайте - поле ввода "Яндекс-Найти" на "шапке",
Поиск в интернете - 1) выделите текст, 2) нажмите правую клавишу мыши и 3) выберите поисковик.

С О Д Е Р Ж А Н И Е

------- Тимин В.А. (mail: timinva@yandex.ru) Дата последней загрузки: January 27 2019. -------
Ссылка на этот материал: istoriya_myehaniki_i_fiziki.htm)
История науки физика

История физики

Нельзя объять необъятное!
(Козьма Прутков)

Смотрите также следующую информацию в интернете.

Поиск хронологии событий в физике: https://www.google.ru/search:

Хронология открытий человечества — Википедия

https://ru.wikipedia.org/wiki/Хронология_открытий_человечества

Хронология открытий человечества — упорядоченный в хронологическом порядке списокоткрытий человечества.

До н. э. · ‎Первое тысячелетие · ‎Второе тысячелетие · ‎Без точной даты

Важнейшие открытия в физике - это... Что такое Важнейшие ...

dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1367492

Хронология физических открытий; Хронология биотехнологий · Хронология ... Хронология вычислительной техники; История электротехники; История ...

Кунсткамера: хронология физических открытий - Алхимик

www.alhimik.ru/hist/otkr0.htm

Кунсткамера. Великие физические открытия. Хронология. Период накопления первоначальных знаний - VI в. до н.э. – XVI в. Эпоха античности (VI в. до ...

Хронология физики 1

acmephysics.narod.ru/b_r/history1.htm

Приведенный ниже перечень основных физических фактов и открытий ... однако дает возможность в сочетании с хронологией открытий и фактов ...

ХРОНОЛОГИЯ ФИЗИКИ - SuperCook.ru

supercook.ru/chron-physics-01.html

Приведенный ниже перечень основных физических фактов и открытий (около 2000) подается в рамках определенной схемы периодизации физики, ...

 

Всем хорошо известно наше время и пространство, в котором мы живем, и что геометрия окружающего нас пространства евклидова и время не зависит от координаты. Это было определено путем наблюдений, а затем свыше 2 тыс. лет назад эта геометрия была определена Евклидом математически в виде постулатов и аксиом. В основе геометрии Евклида лежат не априорные, врожденные уму понятия и аксиомы, а такие понятия, которые связаны с деятельностью человека, с человеческой практикой. Только практика может решить вопрос о том, какая геометрия вернее излагает свойства реального физического пространства. Открытие неевклидовой геометрии в дальнейшем дало решающий толчок грандиозному развитию науки, способствовало и поныне способствует более глубокому пониманию окружающего нас материального мира.

Наука прошла большой и сложный путь развития. Вместе с тем и человечество прошло еще более длительный путь от незнания к знанию, непрерывно заменяя на этом пути неполное и несовершенное знание все более полным и совершенным.

Историю получения новых знаний можно разделить на 4 периода. Первый период - это античный и доантичный периоды (периоды до нашей эры).

За ней следует период застоя вплоть до XVI века н.э. Этот период можно охарактеризовать одним словом: "Верую".

В XVI веке наступает эпоха Возрождения. В этот период кризис, связанный с получением новых знаний, во многом из-за инквизиции, получает свое разрешение. Появляются новые теории по устройству Вселенной, взгляды и объяснения процессов Природы (Коперник, Галилей, Ньютон).

Следующий период начинается с началом изучения электрических явлений и появлением теории электромагнитной волновой природы света. Это XVIII век и далее.

Современный период можно датировать с почти одновременным появлением новых фундаментальных теорий – СТО, ОТО, КМ. Это XX век. Затем наступает черед теорий фундаментальных взаимодействий элементарных частиц – электрослабого, ядерных сил (хромодинамика) и Стандартной модели, их объединяющей. Теории Великого Объединения пытаются объединить Стандартную модель с гравитацией. Разрабатываются  теории квантовой гравитации, струнные теорий взаимодействия элементарных частиц, и другие, в т.ч. альтернативные, теории.

При составлении хронологии здесь и далее использованы материалы:

http://www.alhimik.ru/hist/otkr0.htm

https://ru.wikipedia.org/wiki/Хронология_открытий_человечества

http://supercook.ru/chron-physics-01.html  

1      Античная эпоха (до н. э.)

1.1.    Хронология за 1000 лет до н.э.

4000—3200 год до н. э. — Возникновение письменности (ШумерыМесопотамия)

3000 год до н. э. — Определение продолжительности года — 360 дней — по наводнениям Нила и восходу Сириуса (Египет)

3000 год до н. э. — Квадратное уравнение (Вавилония)

1100 лет до н. э. — Определения наклона эклиптики к экватору 23°54' (Чу Конг)

 

1.2.    Хронология до 1000 лет до н.э.

600 год до н. э. — Доказывающая геометрия (Фалес Милетский)

600 год до н. э. — Открытие явления электризации тел (Фалес Милетский)

585 год до н. э. — Предсказание солнечного затмения (по саросу, Фалес Милетский)

550 год до н. э. — Географическая карта, идея бесконечности Вселенной (Анаксимандр)

540 год до н. э. — Соотношение сторон прямоугольного треугольника (Пифагор)[1][2]

VI в. до н.э. - Возникновение представлений о шарообразности Земли (Пифагор). Первые наблюдения в области акустики: Пифагор устанавливает связь между высотой тона и длиной струны или трубы. Первые сведения об электричестве и магнетизме: открытие свойств натертого янтаря притягивать легкие предметы, а магнита – железные (Фалес Милетский).

С развитием письменности в странах древних цивилизаций накапливались и осмысливались эмпирические знания о природе, человеке и обществе, возникали зачатки математики, логики, геометрии, астрономии, медицины. Предшественниками современных учёных были философы Древней Греции и Рима, для которых размышления и поиск истины становятся основным занятием. Греки ввели понятие доказательства. Им же принадлежит идея о возможности объективного познания природы. В Древней Греции появляются варианты классификации знаний. И одно из этих направлений – геометрия.

1.3.    Семь мудрецов

Фалес – выдающийся философ, автор доказательства многих геометрических теорем, человек, впервые сказавший, что Луна светит отраженным светом, внедривший в греческом мире год из 365 дней и 12 месяцев. Короче говоря, вполне заслуженно – мудрец. Один из семи почитаемых мудрецов, живших в основном в 6-7 в.до н.э.

Разные источники в качестве «семи мудрецов» называют несколько имён в различных комбинациях. Однако в их число неизменно включаются четверо: Фалес, Солон, Биант, Питтак. Причём Фалес во всех вариантах ставился на первое место.

Разнообразие списков обусловлено их «привязкой» к определённому месту и времени, поскольку они появлялись в Греции благодаря практике проведения соревнований между мудрецами. Эти соревнования проходили во время Олимпийских и Пифийских игр, а также на других греческих праздниках. Поэтому общее количество мудрецов значительно превышает число семь. Состав варьируется в зависимости от источника: всего 17 имен в разных комбинациях.

https://im3-tub-ru.yandex.net/i?id=0e359556d5d955ed2be16866faccdff6&n=33&h=215&w=187

Фалес

http://cs4.pikabu.ru/post_img/2016/01/12/4/14525766881100461728.jpg

Солон

http://edikst.ru/misc/i/gallery/31344/703154.jpgПиттак

http://www.mislynet.ru/images/photo_authors/biant.jpeg

Биант

"Семь мудрецов" ставят в кавычки, потому что их было больше, - отмечает д-р филос. наук, проф. МГУ А. Н. Чанышев, - существовали различные списки, но в каждом из них, отмечает Чанышев, было обязательно семь имён, что, как он пишет, "говорит, о том, что здесь проявлялась характерная для предфилософского сознания магия чисел". "Мудрость" "семи мудрецов" нельзя отнести ни к науке, ни к мифологии. Мудрость, которой они владели, могла быть как практической житейской мудростью (известные максимы, известные из надписей), так и ловкостью политика и государственного деятеля. Наиболее известные афоризмы ("гномы") семи мудрецов, которым присуще сочетание акцентированного авторского характера с абстрактными обобщенными формулами этических принципов: "Всему свое время" (Питтак), "Ничего сверх меры" (Солон, Хилон), "Наибольшее богатство — ничего не желать" (Биас), "Мера — лучше всего" (Клеобул), "Наслаждения смертны, добродетели бессмертны" (Периандр), советы Бианта - "Говори к месту", Хилона - "Не позволяй своему языку опережать твой разум", Питтака - "Знай свое время" и т. д.

Фалесу приписаны такие мудрые мировоззренческие изречения:

"Познай самого себя";

"Больше всего пространство, потому что оно все в себе содержит";

"Быстрее всего ум, потому что он все обегает";

"Сильнее всего необходимость, ибо она имеет над всем власть";

"Мудрее всего время, потому что оно все открывает"

и некоторые другие.

Первый (самый ранний из дошедших до нас) список приведен в диалоге Платона «Протагор» (IV в. до н. э.) (там же впервые сообщается предание о них):

· Фалес Милетский

· Питтак Митиленский

· Биант Приенский

· Солон Афинский

· Клеобул Линдский

· Мисон Хенейский

· Хилон Спартанский

В более позднем списке Диогена Лаэрция вместо малоизвестного Мисона указан коринфский тиран Периандр (Чанышев упоминает версию о том, что Периандр у Платона мог быть опущен по причине неприятия последним тирании).

Также некоторыми античными авторами в этот список включались Акусилай, Анаксагор, Анахарсис, Ариотодем, Лас, Леофант, Лин, Орфей, Памфил, Периандр, Пифагор, Ферекид, Эпименид, Эпихарм, Эфор.

Как и остальные шесть мудрецов, у Фалеса была своя теория мироздания. Фалес полагал, что существующее мироздание (Космос) – едино. Начало элементов, сущих вещей – вода; начало и конец Вселенной – вода. Всё образуется из воды путем её затвердевания или замерзания, а также испарения; при сгущении вода становится землей, при испарении становится воздухом. Причина движения – дух, «гнездящийся» в воде. Вода и все, что из неё произошло, не являются мертвыми, но одушевлены; Космос одушевлен и полон божественных сил. Душа, как активная сила и носитель разумности, причастна божественному строю вещей. Природа, как живая, так и неживая, обладает движущим началом (душой). Фалес представляет душу в виде тонкого эфирного вещества (эфира).
Собственно говоря, взгляды Фалеса были типичны для того времени, когда в основу мироздания клался какой-то объект: у Фалеса – вода, у
Гераклита – огонь, у Анаксимандра – нечто, или апейрон. Взгляды Анаксимандра стали вершиной такого подхода: вместо реальной первоосновы (огонь, вода, воздух, земля и, возможно, духовный эфир) он положил в фундамент мироздания абстрактную первооснову. Главное для всех этих философов – концепция единого мира.

Имея в виду именно Фалеса, Маркс говорил о том, что "греческая философия начинается с "семи мудрецов" (Маркс К., Энгельс Ф, Из ранних произведений. М., 1956, с. 131). Именно Фалес распространил ту форму всеобщности, которая была достигнута в гномах, на мировоззрение. В этом ему помогло и занятие науками. Фалес был не только первым среди мудрецов, но и первым античным ученым.

1.4.    Хронология до 500 лет до н.э.

450 год до н. э. — Предположение вещественности звёздЛуна отражает солнечный свет (Анаксагор)

440 год до н. э. — Зарождение исторической науки (Геродот)

410 год до н. э. — Критика источников в исторической литературе (Фукидид)

400 год до н. э. — Основы медицины (Гиппократ)

360 год до н. э. — Доказательства шарообразности Земли, идея конечности мира (Аристотель)

350 год до н. э. — Идея вращения Земли (Гераклид Понтийский)

340 год до н. э. — Формальная логика (Аристотель)

340 год до н. э. — Классификация и описание видов животных (Аристотель)

300 год до н. э. — Обобщающее описание растительного мира (Теофраст)

~300 год до н. э. — Упоминание об использовании угля (Теофраст)

~300 год до н. э. — Гелиоцентрическая система мира (Аристарх)

~300 год до н. э. — Тригонометрический метод для определения расстояний до Солнца и Луны и их размеров (Аристарх)

300 год до н. э. — Систематическая разработка дедуктивной геометрии (Евклид)

~250 год до н. э. — Закон рычага (Архимед)

~250 год до н. э. — Закон Архимеда (Архимед)

240 год до н. э. — Закон гидростатики (Архимед)

V - IV в. до н.э. - Возникновение идеи о прерывистом, зернистом строении материи, установление предела делимости вещества – атом (Левкипп, Демокрит). Создание Платоном теории зрения.

IV в. до н.э. - Возникновение понятия движения как общего изменения и механического движения как пространственного перемещения. Зарождение элементов механики. Рассмотрение прямолинейных и криволинейных механических движений. Формулирование правила сложения перемещений, равновесия рычага. Первые представления о распространении звука в воздухе (сжатие и разрежение воздуха), отражении звука от препятствий. Открытие преломления света (Аристотель).

IV - II в. до н.э. - Возникновение первой модели мироздания – геоцентрической системы мира (Эвдокс Книдский, Аристотель, Гиппарх).

III в. до н.э. - Возникновение идеи гелиоцентрической системы мира. Объяснение приливов и отливов влиянием Луны и Солнца. Первые попытки определения расстояния до Луны и Солнца (Аристарх Самосский). Первое измерение дуги меридиана и вычисление радиуса Земли (Эратосфен). Открытие закона прямолинейного распространения света и закона отражения. Возникновение геометрической оптики (Евклид). Возникновение понятия о центре тяжести, моменте сил относительно прямой и плоскости, определение центра тяжести треугольника, открытие законов рычага,<закона гидростатики, условий плавания тел (Архимед).

II в. до н.э. - Гиппарх открыл прецессию земной оси.

II в.н.э. - Герон Александрийский дал детальное описание рычага, ворота, клина, винта и блока, описал эолипил (прообраз современной паровой турбины). К. Птолемей исследовал преломление света и дал завершенную форму геоцентрической теории мироздания (система мира Птолемея).

1.5.    Начала

Большой вклад в изучение геометрии в античные времена внес Евклид (~325 – 265 г. до н.э.). Основное сочинение Евклида называется Начала. Книги с таким же названием, в которых последовательно излагались все основные факты геометрии и теоретической арифметики, составлялись ранее Гиппократом Хиосским, Леонтом и Февдием. Однако Начала Евклида вытеснили все эти сочинения из обихода и в течение более чем двух тысячелетий оставались базовым учебником геометрии. Создавая свой учебник, Евклид включил в него многое из того, что было создано его предшественниками, обработав этот материал и сведя его воедино.

Начала состоят из тринадцати книг. Первая и некоторые другие книги предваряются списком определений. Первой книге предпослан также список постулатов и аксиом геометрии. Начала предоставляют общую основу для последующих геометрических трактатов Архимеда, Аполлония и других античных авторов; доказанные в них предложения считаются общеизвестными. Комментарии к Началам в античности составляли Герон, Порфирий, Папп, Прокл, Симпликий. Сохранился комментарий Прокла к I книге, а также комментарий Паппа к X книге (в арабском переводе). От античных авторов комментаторская традиция переходит к арабам, а потом и в Средневековую Европу.

В создании и развитии науки Нового времени Начала также сыграли важную идейную роль. Они оставались образцом математического трактата, строго и систематически излагающего основные положения той или иной математической науки.

 

http://www.netschools.ru/sch1567/dost/hp/vasilev/2.jpg

Евклид

http://komiwiki.syktsu.ru/images/a/a4/%D0%90%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C.jpgАристотель

http://litafor.ru/UserFiles/authors/preview/be0954e558.jpg

Демокрит

http://www.timesofsicily.com/wp-content/uploads/2015/08/archimedes.gifАрхимед

1.6.    Естествознание

Основные представления в античной физике (и метафизике) были разработаны Аристотелем (384 – 322 до н. э.). Но эти представления были эмпирическими, несовершенными и основывались на практических знаниях и на аналогиях с поведением человека и животных. Во многом они носили религиозный оттенок. Нет никаких свидетельств, что они проводили научные эксперименты.

Кроме Аристотеля, в античном мире известны только две фигуры, внесшие важный вклад в формирование основ современной физики. Это Демокрит из Абдеры (460-370 до н.э.) и Архимед из Сиракуз (ок. 287-212 до н.э.). Демокрит известен как создатель атомистической теории. Вот что он пишет: "Миры бесконечны по числу и отличаются друг от друга по величине. В одних из них нет ни солнца, ни луны, в других – солнце и луна большие, чем у нас, в третьих – их не по одному, а несколько. Расстояния между мирами не одинаковые; кроме того, в одном месте миров больше, в другом – меньше. Одни миры увеличиваются, другие достигли полного расцвета, третьи уже уменьшаются. В одном месте миры возникают, в другом — идут на убыль. Уничтожаются же они, сталкиваясь друг с другом. Некоторые из миров лишены животных, растений и какой бы то ни было влаги."

Кроме множественности миров, наш мир по Демокриту – набор более мелких, не делимых далее, объектов – атомов. Они могут быть разные – круглые, квадратные и т.п., соединяются друг с другом различным образом, образуя вещество. Особый, важнейший класс атомов, наиболее мелких атомов, образует душу.

Второй великий ученый античности – Архимед – был величайшим математиком и механиком. В центре его интересов была статика и теория равновесия. Он показал, как находить центр тяжести различных геометрических фигур. Другая важная работа Архимеда – трактат о гидростатике и плавающих телах. Его роль в физике также в том, что он показал возможность применения математики для познания Природы. Но этот урок был забыт последующими поколениями и его пришлось вновь открывать в эпоху Возрождения.

2      Первое тысячелетие

2.1.        Хронология

50 год — Естественная история в 37 книгах (Плиний Старший)

150 год — Учение о геоцентрической картине мира (Птолемей)

180 год — Вивисекция (Гален)

300 год — Возникновение алхимии в Европе

595 год — Систематическая разработка квадратных уравнений (Брахмагупта)

820 год — Алгебра как самостоятельная наука (аль-Хорезми)

 

Для средневековой науки было характерно выделение свободных искусств, что составляет заимствование из древнеримской культуры. Марциан Капелла (V в.) в книге «Сатирикон, или о бракосочетании филологии и Меркурия» выделял 7 искусств: грамматика, риторика, диалектика, арифметика, геометрия, астрономия, музыка.
Все свободные искусства делились на две части, образуя «тривиум» и «квадривиум». В тривиум входили: грамматика, риторика, диалектика (логика). Квадривиум образовывали арифметика, геометрия, астрономия, музыка. Следующий шаг в развитии образования делает Кассиодор (487-575 г.г.) - придворный короля Теодориха. В своём трактате «Руководство к божественной и мирской словесности, или об искусствах и научных дисциплинах» он предлагал соединить все науки с христианством, т.е. "…точное понимание Писания возможно только при обладании начальным знанием. Поэтому церковь должна контролировать развитие науки и образования". Происходит подчинение науки религией, идеологизация науки.

3      Второе тысячелетие

ХI в.  – Исследования Альхазена по физиологической оптике. На смену теории зрительных лучей древнегреческих мыслителей приходит теория зрения Альхазена, согласно которой зрительные изображения тел создаются лучами, исходящими от видимых тел. Попадая в глаз, эти лучи вызывают зрительные ощущения. Исследовал явления отражения и преломления света, усовершенствовал формулировку закона отражения, впервые установив, что нормаль к поверхности зеркала, падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости. Изучал отражение световых лучей от вогнутого сферического зеркала. Его труд “Сокровище оптики” дошел до нас в латинском переводе, опубликованном в 1572.
– Разложение скорости брошенного тела на две составляющие – параллельную и перпендикулярную плоскости (Альхазен).
– Переоткрытие арабами свойств ориентации магнитной иглы (стрелки), появление компаса (свойство магнитной иглы ориентироваться в определенном направлении было известно китайцам еще в 2700 г. до н. э.). В Европе компас появился в ХII в.
– Ал-Бируни разработал с помощью отливного сосуда способ определения объемов тел неправильной формы, который применял для нахождения удельного веса чистых металлов, некоторых сплавов и драгоценных камней.
– Омар Хайям усовершенствовал способы взвешивания и определения удельного веса (его трактат “Весы мудростей или об абсолютных водяных весах”).

1121            – Альгацини написал трактат “Книга о весах мудрости” – своеобразный курс средневековой физики. Он содержал таблицы удельных весов твердых и жидких тел (для 50 веществ), в нем указывалось также, что закон Архимеда применим и для воздуха, что удельный вес воды зависит от температуры, вес тела пропорционален количеству вещества, содержащегося в нем, скорость измеряется отношением пройденного пути ко времени, описано применение ареометра, приводятся описания четырех конструкций применявшихся в то время весов, снабженные схематическими чертежами.

1269            – Появился первый рукописный трактат по магнетизму “Послание о магните” П. Перегрино, или Пьера из Марикура (опубликован в 1558), где дано описание свойств магнитного камня, методов определения полярности магнита, взаимодействия полюсов, намагничивание прикосновением, явление магнитной индукции, некоторые технические применения магнитов и т. п.

1271            – Появился в рукописи трактат по оптике Эразма Вителлия (Вителло), получивший широкое распространение в средние века (напечатан в 1533). В нем наряду с изложением того, что сделали Евклид и Альхазен, содержится закон обратимости световых лучей при преломлении, доказывается факт, что параболические зеркала имеют один фокус, подробно исследуется радуга.

ХIII в.            – Р. Бэкон измеряет фокусное расстояние сферического зеркала (ему известен главный фокус вогнутого зеркала) и открывает сферическую аберрацию, выдвигает идею зрительной трубы, один из первых рассматривает линзы как научные приборы, основу познания усматривает в опыте. Является предвестником экспериментального метода. Высказал утверждение, что скорость света конечна. Изобретение и распространение очков (вероятно – в Венеции).

до 1327 года — Бритва Оккама (У. Оккам)

13801429 гг. — Первое использование десятичных дробей (аль-Каши)

1310            – Т. Теотоникус дает объяснение радуги, не объясняя, однако, порядка цветов. Первое правильное объяснение радуги приписывают Ал-Фаризи (примерно 1280).

ХIV в. (начало)          – Введены понятия мгновенной скорости и ускорения (У. Гейтсбери). Он же впервые рассмотрел вопросы об ускорении и замедлении движения и о пути, пройденном при равномерно ускоренном движении.

XIV в. - Альберт Саксонский ввел деление движений на поступательное и вращательное, равномерное и переменное, угловой скорости. Французский математик Н. Орезм впервые дал графическое изображение движения и установил закон равномерно переменного движения (связь пути, пройденного телом, со временем), угловой скорости.

ХIV в.           – Исследование относительного перемещения, получает развитие теория “движущей силы” (теория “импетуса”) (Ж. Буридан, Н. Орем, А. Саксонский), используется понятие “количество материи” (Ж. Буридан).

– Н. Орем дал графическое изображение движения, введя метод двумерных координат (это сделал также Дж. ди Казалис в 1346), и установил закон равномерно-переменного движения, связывающий путь, пройденный телом, со временем. С этого времени в научных трудах появляются графики скорости движения, и кинематические доказательства приобретают геометрический характер.

3.1    Эпоха застоя (до XIV века)

Европейское средневековье долгое время считалось эпохой дикости, невежества и технического застоя. Между тем, именно этой эпохе человечество обязано таким выдающимся достижениям, как изобретение книгопечатания, огнестрельного оружия и механических часов, массовое внедрение в производство водяных и ветряных мельниц, разработка технологий дальнего мореплавания и многое другое, без чего были бы невозможны ни географические открытия ХVI в., ни научная революция ХVII в., ни промышленная революция ХVIII в.

В средневековье в Европе сложились такие социально-культурные условия, благодаря которым именно в Европе оказалось возможным массовое внедрение технических новинок в различные производственные процессы. Так, водяные мельницы использовались еще в античности и на Востоке, но это использование осуществлялось лишь в рамках одного технологического процесса (например, обмолота зерна). В Европе же мельницы уже в XII в. стали основой подлинной промышленной революции: их применяли практически во всех сферах производства того времени. Аналогичным образом, изобретенный в Китае порох стал основой для создания новых видов вооружения, компас позволил осуществить транс-океанические путешествия и т.д. По сути, средневековая Европа стала первой цивилизацией, в которой, в отличие от культур античности и Востока, сформировалось принципиально новое отношение к труду и природе, в рамках которого применение различных технических устройств начало рассматриваться не как сугубо вспомогательное, не меняющее традиционного взгляда на мир, а как средство его активного преобразования.

3.1.1    Наука средних веков

В средневековой науке существовало три тенденции.

1) Джованни Фаданца (Бонавентура) (1221-1274 г.г.) отстаивал тезис о том, что всякое знание - теологическое.

2) Сигер Брабантский (1235-1282 г.г.) отстаивал идеи о различии теологического и научного знания и автономии науки от теологии.

3) Промежуточную позицию занимал Фома Аквинский (1224-1274 г.г.). Он признавал различие между теологическим и научным знанием, но объявил теологическое знание более высоким.

Впервые разделение знания на три сферы - теологию, философию и науку - ввёл Альберт фон Больштедт (Великий) (1193-1280 г.г.), но он считал, что это всё в целом христианское знание. Поэтому теология - выше науки и философии и последние не могут быть автономными, независимыми от теологии.

Фома Аквинский также признавал разделение знания на три сферы, но отстаивал тезис об их автономии и независимости. «Это не значит, что они равноправны с теологией. У них - разная возможность в постижении истины. Наиболее высокими истинами обладает теология»: утверждал он.

В основном, проблематика соотношения теологии, философии и науки - традиционное направление исследований Парижского университета. Но в Средневековье наряду с Парижским университетом в Англии сложился второй центр культуры - Оксфорд. Здесь в основном изучали древние языки, математику, астрономию наряду с теологией. Именно для этой школы характерно обращение к «опыту». «Опыт» - отношение теолога к богу, и отношение учёного к природе. Существует сфера физического познания - отношение к природе и сфера религиозного опыта - мистическое озарение. Отсюда - есть наука, и есть теология.

Во многом «тормозом» развития науки эпохи застоя выступала религиозная идеология - христианство. Попытки освободиться от влияния христианства предпринимались на всём протяжении средневековья, особенно в период его упадка, но эти попытки были непоследовательными. Одной из таких попыток выступало учение о двойственности истин: есть истины божественные, истины Писания, и есть истины научные. Но высшие истины - истины теологии.

Европейская наука переживала кризис вплоть до XII-XIII вв. В это время эстафету движения научной мысли Древнего Мира и античности перехватил Арабский мир, сохранив для человечества выдающиеся труды ученых тех времен. Ф. Шиллер писал, что арабы как губка впитали в себя мудрость античности, а затем передали его Европе, перешедшей из эпохи варварства в эпоху Возрождения.

3.1.2    Наука на средневековом Востоке

Научная мысль и развитие науки в средневековой Европе отставали от развития культуры арабского Востока. В конце X в. библиотека Фатимидов в Каире насчитывала более 600 000 томов. Знаменитая библиотека Сорбонны к 1340 г. имела у себя только 1720 изданий.

Западная Европа в эпоху раннего средневековья представляла унылую картину. Вся духовная жизнь средневековья, просвещение, искусство, наука — была подчинена церкви.
Средневековый Восток был богаче и культурнее. Столица арабского халифата - Багдад - была украшена роскошными дворцами халифа и его визирей, шумные базары заполняла пестрая разноязычная толпа. Арабские купцы снаряжали караваны и морские суда, в городах выделывались богатые ткани, ковалось замечательное оружие, изготовлялись золотые и серебряные украшения. Восток славился пряностями и сладостями, ароматическими веществами. Это был совсем другой мир, мир роскоши и богатства, построенный на труде рабов и крепостных. В этом мире могла найти приют и дать толчок новым знаниям гонимая христианской церковью наука древности.

Широкая торговля давала богатый материал для математических задач, дальние путешествия стимулировали развитие астрономических и географических знаний, развитие ремесла способствовало развитию экспериментального искусства. Поэтому новая математика, удобная для решения вычислительных задач, берет начало на Востоке.

Большой вклад в развитие системы счисления и нумерации внесли индийские ученные. Современная десятичная позиционная система счисления возникла на основе нумерации, зародившейся не позднее V в. в Индии. До этого в Индии имелись системы счисления, в которых применялся не только принцип сложения, но и принцип умножения (единица какого-нибудь разряда умножается на стоящее слева число). Аналогично строились старо-китайская система счисления и некоторые др. Если, например, условно обозначить число 3 символом III, а число 10 символом X, то число 30 запишется как IIIX (три десятка). Такие системы счисления могли служить подходом к созданию десятичной позиционной нумерации.

Десятичная позиционная система счисления даёт принципиальную возможность записывать сколь угодно большие числа. Запись чисел в ней компактна и удобна для производства арифметических операций. Поэтому вскоре после возникновения десятичная позиционная система счисления начинает распространяться из Индии на Запад и Восток. В IX в. появляются рукописи на арабском языке, в которых излагается эта система счисления, в X в. десятичная позиционная нумерация доходит до Испании, в начале XII в. она появляется и в других странах Европы. Новая система счисления получила название арабской, потому что в Европе с ней познакомились впервые по латинским переводам с арабского. Только в XVI в. новая нумерация получила широкое распространение в науке и в житейском обиходе. В России она начинает распространяться в XVII в. и в самом начале XVIII в. вытесняет алфавитную. С введением десятичных дробей десятичная позиционная система счисления стала универсальным средством для записи всех действительных чисел.

Арабский мир дал человечеству много выдающихся ученых и организаторов науки. Так, например, хорезмиец Абу Абдалла Мухаммед ибн Муса аль-Хорезми (780 – 850 г.г.) был выдающимся астрономом и одним из создателей алгебры. Он был автором арифметики и трактата по алгебре. Из арифметического трактата Европа познакомилась с индийской позиционной системой чисел и употреблением нуля, арабскими цифрами, арифметическими действиями с целыми числами и дробями. Алгебраический трактат Хорезми дал имя новому разделу математики — алгебре («Аль-Джабар») В трактате Хорезми решаются линейные и квадратные уравнения.

Мухаммед ибн Ахмед аль-Бируни - выдающийся естествоиспытатель, астроном, историк, географ, минералог. Он производил точные определения плотностей металлов и других веществ с помощью изготовленного им «конического прибора». По измерениям Бируни плотность золота, переведенная на современные единицы измерения, равна 19,5, ртути -13,56. При сравнении с современными данными результаты Бируни оказываются весьма точными. К сожалению, они стали известны в Европе очень поздно.

http://publ.lib.ru/ARCHIVES/B/BIRUNI_Abu_Reyhan/.Online/Biruni_A.R.-P002.jpg Ахмед аль-Бируни

 

http://restinworld.ru/nuke/objects/countries_stories/3/317x3gumc646243im74r2koq8xg4y02e/image/25_01.jpg 

 

 

Абу Абдалла Мухаммед ибн Муса аль-Хорезми (780 – 850 г.г.)

http://www.booklot.ru/templates/newimg/original/49d8a5b9048ef18c42b0e9e59063e1db.jpg Мухаммед Тарагай ибн Шахрух ибн Тимур Улугбек Гураган 

(1394-1449гг.)   

http://www.fatline.com.ua/images/products/prints/A_2240.png 

 

 

Омар Хайям

Замечательны практические указания, приведенные Бируни о воде, применяемой при определениях плотности. Он указывал на необходимость пользоваться водой из одного и того же источника, в одних и тех же условиях «в связи с воздействием на ее свойства четырех времен года и зависимостью ее от состояния воздуха». Таким образом, Бируни знал, что плотность воды зависит от содержания в ней примесей и от температуры.
Бируни производил также точные астрономические и географические измерения. Он наблюдал и описал изменение цвета Луны при лунных затмениях, явление солнечной короны при полных затмениях Солнца. Бируни вел обширную переписку со знаменитым ученым из древнего города Хорезма Абу Али ибн Синой (Авиценной, 980—1037 г.г.), с которым он обсуждает ряд естественнонаучных вопросов и физику Аристотеля. Бируни резко критикует многие утверждения Аристотеля, тогда как Абу Али ибн Сина выступает в роли защитника Аристотеля.

Омар Хайям - философ и ученый, более известный как поэт; Улугбек - великий астроном и организатор науки, один из наследников Тимура Улугбек, а также Джемшид, Али Кушчи и многие другие ученые. Труды Абу Абдалла Мухаммед ибн Муса аль-Хорезми, вошедшем в историю культуры как крупнейший ученый первой половины IX века, сыграли огромную роль в развитии математики и естествознания, вначале в обширном регионе распространения арабо-язычной культуры, а затем - с XII века после перевода его сочинений на латинский язык - и в Европе. Тот период в истории отечественной культуры и науки можно с полным основанием охарактеризовать как центрально-азиатский ренессанс, или эпоху возрождения, ведь тогда в этом регионе функционировали крупные научные центры и работали выдающиеся ученые своего времени.

Большому развитию оптики как науки способствовали труды Алхазена. Он занимался исследованием преломления света, разработал метод измерения углов преломления и показал экспериментально, что угол преломления не пропорционален углу падения. Хотя Алхазен не нашел точной формулировки закона преломления, он существенно дополнил результаты Птолемея, показав, что падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным из точки падения луча. Алхазену было известно увеличивающее действие плоско-выпуклой линзы, понятие угла зрения, его зависимость от расстояния до предмета. По продолжительности сумерек он определил высоту атмосферы, считая ее однородной

«Книга оптики» Алхазена была переведена на латинский язык в XII в. Однако считалось, что это сочинение — копия труда Птолемея. Только после того как было найдено и опубликовано сочинение Птолемея, стало ясно, что оптика Алхазена — это оригинальный труд, развивающий достижения древних ученых. То, что Алхазен есть не кто иной, как арабский ученый Ибн аль-Хайсам, выяснилось только в XIX в.

Последующие за Хорезми ученые развили новые идеи, заимствовав их, в свою очередь, у индийских математиков, и в XII в. в Европе уже появляются переводы трактатов Хорезми и других восточных авторов. К началу научной революции Коперника - Галилея новая нумерация, алгебра и тригонометрия были не только освоены, но и развиты европейскими учеными.

3.1.3    Позднее средневековье

В период позднего средневековья (XIV—XV вв.) постепенно осуществлялся пересмотр основных представлений античной естественнонаучной картины мира, и складывались предпосылки для создания нового естествознания, новой физики, новой астрономии, возникновения научной биологии. Такой пересмотр связан, с одной стороны, с усилением критического отношения к аристотелизму, а с другой стороны, с трудностями в разрешении тех противоречий, с которыми столкнулась схоластика (средневековая университетская наука; от слова shola – школа) в логической интерпретации основных религиозных положений и догматов. Одно из главных противоречий, попытки разрешения которого приводили к «разрушению» старой естественнонаучной картины мира, состояло в следующем: как совместить аристотелевскую идею замкнутого космоса с христианской идеей бесконечности божественного всемогущества?

Римско-католическая церковь с самого начала установила монополию на интеллектуальное образование, она использовала некоторые знания античности при организации епископских и монастырских школ. В период средневековья в Европе были основаны: во Франции Парижский Университет, в Италии знаменитые школы, как Болонская юридическая, Салеринская медицинская и Неопалитанский университет, Оксфордский и Кембриджский университеты в Англии, Саламанский университет в Испании. В конце XV в. в Западной Европе насчитывалось уже 65 университетов. Занятие в университетах обычно проходили в форме лекций: профессора и магистры читали и комментировали труды авторитетных церковных и античных авторов. Устраивались публичные диспуты на темы богословского и философского характера, в которых участвовали профессора, нередко на них выступали студенты. Преподавание в средневековых университетах велось на латинском языке.

Наука в средние века была в основном книжным делом, она опиралась главным образом на абстрактное мышления. При непосредственном обращении к природе она пользовалось, как правило, методами наблюдения и эксперимента; видела свою цель не в том, чтобы способствовать преобразованию природы, а стремилась понять мир таким, каким он предстает в процессе созерцания, не вмешивающегося в естественный ход событий и не руководствующегося соображениями практической пользы.

3.2    Эпоха возрождения (XV XIX века)

3.2.1    Хронология XV XVI века

ХV в.            – Исследование свободного падения и движения тела, брошенного горизонтально, удара тел, расширение понятия сил, определение центра тяжести тетраэдра, изобретение ряда механизмов для преобразования и передачи движений – конусный шарикоподшипник, цепные и ременные передачи, двойное соединение (теперь названное “кардановым”) и др. (Леонардо да Винчи).
– Зарождение динамики (выяснение природы инерции, установление факта, что действие равно противодействию и противоположно ему). Изучение механизма трения и его влияния на условия равновесия, определение коэффициентов трения и установление закона трения, открытие существования сопротивления среды и подъемной силы (Леонардо да Винчи).
– Исследование отражения звука и формулирование принципа независимости распространения звуковых волн от различных источников (Леонардо да Винчи).
– Леонардо да Винчи исследует законы зрения, описывает камеру-обскуру, выполняет графическое построение хода лучей в линзах.

1440            – Н. Кузанский изобретает первый гигрометр (из шерсти). В 1664 Ф. да Поппи конструирует гигрометр из пергаментной бумаги, в 1781 гигрометр из китового уса – Ж. Делюк, в 1783 волосяной гигрометр – Х. де Соссюр.

1475            – Леонардо да Винчи высказал идею о невозможности вечного двигателя.

ок. 1490      – Леонардо да Винчи открывает явление капиллярности, наблюдая поднятие жидкостей в узких трубках.

XV в.            – Н. Кузанский развивает мысли о том, что движение является основой всего сущего, неподвижного центра во Вселенной нет (идея относительного движения), последняя бесконечна, Земля и все небесные тела созданы из одной и той же первоматерии.

1523 год — Возникновение ятрохимии (Парацельс)

1538            – Дж. Фракасторо применил линзы для увеличения видимых размеров предметов.

1539 год — Решение неполного кубического уравнения (С. дель ФерроН. ТартальяДж. Кардано)

1540 год — Решение уравнения четвёртой степени (Л. Феррари)

1543 год — Возрождение идеи гелиоцентрической системы мира (Н. Коперник)

1543 год — Научная анатомия (А. Везалий)

1543            – Вышел в свет труд Н. Коперника “О вращении небесных сфер”, содержащий изложение гелиоцентрической системы мира, отражающей истинную картину мироздания и приведшей к революционным преобразованиям в мировоззрении и естествознании.

ХVI в.           – Ф. Мавролик написал (1567) трактат “Просвещающее о свете” (опубликован в 1611, посмертно). В нем рассмотрены прямолинейное распространение свеча, отражение и преломление света, явление радуги, анатомия глаза, механизм зрения. Мавролик объяснил дефекты зрения (дальнозоркость и близорукость) и действие очков, показал, что выпуклые линзы являются собирательными, а вогнутые – рассеивающими, что при прохождении пластинки с плоскопараллельными гранями световые лучи не изменяют направления распространения, а лишь смещаются параллельно самим себе; первый указал на семь цветов радуги (а не на три, как считали до него долгое время) и начал исследовать преломление света в призмах.

1558            – Вышел в свет трактат Дж Порты “Естественная магия”, содержащий ряд новых наблюдений, в частности получение прямых изображений при помощи вогнутых зеркал, применение камеры-обскуры для выполнения рисунков и для проектирования их (идея проекционного фонаря), для объяснения теории зрения, некоторые данные о магнетизме.

1572 год — Арифметические действия над комплексными числами (Р. Бомбелли)

1575            – Н. Монардес наблюдает флюоресценцию.

1577 - Введение итальянцем - Убальди дель Монте закона косого рычага, открытие принципа возможных перемещений, введение понятия “момента” в современном смысле, формулирование условия равновесия рычага в виде равенства моментов сил.

1580 год — Символическая алгебра (Ф. Виет)

1583 – 1597 - Открытие закона изохронности колебаний маятника, закона свободного падения h = gt2/2, изобретение зрительной трубы и термометра (термоскопа) (Г. Галилей).

1584 - Опубликован труд Дж. Бруно “Диалог о бесконечности, Вселенной и мирах”, где высказана идея о бесконечности Вселенной, о существовании в ней, кроме солнечной, других планетных систем, предсказана возможность открытия новых планет в нашей солнечной системе, вращения Солнца и звезд вокруг оси, высказана идея о единстве законов природы.

1584 год — Идея бесконечности Вселенной и обитаемых миров (Дж. Бруно)

1585 год — Арифметические действия с десятичными дробями (С. Стевин)

1585            – Опубликован трактат Дж. Бенедетти “Различные математические и физические рассуждения”, где содержатся принцип инерции, применяемый для объяснения ускорения движения тела, догадка о центробежной силе, доказательство гидростатического парадокса.

1586            – Вышел в свет трактат С. Стевина “Начала статики”, в котором излагается принцип невозможности вечного двигателя, дано оригинальное доказательство условия равновесия тела на наклонной плоскости, открыт закон сложения сил (параллелограмм сил) и разложения силы на две составляющие, перпендикулярные друг другу, сформулирован для частного случая принцип возможных перемещений. В этой работе статика древних получила свое завершение.

1590            – Появилась итальянская модель микроскопа. В 1604 микроскоп построил Захария Янсен. В 1610 – 14 микроскопы конструирует Г. Галилей.

1592            – Г. Галилей изобрел термоскоп, являющийся прообразом термометра (впервые описан в 1620 Ф. Бэконом).

1586 - Вышел в свет трактат С. Стевина “Начала статики”, в котором излагается принцип невозможности вечного движения, дано оригинальное доказательство условия равновесия тела на наклонной плоскости, открыт закон сложения сил (параллелограмм сил) и закон разложения силы на две составляющие, перпендикулярные друг другу, сформулирован для частного случая принцип возможных перемещений.

ХVI в. (конец)            – Изобретение зрительной трубы голландскими мастерами (ее появление связывают с именем Захария Янсена, 1590). Быстрое распространение коротких зрительных труб, состоящих из выпуклой и вогнутой линз, началось примерно в 1608.

1596 - В трактате “Тайна Вселенной” И. Кеплер усматривает причину движения Луны в земном притяжении.

Развитие знаний в XIV—XVI веках, несмотря на гонения со стороны церкви, существенно повлияло на представления людей о мире и месте человека в нём. Великие географические открытия, гелиоцентрическая система мира Николая Коперника изменили представления о размерах Земли и её месте во Вселенной.

Картинки по запросу коперник Николай Коперник (19.02.1473 – 24.05.1543)

Картинки по запросу тихо браге Тихо Браге (14.12.1546 – 13.10.1601)

Первым шагом современной физики является концепция Николая Коперника (19.02.1473 – 24.05.1543), изложенная в его сочинении «О вращении небесных сфер» (1543). В ней он доказывал, что Земля не является неподвижным центром мира, а вращается вместе с другими планетами вокруг Солнца. Иначе как научный подвиг это деяние оценить просто невозможно.

Взгляды Коперника были развиты немецким астрономом Иоганном Кеплером, которому удалось сформулировать законы движения планет. Идеи эти разделял и Джордано Бруно, утверждавший, что мир бесконечен и что Солнце является лишь одной из бесконечного числа звезд, которые, как и Солнце, имеют планеты, подобные Земле.

Наиболее существенными достижениями, приведшими к повсеместному отказу от средневековой философии, теологии, аристотелизма и схоластики, отмечены работы Тихо Браге (14.12.1546 – 13.10.1601), Иоганна Кеплера (27.12.1571 – 15.11.1630), Френсиса Бэкона (1561 – 1626) и Галилео Галилея (15.02.1564 – 08.01.1642). Только отказ от бесполезных и головоломных попыток трактовать Природу через какие-то там десять категорий, через действие и потенцию, через существенное и несущественное давал ключ к современной физике.

3.2.2    Механика

Наука в современном понимании начала складываться с XVIXVII веков. В ходе исторического развития её влияние вышло за рамки развития техники и технологии. Наука превратилась в важнейший социальный, гуманитарный институт, оказывающий значительное влияние на все сферы общества и культуру. Объём научной деятельности с XVII века удваивается примерно каждые 10—15 лет (рост открытий, научной информации, числа научных работников).

Большую роль в развитии методов естествознания сыграл англичанин Френсис Бэкон (1564-1626 г.г.), утверждавший, что истинное знание должно основываться на опыте.

В области физики можно назвать целый ряд великих имен. Это Леонардо да Винчи (1452-1519 г.г.). Гениальный ученый, поэт и художник, он составил технические проекты, намного опередившие его время чертежи механизмов, станков, аппаратов, включая проект летающей машины. Крупный вклад в развитие физики внес итальянец Галилео Галилей (1564-1642 г.г.), активно изучавший кинематику, динамику, сопротивление материалов, акустику, гидростатику. Однако еще большую известность он получил как астроном. Он впервые сконструировал телескоп и впервые в истории человечества увидел громадное количество звезд, невидимых для невооруженного глаза, горы на поверхности Луны, пятна на Солнце.

Картинки по запросу кеплер Иоганн Кеплер

(1571-1630)

 

Галилей Галилео Галилей (Galilei)
Галилео
(1564-1642)

Исаак Ньютон 

 

Ньютон (Newton)
Исаак
(1642-1727)

В конце XVI в. в теоретической астрономии возник кризис, связанный с описанием движения небесных тел. В 1543 г. вышла книга Коперника "Об обращениях небесных сфер", в которой было показано, что движение небесных тел легче понять и описать, если предположить, что в центре Солнечной системы находится Солнце, а Земля всего лишь одна из планет, обращающихся вокруг него. До этого господствовала Птолемеевская теория, помещавшая неподвижную Землю в центр мироздания, а звезды и планеты мыслились расположенными на прозрачных сферах и обращались вокруг Земли. Этот взгляд был основан на взглядах Аристотеля, предполагавшего, что Земля находится в центре мироздания из-за того, что состоит из тяжелых веществ, которые собрались в ней. Здесь же находятся воздух, огонь и вода. В более высоких сферах все состоит из эфира и не подвержено ни изменению, ни гибели. Выше всего стоит Бог, создавший все это по своему Божественному замыслу. А Коперник поставил под вопрос все это, его стабильность и неизменность.

К началу 1600 г. немецкий астроном  Иоганн Кеплер (1571-1630) усовершенствовал коперниковскую теорию, заменив круговые орбиты эллиптическими, а неравномерное движение – равномерным. После этого новая теория стала настолько точной, что обращение к старой стало просто неуместным.

В 1608 флорентийский математик и физик Галилео Галилей (1564-1642) изобрел телескоп, который позволил получить наглядное подтверждение правильности новой теории. Несмотря на запрет инквизиции следовать новой теории и его отречение от своего учения, он продолжил заниматься своими исследованиями статики (причин равновесия) и динамики (движение под действием силы). Впоследствии его взгляды стали основой исчерпывающего объяснения коперниковской системы, которое Ньютон дал спустя 50 лет. 

В XVII веке начинается бурное развитие механики. Механика того периода была опытной, и в результате обобщения громадного количества опытных данных Исаак Ньютон в 1687 г. в  «Математических началах натуральной философии» формулирует свои три знаменитых закона механики. Там же был представлен точный закон гравитационного взаимодействия тел между собой на расстоянии. Это позволило решать обширный круг задач о движении тел. С именем И. Ньютона обычно связывается и идея дальнодействия – мгновенной передачи действия от одного тела к другому на расстояние через абсолютно пустое пространство без помощи материи.

С этого времени начинается знакомство человечества с формами взаимодействиями материальных тел между собой и научное изучение этого явления. Геометрия Евклида нашла свое воплощение в механике. Классическая механика предполагает, что пространство и время абсолютны и независимы. Т.е. во всех точках пространства время идет одинаково, независимо ни от каких событий, и расстояния между точками пространства не зависят от времени и состояния объектов. Материя взаимодействует посредством сил - мгновенно. Характер сил – известен. Просто и наглядно.

Мир оказался полностью детерминированным. Если бы кто-нибудь мог описать состояние всей Вселенной в какой-то момент времени, то можно было бы получить ее состояние и в любой последующий момент времени. Теория мироздания согласно этой картине мира – это материя разного рода и описывающие ее поведение законы механики.

3.2.3    Хронология XVII век

1600 - Вышел в свет трактат У. Гильберта “О магните, магнитных телах и о большом магните Земле”, в котором заложены основы электро- и магнитостатики.

1603 - Открытие фосфоресценции (В. Каскариоло).

1604 - Вышел в свет трактат И. Кеплера по оптике “Дополнения к Вителлию”, где помещены его теория зрения, теория камеры-обскуры, сформулирован один из основных законов фотометрии – закон обратной пропорциональности между освещенностью и квадратом расстояния до источника света.

1609 - В труде “Новая астрономия” И. Кеплер излагает два закона движения планет и высказывает мысль о том, что вес тела составляет общую тенденцию всех тел к соединению.

1610 - 1614 - Галилей при помощи сконструированной им зрительной трубы с 30-кратным увеличением открыл четыре спутника Юпитера. В труде - Галилея “Звездный вестник”, описаны его астрономические открытия.

1611 - 1619 - Вышел в свет труд И. Кеплера “Диоптрика”, в котором дана теория зрительной трубы и изложена элементарная геометрическая оптика; опубликован трактат И. Кеплера “Гармония мира”, в котором содержится третий закон движения планет.

1621 - В. Снеллиус экспериментально открыл закон преломления света.

1628 - Итальянский ученый Б. Кастелли установил закон обратной пропорциональности скорости течения жидкости в трубах площади поперечного сечения.

1632 - Вышел в свет известный труд Г. Галилея “Диалог о двух основных системах мира – птолемеевой и коперниковой”, где, в частности, содержатся два важных принципа современной физики – принцип инерции и принцип относительности.

1637 - Вышел в свет труд Р. Декарта “Диоптрика”, где излагается идея эфира как переносчика света, дается теоретическое доказательство закона преломления, которое было высказано Декартом еще в 1630 -

1638 - Вышел в свет труд Г. Галилея “Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых областей науки”, в котором, в частности, содержится идея конечности скорости распространения света и постановки эксперимента для ее определения, утверждение, что при отсутствии сопротивления среды все тела падают с одинаковой скоростью; законы свободного падения (пропорциональность скорости падающего тела времени падения, и пропорциональность пройденного пути квадрату времени), закон сложения перемещений и т.п. Итальянский ученый Дж. Б. Бальяни впервые четко разграничивает понятие веса и массы тела и указывает на пропорциональность веса массе.

1643 - Открытие атмосферного давления, способа получения вакуума и создание первого барометра (Э. Торричелли). Установление формулы для скорости истечения жидкости из узкого отверстия в открытом сосуде (формула Торричелли).

1644 - Вышел в свет труд Р. Декарта “Начала философии”, в котором впервые четко сформулирован закон инерции, дана теория магнетизма и изложена первая космогоническая гипотеза.

1646 - 1647 - Б. Паскаль подтвердил существование атмосферного давления, повторив опыт Торричелли, и экспериментально обнаружил уменьшение атмосферного давления с высотой.

1647 - Итальянский математик Б. Кавальери в трактате “Шесть геометрических упражнений” дал формулу линзы.

1648 - Открытие дисперсии света (И. Марци).

1650 - О. Герике изобрел воздушный насос.

1653 - Установление Б. Паскалем закона распределения давления в жидкости (закон Паскаля), опубликован в 1663 -

1655 - Изобретение ртутного термометра.

1657 - Х. Гюйгенс сконструировал маятниковые часы со спусковым механизмом, ставшие основой точной экспериментальной техники (проект соединения маятника со счетчиком предлагал Галилей еще в 1636 - ). Изобретен водяной барометр (О. Герике).

1659 - Р. Бойль и Р. Гук усовершенствовали воздушный насос Герике.

1660 - Х. Гюйгенс и Р. Гук установили постоянные точки термометра – точку таяния льда и точку кипения воды. Вышел в свет труд Р. Бойля “Новые опыты - , касающиеся упругости воздуха”. О. Герике сконструировал основанную на трении электрическую машину.

1661 - 1662 - Р. Бойль в труде “Химик-скептик” сформулировал понятие химического элемента как простейшей составной части тела. Р. Бойль открыл зависимость давления газа от объема. П. Ферма сформулировал оптический принцип, названный его именем (принцип Ферма).

1665 - Опубликован труд Ф. Гримальди “Физико-математический трактат о свете, цветах и радуге”, в котором содержится открытие явления дифракции (интерференции) света. Вышел в свет трактат Р. Гука “Микрография”, в котором описаны его микроскопические наблюдения. И. Ньютон вывел обратно пропорциональную зависимость силы тяготения квадрату расстояния между притягивающимися телами.

1666 - Открытие И. Ньютоном явления разложения белого света в спектр (дисперсия света) и хроматической аберрации.

1667 - Вышел в свет труд Л. Магалотти “Очерки о естественно научной деятельности Академии опытов”. Описаны термометры, ареометр, гигрометр, маятник с бифилярным подвесом, опыты по тепловому расширению тел и получению вакуума. Дж. Борелли вывел закон столкновения неупругих тел.

1668 - И. Ньютон сконструировал первый зеркальный телескоп (телескоп-рефлектор).

1669 - Х. Гюйгенс дал теорию удара упругих тел и установил закон сохранения количества движения (mv) и закон “живых сил” (mv2/2). Э. Бартолин открыл двойное лучепреломление света в кристаллах исландского шпата.

1672 - Вышел в свет труд О. Герике “Новые, так называемые магдебургские опыты о пустом пространстве”. Впервые с приемлемой точностью измерено расстояние до Солнца (Ж. Ришар, Д. Кассини).

1674 -1675 - Р. Гук в трактате “О движении Земли” высказал идею тяготения, представил свою систему мироздания и основной закон упругости (закон Гука). И. Ньютон выдвинул корпускулярную гипотезу света. Исследуя интерференцию и дифракцию света, И. Ньютон открыл так называемые “кольца Ньютона”.

1676 - О. Ремер в результате наблюдений спутников Юпитера сделал вывод о конечности скорости распространения света и по данным наблюдений впервые определил ее величину – 214000 км/сек, (до этого Дж. Порта, И. Кеплер, Р. Декарт и др. считали скорость света бесконечной). Э. Мариотт предложил рассчитывать высоту места по данным барометра.

1678 - Х. Гюйгенс обнаружил явления двойного лучепреломления в кварце и поляризации света. Вышел в свет труд Х. Гюйгенса “Маятниковые часы”, в котором приведены теория физического маятника, понятие момента инерции и законы центробежной силы.

1680 - Открытие зависимости точки кипения воды от давления, изобретение парового котла с предохранительным клапаном (Д. Папен).

1681 - Х. Гюйгенс объяснил изменение периода колебаний маятника изменением ускорения силы тяжести, выдвинул идею об измерении ускорения силы тяжести при помощи секундного маятника и первым пришел к выводу о сплюснутости Земли у полюсов.

1686 - Найдена барометрическая формула (Э. Галлей). Введение Г. Лейбницем понятия “живой силы” (энергии) как произведения массы тела на квадрат его скорости.

1687 - Вышел в свет труд И. Ньютона “Математические начала натуральной философии” (“Начала”), содержащие основные понятия и аксиоматику механики, в частности три основные ее закона (законы Ньютона) и закон всемирного тяготения. Французский механик П. Вариньон в книге “Проект новой механики” формулирует понятие момента силы и дает в общей геометрической форме теорему о моменте равнодействующей.

1690 - Вышел в свет “Трактат о свете” Х. Гюйгенса (завершен в 1678 - ), в котором помещены волновая теория света (световые возбуждения являются упругими импульсами в эфире), принцип построения огибающей волны (принцип Гюйгенса) и описано открытое им явление поляризации света. Д. Папен дал описание замкнутого термодинамического цикла паровой машины.

1693 - Э. Галлей вывел общую формулу линзы.

1694 - К. Ренальдини предложил в качестве фиксированных температур при градуировке термометра использовать температуры таяния льда и кипения воды.

1698 - Открытие электрической искры (Волл).

3.2.1 Оптика

Справедливости ради следует признать, что Ньютон, в целом, никогда не отказывался от эфирных представлений, хотя в системе его воззрений эфир – это скорее всего промежуточное состояние между материей и светом. Последний же, согласно Ньютону, представляет собой поток корпускул, испускаемых светящимися телами, причем свет ни в коей мере не может быть образован циклическими колебаниями эфира (колебания эфира ответственны за передачу тепла). При этом Ньютон всячески подчеркивал, что его открытие дает необходимый инструмент для математического прогнозирования, но никоим образом не касается механизма тяготения. Тем не менее, именно в этой связи, насколько нам известно, Ньютон говорил, что «…полагать, что одно тело может воздействовать на другое, находящееся от него на некотором расстоянии, через вакуум без каких-либо “посредников”, … - для меня настолько абсурдно, что, по-моему, ни один человек, обладающий хотя бы малейшим представлением о философских материях, не может в это верить».

Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени связаны с развитием оптики и открытием электричества в XVII веке. И дальше все пошло не совсем по плану. Обнаружился огромный класс явлений, которые не описывались механикой Ньютона. Стремительное изучение этих явлений на протяжении XVII - XVIII веков, преимущественно в области оптики и электродинамики, привело к математической формулировке законов электромагнетизма. Мироздание немного усложнилось, но не очень сильно: мир – это материя разного рода и описывающие ее законы механики Ньютона и электродинамики Максвелла. По-прежнему есть силы. Силовое взаимодействие осуществляется мгновенно. Свет – всего лишь волна в особой среде, заполняющей все пространство, – эфире. Время и пространство - абсолютны. Все. Чуть сложнее, но также наглядно. Мир по-прежнему оставался детерминированным, ясным и понятным среднестатистическому человеку.

Картинки по запросу гюйгенс Христиана

Гюйгенса де Зуйлихем (14.04.1629 – 8.07.1695)

 

Но экспериментальная техника, да и теоретическое развитие физики и математики, не стояли на месте.

Весьма разнообразными интересами оказалась насыщена исследовательская деятельность голландского физика, математика и астронома Христиана Гюйгенса де Зуйлихем (14.04.1629 – 8.07.1695). Однако особое место, вне всякого сомнения, занимает его волновая теория света, изложенная в основном в «Трактате о свете» (1650 г.). Ключевые идеи – световые возбуждения являются упругими импульсами в эфире, имеет место явление поляризации света, открытое им же, направление распространения волн подчиняется принципу построения огибающей волны – принципу Гюйгенса. Знаменитый принцип сформулирован был следующим образом: «При испускании световых волн следует иметь в виду, что каждая частичка материи, в которой распространяется волна, не должна сообщать свое движение только ближайшей частичке, находящейся на одной прямой с первой частичкой и источником света; она также должна сообщать его всем частичкам, которые соприкасаются с ней и препятствуют ее движению. Таким образом, необходимо, чтобы вокруг каждой частички зарождалась волна, центр которой был бы в этой частичке».

Интересно, что несмотря на успешное развитие Гюйгенсом волновой гипотезы света, все-таки в натурфилософии на долгое время укоренились взгляды Ньютона на корпускулярную природу света. Согласно Ньютону, свет представляет собой потоки корпускул, испускаемых светящимися телами, причем свет ни в коей мере не может быть образован циклическими колебаниями эфира (колебания эфира ответственны за передачу тепла).

3.2.2    Хронология XVIII век

1702 – Г. Амонтон усовершенствовал воздушный термометр Г. Галилея, сконструировав термометр, в основном похожий на современный газовый. Этот термометр дал возможность Амонтону прийти к понятию абсолютного нуля, который по его данным составлял –239,5 °C.

1703 - Вышел в свет труд Х. Гюйгенса “О центробежной силе”.

1704 - Вышел в свет труд И. Ньютона “Оптика”.

1705 - Т. Ньюкомен изобрел тепловую машину – первую машину, успешно применяемую для подъема воды.

1706 - 1710 - Начало исследований разрядов в газах, построена первая стеклянная электрическая машина, открыто свечение воздуха в стеклянной трубке при электрическом разряде (Ф. Гауксби).

1714 - Введение Г. Фаренгейтом термометрической шкалы, названной его именем (шкала Фаренгейта).

1717 - И. Бернулли сформулировал в общей форме принцип возможных перемещений.

1718 - Э. Галлей открыл собственное движение звезд. Ж. Жюрен открыл закон подъема жидкости в капиллярных трубках, названный его именем (закон Жюрена).

1725 – 1728 - Дж. Брадлей открыл и объяснил аберрацию света, чем окончательно подтвердил факт конечности скорости распространения света.

1729 - Вышел в свет “Оптический трактат о градации света” П. Бугера, в котором, в частности, помещен закон ослабления света. Открыто явление электропроводности (С. Грей).

1730 - Р. Реомюр предложил применять в термометрах спирт и ввел шкалу, названную его именем (шкала Реомюра).

1733 - Открытие двух видов электричества, установление притяжения разноименных зарядов и отталкивания одноименных (Ш. Дюфе).

1736 - Вышел в свет труд Л. Эйлера “Механика”, положивший начало превращению механики из геометрической науки в аналитическую.

1738 - Вышла в свет работа Д. Бернулли “Гидродинамика”, в которой содержится уравнение, выражающее закон сохранения энергии применительно к стационарному движению идеальной несжимаемой жидкости (уравнение Бернулли).

1739 - Л. Эйлер дал полную теорию колебания струны.

1740 - Изобретение фотометра (П. Бугер).

1742 - А. Цельсий предложил стоградусную шкалу термометра, названную его именем (шкала Цельсия).

1742 - Введены понятия “проводник” и “непроводник” электричества (Ж. Дезагюлье).

1743 - Вышел в свет “Трактат о динамике” Ж. Даламбера, где впервые сформулированы общие правила составления дифференциальных уравнений движения любых материальных систем и дан принцип, сводящий задачи динамики к задачам статики (принцип Даламбера).

1744 – Г. Рихман дал формулу для определения температуры смеси однородных жидкостей. М.В. Ломоносов ввел представление о молекулах и атомах и создал молекулярно-кинетическую теорию строения вещества.

1745 - М.В. Ломоносов высказал мысль, что причина теплоты заключается в движении (“теплота состоит во внутреннем движении материи”). Изобретен первый электрический конденсатор – лейденская банка (Э. Клейст, П. Мушенбрук).

1746 - Установлен закон сохранения момента количества движения (Л. Эйлер, Д. Бернулли). Вышел в свет труд М.В. Ломоносова “Экспериментальная физика”. Вышел в свет труд Л. Эйлера “Новая теория света и цветов”, в которой он придерживается волновой теории света.

1747 - Л. Эйлер вывел формулу двояковыпуклой линзы. Исследование Б. Франклином атмосферного электричества, доказательство электрической природы молнии.

1750 - Изобретение молниеотвода (Б. Франклин). Б. Франклин сформулировал теорию электричества и закон сохранения электрического заряда.

1752 - 1754 - Л. Эйлер выдвигает утверждение, что максимальная длина световой волны соответствует красным лучам, а минимальная – фиолетовым; он проводит гидродинамическое исследование и выводит уравнение гидродинамики (уравнение Эйлера), вводит потенциал скоростей, записывает основное уравнение теории потенциала (уравнение Лапласа).

1753 - Дж. Беккариа показал, что электрический заряд в проводнике распределяется по его поверхности.

1755 - Разработка И. Кантом гипотезы происхождения солнечной системы.

1756 - Открытие М.В. Ломоносовым закона сохранения массы вещества в химических реакциях.

1757 - Открытие скрытой теплоты и первые измерения теплоты плавления и парообразования (Дж. Блэк).

1759 - Разработка первой математической теории электрических и магнитных явлений (Ф. Эпинус).

1760 - Введено понятие удельной теплоемкости. Положено начало калориметрии (Дж. Блэк). Вышел в свет труд И. Ламберта “Фотометрия, или об измерении и сравнении света, цветов и тени”.

1763 - И.И. Ползунов разработал проект паровой машины (в 1765 г. машина была построена, а в 1766 г. начала эксплуатироваться).

1777 - И. Ламберт показал, что тепловые лучи, как и световые, распространяются прямолинейно.

1781 - Установление законов трения (Ш. Кулон). А. Вольта изобрел чувствительный электроскоп с соломинками. В. Гершель открыл планету Уран.

1783 - Изобретен волосяной гигрометр (г. Сосюр). А. Лавуазье и П. Лаплас изобрели калориметр и определили удельные теплоемкости многих твердых и жидких тел.

1784 - Ш. Кулон осуществил исследование упругого кручения нитей и построил крутильные весы. Дж. Уатт построил универсальный паровой двигатель.

1785 - Установление Ш. Кулоном основного закона электрического взаимодействия (закон Кулона).

1787 - Французский физик Ж. Шарль установил один из газовых законов, названный его именем (закон Шарля).

1788 - Ш. Кулон распространил открытый им закон взаимодействия точечных электрических зарядов на взаимодействие точечных полюсов магнита.

1789 - 1794 - Разработана метрическая система единиц длины, массы, силы и др. физических величин.

1791 - 1792 - Опубликован “Трактат о силах электричества при мышечном движении” Л. Гальвани, в котором содержались сведения об электрическом токе. П. Прево выдвинул теорию теплового равновесия.

1798 – Г. Кавендиш при помощи крутильных весов измерил притяжение двух тел, подтвердив закон всемирного тяготения И. Ньютона, вычислил плотность Земли. Б. Румфорд осуществил опыты, подтверждающие механической теории теплоты.

1799 - А. Вольта сконструировал первый источник электрического тока – “вольтов столб” (электрическую батарею).

3.2.3     Электричество

Существительное электричество впервые ввел в обиход, как утверждает Э.Т.Уиттекер, сэр Томас Браун в своей работе «Pseudodoxia epidemica» (1646), с. 79.  

Картинки по запросу уильям гильбертУильям Гильберт

(24.05.1544 – 30.11.1603)

Картинки по запросу декарт рене
Рене Декарт

(31.03.1596 – 11.02.1650)

Картинки по запросу Жан Теофила ДезагюльеЖана Теофила
Дезагюлье
(1683 – 1744)

Начало электродинамики как науки чаще всего соотносится с фундаментальными исследованиями Уильяма Гильберта (24.05.1544 – 30.11.1603), придворного врача королевы Елизаветы, который в 1600 г. издал трактат “О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле”, содержавшем описание более 600 опытов, осуществленных при его непосредственном участии. Объем работ был столь велик, а эксперименты были выполнены столь безукоризненно, что потребовалось еще почти сто лет после Гильберта, чтобы получить существенно новые результаты. Именно Гильберт ввел в науку понятие электрической силы. Теория Гильберта, получившая название теории об электрических излучениях, просуществовала сравнительно долго. Лишь после работ Стефена Грея (? – 1736) и Жана Теофила Дезагюлье (1683 – 1744) была признана необходимость принять существование электрической жидкости, как одной из субстанций, составляющих мир.

Заметной фигурой, относящейся к началу “эпохи становления физики как науки”, является французский философ, математик и физик Рене Декарт (латинизированное имя – Картензий или Cartesius, 31.03.1596 – 11.02.1650). Рене Декарт, возможно, был первым, кто предпринял полномасштабную попытку построения физической картины мира. В принципе, именно с его работы «Диоптрика» можно было бы вести отсчет современной истории физики. Выход в свет знаменитого труда Декарта “Диоптрика”, в котором излагаются идеи эфира как переносчика света, предлагаются теоретические, т.е. математические, доказательства закона преломления и обоснование теории радуги, датируется 1637 г. Интересно, что тем же годом датируется и издание “Геометрии”, положившей начало аналитической геометрии. На счету Декарта немало эвристических идей – это и закон сохранения количества движения, и закон инерции, и первые теории магнетизма, и введение понятия переменной величины и функции, и метод декартовых координат, и многое другое. Декарт отрицал действие на расстоянии. Он был убежден, что пространство заполнено средой, которая способна передавать взаимодействие между телами (однако мы её не можем ощущать). Эту среду он назвал эфиром. Далее, Декарт предлагал для каждого физического явления рассматривать механическую модель, хотя ни один из процессов Природы, пожалуй, он так и не изучил досконально. Это дало впоследствии основание Христиану Гюйгенсу выступить с критикой в адрес Декарта: «Мне кажется, что Декарт завидовал славе Галилео и претендовал на звание автора новой философии, которую следовало изучать в высших учебных заведениях вместо аристотелизма. Он выдвигал свои гипотезы как истины, словно его клятвенное утверждение было равносильно их доказательству. Он должен был бы представить свою систему физики как попытку показать, чего следует вероятнее всего ожидать в этой науке, если принять исключительно принципы механики. Для науки подобные попытки достойны похвалы, но он пошел дальше и заявил, что открыл абсолютную истину, тем самым препятствуя открытию истинного знания».

3.2.4    Хронология 1800-1860 годы

1800 - Открытие явления электролиза (У. Никольсон, А. Карлейль). В. Гершель открыл инфракрасные лучи. Открытие Т. Юнгом явления интерференции звука.

1801 - Открытие ультрафиолетовых лучей (У. Волластон, И. Риттер). У. Волластон и Н. Готро дали теорию “вольтового столба”. Открытие закона парциальных давлений (Дж. Дальтон). Т. Юнг сформулировал принцип интерференции света.

1802 - Открытие У. Волластоном линий поглощения в солнечном спектре, названных в дальнейшем “фраунгоферовыми” в связи с переоткрытием их в 1815 г. И. Фраунгофером. Осуществление Т. Юнгом опыта по получению интерференции света от двух отверстий. Открытие В.В. Петровым электрической дуги и осуществление с ней ряда опытов (плавление металлов, сжигание различных веществ). Исследование Ж. Гей-Люссаком расширения газов и открытие им зависимости изменения объема газа от температуры (закон Гей-Люссака). Этот закон открыл в этом же году и Дж. Дальтон.

1803 - Открытие закона зависимости растворимости газов от их парциального давления (Дж. Дальтон). Измерение Т. Юнгом длины волн разных цветов. Он получил для длины волны красного света значение – 0,7 микрона, для фиолетового – 0,42 микрона.

1804 - Т. Юнг выдвинул идею неподвижного, не увлекаемого Землей эфира (в 1818 - идею частично увлекаемого эфира высказал О. Френель).

1806 - П. Лаплас установил один из основных законов капиллярности (закон Лапласа).

1807 - Установлено понижение температуры при адиабатическом расширении газа и повышение – при его сжатии (Ж. Гей-Люссак). Введение Т. Юнгом модуля упругости (модуль Юнга).

1808 - Ж. Гей-Люссак открыл закон объемных отношений. Открытие Э. Малюсом поляризации света при отражении и закона, названного его именем (закон Малюса).

1811 - Разработка А. Авогадро молекулярной гипотезы строения вещества и установление закона, названного его именем (закон Авогадро). Открытие Д. Араго хроматической поляризации. Д. Араго обнаружил оптическую активность (у кварца).

1815 - Открытие Ж. Био круговой поляризации и закона вращения плоскости поляризации света (закон Био). О. Френель дополнил оптический принцип Гюйгенса, введя представление о когерентности элементарных волн и их интерференции (принцип Гюйгенса – Френеля).

1817 - Предположение о поперечности световых лучей (Т. Юнг, О. Френель). Создан биметаллический термометр (А. Бреге).

1818 - Создание О. Френелем теории дифракции света. Г. Катер сконструировал прибор для определения ускорения силы тяжести (оборотный маятник).

1819 - Проведение О. Френелем опыта с бипризмой (бипризма Френеля) для получения интерференции света. Вышел в свет труд О. Френеля “Мемуар о дифракции света”.

1820 - Открытие Х. Эрстедом магнитного действия тока. Открытие правила, определяющего зависимость между направлением электрического тока и направлением магнитного поля, создаваемого этим током (правило Ампера) и закона взаимодействия проводников, по которым протекает электрический ток (закон Ампера). Открытие А. Ампером магнитного эффекта катушки с током (соленоида). Д. Араго обнаружил намагничивание железных опилок электрическим током. Изобретение гальванометра (И. Швейггер). Ж. Био и Ф. Савар открыли закон, определяющий напряженность магнитного поля прямого тока (закон Био-Савара). У. Николь изобрел прибор для получения линейно поляризованного света (призма Николя). Создан гигрометр Даниэля.

1821 - Установлена зависимость сопротивления проводника от его длины, поперечного сечения и температуры (Г. Дэви). Получение М. Фарадеем вращения проводника с током в магнитном поле (создание модели электродвигателя). Т. Зеебек открыл термоэлектричество (эффект Зеебека). Широкое применение И. Фраунгофером дифракционных решеток для исследования спектров.

1823 - Создание термобатареи (Ж. Фурье, Х. Эрстед). Изобретено динамо (У. Стерджен). П. Барлоу построил раннюю модель электромотора (колесо Барлоу).

1823 - Опубликован труд А. Ампера “Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта”. Открытие О. Френелем эллиптической и круговой поляризации света. О. Френель установил количественные законы преломления и отражения света (формулы Френеля).

1824 - Вышел в свет труд С. Карно “Рассуждения о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу”, в котором приведены формулировка второго начала термодинамики, цикл Карно и теорема Карно. Открытие действия вращающейся металлической пластинки на магнитную стрелку – магнетизма вращения (Д. Араго).

1825 - Открыта анизотропия кристаллов (Э. Митчерлих). Л. Нобили изобрел астатический гальванометр. Создание У. Стердженом электромагнита.

1826 - Ж..В. Понселе ввел понятие “работа” для произведения силы на путь, пройденный точкой ее приложения. Объединены закон Гей-Люссака с законом Бойля – Мариотта и записано уравнение газового состояния (Ж. Гей-Люссак).

1827 – Г. Ом открыл закон электродинамики, названный его именем (закон Ома), и ввел понятие электродвижущей силы, электропроводности и силы тока.

1831 - Открытие М. Фарадеем явления электромагнитной индукции. Дж. Генри и независимо от него С. даль Негро построили первый электродвигатель.

1832 - И. Пикси построил генератор переменного тока. Создание русским ученым П.Л. Шиллингом первого электромагнитного телеграфа. Американец С. Морзе предложил проект телеграфного аппарата, а в 1835 г. построил модель телеграфа (в 1833 г. простейшую телеграфную линию построили также К. Гаусс и В. Вебер). Дж. Генри открыл явление самоиндукции.

1833 - Открытие Д. Брюстером флюоресценции. Установление М. Фарадеем законов электролиза. Э.Х. Ленц сформулировал правило для определения направления электродвижущей силы индукции (закон Ленца).

1834 - Б. Клапейрон вывел уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона). Б. Клапейрон разработал теорию обратимого кругового процесса Карно. Б. Клапейрон получил уравнение для конденсирующегося пара, находящегося в тепловом равновесии с жидкостью, распространенное в 1850 г. Р. Клаузиусом на другие фазовые переходы (уравнение Клапейрона-Клаузиуса). М. Фарадей постулировал существование ионов. Б.С. Якоби изобрел электродвигатель с рабочим валом.

1835 - Э.Х. Ленц экспериментально доказал уменьшение сопротивления металлов при охлаждении. Разработка Г. Кориолисом теории относительного движения. М. Фарадей доказал существование экстратоков при замыкании и размыкании цепи.

1836 - Появление первого постоянного элемента с деполяризатором – элемента Даниэля.

1837 - М. Фарадей обнаружил влияние диэлектриков на электростатическое взаимодействие. Он же высказал мысль о распространении электрического и магнитного действия через промежуточную среду. Изобретено электрическое реле.

1838 - Изобретение гальванопластики (Б.С. Якоби). Впервые измерено расстояние до звезды – 61 Лебедя (Ф.В. Бессель).

1839 - Дж. Грин вывел основное уравнение теории упругости. Создание основ теории потенциала (К. Гаусс). Французский изобретатель Л. Дагер изобрел фотографию, усовершенствовав метод получения фотографических изображений на металле, предложенный в 1827 г. Ж. Ньепсом.

1840 - Ч. Уитстон изобрел способ измерения сопротивления (мостик Уитстона). Дж. Джоуль установил явление магнитного насыщения. Разработка теории построения изображений в сложных оптических системах (К. Гаусс).

1841 - Дж. Джоуль установил закон теплового действия тока (в 1842 - его открыл также Э.Х. Ленц, отсюда и название – закон Джоуля – Ленца).

1842 - Х. Допплер теоретически открыл явление, названное его именем (эффект Допплера). Открытие Ю. Майером закона сохранения энергии (независимо от него к открытию этого закона также пришли в 1843 г. Дж. Джоуль и в 1847 г. Г. Гельмгольц; последний расширил границы применения этого закона, взяв для рассмотрения не только механическую и тепловую энергию, но и другие виды энергии). Установление колебательного характера разряда конденсатора (Дж. Генри).

1843 - Первое измерение механического эквивалента теплоты (Дж. Джоуль). М. Фарадей экспериментально доказал закон сохранения электрического заряда и выдвинул идею электрического поля.. В. Вебер установил закон взаимодействия движущихся зарядов.

1845 - Открытие М. Фарадеем диамагнетизма и парамагнетизма (он же ввел эти термины). Ж. Дюамель предложил определять массу тела как отношение приложенной к телу силы к приобретенному им ускорению. Голландский физик Ч. Бейс-Баллот обнаружил эффект Допплера для акустических волн.

1845 - 1847 - Открытие закономерностей в распределении электрического тока в разветвленной цепи (Г. Кирхгоф). Дж, Стокс разработал математическую теорию движения вязкой жидкости (уравнение Навье – Стокса). Разработка первой математической теории электромагнитной индукции и установление закона электромагнитной индукции для замкнутых проводников (Ф. Нейман). И. Галле по расчетам У. Леверье открыл новую планету – Нептун, существование которой предсказал Дж. Адамс.

1848 - Введение У. Томсоном понятия абсолютной температуры и абсолютной шкалы температур (шкала Кельвина).

1849 - Установление связи между линиями поглощения и излучения (Л. Фуко). Первое измерение скорости света в лабораторных условиях И. Физо (метод зубчатого диска).

1850 - Измерение скорости света при помощи вращающегося зеркала (Л. Фуко). Открытие Р. Клаузиусом второго начала термодинамики. Введение понятия внутренней энергии (Р. Клаузиус).

1851 - Л. Фуко при помощи маятника экспериментально доказал вращение Земли вокруг оси (опыт Фуко). У. Томсоноткрыл изменение удельного сопротивления ферромагнетиков при их намагничивании (эффект Томсона). Г. Румкорф изобрел индукционную катушку (катушка Румкорфа). Открыто явление рассеяния света малыми частицами вещества (Брюкке).

1852 - Изобретение гироскопа (Л. Фуко). Описано явление флюоресценции (Дж. Стокc). Установление Дж. Стоксом факта, что длина волны света люминесценции больше длины волны возбуждающего света (правило Стокса. Дж. Стокс открыл прозрачность кварца для ультрафиолетовых лучей. У. Томсон выдвинул гипотезу о “тепловой смерти Вселенной”.

1853 - 1854 - Создана термодинамическая теория термоэлектричества (Р. Клаузиус). У. Томсон вывел формулу для периода электрических колебаний (формула Томсона). Открыто явление охлаждения газа при адиабатическом сжатии (Дж. Джоуль, У. Томсон).

1855 - Изобретение Г. Гейсслером ртутного вакуумного насоса. Ю. Плюккер сконструировал трубки для исследования разрядов в газах (трубки Плюккера). Разработан способ уменьшения индукционных токов в сплошных телах путем деления последних на части (Л. Фуко).

1856 - В. Вебер и Р. Кольрауш определили отношение электромагнитных и электростатических единиц (скорость распространения электрического импульса) и обнаружили ее совпадение со скоростью света. Построен первый спектрометр (Мейерштейн). Открытие У. Томсоном термодинамического эффекта, названного его именем (эффект Томсона). Ж. Жамен построил интерференционный рефрактометр.

1857 - 1862 - Разработка Р. Клаузиусом основ кинетической теории газов. В ее создании принимали также участие Л. Больцман и Дж. Максвелл. Р. Планте изобрел свинцовый аккумулятор. Открытие Г. Кирхгофом и Р. Бунзеном спектрального анализа. Г. Кирхгоф открыл закон теплового излучения, названный его именем (закон Кирхгофа). Открыты катодные лучи (Ю. Плюккер), в 1869 г. их наблюдал также И. Гитторф.

 

3.2.5     Геометрия

 

 

Лобачевский Николай Иванович, 1792—1856

Геометрия Лобачевского (Николай Иванович, 1792—1856) возникла из попыток доказательства пятого постулата неевклидова геометрия, открытая Н.И.Лобачевским, стала в наши дни необходимым аппаратом для изучения механики, физики, астрономии. Особенно важна геометрия Лобачевского для теории относительности.

С другой стороны, открытие неевклидовой геометрии привело к новым исследованиям в области оснований геометрии и, в частности, к аксиоматике Гильберта. Открытие неевклидовой геометрии доказало, что нельзя абсолютизировать представления о пространстве, что «употребительная» (как называл Лобачевский геометрию Евклида) геометрия не является единственно возможной.

Открытие неевклидовой геометрии не только сыграло огромную роль в развитии новых идей и методов в математике, естествознании, но и имеет и философское значение. Господствующее до Лобачевского мнение о незыблемости геометрии Евклида в значительной мере основывалось на учении известного  немецкого философа И.Канта (1724-1804), родоначальника немецкого классического идеализма.

4      Физика конца XIX века

4.1    Времена до Эйнштейна

4.1.1    Хронология 1860-1900 годы (МКТ, ТД, ЭМП, ЭД)

1860 - 1865 - Создание Дж. Максвеллом теории электромагнитного поля. Введение Г. Кирхгофом понятия абсолютно черного тела. Д.И. Менделеев открыл существование критической температуры. Вычисление длины свободного пробега молекул (Р. Клаузиус). Дж. Максвелл открыл статистический закон распределения молекул газа по скоростям, постулировал существование электромагнитных волн, выдвинул идею электромагнитной природы света. Введение Р. Клаузиусом понятия энтропии. Построен двигатель постоянного тока с коллектором (кольцевой электродвигатель) и изобретена динамомашина (А. Пачинотти).

1868 - Разработка Л. Больцманом статистики, названной его именем (статистика Больцмана).

1869 - Открытие Д.И. Менделеевым Периодического закона химических элементов и создание периодической системы элементов. Т. Эндрюс открыл явление непрерывности жидкого и газообразного состояния, введя понятие критической точки. Создание Г. Гельмгольцем колебательного контура из индуктивности и емкости.

1870 - Развитие Г. Гельмгольцем теории электродинамических процессов в проводящих неподвижных телах.

1871 - Создание холодильной машины, в которой охлаждение достигалось за счет расширения газа (К. Линде).

1872 - Э. Аббе разработал теорию образования изображения в микроскопе. У. Томсон изобрел электрический счетчик. Изобретение А.Н. Лодыгиным электрической лампы накаливания. Л. Больцман вывел основное кинетическое уравнение газов и установил связь энтропии физической системы с вероятностью ее состояния и доказал статистический характер второго начала термодинамики.

1873 - Ван дер Ваальс вывел уравнение состояния реальных газов (уравнение Ван дер Ваальса). Открытие внутреннего фотоэффекта (фотопроводимости) английским физиком У. Смитом. Дж. Максвелл теоретически определил величину давления света (идея светового давления выдвинута была И. Кеплером в 1619 г. ). Начало систематического изучения магнитных свойств ферромагнетиков и снятие первой кривой магнитной проницаемости ферромагнетика (А.Г. Столетов).

1874 - Введение Н.А. Умовым понятия о скорости и направлении движения энергии и потоке энергии (вектор Умова).

1874 - Д.И. Менделеев, обобщив уравнение Клапейрона, вывел уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева – Клапейрона).

1875 - 1878 - Разработан метод термодинамических потенциалов, сформулированы общие условия термодинамического равновесия, разработана общая теория фаз и теория капиллярности (Дж. Гиббс). Открытие Дж. Керром явления возникновения двойного лучепреломления в оптически изотропных веществах, помешенных в однородное электрическое поле (электрооптический эффект Керра). Обнаружение Г. Роуландом магнитного поля конвекционных токов (опыт Роуланда). Создание У. Круксом радиометра (радиометр Крукса).

1876 - Изобретение П.Н. Яблочковым первого практически пригодного источника электрического освещения (свеча Яблочкова). Изобретение А. Беллом телефонного аппарата. Открытие Дж. Керром магнитооптического эффекта. Первый селеновый фотоэлемент (В. Адаме, Р. Дэй).

1877 - Проведены первые измерения осмотического давления (В. Пфеффер). Изобретение фонографа (Т. Эдисон).

1878 - Изобретение микрофона (Д. Юз). Изобретение П.Н. Яблочковым первого трансформатора. Э. Аббе построил первый современный оптический микроскоп, показал ограниченность разрешающей способности оптического микроскопа длиной волны света.

1878 - 1882 - Эксперименты А. Майкельсона по точному определению скорости света.

1879 - Т. Эдисон создал лампу накаливания с угольной нитью.

1880 - Доказана возможность передачи электроэнергии на большие расстояния без значительных потерь при условии повышения напряжения (Д.А. Лачинов). Введение понятия гистерезиса (Э. Варбург). Открытие пьезоэлектрического эффекта (Пьер и Поль-Жан Кюри).

1882 - Установление И. Стефаном закона пропорциональности энергии излучения абсолютно черного тела четвертой степени абсолютной температуры. Г. Гельмгольц ввел понятие свободной энергии. Г. Роуланд изобрел вогнутую дифракционную решетку. Вступила в строй первая электростанция (Т. Эдисон).

1884 - Л. Больцман впервые применил к излучению принципы термодинамики. Открытие Т. Эдисоном явления термоионной эмиссии (эффект Эдисона).

1886 - Открытие каналовых лучей (Э. Гольдштейн). Изготовление первых полупроводниковых выпрямителей на основе селена (К. Фриттс).

1887 – Г. Герц сконструировал генератор электромагнитных колебаний (вибратор Герца). Проведение А. Майкельсоном и Э. Морли опыта по обнаружению “эфирного ветра” – влияния движения Земли на скорость света (опыт Майкельсона – Морли). Разработана теория электролитической диссоциации (С. Аррениус). - Гейтель и Ю. Эльстер открыли эмиссию отрицательных зарядов из нити накаливания (явление термоэлектронной эмиссии). Изобретение шведом К. Лавалем паровой турбины.

1888 – Г. Герц опытным путем обнаружил электромагнитные волны. Открытие А.Г. Столетовым закона внешнего фотоэффекта (закон Столетова). В. Рентген доказал, что ток связанных зарядов (рентгенов ток), возникающий при движении наэлектризованного диэлектрика, тождественный току проводимости (опыт Рентгена). Открыто явление вращающегося магнитного поля (Н. Тесла, Г. Феррарис). Создание генератора трехфазного тока (М.И. Доливо-Добровольский).

1890 - Создание асинхронного короткозамкнутого двигателя трехфазного тока и трансформатора трехфазного тока (М.И. Доливо-Добровольский).

1891 - Дж. Стоней предложил для постулированной единицы электрического заряда название электрон (ранее он высказал мысль о дискретности электрического заряда и вычислил его величину). М.И. Доливо-Добровольский впервые осуществил электропередачу трехфазного тока. Изобретен высокочастотный трансформатор (Н. Тесла).

1892 - 1894 - Б.Л. Розинг высказал идею о существовании внутри ферромагнетика “особого молекулярного поля”. Проведение А. Майкельсоном и Р. Бенуа эксперимента по сравнению длины эталонного метра с длиной световой волны.Создание Х. Лоренцем классической электронной теории. В. Вин открыл два закона излучения абсолютно черного тела (закон излучения Вина и закон смещения Вина). Использование О. Лоджем в качестве индикатора электрических колебаний трубки с опилками, названной им когерером (детектор герцевых волн). Немецкий ученый Поккельсон описал необычные диэлектрические, пьезоэлектрические и электрооптические свойства сегнетовой соли. А.С. Попов изобрел антенну.

4.1.2     МКТ и Термодинамика

В XIX веке также происходит прорыв в изучении микроскопических свойств вещества. Еще древнегреческие философы, первыми высказывавшие атомистические идеи, полагали, что вещество состоит из атомов, и эти атомы находятся в непрерывном движении. Количественный анализ этого движения попытался дать Д.Бернулли в 1738. Принципиальный вклад в развитие молекулярно-кинетической теории был сделан в период с 1850 по 1900 Р.Клаузиусом в Германии, Л.Больцманом в Австрии и Дж.Максвеллом в Англии. Эти же физики заложили основы статистической механики - более абстрактной дисциплины, занимающейся изучением того же предмета, что и молекулярно-кинетическая теория, но без построения детальных, а потому менее общих моделей.

Картинки по запросу бернулли
Бернулли

Картинки по запросу клаузиус
Р.Клаузиус

Картинки по запросу джоуль
Дж. Джоуль

Картинки по запросу гельмгольц
Гельмгольц

Известно, что нагретые тела, остывая, отдают часть своей теплоты более холодным телам. До XIX в. считалось, что теплота - это некая жидкость (теплород), перетекающая от одного тела к другому. Одним из главных достижений физики XIX в. стало то, что теплота стала рассматриваться просто как одна из форм энергии, а именно - кинетическая энергия атомов и молекул. Такое представление распространяется на все вещества - твердые, жидкие и газообразные.

Термодинамика возникла в 1-й пол. XIX в. в связи с развитием теории тепловых машин (С. Карно) и установлением закона сохранения энергии (Ю. Р. Майер, Дж. Джоуль, Г. Гельмгольц). Основные этапы развития термодинамики связаны с именами Р. Клаузиуса и У. Томсона (формулировки второго начала термодинамики), Дж. Гиббса (метод термодинамических потенциалов), В. Нернста (третье начало термодинамики) и др.

С развитием термодинамики детерминистический взгляд на физические процессы стал уступать статистическому. Основной вывод термодинамики – любые процессы происходят так, что любая изолированная система приходит в состояние полного теплового равновесия. Но этот индетерминизм существует только в усредненных статистических параметрах сложных систем. Теоретически движение каждого атома в этой сложной системе в рамках не квантовой механики подчиняется вполне детерминированным уравнениям движения, и только порядок этой сложности очень большой. Гораздо больше сложности самой системы. Поэтому в принципе возможно решение задачи о движении каждого атома как в прошлом, так и в будущем в рамках классической механики и электродинамики, при наличии полной начальной информации о системе. И возможно построение "демона Максвелла", разделяющего тепло и холод.

И вот кончается XIX век, начинается двадцатый век... И физика столкнулась с рядом результатов и наблюдений, никак не вписывающихся в существующую парадигму. Проблем этих (разумеется, чисто опытных) было много.

Одна из них – это неинвариантность уравнений Максвелла преобразованиям Галилея и опыт Майкельсона-Морли,

а также гравитационное искривление траектории луча света рядом с массивными телами,

и еще проблема – неустойчивоть атомов вещества согласно ЭД,

и еще одна проблема – ультрафиолетовая катастрофа,

а также проблемы фотоэффекта,

неопределенность точного положения электрона (интерференция и дифракция электронов),

множественность и взаимопревращаемость элементарных частиц (радиация).

4.1.3     ЭД Максвелла

В конце XIX века Джеймс-Клерк Максвеллом (Maxwell, 13.6.1831 - 5.11.1879) были сведены воедино экспериментальные работы Кулона, Ампера, Фарадея и других физиков и сформулированы законы классической электродинамики. Но вот какая сложилась незадача – уравнения Максвелла оказались неинвариантны преобразованиям Галилея. А это означает, что какое-то явление (например, электрический ток) будет разным в разных системах отсчета. То есть если я стою относительно лампочки – она согласно моим уравнениям должна гореть ослепительно ярким светом, а если я еду относительно лампочки,

МаксвеллДжеймс-Клерк Максвелл (Maxwell, 13.6.1831 - 5.11.1879)

Шарль Кулон
Шарль Огюстен
Кулон
 (1736-1806)

Ampere1.jpg
Андре́-Мари́ Ампе́р
20.01.177510.07.1836)

Фарадей
Майкл Фарадей
(1791-1867)

то она согласно этим же законам светить никому не обязана. Парадокс? Естественно, парадокс. Что-то надо было делать. Для начала покрутил-повертел Лоренц и нашел преобразования, относительно которых уравнения Максвелла оказываются инвариантны. Они хоть и не намного, но посложнее галилеевых. Покрутить-то он покрутил, но проблема осталась. Не было объяснения для этих преобразований.

4.2    Времена Эйнштейна

4.2.1    Хронология 1900-1920 годы (релятивизм)

1904 - 1905 - А. Пуанкаре дал общую формулировку принципа относительности, ввел термины “преобразования Лоренца”, “группа Лоренца”, показал, что невозможно обнаружить абсолютное движение, исходя из представлений об эфире и связанной с ним системы отсчета.

1907 - А. Эйнштейн ввел принцип эквивалентности гравитации и инерции, являющийся фундаментом общей теории относительности, и, исходя из него, вычислил красное смещение света в поле тяготения Солнца. Б.Л. Розинг изобрел первую электронную систему получения телевизионного изображения при помощи электроннолучевой трубки. М. Планк и А. Эйнштейн провели обобщение термодинамики в рамках специальной теории относительности.

1916 - Вышла в свет работа А. Эйнштейна “Основы общей теории относительности”, которой он завершил создание релятивистской теории гравитации. Немецкий ученый К. Шварцшильд получил первое решение уравнения тяготения Эйнштейна, описывающее гравитационное поле сферической массы (решение Шварцшильда). П. Дебай и А. Зоммерфельд ввели понятие магнитного квантового числа.

1917 - А. Эйнштейн на основе своих уравнений поля развил представление о пространстве с постоянной во времени и пространстве кривизной (модель Вселенной Эйнштейна, знаменующая зарождение космологии), ввел космологическую постоянную. В. де Ситтер выдвинул космологическую модель Вселенной (модель де Ситтера). Изготовлены первые фотосопротивления (Т. Кэйз).

1918 - 1919 - Выдвинута идея объединенного описания всех полей и всего вообще вещества на базе геометризированной картины мира – единая теория толя (Г. Вейль, Э. Картан, А. Эддингтон, А. Эйнштейн и др.). Доказан факт существования изотопов среди продуктов радиоактивного распада (Дж. Дж. Томсон).

 

4.2.2     СТО

Хендрик Антон Лоренц
Лоренц (Lorentz)
Хендрик Антон
(1853-1928)
Нобелевская премия,
1902

i?id=11460962-36-72&n=21
Эдвард Уильямс Морли, (Edward Williams Morley), 1838–1923

Майкельсон Альберт
Альберт Майкельсон
(Albert Abraham Michelson)
(1852-1931)
Нобелевская ремия,
1907

Альберт Эйнштейн
Эйнштейн (Einshtein)
Альберт
(1879-1955)
Нобелевская премия,
1921

Сначала для объяснения законов электродинамики использовали эфир, заполняющий всю Вселенную. Но опыты Майкельсона (1852–1931)  и Морли (1838–1923)  показали, что обнаружить эфир невозможно. Затем появилась специальная теория относительности (СТО) Эйнштейна. Основные ее постулаты –

1) равноправность всех инерциальных с.о. и

2) постоянство скорости света в любой точке любой инерциальной системы отсчета.

Стало ясно, что пространство и время зависят друг от друга и связаны в единое целое – четырехмерное пространство–время. И Мир по прежнему детерминирован.

4.2.3     ОТО

Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени связано с открытием в начале XX–го века тем же Эйнштейном общей теории относительности (ОТО) и на ее основе – теории гравитационного взаимодействия. В ней постулируется, что геометрические свойства пространства и времени неразрывно связаны с материей и отсутствие материи означает отсутствие и пространства, и времени. Здесь происходит отход от однородной и изотропной евклидовой (псевдоевклидовой) геометрии пространства–времени и рассматривается риманова геометрия.

Почти это же постулируется и в более поздней релятивисткой теории гравитации (РТГ) Логунова, с одним отличием – здесь тоже рассматривается риманова геометрия, но материя создает эффективную риманову геометрию пространства на фоне псевдоевклидова пространства, при отсутствии материи или вдали от нее геометрия строго псевдоевклидова.

4.3    Квантовые проблемы конца XIX -начала XX века

Но на этом проблемы физики не закончились. Появились проблемы, связанные с дискретностью материи и корпускулярно-волновым дуализмом ее существования.

4.3.1    Хронология 1895-1905 годы (рентген, радиация)

1895 - Открытие В. Рентгеном излучения, названного его именем (рентгеновские лучи). А.С. Попов изобрел радио. Экспериментально доказано, что катодные лучи являются потоком отрицательно заряженных частиц (Ж. Перрен).

1896 - А. Беккерель открыл естественную радиоактивность урана. М. Склодовская-Кюри высказала предположение о том, что излучение урана является свойством его атомов. Французский физик Ш. Фабри теоретически рассмотрел возможность создания сильных магнитных полей с помощью соленоидов.

1897 - Дж. Дж. Томсон и Э. Вихерт открыли электрон. К. Браун сконструировал катодную трубку, в которой движением электронов управляло магнитное поле (электроннолучевая трубка). Создание радиолокации (А.С. Попов).

1899 - П.Н. Лебедев экспериментально доказал давление света на твердые тела. Э. Резерфорд доказал наличие в излучении урана двух компонентов – альфа- и бета-лучей. Доказана электронная природа фототока, показано, что энергия фотоэлектронов зависит не от интенсивности падающего света, а от длины его волны.

1900 - М. Планк ввел понятие о кванте действия, положив начало квантовой теории. П. Кюри и М. Склодовская-Кюри доказали, что бета-лучи несут отрицательный заряд. Обнаружение отклонения бета-лучей электрическим полем (Э. Дорн). А. Беккерель, пропуская бета-лучи через пересекающие друг друга электрическое и магнитное поля, первый измерил отношение заряда к массе бета-частиц и установил, что оно того же порядка, что и для частиц катодных лучей. П. Виллард открыл гамма-лучи. М. Склодовская-Кюри первая указала на корпускулярную природу альфа-лучей.

1901 - Обнаружено физиологическое действие радиоактивного излучения (А. Беккерель, П. Кюри). Впервые экспериментально доказана зависимость массы частицы от скорости (В. Кауфман). Ж. Перрен сформулировал представление о ядерно-планетарной модели атома (модель Перрена). Разработана магнитная запись звука. Г. Маркони осуществил первую трансатлантическую радиопередачу, послав радиосигнал из Англии в Ньюфаундленд.

1902 - 1903 - Введение П. Кюри понятия периода полураспада. П. Кюри предложил использовать период полураспада в качестве эталона времени для определения абсолютного возраста земных пород. Э. Резерфорд и Ф. Содди создали теорию радиоактивного распада и сформулировали закон радиоактивных превращений. У. Рамзай и Ф. Содди экспериментально доказали образование гелия из радия. Э. Резерфорд доказал, что альфа-лучи состоят из положительно заряженных частиц. Дж. Дж. Томсон разработал модель атома, названную его именем (модель Томсона).

1904 - Осуществлена поляризация рентгеновских лучей (Ч. Баркла) и доказана их волновая природа. Х. Лоренц нашел преобразования пространственных координат и времени в самом общем виде, названные его именем (преобразования Лоренца). Создание Х. Нагаокой модели атома типа Сатурна.Дж. Дж. Томсон ввел представление о том, что электроны в атоме разделяются на группы, образуя различные конфигурации, обусловливающие периодичность элементов. Изобретена двухэлектродная лампа (Дж. Флеминг). Выяснено, что полупроводники могут быть детекторами электромагнитных волн (Дж. Бозе).

4.3.2     Проблема устройства атома.

После того, как в конце XIX века был открыт электрон и, следовательно, понято сложное строение атома, сразу была предложена модель его устройства. Модель эта (модель Томсона) была интуитивно понятна и казалась верной. Атом представлялся в виде положительно заряженного шара с вкраплениями в него электронов. Многочисленные опыты, которые были проведены (главный из них – опыт под руководством Резерфорда) опровергли эту модель. Согласно экспериментам, атом должен был содержать очень малую (в сотни тысяч раз меньше предполагаемого размера атома) положительно заряженную область. Единственной пригодной моделью, предложенной вскоре Резерфордом, оказалась модель атома в виде маленького положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него (словно планеты) электронов.

Картинки по запросу томсон атомТомсон

Картинки по запросу томсон атом
Модели атомов Томсона и Резерфорда

Картинки по запросу резерфорд
Резерфорд

Но согласно классической физике, вращающийся по окружности заряд излучает (что было многократно экспериментально подтверждено). Следовательно, вращающийся в атоме электрон также должен излучать и падать на ядро. Время жизни атома Резерфорда должно быть настолько мало, что само существование атомов во Вселенной выглядит крайне сомнительным.

4.3.3     Ультрафиолетовая катастрофа.

Разработанная в конце XIX века теория теплового излучения, основанная на классических воззрениях, привела к чудовищному результату. Интенсивность теплового излучения тела должна быть распределена так, что она растет с уменьшением длины волны. Любое тело должно излучать (и это действительно имеет место), причем излучать, в основном, в ультрафиолетовой области и даже, вообще говоря, дальше – в рентгене. В природе такого казуса, разумеется, не наблюдалось. Обычные тела, нагретые до комнатной температуры, излучали преимущественно в инфракрасной области, но никак не в ультрафиолетовой. Проблема эта настолько впечатлила физиков, что они обозвали ее ультрафиолетовой катастрофой.

4.3.4     Проблема фотоэффекта.

Открытое в конце XIX века явление фотоэффекта отличалось необъяснимыми свойствами. Действительно, какой бы интенсивности мы не брали свет (хоть такой, что начиналось плавление), фотоэффект не начинался, если длина света была больше некоторой определенной длины. А как только мы брали свет меньшей длины, то даже самая его ничтожная интенсивность приводила к фотоэффекту.

Наличие этой граничной длины волны ставило физиков в ступор. Действительно, какая разница, какая у света длина волны? Главное – вкачать в металл побольше энергии, чтобы начался фотоэффект. Металл был категорически с этим не согласен: для начала фотоэффекта его нисколько не интересовала суммарная энергия падающего света, а интересовала только его частота.

4.3.5     Радиация

Впервые явление радиации обнаружил французский физик А.Баккрель. 1 марта 1896 года он по почернению фотопластинки обнаружил испускание солью урана невидимых лучей сильной проникающей способности. Вскоре он выяснил, что свойством лучеиспускания обладает и сам уран. Затем такое свойство им было обнаружено и у тория. Открытое им явление получило название «радиоактивность» (от латинского radio – излучаю, radus – луч и activus – действенный), которое оказалось привилегией самых тяжелых элементов периодической системы Д.И.Менделеева.

Есть несколько определений этого замечательного явления, одно из которых дает такую ее формулировку: «Радиоактивность – это самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно изотоп другого элемента); при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия (a-частиц)». Сущностью открытого явления является самопроизвольное изменение состава атомного ядра, находящегося в основном состоянии либо в возбужденном долгоживущем состоянии. При этом образующиеся частицы (электроны, протоны, нейтроны или ядра гелия (a - частицы) не входят в состав исходных химических элементов, а появляются непосредственно в процессах распадов.

4.3.6     Интерференция и дифракция электронов.

Один из фактов субатомного мира заключается в том, что его объекты — такие как электроны или фотоны — совсем не похожи на привычные объекты макромира. Они ведут себя не совсем как частицы, и даже не как волны, а как совершенно особые образования, проявляющие и волновые, и корпускулярные свойства в зависимости от обстоятельств. Луи де Бройль опубликовал выведенное им соотношение между длиной волны де-Бройля элементарной частицы и ее скоростью в качестве составной части своей докторской диссертации в 1924 году. Казавшееся сначала сумасшедшей идей, соотношение де Бройля в корне перевернуло представления физиков-теоретиков о микромире и сыграло важнейшую роль в становлении квантовой механики. В дальнейшем карьера де Бройля сложилась весьма прозаично: до выхода на пенсию он работал профессором физики в Париже и никогда более не поднимался до головокружительных высот революционных прозрений.

Картинки по запросу де бройль

Непосредственно наблюдать волну де-Бройля невозможно. Но следствием корпускулярно-волнового дуализма в поведении элементарных частиц является их подверженность интерференции и дифракции. Дифракция электронов была открыта в 1927 К. Дэвиссоном (С. Davisson) и Л. Джермером (L. Germer), и подтвердила справедливость гипотезы Л. де Бройля (L. de Broglie, 1923) о волновых свойствах частиц. Интерференция электронов проявляется в том, что при пропускании электронов через две близкие щели за щелью в области наблюдения появляется четкая интерференционная картина.

Если на пути пучка электронов поставить преграду с щелью, то на экране за этой преградой образуется пятно, повторяющее форму щели, и которое оставляют попадающие на экран электроны. Все ясно.

А теперь возьмем преграду с двумя щелями. Если бы электрона не было волновых свойств, на экране мы увидели бы два пятна от электронов. Но нет! На экране мы увидим дифракционную картину – целый набор полос. Как будто это не электроны летели сквозь щели, а волны какие-то!

А может быть, все дело во взаимодействии электронов в пучке друг с другом? Будем пропускать электроны через две щели по одному – через секунду, две, три, минуту, час. Что мы увидим в этом случае? Мы снова увидим дифракционную картину, а не две полосы! Остается ощущение, что электроны сами по себе обладают волновыми свойствами.

4.3.7    Хронология 1905-1931 годы (кванты)

1905 - 1906 - А. Эйнштейн выдвинул гипотезу о квантовом характере светового излучения (фотонная теория света), открыл закон взаимосвязи массы и энергии и предложил специальный принцип относительности и принцип постоянства скорости света и на их основе создал специальную теорию относительности. Объяснение А. Эйнштейном законов фотоэффекта на основании существования квантов света (фотонов). Разработка П. Ланжевеном классической теории диа- и парамагнетизма. А. Эйнштейн и М. Смолуховский дали последовательное объяснение броуновского движения на основе молекулярно-кинетической теории.

1906 - Изобретен триод (Л. Форест). М. Планк вывел уравнения релятивистской динамики, получив выражения для энергии и импульса электрона, ввел термин “теория относительности”. Открыта односторонняя проводимость у некоторых полупроводников и создан кристаллический детектор (К. Браун). Установление В. Нернстом третьего начала термодинамики (теорема Нернста).

1908 – Г. Гейгер и Э. Резерфорд сконструировали прибор для регистрации отдельных заряженных частиц (позднее назван счетчиком Гейгера – Мюллера). Получение Г. Камерлинг-Оннесом жидкого гелия при температуре 4,2 K. Доказано, что альфа-частицы являются дважды ионизированными атомами гелия (Э. Резерфорд, Т. Ройдс).

1910 - А. Гааз разработал модель атома, в которой впервые сделана попытка связать квантовый характер излучения со структурой атома. Внедрение фотоэлементов в технику (Ю. Эльстер, Г. Гейтель). Обнаружение космологического красного смещения в спектрах галактик (В. Слайфер), связанное с эффектом “разбегания” галактик.

1911 - Открытие Г. Камерлинг-Оннесом сверхпроводимости.Э. Резерфорд>a открыл атомное ядро и создал планетарную модель атома. Экспериментально доказана дискретность электрического заряда и впервые измерена величина заряда электрона (Р. Милликен).

1912 - В. Гесс открыл космические лучи. Ч. Вильсон изобрел прибор для наблюдения следов заряженных частиц (камера Вильсона). Экспериментально доказана периодичность атомной структуры кристаллов, существования кристаллической решетки (Г. и Л. Брэгги).

1913 - 1914 – Г. Мозли установил зависимость между частотой спектральных линий характеристического рентгеновского излучения элемента и его порядковым номером (закон Мозли) и доказал равенство заряда ядра атома порядковому номеру его элемента. Введено понятие дефекта массы (П. Ланжевен). Использование триода для генерирования незатухающих электрических колебаний (А. Мейсснер). Н. Бор, применив идею квантования энергии к теории планетарного атома, сформулировал три квантовых постулата, которые характеризуют особенности движения электронов в атоме и разработал первую квантовую теорию атома водорода (теория атома Бора), ввел главное квантовое число. Сформулировано положение, что заряд ядра атома численно равен порядковому номеру соответствующего элемента в периодической таблице (А. Ван ден Брук). Сформулировано представление об изотопах элементов и введен термин “изотопы” (Ф. Содди). Э. Резерфорд предсказал существование протона. А. Ван ден Брук выдвинул протонно-электронную гипотезу строения атомных.

1914 - Н. Бор дал формулу для уровней энергии атома. Э. Резерфорд выдвинул идею об искусственном превращении атомных ядер.

1915 - 1916 - А. Зоммерфельд усовершенствовал теорию атома Бора, разработал квантовую теорию эллиптических орбит (теория Бора – Зоммерфельда), ввел радиальное и азимутальное квантовые числа.

1919 - Впервые определены размеры атомного ядра. Ф. Астон предложил электромагнитный метод разделения изотопов. Э. Резерфорд осуществил первую искусственную ядерную реакцию, превратив азот в кислород, а также первый непосредственно доказал наличие в ядрах элементов протонов.

1920 - Э. Резерфорд выдвинул гипотезу о существовании нейтрона.

1922 - А.А. Фридман нашел нестационарные решения гравитационного уравнения Эйнштейна и предсказал расширение Вселенной (нестационарная космологическая модель).

1923 - 1924 - Луи де Бройль высказал идею о волновых свойствах материи (волны де Бройля), которая легла в основу квантовой механики Э. Шредингера. А. Комптон открыл явление рассеяния коротковолнового излучения на свободном или слабо связанном электроне (эффект Комптона). А. Комптон и П. Дебай дали теоретическую интерпретацию этому явлению. А. Эйнштейн предложил вариант единой теории поля. Н. Бор пришел к представлению об оболочечной структуре атома, основанному на классификации электронных орбит по главному и азимутальному квантовым числам.

1924 - 1925 - В. Паули сформулировал один из важнейших принципов современной теоретической физики (принцип Паули). Ш. Бозе и А. Эйнштейн разработали квантовую статистику частиц с целым спином (статистика Бозе – Эйнштейна). Создан первый полупроводниковый выпрямитель, состоящий из оксида меди(I) и двух электродов с униполярной проводимостью (Ф. Гейгер).

1925 - Разработка В. Гейзенбергом матричной механики. Создание первых советских электронных ламп (Н.Д. Папалекси). Э. Изинг предложил модель ферромагнетизма (модель Изинга). Э. Стонер ввел подразделение электронных оболочек атома на подоболочки. Впервые получена фотография следа протона и расщепления ядра азота альфа-частицами, первое наблюдение ядер отдачи (П. Блэкетт).

1926 - 1927 - Разработана квантовомеханическая теория диамагнетизма (Дж. Ван Флек, Л. Полинг). Э. Шредингер построил волновую механику и сформулировал ее основное уравнение, названное его именем (уравнение Шредингера). В. Гейзенберг сформулировал фундаментальное положение квантовой механики – принцип неопределенности. Н. Бор, В. Гейзенберг, Э. Шредингер, М. Борн, В. Паули, П. Дирак выдвинули индетерминистскую концепцию элементарных процессов (копенгагенская интерпретация квантовой механики). Н. Бор сформулировал принцип дополнительности. П. Дирак применил принципы квантовой теории к максвелловскому полю и получил первую модель квантованного поля. У. Хаустон нашел точное значение массы протона. Ф. Хундом установил эмпирическое правило, которое определяет последовательность расположения атомных уровней в мультиплетах (правила Хунда).

1928 - А. Зоммерфельд разработал первую квантовую теорию металлов. П. Дирак>a создал релятивистскую квантовую механику, предсказал существование античастиц (позитрон), возможность рождения и аннигиляции электронно-позитронных пар. Разработка Ф. Блохом и Л. Бриллюэном основ зонной теории твердых тел. Созданы первые квантовомеханические теории ферромагнетизма (Я. И. Френкель, В. Гейзенберг).

1930 - А. Вильсон построил теорию полупроводников, ввел представление о “донорной” и “акцепторной” проводимости. В. Паули выдвинул гипотезу о существовании нейтрино. К. Вагнер обнаружил существование двух типов полупроводников – электронных и дырочных. Строительство циклотрона (Э. Лоуренс, М. Ливингстон). Предсказание П. Дираком существования элементарных магнитных зарядов – монополей. Создание первого иконоскопа – передающей телевизионной трубки (В.К. Зворыкин).

1931 - Р. Ван де Грааф создал электростатический ускоритель заряженных частиц (генератор Ван де Граафа).

4.4    Новая релятивистская и квантовая парадигмы

Все эти проблемы привели к совершенно иному отношению к пространству, времени и материи в ней. В рамках новой физической парадигмы указанные проблемы довольно просто разрешаются.

1.      Уравнения Ньютона и преобразования Галилея верны лишь при малых скоростях. В общем случае эти уравнения являются частным случаем более общих преобразований Лоренца и релятивистской механики.

2.      В релятивистском пространстве (Минковского) параметры м.о. типа энергии и импульса объединяются, становятся четырехмерными и в различных с.о. преобразуются зависимо согласно преобразованиям Лоренца. При этом получается, что масса (мера инерции) также изменяется и становится пропорциональной энергии: dm = dE/c2.

В электродинамике релятивизм проявляется уже при обычных скоростях. В это же время появляется квантовая механика. Основной ее постулат – о корпускулярно–волновом дуализме материи: любой материальный объект обладает одновременно корпускулярными (дискретными) и волновыми (непрерывными, полевыми) свойствами. Следствием его является то, что любая замкнутая система может находиться только в определенных дискретных состояниях и переход от одного состояния к другому происходит дискретно с излучением или поглощением энергии в виде излучения или поглощения кванта света или кванта другого поля.

Квантовая механика – это попытка описать материю с помощью комплексных волновых функций статистических плотностей нахождения дискретной и полевой материи в точке пространства–времени, вероятности распадов элементарных частиц и их взаимодействий на основе анализа групповых свойств элементарных частиц с применением схем Фейнмана. Мир перестал быть детерминированным в своей основе, в своем фундаменте: будущее невозможно предсказать принципиально. Даже Демон Максвелла не может помочь нам предопределить будущее. Зарождается квантовая физика элементарных частиц.

3.      Атом не излучает в стационарных состояниях. Переход из одного состояния в другое осуществляется скачком путем излучения или поглощения энергии-импульса с соблюдением законов сохранения. Промежуточных состояний у атома не существует.

4.      Изменение состояния атома осуществляется путем излучения или поглощения света (электромагнитной энергии). Свет излучается атомами твердого тела порциями – фотонами света.

5.      Распространение света в пространстве можно представить в виде потока фотонов. Поглощение телом света – это поглощение фотонов. Если энергии фотона достаточно для перевода атома на следующий энергетический уровень, то это может произойти.

6.      Элементарные частицы, атомы, да и любые тела, помимо своих корпускулярных свойств, проявляют также волновые свойства.

Многочисленные эксперименты подтвердили высказанные воззрения. На настоящий момент нет ни одного опровержения релятивисткой и квантовой механики. Это не означает, что они – истина в последней инстанции. Разумеется, они легко встраиваются как составные части в более общие теории (об этом дальше).

5      Современность

Современная физика оперирует многомерными пространствами, в котором пространство, время и дополнительные измерения равноправны и все это составляет понятие системы отсчета. Опыт человечества говорит о том, что мы живем в пространстве и времени, причем пространство 3–мерно, а время 1–мерно, а современная физика – что существуют дополнительные измерения, но они не наблюдаемы в макромире, потому что свернуты в очень маленький объем или что пространство реально бесконечно в любом направлении, но все наблюдаемые процессы происходят в подпространстве меньшей размерности или ограниченной ее толщины в дополнительных измерениях – на "бране".

До 1940-х годов основные виды известной материи выглядели довольно просто: атом состоял из электронов, движущихся вокруг массивного ядра. Ядра состояли из нейтронов и протонов, каждый из которых обладал массой в 1840 раз тяжелее электрона. Также существовали мезоны с промежуточной массой, отвечавшей за ядерные силы, и фотоны, отвечавшие за электромагнитное взаимодействие. Но затем с появлением новых методов исследований и специальных ускорителей элементарных частиц открыли большое количество новых элементарных частиц.

С открытием большого количества элементарных частиц и открытием новых видов взаимодействий – слабых и сильных – встает вопрос о создании единой теории элементарных частиц и взаимодействии. В рамках 4–мерного пространства–времени не удается объяснить все виды взаимодействий и спектр элементарных частиц, и физики начинают объяснять законы природы с использованием калибровочных полей, многомерных пространств – компактифицированных и не очень, и даже с использованием в последнее время особых образований в них – "струн", "мембран", ... Существуют и другие (альтернативные) теории, использующие в своей основе как классическую механику в галилеевом пространстве, так и СТО и риманову геометрию ОТО, а также эфирные теории.

В будущем появятся совершенно новые направления исследований, которые сейчас невозможно предвидеть. Все предпринимавшиеся ранее попытки предсказать будущее науки кончались провалом. Это касается и исследований в области физики элементарных частиц, и космических программ, а также с решением энергетических проблем.

6      Наши дни

В конце концов, Мир таков, каков он есть. Другого нет.

 

Ссылка на этот материал: istoriya_myehaniki_i_fiziki.htm)

- - - ВЫ МОЖЕТЕ ОСТАВИТЬ ПЕРВЫЙ КОММЕНТАРИЙ! - - -


Введите логин:      Введите эл.адрес:

Введите пароль:    Ваш телефон:        

Введите Ваш комментарий:
Формулы:

(возможно использование BB-кодов для оформления комментария и кодов LaTeX для ввода формул)

Решите пример: 16 / 16 =

---Load files---
Сегодня - 20_08_2019
Время переоткрытия сайта 14 ч 05 м по Гр.
Календарь
на АВГУСТ месяц 2018 г.
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1; 2; 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31 1
(8 431)

---Load files---

---Load files---

© Все права защищены 2017-2019 При использовании материалов сайта ссылка на http://lowsofphisics.ru обязательна.

В НАЧАЛО
КОММЕНТ
В КОНЕЦ
U:5 V:6
Уникальных посетителей: 5 Просмотров: 6