время специалистами в области науки и техники. Астрономические
наблюдения поведения небесных тел в 18-19 веках и открытия
новых планет солнечной системы стали блестящими
подтверждениями учения Ньютона. Не будем сейчас
останавливаться на основных концепциях ньютоновской теории, а
вернемся к ним в следующих разделах курса, при изучении
законов механического движения.
Благодаря работам Ньютона, основанным на многочисленных
экспериментах и наблюдениях, а также на специально
разработанных Ньютоном математических методах (методе
дифференциального и интегрального исчисления) было
окончательно установлено, что задача естественной науки
состоит в отыскании наиболее общих количественных формулировок
законов природы.
Работы ученых 18-го века продолжили поиски наиболее общих
формулировок движения систем, материи. Были заложены основы
механики твердого тела, акустики, гидродинамики, теплоты. В
1788 году французский ученый Ж.Л. Лагранж (1736-1813) вывел
уравнения механики в наиболее общем виде, получив так
называемые уравнения Лагранжа. С их помощью поведение системы
описывалось через поведение ее энергии. Эти уравнения до сих
пор используются в современных разделах физики - в квантовой
механике и электродинамике.
К концу 18-го века была создана единая механистическая
картина мира, согласно которой все многообразие мира -
результат движения атомов и тел, из которых они состоят и
движение которых подчиняется законам Ньютона. Объяснение
наблюдаемых физических явлений считалось научным и полным,
если их удавалось описать на основе теории Ньютона.
Естественно, такие "шоры" не могли устраивать пытливые умы
исследователей. Один из интересных эпизодов истории физики
относится к теории света. В 17-м веке были выдвинуты две
гипотезы. И.Ньютон полагал, что свет - это поток частиц,
корпускул, движение которых определяют его свойства и законы.
Другой ученый Х.Гюйгенс (1629-1695) считал, что свет - это
волны, распространяющиеся в пространстве. Следствием теории
Ньютона было то, что скорость света в среде [pic], где [pic] -
скорость света в вакууме, а [pic] - коэффициент преломления
света. Из теории Гюйгенса же, следовало, что [pic]. Очевидно,
что различие этих формул носит принципиальный характер. Однако
из-за слабого развития экспериментальной базы вплоть до второй
половины 19-го века проверка этих формул была невозможной.
В 1818-м году французский ученый О.Ж.Френель написал
работу на конкурс Французской Академии наук. В основе теории
распространения света он положил волновые свойства. Один из
членов жюри - Пуассон "усомнился" в правильности выводов
теории. Из теории Френеля следовало, что в центре тени,
отбрасываемой предметом на экран обязательно должно быть
светлое пятно. Налицо было даже не количественное, а
качественное расхождение с известными фактами. Видимо даже
сегодня большинству из нас такое пятно кажется нереальным.
Однако, в специально поставленных экспериментах Д.Араго (1786-
1853) это пятно было обнаружено и, тем самым, подтверждены
выводы теории Френеля. Эти опыты перевернули обыденные
представления о свойствах света и перевели почти всех
противников волновой теории Френеля, даже самых “маститых” в
число ее сторонников. Началось победное шествие волновой
теории света. В 50-х годах 19 века были проведены эксперименты
по определению скорости света в среде, которые подтвердили
справедливость формулы [pic]. Однако история физики полна
парадоксов. Наблюдаемое пятно теперь называется "Пятном
Пуассона", т.е. носит имя человека, усомнившегося в его
существовании.
К началу 19-го века были сформулированы простейшие законы
в области теплоты, электричества, магнетизма. Уже были
накоплены сведения о макроскопических свойствах твердых тел,
изучены температурные зависимости поведения твердых тел и
газов. Основные достижения физики 19-го века были оформлены в
стройных, непротиворечивых теориях электромагнитных волн и
теплового движения атомов и молекул. Сейчас эти разделы физики
называют классической электродинамикой, термодинамикой и
статистической физикой.
Ко второй половине 19-го века благодаря достижениям таких
ученых, как А.Вольта (1745-1827), Ш.О.Кулон (1736-1806),
Э.К.Эрстед (1777-1862), Ж.Б.Био (1774-1862), П.С.Лаплас (1749-
1827), К.Ф.Гаусс (1777-1855), А.М.Ампер (1775-1836), М.Фарадей
(1791-1867), Г.Р.Герц (1857-1894) и многих других,
электрические и магнитные явления были уже так хорошо изучены,
что оказалось возможным построить единую стройную теорию
электромагнетизма. Творцом классической электродинамики стал
Джеймс Кларк Максвелл (1831-1879). Максвелл написал систему
уравнений, описывающих взаимодействие подвижных и неподвижных
зарядов, электрических и магнитных полей и процесс
распространения переменных электромагнитных полей в
пространстве. Следствием уравнений Максвелла стал факт
постоянства скорости распространения электромагнитных волн,
который не был объяснен в рамках теории Максвелла.
Решающий вклад в становление и развитие термодинамики и
статистической физики внесли Д.К.Максвелл, Д.У.Гиббс (1839-
1903), Г.Л.Гельмгольц (1821-1894), Л.Больцман (1844-1906),
Р.Клаузиус (1822-1888) и ряд других ученых, одно перечисление
которых, даже без упоминания работ, заняло бы не одну
страницу. Во второй половине 19-го века были сформулированы
первое и второе начала термодинамики, сформулированы основные
законы молекулярно-кинетической теории газов и твердых тел,
развит вероятностный метод подхода к описанию тепловых
явлений.
Существенно, что термодинамика и статистическая физика
базировались на утверждении, что движение атомов и молекул
описывается классической механикой. В основе всех теорий лежал
тезис о непрерывности всех процессов в природе. Принципиально
новых положений при описании движения на атомно-молекулярном
уровне по сравнению с классической механикой не вводилось.
Экспериментальные основы нового этапа развития физики были
заложены на рубеже 19-20-х веков. Двадцатые годы нашего
столетия принято считать началом нового третьего этапа
развития физики - этапа квантовой физики. Перечислим лишь
некоторые явления и открытия, которым не было места в рамках
старых механистических теорий, и которые перевернули старую
физику. Упомянем излучение разреженных газов и нагретых
твердых тел, открытие электрона, явления радиоактивности,
фотоэффекта, атомного ядра и, наконец создание теории
относительности.
Началом атомного века можно считать две даты. Первая -
1942 год, когда под руководством Э.Ферми (1901-1954) был
запущен первый ядерный реактор и человечество впервые за свою
историю получило не энергию от Солнца, а принципиально новую -
атомную. Летом 1945 года было проведено испытание первого
атомного оружия, и это тоже веха в развитии человечества -
практическое применение нового вида энергии.
Однако этим событиям предшествовал доклад Макса Планка
(1848-1947) о полученной им новой формуле излучения в
Берлинском университете в 1900 году. Планк открыл элементарный
квант действия, новую естественную константу, и это открытие
положило начало новой эпохе в развитии физики. Оно показало,
что тезис о бесконечной непрерывности всех действий в природе
- непрерывности был заблуждением. Выяснилось, что в природе
бывают изменения, которые происходят не плавно, а скачком
"взрывообразно", как сказал сам Планк. Результатом открытия
Планка стал отказ от принципа "Natura non facit saltus"
(природа ничего не делает скачком), который владел умами
натурфилософов со времен И.Ньютона (1643-1727) и Г.В.Лейбница
(1646-1716).
Открытие Планка эпохальное, революционное. Значение его
не снижает даже тот факт, что до конца жизни сам Планк считал
кванты ни чем иным, как абстракцией, моделью, которая не имеет
ничего общего с действительностью. Другие исследователи, менее
приверженные к традиции, чем он, вскоре значительно обогнали
его и развили новые области и разделы современной физики.
В современной физике возник ряд новых направлений,
неведомых классической. Ограничимся перечислением лишь
некоторых и очертим круг задач, стоящих перед ними.
Физика элементарных частиц. Ее основной проблемой было и
остается исследование материи на уровне элементарных частиц.
Не все теоретические положения этого раздела физики получили
прямое подтверждение экспериментами. Обширный
экспериментальный материала до сих пор не обобщен. Существуют
только попытки построения теории, объединяющей все виды
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
