Megértésünk a természetről és különösen a fizika története és az azt szabályozó törvények gyökeresen megváltoztak az ókori görög természetfilozófusok kora óta, itt elmagyarázzuk, hogyan és miért következtek be ezek a változások, történelmi kísérletek és elméletek révén, amelyek a maguk idejében forradalmiak voltak.
A fizika eredete és fejlődése
Alapján A fizika történeti háttere és a természetfilozófia, felcserélhetően használták azokat a tudományokra, amelyek célja a természettudomány felfedezése és megfogalmazása. A természet alapvető erői, Ahogy a modern tudományok fejlődtek és egyre specializálódtak, a fizika azt jelentette, hogy a fizikai tudomány egy része nem szerepel a csillagászatban, a kémiában, a geológiában és a mérnöki tudományokban.
A fizika azonban fontos szerepet játszik az összes természettudományban, és ezeknek a területeknek mindegyikében vannak olyan ágak, amelyekben a fizikai törvények és mérések különös hangsúlyt kapnak, olyan nevekkel, mint asztrofizika, geofizika, biofizika, sőt a pszichofizika, a fizika lehet. , amelyet az anyag, a mozgás és az energia tudományaként határoztak meg, törvényei általában gazdaságossággal és pontossággal fejeződnek ki a matematika nyelvén.
A fizika végső célja, hogy megtalálja az anyagot, a mozgást és az energiát szabályozó törvények egységes halmazát kis szubatomi távolságokban, a mindennapi élet emberi léptékében és nagyobb távolságokban (például az extragalaktikus léptékben). ez az ambiciózus cél nagyrészt megvalósult.
Bár a fizikai jelenségek teljesen egységes elmélete még nem született meg, úgy tűnik, hogy az alapvető fizikai törvények rendkívül kis halmaza képes megmagyarázni az összes ismert jelenséget.
A 20. század fordulójáig kialakult fizikatest, amelyet klasszikus fizika néven ismerünk, nagymértékben képes megmagyarázni a lassan mozgó makroszkopikus objektumok mozgását a fénysebesség függvényében, valamint olyan jelenségekre, mint a hő, a hang, az elektromosság, a mágnesesség és a mágnesesség. fény.
A relativitáselmélet és a kvantummechanika modern fejleményei módosítják ezeket a törvényeket, mivel azok nagyobb sebességre, nagyon nagy tömegű objektumokra és az anyag apró elemi összetevőire, például elektronokra, protonokra és neutronokra vonatkoznak.
Ókori fizika
Thalész volt az első fizikus, és az ő elméletei adták igazán a tudományág nevét, úgy vélte, hogy a világ, bár sok anyagból áll, valójában egyetlen elemből, a vízből épült fel, amit az ógörögül Physisnek hívnak.
A szilárd, folyékony és gázfázisok közötti víz kölcsönhatása eltérő tulajdonságokat adott az anyagoknak, ez volt az első magyarázat, amely kihozta a természeti jelenségeket az isteni gondviselés és a természeti törvények és magyarázatok birodalmából.
A proto-evolúciós elméletéről híres Anaximander vitatta Thalész elképzeléseit, és azt javasolta, hogy a víz helyett az Apeiron nevű anyag legyen minden anyag építőköve, modern utólagos visszatekintéssel azt mondhatjuk, hogy ez egy újabb Okos feltételezés. Anaximander, és nagyon hasonlít ahhoz az elképzeléshez, hogy a hidrogén az univerzumunk összes anyagának építőköve.
Az egyik első neves ókori fizikus Leukipposz volt, aki határozottan ellenezte a világegyetembe való közvetlen isteni beavatkozás gondolatát, ez a filozófus inkább azt javasolta, hogy a természeti jelenségeknek természetes okai vannak. Leukippusz és tanítványa, Démokritosz kidolgozta az első atomelméletet, azzal érvelve, hogy az anyagot nem lehet a végtelenségig felosztani, és végül egyedi darabokra válik, amelyeket nem lehet felvágni.
első atomelmélet
Ősi filozófiai spekuláció, hogy minden dolog megmagyarázható különböző méretű, de azonos alapanyagú kemény, kicsi, oszthatatlan részecskék számtalan kombinációjával, vagy a modern tudományos anyagelmélettel, amely szerint a kémiai elemek egyesülve alkotják az A. nagyon sokféle anyag áll hasonló alegységek aggregációiból, amelyek mindegyik elemre jellemző nukleáris és elektronikus szerkezettel rendelkeznek.
Euklidész és a matematika
A különböző könyvek egyenetlensége és a változatos matematikai szintek azt a benyomást kelthetik, hogy Eukleidész nem volt több, mint más matematikusok értekezéseinek szerkesztője, bizonyos mértékig ez igaz is, bár valószínűleg lehetetlen megállapítani, hogy melyik része az övé és melyik. az ő elődeinek adaptációi voltak. Eukleidész kortársai utolsó és tekintélyes munkáját enyhén szólva az Elemek kommentárjainak tartották.
Arisztotelészi fizika
Érdekes módon Arisztotelészt a tudomány atyjának tekintik, és pozitívan segítette a A fizikatörténet összefoglalása szisztematikájával és gyakorlatával valójában több évezreden keresztül akadályozta a fizika előrehaladását.
Ő maga követte el azt a hibát, hogy azt mondta, hogy a matematikai elmélet és a természeti világ nem fedi egymást, ami a tudásra való túlzott támaszkodás jelszava. Arisztotelész olyan tanokat igyekezett megnyilvánulni az elemek elméletével, mint a mozgás és a gravitáció, ami az ókori fizika kiegészítése volt, amely az alkímiára és az orvostudományra is kiterjedt.
Arisztotelész határozottan azt vallotta, hogy minden anyag öt elem, a föld, a levegő, a tűz, a víz és az immateriális éter kombinációjából áll, és ezt továbbvitte azzal, hogy a Föld birodalmát levegő veszi körül, majd a tűz és az éter birodalma. .
Fizika a középkori iszlám világban
A mechanika a középkor egyik legfejlettebb tudománya volt, alapvetően arisztotelészi keretek között működött, a középkori fizikusok Arisztotelész fizikájának számos aspektusát kritizálták és javítani próbálták.
A lövedékek mozgásának problémája kulcsfontosságú volt az arisztotelészi mechanika számára, és ennek a problémának az elemzése jelenti az egyik leglenyűgözőbb középkori hozzájárulást a fizikához, abból a feltevésből eredően, hogy a mozgás folytatása megköveteli egy hajtóerő folyamatos működését, a mozgás folyamatos mozgását. egy lövedék, miután elvesztette a kapcsolatot a kivetítővel, magyarázatot igényelt.
Arisztotelész maga javasolta a lövedékmozgás folytatásának magyarázatát a médium hatásával, e magyarázatok jellege miatt nem voltak kielégítőek a legtöbb középkori kommentátor számára, akik azonban megtartották azt az alapvető feltevést, hogy a lövedék folyamatos mozgásához folyamatos ok szükséges.
Az 1300-as években bizonyos oxfordi tudósok azon a filozófiai problémán töprengtek, hogyan írják le azt a változást, amely akkor következik be, amikor a minőségek intenzitása nő vagy csökken, és a mozgás kinematikai vonatkozásait is figyelembe vették.
Ptolemaiosz és a geocentrikus modell
Geocentrikus rendszernek is nevezett, a világegyetem matematikai modellje, amelyet Alexandrinus Ptolemaiosz csillagász és matematikus fogalmazott meg, és amelyet az Almagest és a Planetary hipotéziseiben rögzített. A Ptolemaioszi rendszer egy geocentrikus kozmológia, vagyis abból indul ki, hogy feltételezi, hogy a Föld álló helyzetben és az univerzum középpontjában.
klasszikus fizika
A klasszikus fizika akkor alakult ki, amikor Newton felvetette gravitációelméletét és a matematikát, amelyet általában kalkulusként ismerünk, együttműködve A fizika történeti fejlődése, a newtoni fizika háromdimenziós volt, szélesség, magasság és mélység, háromszáz évvel ezelőtt Isaac Newton kijelentette, hogy a tér és az idő örök és változatlan összetevői a kozmosz összetételének, olyan érintetlen struktúrák, amelyek túlmutatnak a kérdés határain és a magyarázat.
Newton elvileg a matematikát írta:
"Az abszolút tér a maga természetében, anélkül, hogy bármi külsőhöz viszonyulna, mindig hasonló és mozdíthatatlan, önmagának és saját természetének abszolút, igaz és matematikai ideje egyformán áramlik anélkül, hogy bármi külsőhöz lenne viszonyítva."
Newton elméletei az univerzumról, bár Einstein megmutatná, hogy pontatlanok, évszázadokon át szolgálták a tudományt, hiányosságaik ellenére lehetővé tették az ipari forradalom technológiai újításait, az elmélet egy koherens modell, amely irányítja a gondolatokat, olyan felfogások halmaza, amelyek felfoghatók. addig módosítják, amíg jobb elméletet nem fejtenek ki.
Newton elméletei közé tartozott a gravitáció elmélete, amelynek leírására kidolgozta a számítást, a végtelen univerzum három dimenziójáról alkotott elképzelése, a fény részecskeelmélete, valamint az elméleteiben megtestesülő meggyőződése, hogy valójában vannak egyenes vonalak a világegyetemben. természet, Newton fényfizikával kapcsolatos kérdései a fény részecskeelméletét eredményezték, vagyis minden fénysugár egyenes vonalban haladt, és hihetetlenül kicsi volt a tömege.
A Nap mint az univerzum középpontja
Az ókori görögök például úgy tartották, hogy a bolygók közé tartozik a Nap is, a Föld van mindennek a középpontjában (geocentrikus), ezek a bolygók körülötte keringenek, ez annyira fontossá vált a kultúrában, hogy a hét napjai viselték a nevet. az istenek, amelyeket ez a hét mozgó fénypont képvisel.
Newton fizikai törvényei
A testre ható erők és a test mozgása közötti kapcsolatokat először Isaac Newton angol fizikus és matematikus fejezte ki. Isaac Newton életrajza ennek törvényei először 1687-ben, Principia néven ismert művében merültek fel.
Tudományos forradalom
A tudományos forradalom közepette megszületett egy új természetgondolat, amely a tudományt sok éven át maga alá gyűrő görög szemléletet váltotta fel, a tudomány a filozófiától és a technológiától elkülönülő szabad módszerré vált, amelyet pozitivista célnak tartottak.
Ennek az időszaknak a végére talán nem túl sok azt állítani, hogy a tudomány a kereszténységet váltotta fel az európai civilizáció fókuszpontjaként, a reneszánsz és a reformáció erjedéséből egy új tudományszemlélet alakult ki ott, ami a következőket eredményezte: átalakítások, a józan ész átnevelése az absztrakt érvelés javára, a kvantitatív helyettesítése a minőségi természetszemlélettel.
A természet mint gép, nem pedig organizmus víziója, egy olyan kísérleti és tudományos módszer kidolgozása, amely meghatározott elméletek keretein belül megfogalmazott bizonyos korlátozott kérdésekre végleges választ keresett, és új magyarázati kritériumok elfogadása, hangsúlyozva a „hogyan lehet helyette”. a „miért”-ről, amely az arisztotelészi végső okok keresését jellemezte.
Termodinamika és optika
Ha a hidrodinamika vagy a rugalmasság elmélete a kvantumelmélet tanulmányozása szempontjából nem azonnali érdeklődésre számot tartó, akkor az optikával egészen más a helyzet, hiszen ennek előrehaladása szorosan összefügg a modern fizika fejlődésével, hasonlóan a szilárd testekkel, ill. a folyékony testek, a fényjelenségek is a legrégibb idők óta vonzották az emberek figyelmét, de csak a XVII.
Az optika kezdett igazi tudománnyá formálódni. Ebben az időszakban Descartes megfogalmazta a fény törésének és visszaverődésének törvényeit, Fermat pedig az egész geometriai optikát magában foglaló elvét javasolta az optika fejlődésének egész időszakában, a fénysugarak fogalma fontos szerepet játszott benne. a fénysugarak egyenes vonalú terjedése vákuumban vagy homogén közegben, tükörfelületekről való visszaverődése és fénytörése az egyik közegből a másikba való átmenet során.
Az elektromágnesesség és az atomszerkezet
A mechanika és rokon területek, valamint az akusztika és az optika már régen kialakult, mert azokat a jelenségeket vizsgálják, amelyekkel az ember a mindennapi életében folyamatosan találkozik, az elektromosság tudománya viszont viszonylag nemrég jelent meg.
Természetesen néhány tény, mint például a testek súrlódás általi villamosítása vagy a természetes mágnesek tulajdonságai, már korábban is ismertek voltak, az olyan fenséges és furcsa természeti jelenségek, mint az elektromos viharok, nem vonhatják magukra a figyelmet.
Nem valószínű azonban, hogy ezeket a tényeket kellőképpen tanulmányozták és összehasonlították a XNUMX. század végéig, és akkoriban szinte senki sem gondolta egyértelműen, hogy egy új tudomány vizsgálati tárgyává válik, amely az egyik legfontosabb terület. a modern fizikából ez csak a XNUMX. század végén és a XNUMX. század elején vált világossá.
Érdekes megjegyezni, hogy egy időben az interferencia jelenségek felfedezése és a hullámelmélet felépítése, a tudomány fejlődéstörténetének ez a figyelemre méltó időszaka, amikor a hullámoptika és az elektromosság modern elmélete megjelent, a makroszkopikus fizika számára volt az, ami az elmúlt 50 év az atomfizikaé volt.
Modern fizika
A modern fizika gyakran magában foglalja a természet fejlett leírását olyan új elméleteken keresztül, amelyek eltérnek a klasszikus leírásoktól, és a kvantummechanika és az Einstein-relativitáselmélet elemeit is magukban foglalják, például a kvantumhatások általában az atomokhoz kapcsolódó távolságokat foglalják magukban, másrészt a relativisztikus hatások általában az összehasonlított sebességeket foglalják magukban. a fénysebességre.
teljesítmény
A fizikusok az energia kifejezést arra használják, hogy megjelöljék azt a képességet, hogy megváltoztassák az állapotot vagy olyan munkát végezzenek, amely mozgást okoz, vagy elektromágneses sugárzást generál, például fényből vagy hőből. A szó görög eredetű, és azt jelenti, hogy "működési erő".
A nemzetközi rendszerben az energiát joule-ban fejezik ki, de általánosságban elmondható, hogy gyakrabban fejezik ki kilowattórában (kWh), mivel a tonna olajegyenérték (toe) esetében általában lehetővé teszi a különböző források összehasonlítását. Meg kell jegyezni, hogy a termodinamika első főtétele szerint egy zárt rendszer energiája megmarad.
Termodinamika
Az első és a második törvényen, vagyis az energia megmaradásán és az entrópia növekedésén alapul, ezek a törvények erős korlátozásokat támasztanak az univerzum bármely modelljére, emellett a tér és az idő néhány tulajdonsága termodinamikai értelemben is kialakul. .
Ezért ezeket a fogalmakat nem szabad az alapvető kölcsönhatások, ebben az értelemben a téridő alapvető struktúráinak tekinteni es termodinamikai, sőt, ha valaki elfogadja a statisztikai érvek beépítését, fel kell tennünk a kérdést, hogy a világegyetem erői esetleg termodinamikaiak-e, univerzumunkat így inkább entrópikus erők irányítanák, nem pedig abszolút erők.
Elektromágnesesség
Maxwell hullámelméletén és egyenletein alapulnak, de sokkal kevésbé érthetőek, mint ezek az elméletek, nem az E és B mezők kapcsolatának kezdeti értelmezésén, hanem Ludvig Lorenzén, amellyel Maxwell nem értett egyet.
Maxwell úgy gondolta, hogy ezt a két mezőt ciklikusan kell indukálni, hogy a fénysebesség megmaradjon, ellentétben Lorenzzel, aki úgy gondolta, hogy mindkét mezőnek egyszerre kell maximális intenzitást elérnie a sebesség megőrzése érdekében, az egyenletek lehetővé teszik mindkét parafrázist.
Kvantummechanika
Az atomok és szubatomi részecskék kvantumvilága csodálatos, egyetlen részecske úgy viselkedhet, mintha két helyen lenne egyszerre, és egy részecskepár, az univerzum ellentétes végein, valahogy egyetlen entitásként viselkedhet.
Bár lehetetlennek tűnik ennyi kvantumfurcsaságba burkolni az elménket, ez az előadássorozat nagymértékben hozzájárul a kvantumvilág rejtélyeinek tisztázásához, és szilárd betekintést nyújt az atomok működésének lenyűgöző „fogaskerekeibe”.
Big Bang
Az univerzum létezésének első másodpercében meglepően jól értjük, mi történik. Tudjuk, hogy az idő, a tér fogalma és a fizika törvényei nagyon gyorsan megszilárdultak, onnantól kezdett kialakulni a rend a káoszból, elsőként szubatomi részecskék, például kvarkok öltöttek formát.
Aztán a nagyobb részecskék, mint a protonok és a neutronok, körülbelül három perccel később az univerzum egymilliárd °C-ra hűlt le, ami lehetővé tette, hogy a protonok és neutronok fúzió révén egyesüljenek, és atommagokat, töltött atommagokat képezzenek.
Relativitás
Albert Einstein német fizikus által kidolgozott nagy horderejű fizikai elméletek, az 1905-ös speciális relativitáselmélet és az általános relativitáselmélet mellett Einstein sok megjegyzést tett a korábbi fizikai elméletekhez, és közben a tér, idő és anyag alapvető fogalmain dolgozott. , energia és gravitáció.
Atommag fizika
A fizika ezen ága az atommag szerkezetével és az instabil atommagok sugárzásával foglalkozik.
az atom energiája
A gerjesztett atomokhoz hasonlóan a (természetesen vagy mesterségesen előállított) instabil radioaktív atommagok is elektromágneses sugárzást bocsáthatnak ki, az energikus magfotonokat gamma-sugárzásnak nevezzük. A radioaktív atommagok más részecskéket is bocsátanak ki, negatív és pozitív elektronokat (béta sugarakat), neutrínók és héliummagok (alfa sugarak) kíséretében.
Erők a mag belsejében
Radioaktivitás és nukleáris lebontáshoz vezető ütközések esetén a nukleáris célpont kémiai identitása megváltozik minden alkalommal, amikor a nukleáris töltés megváltozik, maghasadási és fúziós reakciókban, amelyek során az instabil atommagok rendre kisebb atommagokra bomlanak, vagy nagyobb magokká egyesülnek. magok, az energiafelszabadulás sokkal nagyobb, mint bármely kémiai reakcióé.
A fizika legújabb fejlesztései
Az elmúlt években olyan felfedezések születtek, amelyek előrelépést tesznek lehetővé a fizikában, például az alábbiakban részletezettek:
A lézer
A lézer nem jöhetett volna létre anélkül, hogy tudnánk, hogy a fény az elektromágneses sugárzás reprezentációja. Max Planck fizikai Nobel-díjat kapott az elemi energiakvantumok felfedezéséért, mint pl. Kvantum Planck elmélet termodinamikán dolgozott, és meg akarta mutatni, hogy a „feketetest” sugárzás, valami, ami a fény minden hullámhosszát magába szívja, miért nem sugározza ki egyformán a fény minden ismétlődését, ha irritálja.
A nagy hadronütköztető
Tíz évvel a Nagy Hadronütköztető, a valaha látott egyik legbonyolultabb eszköz, a világ legnagyobb részecskepedálja, amely 100 méterrel a francia és svájci mező alatt van eltemetve, 17 mérföldes körével.