自然、特に自然に対する私たちの理解 物理学の歴史 そしてそれを支配する法則は、古代ギリシャの自然哲学者の時代から根本的に変化しました。ここでは、歴史的な実験と理論を通して、これらの変化がどのように、そしてなぜ起こったのかを説明します。
物理学の起源と進化
によると 物理学の歴史的背景 そして自然哲学、それらは目的が発見と定式化である科学のために交換可能に使用されました 自然の基本的な力, 現代科学が発展し、ますます専門化するにつれて、物理学は、物理科学の一部が天文学、化学、地質学、および工学に含まれていなかったことを意味するようになりました。
ただし、物理学はすべての自然科学で重要な役割を果たしており、これらすべての分野には、物理法則と測定が特に強調されている分野があり、天体物理学、地球物理学、生物物理学、さらには心理物理学などの名前があります。 、物質、運動、エネルギーの科学として定義され、その法則は一般に数学の言語で経済性と精度で表現されています。
物理学の究極の目標は、物質、運動、エネルギーを支配する統一された一連の法則を、原子以下の小さな距離、日常生活の人間のスケール、およびより長い距離（たとえば銀河系外のスケール）で見つけることです。）、この野心的な目標は大部分が実現されました。
物理現象の完全に統一された理論はまだ達成されていませんが、非常に少数の基本的な物理法則のセットがすべての既知の現象を説明できるようです。
古典物理学として知られる20世紀の変わり目頃までに開発された物理学の本体は、光速や熱、音、電気、磁気などの現象に関して、動きの遅い巨視的な物体の動きを主に説明できます。ライト。
相対性理論と量子力学の最近の発展は、これらの法則を、より高速で非常に重い物体、および電子、陽子、中性子などの物質の小さな基本成分に適用するときに変更します。
古代の物理学
タレスは最初の物理学者であり、彼の理論は実際にその分野にその名前を付けました。彼は、世界は多くの材料でできているものの、実際には古代ギリシャ語でピュシスと呼ばれる単一の元素である水でできていると信じていました。
固体、液体、気体の相の間の水の相互作用は、材料に異なる特性を与えました。これは、自然現象を神の摂理の領域と自然法則と説明の領域から引き出す最初の説明でした。
彼の原始進化論で最も有名なアナクシマンドロスは、タレスの考えに異議を唱え、水の代わりにアペイロンと呼ばれる物質がすべての物質の構成要素であると提案しました。現代の後知恵の助けを借りて、これは別の賢い仮定であったと言えますアナクシマンドロスの、そして水素が私たちの宇宙のすべての物質の構成要素であるという考えに非常に似ています。
最初の有名な古代の物理学者の一人は、宇宙への直接的な神の介入の考えに強く反対したレウキッポスでした、この哲学者は代わりに自然現象が自然の原因を持っていると提案しました。 Leucippusと彼の学生であるDemocritusは、最初の原子理論を開発し、物質を無期限に分割することはできず、最終的には切断できない個々の部分に到達すると主張しました。
最初の原子理論
すべてのものは、さまざまなサイズの硬くて小さくて分割できない粒子の無数の組み合わせによって説明できるが、基本的な材料は同じであるか、化学元素が組み合わさってAを形成するという現代の科学理論によって説明できるというのは古代の哲学的推測です。多種多様な物質は、各元素に特徴的な核および電子の下部構造を持つ類似のサブユニットの集合体で構成されています。
ユークリッドと数学
さまざまな本の不均一性とさまざまな数学的レベルは、ユークリッドが他の数学者によって書かれた論文の編集者にすぎないという印象を与える可能性がありますが、これはある程度真実ですが、どの部分が彼のものであり、どの部分であるかを判断することはおそらく不可能ですその前任者の彼の適応でした。 ユークリッドの同時代人たちは、控えめに言っても、彼の最後の権威ある作品は、要素についての解説のようであると考えていました。
アリストテレス物理学
興味深いことに、アリストテレスは科学の父と見なされており、積極的に 物理学の歴史の要約 彼の体系と実践により、彼は実際に数千年にわたって物理学の進歩を妨げました。
彼自身、数学的理論と自然界は重なっていないと誤解しました。これは、知識への過度の依存のパスワードです。 アリストテレスは、錬金術や医学にも及ぶ古代の物理学に加えて、彼の要素の理論で運動や重力などの教義を明らかにしようとしました。
アリストテレスは、すべての物質は、地球、空気、火、水、無形のエーテルのXNUMXつの要素の組み合わせで構成されていると強く公言しました。彼は、地球の王国が空気に囲まれ、続いて火とエーテルの王国が続くことをほのめかして、これをさらに進めました。 。
中世イスラム世界の物理学
力学は中世に追求された最も発達した科学のXNUMXつであり、基本的にアリストテレスの枠組みの中で動作し、中世の物理学者はアリストテレスの物理学の多くの側面を批判し、改善しようとしました。
投射物の動きの問題はアリストテレスの力学にとって非常に重要であり、この問題の分析は、動きの継続には駆動力の継続的な作用、プロジェクターとの接触を失った後の発射体には説明が必要でした。
アリストテレス自身は、媒体の作用の観点から投射物の動きの継続についての説明を提案しましたが、これらの説明の特徴は、ほとんどの中世の解説者には不十分でしたが、発射体の動きは継続的であるには継続的な原因が必要であるという基本的な仮定を保持していました。
1300年代に、特定のオックスフォードの学者は、質が強度を増減するときに発生する変化をどのように説明するかという哲学的問題を熟考し、運動の運動学的側面を検討するようになりました。
プトレマイオスと天動説
天動説とも呼ばれ、天動説と数学者のアレクサンドリヌスプトレマイオスによって定式化され、アルマゲストと惑星の仮説で彼によって記録された宇宙の数学モデルであるプトレマイオスシステムは、天動説です。つまり、地球が静止していて、宇宙の中心にあります。
古典物理学
古典物理学は、ニュートンが重力の理論と、微積分として一般に知られている数学を提起したときに形になりました。 物理学の歴史的発展、ニュートンの物理学はXNUMX次元、幅、高さ、深さでした。XNUMX年前、アイザックニュートンは、時空は宇宙の構成における永遠で不変の要素であり、問題の限界を超えた原始的な構造であると宣言しました。説明。
ニュートンは原則として数学を書いた：
「外部とは関係のないその性質の絶対空間は、常に類似していて動かせない、絶対的で真の数学的時間であり、それ自体の性質は外部とは関係なく等しく流れます。」
ニュートンの宇宙に関する理論は、アインシュタインが不正確であることを示していますが、その欠陥にもかかわらず、何世紀にもわたって科学に貢献し、産業革命の技術革新を可能にしました。理論は、思考を導く一貫したモデルであり、より良い理論が進むまで修正されます。
ニュートンの理論には、彼がそれを説明するために計算を開発した重力の理論、無限の宇宙における三次元の概念、光の粒子理論、そして実際には直線が存在するという彼の理論に具体化された彼の根底にある信念が含まれていました自然、光の物理学に関するニュートンの質問は、光の粒子説をもたらしました。つまり、すべての光線は直線を進み、信じられないほど小さな質量を持っていました。
宇宙の中心としての太陽
たとえば、古代ギリシャ人は、惑星には太陽が含まれていると考えていました。地球はすべての中心にあり（天動説）、これらの惑星はその周りを回転していました。これは文化において非常に重要になり、曜日に名前が付けられました。これらのXNUMXつの動く光の点によって表される神々の。
ニュートンの物理法則
身体に作用する力と身体の動きとの関連性は、英国の物理学者で数学者のアイザックニュートンによって最初に表現されました。 アイザックニュートンの伝記 同じ法則は、1687年に彼の作品で初めて登場しました。これは通常、プリンシピアとして知られています。
科学革命
科学革命の真っ只中に自然の新しいアイデアが生まれ、長年科学を征服してきたギリシャのアプローチに取って代わり、科学は哲学や技術とは異なり、実証主義的な目標が含まれていると見なされるようになった自由な方法になりました。
この期間の終わりまでに、ルネサンスと改革の発酵から、科学がヨーロッパ文明の焦点としてキリスト教に取って代わったと言っても過言ではないかもしれません。そこでは、科学の新しい見方が生まれ、次のことがもたらされました。変容、抽象的な推論を支持する常識の再教育、自然の質的見方の量的見方への置き換え。
生物ではなく機械としての自然のビジョン、特定の理論の枠組みの中で定式化された特定の限られた質問に対する決定的な答えを求めた実験的および科学的方法の開発、そして新しい説明基準の受け入れ、代わりに«方法を強調アリストテレスの最終的な原因の探求を特徴づけた「理由」の。
熱力学と光学
流体力学や弾性理論が量子論の研究に直接関心がない場合、その進歩は現代物理学の発展に密接に関連しているため、光学では状況は完全に異なります。液体の物体、光の現象も初期の頃から人々の注目を集めてきましたが、それはXNUMX世紀になってからです。
光学は本当の科学になり始めました。 この期間中、デスカルテスは光の屈折と反射の法則を策定し、フェルマーはすべての幾何光学を含む彼の原理を提案しました。光学の開発のこの全期間中、光線の概念はその中で重要な役割を果たしました。真空または均質媒体内での光線の直線伝搬、鏡面からの反射、およびある媒体から別の媒体への遷移中の屈折。
電磁気学と原子構造
力学とそれに関連する分野、そして音響と光学は、人が日常生活の中で絶えず遭遇する現象を研究しているため、昔から生まれましたが、電気の科学は比較的最近登場しました。
もちろん、摩擦による物体の帯電や自然の磁石の性質など、いくつかの事実は以前から知られていましたが、雷雨のように雄大で奇妙な自然現象は注目を集めることができます。
しかし、これらの事実がXNUMX世紀末まで十分に研究・比較されたとは考えられず、当時、最も重要な分野のXNUMXつである新科学の研究対象となることを明確に想像した人はほとんどいなかった。現代物理学では、これはXNUMX世紀後半からXNUMX世紀初頭にのみ明らかになりました。
干渉現象が発見され、波の理論が構築されたのと同時に、波動光学と現代の電気理論が生まれた科学の発展の歴史におけるこの注目すべき時期は、巨視的な物理学のためのものであったことに注意するのは興味深いことです過去50年間は、原子物理学でした。
現代物理学
現代物理学はしばしば、古典的な記述とは異なる新しい理論による自然の高度な記述を含み、量子力学とアインシュタインの相対性の要素を含みます。たとえば、量子効果は通常、原子に関連する距離を含みますが、相対論的効果は一般に速度を比較します光速に。
エネルギー
物理学者は、エネルギーという用語を使用して、状態を変化させたり、運動を引き起こしたり、光や熱などから電磁放射を生成したりする仕事を生み出す能力を示します。この言葉はギリシャ語に由来し、「作用する力」を意味します。
国際システムでは、エネルギーはジュールで表されますが、一般的にはキロワット時（kWh）で表されることが多く、石油換算トン（toe）については、一般にさまざまなソースを比較できます。熱力学の第一法則によれば、閉じたシステムのエネルギーは保存されていることに注意する必要があります。
熱力学
これは、第XNUMX法則と第XNUMX法則、つまりエネルギー保存とエントロピーの増加に基づいており、これらの法則は宇宙のどのモデルにも強い制限を課します。さらに、空間と時間のいくつかの特性が熱力学的意味で出現しています。 。
したがって、これらの概念は、基本的な相互作用の基本構造、この意味では時空と見なされるべきではありません。 es さらに、熱力学的議論を取り入れることを受け入れる場合、宇宙の力がおそらく熱力学的であるかどうかを尋ねなければなりません。したがって、私たちの宇宙は絶対力ではなくエントロピー力によって支配されます。
電磁気学
それらはマクスウェルの波動理論とその方程式に基づいていますが、EフィールドとBフィールドの関係の彼の最初の解釈に基づいているのではなく、マクスウェルが同意しなかったLudvigLorenzの理論に基づいています。
マクスウェルは、光速を維持するために両方のフィールドが同時に最大強度を取得する必要があると考えたローレンツとは異なり、光速が維持されるようにこれらXNUMXつのフィールドを周期的に誘導する必要があると考えました。
量子力学
原子と亜原子粒子の量子世界は素晴らしく、単一の粒子は一度にXNUMXつの場所にあるかのように振る舞うことができ、宇宙の両端にあるXNUMX対の粒子はどういうわけか単一の実体として振る舞うことができます。
量子の奇妙さに心を包むことは不可能に思えるかもしれませんが、この一連の講義は、量子の世界をわかりやすく説明するのに大いに役立ち、原子がどのように機能するかについての魅力的な「歯車と車輪」についての確かな洞察を与えてくれます。
ビッグ・バン
宇宙の存在の最初のXNUMX秒で、何が起こっていたかについての私たちの理解は驚くほど良いです。 時間、空間、物理法則の概念が急速に固まり、そこから秩序が混沌から現れ始め、最初に形になったのはクォークなどの素粒子でした。
次に、陽子や中性子などのより大きな粒子が、約XNUMX分後に宇宙がXNUMX億°Cまで冷却されました。これにより、陽子と中性子が融合して結合し、原子の荷電核である核を形成することができました。
相対性
ドイツの物理学者アルバート・アインシュタインによって開発された広範囲にわたる物理理論は、1905年の特殊相対性理論と一般相対性理論とともに、以前の物理理論に関する多くのコメントを脇に置き、その過程で空間、時間、物質の基本概念に取り組んでいます。 、エネルギーと重力。
原子核物理学
この物理学の分野では、原子核の構造と不安定な原子核の放射を扱います。
原子のエネルギー
励起された原子のように、不安定な放射性核（自然に生成された、または人工的に生成された）は電磁放射を放出する可能性があり、高エネルギーの核光子はガンマ線と呼ばれます。 放射性核は、ニュートリノとヘリウム原子核（アルファ線）を伴う他の粒子、負および正の電子（ベータ線）も放出します。
核内の力
放射性崩壊や核破壊につながる衝突では、核分裂や核分裂反応で核電荷が変化するたびに核標的の化学的アイデンティティが変化し、不安定な核がそれぞれ小さな核に分裂したり、融合して大きな核に分裂したりします。核分裂では、エネルギー放出はどの化学反応よりもはるかに大きくなります。
物理学の最近の進歩
近年、以下に詳述するような物理学の進歩を可能にする発見がありました。
レーザー
光が電磁放射の表現であることを知らなければ、レーザーは不可能だったでしょう。 マックスプランクは、次のように、初等エネルギー量子の発見でノーベル物理学賞を受賞しました。 量子プランク理論 彼は熱力学に取り組んでおり、すべての波長の光を吸収する「黒体」放射が、イライラしたときにすべての繰り返しの光を等しく放射しなかった理由を示したいと考えていました。
大型ハドロン衝突型加速器
大型ハドロン衝突型加速器の運用開始から100年後、これまでに見られた中で最も複雑な装置の17つであり、フランスとスイスのフィールドの下XNUMXメートルにXNUMXマイルの円で埋められた世界最大の粒子ペダルです。