Користувач:Albedo/Історія фізики

Історія фізики

  • Натурфілософія: від античності до Відродження: (зокрема — ідея дискретності будови матерії, перші моделі світобудови, розробка наукових основ статики (Архимед); становлення геометричної оптики (11 ст, Альхазен, 13 ст. — відкриття сферичної аберації Р.Беконом), елементи кінематики (14 ст., Ж.Буридан, М.Орем), праці Леонардо да Вінчі і М.Кузанського).
  • Становлення фізики як науки (17 ст.); ідея ефіру (1637, Декарт), відкриття атмосферного тиску (1643, Е.Торрічеллі), дисперсії світла (1648, Я.Марці), закони Паскаля і Гука; винайдення парової машини (1663, Е.Сомерсет); закони збереження кількості руху і «живих сил» (1669, Х.Гюйгенс; 1686, Г.Лейбніц); встановлення скінченності швидкості світла (1676, О.Рьомер), створення хвильової теорії світла (1648, Я.Марці; 1665, Ф.Грімальді і Р.Гук; 1678, Х.Гюйгенс).
  • Період класичної фізики — перший етап (кінець 17 ст. — середина 19 ст.). Завершення системи механіки і встановлення закону всесвітнього тяжіння (1687, Ньютон), формулювання елементів кінетичної теорії (1738, Я.Бернуллі), створення першого електричного конденсатора (1746, Е.Клейст і П.Мушенбрук), винайдення електроскопа (1747, Ж.Нолле), зформулювання законів збереження моменту кількості руху (1746, Л.Ейлер) і матерії (1748, М.Ломоносов), унітарної теорії електрики і закону збереження електричного заряду (1750, Б.Франклін); збудовано перший електричний конденсатор (1783, А.Вольта), парову машину (1748, Дж. Уатт); встановлено: закон електричної взаємодії (1785, Ш.Кулон), залежності тиску від температури (1787, Ж.Шарль), можливість отримання тепла виконанням механічної роботи (1799, Г.Деві), принцип інтерференції світла (1801, Т.Юнг), світлову дію електричного струму (1802, У.Нікольсон), наявність у спектрі Сонця темних ліній (1814, Й.Фраунгофер), магнетну дію електричного струму (1820, Х.Ерстед). Сформульовано 2-ге начало термодинаміки («цикл Карно», 1824). Відкрито явище електромагнетної індукції (1831, М.Фарадей), самоіндукції (1832, Дж. Генрі), закони електролізу (1833, М.Фарадей), закон збереження енергії (1842, Ю.Майер), вплив відносного руху на висоту звука (1842, Х.Доплер) і довжину світлової хвилі (1848, А.Фізо), перший закон термодинаміки (1849, У.Ранкін, Р.Клаузіус), розроблено: основи кінетичної теорії газів (1857, Р.Клаузіус, Дж. Максвелл), метод спектрального аналізу (1859, Г.Кірхгоф, Р.Бунзен).
  • Період класичної фізики — другий етап (60-ті роки 19 ст. — 1894 р.). Створено теорію електромагнетного поля, постульовано існування електро-магнетних хвиль (1860-65, Дж. Максвелл). Висунуто концепції ел.-магн. природи світла (1846, М.Фарадей, 1865, Дж. Максвелл), чорного тіла (1862, Г.Кірхгоф), ентропії (1865, Р.Клаузіус), часу релаксації (1866, Дж. Максвелл), дискретності електричного заряду (1833, М.Фарадей, 1845, В.Вебер, 1874, Дж. Стоней); створено періодичну систему хімічних елементів (1869, Д. І. Менделєєв); рівняння стану ідеального газу (1874, рівняння Менделєєва-Клапейрона), систему СГС (1875, Дж. Еверетт), винайдено телефон (1876, А.Белл); сформульовано закон пропорційності енергії випромінювання чорного тіла четвертому степеневі температури (1879, Й.Стефан, 1884, Л.Больцман), виявлено закономірність положень ліній у спектрі водню (1885, Й.Бальмер), експериментально доведено, що швидкість світла не залежить від напряму руху Землі (1887, А.Майкельсон), також — існування ел.-магн. хвиль (1888, Г.Герц) і що, з точністю до 10, інертна і важка маси рівні (1889, Р.Етвеш).
  • Переддень сучасної фізики (1895–1913 рр.). В останні роки 18-го століття, зокрема відкрито: «Х-промені» (1895, В.Ренгген), природну радіоактивність урану (1896, А.Беккерель), електрон (1897, Дж. Томсон), двокомпонентність випромінювання урану (1899, Е.Резерфорд), відкрито гамма-промені (1900, П.Віллар), сформульовано квантову гіпотезу і запропоновано формулу розподілу енергії у спектрі чорного тіла (1900, М.Планк). З початком 19-го ст. відкрито фізіологічну дію радіоактивного випромінювання (1901, А.Беккерель, П.Кюрі); запропоновано першу планетарну модель будова атома (1901, Ж.Перрен), знайдено релятивістські перетворення просторових координат і часу (1887, В.Фойгт; 1900, Дж. Лармор; 1904, Х.Лоренц); створено спеціальну теорію відносності, висловлено гіпотезу про квантову природу світла і пояснено закони фотоефекту (1905, А.Айнштайн); відкрито спектральну серію в ультрафіолетовій частині спектра водню (1906, Т.Лайман); розроблено ідею чотиривимірного псевдо евклідового простору (1908, Г.Мінковський); складено уявлення про атомне ядро і створено планетарну модель атома (1911, Е.Резерфорд); відкрито космічні промені (1912, В.Гесс); винайдено прилад для реєстрації слідів заряджених частинок (1912, Ч.Вільсон). Сформульовано два квантові постулати в теорії
  • Епоха ЗТВ і квантової механіки (1914–1928 рр.). Введено поняття ефекту упаковки в ядрах (1915, У.Гаркінс, Е.Вельсон); створено релятивістську теорію гравітації (ЗТВ) і передбачено три її ефекти (1916, А.Айнштайн), отримано перші її точні розвязки та введено поняття гравітаційного радіуса (1916, К.Шварцшільд). Здійснено: першу спробу побудови єдиної теорії поля (1918, Г.Вейль), 1-шу штучну ядерну реакцію-перетворення азоту на кисень (1919, Е.Резерфорд), 1-шу експериментальну перевірку передбачення ЗТВ (1919, А.Еддінгтон). Запропоновано 5-вимірну метрику для побудови ЄТП (1921, Т.Калуца); отримано нестаціонарні розв’язки рівнянь ЗТВ (1922-24, О.Фрідман). Розвинуто ідею про хвильові властивості матерії (1923, Л.де Бройль), для пояснення надтонкої структури спектр. Ліній запропоновано гіпотезу ядерного спіну (1924, В.Паулі), сформульовано «принцип Паулі»(1925). Закладено основи нової квантової механіки співставленням координатам і імпульсам особливих операторів (1925, В.Гайзенберг), її коректне математичне формулювання досягнуте введенням матриці координат і імпульсів (1925, М.Борн, П.Йордан); побудовано хвильову механіку і введено для опису стану мікрооб'єкта хвильову функцію тобто псі-функцію (1926, Е.Шредінгер); сформульовано принцип невизначеності (1927, В.Гайзенберг) і принцип доповнювальності (1927, Н.Бор). Розроблено: метод вторинного квантування (1927, П.Дірак і ін.), основи квантової ел.-динаміки і КТП (1928, П.Дірак і ін.), релятивістської КМ (1928, П.Дірак), теорію проходження частинки через потенціальний бар'єр (1928, Л. І. Мандельштам і М. А. Леонтович). Відкрито обмінну взаємодію і введено обмінні сили (1928, В.Гайзенберг, П.Дірак), розроблено теорію альфа-розпаду як тунельного процесу (1928, Дж. Гамов та ін.).
  • Період сучасної фізики: другий етап (1930–1949 рр.). Висунуто гіпотезу нейтрино (1931, В.Паулі), передбачено античастинки, народження та анігіляцію пар (1931, П.Дірак), відкрито нейтрон (1932, Дж. Чедвік), висунуто гіпотезу протонно-нейтронної будови ядер (1932, Д. Д. Іваненко), відкрито сильну взаємодію. Відкрито: позитрон (1932, К.Андерсон), явище утворення пари е- — е+ з гамма-кванта, також — анігіляцію е- — е+ (1933, Ф. та І.Жоліо-Кюрі та ін.). Обчислено масу нейтрона і доведено, що він може перетворюватися в протон (1933, Ф. та І.Жоліо-Кюрі). Постульовано ефект поляризації вакууму (1933, П.Дірак), розроблено теорію бета-розпаду з утворенням поняття слабкої взаємодії (1933, Е.Фермі); відкрито штучну радіоактивність (1934, Ф. та І.Жоліо-Кюрі). Постульовано існування кванта ядерного поля — пі-мезона (1935, Х.Юкава); відкрито: мю-мезон (1938, К.Андерсон), протон-протонний цикл термоядерних реакцій (1938, Х.Бете, К.Крітчфілд), вуглецево-азотний цикл (1938-39, Х.Бете, К.Вайцзекер), явище поділу ядра урану (18.12, 1938, О.Ган, Ф.Штрассманн, передбачене у 1934 р. Й.Ноддак). Було передбачено існування чорних дір (1939, Р.Оппенгеймер, Х.Снайдер), побудовано перший ядерний реактор на природному урані (1944, Аргонська нац. лаб.), перший експериментальний ядерний вибух (16.07.1945). Розроблено метод перенормування (1947-49, Х.Бете, В.Вайскопф і ін.); завершено творення кв. ел.-дин. (1948-49, С.Томонага, Р.Фейнман та ін.).
  • Десятиліття фізики елементарних частинок (1949–1958 рр.). Сформульовано закон збереження числа баріонів (1949, Ю.Вігнер); відкрито: нейтральний пі-мезон (1950, Р.Бьорклунд та ін.), лямбда-нуль-гіперон (1951, Р.Арментерос і ін.), ксі-мінус-гіперон (1952, Р.Арментерос і ін.), сігма-плюс-гіперон (1953, А.Бонетті та ін.), сігма-мінус-гіперон (1954, С.Дебенедетті і ін.). Випробувано першу водневу бомбу (12.08.1953, І. В. Курчатов). Сформульовано першу неабелеву калібровочну теорію поля (1954, Ч.Янг і Р.Міллс). відкрито антипротон (1955) і антинейрон (1956). Сформульовано СРТ-теорему (1955, В.Паулі), розроблено ідею зустрічних пучків для прискорення елемент. частинок (1956, Д.Керст), вказано на можливість нейтринних осциляцій (1957, Б. М. Понтекорво), висловлено ідею об'єднання слабких і електромагнетних взаємодій (1957, Ю.Швінгер), доведено, що синтез важких елементів може відбуватися внаслідок захоплення ядрами вільних нейтронів у S- і r- процесах (1957, М. і Дж. Бербіджі, У.Фаулер, Ф.Хойл). Запропоновано теорію двокомпонентних нейтрино; передбачено, що нейтрино, які виникають при бета-розпаді і розпадах мезонів, не тотожні (1957). Відкрито явище ядерного гамма-резонансу без віддачі (1958, Р.Мессбауер).
  • Пошук симетрій та суперсиметрії з метою глибшого аналізу і систематизації елементарних частинок (1959–1980). Сформульована SU (3) — симетрія (1959, Й.Онукі, С.Огава, М.Ікеда); розроблено теорію векторних компенсуючих полів — першу феноменологічну калібровочну теорію SU (2) ×U (1) (1960, Дж. Сакураї); введено в дію протонний синхрофазотрон на 33 ГеB (1960, Брукхейвен). Розроблено гіпотезу, за якою всі сильно взаємодіючі частинки і їхні взаємодії задовільняють SU (3) — симетрії; дано схему класифікації цих частинок (1961, М.Гелл-Манн, Ю.Нееман); за ідеєю спонтанного порушення симетрії введено гіпотетичну безмасову частинку — бозон (1961, Дж. Голдстоун); передбачено існування омега-мінус-гіперона (1962, М.Гелл-Манн). Створені перші прискорювачі на зустрічних пучках (1963-65); відкрито реліктове радіовипромінювання (1965, А.Пензіас, Р.Вілсон). Розроблено об'єднану теорію слабкої та ел.-магн. взаємодії (1967, С.Вайнберг; 1968, А.Салам); відкрито пульсари (1967, А.Х'юїш); здійснено посадку людей на Місяць (21.07.1969, США); отримано прямі експериментальні докази про внутрішню структуру протона, яка виявляється при взаємодії з електронами (1970); введено в дію прискорювач на зустрічних пучках в Женеві, ЦЕРН (1971 — енергія 31 ГеВ, 1981 — 62 і 600 ГеВ), а також протонний синхротрон у Батавії, США (1972 — 200 ГеВ, 1976 — до 500 ГеВ). Розроблено концепцію суперсиметрії (1972-74, Д. В. Волков, Б.Зуміно та ін.), запропоновано моделі сильної, ел.-магн. і слабкої взаємодії (1972-74, Дж. Паті, А.Салам і ін.), висловлено гіпотезу глюнів (1973, М.Гелл-Манн, С.Вайнберг, А.Салам і ін.), передбачено квантове народження частинок в околі чорних дір (1974, С.Хокінг), отримано попереднє підтвердження існування глюнів (1979).
  • Епоха мікро-космо-фізики (від 1980 р.). Причина симбіозу фізики елементарних частинок із космологією очевидна: Велике обєднання трьох взаємодій можливе за енергій 1015 ГеВ ≈ 1028 К, електрослабке ж здійснено при 100 ГеВ ≈ 1015 К (!), супероб'єднання (об'єднання 4-х взаємодій) сталося б при енергіях 1019 ГеВ ≈ 1032 К (1975, С.Вайнберг). Можливості ж наявних найпотужніших прискорювачів — усього ~ 2 104 ГеВ, а в майбутньому, найбільш фантастичних, магнет яких оперізував би Землю (обчислення Е.Фермі), — 106 ГеВ (=1015 еВ). Отже увага до космології означає: «в минулому здійснено експеримент, слід належно проаналізувати наявні у наш час його результати» і це було зформульоване влучною фразою «Всесвіт — це прискорювач для бідних» (1972, Я. Б. Зельдович). З'ясовано: при охолодженні Всесвіту повинні відбуватися фазові переходи, внаслідок яких симетрія між різними видами взаємодій порушується, як також: вже в рамках теорії великого об'єднання природним чином реалізуються умови, необхідні для виникнення наявної баріонної асиметрії. Конкретно, коли температура зменшується до 1015 ГеВ, настає перший фазовий перехід з порушенням симетрії, наприклад, SU (5) → SU(3) × SU(2) × U(1) і розпочинаються процеси розпаду надважких бозонів; при Т ~ 102 ГеВ настає другий фазовий перехід з порушенням симетрії між слабким та ел.-магн. взаємодіями SU (3) × SU (2) × U(1) → SU(3) × U(1), нарешті при Т ≈ 102 МеВ третій фазовий перехід веде до утворення бозонів та мезонів із кварків (див. 1990, А. Х. Лінде).
  • Динаміка Аристотеля і Ньютона, вільне падіння тіл.
  • Відносність руху;
  • рух планет в системах Птолемея і Коперника.
  • Принципи повітроплавання: стратостати, дирижаблі, літаки, ракети, подати відповідні числові характеристики.
  • Скінченність швидкості світла і її наслідків (зокрема, суть праць О.Рьомера, Дж. Брадлея, М.Майкельсона та А.Айнштайна (СТВ).
  • Висвітлити роль знання співвідношень довжин хвиль у спектрі водню для розробки моделі атома, як також — що дало вивчення тонкої і надтонкої структури (зокрема експеримент У.Лемба).
  • Висвітлити історію досліджень і реалізації можливостей отримання ядерної енергії (військове і мирне застосування).
  • Кордун Г. Г. Історія фізики, Київ, ВШ, 1974.
  • Кудрявцев П. С. Історія фізики, ТТ. 1-3.
  • Аксіоми для нащадків /упор. О.Романчук/, — Л. Меморіал, 1992.