fizika

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Pojdi na navigacijo Pojdi na iskanje
Znanost
fizika
grški Φυσική
KolažFisica.jpg
Tema Naravoslovje
Predmet študija Materija (snov in polje), oblike njenega gibanja in interakcije
Začetno obdobje 17. stoletje
Glavne smeri mehanika , termodinamika , optika , elektrodinamika , teoretična fizika itd.
Logotip Wikimedia Commons Predstavnostne datoteke na Wikimedia Commons

Fizika (iz starogrškega φυσική - " naravno " od φύσις - " narava ") je področje naravoslovja : znanost o najsplošnejših zakonih narave, o materiji , njeni zgradbi, gibanju in pravilih preoblikovanja. Koncepti fizike in njenih zakonov so osnova vsega naravoslovja [1] [2] . To je natančna znanost .

Izraz "fizika" se prvič pojavi v spisih enega največjih mislecev antike - Aristotela (IV stoletje pr.n.št.). Sprva sta bila izraza »fizika« in » filozofija « sinonima , saj sta obe disciplini temeljili na želji po razlagi zakonov delovanja vesolja . Vendar se je fizika zaradi znanstvene revolucije 16. stoletja razvila v samostojno znanstveno vejo.

V sodobnem svetu je fizika izjemno pomembna. Vse, kar loči sodobno družbo od družbe preteklih stoletij, se je pojavilo kot posledica uporabe fizičnih odkritij v praksi. Torej so raziskave na področju elektromagnetizma privedle do pojava telefonov in kasneje mobilnih telefonov , odkritja v termodinamiki so omogočila ustvarjanje avtomobila , razvoj elektronike je pripeljal do pojava računalnikov . Razvoj fotonike lahko omogoči ustvarjanje bistveno novih - fotonskih - računalnikov in druge fotonske tehnologije, ki bo nadomestila obstoječo elektronsko tehnologijo. Razvoj plinske dinamike je privedel do pojava letal in helikopterjev.

Poznavanje fizike procesov, ki se dogajajo v naravi, se nenehno širi in poglablja. Večina novih odkritij kmalu najde tehnično in ekonomsko uporabo (zlasti v industriji ). Vendar se raziskovalci nenehno soočajo z novimi ugankami - odkrivajo se pojavi, za razlago in razumevanje katerih so potrebne nove fizikalne teorije. Kljub ogromni količini nabranega znanja je sodobna fizika še zelo daleč od razlage vseh naravnih pojavov.

Splošne znanstvene osnove fizikalnih metod se razvijajo v teoriji vednosti in metodologiji znanosti .

Besedo "fizika" je v ruski jezik uvedel MV Lomonosov , ki je izdal prvi učbenik fizike v Rusiji - svoj prevod iz nemščine učbenika "Wolfian Experimental Physics" H. Wolfa (1746) [3] . Prvi izvirni učbenik fizike v ruščini je bil tečaj "Kratek oris fizike" (1810), ki ga je napisal PI Strakhov .

Predmet fizika

Fizika je znanost o naravi ( naravoslovje ) v njenem najbolj splošnem pomenu (del naravoslovja ). Predmet njenega preučevanja je materija (v obliki materije in polj ) in najsplošnejše oblike njenega gibanja ter temeljne interakcije narave, ki nadzorujejo gibanje snovi.

Nekatere zakonitosti so skupne vsem materialnim sistemom (na primer ohranjanje energije ) - imenujemo jih fizikalni zakoni. Fiziko včasih imenujemo "temeljna znanost", saj druge naravoslovne vede - biologija , geologija , kemija itd. - opisujejo le določen razred materialnih sistemov, ki so podvrženi zakonom fizike. Kemija na primer proučuje atome , snovi, ki so iz njih narejene, in pretvorbo ene snovi v drugo. Kemične lastnosti snovi so edinstveno določene s fizikalnimi lastnostmi atomov in molekul, opisanimi v vejah fizike, kot so termodinamika , elektromagnetizem in kvantna fizika .

Fizika je tesno povezana z matematiko : matematika zagotavlja aparat, s katerim je mogoče natančno formulirati fizikalne zakone. Fizikalne teorije so skoraj vedno oblikovane v obliki matematičnih enačb, uporabljajo pa se bolj zapletene veje matematike, kot je običajno v drugih znanostih. Nasprotno pa so razvoj številnih področij matematike spodbudile potrebe fizikalnih znanosti.

Znanstvena metoda

Fizika je naravoslovna znanost. Vir znanja zanjo je praktična dejavnost: opazovanje, eksperimentalno preučevanje naravnih pojavov, proizvodna dejavnost. Pravilnost fizičnega znanja se preverja s poskusom, uporabo znanstvenih spoznanj v proizvodnih dejavnostih. Posplošitev rezultatov znanstvenih opazovanj in eksperimentov so fizikalni zakoni, ki pojasnjujejo ta opazovanja in poskuse [4] . Fizika se osredotoča na preučevanje temeljnih in najpreprostejših pojavov ter na odgovore na preprosta vprašanja: iz česa je sestavljena snov , kako delci snovi medsebojno delujejo, po kakšnih pravilih in zakonitostih poteka gibanje delcev itd.

Fizikalno raziskovanje temelji na ugotavljanju dejstev z opazovanjem in eksperimentiranjem . Analiza podatkov niza poskusov vam omogoča, da prepoznate in oblikujete vzorec . Na prvih stopnjah raziskovanja so vzorci pretežno empirične, fenomenološke narave - to pomeni, da se pojav kvantitativno opiše z uporabo določenih parametrov, značilnih za preiskovana telesa in snovi . Dobljena dejstva poenostavimo in idealiziramo z uvedbo idealnih predmetov. Modeli predmetov in pojavov, ki jih preučujemo, nastajajo na podlagi idealizacije. Fizični objekti, modeli in idealni objekti so opisani v jeziku fizikalnih veličin. Nato se vzpostavijo povezave med naravnimi pojavi in ​​izrazijo v obliki fizikalnih zakonov [5] . Fizikalne zakonitosti se preverjajo s pomočjo premišljenega eksperimenta, pri katerem bi se pojav (fenomen) pojavil v najčistejši možni obliki in ga ne bi komplicirali drugi pojavi (pojavi). Z analizo vzorcev in parametrov fiziki gradijo fizikalne teorije, ki omogočajo razlago preučenih pojavov na podlagi idej o zgradbi teles in snovi ter interakciji med njihovimi sestavnimi deli. Fizikalne teorije pa ustvarjajo predpogoje za postavitev natančnih eksperimentov, med katerimi se predvsem določa okvir njihove uporabnosti. Splošne fizikalne teorije omogočajo oblikovanje fizikalnih zakonov, ki veljajo za splošne resnice, dokler kopičenje novih eksperimentalnih rezultatov ne zahteva njihovo razjasnitev ali revizijo.

Tako je na primer Stephen Gray opazil, da se lahko električna energija prenaša na precej veliko razdaljo z uporabo namočenih filamentov in začel raziskovati ta pojav. Georg Ohm je zanj uspel identificirati kvantitativni vzorec - tok v prevodniku je neposredno sorazmeren z napetostjo in obratno sorazmeren z uporom tokovnega prevodnika. Ta vzorec je znan kot Ohmov zakon . Hkrati so se Ohmovi poskusi seveda opirali na nove vire energije in na nove načine merjenja učinka električnega toka , kar je omogočilo njegovo kvantitativno karakterizacijo. Rezultati nadaljnjih raziskav so omogočili abstrahiranje od oblike in dolžine tokovnih vodnikov ter uvedbo fenomenoloških značilnosti, kot sta upornost prevodnika in notranja upornost vira energije. Ohmov zakon je še vedno osnova elektrotehnike, vendar so raziskave razkrile tudi obseg njegove uporabnosti - odkrili so elemente električnega tokokroga z nelinearnimi tokovno-napetostnimi lastnostmi , pa tudi snovi, ki v določenih situacijah nimajo električnega upora. - superprevodniki . Po odkritju nabitih mikrodelcev – elektronov (pozneje protonov in drugih) je bila oblikovana mikroskopska teorija električne prevodnosti, ki je razložila odvisnost upora od temperature preko sipanja elektronov na vibracije kristalne mreže, nečistoče itd.

Hkrati bi bilo napačno verjeti, da le empirični pristop določa razvoj fizike. Številna pomembna odkritja so bila narejena "na konici peresa" oziroma eksperimentalno preizkušanje teoretičnih hipotez. Na primer, Pierre Louis de Maupertuis je leta 1744 na podlagi splošnih premislekov oblikoval načelo najmanjšega delovanja , njegove veljavnosti pa zaradi univerzalnosti načela ni mogoče eksperimentalno ugotoviti. Trenutno klasična in kvantna mehanika, teorija polja temeljijo na načelu najmanjšega delovanja. Leta 1899 je Max Planck uvedel koncept kvanta elektromagnetnega polja, kvanta delovanja, ki prav tako ni bil posledica opazovanj in eksperimentov, temveč zgolj teoretična hipoteza. Leta 1905 je Albert Einstein objavil delo o posebni teoriji relativnosti , zgrajeno deduktivno iz najbolj splošnih fizičnih in geometrijskih premislekov. Henri Poincaré , matematik, ki je bil dobro podkovan v znanstvenih metodah fizike, je zapisal, da niti fenomenološki niti spekulativni pristop ne opisujeta in ne moreta opisati fizikalne znanosti[6] .

Kvantitativna narava fizike

Fizika je kvantitativna znanost. Fizikalni poskus temelji na meritvah, to je primerjavi značilnosti preučevanih pojavov z določenimi standardi. V ta namen je fizika razvila nabor fizikalnih enot in merilnih instrumentov. Posamezne fizične enote so združene v sisteme fizičnih enot. Torej, na sedanji stopnji razvoja znanosti je mednarodni sistem enot (SI) standard, vendar večina teoretikov še vedno raje uporablja Gaussov sistem enot (CGS) .

Eksperimentalno pridobljene kvantitativne odvisnosti se obdelajo z matematičnimi metodami, kar posledično omogoča konstruiranje matematičnih modelov preučenih pojavov.

S spremembo predstav o naravi določenih pojavov se spreminjajo tudi fizikalne enote, v katerih se merijo fizikalne količine. Tako so na primer za merjenje temperature najprej predlagali poljubne temperaturne lestvice, ki so temperaturni interval med značilnimi pojavi (na primer zmrzovanje in vretje vode) razdelile na določeno število manjših intervalov, ki so jih imenovali temperaturne stopinje. Za merjenje količine toplote je bila uvedena enota - kalorija , ki določa količino toplote, potrebno za segrevanje grama vode za eno stopinjo. Toda sčasoma so fiziki ugotovili ujemanje med mehansko in toplotno obliko energije. Tako se je izkazalo, da je prej predlagana enota za količino toplote, kalorija, odveč, prav tako enota za merjenje temperature . Tako količino toplote kot temperaturo je mogoče izmeriti v enotah mehanske energije. V sodobni dobi kalorija in stopnja nista izginili iz praktične uporabe, vendar obstaja natančno številčno razmerje med temi vrednostmi in enoto energije po Joulu. Stopnja kot merska enota temperature je vključena v sistem SI , koeficient prehoda iz temperaturnih vrednosti v energijske vrednosti - Boltzmannova konstanta - pa velja za fizično konstanto.

Zgodovina fizike

Fizika je znanost o materiji , njenih lastnostih in gibanju . Je ena najstarejših znanstvenih disciplin [7] .

Ljudje so že od antičnih časov poskušali razumeti lastnosti snovi: zakaj telesa padajo na tla, zakaj imajo različne snovi različne lastnosti itd. Ljudi so zanimala tudi vprašanja o zgradbi sveta, o naravi Sonca in luna. Odgovore na ta vprašanja so sprva poskušali iskati v filozofiji . Večina filozofskih teorij, ki so poskušale odgovoriti na taka vprašanja, ni bila preizkušena v praksi. Toda kljub dejstvu, da so filozofske teorije pogosto napačno opisovale opazovanja, je človeštvo že v starih časih doseglo pomemben napredek v astronomiji, veliki grški znanstvenik Arhimed pa je celo uspel podati natančne kvantitativne formulacije številnih zakonov mehanike in hidrostatike.

Nekatere teorije starodavnih mislecev, kot so ideje o atomih , ki so bile oblikovane v stari Grčiji in Indiji, so bile pred svojim časom. Postopoma se je naravoslovje začelo ločevati od splošne filozofije, katere najpomembnejša sestavina je bila fizika. Že Aristotel je v naslovu ene svojih glavnih razprav [8] uporabil naslov »Fizika«. Kljub številnim napačnim trditvam je Aristotelova fizika stoletja ostala osnova znanja o naravi.

Obdobje pred znanstveno revolucijo

Glavni način delovanja kamere z luknjami
Risba Ibn al-Haythama (Alhazen)
Ibn al-Haytham (ok.965 - ok.1040), pionir optike

Nagnjenost človeštva k dvomu in reviziji določb, ki so prej veljale za edino resnične, v iskanju odgovorov na nova vprašanja, je sčasoma pripeljala do dobe velikih znanstvenih odkritij, ki jo danes imenujemo znanstvena revolucija , ki se je začela sredi 20. 16. stoletju. Predpogoji za te temeljne spremembe so nastali zaradi dediščine starodavnih mislecev, katerih dediščino je mogoče zaslediti v Indiji in Perziji. Perzijski učenjak Nasir ad-Din at-Tusi je opozoril na pomembne pomanjkljivosti ptolemajevskega sistema .

Srednjeveška Evropa je za nekaj časa izgubila znanje o antičnih časih, vendar so se pod vplivom arabskega kalifata vrnila Aristotelova dela, ki so jih ohranili Arabci. V XII-XIII stoletju so dela indijskih in perzijskih učenjakov našla pot tudi v Evropo. V srednjem veku se je začela oblikovati znanstvena metoda, pri kateri je bila glavna vloga dodeljena poskusom in matematičnemu opisu. Ibn al-Haytham ( Alhazen ) je v svoji Knjigi o optiki, napisani leta 1021, opisal poskuse, ki potrjujejo njegovo teorijo vida, po kateri oko zaznava svetlobo, ki jo oddajajo drugi predmeti, in ne samo oko oddaja svetlobo, kot je Evklid prej verjel in Ptolemej. Ibn al-Haythamovi poskusi so uporabljali kamero obscura . S to napravo je preizkusil svoje hipoteze glede lastnosti svetlobe: bodisi svetloba potuje v ravni črti, bodisi se v zraku mešajo različni svetlobni žarki [9] .

Znanstvena revolucija

Isaac Newton (1643-1727), čigar zakoni gibanja in gravitacije so bili glavni mejniki v klasični fiziki

Za obdobje znanstvene revolucije je značilna vzpostavitev znanstvene metode raziskovanja, izolacija fizike iz mase naravne filozofije v ločeno področje in razvoj ločenih vej fizike: mehanike, optike, termodinamike itd. [ 10]

Большинство историков придерживаются мнения о том, что научная революция началась в 1543 году , когда Николаю Копернику привезли из Нюрнберга впервые напечатанный экземпляр его книги « О вращении небесных сфер ».

После этого в течение примерно ста лет человечество обогатилось работами таких исследователей, как Галилео Галилей , Христиан Гюйгенс , Иоганн Кеплер , Блез Паскаль и др. [11] Галилей первым начал последовательно применять научный метод, проводя эксперименты, чтобы подтвердить свои предположения и теории. Он сформулировал некоторые законы динамики и кинематики, в частности закон инерции, и проверил их опытным путём. В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал книгу «Principia», в которой в подробностях описал две основополагающие физические теории: законы движения тел, известные как законы Ньютона, и законы тяготения. Обе теории прекрасно согласовывались с экспериментом. Книга также приводила теории движения жидкостей. [12] Впоследствии классическая механика была переформулирована и расширена Леонардом Эйлером , Жозефом Луи Лагранжем , Уильямом Роуэном Гамильтоном и другими [13] . Законы гравитации заложили основу тому, что позже стало астрофизикой , которая использует физические теории для описания и объяснения астрономических наблюдений.

В России первым значительный вклад в развитие физической минералогии, математической физики, биофизики и астрономии в разделе изучения полярных сияний и физики «хвостов» комет внёс Михаил Ломоносов [13] . Среди его наиболее значимых научных достижений в области физики — атомно-корпускулярная теория строения вещества и материи. Работы Ломоносова и его соратника Г. В. Рихмана внесли важный вклад в понимание электрической природы грозовых разрядов. Ломоносов не только провёл блестящее многолетнее исследование атмосферного электричества и установил ряд эмпирических закономерностей грозовых явлений, но и в работе «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» (1753) объяснил причину возникновения электричества в грозовых облаках конвекцией тёплого воздуха (у поверхности Земли) и холодного воздуха (в верхних слоях атмосферы). Ломоносов разработал теорию света и выдвинул трёхкомпонентную теорию цвета, с помощью которой объяснил физиологические механизмы цветовых явлений. По мысли Ломоносова, цвета вызываются действием трёх родов эфира и трёх видов цветоощущающей материи, составляющей дно глаза. Теория цвета и цветового зрения, с которой Ломоносов выступил в 1756 году, выдержала проверку временем и заняла должное место в истории физической оптики.

После установления законов механики Ньютоном, следующим исследовательским полем стало электричество. Основы создания теории электричества заложили наблюдения и опыты таких учёных XVII и XVIII веков, как Роберт Бойль , Стивен Грей , Бенджамин Франклин [13] . Сложились основные понятия — электрический заряд и электрический ток. В 1831 году английский физик Майкл Фарадей показал связь электричества и магнетизма, продемонстрировав, что движущийся магнит индуцирует в электрической цепи ток. Опираясь на эту концепцию, Джеймс Клерк Максвелл построил теорию электромагнитного поля. Из системы уравнений Максвелла следовало существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Экспериментальное подтверждение этому нашел Генрих Герц , открыв радиоволны [14] .

С построением теории электромагнитного поля и электромагнитных волн, победой волновой теории света, основанной Гюйгенсом, над корпускулярной теорией Ньютона, завершилось построение классической оптики. На этом пути оптика обогатилась пониманием дифракции и интерференции света, достигнутым благодаря трудам Огюстена Френеля и Томаса Юнга .

В XVIII и начале XIX века были открыты основные законы поведения газов, а работы Сади Карно по теории тепловых машин открыли новый этап в становлении термодинамики . В XIX веке Юлиус Майер и Джеймс Джоуль установили эквивалентность механической и тепловой энергий, что привело к расширенной формулировке закона сохранения энергии ( первый закон термодинамики ) [15] . Благодаря Рудольфу Клаузиусу был сформулирован второй закон термодинамики и введено понятие энтропии . Позже Джозайя Уиллард Гиббс заложил основы статистической физики , а Людвиг Больцман предложил статистическую интерпретацию понятия энтропии [16] .

К концу XIX века физики подошли к значительному открытию — экспериментальному подтверждению существования атома. В это время существенно изменилась и роль физики в обществе. Возникновение новой техники (электричество, радио, автомобиль и т. д.) требовало большого объёма прикладных исследований. Занятия наукой стало профессией. Фирма General Electric первой открыла собственные исследовательские лаборатории; такие же лаборатории стали появляться в других фирмах.

Смена парадигм

Конец девятнадцатого, начало двадцатого века был временем, когда под давлением новых экспериментальных данных физикам пришлось пересмотреть старые теории и заменить их новыми, заглядывая всё глубже в строение материи. Эксперимент Майкельсона — Морли выбил основу из-под ног классического электромагнетизма, поставив под сомнение существование эфира. Были открыты новые явления, такие как рентгеновские лучи и радиоактивность. Не успели физики доказать существование атома, как появились доказательства существования электрона, эксперименты с фотоэффектом и изучение спектра теплового излучения давали результаты, которые невозможно было объяснить, исходя из принципов классической физики. В прессе этот период назывался кризисом физики, но одновременно он стал периодом триумфа физики, сумевшей выработать новые революционные теории, которые не только объяснили непонятные явления, но и многие другие, открыв путь к новому пониманию природы.

Альберт Эйнштейн (1879—1955), чья работа над фотоэффектом и теорией относительности привела к революции в физике XX века

В 1905 году Альберт Эйнштейн построил специальную теорию относительности, которая продемонстрировала, что понятие эфира не требуется при объяснении электромагнитных явлений. При этом пришлось изменить классическую механику Ньютона, дав ей новую формулировку, справедливую при больших скоростях. Коренным образом изменились также представления о природе пространства и времени [17] . Эйнштейн развил свою теорию в общую теорию относительности, опубликованную в 1916 году. Новая теория включала в себя описание гравитационных явлений и открыла путь к становлению космологии — науки об эволюции Вселенной [18] .

Рассматривая задачу о тепловом излучении абсолютно чёрного тела, Макс Планк в 1900 году предложил невероятную идею, что электромагнитные волны излучаются порциями, энергия которых пропорциональна частоте. Эти порции получили название квантов, а сама идея начала построение новой физической теории — квантовой механики, которая ещё больше изменила классическую ньютоновскую механику, на этот раз при очень малых размерах физической системы. В том же 1905 году Альберт Эйнштейн применил идею Планка для успешного объяснения экспериментов с фотоэффектом, предположив, что электромагнитные волны не только излучаются, но и поглощаются квантами. Корпускулярная теория света, которая, казалось, потерпела сокрушительное поражение в борьбе с волновой теорией, вновь получила поддержку.

Спор между корпускулярной и волновой теорией нашёл своё решение в корпускулярно-волновом дуализме, гипотезе, сформулированной Луи де Бройлем . По этой гипотезе не только квант света, но и любая другая частица проявляет одновременно свойства, присущие как корпускулам, так и волнам. Гипотеза Луи де Бройля подтвердилась в экспериментах с дифракцией электронов.

В 1911 году Эрнест Резерфорд предложил планетарную теорию атома, а в 1913 году Нильс Бор построил модель атома, в которой постулировал квантовый характер движения электронов. Благодаря работам Вернера Гайзенберга, Эрвина Шрёдингера, Вольфганга Паули, Поля Дирака и многих других квантовая механика нашла свою точную математическую формулировку, подтверждённую многочисленными экспериментами. В 1927 году была создана копенгагенская интерпретация, которая открывала путь для понимания законов квантового движения на качественном уровне [19] [20] .

Физика современности

Зелёный (520 нм ), синий (445 нм) и красный (635 нм) лазеры

С открытием радиоактивности Анри Беккерелем началось развитие ядерной физики, которая привела к появлению новых источников энергии: атомной энергии и энергии ядерного синтеза. Открытые при исследованиях ядерных реакций новые частицы: нейтрон , протон , нейтрино , дали начало физике элементарных частиц [21] . Эти новые открытия на субатомном уровне оказались очень важными для физики на уровне Вселенной и позволили сформулировать теорию её эволюции — теорию Большого взрыва .

Сложилось окончательное разделение труда между физиками-теоретиками и физиками-экспериментаторами. Энрико Ферми был, пожалуй, последним выдающимся физиком, успешным как в теории, так и в экспериментальной работе.

Передний край физики переместился в область исследования фундаментальных законов, ставя перед собой цель создать теорию, которая объясняла бы Вселенную, объединив теории фундаментальных взаимодействий. На этом пути физика получила частичные успехи в виде теории электрослабого взаимодействия и теории кварков, обобщённой в так называемой стандартной модели. Однако, квантовая теория гравитации до сих пор не построена. Определённые надежды связываются с теорией струн.

Начиная с создания квантовой механики, быстрыми темпами развивается физика твёрдого тела, открытия которой привели к возникновению и развитию электроники, а с ней и информатики, которые внесли коренные изменения в культуру человеческого общества.

Теоретическая и экспериментальная физика

В основе своей физика — экспериментальная наука: все её законы и теории основываются и опираются на опытные данные. Однако зачастую именно новые теории являются причиной проведения экспериментов и, как результат, лежат в основе новых открытий. Поэтому принято различать экспериментальную и теоретическую физику.

Экспериментальная физика исследует явления природы в заранее подготовленных условиях. В её задачи входит обнаружение ранее неизвестных явлений, подтверждение или опровержение физических теорий, уточнение значений физических констант. Многие достижения в физике были сделаны благодаря экспериментальному обнаружению явлений, не описываемых существующими теориями. Например, экспериментальное изучение фотоэффекта послужило одной из посылок к созданию квантовой механики (хотя рождением квантовой механики считается появление гипотезы Планка , выдвинутой им для разрешения ультрафиолетовой катастрофы — парадокса классической теоретической физики излучения).

В задачи теоретической физики входит формулирование общих законов природы и объяснение на основе этих законов различных явлений, а также предсказание до сих пор неизвестных явлений. Верность любой физической теории проверяется экспериментально: если результаты эксперимента совпадают с предсказаниями теории, она считается адекватной (достаточно точно описывающей данное явление).

При изучении любого явления экспериментальные и теоретические аспекты одинаково важны.

Прикладная физика

От своего зарождения физика всегда имела большое прикладное значение и развивалась вместе с машинами и механизмами, которые человечество использовало для своих нужд. Физика широко используется в инженерных науках, немало физиков были одновременно изобретателями и, наоборот. Механика, как часть физики, тесно связана с теоретической механикой и сопротивлением материалов, как инженерными науками. Термодинамика связана с теплотехникой и конструированием тепловых двигателей. Электричество связано с электротехникой и электроникой, для становления и развития которой очень важны исследования в области физики твёрдого тела. Достижения ядерной физики обусловили появление ядерной энергетики, и тому подобное.

Физика также имеет широкие междисциплинарные связи. На границе физики, химии и инженерных наук возникла и быстро развивается такая отрасль науки как материаловедение . Методы и инструменты используются химией, что привело к становлению двух направлений исследований: физической химии и химической физики . Всё мощнее становится биофизика — область исследований на границе между биологией и физикой, в которой биологические процессы изучаются исходя из атомарной структуры органических веществ. Геофизика изучает физическую природу геологических явлений. Медицина использует методы, такие как рентгеновские и ультразвуковые исследования, ядерный магнитный резонанс — для диагностики, лазеры — для лечения болезней глаз, ядерное облучение — в онкологии, и тому подобное.

Основные теории

Хотя физика имеет дело с разнообразными системами, некоторые физические теории применимы в больших областях физики. Такие теории считаются в целом верными при дополнительных ограничениях. Например, классическая механика верна, если размеры исследуемых объектов намного больше размеров атомов , скорости существенно меньше скорости света , и гравитационные силы малы. Эти теории всё ещё активно исследуются; например, такой аспект классической механики, как теория хаоса был открыт только в XX веке . Они составляют основу для всех физических исследований. В рамках этих теорий М. В. Ломоносов объяснил причины агрегатных состояний веществ (твёрдое, жидкое и газообразное состояния) и разработал теорию теплоты.

Теория Основные разделы Понятия
Классическая механика Законы НьютонаЛагранжева механикаГамильтонова механикаТеория хаосаГидродинамикаГеофизическая гидродинамикаМеханика сплошных сред ВеществоПространствоВремяЭнергияДвижениеМассаДлинаСкоростьСилаМощностьРаботаЗакон сохраненияМомент инерцииУгловой моментМомент силыВолнаДействиеРазмерность
Электромагнетизм ЭлектростатикаЭлектричествоМагнитостатикаМагнетизмУравнения МаксвеллаЭлектродинамикаМагнитная гидродинамика Электрический зарядНапряжениеТокЭлектрическое полеМагнитное полеЭлектромагнитное полеЭлектромагнитное излучениеСопротивлениеЭлектродвижущая сила
Термодинамика и Статистическая физика Тепловая машинаМолекулярно-кинетическая теорияНеравновесная термодинамика Удельный объём ( Плотность ) — ДавлениеТемператураПостоянная БольцманаЭнтропияСвободная энергияТермодинамическое равновесиеСтатистическая суммаМикроканоническое распределениеБольшое каноническое распределениеКоличество теплоты
Квантовая механика Уравнение ШрёдингераИнтеграл ФейнманаКвантовая теория поля ГамильтонианТождественные частицыПостоянная ПланкаИзмерениеКвантовый осцилляторВолновая функцияНулевая энергияПеренормировка
Теория относительности Специальная теория относительностиОбщая теория относительностиРелятивистская гидродинамика Принцип относительности4-векторПространство-времяСветовой конусМировая линияСкорость светаОтносительность одновременностиТензор энергии-импульсаКривизна пространства-времениЧёрная дыра

Разделы физики

Макроскопическая физика

Макроскопическая физика изучает явления и законы привычного мира, где размеры тел сопоставимы с размерами человека .

Микроскопическая физика

Схематическое изображение атома лития

Микроскопическая физика исследует «микромир», где размеры тел во много раз меньше размеров человека .

Разделы физики на стыке наук

Справка

Важнейшие журналы

Российские

Зарубежные

А также архив препринтов arXiv.org , на котором статьи появляются гораздо раньше их появления в журналах и доступны для свободного скачивания.

Коды в системах классификации знаний

См. также

Примечания

  1. Прохоров А. М. Физика // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М. : Большая Российская энциклопедия , 1998. — Т. 5. — С. 310—320. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7 .
  2. Физика // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  3. Вольфианская экспериментальная физика в Викитеке
  4. Мощанский В. Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. — М.: Просвещение, 1976. — Тираж 80 000 экз. — С.130 — 134
  5. Мощанский В. Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. — М.: Просвещение, 1976. — Тираж 80 000 экз. — С.30
  6. Пуанкаре, 1990 .
  7. Зубов В. П. Физические идеи древности // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 11-80;
  8. Аристотель Физика // Аристотель . Сочинения в четырех томах. Т. 3. — М. : Мысль, 1981. — 550 с. — С. 59—262.
  9. Зубов В. П. Физические идеи средневековья // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 81-128;
  10. Зубов В. П. Физические идеи Ренессанса // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 129—155;
  11. Кузнецов Б. Г. Генезис механического объяснения физических явлений и идеи картезианской физики // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 156—185;
  12. Кузнецов Б. Г. Основные принципы физики Ньютона // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 186—197;
  13. 1 2 3 Кудрявцев П. С. Основные линии развития физических идей в XVIII веке // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 198—217;
  14. Кудрявцев П. С. Развитие теории электромагнитного поля // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 236—262;
  15. Кудрявцев П. С. Закон сохранения энергии // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 218—228;
  16. Кудрявцев П. С. Развитие идей термодинамики и атомистики // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 229—235;
  17. Кузнецов Б. Г. Основные идеи специальной теории относительности // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 263—287;
  18. Кузнецов Б. Г. Основные идеи общей теории относительности // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 288—322;
  19. Полак Л. С. Возникновение квантовой физики // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 323—389;
  20. Кузнецов Б. Г. Основные идеи квантовой механики // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 390—421;
  21. Иваненко Д. Д. Элементарные частицы // отв. ред. Григорьян А. Т. , Полак Л. С. Очерки развития основных физических идей. — М., АН СССР, 1959. — С. 422—510;

Литература

Ссылки