История физики


История физики исследует эволюцию физики — науки, изучающей фундаментальные (наиболее общие) свойства и законы движения объектов материального мира. Предметом истории физики являются выявление и обобщённый анализ основных событий и тенденций в развитии физических знаний.

До XVII века механика, физика, химия, науки о Земле, астрономия и даже физиология были частью «пакета знаний», называвшегося «натуральная философия» и соединявшего позитивные сведения о природных явлениях и гениальные догадки (понятия пространства, времени, движения, идея естественной закономерности, бесконечность мира, континуум пространства, дискретная структура вещества) с умозрительными фантазиями и ошибочными заключениями о причинах этих явлений[1].

История физики как самостоятельной науки начинается в XVII веке с опытов Галилея и его учеников. Теоретический фундамент классической физики создал Ньютон в конце XVII века. Сочетание быстрого технологического развития и его теоретического осмысления в XVIII—XIX веках привело к выявлению коренных физических понятий (масса, энергия, импульс, атомы и т. д.) и открытию фундаментальных законов их взаимосвязи, хорошо проверенных в экспериментах[2].

В начале XX века сразу в нескольких областях была обнаружена ограниченность сферы применения классической физики. Появились теория относительности, квантовая физика, теория микрочастиц. Но количество нерешённых физических проблем по-прежнему велико, и это стимулирует деятельность физиков к дальнейшему развитию данной науки.

В Древнем мире происходило становление астрономии, оптики и других наук, прогресс в которых не только стимулировал развитие математики, но и сам во многом от неё зависел. В то же время развивалась натурфилософия, которая пыталась (в основном качественно) объяснять причины явлений. Если создать практически полезную модель явления природы не удавалось, её заменяли религиозные мифы (например, «молния есть гнев богов», «затмение Солнца вызвано происками дракона»)[3].

Средств для проверки теоретических моделей и выяснения вопроса, какая из них верна, в древности было крайне мало, даже если речь шла о земных каждодневных явлениях. Единственные физические величины, которые умели тогда достаточно точно измерять, — вес, длина и угол. Эталоном времени служили сутки, которые в Древнем Египте делили не на 24 часа, а на 12 дневных и 12 ночных, так что было два разных часа, и в разные сезоны продолжительность часа была разной[4]. Но даже когда установили привычные нам единицы времени, из-за отсутствия точных часов большинство физических экспериментов было бы невозможно провести. Поэтому естественно, что вместо научных школ возникали умозрительные или мистические учения.


Пентаграмма (У-син) взаимосвязи стихий мироздания в китайской натурфилософии
Реконструкция древнекитайского компаса времён династии Хань
Аристотель.
Гравюра П. Фиданца
Паровая турбина Герона
Титульная страница латинского перевода «Книги оптики»
Так в Средневековье представляли себе траекторию пушечного ядра
Бюст Коперника в Кракове
Бюст Галилея работы Карло Марчелини. Музей Галилея, Флоренция
Движение планеты по Кеплеру
«Рассуждение о методе» Декарта
Опыт Ньютона по разложению белого света
Электростатическая машина, гравюра 1750 года
Эксперимент Бенджамина Франклина с молнией
Вольта демонстрирует своё изобретение Наполеону в Париже (1800)
Соответствие шкал Цельсия (слева) и Фаренгейта
Поляризация света: поворот фильтра блокирует поляризованный свет
Опыт Ампера: два параллельных проводника притягиваются, если направление токов одинаково
Опыт Фарадея: при движении соленоида с током внутри проволочной катушки в ней возникает индуктивный ток
Статуя Джеймса Максвелла в Эдинбурге
Схема радиопередатчика Герца
Книга Сади Карно (1824)
Установка Джоуля для измерения механического эквивалента тепла (1847). Груз справа заставляет лопасти, погруженные в воду, вращаться, в результате чего вода нагревается
Тепловое движение атомов в молекуле
Катодные лучи в магнитном поле
Сделанная В. К. Рентгеном фотография человеческой руки
Схема опыта Майкельсона — Морли
Атом водорода в модели Бора (анимация перескока с орбиты на орбиту)
Стандартная модель элементарных частиц: 12 фермионов и 5 бозонов
Корпускулярно-волновой дуализм и принцип неопределённости:
(a) Волна, частота известна, положение не определено;
(b) Общий случай, для частоты и положения существует неопределённость;
(c) Частица, положение известно, частота не определена.
Предполагаемые этапы эволюции Солнца
Расширение Вселенной
Рождение бозона Хиггса при столкновении двух протонов (компьютерная модель)