Portaal met interessante hobby's. De belangrijkste fasen in de ontwikkeling van de natuurkunde
Samenvatting over het onderwerp: "Geschiedenis van de natuurkunde"
Ontwikkeling van de natuurkunde
Natuurkunde is een van de natuurwetenschappen, wiens taak het is de natuur te bestuderen om haar ondergeschikt te maken aan de mens.
In de oudheid betekende het woord "fi ica") natuurlijke historie. Vervolgens werd de natuurlijke historie opgedeeld in een aantal wetenschappen: natuurkunde, scheikunde, astronomie, geologie, biologie, botanie, enz.
Onder deze wetenschappen neemt de natuurkunde tot op zekere hoogte een speciale positie in, aangezien het onderwerp van haar studie alle fundamentele, meest algemene en eenvoudigste vormen van de beweging van materie zijn.
De accumulatie van kennis over natuurverschijnselen vond al in de oudheid plaats. Zelfs primitieve mensen, die overeenkomsten en verschillen opmerkten in de verschijnselen van de omringende wereld, verwierven enige kennis over de natuur door hun praktijk. In de toekomst leidde de systematisering van verzamelde kennis tot de opkomst van de wetenschap.
De uitbreiding en verfijning van kennis over natuurlijke fenomenen werd uitgevoerd door mensen als resultaat van praktische behoeften door observaties, en in een hoger stadium van de ontwikkeling van de wetenschap - door experimenten (waarneming is de studie van een fenomeen in een natuurlijke omgeving, een experiment is een reproductie van een fenomeen in een kunstmatige omgeving om de kenmerken van een bepaald fenomeen te detecteren, afhankelijk van de gecreëerde omstandigheden).
Hypothesen werden gemaakt om de verschijnselen te verklaren. Conclusies van observaties, experimenten en hypothesen werden getest in de diverse interactie van wetenschap en praktijk; praktijk wees op manieren om wetenschappelijke ervaring (observaties en experimenten), gecorrigeerde hypothesen en verrijkte wetenschap te verfijnen. Wetenschap verrijkte op haar beurt de praktijk.
Naarmate de toepassing van wetenschappelijke kennis in de praktijk zich uitbreidde, ontstond de behoefte om deze kennis te gebruiken om fenomenen te voorspellen, om de gevolgen van een handeling te berekenen. Dit leidde tot de noodzaak om ongelijksoortige hypothesen te vervangen om generaliserende en onderbouwde theorieën te creëren.
Voor het eerst ontstond de behoefte aan een theorie tijdens de constructie van gebouwen en constructies en leidde tot de ontwikkeling van mechanica, voornamelijk de theorie van het evenwicht. In het oude Egypte en Griekenland werden solid state statica en hydrostatica ontwikkeld. De noodzaak om de tijd voor landbouwwerkzaamheden te bepalen en de noodzaak om de navigatierichting te bepalen, gaven een impuls aan de ontwikkeling van de astronomie. Een aantal kennisafdelingen werd onderbouwd en gesystematiseerd door de oude Griekse denker Aristoteles. Zijn "Natuurkunde" (in 8 boeken) bepaalde lange tijd het algemene fysieke wereldbeeld.
Kennis over de natuur, zoals die zich vergaarde, werd door de heersende klassen in hun eigen belang gebruikt; in de oudheid was de wetenschap in handen van geestelijken (priesters) en was nauw verbonden met religie. Pas in het oude Griekenland begonnen vertegenwoordigers van andere bevoorrechte lagen van de samenleving zich met wetenschap bezig te houden. De beste vertegenwoordigers van de oude natuurfilosofie, d.w.z. de natuurfilosofie (Leucippus, Democritus, Lucretius), legden de basis voor een materialistisch begrip van de natuur en kwamen ondanks de extreme ontoereikendheid van feitelijk materiaal op het idee van de atomaire structuur van materie.
De ineenstorting van de oude samenleving heeft de ontwikkeling van de wetenschap tijdelijk stopgezet. In het tijdperk van de middeleeuwen heeft de christelijke kerk, steunend op de heersende klassen van het feodale systeem, de filosofie ondergeschikt gemaakt aan de doelen van de theologie met extreme wreedheden, de inquisitie en executies. De fysica van Aristoteles, door haar dogmatische interpretatie, die de mogelijkheid van vooruitgang uitsloot, werd door de kerk aangepast om het gezag van het heilige schrift te versterken. In die tijd werden, voornamelijk onder de Arabieren, die uitgestrekte staten stichtten en een stevige handel dreven met verre landen, elementen van de wetenschappen, overgenomen van de Grieken en Romeinen, tot op zekere hoogte bewaard en ontwikkeld, vooral in mechanica, astronomie, wiskunde , geografie.
In de XV-XVI eeuw. op basis van de ontwikkeling van de Europese handel en industrie begon een snelle groei en vorming, eerst in mechanica en astronomie, en later in de wetenschappen die de basis vormen van industriële technologie - natuurkunde en scheikunde. De werken van Copernicus, Kepler, Galileo en hun volgelingen maakten van de wetenschap een krachtig instrument in de strijd van de bourgeoisie tegen het bolwerk van het verouderde feodale systeem - religie. In de strijd tegen de kerk werd een wetenschappelijk principe naar voren gebracht: alle ware kennis is gebaseerd op ervaring (op het geheel van waarnemingen en experimenten), en niet op het gezag van een bepaalde doctrine.
In de 17e eeuw de grote bourgeoisie streefde naar een compromis met de overblijfselen van de heersende klassen van het feodale systeem. Dienovereenkomstig werden vertegenwoordigers van de wetenschap gedwongen een compromis te zoeken met religie. Newton schreef samen met briljante wetenschappelijke werken een interpretatie van het kerkboek - de Apocalyps. Descartes probeerde in zijn filosofische werken het bestaan van God te bewijzen. Wetenschappers hebben het valse idee gehandhaafd van een eerste duw, die het universum zogenaamd nodig had om in beweging te komen.
De ontwikkeling van de mechanica heeft zijn stempel gedrukt op de wetenschappelijke theorie van die tijd. Wetenschappers probeerden de wereld als een mechanisme te beschouwen en probeerden alle verschijnselen te verklaren door ze te reduceren tot mechanische bewegingen.
Tijdens deze periode van ontwikkeling van de natuurwetenschap kreeg het begrip kracht grote toepassing. Bij elk nieuw ontdekt fenomeen werd een kracht uitgevonden, die de oorzaak van het fenomeen werd verklaard. Tot nu toe zijn hiervan in de natuurkunde sporen bewaard gebleven in de notatie: levende kracht, stroomsterkte, elektromotorische kracht, etc.
De wetenschappelijke theorieën van die periode, die de wereld als een altijd bewegende machine beschouwden, ontkenden de ontwikkeling van materie, de overgangen van beweging van de ene vorm naar de andere. Ondanks succes bij het uitbreiden van het experimentele materiaal, bleef de wetenschap op het standpunt van een mechanisch wereldbeeld.
In de achttiende eeuw. Clematis ov voorspelde correct het beeld van de moleculair-kinetische structuur van lichamen en drukte voor het eerst de verenigde wet van de eeuwigheid van de materie en haar beweging uit met de woorden: “... er wordt iets aan iets toegevoegd, dan wordt het weer van iets anders weggenomen ... Aangezien dit een universele natuurwet is, geldt dit ook voor de bewegingsregels: een lichaam dat door zijn drang een ander tot beweging aanzet, verliest als veel van zijn beweging als het een ander informeert, erdoor bewogen.
In dezelfde jaren elimineerde de theorie van Kant en Laplace over de ontwikkeling van het zonnestelsel vanuit een nevel het idee van de noodzaak van een eerste duw.
In de 19de eeuw op basis van de kolossale groei van de productiekrachten tijdens de hoogtijdagen van het industriële kapitalisme is de vooruitgang van de wetenschap enorm versneld. De behoefte aan een krachtige en veelzijdige motor voor industrie en transport veroorzaakte de uitvinding van de stoommachine, en het verschijnen ervan zette wetenschappers ertoe aan thermische processen te bestuderen, wat leidde tot de ontwikkeling van thermodynamica en moleculaire kinetische theorie. Op zijn beurt was het op basis van de thermodynamica mogelijk om krachtigere en zuinigere typen motoren te ontwerpen (stoomturbines, verbrandingsmotoren). We zien in dit voorbeeld hoe de praktijk de ontwikkeling van wetenschappelijke theorie stimuleert, en de theorie in de toekomst een leidende rol gaat spelen in relatie tot de praktijk.
Een ander voorbeeld van de complexe interactie van theorie en praktijk is de ontwikkeling van de theorie van elektriciteit en elektrotechniek. Er is al heel lang fragmentarische informatie over elektrische verschijnselen beschikbaar. Maar pas nadat de elektrische aard van bliksem was ontdekt, en toen de galvanische stroom werd ontdekt, concentreerde de natuurkunde haar aandacht op de studie van elektriciteit. Faraday, Maxwell, Lenz en anderen hebben de fysieke basis van moderne elektrotechniek ontwikkeld. De industrie maakte snel gebruik van wetenschappelijke ontdekkingen en de brede ontwikkeling van technologie opende ongekende mogelijkheden voor wetenschappelijk experiment. De studie van de moleculaire structuur van lichamen onthulde de elektrische aard van moleculaire en atomaire interacties, wat op zijn beurt vandaag leidde tot de ontdekking van de atomaire vorm van de beweging van materie, die grenzeloze perspectieven opent voor nieuwe technologie.
Een aantal ontdekkingen - de wet van behoud en transformatie van energie, de theorie van elektromagnetische golven, de ontdekking van elektronen en radioactiviteit - hebben uiteindelijk de leerstelling van de onveranderlijkheid van de natuur omvergeworpen. Het mechanisme is ingestort.
Het bleek alleen mogelijk te zijn om de essentie van nieuwe wetenschappelijke ontdekkingen correct te beoordelen en te begrijpen vanuit het standpunt van de filosofie gecreëerd door Marx en Engels dialectiek eskogo materialisme.
“Dialectisch materialisme is de wereldbeschouwing van de marxistisch-leninistische partij. Het wordt dialectisch materialisme genoemd omdat zijn benadering van natuurlijke fenomenen, zijn methode om natuurlijke fenomenen te bestuderen, zijn methode om deze fenomenen te kennen dialectisch is, en zijn interpretatie van natuurlijke fenomenen, zijn begrip van natuurlijke fenomenen, zijn theorie is materialistisch.
Natuurlijke fenomenen met een dialectische benadering ervan moeten worden beschouwd in hun onderlinge samenhang, onderlinge afhankelijkheid, onderlinge afhankelijkheid en in hun ontwikkeling, rekening houdend met het feit dat kwantitatieve veranderingen leiden tot fundamentele kwalitatieve transformaties, dat de ontwikkeling van verschijnselen wordt gegenereerd door de strijd van tegenstrijdigheden die erin verborgen zijn .
De dialectische benadering van natuurlijke fenomenen zorgt voor een onvervormde, correcte weerspiegeling van de werkelijkheid in onze geest. Dit beslissende, absolute voordeel van de dialectische methode ten opzichte van alle andere benaderingen van de studie van natuurlijke fenomenen wordt verklaard door het feit dat de belangrijkste kenmerken die de dialectische methode kenmerken niet willekeurig zijn uitgevonden, onze kennis geen kunstmatige, dode schema's opleggen die niet kenmerkend zijn ervan, maar integendeel, nauwkeurig de meest algemene reproduceren, die geen uitzonderingen kent, de wetten van de dialectiek van de natuur.
Alle wetenschappen, in het bijzonder de natuurkunde, bevestigen met elk feit duidelijk dat:
ten eerste treedt elk fenomeen op in een organische, onlosmakelijke verbinding met de omringende fenomenen; als we het fenomeen willen isoleren, de verbinding met de omringende fenomenen willen verbreken, vervormen we het fenomeen onvermijdelijk;
ten tweede is alles wat bestaat onderhevig aan regelmatige en onuitputtelijke verandering, ontwikkeling, inherent aan de aard van de dingen;
ten derde leidt de accumulatie van kwantitatieve veranderingen bij voortdurende ontwikkeling tot intermitterende, krampachtige kwalitatieve transformaties; ten vierde vindt de ontwikkeling van alles wat bestaat plaats in de eeuwige strijd van tegengestelde tendensen, in de strijd tussen het oude en het nieuwe, tussen het stervende en het opkomende, tussen het verouderde en het zich ontwikkelende.
De dialectische methode voor het bestuderen van natuurlijke fenomenen weerspiegelt deze universele objectieve wetten en reproduceert de dialectiek van de objectieve wereld in de principes van cognitie. De juiste weerspiegeling van de werkelijkheid in ons bewustzijn met een dialectische benadering van natuurverschijnselen verplicht ons de dialectische methode te erkennen als de enige juiste methode om natuurverschijnselen te bestuderen. Alleen dialectisch materialisme is een strikt wetenschappelijk wereldbeeld.) Alle andere filosofische opvattingen zijn onjuist, los van de werkelijkheid, metafysisch.
De bourgeoisie kan echter vanwege haar klassenbelangen de filosofie van het proletariaat - het dialectisch materialisme - niet aanvaarden. 19e eeuwse wetenschappers in hun wetenschappelijk werk konden ze niet anders dan uitgaan van het geloof in de realiteit van de externe wereld die ze bestuderen; daarom waren ze in hun werk spontane materialisten, maar in hun wereldbeeld weerspiegelden ze de opvattingen van de heersende klasse en brachten ze tot op zekere hoogte hulde aan het idealisme, vooral in zaken die verband hielden met filosofie. De snelle groei van de natuurwetenschap en tegelijkertijd het verval van de burgerlijke filosofie gaven aanleiding tot karakteristieke theoretici van de 19e eeuw. ideologische verwarring en wantrouwen jegens de filosofie.
Met de komst van het imperialisme, aan het einde van de 19e en het begin van de 20e eeuw, nam het idealisme een verfijnde vorm aan van het machisme (genoemd naar de grondlegger van deze doctrine, de Oostenrijkse natuurkundige en filosoof Ernst Mach). De machisten voerden aan dat we in onze 'ervaring' niet de eigenschappen van de objectieve werkelijkheid kennen, maar alleen onze eigen gewaarwordingen. Men dient in gedachten te houden dat het woord 'ervaring' door de machisten anders wordt opgevat dan door de materialisten. Materialisten noemen ervaring de verificatie door praktijk van theoretische conclusies over de wetten van de buitenwereld; Een experiment is een beslissende maatstaf voor de getrouwheid van een of andere wetenschappelijke theorie, de overeenstemming ervan met de objectieve realiteit. Voor de machisten is ervaring de totaliteit van onze gewaarwordingen, en wetenschap is hun ordening in onze geest.
Een variant van het idealisme is ook het agnosticisme, dat stelt dat we verschijnselen kennen, maar niet het 'ding op zich', dat onkenbaar is.
Als gevolg van de discrepantie tussen de kolossale groei van positieve feitelijke kennis over de natuur en de idealistische conclusies die burgerlijke wetenschappers uit deze kennis proberen te trekken, beleeft de moderne natuurkunde een diepe crisis. V.I. Lenin
In zijn boek Materialism and Empirio-Criticism legde hij niet alleen het machisme bloot, maar gaf hij ook een diepgaande analyse van de crisis in de natuurkunde.
De successen van ons land bij de opbouw van het communisme schrikken de imperialisten af en wekken tegelijkertijd de politieke activiteit op van miljoenen werkende mensen in de kapitalistische, en vooral in de koloniale en afhankelijke landen, en dit dwingt de leiders van de kapitalistische wereld om de strijd aan te gaan met de groei van het gezag en de invloed van de Sovjet-Unie met welke middelen dan ook. Een van de methoden van de ideologische strijd van de imperialisten is de vervalsing van het ware beeld van de ontwikkeling van de wetenschap: de prestaties van de Sovjet-Unie worden verzwegen, de prestaties van de Sovjet-Unie worden verborgen en de rol van Russische wetenschappers in de ontwikkeling van de wetenschap wordt gekleineerd.
Wat de successen van de Sovjet-fysica betreft, getuigen twee feiten hiervan het beste: ten eerste heeft de technologie een ongekende bloei bereikt in ons land, en de fysica dient als basis voor de wetenschappelijke verbetering van de technologie; de tweede - het Sovjetleger liet de hele wereld de ongeëvenaarde kracht van zijn wapens zien, terwijl natuurkunde, zoals u weet, een belangrijke rol speelt bij de verbetering van militair materieel.
Elk jaar oefent de filosofie van het dialectisch materialisme in alle landen van de wereld een steeds grotere invloed uit op het bewustzijn van de massa's van het volk. In een poging om deze invloed tegen te gaan, moedigen de ware meesters van de imperialistische staten genereus de herauten van allerlei idealistische stromingen in de wetenschap aan.
De successen van de moderne natuurkunde tonen duidelijk de triomf van het dialectisch materialisme. Niettemin maakt de pers van de kapitalistische landen vooral reclame voor en brengt ze in de mode voor die variëteiten van fysische theorieën die, door hun ongeëvenaarde formalisme, de weg vrijmaken voor idealistische vervormingen. Het is geen toeval dat buitenlandse wetenschappelijke tijdschriften op het gebied van natuurkunde de afgelopen jaren gewillig ruimte hebben besteed aan de bespreking van bepaalde neometafysische theorieën. Zo zijn vooraanstaande buitenlandse wetenschappers druk bezig om uit de natuurkundige relativiteitstheorie de conclusie over de eindigheid van het heelal te halen en de 'straal' en de 'leeftijd' van de wereld te berekenen.
A. A. Zhdanov toonde in zijn toespraak tijdens een filosofische discussie in 1947 aan dat de modieuze buitenlandse idealistische perversies van de natuurkunde een dienende rol spelen in de campagne van buitenlandse reactie tegen het marxisme. “Neem bijvoorbeeld de leer van de Engelse astronoom Eddington over de fysische constanten van de wereld, die rechtstreeks leidt tot de pythagorische mystiek van getallen en uit wiskundige formules ontleent zulke ‘essentiële constanten’ van de wereld als het apocalyptische getal 666, enz. Zonder de dialectische loop van kennis, de relatie van de absolute en relatieve waarheid te begrijpen, zijn veel volgelingen van Einstein, die de resultaten van de studie van de bewegingswetten van een eindig, beperkt gebied van het universum overdragen aan het hele oneindige universum, het erover eens tot de eindigheid van de wereld, tot zijn beperking in tijd en ruimte, en de astronoom Miley 'berekende' zelfs dat de wereld 2 miljard jaar geleden werd geschapen. Op deze Engelse wetenschappers zijn misschien de woorden van hun grote landgenoot, de filosoof Bacon, van toepassing dat ze de onmacht van hun wetenschap veranderen in een laster tegen de natuur.
In gelijke mate leiden de Kantiaanse trucs van moderne burgerlijke atoomfysici hen tot conclusies over de 'vrije wil' van het elektron, tot pogingen om materie alleen als een bepaalde reeks golven af te schilderen, en tot andere duivelskunst' (A.A. Zhdanov).
Idealistische stromingen in de buitenlandse wetenschap hadden ook invloed op sommige Sovjet-fysici. De openlijke prediking van het idealisme in ons land wordt bemoeilijkt door het feit dat het op weerstand stuit van de wetenschappelijke gemeenschap. Niettemin, uit bewondering voor buitenlandse wetenschap, komen sommige van onze theoretici in een verborgen, scholastieke vorm soms naar voren met een actieve verdediging van idealistische concepten. Ze proberen te bewijzen dat hoewel Einstein, Eddington, Bohr, Heisenberg en anderen de natuurkunde vakkundig op het pad naar het machisme hebben gebracht, de opvattingen die ze ontwikkelden gemakkelijk te verzoenen zijn met het dialectisch materialisme, als "de machinale fraseologie wordt weggegooid" en dezelfde opvattingen zijn voorzien van "dialectische verklaringen". Deze positie, die uiterst gevaarlijk is voor onze huisfysica, wordt soms gerechtvaardigd door de wens om de waardevolle wiskundige methoden die beschikbaar zijn in bepaalde natuurkundige theorieën niet te verliezen. Tegelijkertijd vergeten ze (of zwijgen) dat, om deze methoden te verbeteren, het veel te laat is om een andere methodologische basis voor hun toepassing te ontwikkelen (zie deel III).
Beweringen dat elke "juiste" theorie van materie materialistisch is, zijn misleidend. De dominante theorieën werden aan tijdgenoten altijd gepresenteerd als "juiste theorieën", maar na verloop van tijd bleek dat ze slechts een kern van waarheid bevatten, en veel dat werd geïntroduceerd door de fysisch-filosofische opvattingen van de auteurs van de theorieën bleek te zijn foutief. Dus ontdekte Sadi Carnot de tweede wet van de thermodynamica, maar het concept van calorische waarde, dat de basis was van zijn theorie, werd dertig of veertig jaar later terzijde geschoven. Ampère ontdekte enkele wetten van de elektrodynamica, maar de methodologische grondslagen van de elektrodynamica van Ampère bleken onjuist en werden verworpen, samen met het idee dat elektriciteit geen traagheid heeft. De grootste successen in de optica werden behaald door Huygens en Fresnel op basis van de momenteel uitgesloten ideeën over de mechanische trillingen van de ether, enz.
Er is geen reden om moderne natuurkundige theorieën te verabsoluteren; men kan zich niet voorstellen dat ze eeuwig zullen blijken te zijn, dat de latere ontwikkeling van de natuurkunde ze niet zal verduidelijken, en niet alleen in details, maar ook in sommige beginposities.
De dialectisch-materialistische benadering van natuurkundige theorieën belicht de juiste, gezonde, progressieve trends in de theoretische fysica en legt methodologisch foutieve verbanden in theorieën bloot, onthult de pseudowetenschap van bepaalde theoretische uitgangspunten en conclusies, laat zien waar, in welke veronderstellingen deze of gene theorie zich verwijdert van werkelijkheid, waarin de onderdelen ervan moeten worden verbeterd, herwerkt.
Ongetwijfeld zal er veel arbeid en talent nodig zijn om de herziening uit te voeren, die nodig is voor de vooruitgang van de wetenschap, de herstructurering van bepaalde natuurkundige theorieën, die door hun auteurs zijn ontwikkeld in een machinale of idealistische geest. Deze taak is moeilijk, maar haalbaar voor de Sovjet-fysica, die al zijn volwassenheid en kracht heeft getoond.
Materie en beweging
De eenvoudigste hulpmiddelen om de wereld te begrijpen, zijn onze zintuigen. Instrumentele fysica is een aanvullende uitrusting voor het menselijk oog en oor. Onze auditieve en visuele waarnemingen zijn subjectief; we nemen geluidstonen, kleurschakeringen, geuren, enz. waar. Het objectieve verschil dat bestaat tussen geluiden van ongelijke toon ligt in de ongelijke frequentie van geluidstrillingen. Op dezelfde manier komt een verschil in kleurnuances objectief overeen met een verschil in de frequenties van lichttrillingen. Onze percepties van warmte en koude worden gegenereerd door meer of minder intensiteit van moleculaire bewegingen. Geluidssensatie, lichtsensatie, smaak-, tactiele en olfactorische gewaarwordingen zijn slechts reacties van ons lichaam en bewustzijn op de fysieke verschijnselen die ze veroorzaken.
Woorden als "licht", "kleur", "warmte", "geluid", "lichtkracht", "graad van warmte", enz., in het dagelijks leven gebruiken we in één zin: we plaatsen een fysiologische inhoud in hen - de inhoud van onze gevoelens. In de natuurkunde gebruiken we dezelfde woorden in een andere betekenis: we duiden met deze woorden die objectief voorkomende processen aan waardoor onze gewaarwordingen worden gegenereerd, of dergelijke verschijnselen die in staat zouden zijn om de overeenkomstige gewaarwording te genereren als onze zintuigen perfecter waren.
Onze gevoelens zijn gevarieerd. De fenomenen die aanleiding geven tot hen zijn zeer divers. Naarmate onze kennis groeit, merken we echter dat veel verschijnselen belangrijke overeenkomsten hebben. We zijn ervan overtuigd dat we voor een correct begrip van de wereld dergelijke concepten moeten ontwikkelen die de resultaten van het experiment in grote lijnen veralgemenen en, belangrijker nog, de eenheid van de aard weerspiegelen van elke reeks fenomenen die we bestuderen.
De meest algemene en fundamentele categorieën zijn materie en beweging. “Materie is een objectieve, realiteit die onafhankelijk van het menselijk bewustzijn bestaat en erdoor wordt weerspiegeld... Materie is dat wat, inwerkend op onze zintuigen, gewaarwordingen voortbrengt” (Lenin). Het is duidelijk dat we door onze gewaarwordingen materie alleen in zijn individuele concrete manifestaties kennen; evenzo hebben we in onze wetenschappelijke en praktische activiteit niet te maken met materie 'in het algemeen', maar altijd met haar concrete manifestaties.
Een attribuut (een integrale eigenschap) van materie is beweging. Beweging is een vorm van bestaan van materie. Als we het over beweging hebben, stellen we ons altijd een beweging van iets voor, bijvoorbeeld de beweging van lichamen, omgevingen, deeltjes. Er moet echter rekening mee worden gehouden dat beweging niet beperkt is tot verplaatsing. "Elke beweging wordt geassocieerd met een soort beweging - de beweging van hemellichamen, aardse massa's, moleculen, atomen of deeltjes van de ether. Hoe hoger de vorm van beweging, hoe kleiner deze beweging wordt. Het put de aard van de corresponderende beweging geenszins uit, maar is er onlosmakelijk mee verbonden. Daarom moet het vóór alles worden onderzocht” (Engels).
Beweging in filosofische zin is elke verandering in materie, elk proces dat in de natuur plaatsvindt: chemische reactie, elektromagnetische straling, boomgroei, denken.
“Beweging, beschouwd in de meest algemene zin van het woord, d.w.z. opgevat als een vorm van zijn van materie, als een eigenschap die inherent is aan materie, omvat alle veranderingen en processen die plaatsvinden in het universum, beginnend bij eenvoudige beweging en eindigend met denken” (Engels).
Mechanica bestudeert de eenvoudigste vorm van beweging, namelijk de beweging van lichamen of deeltjes in de ruimte (mechanische beweging).
Enkele fysieke ontdekkingen van de XIXe eeuw. maakte het als het ware mogelijk om een hele reeks fenomenen, die volkomen heterogeen leken, te 'reduceren' tot mechanische beweging. Dus bijvoorbeeld, de thermische toestand van het lichaam was alsof 'gereduceerd' tot de mechanische beweging van zijn moleculen. Op deze basis werd de veronderstelling versterkt dat alle verschijnselen van de natuur in het algemeen uiteindelijk slechts mechanische beweging zijn; de slogan werd naar voren gebracht - om alle natuurwetenschappen terug te brengen tot mechanica. Deze visie wordt het mechanistische wereldbeeld genoemd.
Deze visie is fout. De essentie van de hogere vormen van beweging is in feite onherleidbaar tot mechanische beweging. Elke vorm van beweging heeft speciale kenmerken die de originaliteit (de kwaliteit) bepalen. Zelfs thermische beweging, hoewel deze is samengesteld uit de mechanische beweging van moleculen, wordt er niet door uitgeput; bij thermische beweging zijn de verplaatsingen van moleculen gemiddeld onderworpen aan speciale wetten van de statistiek, die niet volgen uit de wetten van de mechanica.
De wetten van de mechanica zijn belangrijk om lagere vormen van beweging te begrijpen, maar ze zijn niet voldoende om hogere (complexere) vormen te begrijpen. Reeds in moleculaire bewegingen komen verschijnselen aan het licht die niet alleen met behulp van Newtoniaanse wetten verklaard en voorspeld kunnen worden. Het zijn precies deze verschijnselen, die niet uitputtend kunnen worden verklaard als we alleen uitgaan van verplaatsingen, die naar voren komen wanneer we ons wenden tot de studie van intra-atomaire bewegingen, evenals die bewegingen die ten grondslag liggen aan elektrische en magnetische processen. Bij zulke hoge vormen van beweging als biologische processen en denken speelt verplaatsing ongetwijfeld een ondergeschikte rol in vergelijking met andere bijzondere aspecten van deze processen die niet tot mechanische beweging kunnen worden herleid. De natuur is complexer dan mechanica denken.
Natuurkunde bestudeert de eenvoudigste vormen van beweging: 1) mechanische beweging (translationele, roterende, oscillerende, golf) en manifestaties van universele zwaartekracht geassocieerd met mechanische beweging; 2) moleculaire thermische beweging en processen veroorzaakt door intermoleculaire interacties (eigenschappen en veranderingen in aggregaattoestanden, diffusie en oplossing, warmteoverdracht, enz.); 3) elektrische en elektromagnetische processen en 4) intra-atomaire beweging en eigenschappen van lichamen bepaald door de structuur van atomen (in het bijzonder de optische eigenschappen van lichamen, de oorsprong van de belangrijkste chemische kenmerken van stoffen, kosmische en laboratoriumprocessen van transformatie van elementen, enz., tot het vrijkomen van intra-nucleaire energie).
In de wetenschappelijke studie van fysische verschijnselen komen we in de overgrote meerderheid van de gevallen de nauwste onderlinge samenhang tegen, met de interpenetratie en transformatie van alle aangegeven vormen van de beweging van materie.
Op dit moment is het erg moeilijk om een lijn te trekken tussen natuurkunde en de aangrenzende wetenschappen, vooral scheikunde.
In de natuurkunde worden zowel de bewegingen van lichamen bestaande uit een groot aantal moleculen als subtielere vormen van de beweging van materie bestudeerd - de beweging van moleculen, atomen, hun kernen, elektronen. Soms wordt de tak van de natuurkunde die zich bezighoudt met lichamen die een enorm aantal atomen of moleculen bevatten, macrofysica genoemd; De tak van de natuurkunde die de bewegingen en interacties van individuele kleine deeltjes bestudeert, wordt microfysica genoemd.
Chemie houdt zich ook bezig met atomen en moleculen, maar bestudeert de kwalitatieve kenmerken van een stof, die het gevolg zijn van kwantitatieve veranderingen in het aantal elektronen in een atoom, het aantal en het type atomen in moleculen. In het grensgebied tussen natuurkunde en scheikunde hebben zich verschillende disciplines ontwikkeld: fysische scheikunde, colloïdale scheikunde, etc.
De wetenschappen die de specifieke toestanden van materie bestuderen die ons omringen op aarde (geofysica, meteorologie, hydrologie), in hemellichamen (astrofysica) en in levende organismen (biofysica) grenzen aan de fysica.
De diepe interne verbinding tussen natuurkunde, scheikunde, astronomie, geologie, biologie wordt verzekerd door de eenheid, gemeenschappelijkheid van de structuur van de materie in al zijn concrete manifestaties. De verste sterren, de zon, de aardkorst, levende organismen zijn opgebouwd uit dezelfde chemische elementen. Moleculaire krachten, chemische interatomaire krachten, intraatomaire krachten zijn voornamelijk elektrisch van aard. De atomen van alle chemische elementen zijn tot op zekere hoogte van hetzelfde type opgebouwd: uit positief geladen massieve atoomkernen en de lichtste van de ons bekende elementaire deeltjes - elektronen, die in hun snelle beweging langs gesloten banen rond de kern, vormen als het ware een elektronenwolk die de kern bedekt. De kernen van alle atomen zijn opgebouwd uit protonen - positief geladen kernen van waterstofatomen, waarvan de massa 1836 keer de massa van een elektron is, en bijna dezelfde massa, maar elektrisch neutrale deeltjes - neutronen.
Naast deze basale, stabiele deeltjes werd het bestaan van onstabiele deeltjes ontdekt in kosmische straling: positieve elektronen - positronen, met dezelfde massa als negatieve elektronen, en mesonen - deeltjes van drie soorten lading - negatief, positief en neutraal - en verschillende soorten massa's: mesonen, die een massa hebben die ongeveer 210 keer groter is dan de massa van een elektron, en mesonen, waarvan de massa ongeveer 280 keer de massa van een elektron is.
In de ruimte waar elektrische ladingen zich bevinden, verborgen, vinden voor ons onbekende bewegingen plaats van materie, die zich manifesteren in de werking van elektrische krachten op een testlading die op elke plaats in deze ruimte wordt geïntroduceerd, en in de werking van magnetische krachten op een bewegende aanval; deze speciale vorm van bewegende materie (anders dan deeltjes, maar die de interactie van elektrisch geladen deeltjes en gemagnetiseerde lichamen genereert) wordt een elektrisch en magnetisch veld genoemd.
In tegenstelling tot elektriciteit is er geen vrij, ongebonden polair magnetisme - de magnetische polen kunnen niet worden gescheiden. Elektrische en magnetische energie worden continu verdeeld in een elektrisch en magnetisch veld. Maar het is vastgesteld als een van de belangrijkste wetten van de natuurkunde (die wordt uitgelegd in deel III), dat waar energie is, er ook massa is in evenredige hoeveelheid. De elektrische en magnetische velden hebben dus een materiële basis - ze hebben massa en energie.
We kunnen zeggen dat de moderne natuurkunde materie kent in twee hoofdvormen, die echter ondanks al hun tegengestelden onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn: in de vorm van materiedeeltjes en in de vorm van velden. Elektronen zijn een combinatie van deze twee vormen van materie: een elektron is een deeltje en tegelijkertijd is het het centrum van het elektromagnetische veld dat erdoor wordt gegenereerd, dat de drager is van zijn energie en massa.
Neutronen (elektrisch neutrale deeltjes met de massa van een waterstofkern) zijn het meest karakteristieke voorbeeld van een corpusculaire vorm van materie. Een bepaald veld is ook inherent aan het neutron, maar de aard en structuur van dit veld is nog onduidelijk.
De natuurkunde is zich terdege bewust van het andere uiterste: de elektromagnetische vorm van materie. Dit is licht, thermische straling en in het algemeen kwantumstraling, een elektromagnetisch golfveld dat zich heeft losgemaakt van de ladingen die het hebben veroorzaakt en zich voortplant met de maximale bewegingssnelheid - met de snelheid van het licht. De scheiding van het elektromagnetische veld van de ladingen die het hebben veroorzaakt, vindt plaats volgens de kwantumwet, volgens welke energie alleen in bepaalde delen wordt uitgezonden, in hoeveelheden die gelijk zijn aan of meerdere keren de waarde e=hv herhalen, waarbij h een beetje is universele constante en v is de oscillatiefrequentie in het uitgestraalde elektromagnetische veld. Deze delen van straling worden fotonen genoemd.
Elke fractie van energie komt overeen met een massa die daarmee evenredig is: een atoom dat een foton uitzendt, verliest een bepaalde massa samen met energie; deze massa wordt meegevoerd door een foton. Vóór straling was het de massa van een deel van het elektromagnetische veld van ladingen, en na straling werd het ook de massa van fotonen.
De argumenten over de transformatie van massa in energie die in sommige boeken voorkomen, zijn nalatigheid, onnauwkeurige presentatie of een opzettelijk idealistische perversie van de natuurkunde. Er vindt nooit omzetting van massa in energie plaats.
In termen van integriteit en de aanwezigheid van massa lijken fotonen op deeltjes, en in bepaalde gevallen verschijnen ze als deeltjes, maar tegelijkertijd zijn fotonen, die geen structureel geïsoleerde massacentra en energieconcentratie hebben, precies het tegenovergestelde van deeltjes ; een foton is een elektromagnetisch veld dat is losgerukt van ladingen, maar zijn integriteit behoudt, ondanks het feit dat het min of meer als een groep, een pakket golven, in de ruimte is verspreid.
In plaats van twee hoofdvormen van materie (deeltjes en velden), met een meer gedetailleerde classificatie van de soorten materie, kan elk soort deeltjes en hun stabiele combinaties worden beschouwd als een speciaal type materie. Dus in de natuurkunde wordt materie onderscheiden:
in de vorm van fotonen met verschillende golflengten;
in de vorm van elementaire deeltjes, te weten: elektronen (elektronenwolk in een atoom, elektronengas in een metaal, elektronenstroom, elektronenbundels) en kerndeeltjes (positronen, protonen, neutronen, mesonen en de eenvoudigste atoomkernen die zich openbaren tijdens radioactiviteit en bij kernreacties);
in de vorm van atomen, ionen, moleculen en hun combinaties tot chemische stoffen.
De bovenstaande classificaties van de fysieke vormen van de beweging van materie en de soorten materie die door de natuurkunde worden bestudeerd, komen overeen met het moderne ontwikkelingsstadium van de natuurkunde. Naarmate onze kennis van de aard en structuur van materie zich verdiept, worden dergelijke classificaties voortdurend herzien en verbeterd.
Met de ontwikkeling van de natuurkunde is er een verandering in natuurkundige theorieën, de wetten en concepten van de natuurkunde worden verfijnd en verbeterd. Met de ontwikkeling van de natuurkunde is er een verandering in het onderwerp natuurkunde en methoden voor fysische studie van de wereld.
Aanvankelijk was natuurkunde een wetenschap over de natuur, d.w.z. het onderwerp ervan was, zo lijkt het, onevenredig ruimer dan de moderne, toen talrijke natuurwetenschappen gescheiden en gescheiden waren van de natuurkunde: scheikunde, biologie, geologie, enz. Het zou echter moeten Merk op dat de natuurkunde, in de oudheid opgevat als natuurwetenschap, in feite het onderwerp van studie was een paar verschijnselen die de mensheid bekend werden door een kleine kring van waarnemingen die met het blote oog waren gedaan door een paar mensen die geïnteresseerd waren in wetenschap.
Reeds in de Middeleeuwen, toen de opkomende scheikunde en het begin van sommige andere natuurwetenschappen werden gescheiden van de natuurkunde, werd het onderwerp van de studie van de natuurkunde niet alleen niet kleiner, maar integendeel uitgebreid (wat de scheiding veroorzaakte van de genoemde wetenschappen). Tegen die tijd was de kennis van mensen over de beweging en het evenwicht van lichamen, van het zweven van vaste lichamen in vloeistoffen, van thermische verschijnselen, koken, oplossen, kristallisatie, weersverschijnselen, enz., enorm uitgebreid. van door de natuurkunde bestudeerde verschijnselen werd veroorzaakt door praktische behoeften van mensen, in verband met de verspreiding van ambachten en handel, en gebeurde als gevolg van de uitbreiding en enige verbetering van waarnemingen en eenvoudige experimenten.
Met de groei van productie en technische middelen vond de instrumentele uitrusting van de fysica plaats; Weegschalen, hydrometers, thermometers, hygrometers, loepen, een microscoop, optische prisma's, spectrometers en andere instrumenten werden geleidelijk geïntroduceerd in de praktijk van fysiek onderzoek. Daarnaast werden wiskundige methoden ontwikkeld waarmee natuurkundigen door middel van berekeningen mentaal konden doordringen in het rijk van verschijnselen die niet toegankelijk waren voor direct onderzoek door fysieke instrumenten. Dit alles breidde het onderwerp van de studie van de natuurkunde enorm uit; de studie van mechanische, thermische, geluids- en lichtverschijnselen, evenals de eigenschappen van vaste, vloeibare en gasvormige lichamen, werd aangevuld met de studie van elektrische en magnetische processen, de studie van de wereld van moleculen en atomen, en later de onthulling van de structuur van het atoom.
De technologische ontwikkeling en het sterk toegenomen belang van de natuurkunde voor de industrie hebben ertoe geleid dat natuurkundige laboratoria zijn uitgerust met een groot aantal nauwkeurige instrumenten, voornamelijk zeer geavanceerde elektrische en optische apparatuur. Strikte methoden voor het bestuderen van de chemische samenstelling en structuur van lichamen - spectraalanalyse, microscopie en röntgendiffractieanalyse - werden aangevuld met nog subtielere methoden, waarbij licht en röntgenstralen werden vervangen door atomaire en elektronenbundels. Er werden methoden gevonden die het mogelijk maakten om radioactieve stoffen te maken van gewone stoffen en om atomaire kernreacties uit te voeren, dat wil zeggen de transformatie van chemische elementen. Als gevolg hiervan is de natuurkunde gestegen tot het huidige stadium van experimentele en theoretische ontdekkingen, die leiden tot een nieuwe snelle verbetering en transformatie van technologie.
Uit wat is gezegd, is het duidelijk dat een van de kenmerkende kenmerken in de ontwikkeling van de natuurkunde de geleidelijke en systematische studie door de natuurkunde is van steeds fijnere, meer verborgen soorten fysieke beweging van materie, waar steeds kleinere materiedeeltjes beweging en waar de zeer geometrische beweging van deeltjes naar de achtergrond verdwijnt in vergelijking met andere verschijnselen. Deze richting in de historische ontwikkeling van de natuurkunde kan worden gekenmerkt door het schema: de studie van de mechanische beweging van lichamen (mechanica van vaste, vloeibare en gasvormige lichamen) ® de studie van elastische bewegingen van lichamen (theorie van elasticiteit, akoestiek) ® de studie van moleculaire thermische beweging (kinetische theorie, thermodynamica) ® studie van elektrische beweging (elektrodynamica) ® studie van intramoleculaire en intra-atomaire bewegingen (fysische chemie, optica) ® studie van corpusculair-stralende en intranucleaire bewegingen (elektronische fysica, de studie van radioactiviteit en kosmische straling, de studie van nucleaire transformaties).
Natuurlijk vereenvoudigt dit schema, zoals elk schema in het algemeen, de zaken. In feite zijn de genoemde bewegingsvormen zo met elkaar verbonden dat ontdekkingen op het gebied van een van de bewegingssoorten in veel gevallen een sterke invloed hebben op de studie van andere soorten beweging. Daarom is het onmogelijk om de historische stadia in de ontwikkeling van de natuurkunde duidelijk te identificeren, die strikt overeenkomen met het bovenstaande schema. Niettemin geeft dit schema correct de algemene richting van de ontwikkeling van de natuurkunde aan.
Een ander kenmerkend kenmerk in de ontwikkeling van de natuurkunde trekt de aandacht: gedurende lange tijd (in de 17e, 18e en eerste helft van de 19e eeuw) nam het concept van kracht bij de studie van verschillende fysieke soorten beweging de belangrijkste plaats in in nieuwe natuurkundige theorieën; later, in de tweede helft van de 19e eeuw, nam het begrip energie de belangrijkste plaats in in natuurkundige theorieën; in de natuurkunde van de 20e eeuw. de belangrijkste plaats in natuurkundige theorieën wordt ingenomen door het begrip handeling (het product van energie en tijd). Deze richting in de ontwikkeling van de natuurkunde betekent de bevrijding van de natuurkunde van de invloed van metafysische ideeën die ons ertoe hebben aangezet om krachten te beschouwen als de 'oorzaken van het ontstaan' van beweging; de natuurkunde heeft de noodzaak ontdekt om in theorieën een grootheid op de eerste plaats te zetten die de onderlinge omvormbaarheid van verschillende soorten beweging het meest volledig bepaalt; aanvankelijk werd aangenomen dat deze hoeveelheid energie is, maar het bleek dat de hoofdrol wordt gespeeld door actie.
Weerspiegeld geen objectieve realiteit in natuurkundige theorieën
Materialisten en idealisten benaderen de definitie van het doel en de inhoud van de natuurkunde, de beoordeling van de waarheid van haar wetten en theorieën vanuit totaal verschillende posities. Het begrip van de waarheid en de mogelijkheid om de waarheid te onthullen in de fysieke studie van de wereld is het tegenovergestelde voor materialisten en idealisten.
Vertegenwoordigers van de idealistische school die nu in het buitenland het meest wijdverbreid is - de volgelingen van Mach - gaan uit van het feit dat onze kennis van de natuur wordt gevormd door sensaties, en stellen dat de fysieke studie van de wereld ons daarom niets meer kan opleveren dan het leggen van verbanden tussen de feiten van gewaarwordingen die algemeen door alle mensen worden erkend. Mach schreef in een van zijn geschriften (in 1872) rechtstreeks dat het de taak van de natuurkunde is om 'de wetten van verband tussen gewaarwordingen te ontdekken'.
De meest consequente machisten zijn van mening dat gewaarwordingen, en niet dingen, de ware elementen van de wereld zijn; andere machisten van de neokantiaanse overtuiging, hoewel ze het met de materialisten eens zijn dat sensaties worden veroorzaakt door objectief bestaande dingen, geloven ze tegelijkertijd, in tegenstelling tot de materialisten, dat onze kennis beperkt is tot sensaties, dat dingen fundamenteel onkenbaar blijven.
Dienovereenkomstig ontkennen de machisten de mogelijkheid om de absolute waarheid te onthullen. Naar hun mening is er geen absolute waarheid, en als die er wel was, zou die altijd buiten de grenzen van de menselijke kennis blijven.
Maar wat is waarheid? Alle filosofen hebben zichzelf deze vraag altijd gesteld en op verschillende manieren beantwoord.
Filosofen met religieuze opvattingen zochten tevergeefs naar waarheid in religie, sommige idealistische filosofen zagen de waarheid in de morele verbetering van de mens, anderen in zijn subjectieve ideeën, weer anderen in de vergeestelijking van de hele natuur, de vierde beschouwde de waarheid als onkenbaar, enz. Volgens volgens de machisten kan menselijke kennis niet zeker zijn, en daarom zijn alle waarheden relatief; er is geen objectieve, absolute waarheid.
Volgens de machisten is het doel van de wetenschap niet om de waarheid te onthullen, maar om de feiten in een systeem te brengen dat de grootste economie van het denken zou verzekeren. Volgens de machisten onthullen fysieke concepten, wetten en theorieën niet de aard van de dingen, maar zijn ze slechts een geschikte vorm voor een volledig conventionele 'beschrijving van feiten'. Met 'feiten' bedoelen de machisten complexen van onze gewaarwordingen,
Hoe moet het zijn? actie vermogen om de inhoud en grenzen van de fysieke studie van de wereld te begrijpen?
“Allereerst moet worden opgemerkt dat in werkelijkheid het hele verloop van de historische ontwikkeling van de wetenschap, evenals het verloop van elk afzonderlijk wetenschappelijk onderzoek, verloopt volgens de dialectische wet die door V.I. Lenin is geformuleerd in de volgende woorden: “Van levende contemplatie naar abstract denken en van daaruit naar praktijk - dat is de dialectische manier van waarheidskennis, kennis van objectieve realiteit.” Wetenschappelijk onderzoek is dus de eenheid van theorie en praktijk, met de beslissende rol van de praktijk en de leidende rol van theorie.
Het resultaat van een experiment, bij het opzetten waarbij de onderzoeker zich al laat leiden door een bepaalde hypothese, maakt het mogelijk om de hypothese te testen, te verfijnen en uit te breiden tot het niveau van een theorie, een natuurkundige wet vast te stellen, d.w.z. de aard van een objectieve relatie tussen verschillende fysieke grootheden.
Ervaring (observatie, experiment, praktijk) is de bron van al onze kennis. Maar naast ervaring is ook theoretisch denken leidend voor de ontwikkeling van kennis. Zonder theoretische generalisaties, zonder aanwijzingen van de theorie over de redelijke richting van experimenten, is het voor de wetenschap onmogelijk om vooruit te komen.
Theoretische generalisaties van de moderne fysica vatten alles samen wat de onderzoekende menselijke geest heeft verworven op het gebied van het bestuderen van fysieke verschijnselen gedurende de gehele lange periode van de ontwikkeling van de cultuur. Om generalisaties te verduidelijken en een ontelbaar aantal feiten te bestrijken met relatief weinig theoretische concepten en formules, bleek het noodzakelijk om een aantal wiskundige wetenschappen te creëren: differentiaal- en integraalrekening, de theorie van differentiaal- en integraalvergelijkingen, variatierekening , wiskundige kansrekening, vectoranalyse, wiskundige veldentheorie, tensoranalyse enz. Het is niet eenvoudig om dit enorme wiskundige apparaat onder de knie te krijgen. De wiskundige moeilijkheden die een correct gebruik van moderne natuurkundige theorieën in de weg staan, schrikken sommige experimentele natuurkundigen soms af; het lot van zulke natuurkundigen is plat vulgair empirisme, dat hun onderzoek naar een doodlopende weg leidt.
Het komt vaak voor dat individuele natuurkundigen, als gevolg van wiskundige problemen, in plaats van moderne natuurkundige theorieën correct te gebruiken, hun eigen speciale, zeer vereenvoudigde hypothesen "van het plafond" bedenken, hypothesen die geen rekening houden met de hele complexe reeks feiten bestudeerd door de natuurkunde, lopen achter op de wetenschap en blijken daarom meestal hulpeloos of zelfs schadelijk te zijn.
De natuurkunde, die wordt verrijkt door experimenten, vertrouwt in haar ontwikkeling op wiskunde. Een zekere mathematisering van de natuurkunde is nodig, maar de overdreven abstractie van natuurkundige theorieën en de wiskundig gecompliceerde interpretatie van vragen die niet echt nodig zijn, zijn gevaarlijk. Dergelijke natuurkundige theorieën, die lijden aan overdreven formalisme, worden niet gebruikt door onderzoekers en verdrijven de natuurkunde uit de praktijk.
Het is kenmerkend dat de onnodige hypertrofie van het wiskundige apparaat in sommige natuurkundige theorieën, toegestaan door hun auteurs omwille van wiskundige "kunst omwille van de kunst" ten koste van de fysieke helderheid en eenvoud van de theorie, de uitvinding van veel nieuwe symbolen van weinig nut zonder de noodzaak vanwege de liefde voor symboliek, een speciale voorliefde voor fictieve hulpgrootheden en hun voorwaardelijke transformaties - al deze en soortgelijke kenmerken van het formalisme in de natuurkunde zijn het meest kenmerkend voor idealistische natuurkundigen.
Hoe abstract de theorie ook mag zijn, als ze waar is, als ze correct is geconstrueerd, dan moeten niet alleen haar conclusies overeenkomen met de werkelijkheid, maar moeten alle delen van de theorie, alle concepten en grootheden waarmee ze werkt, ook weerspiegelen objectieve werkelijkheid zo nauwkeurig mogelijk.
Laten we de kwestie van de normale relatie tussen theoretisch denken en objectieve werkelijkheid eens nader bekijken. De bron van denken zijn in de eerste plaats onze indrukken. Door het werk van de grote Russische fysioloog Sechenov werd vastgesteld dat er altijd een tussenliggend verband bestaat tussen een indruk en de objectieve redenen die aanleiding gaven tot een indruk. Bij visuele impressies is de tussenschakel bijvoorbeeld het beeld van objecten op het netvlies. Een tussenschakel, bijvoorbeeld een afbeelding van een object onder in het oog, wordt door het bewustzijn weerspiegeld door de activiteit van zenuwvezels en de hersenschors. Bijzonder belangrijk zijn Sechenovs overtuigende bewijzen dat de vormen en eigenschappen van objecten, hun verspreiding in de ruimte, hun bewegingen correct worden weergegeven, volledig in overeenstemming met de werkelijkheid.
Deze conclusie van Sechenov komt overeen met de marxistisch-leninistische theorie van reflectie: ons bewustzijn trekt indrukken uit gewaarwordingen, die enerzijds het resultaat zijn van de impact van externe objecten op de zintuigen, en anderzijds onlosmakelijk verbonden zijn met het werk van het denken; vanuit levende contemplatie leidt het proces van cognitie tot abstract denken, geverifieerd door de praktijk, en als resultaat geeft het menselijk bewustzijn de objectieve realiteit correct weer.
De activiteit van geheugen en denken is zowel gericht op het uiteenvallen (analyseren) van feiten, als op het verbinden van wat onderscheiden wordt tot één geheel - op generalisatie (synthese) door te abstraheren van de secundaire eigenschappen van een object of onbelangrijke tekenen van een fenomeen. Door een groot aantal feiten te veralgemenen, creëert ons bewustzijn representaties en concepten. Zo werkt abstract denken met concepten die, in volledige overeenstemming met de objectieve realiteit, de typische kenmerken van veel vergelijkbare dingen en de kenmerkende kenmerken van homogene verschijnselen weerspiegelen. Reflectie is een overeenkomst, een overeenkomst tussen waarneming of gedachte en objectieve werkelijkheid; reflectie is een beeld, of liever een plaatje, als een kopie van de objectieve wereld.
Bij de fysieke studie van de wereld gebruiken we de ideeën en concepten die zijn ontwikkeld in de studie van de meest visuele, meest tastbare vorm van beweging - mechanische beweging. Dit is hoe de concepten elektrische kracht, elektrische arbeid, magnetische kracht en arbeid, en de gerelateerde ideeën over elektrische en magnetische veldsterkten, elektrische potentiaal, enz., in de natuurkunde werden geïntroduceerd Naarmate onze kennis van meer complexe vormen van beweging zich ontwikkelde, sommige voorstellingen en concepten die zonder succes vanuit de mechanica in de natuurkunde werden geïntroduceerd, moesten worden weggegooid, omdat geen enkele complexe vorm van beweging volledig kan worden teruggebracht tot een eenvoudigere vorm van beweging; andere concepten bleven in principe behouden en werden in detail getransformeerd volgens de ontdekte kenmerken van de bestudeerde bewegingsvorm.
Fysische concepten en ideeën over fysieke grootheden zijn dus helemaal geen willekeurige vrucht van de creativiteit van ons denken of een eenvoudig resultaat van afspraken die door fysici zijn gemaakt om metingen te verenigen, zoals de machisten lijkt; fysieke concepten en ideeën over fysieke grootheden weerspiegelen de objectieve realiteit en weerspiegelen deze des te waarachtiger en vollediger, hoe hoger het ontwikkelingsstadium van de natuurkunde.
Al het onjuiste dat in de wetenschap wordt geïntroduceerd vanwege de ontoereikendheid van onze kennis en vanwege de passie voor formalisme, dat de natuurkunde vaak bezaait met kunstmatige, valse ideeën - dit alles wordt in de daaropvolgende ontwikkeling van de wetenschap onthuld als een discrepantie met de waarheid en verworpen .
De ontwikkeling van fysieke en theoretische concepten vindt plaats door de vervanging van sommige verouderde theorieën door andere, meer geavanceerde, die op een nieuwe manier het grotere scala aan bestudeerde fenomenen nauwkeuriger verklaren en tegelijkertijd alle waarheidskorrels behouden die in de oude theorieën.
Naast deze verandering in theorie, die leidt tot hun verbetering, d.w.z. tot een meer volledige weergave van de werkelijkheid, is het proces van geleidelijke en soms abrupte transformatie van de betekenis, de inhoud van fysieke concepten, van enorm belang voor de ontwikkeling van natuurkunde.
Een voorbeeld is de ontwikkeling van een van de fysieke basisconcepten - het concept van het atoom van materie.
De oude Grieken beschouwden het atoom als een extreem klein deeltje materie, hard, als een kleine kiezelsteen, met een bolvormige, ovale of andere vorm en uitgerust met haakvormige uitsteeksels, die de sterkte van het lichaam verzekeren wanneer de atomen naderen elkaar. In de 17e en 18e eeuw het atoom werd opgevat als de grens van de mechanische en chemische deling van de materie, als een absoluut vast inert deeltje, dat tegelijkertijd het centrum is van de krachten van de onderlinge zwaartekracht en de krachten van de moleculaire cohesie. Aan het einde van de XIX en aan het begin van de XX eeuw. het atoom begon te worden voorgesteld als een complex deeltje bestaande uit een wolk van positieve elektriciteit en een bepaald aantal elektronen erin geplaatst, die onder externe invloeden verschuiven en bewegen volgens de wetten van de klassieke elektrodynamica. Iets later, aan het begin van het tweede decennium van de 20e eeuw, werd ontdekt dat de positieve elektriciteit van het atoom is geconcentreerd in een kleine massieve atoomkern; elektronen roteren met een enorme snelheid rond de kern, die alleen in bepaalde stationaire banen worden gehouden en een verandering in de bewegingstoestand ervaren, niet volgens de wetten van de klassieke elektrodynamica, maar volgens totaal andere kwantumwetten. Op dit moment weten we dat de kern van elk atoom complex is en bestaat uit positieve kernen van het waterstofatoom - protonen en neutrale deeltjes met dezelfde massa - neutronen; bovendien werd het duidelijk dat de structuur van het atoom dichter bij de waarheid wordt weergegeven, niet door een meetkundig, maar door een energiebeeld, dat wordt onthuld door golfmechanica (vol. III).
Het concept van elektronen heeft ook een diepgaande, fundamentele verandering ondergaan, die tot voor kort in de natuurkunde werd beschouwd als de kleinste druppeltjes elektriciteit, gelijkmatig verdeeld in het volume van de bal of geconcentreerd op het oppervlak. Het volstaat te zeggen dat we ons momenteel elektronen en positronen voorstellen als deeltjes die niet alleen elektrische, maar ook zuiver magnetische eigenschappen hebben, alsof ze worden veroorzaakt door de rotatie van deze deeltjes om hun as, maar in werkelijkheid een complexere oorsprong hebben; bovendien is het bekend dat elektronen en positronen, zoals alle kleinste materiedeeltjes in het algemeen, bepaalde eigenschappen hebben die inherent zijn aan golven; Tenslotte werd gevonden dat onder bepaalde omstandigheden een deeltjespaar, een elektron en een positron, kan veranderen in een zogenaamd gamma-foton-materiaalpakket van elektromagnetische golven, zoals een stralingsdeeltje, dat nog doordringender is dan X -stralen.
Zelfs zulke schijnbaar eenvoudige concepten als gewicht en massa ondergingen ingrijpende veranderingen tijdens de ontwikkeling van de natuurkunde.
De eerste transformatie van het concept van het gewicht van lichamen werd veroorzaakt door de ontdekking van de bolvorm van de aarde: het concept van gewicht moest worden geassocieerd met de richting van de gewichtskracht naar het centrum van de aarde. De zwaartekrachtwet van Newton maakte het mogelijk om het onjuiste begrip van het lichaamsgewicht als een onveranderlijke eigenschap van dit lichaam te detecteren en leidde tot een uitgebreid begrip van gewicht als een manifestatie van zwaartekracht tussen het beschouwde lichaam en de bol of een ander hemellichaam, als we bedoelen het gewicht van het lichaam in relatie tot bijvoorbeeld de maan, waarmee - of de planeet, tot de zon, enz.
Tegelijkertijd werd de afhankelijkheid van het gewicht van het lichaam op aarde van de hoogte van het lichaam boven zeeniveau duidelijk. In overeenstemming met deze wetten van de mechanica en het feit van de dagelijkse rotatie van de aarde en haar onnauwkeurige bolvorm, werd een complexe afhankelijkheid van gewicht als de druk van een lichaam op een steun op de geografische breedte van het gebied ontdekt. Een nog uitgebreider idee van gewicht werd vastgesteld in de zwaartekrachttheorie van Einstein: hier werd het begrip van zwaartekracht, en in het bijzonder gewicht, geassocieerd met de eigenschappen van de ruimte zelf, waarin de zwaartekrachtmassa's zich bevinden.
Het idee van massa als de hoeveelheid materie in het lichaam en tegelijkertijd als een maat voor traagheid werd door Newton in de natuurkunde geïntroduceerd. Lange tijd werd massa gezien als een absolute, onveranderlijke eigenschap van het lichaam, volledig onafhankelijk van de bewegingstoestand van het lichaam, de mate van verwarming, elektrificatie, enz. Toen echter elektronen werden ontdekt en bestudeerd, bleek het bleek dat hun massa van elektromagnetische oorsprong is. Dit leidde op zijn beurt tot de ontdekking van de afhankelijkheid van de massa van het lichaam van de snelheid van zijn beweging, die alleen van invloed is op zeer hoge snelheden, evenredig met de snelheid van het licht. Deze ontdekking bracht met zich mee dat de lichtsnelheid in de leegte (in de ether) de maximale, de hoogst mogelijke bewegingssnelheid is. Ten slotte werd vastgesteld dat de massa van een lichaam en de energie van een lichaam twee maten zijn van materie in zijn beweging, en dat deze twee maten, een die de hoeveelheid materie bepaalt - massa, en de andere die de omvang van beweging en interactie - energie, zijn strikt evenredig aan elkaar. De evenredigheidsfactor waarmee de massa van een lichaam, uitgedrukt in grammen, moet worden vermenigvuldigd om zijn energie in ergs te verkrijgen, is gelijk aan het kwadraat van de lichtsnelheid in vacuüm (in cm/sec).
In het ontwikkelingsproces van de fysica zijn, zoals bekend, ideeën over warmte, over magnetisme, over licht, over de aard van moleculaire krachten, enz. onherkenbaar veranderd.Elke nieuwe, veranderde inhoud van fysieke concepten dieper, of liever , weerspiegelt vollediger de objectieve realiteit.
Het doel van de natuurkunde is de verovering van de natuur door de mens te bevorderen en in dit opzicht de ware structuur van de materie en de wetten van haar beweging te onthullen.
Wetenschap ontstond in de oudheid als een poging om de omringende verschijnselen, de relatie tussen natuur en mens, te begrijpen. Aanvankelijk was het niet verdeeld in afzonderlijke gebieden, zoals het nu is, maar verenigd in één gemeenschappelijke wetenschap - filosofie. Astronomie ontstond eerder als een aparte discipline dan de natuurkunde en is, samen met wiskunde en mechanica, een van de oudste wetenschappen. Later kwam ook de natuurwetenschap naar voren als een zelfstandige discipline. De oude Griekse wetenschapper en filosoof Aristoteles noemde natuurkunde een van zijn werken.
Een van de belangrijkste taken van de natuurkunde is het verklaren van de structuur van de wereld om ons heen en de processen die daarin plaatsvinden, om de aard van de waargenomen verschijnselen te begrijpen. Een andere belangrijke taak is het identificeren en leren van de wetten die de wereld om ons heen beheersen. De wereld kennende, gebruiken mensen de wetten van de natuur. Alle moderne technologie is gebaseerd op de toepassing van wetten die door wetenschappers zijn ontdekt.
Met de uitvinding in de jaren 1780. De stoommachine zette de industriële revolutie in gang. De eerste stoommachine werd uitgevonden door de Engelse wetenschapper Thomas Newcomen in 1712. Een voor industrieel gebruik geschikte stoommachine werd voor het eerst gemaakt in 1766 door de Russische uitvinder Ivan Polzunov (1728-1766).De Schot James Watt verbeterde het ontwerp. De door hem in 1782 gecreëerde tweetakt-stoommachine zette machines en mechanismen in fabrieken in beweging.
De kracht van door stoom aangedreven pompen, treinen, stoomboten, draaiende weefgetouwen en tal van andere machines. Een krachtige impuls voor de ontwikkeling van technologie was de oprichting van de eerste elektromotor door de Engelse natuurkundige Michael Faraday in 1821, de "briljante autodidact". Creatie in 1876 De Duitse ingenieur Nikolaus Otto van een viertakt verbrandingsmotor opende het tijdperk van de auto-industrie, maakte het bestaan en wijdverbreid gebruik van auto's, diesellocomotieven, schepen en andere technische objecten mogelijk.
Wat vroeger als fantasie werd beschouwd, wordt nu het echte leven, wat we ons niet meer kunnen voorstellen zonder audio- en videoapparatuur, een personal computer, mobiele telefoon en internet. Hun verschijning is te danken aan ontdekkingen die op verschillende gebieden van de natuurkunde zijn gedaan.
De ontwikkeling van technologie draagt echter bij aan vooruitgang in de wetenschap. De creatie van een elektronenmicroscoop maakte het mogelijk om in de stof te kijken. De creatie van nauwkeurige meetinstrumenten maakte het mogelijk om de resultaten van experimenten nauwkeuriger te analyseren. Een enorme doorbraak op het gebied van ruimteverkenning werd juist in verband gebracht met de opkomst van nieuwe moderne instrumenten en technische apparaten.
Zo speelt natuurkunde als wetenschap een grote rol in de ontwikkeling van de beschaving. Het bracht de meest fundamentele ideeën van mensen over - ideeën over ruimte, tijd, de structuur van het heelal, waardoor de mensheid een kwalitatieve sprong in haar ontwikkeling kon maken. De vooruitgang in de natuurkunde maakte het mogelijk om een aantal fundamentele ontdekkingen te doen in andere natuurwetenschappen, met name in de biologie. De ontwikkeling van de natuurkunde zorgde in hoge mate voor de snelle vooruitgang van de geneeskunde.
De hoop van wetenschappers om de mensheid te voorzien van onuitputtelijke alternatieve energiebronnen, waarvan het gebruik vele ernstige milieuproblemen zal oplossen, houdt ook verband met de successen van de natuurkunde. De moderne natuurkunde is ontworpen om inzicht te verschaffen in de diepste fundamenten van het universum, de opkomst en ontwikkeling van ons universum, de toekomst van de menselijke beschaving.
Het ontstaan en de ontwikkeling van de natuurkunde als wetenschap. Natuurkunde is een van de oudste wetenschappen over de natuur. De eerste natuurkundigen waren Griekse denkers die probeerden de waargenomen natuurverschijnselen te verklaren. De grootste van de oude denkers was Aristoteles (384-322 pp. BC), die het woord "<{>vai ?," ("fusis")
Wat betekent natuur in het Grieks? Maar denk niet dat Aristoteles' 'Natuurkunde' ook maar enigszins lijkt op moderne natuurkunde-leerboeken. Niet! Daarin vind je geen enkele beschrijving van een experiment of apparaat, geen tekening of tekening, geen enkele formule. Het bevat filosofische reflecties over dingen, over tijd, over beweging in het algemeen. Alle werken van wetenschappers-denkers uit de oudheid waren hetzelfde. Hier is hoe de Romeinse dichter Lucretius (ca. 99-55 pp. BC) de beweging van stofdeeltjes in een zonnestraal beschrijft in het filosofische gedicht "On the Nature of Things": Van de oude Griekse filosoof Thales (624-547 pp. BC) onze kennis van elektriciteit en magnetisme is ontstaan, Democritus (460-370 pp. BC) is de grondlegger van de doctrine van de structuur van materie, hij was het die suggereerde dat alle lichamen uit de kleinste deeltjes bestaan - atomen, Euclides (III eeuw voor Christus) behoorde tot belangrijk onderzoek op het gebied van optica - hij formuleerde eerst de basiswetten van geometrische optica (de wet van rechtlijnige voortplanting van licht en de wet van reflectie), beschreef de werking van platte en bolvormige spiegels.
Onder de vooraanstaande wetenschappers en uitvinders van deze periode wordt de eerste plaats ingenomen door Archimedes (287-212 pp. BC). Van zijn werken "On the balance of planes", "On floating bodies", "On levers", beginnen secties van de natuurkunde als mechanica en hydrostatica hun ontwikkeling. Het slimme technische talent van Archimedes manifesteerde zich in de mechanische apparaten die hij ontwierp.
Vanaf het midden van de zestiende eeuw. een kwalitatief nieuwe fase in de ontwikkeling van de natuurkunde begint - experimenten en experimenten beginnen in de natuurkunde te worden gebruikt. Een van de eerste is Galileo's ervaring met het gooien van een kanonskogel en een kogel vanaf de scheve toren van Pisa. Deze ervaring werd beroemd omdat het wordt beschouwd als de "verjaardag" van de natuurkunde als experimentele wetenschap.
Een krachtige impuls voor de vorming van de natuurkunde als wetenschap waren de wetenschappelijke werken van Isaac Newton. In het werk "Mathematical Principles of Natural Philosophy" (1684) ontwikkelt hij een wiskundig apparaat voor het verklaren en beschrijven van fysische verschijnselen. Op de door hem geformuleerde wetten werd de zogenaamde klassieke (Newtoniaanse) mechanica gebouwd.
Snelle vooruitgang in de studie van de natuur, de ontdekking van nieuwe verschijnselen en natuurwetten droegen bij aan de ontwikkeling van de samenleving. Sinds het einde van de 18e eeuw heeft de ontwikkeling van de natuurkunde gezorgd voor een snelle ontwikkeling van de technologie. Op dit moment verschenen en verbeterden stoommachines. Vanwege hun brede gebruik in productie en transport, wordt deze periode de "leeftijd van het paar" genoemd. Tegelijkertijd worden thermische processen diepgaand bestudeerd en wordt een nieuwe sectie in de natuurkunde uitgekozen - thermodynamica. De grootste bijdrage aan de studie van thermische verschijnselen is van S. Carnot, R. Clausius, D. Joule, D. Mendeleev, D. Kelvin en vele anderen.
Geschiedenis van de natuurkunde
Educatieve instelling van de federale staat
Middelbaar beroepsonderwijs
Montenegrijnse mechanische en technologische universiteit
vakgebied: Natuurkunde
voltooid:
1e jaars student
specialiteit
"Warmtetoevoer en
thermotechnisch
apparatuur"
Krylov AE
gecontroleerd: Timoshkin A.I.
Tsjernogorsk 2009
Plan
1. Geschiedenis van de natuurkunde
2. Onderwerp en structuur van de natuurkunde
3. Hoofdstadia in de geschiedenis van de ontwikkeling van de natuurkunde
4. Verbinding van moderne natuurkunde met technologie en andere natuurwetenschappen
5. De rol van warmtemotoren in het menselijk leven
1. Geschiedenis van de natuurkunde
Fysica (Grieks ta physika, van physis - nature), de wetenschap van de natuur, die de eenvoudigste en tegelijkertijd de meest algemene eigenschappen van de materiële wereld bestudeert. Volgens de bestudeerde objecten is de fysica onderverdeeld in de fysica van elementaire deeltjes, atoomkernen, atomen, moleculen, vaste stoffen, plasma's, enz. De belangrijkste secties van de theoretische fysica omvatten: mechanica, elektrodynamica, optica, thermodynamica, statistische fysica, relativiteitstheorie , kwantummechanica, kwantumveldentheorie.
De natuurkunde begon zich al vóór BC te ontwikkelen. e. (Democritus, Archimedes, enz.); in de 17e eeuw klassieke mechanica wordt gecreëerd (I. Newton); bedriegen. 19e eeuw de vorming van de klassieke natuurkunde was in principe voltooid. In het begin. 20ste eeuw er vindt een revolutie plaats in de natuurkunde, het wordt kwantum (M. Planck, E. Rutherford, N. Bohr). In de jaren 20. kwantummechanica werd ontwikkeld - een consistente theorie van de beweging van microdeeltjes (L. de Broglie, E. Schrödinger, W. Heisenberg, W. Pauli, P. Dirac). Tegelijkertijd (aan het begin van de 20e eeuw) verscheen een nieuwe doctrine van ruimte en tijd - de relativiteitstheorie (A. Einstein), de natuurkunde werd relativistisch. Op de 2e verdieping. 20ste eeuw er is een verdere significante transformatie van de fysica die verband houdt met de kennis van de structuur van de atoomkern, de eigenschappen van elementaire deeltjes (E. Fermi, R. Feynman, M. Gell-Man en anderen), gecondenseerde media (D. Bardin, L. D. Landau, N. N. Bogolyubov en anderen).
Natuurkunde is een bron van nieuwe ideeën geworden die de moderne technologie hebben getransformeerd: kernenergietechniek (I.V. Kurchatov), kwantumelektronica (N.G. Basov, A.M. Prokhorov en C. Townes), micro-elektronica, radar, enz. ontstonden en ontwikkelden zich in de resultaat van de vooruitgang in de natuurkunde.
2. Onderwerp en structuur van de natuurkunde
Het Griekse woord natuurkunde (van zeuit - natuur) betekent de wetenschap van de natuur. In het tijdperk van de vroege Griekse cultuur, wetenschap was nog steeds onverdeeld en omvatte alles wat bekend was over aardse en hemelse verschijnselen. In Engeland heeft de filosofie tot op de dag van vandaag de naam 'natuurlijke filosofie' behouden. als de werkelijke accumulatie materiaal en zijn wetenschappelijke generalisatie, met de differentiatie van wetenschappelijke kennis en onderzoeksmethoden van de natuurfilosofie, als een algemene doctrine van de natuur, astronomie, natuurkunde, scheikunde, biologie, geologie, technisch. wetenschap.
De grenzen tussen natuurkunde en andere disciplines zijn nooit duidelijk geweest. De reeks fenomenen die F. bestudeerde, veranderde in verschillende perioden van zijn geschiedenis. Bijvoorbeeld in de 18e eeuw kristallen werden alleen door mineralogie bestudeerd; in de 20ste eeuw structuur en fysiek de eigenschappen van kristallen zijn het onderwerp van kristalfysica. Daarom zijn pogingen om een strikte definitie van natuurkunde als wetenschap te geven door de klasse van objecten die door haar wordt bestudeerd te beperken, niet succesvol. Elk object heeft zulke algemene eigenschappen (mechanisch, elektrisch, enz.) dat het onderwerp van studie van de natuurkunde is.Tegelijkertijd zou het verkeerd zijn om de oude definitie van natuurkunde als natuurwetenschap te behouden. Het dichtst bij de waarheid is de definitie van moderne natuurkunde als een wetenschap die de algemene eigenschappen en bewegingswetten van materie en velden bestudeert. Deze definitie maakt het mogelijk om de relatie van de natuurkunde met andere natuurwetenschappen te verduidelijken. Het verklaart waarom F. zo'n grote rol speelt in de moderne natuurwetenschap.
F. midden 20e eeuw. kunnen worden onderverdeeld: volgens de bestudeerde objecten - in moleculaire fysica, atoomfysica, elektronische fysica (inclusief de theorie van het elektromagnetische veld), kernfysica, elementaire deeltjesfysica en de theorie van het zwaartekrachtveld; en over processen en verschijnselen - over mechanica en akoestiek, de leer van warmte, de leer van elektriciteit en magnetisme, optica, de leer van atomaire en nucleaire processen. Deze twee manieren om een functie onder te verdelen overlappen elkaar gedeeltelijk, aangezien er een zekere overeenkomst is tussen objecten en processen. Het is belangrijk om te benadrukken dat er ook geen scherpe randen zijn tussen de verschillende secties van de F.. Zo kan optica in de breedste zin van het woord (als de doctrine van elektromagnetische golven) worden beschouwd als een onderdeel van elektriciteit; de fysica van elementaire deeltjes wordt meestal kernfysica genoemd.
De meest algemene theorieën van de moderne F. zijn: de relativiteitstheorie, kwantummechanica, statistiek. F., algemene theorie van trillingen en golven. Volgens onderzoeksmethoden worden experimenteel F. en theoretisch onderscheiden. F. Volgens de doelstellingen van het onderzoek wordt ook toegepaste F vaak onderscheiden.
De uitgebreide vertakking van de moderne filosofie en de nauwe verbondenheid met andere takken van natuurwetenschap en technologie hebben geleid tot de opkomst van vele grensdisciplines. In de 19e en 20e eeuw in de grensgebieden ontstonden een aantal wetenschappelijke disciplines: astrofysica, geofysica, biofysica, agrofysica, chemie. F.; fysiek en technisch ontwikkeld. wetenschappen: thermische fysica, elektrofysica, radiofysica, metaalfysica, toegepaste optica, elektro-akoestiek, enz.
Zo'n tak van de natuurkunde als mechanica, in de 19e eeuw. onderscheidde zich als een onafhankelijke wetenschap met haar eigen bijzonderheden. methoden en toepassingsgebieden. Moderne mechanica, die betrekking heeft op de mechanica van punten en systemen van punten, de theorie van elasticiteit, hydrodynamica en aerodynamica, vormt de basis van de theorie van mechanismen, de sterkte en stabiliteit van constructies, de basis van luchtvaart en waterbouwkunde.
3. Hoofdstadia in de geschiedenis van de ontwikkeling van de natuurkunde
Prehistorie van de natuurkunde. Observatie van fysieke verschijnselen vond plaats in de oudheid. Het proces van accumulatie van feitelijke kennis was toen nog niet gedifferentieerd; fysieke, geometrische en astronomische concepten die samen werden ontwikkeld.
De economische noodzaak om land te scheiden en tijd te meten leidde tot de ontwikkeling van metingen van ruimte en tijd in de oudheid - in Egypte, China, Babylonië en Griekenland. Systeem-tic. De opeenstapeling van feiten en pogingen om ze te verklaren en te veralgemenen, die voorafgingen aan de oprichting van F. (in de moderne zin van het woord), waren bijzonder intensief in het tijdperk van de Grieks-Romeinse cultuur (6e eeuw voor Christus - 2e eeuw na Christus). In dit tijdperk werden de eerste ideeën over de atomaire structuur van materie (Democritus, Epicurus, Lucretius) geboren, geocentrisch werd gecreëerd. systeem van de wereld (Ptolemaeus), het begin van heliocentrische verscheen. systemen (Aristarchus van Samos), werden enkele eenvoudige statische wetten opgesteld (de regels van de hefboom, het zwaartepunt), de eerste resultaten van toegepaste optica werden verkregen (spiegels werden gemaakt, de wet van lichtreflectie werd ontdekt, het fenomeen van breking werd ontdekt), werden de eenvoudigste principes van hydrostatica ontdekt (de wet van Archimedes). De eenvoudigste verschijnselen van magnetisme en elektriciteit waren in de oudheid bekend.
De leer van Aristoteles vatte de kennis van de voorgaande periode samen. De fysica van Aristoteles, gebaseerd op het principe van de doelmatigheid van de natuur, hoewel het bepaalde correcte bepalingen bevatte, verwierp tegelijkertijd de geavanceerde ideeën van zijn voorgangers, inclusief de ideeën van het heliocentrische. astronomie en atomisme.
De leer van Aristoteles, heilig verklaard door de kerk, werd een rem op de verdere ontwikkeling van de wetenschap. Na duizenden jaren van stagnatie en onvruchtbaarheid, herleefde de wetenschap pas in de 15e-16e eeuw. tegen de opvattingen van Aristoteles. In 1543 publiceerde N. Copernicus zijn essay Over de omwentelingen van de hemellichamen; de publicatie ervan was een revolutionaire daad, waarmee “de bevrijding van de natuurwetenschap van de theologie haar afrekening begint” (Engels F., Dialectics of Nature, 1955, p. 5). De heropleving van de wetenschap was te danken aan Ch. arr. de behoeften van de productie tijdens de productieperiode. Geweldig geografisch ontdekkingen, in het bijzonder de ontdekking van Amerika, hebben bijgedragen tot de opeenstapeling van veel nieuwe waarnemingen en het omverwerpen van oude vooroordelen. De ontwikkeling van ambachten, scheepvaart en artillerie creëerden prikkels voor wetenschappelijk onderzoek. Het wetenschappelijk denken concentreerde zich op de problemen van constructie, hydrauliek en ballistiek, en de belangstelling voor wiskunde nam toe. De ontwikkeling van technologie heeft mogelijkheden gecreëerd voor experimenten. Leonardo da Vinci organiseerde een hele reeks fysieke vragen en probeerde ze door ervaring op te lossen. Hij bezit het gezegde: "Ervaring bedriegt nooit, alleen onze oordelen bedriegen."
De eerste periode van ontwikkeling van de natuurkunde begint met de werken van G. Galileo. Het was Galileo die de maker was van de experimentele methode in F. Een zorgvuldig doordacht experiment, de scheiding van secundaire factoren van de belangrijkste in het bestudeerde fenomeen, de wens om exacte kwantitatieve relaties vast te stellen tussen de parameters van het fenomeen - dat is de methode van Galileo. Met deze methode heeft Galileo de eerste basis gelegd dynamiek. Hij kon aantonen dat niet snelheid, maar versnelling een gevolg is van externe invloeden op het lichaam. In zijn werk "Gesprekken en wiskundige bewijzen betreffende twee nieuwe takken van wetenschap ..." (1638), staaft Galileo deze conclusie overtuigend, die de eerste formulering is van de traagheidswet en schijnbare tegenstrijdigheden elimineert. Hij bewijst door ervaring dat de versnelling van vrije val van lichamen niet afhankelijk is van hun dichtheid en massa. Als we de beweging van een geworpen lichaam beschouwen, vindt Galileo de wet van optelling van bewegingen en drukt hij in wezen de stelling uit over de onafhankelijkheid van de werking van krachten. De "Gesprekken" geeft ook informatie over de kracht van lichamen.
In de werken van Galileo en B. Pascal (en zelfs eerder, de Nederlandse wetenschapper S. Stevin) werden de fundamenten van hydrostatica gelegd. Galileo deed ook belangrijke ontdekkingen op andere gebieden van de natuurkunde: hij was de eerste die het fenomeen van oppervlaktespanning, dat veel later werd bestudeerd, experimenteel bevestigde. Galileo verrijkt de toegepaste optica met zijn telescoop, en zijn thermometer leidde tot de kwantitatieve studie van thermische verschijnselen.
Dus in de 17e eeuw. de fundamenten van de mechanica werden gelegd en het onderzoek begon op de belangrijkste gebieden van F. - in de doctrine van elektriciteit en magnetisme, warmte, fysiek. optica en akoestiek.
In de 18e eeuw de verdere ontwikkeling van alle gebieden van de fysica gaat door.Newtoniaanse mechanica wordt een vertakt kennissysteem dat de bewegingswetten van aardse en hemellichamen omarmt. Door de werken van L. Euler, Frans. wetenschapper A. Clairaut en anderen creëerden hemelmechanica, tot een hoge perfectie gebracht door P. Laplace. De opening van de Duitse astronoom I. Galle in 1846 een nieuwe planeet - Neptunus, was het bewijs van de kracht van de hemelmechanica.
Een belangrijke stimulans voor de ontwikkeling van de mechanica waren de eisen van de fabriek en vervolgens de machinale productie. L. Euler legt de basis voor rigide lichaamsdynamica. J. D "Alembert ontwikkelt de dynamiek van niet-vrije systemen. D. Bernoulli, L. Euler en J. Lagrange leggen de basis voor de hydrodynamica van een ideale vloeistof. C. Coulomb bestudeert de wetten van wrijving en torsie. In Lagrange's Analytical Mechanica, de vergelijkingen van de mechanica worden in zo'n algemene vorm gepresenteerd dat ze toepasbaar zijn op niet-mechanische processen, bijvoorbeeld elektromagnetische processen (als de functies die erin zijn opgenomen correct worden geïnterpreteerd). In de ontwikkelde vorm wordt mechanica de basis van de machinetechniek van die tijd, in het bijzonder de hydrauliek.
In andere delen van F. in de 18e eeuw. er is een verdere accumulatie van experimentele gegevens, de eenvoudigste wetten worden geformuleerd. De Franse natuurkundige C. Dufay ontdekt het bestaan van twee soorten elektriciteit. W. Franklin formuleert de wet van behoud van lading. In het midden van de 18e eeuw creëerde de eerste elektrische condensator (Leyden bank P. Mushenbruk in Holland), die het mogelijk maakte om grote elektrische apparaten te accumuleren. ladingen, die de studie van de wet van hun interactie vergemakkelijkten. Deze wet, die de basis vormt van elektrostatica, werd onafhankelijk ontdekt door G. Cavendish en J. Priestley (Engeland) en S. Coulomb (Frankrijk). Met behulp van torsiebalansen vond Coulomb niet alleen de wet van interactie van vaste ladingen, maar ook een soortgelijke wet voor magnetische polen. Met hetzelfde instrument mat Cavendish de zwaartekrachtconstante. I. Wilke (Duitsland) ontdekte elektrostatisch. inductie. De doctrine van atmosferische elektriciteit ontstond. V. Franklin in 1752 en een jaar later, M. V. Lomonosov en G. V. Richman bestudeerden bliksemontladingen en bleken elektrisch te zijn. de aard van bliksem. In de optica ging de verbetering van de telescooplens door (L. Euler, de Engelse wetenschapper J. Dollond). De werken van P. Bouguer (Frankrijk) en I. Lambert (Duitsland) begonnen fotometrie te creëren. Engels wetenschappers W. Herschel en W. Wollaston ontdekten infraroodstralen, en Duits. wetenschapper I. Ritter - ultraviolet. Er begon veel aandacht te worden besteed aan de verschijnselen van luminescentie. Er werden methoden voor thermometrie ontwikkeld, thermometrisch. schubben. De ontwikkeling van chemie en metallurgie stimuleerde de ontwikkeling van de warmtetheorie. J. Black (Engeland) stelde het verschil vast tussen temperatuur en de hoeveelheid warmte, nadat hij de latente warmte van smeltend ijs had ontdekt. Het begrip warmtecapaciteit werd geformuleerd, de warmtecapaciteiten van verschillende stoffen werden gemeten en calorimetrie werd opgericht. Lomonosov voorspelde het bestaan van het absolute nulpunt. Studies van thermische geleidbaarheid en thermische straling, evenals de studie van de thermische uitzetting van lichamen, begonnen. In dezelfde periode werd de stoommachine gemaakt en begon deze te verbeteren.
De relativiteitstheorie is een van de meest algemene theorieën van de moderne F. Niet minder belangrijke en effectieve generalisatie van het fysieke. feiten en patronen was kwantummechanica(zie), gemaakt aan het einde van het 1e kwart van de 20e eeuw. als resultaat van studies van de interactie van straling met materiedeeltjes en de studie van de toestanden van intra-atomaire elektronen.
Zelfs aan het einde van de 19e eeuw. het bleek dat de wet van de verdeling van de energie van thermische straling over het spectrum, afgeleid van de klassieke. de wet op de gelijke verdeling van energie over vrijheidsgraden, is in tegenspraak met de werkelijkheid. Volgens de wet van Rayleigh-Jeans moet de stralingsintensiteit evenredig zijn met de temperatuur en het kwadraat van de stralingsfrequentie. Dit leidde tot de duidelijk onjuiste conclusie dat elk lichaam bij elke temperatuur voldoende intens zichtbaar licht zou moeten uitstralen. De Duitse wetenschapper M. Planck vond in 1900 de wet van energieverdeling in het spectrum van thermische straling die overeenkomt met experiment, waarbij hij een nieuwe veronderstelling maakte dat de atomen van een stof tijdens straling alleen energie verliezen in bepaalde delen (quanta) die evenredig zijn met de straling frequentie; de evenredigheidscoëfficiënt (de constante van Planck) moet een universele constante zijn. Plancks hypothese over de kwantisering van stralingsenergie was het uitgangspunt van de kwantumtheorie. Toen kon Einstein (in 1905) de wetten van het foto-elektrisch effect verklaren , aangenomen dat het stralingsveld een gas is van speciale lichtdeeltjes - fotonen. De fotonentheorie van licht maakte het mogelijk om andere fenomenen van de interactie van straling met materiedeeltjes correct te verklaren. Zo bleek dat licht een tweeledig karakter heeft: corpusculaire golf. De kwantisering van straling die wordt uitgezonden of geabsorbeerd door de atomen van materie leidde tot de conclusie dat de energie van intra-atomaire bewegingen ook stapsgewijs kan veranderen. Dit gevolg was in strijd met de modellen van het atoom, die vóór 1913 waren gemaakt. Het meest perfecte model van het atoom tegen die tijd was het nucleaire model van Rutherford, gebaseerd op de toen bekende feiten van de passage van snelle a-deeltjes door materie. In dit model bewogen de elektronen rond de atoomkern volgens de wetten van de klassieke oudheid. mechanica en continu uitgestraald licht volgens de wetten van de klassieke. elektrodynamica, wat in strijd was met het feit van stralingskwantisatie. De eerste stap naar het oplossen van deze tegenstelling werd in 1913 gezet door de Deense wetenschapper N. Bohr, die de klassieker in zijn model van het atoom behield. banen voor elektronen in de stationaire toestanden van het atoom, maar ging ervan uit dat niet alle denkbare banen zijn toegestaan, maar slechts een discrete reeks ervan. Omdat aan elke baan een bepaalde waarde van energie en impulsmoment is gekoppeld, bleken deze grootheden ook gekwantiseerd te zijn. Wanneer een atoom van de ene toegestane baan naar de andere gaat, zendt of absorbeert het een foton. De discretie van de energie van het atoom heeft directe bevestiging gevonden in de wetten van de atoomspectra en in de verschijnselen van botsingen van atomen met elektronen. .
In de afgelopen 20 jaar is het aantal bekende elementaire deeltjes meerdere malen toegenomen. Naast elektronen en positronen, protonen en neutronen (evenals fotonen), zijn er verschillende soorten mesonen ontdekt. Het bestaan van een neutraal deeltje, het neutrino, is bewezen. Na 1953 werden nieuwe ontdekkingen van fundamenteel belang gedaan: zware onstabiele deeltjes met massa's groter dan de massa's van nucleonen, de zogenaamde. hyperonen, die worden beschouwd als aangeslagen toestanden van nucleonen. In 1955 werd het bestaan van het antiproton ontdekt.
Al deze ontdekkingen getuigen dat elk soort elementaire deeltjes in staat is tot transformaties, dat elementaire deeltjes kunnen ontstaan (“geboren worden”) en verdwijnen, en veranderen in deeltjes van een ander type. Dit bewijst de aanwezigheid van genetische verbindingen tussen verschillende elementaire deeltjes, en de directe taak van dit gebied van de natuurkunde is om hun relatie te ontwikkelen. Deze feiten geven ook aan dat elementaire deeltjes geenszins elementair zijn, in de absolute zin van het woord, maar een complexe structuur hebben, die nog moet worden onthuld. De moderne natuurkunde heeft de voorspelling van V. I. Lenin over de onuitputtelijkheid van het elektron bevestigd. De moderne theorie van elementaire deeltjes interpreteert ze als manifestaties van verschillende velden - elektromagnetisch, elektron-positron, meson, enz. De basis voor een dergelijke interpretatie is het bovengenoemde vermogen van deeltjes om te transformeren, naar verschijning en verdwijning met het verschijnen van deeltjes van een ander veld (of andere velden). Een opmerkelijk resultaat van deze theorie is de conclusie dat zelfs bij afwezigheid van deeltjes van een bepaald type in een bepaald gebied van de ruimte, de zogenaamde nul (kleinste) vacuümveld van een bepaald type, gemanifesteerd in een aantal effecten .
Met een verkeerd begrip van deze basisbepalingen van het wetenschappelijk materialisme, werd elke nieuwe fase, die nieuwe objecten en nieuwe aspecten in de natuurverschijnselen opende, door sommige natuurkundigen gezien als een volledige ontkenning van een theorie die op een uitgebreide feitelijke basis was gebaseerd. materieel, als een weerlegging van de materialiteit van de wereld. In werkelijkheid gaat het altijd om een nieuwe theorieontwikkeling, om het omarmen van een nieuw aspect van verschijnselen. De onbekendheid van de nieuwe eigenschappen van de materie werd door idealisten aangehaald als basis om de materie zelf te ontkennen, terwijl in feite het begrip materie wordt aangevuld met een meer diverse inhoud. Zo werd bijvoorbeeld de dubbele corpusculaire golfaard van microdeeltjes, vastgesteld door de kwantumtheorie, geïnterpreteerd als een argument ten gunste van de "spookheid" van materie, de relatie tussen massa en energie - als een ontkenning van materie als drager van energie. De onbekendheid van nieuwe ideeën wordt door sommige idealistische filosofen gebruikt om de mogelijkheid te ontkennen om de essentie van dingen en verschijnselen te kennen. Dit verkeerde beeld van de werkelijkheid, dat ook invloed heeft op de gebieden die grenzen aan biologie en astronomie, wordt bestreden door de wetenschappelijk onderbouwde filosofie van de dialectiek. materialisme.
4. Verbinding van moderne natuurkunde met technologie en andere natuurwetenschappen
F. is gegroeid uit de behoeften van technologie en maakt continu gebruik van zijn ervaring; technologie bepaalt voor een groot deel de stof van de natuurkunde. Onderzoek. Maar het is ook waar (vooral voor de moderne natuurkunde) dat technologie voortkomt uit de natuurkunde, wat in de fysieke laboratoria creëren nieuwe takken van technologie en nieuwe methoden om technische problemen op te lossen. taken. Het volstaat om de elektrische terug te roepen. machines, radiotechniek en toegepaste elektronica met voortdurend voortschrijdende en veranderende middelen: een vonk, vacuümbuizen, halfgeleiderapparaten. Halfgeleiders vinden bijvoorbeeld steeds meer uiteenlopende toepassingen in de technologie in de vorm van wisselstroomgelijkrichters, fotoweerstanden en thermistoren, in signalering, automatisering en telecontrole, in de vorm van detectoren, versterkers en generatoren van radiooscillaties, luminescente lichtbronnen, kathodes van vacuüm apparaten, en meer recentelijk in de vorm van apparaten voor het gebruik van de energie van warmte, licht en radioactieve straling.
De snelle ontwikkeling van technologie in de 20e eeuw. het meest direct verbonden met de ontwikkeling van F. If in de 19e eeuw. tussen het fysieke ontdekking en zijn eerste technische. decennia zijn verstreken, maar nu is deze periode teruggebracht tot enkele jaren. techn. Filosofie, met zijn talrijke secties, is een enorm gebied van de moderne wetenschap. De relatie tussen F. en technologie is de belangrijkste weg voor de ontwikkeling van beide. Nooit was deze relatie zo veelomvattend als nu. Wetenschappelijk fysiek. Instituten combineren het fysieke in hun vak steeds succesvoller. theorie, experimenteel onderzoek en technisch. toepassing van nieuwe feiten en generalisaties. Honderden industriële laboratoria en instituten in de industrie ontwikkelen zich fysiek. en technologisch vragen op alle fronten van de moderne technologie.
Fysiek onderzoeksmethoden zijn van doorslaggevend belang geworden voor alle natuurwetenschappen. De elektronenmicroscoop overschreed de limieten van de optische één met twee orden van grootte. onderzoeksmethoden, en maakte het mogelijk om individuele grote moleculen te observeren. Röntgenanalyse onthulde de atomaire structuur van materie en de structuur van kristallen. Verfijnde spectrale analyse bleek een effectief middel voor onderzoek in de geologie en organische stof. chemie. De massaspectrograaf meet de massa's van atomen en moleculen met ongekende precisie. radiotechnisch en oscilloscoop. methoden stellen ons in staat om processen te observeren die plaatsvinden in miljoensten en miljardsten van een seconde. Het vermogen om de beweging van chemicaliën te volgen. elementen en zelfs individuele atomen geeft de methode van radioactieve isotopen, die al in alle kennisgebieden is doorgedrongen. Nucleaire straling wijzigen de loop van de biologische. processen en erfelijke eigenschappen veranderen.
Al deze technieken gaan veel verder dan niet alleen directe waarneming, maar ook de grenzen die door de meetinstrumenten van de 19e eeuw werden gesteld. Elektronische rekenmachines hebben de wiskunde zo vereenvoudigd. berekeningen dat de meest complexe fenomenen als gevolg van honderden verschillende factoren beschikbaar komen voor strikte berekeningen.
De betekenis van de moderne wijsbegeerte voor de gehele natuurwetenschap is sterk toegenomen. De relativiteitstheorie en de kernfysica werden de basis van de astrofysica, de belangrijkste tak van de astronomie. Op hun beurt introduceren de conclusies van de astrofysica nieuwe kenmerken in F. De kwantumtheorie vormde de basis van de chemische theorie. reacties, anorganisch en biologisch chemie. De ideeën van nucleaire F. worden een integraal onderdeel van de geologische. concepten. De wederzijdse invloed van natuurkunde en biologie is steeds dichterbij; biofysica in verband hiermee groeit uit tot een zelfstandige wetenschap.
5. De rol van warmtemotoren in het menselijk leven
Op dit moment is het onmogelijk om een enkel gebied van menselijke productieactiviteit te noemen, waar thermische installaties worden gebruikt. Ruimtetechnologie, metallurgie, machinebouw, transport, energie, landbouw, chemische industrie, voedselproductie - dit is geen volledige lijst van sectoren van de nationale economie waar het nodig is om wetenschappelijke en technische problemen met betrekking tot warmte-installaties op te lossen.
In warmtemotoren en thermische installaties wordt warmte omgezet in arbeid of arbeid in warmte.
Een stoomturbine is een warmtemotor waarin de potentiële energie van stoom wordt omgezet in kinetische energie, en de kinetische energie wordt omgezet in mechanische energie van de rotatie van de rotor. De turbinerotor is direct verbonden met de as van de werkende machine, die een elektrische generator, propellerventilator, enz.
Vooral het gebruik van warmtemotoren in het spoorvervoer is groot. Met de komst van diesellocomotieven op spoorlijnen heeft het het vervoer van het grootste deel van goederen en passagiers in alle richtingen vergemakkelijkt. Diesellocomotieven verschenen meer dan een halve eeuw geleden op Sovjetspoorwegen op initiatief van V.I. Lenin. Dieselmotoren drijven de locomotief direct aan, en met behulp van elektrische overbrenging - stroomgeneratoren en elektromotoren. Op dezelfde as staat bij elke diesellocomotief een gelijkstroomgenerator. De elektrische stroom die door de generator wordt opgewekt, komt de tractiemotoren binnen die zich op de assen van de diesellocomotief bevinden. Een diesellocomotief is ingewikkelder dan een elektrische locomotief en kost meer, maar er is geen contactnetwerk of tractieonderstations voor nodig. De diesellocomotief kan overal worden gebruikt waar de spoorlijnen worden gelegd, en dit is het enorme voordeel. Diesel is een zuinige motor, de voorraad olie op een diesellocomotief is voldoende voor een lange reis. Voor het vervoer van grote en zware ladingen werden zware vrachtwagens gebouwd, waar in plaats van benzinemotoren krachtigere dieselmotoren verschenen. Dezelfde motoren werken op tractoren, maaidorsers, schepen. Het gebruik van deze motoren vergemakkelijkt het werk van een persoon enorm. In 1897 stelde de Duitse ingenieur R. Diesel een motor met compressieontsteking voor die niet alleen op benzine kon draaien, maar ook op elke andere brandstof: kerosine, olie. De motoren werden ook wel diesels genoemd.
De geschiedenis van warmtemotoren gaat terug in het verre verleden. Meer dan tweeduizend jaar geleden, in de 3e eeuw voor Christus. tijdperk, bouwde de grote Griekse monteur en wiskundige Archimedes een kanon dat met stoom vuurde.
Er zijn tegenwoordig honderden miljoenen warmtemotoren in de wereld. Zo worden verbrandingsmotoren geïnstalleerd op auto's, schepen, tractoren, motorboten, enz. De waarneming dat veranderingen in de temperatuur van lichamen voortdurend gepaard gaan met veranderingen in hun volumes dateert uit de verre oudheid, maar de bepaling van de absolute waarde van de verhouding van deze veranderingen behoort alleen tot de laatste tijd. Vóór de uitvinding van thermometers konden dergelijke definities natuurlijk niet eens worden bedacht, maar met de ontwikkeling van thermometrie werd een nauwkeurige studie van deze verbinding absoluut noodzakelijk. Bovendien stapelden zich aan het einde van de laatste 18e eeuw en aan het begin van de huidige 19e eeuw veel verschillende verschijnselen op, die me ertoe brachten zorgvuldige metingen uit te voeren van de uitzetting van lichamen door warmte; deze waren: de noodzaak om barometrische metingen te corrigeren bij het bepalen van hoogten, de bepaling van astronomische breking, de kwestie van de elasticiteit van gassen en dampen, het geleidelijk toenemende gebruik van metalen voor wetenschappelijke instrumenten en technische doeleinden, enz.
Allereerst heb ik me natuurlijk gericht op de definitie van luchtexpansie, die door zijn omvang het meest opvallend was en het gemakkelijkst meetbaar leek. Veel natuurkundigen kregen al snel een groot aantal resultaten, maar sommige waren nogal tegenstrijdig. Om zijn normale thermometer te regelen, mat Amonton de uitzetting van lucht wanneer deze werd verwarmd van 0 ° tot 80 ° R en bepaalde deze relatief nauwkeurig tot 0,380 van zijn volume bij 0 °. Aan de andere kant kreeg Nuge in 1705, met behulp van een enigszins aangepast apparaat, een keer een getal dat twee keer zo groot was en een andere keer een getal dat zelfs 16 keer groter was. La Hire (1708) kreeg ook 1,5 en zelfs 3,5 in plaats van het nummer van Amonton. Gouksby (1709) vond het getal 0.455; Kryukius (1720) - 0,411; Logboeken - 0,333; Bonn - 0,462; Mushenbrek - 0,500; Lambert ("Pyrométrie", p. 47) -0,375; Delyuk - 0,372; I.T. Meyer - 0,3755 en 0,3656; Saussure - 0,339; Vandermonde, Berthollet en Monge ontvingen (1786) - 0,4328. Priestley, die voor de uitzetting van lucht een significant afwijkend getal verkreeg van de werkelijke 0,9375, voerde bovendien aan dat zuurstof, stikstof, waterstof, koolzuur, dampen van salpeterzuur, zoutzuur, zwavelhoudend, fluorwaterstofzuren en ammoniak - ze allemaal verschillen in hun expansie vanuit de lucht. G. G. Schmidt (“Green's Neues Journ.”, IV, p. 379) verkreeg het getal 0,3574 voor luchtexpansie, 0,3213 voor zuurstof en tenslotte voor waterstof, koolzuur en stikstof 0,4400, 0 4352, 0,4787 Morveau en Duvernoy sloten zich aan bij Priestley's mening , maar vond over het algemeen dat de uitzetting van gassen niet volledig evenredig is met de verandering in temperatuur.
Theoretisch materiaal
Sinds de oudheid wilde een persoon zich ontdoen van fysieke inspanningen of om ze te vergemakkelijken bij het verplaatsen van iets, om meer kracht, snelheid te hebben.
Er werden legendes gecreëerd over tapijten van vliegtuigen, zevenmijlslaarzen en tovenaars die een persoon naar verre landen vervoeren met een zwaai van een toverstok. Met het dragen van gewichten hebben mensen karren uitgevonden, omdat het gemakkelijker te rollen is. Daarna pasten ze dieren aan - ossen, herten, honden en vooral paarden. Dus er waren wagens, rijtuigen. In de rijtuigen streefde men naar comfort en verbeterde dat steeds meer.
De wens van mensen om snelheid te verhogen versnelde de verandering van gebeurtenissen in de geschiedenis van transportontwikkeling. Van het Griekse "autos" - "zelf" en het Latijnse "mobilis" - "mobiel" in Europese talen, is het bijvoeglijk naamwoord "zelfrijdend", letterlijk "auto - mobiel" ontwikkeld.
Het gold voor horloges, automatische poppen, voor allerlei mechanismen, in het algemeen, voor alles wat als een aanvulling diende, als het ware een 'vervolg', een 'verbetering' van een persoon. In de 18e eeuw probeerden ze mankracht te vervangen door stoomkracht en pasten de term "auto" toe op ongebaande karren.
Waarom wordt de leeftijd van de auto geteld vanaf de eerste "benzine" met een verbrandingsmotor, uitgevonden en gebouwd in 1885-1886? Alsof je stoom- en batterij (elektrische) rijtuigen vergeet. Feit is dat de verbrandingsmotor een ware revolutie heeft veroorzaakt in de transporttechnologie. Lange tijd bleek hij het meest consistent te zijn met het idee van de auto en behield daarom zijn dominante positie lange tijd. Het aandeel voertuigen met verbrandingsmotor bedraagt tegenwoordig meer dan 99,9% van het wereldvervoer over de weg.<Приложение 1>
De belangrijkste onderdelen van een warmtemotor
In de moderne technologie wordt mechanische energie voornamelijk verkregen uit de interne energie van de brandstof. Apparaten die interne energie omzetten in mechanische energie worden warmtemotoren genoemd. Om werk uit te voeren door brandstof te verbranden in een apparaat dat een verwarming wordt genoemd, kunt u een cilinder gebruiken waarin het gas opwarmt en uitzet en de zuiger beweegt.<Приложение 3>Het gas waarvan de expansie de zuiger doet bewegen, wordt de werkvloeistof genoemd. Het gas zet uit omdat de druk hoger is dan de externe druk. Maar naarmate het gas uitzet, daalt de druk en vroeg of laat zal het gelijk worden aan de externe druk. Dan stopt de uitzetting van het gas en stopt het met werken.
Wat moet er worden gedaan zodat de werking van de warmtemotor niet stopt? Om de motor continu te laten werken, is het noodzakelijk dat de zuiger, na het uitzetten van het gas, telkens terugkeert naar zijn oorspronkelijke positie, waarbij het gas wordt samengeperst tot zijn oorspronkelijke staat. Compressie van hetzelfde gas kan alleen plaatsvinden onder inwerking van een externe kracht, die in dit geval wel werkt (de gasdrukkracht doet in dit geval negatieve arbeid). Daarna kunnen de processen van expansie en compressie van het gas weer plaatsvinden. Dit betekent dat de werking van een warmtemotor moet bestaan uit zich periodiek herhalende processen (cycli) van uitzetten en krimpen.
Foto 1
Figuur 1 toont grafisch de processen van gasexpansie (lijn AB) en compressie tot het oorspronkelijke volume (lijn CD). De arbeid die het gas verricht tijdens expansie is positief (AF > 0) en is numeriek gelijk aan de oppervlakte van de figuur ABEF. De arbeid van het gas tijdens compressie is negatief (omdat AF< 0) и численно равна площади фигуры CDEF. Полезная работа за этот цикл численно равна разности площадей под кривыми АВ и CD (закрашена на рисунке).
De aanwezigheid van een verwarming, een werkvloeistof en een koeler is een fundamenteel noodzakelijke voorwaarde voor de continue cyclische werking van elke warmtemotor.
Efficiëntie van de warmtemotor
De werkvloeistof, die een bepaalde hoeveelheid warmte Q1 van de verwarming ontvangt, geeft een deel van deze hoeveelheid warmte, modulo gelijk aan |Q2|, aan de koelkast. Daarom kan de verrichte arbeid niet groter zijn dan A = Q1 - |Q2|. De verhouding van dit werk tot de hoeveelheid warmte die wordt ontvangen door het uitzettende gas van de verwarmer wordt het rendement van de warmtemotor genoemd.
Prehistorie van de natuurkunde. Fysieke observatie. verschijnselen deden zich voor in de oudheid. Het proces van accumulatie van feitenkennis was toen nog niet gedifferentieerd: fysieke, geometrische en astronomische representaties ontwikkelden zich gezamenlijk.
De systematische opeenstapeling van feiten en pogingen om ze te verklaren en te veralgemenen, die aan de totstandkoming van de natuurkunde (in de moderne zin van het woord) voorafgingen, vond vooral intensief plaats in tijdperk van de Grieks-Romeinse cultuur(6e eeuw voor Christus - 2e eeuw na Christus). Tijdens deze periode ontstonden de eerste ideeën over atomaire structuur van materie(Democritus, Epicurus, Lucretius), het geocentrische systeem van de wereld werd gecreëerd (Ptolemaeus), het begin van het heliocentrische systeem verscheen (Aristarchus van Samos), enkele eenvoudige wetten van statica(hefboomregels, zwaartepunt), eerste resultaten verkregen toegepaste optica(spiegels werden gemaakt, de wet van lichtreflectie werd ontdekt, het fenomeen van breking werd ontdekt), de eenvoudigste principes werden ontdekt hydrostatica(Wet van Archimedes). De eenvoudigste verschijnselen van magnetisme en elektriciteit waren in de oudheid bekend.
Leer Aristoteles (389 - 322 v. Chr.) de kennis van de afgelopen periode samengevat 1 . De leer van Aristoteles, heilig verklaard door de kerk, werd een rem op de verdere ontwikkeling van de natuurwetenschap. Na duizenden jaren van stagnatie en onvruchtbaarheid, werd de natuurkunde pas in de 15e-16e eeuw nieuw leven ingeblazen. in de strijd tegen de scholastieke filosofie. De heropleving van de wetenschap was voornamelijk te danken aan de behoeften van de productie in de productieperiode. De grote geografische ontdekkingen, in het bijzonder de ontdekking van Amerika, hebben bijgedragen tot de opeenstapeling van veel nieuwe waarnemingen en het omverwerpen van oude vooroordelen. De ontwikkeling van ambachten, navigatie en artillerie creëerde prikkels voor wetenschappelijk onderzoek. Het wetenschappelijk denken concentreerde zich op de problemen van constructie, hydrauliek en ballistiek, en de belangstelling voor wiskunde nam toe. De ontwikkeling van technologie heeft mogelijkheden gecreëerd voor experimenten. Leonardo da Vinci stelde een hele reeks fysieke vragen en probeerde deze door middel van experimenten op te lossen. Hij bezit het gezegde: "ervaring bedriegt nooit, alleen onze oordelen bedriegen" .
In de 15-16 eeuwen waren individuele fysieke observaties en experimentele studies echter: willekeurig karakter. Alleen de 17e eeuw markeerde het begin systematische toepassing van de experimentele methode in de natuurkunde en de voortdurende groei van fysieke kennis sindsdien.
De eerste periode van ontwikkeling van de natuurkunde , klassiek genoemd, begint met de werken Galileo Galilei (1564 - 1642) . Precies Galileo was de maker van de experimentele methode in de natuurkunde. Een zorgvuldig doordacht experiment, de scheiding van ondergeschikte factoren van de belangrijkste in het bestudeerde fenomeen, de wens om exacte kwantitatieve relaties tussen de parameters van het fenomeen vast te stellen - dat is de methode van Galileo. Met deze methode heeft Galileo de eerste basis gelegd luidsprekers. Galileo weerlegde de onjuiste beweringen van de mechanica van Aristoteles: hij was in het bijzonder in staat om aan te tonen dat niet snelheid, maar versnelling een gevolg is van externe invloeden op het lichaam. in zijn werk "Gesprekken en wiskundige bewijzen betreffende twee nieuwe takken van wetenschap ..." (1638) Galileo staaft deze conclusie, die de eerste formulering is, overtuigend wet van traagheid elimineert schijnbare tegenstellingen. Hij bewijst door ervaring dat de versnelling van de vrije val van lichamen is niet afhankelijk van hun dichtheid en massa. Gezien de beweging van een geworpen lichaam, vindt Galileo: wet van optelling van bewegingen en drukt in wezen het standpunt uit over de onafhankelijkheid van het optreden van krachten. De "Gesprekken" geeft ook informatie over de kracht van lichamen. Ze kwamen ook met ideeën over relativiteit van beweging(relativiteitsbeginsel), beweging van lichamen op een hellend vlak ( in feite ontdekte hij de eerste twee wetten van Newton).
In de geschriften van Galileo en Blaise Pascal fundamenten werden gelegd hydrostatica. Galileo deed ook belangrijke ontdekkingen op andere gebieden van de natuurkunde. Voor het eerst bevestigt hij experimenteel het fenomeen van oppervlaktespanning, dat veel later werd bestudeerd. Galileo verrijkt toegepaste optica met zijn telescoop, en zijn thermometer leidde naar... kwantitatieve studie van thermische verschijnselen.
In de eerste helft van de 17e eeuw ontstond de natuurkundige leer van gassen, die van groot praktisch belang was. Discipel van Galileo E. Torricelli ontdekt het bestaan van luchtdruk en creëert de eerste barometer. O. Guericke vindt de luchtpomp uit en weerlegt ten slotte de aristotelische uitspraak over de 'angst voor de leegte'. R. Boyle en wat later E. Mariotte onderzoek de elasticiteit van gassen en ontdek de wet die bekend is onder hun naam. W. Snellius (Nederland) en R. Descartes (Frankrijk) ontdek de wet van breking van licht. De creatie van de microscoop dateert uit deze tijd. Waarnemingen op magneten (in navigatie) en op elektrificatie tijdens wrijving leveren waardevolle informatie op op het gebied van elektrostatica en magnetostatica, waarvan de pionier erkend zou moeten worden als een Engelse natuuronderzoeker W. Gilbert .
De 2e helft van de 17e eeuw is nog rijker aan evenementen. "Gesprekken" van Galileo markeerden het begin van onderzoek grondbeginselen van mechanica. Curvilineaire bewegingsstudie ( X. Huygens ) bereidde de opening voor fundamentele wet van de mechanica- de relatie tussen kracht, massa en versnelling, eerst geformuleerd I. Newton in zijn "De wiskundige principes van natuurlijke filosofie" (1687) . Newton heeft ook de basiswet van systeemdynamica (gelijkheid van actie tegen reactie) vastgesteld, waarin de eerdere studies naar de impact van lichamen (H. Huygens) hun veralgemening vonden. Voor het eerst kristalliseren de basisconcepten van de natuurkunde uit - concepten van ruimte en tijd.
Gebaseerd op de wetten van de planetaire beweging die door Kepler zijn vastgesteld, formuleert Newton in zijn Elements voor het eerst: wet van de zwaartekracht, die veel wetenschappers van de 17e eeuw probeerden te vinden. Newton bevestigde deze wet door de versnelling van de maan in zijn baan te berekenen op basis van de waarde van de zwaartekrachtversnelling gemeten in de jaren 70 van de 17e eeuw. Hij verklaarde ook de verstoringen van de beweging van de maan en de oorzaak van de getijden van de zee. De betekenis van deze ontdekking door Newton kan niet worden overschat. Het toonde tijdgenoten de kracht van de wetenschap. Het veranderde het hele beeld van het universum.
Tegelijkertijd X. Huygens en G. Leibniz formuleren wet van behoud van impuls ( eerder door Descartes in een onnauwkeurige vorm uitgedrukt) en de wet van behoud van levende krachten. Huygens bedenkt de theorie van de fysieke slinger en construeert een klok met een slinger. Een van de veelzijdige wetenschappers van de 17e eeuw R. Hooke (Engeland) opent bekend onder zijn naam wet van elasticiteit. M. Mersenne (Frankrijk) legt de basis fysieke akoestiek; hij bestudeert het geluid van een snaar en meet de snelheid van het geluid in de lucht.
In deze jaren, in verband met het toenemende gebruik van telescopen, ontwikkelde de geometrische optica zich snel en grondbeginselen van fysieke optica. F. Grimaldi (Italië) ontdekt in 1665 de diffractie van licht. Newton ontwikkelt zijn doctrine van de verstrooiing en interferentie van licht. Hij brengt de hypothese van lichte bloedlichaampjes naar voren. Spectroscopie komt voort uit het optisch onderzoek van Newton. O. Römer (Denemarken) meet in 1672 de lichtsnelheid. Newtons tijdgenoot Huygens ontwikkelt de initiaal grondbeginselen van golfoptica, formuleert het principe van voortplanting van golven (van licht), bekend onder zijn naam, onderzoekt en verklaart het fenomeen van dubbele breking in kristallen 2 .
Op deze manier, in de 17e eeuw werden de fundamenten van de mechanica gelegd en het onderzoek begon op de belangrijkste gebieden van de natuurkunde - in de doctrine van elektriciteit en magnetisme, op warmte, fysieke optica en akoestiek.
In de 18e eeuw de verdere ontwikkeling van alle gebieden van de natuurkunde gaat door. Newtoniaanse mechanica wordt een vertakt kennissysteem dat de bewegingswetten van aardse en hemellichamen omvat. arbeidt L. Euler , Frans wetenschapper A. Clairaut enz. wordt gemaakt hemelse mechanica tot de hoogste perfectie gebracht P. Laplace. In zijn ontwikkelde vorm wordt de mechanica de basis van de machinetechnologie van die tijd, in het bijzonder de hydrauliek.
In andere takken van de natuurkunde in de 18e eeuw was er een verdere accumulatie van experimentele gegevens en werden de eenvoudigste wetten geformuleerd. W. Franklin formuleert: wet van behoud van lading. Gemaakt in het midden van de 18e eeuw eerste elektrische condensator(Leiden Bank P. Mushenbruk in Holland), die het mogelijk maakte om grote elektrische ladingen te accumuleren, wat de studie van de wet van hun interactie vergemakkelijkte. Deze wet, die ten grondslag ligt aan de elektrostatica, is onafhankelijk van elkaar ontdekt. G. Cavendish en J. Priestley (Engeland) en Sh. Coulomb (Frankrijk). ontstond theorie van atmosferische elektriciteit. W. Franklin in 1752 en een jaar later MV Lomonosov en G.V. Richman bestudeerde bliksemontladingen en bewees de elektrische aard van bliksem.
Fotometrie begon in de optica te worden gecreëerd: Britse wetenschappers W. Herschel en W. Wollaston geopend infraroodstralen, en de Duitse wetenschapper ik. Ritter - ultraviolet. De ontwikkeling van chemie en metallurgie stimuleerde de ontwikkeling de leer van warmte: het concept van warmtecapaciteit werd geformuleerd, de warmtecapaciteiten van verschillende stoffen werden gemeten, calorimetrie werd opgericht. Lomonosov voorspelde het bestaan van het absolute nulpunt. Studies van thermische geleidbaarheid en thermische straling, evenals de studie van de thermische uitzetting van lichamen, begonnen. In dezelfde periode werd het gemaakt en begon het te verbeteren Stoommachine.
Toegegeven, warmte werd voorgesteld als een speciale gewichtloze vloeistof - calorie. Op een vergelijkbare manier werd de elektrificatie van lichamen verklaard met behulp van de hypothese van een elektrische vloeistof, en magnetische verschijnselen werden verklaard door een magnetische vloeistof. Over het algemeen drongen in de 18e eeuw gewichtloze vloeistofmodellen door in alle takken van de natuurkunde. De overgrote meerderheid van de onderzoekers twijfelde niet aan hun bestaan! Dit was een gevolg van de overtuiging dat verschillende fysieke verschijnselen - thermisch, elektrisch, magnetisch, optisch - niet met elkaar verbonden zijn, onafhankelijk van elkaar. Men geloofde dat elk fenomeen zijn eigen "drager" heeft, een speciale stof. Slechts een paar geavanceerde geesten, waaronder Euler en Lomonosov, ontkenden het bestaan van gewichtloze materie en zagen in thermische verschijnselen en de eigenschappen van gassen een verborgen, maar onophoudelijke beweging van de kleinste deeltjes. Dit verschil van mening onthulde het verschil fysieke "foto's van de wereld" - Newtoniaans en cartesiaans ontstaan in de 17e eeuw.
De volgelingen van Descartes (Cartesia) beschouwden alle fysieke verschijnselen als verschillende bewegingen van dezelfde primaire materie, waarvan de enige eigenschappen extensie en traagheid zijn. Hij geloofde dat als gevolg van verschillende bewegingen en botsingen van delen van de primaire materie, materiedeeltjes (lichaampjes) van verschillende volumes en vormen worden gevormd, waartussen deeltjes van de meest verfijnde vorm van materie, de ether, bewegen. De volgelingen van Descartes zagen het probleem van de natuurkunde in creatie van puur mechanische modellen van verschijnselen. Universele zwaartekracht, elektrische en magnetische interacties, chemische reacties - alles werd verklaard door verschillende draaikolken in de ether, die materiedeeltjes met elkaar verbinden of scheiden.
Dit wereldbeeld stuitte echter al in het midden van de 17e eeuw op bezwaren. De onbevrediging ervan werd het meest overtuigend aangetoond door Newton in zijn Principia. Newton bewees dat de door de cartesianen gegeven verklaring van universele zwaartekracht de feiten tegenspreekt: draaikolken in de ether, die volgens Descartes het hele zonnestelsel volledig vullen en de planeten met zich meedragen, sluiten de mogelijkheid uit van vrije doorgang van kometen door de zonnestelsel zonder hun beweging te verliezen.
Newtons foto van de wereld is gebaseerd op het concept van atomen gescheiden door leegte en onmiddellijke interactie door de leegte door krachten van aantrekking of afstoting (actie op lange afstand). krachten, volgens Newton, zijn de primaire, initiële eigenschap van bepaalde soorten deeltjes; zo'n kracht als zwaartekracht is inherent aan alle materiedeeltjes. In tegenstelling tot de Cartesianen achtte Newton het mogelijk dat mechanische beweging in de natuur niet kon worden behouden. Newton zag de belangrijkste taak van de natuurkunde is om de krachten van interactie tussen lichamen te vinden. Hij sloot het bestaan van de ether niet uit, maar beschouwde het als een dun elastisch gas dat de poriën van lichamen vult en in wisselwerking staat met materie.
De strijd tussen Newtoniaanse en Cartesiaanse ideeën duurde bijna twee eeuwen. Dezelfde natuurwetten werden door de aanhangers van deze twee richtingen verschillend geïnterpreteerd. In de 18e eeuw Newtons opvattingen zegevierden in de natuurkunde en had een grote invloed op de verdere ontwikkeling ervan. zij hebben bijgedragen introductie van wiskundige methoden in de natuurkunde. Tegelijkertijd versterkten ze 100 jaar lang het idee van actie op lange termijn. Cartesiaanse tendensen kwamen weer tot leven in de 2e helft van de 19e eeuw, na de creatie van de golftheorie van licht, de ontdekking van het elektromagnetische veld en de wet van behoud van energie.
De tweede periode van de geschiedenis van de natuurkunde begint in het eerste decennium van de 19e eeuw. In de 19e eeuw werden de belangrijkste ontdekkingen en theoretische generalisaties gedaan, die de natuurkunde het karakter gaven een enkele holistische wetenschap. De eenheid van verschillende fysieke processen kwam tot uiting in wet van behoud van energie. De beslissende rol bij de experimentele voorbereiding van deze wet werd gespeeld door: ontdekking van elektrische stroom en de studie van zijn veelvuldige acties, evenals de studie van de wederzijdse transformaties van warmte en mechanisch werk. in 1820 H.K. Oersted (Denemarken) ontdekte de werking van elektrische stroom op een magnetische naald. Oersteds ervaring vormde een aanzet voor onderzoek A. Ampera, D. Arago en anderen. De wet van interactie van twee elektrische stromen, gevonden door Ampere, werd de basis elektrodynamica. Met de levendige deelname van andere onderzoekers kwam Ampère er in korte tijd achter verbinding van magnetische verschijnselen met elektrische, waardoor uiteindelijk magnetisme wordt gereduceerd tot de acties van stromingen. Dus het idee van magnetische vloeistoffen hield op te bestaan. In 1831 ontdekte Faraday elektromagnetische inductie en realiseerde daarmee zijn plan: "om magnetisme om te zetten in elektriciteit."
In dit stadium van ontwikkeling de wederzijdse invloed van natuurkunde en techniek is aanzienlijk toegenomen. De ontwikkeling van stoomtechnologie stelde de natuurkunde voor tal van problemen. Fysische studies van de wederzijdse transformatie van mechanische energie en warmte, met als hoogtepunt: schepping thermodynamica, diende als basis voor de verbetering van warmtemotoren. Na de ontdekking van de elektrische stroom en zijn wetten, begint de ontwikkeling Elektrotechniek(de uitvinding van de telegraaf, elektroforming, dynamo's), die op hun beurt hebben bijgedragen aan de vooruitgang elektrodynamica.
In de 1e helft van de 19e eeuw er is een ineenstorting van het idee van gewichtloze stoffen. Dit proces verliep langzaam en met veel moeite. Het eerste gat in het toen dominante fysieke wereldbeeld werd gemaakt door golftheorie van licht(Engelse wetenschapper) T. Jungo , Frans wetenschappers O. Fresnel en D. Arago ) 3 . De hele reeks verschijnselen van interferentie, diffractie en polarisatie van licht, in het bijzonder het fenomeen van interferentie van gepolariseerde stralen, kon niet theoretisch worden geïnterpreteerd vanuit een corpusculair oogpunt en vond tegelijkertijd een volledige verklaring in de golftheorie, volgens waarnaar licht transversale golven zijn die zich in een medium (op lucht) voortplanten. Zo werd de lichte substantie al in het tweede decennium van de 19e eeuw afgewezen.
vasthoudender, in vergelijking met lichte materie en ferrovloeistof, bleek een concept van calorieën te zijn. Hoewel experimenten B. Rumford , die de mogelijkheid bewees om een onbeperkte hoeveelheid warmte te verkrijgen door mechanisch werk, was duidelijk in tegenspraak met het idee van een speciale thermische substantie, de laatste duurde tot het midden van de eeuw; het leek erop dat het alleen met zijn hulp mogelijk was om de latente warmte van smelten en verdampen te verklaren. De verdienste van het creëren van de kinetische theorie, waarvan het begin dateert uit de tijd van Lomonosov en D. Bernoulli, behoorde toe aan Engelse wetenschappers J. Joule, W. Thomson (Kelvin) en Duitse wetenschapper R. Clausius .
Zo werd als resultaat van veelzijdige en langdurige experimenten, in de omstandigheden van een moeilijke strijd met verouderde ideeën, de wederzijdse convertibiliteit van verschillende fysieke processen bewezen, en daarmee de eenheid van alle fysieke verschijnselen die toen bekend waren.
onmiddellijk bewijs van behoud van energie voor alle fysieke en chemische transformaties werd in de werken gegeven Y. Mayer (Duitsland), J. Joule en G. Helmholtz . Nadat de wet van behoud van energie universele erkenning kreeg (in de jaren 50 van de 19e eeuw), werd het de hoeksteen van de moderne natuurwetenschap. De wet van behoud van energie en het principe van entropieverandering [R. Clausius, W. Thomson (Kelvin)] vormden de basis thermodynamica; ze worden meestal geformuleerd als de eerste en tweede wet van de thermodynamica.
Het bewijs van de gelijkwaardigheid van warmte en arbeid bevestigde de visie op warmte als de ongeordende beweging van atomen en moleculen. De werken van Joule, Clausius, Maxwell, Boltzmann en anderen creëerden kinetische theorie van gassen. Al in de eerste stadia van de ontwikkeling van deze theorie, toen moleculen nog werden beschouwd als stevige elastische ballen, was het mogelijk om de kinetische betekenis van thermodynamische grootheden als temperatuur en druk te onthullen. De kinetische theorie van gassen maakte het mogelijk om de gemiddelde paden van moleculen, de grootte van moleculen en hun aantal per volume-eenheid te berekenen.
Het idee van de eenheid van alle fysieke processen leidde in de 2e helft van de 19e eeuw tot een radicale herstructurering van alle natuurkunde, tot de eenwording ervan tot twee grote secties- fysica van materie en veld fysica. De basis van de eerste was de kinetische theorie, de tweede - de doctrine van het elektromagnetische veld.
Kinetische theorie, voor het eerst met gemiddelden werkend introduceerde de methoden van kansrekening in de natuurkunde. Ze diende als uitgangspunt statistische fysica een van de meest algemene natuurkundige theorieën. De fundamenten van de statistische fysica werden al op de drempel van de 20e eeuw gesystematiseerd door een Amerikaanse wetenschapper J. Gibbs .
Even fundamenteel was: ontdekking van het elektromagnetische veld en zijn wetten. De schepper van de doctrine van het elektromagnetische veld was: M. Faraday . Hij was de eerste die het idee uitdrukte dat elektrische en magnetische acties niet rechtstreeks van de ene lading op de andere worden overgedragen, maar zich voortplanten via een tussenliggend medium. De opvattingen van Faraday op het veld waren: wiskundig ontwikkeld door Maxwell in de jaren 60 van de 19e eeuw, die erin slaagde een compleet systeem van vergelijkingen voor het elektromagnetische veld te geven. De veldtheorie werd even consistent als de mechanica van Newton.
De elektromagnetische veldentheorie leidt tot: het idee van een eindige voortplantingssnelheid van elektromagnetische acties geuit door Maxwell (nog eerder geanticipeerd door Faraday). Dit idee stelde Maxwell in staat het bestaan te voorspellen elektromagnetische golven. Maxwell concludeerde ook dat: elektromagnetische aard van licht. De elektromagnetische theorie van licht heeft elektromagnetisme en optica samengevoegd.
De algemeen aanvaarde theorie van het elektromagnetische veld werd echter pas nadat de Duitse natuurkundige G. Hertz ontdekte elektromagnetische golven door ervaring en bewees dat ze dezelfde wetten van breking, reflectie en interferentie volgen als lichtgolven.
In de tweede helft van de 19e eeuw nam de rol van de natuurkunde in de technologie aanzienlijk toe. Elektriciteit heeft niet alleen toepassing gevonden als communicatiemiddel (telegraaf, telefoon), maar ook als methode van transmissie en distributie van energie en als bron van verlichting. Aan het einde van de 19e eeuw werden elektromagnetische golven gebruikt voor draadloze communicatie ( A.S. Popov, Marconi ), wat het begin was van radiocommunicatie. Technische thermodynamica heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van verbrandingsmotoren. ontstond lage temperatuur technologie. In de 19e eeuw werden alle gassen vloeibaar gemaakt, met uitzondering van helium, dat pas in 1908 in vloeibare toestand werd verkregen (Nederlandse natuurkundige G. Kammerling-Onnes ).
Tegen het einde van de 19e eeuw leek de natuurkunde bijna voltooid voor tijdgenoten.. Concept goedgekeurd mechanisch determinisme Laplace, uitgaande van de mogelijkheid om het gedrag van het systeem op elk moment uniek te bepalen, als de beginvoorwaarden bekend zijn. Het leek velen dat fysieke verschijnselen konden worden teruggebracht tot de mechanica van moleculen en de ether, omdat het verklaren van fysieke verschijnselen in die tijd betekende ze te herleiden tot mechanische modellen die gemakkelijk toegankelijk zijn op basis van de dagelijkse ervaring. De mechanische theorie van warmte, elastische (of vortex) ether als model van elektromagnetische verschijnselen - zo zag het eruit tot het einde van de 19e eeuw fysiek beeld van de wereld. De ether leek in een aantal eigenschappen op materie, maar in tegenstelling tot materie, gewichtloos of bijna gewichtloos (sommige berekeningen leidden tot het gewicht van een bal ether, gelijk in volume aan de aarde, op 13 kg).
Mechanische modellen stuitten echter op meer tegenstrijdigheden, hoe gedetailleerder ze werden ontwikkeld en toegepast. De etherische vortexbuismodellen die zijn gemaakt om variabele velden te verklaren, waren ongeschikt om constante elektrische velden te verklaren. Integendeel, verschillende constante-veldmodellen hebben de mogelijkheid van voortplanting van elektromagnetische golven niet verklaard. Ten slotte was geen van de ethermodellen in staat om de verbinding van het veld met discrete ladingen duidelijk te verklaren. Ook verschillende mechanische modellen van atomen en moleculen (bijvoorbeeld het door W. Thomson voorgestelde vortexmodel van het atoom) bleken niet te voldoen.
De onmogelijkheid om alle fysieke processen te reduceren tot mechanisch gaf aanleiding tot het verlangen van sommige natuurkundigen en scheikundigen in het algemeen weigeren de realiteit van atomen en moleculen te erkennen, de realiteit van het elektromagnetische veld te verwerpen. E. Macho verklaarde dat de taak van de natuurkunde een 'zuivere beschrijving' van verschijnselen is. Duitse wetenschapper W. Ostwald verzette zich tegen kinetische theorie en atomisme ten gunste van de zogenaamde energie -- universele, puur fenomenologische thermodynamica, als de enige mogelijke theorie van fysische verschijnselen.
De derde (moderne) periode in de geschiedenis van de natuurkunde , nagesynchroniseerd niet-klassiek of kwantumrelativistische fysica begint in de laatste jaren van de 19e eeuw. Deze de periode wordt gekenmerkt door de richting van het onderzoek diep in de stof, naar zijn microstructuur. Een nieuw tijdperk in de geschiedenis van de natuurkunde begint met elektronendetectie en studies van zijn actie en eigenschappen (English. Scientist J. Thomson , Nederlandse wetenschapper G. Lorenzo ).
De belangrijkste rol werd gespeeld door het onderzoek naar elektrische ontladingen in gassen. Het bleek dat een elektron een elementair deeltje is met een bepaalde massa, dat de kleinste elektrische lading heeft en deel uitmaakt van een atoom van een willekeurig chemisch element. Dit betekende dat een atoom is niet elementair, maar is een complex systeem. Het is bewezen dat het aantal elektronen in een atoom en hun verdeling over lagen en groepen de elektrische, optische, magnetische en chemische eigenschappen van het atoom bepalen; de polariseerbaarheid van een atoom, zijn magnetisch moment, optische en röntgenspectra en valentie hangen af van de structuur van de elektronenschil.
De creatie van de meest algemene theorieën van de moderne natuurkunde houdt verband met de dynamiek van elektronen en hun interactie met het stralingsveld - relativiteitstheorie en kwantummechanica.
De studie van de bewegingen van snelle elektronen in elektrische en magnetische velden heeft geleid tot de conclusie dat de klassieke Newtoniaanse mechanica hierop niet van toepassing is. Zo'n fundamentele eigenschap van een stoffelijk deeltje als massa bleek niet constant, maar variabel te zijn, afhankelijk van de toestand van de elektronenbeweging. Het was de ineenstorting van ideeën geworteld in de natuurkunde over de beweging en eigenschappen van deeltjes.
Er is een uitweg uit de tegenstellingen gevonden A. Einstein die (in 1905) een nieuwe fysieke theorie van ruimte en tijd creëerde, relativiteitstheorie. Later creëerde Einstein (in 1916) algemene relativiteitstheorie die de oude doctrine van de zwaartekracht heeft getransformeerd?
Niet minder belangrijke en effectieve generalisatie van fysieke feiten en regelmatigheden was: kwantummechanica, ontstaan aan het einde van het eerste kwart van de 20e eeuw als resultaat van onderzoek naar de interactie van straling met materiedeeltjes en de studie van de toestanden van intra-atomaire elektronen. Het basisidee van de kwantummechanica is dat: alle microdeeltjes hebben een dubbel corpusculaire golfkarakter.
Deze radicaal nieuwe ideeën over microdeeltjes bleken zeer vruchtbaar en effectief. De kwantumtheorie is erin geslaagd de eigenschappen van atomen en de daarin optredende processen, de vorming en eigenschappen van moleculen, de eigenschappen van een vast lichaam en de wetten van elektromagnetische straling te verklaren.
De twintigste eeuw. gemarkeerd in natuurkunde krachtige ontwikkeling experimentele onderzoeksmethoden en meettechnologie. Het detecteren en tellen van individuele elektronen, nucleaire en kosmische deeltjes, het bepalen van de rangschikking van atomen en de elektronendichtheid in kristallen en in een enkel molecuul, het meten van een tijdsinterval in de orde van 10 -10 seconden, het waarnemen van de beweging van radioactieve atomen in de materie - dit alles kenmerkt de sprong in de meettechnologie van de afgelopen decennia.
Ongekend in termen van kracht en schaal, waren de middelen van onderzoek en productie gericht op: studie van nucleaire processen. De laatste 25 jaar van de kernfysica, nauw verbonden met kosmische straling en vervolgens met de creatie van krachtige versnellers, hebben geleid tot een technische revolutie en hebben geleid tot nieuwe, uitzonderlijk subtiele onderzoeksmethoden, niet alleen in de natuurkunde, maar ook in de chemie, biologie, geologie , en op de meest uiteenlopende gebieden van technologie en landbouw.
Dienovereenkomstig is er met de groei van natuurkundig onderzoek en met hun groeiende invloed op andere natuurwetenschappen en op technologie een scherpe het aantal fysieke tijdschriften en boeken nam toe. Aan het einde van de 19e eeuw werd in Duitsland, Engeland, de VS en Rusland, naast academische, slechts één fysiek tijdschrift gepubliceerd. Momenteel worden er meer dan twee dozijn tijdschriften gepubliceerd in Rusland, de VS, Engeland, Duitsland (in elk land).
In nog grotere mate het aantal onderzoeksinstellingen en wetenschappers is toegenomen. Als in de 19e eeuw wetenschappelijk onderzoek voornamelijk werd uitgevoerd door de fysieke afdelingen van universiteiten, dan verscheen er in de 20e eeuw in alle landen en begon deze in aantal en reikwijdte toe te nemen onderzoeksinstituten in de natuurkunde of in de afzonderlijke gebieden. Sommige instituten, met name op het gebied van kernfysica, beschikken over dergelijke apparatuur, die qua omvang en kosten de omvang en kosten van fabrieken overtreft.