Физика - краткая история науки

Как самостоятельная наука, физика зародилась лишь в ХVII веке, но первые познания случились еще в древности. Именно тогда первобытный человек начал анализировать полученные знания об окружающих предметах. До начала Новой истории это были самые первые сведения об астрономии, механике и физиологии. Настоящая физика появилась благодаря открытиям Галилео Галилея. В 1593 году ученый опубликовал книгу «Механика» и описал в издании свои наблюдения. 

В XVIII и XIX веках появились основные физические понятия: атом, масса, энергия. В ХХ столетии в науке сформировались разделы: 

• статистическая и классическая механика;
• электромагнетизм;
• акустика;
• оптика;
• термодинамика;
• материаловедение;
• теория относительности;
• квантовая механика;
• ядерная физика;
• астрофизика и космология.

Зарождение науки в древности

Человек начал наблюдать за природными явлениями еще до нашей эры, когда ему было необходимо прокормить себя и свою семью. Первобытный человек, случайно наступив на край поваленного дерева, приподнял другой край ствола с весом, гораздо большим, чем вес самого человека. Он ничего не понял, но стал использовать особенность при необходимости. Так, появился простейший механизм рычаг. 

Интуитивно понимая принцип рычага, первобытные люди стали применять весло или мотыгу, чтобы уменьшить силу. Письменное объяснение механизму дал в III веке до нашей эры Архимед. В Древнем Китае физика как наука начала свой отсчет в IV-VII веке до нашей эры. Ученый и государственный деятель династии Сун, Шен Куо (1031–1095) первым описал инструмент для навигации с магнитной стрелкой, установил понятие Истинный Северный Полюс.

Древнекитайский философ Мо-Цзы (470-391 г. до н. э.) попытался сформулировать Закон Инерции. Китайцы открыли законы распространения света, не связанные с его природой, которые сейчас рассматриваются в современной геометрической оптике. Мо-Цзы поведал миру о физическом принципе, где угол падения всегда равный углу отражения.

Образование физики как науки в ХVII-ХVIII веках

Как современная наука физика начала свое существование в первой половине ХVII столетия. Существенный вклад в ее развитие внес итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642). Разработал «систему понимания» об инерции, согласно которой объект остается в покое или в движении, пока на него не воздействует другая сила. Исследования итальянца стали основой для создания Исааком Ньютоном первого из трех законов классической механики.

В первой половине ХVII века ученые начали экспериментировать с газами. Продолжатель дела и ученик Галилея Эванджелиста Торричелли в 1643 году открыл понятие атмосферное давление, а в 1646 – ртутный барометр. При исследовании поведения газа в изотермическом процессе в 1662 году англичанин Р. Бойль и француз Э. Мариотт  почти одновременно и независимо друг от друга пришли к открытию, что газ ведет себя подобно сжатой пружине. Закон Бойля-Мариота был назван в честь ученых. Гласит о том, что при постоянной температуре и массе газа произведение давления газа на его объем постоянно.

Во второй половине ХVII века стремительно начала развиваться лучевая оптика. В 1609 году Галилей изобрел полноценный прибор для наблюдения космических объектов. В 1666 году Франческо Мария Гримальди ввел в физику термин дифракция света. Немного позже, изучавший его опыты Исаак Ньютон, назвал его инфлекцией или искривлением лучей. Именно после фундаментальных исследований Ньютона появился подраздел физики абсорбционная спектроскопия. На основании своих наблюдений в 1676 году датский ученый Олаф Ремер измерял скорость света. По его расчетам составляет 3000 км в с.

Зарождение классической науки

Экспериментируя на лягушках в 1791 году, итальянский анатом и физиолог Луиджи Гальвани создал настоящий электрохимический процесс, который впоследствии привел к появлению батареек и аккумуляторов. Результаты опытов попались на глаза итальянскому ученому Алессандро Вольта. В 1800 году он поместил цинковые и медные пластинки в емкость с кислотой и соединил элементы проволокой, создав первый источник электричества. Химический источник электрического тока дал старт развитию электротехники. 

Были проведены исследования по химическому воздействию на ток. В 1834 году британский физик Майкл Фарадей открыл, что вещества способны разлагаться под воздействием электричества, назвав их электролитами. В 1802 году русский физик Василий Петров создал самый большой для того времени источник электрического тока — гальваническую батарею, ему удалось получить электрическую дугу. Опыт, проведенный в 1820 году ученым Хансом Эрстедом, стал доказательством воздействия электрического тока на магнит. 

В начале ХIХ века в 1803 году создал первую в истории науки таблицу относительных атомных масс. Несмотря на погрешности, дальтоновская таблица элементов стала большим шагом для развития физики и химии. На протяжении двух столетий происходило накопление знаний о макроскопических свойствах минералов, металлов и других материалов под действием механических и электрических сил. 

Толчок в развитии теории о молекулярной кинетике дал Джон Максвел. В 1859 году он построил первую теорию идеального газа, в которой состояние газа задавалось не положением и скоростью каждой частицы, а функцией распределения. Назвав ее теорией вероятности, создал закон о распределении молекул в соответствие со скоростью. После этого, молекулярно-кинетическая теория сделала «огромный шаг веред», дав начало развитию статистической механики.

В 1859 году Г. Кирхгоф и Р. Бунзен заложили основы метода определения химического состава вещества по его спектру. В основу спектрального анализа положен распад белого света на составные части. До второй половины XX века возникла теория упругих колебаний и волн. Проводились исследования, которые в результате привели к получению сжиженных газов, кроме гелия. Ожижил солнечный газ в 1998 году голландский физик Хейке Каамерлинг-Оннес.

Во второй половине XX века физика вышла на новый этап развития, так как в полную силу начались исследования Космоса. Огромный скачок произошел в астрофизике, появились новые мощные телескопические приборы. Физики при помощи современного оборудования стали детально изучать физические данные различных тел во Вселенной. Они исследуют ее структуру, темную энергию и материю.