Історія фізики

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Реферат на тему: «Історія фізики»

Розвиток фізики

Фізика відноситься до числа природних наук, завданням яких є вивчення природи з метою її підпорядкування людині.
У давнину слово «фізика») означало природознавство. Згодом природознавство розчленувати на ряд наук: фізику, хімію, астрономію, геологію, біологію, ботаніку і т. д.
Серед цих наук фізика займає певною мірою особливе положення, оскільки предметом її вивчення служать всі основні, найбільш загальні, прості форми руху матерії.
Накопичення знань про явища природи відбувалося вже в глибокій старовині. Навіть первісні люди, помічаючи риси подібності та відмінності в явищах навколишнього світу, набували зі своєї практики деякі знання про природу. Надалі систематизування накопичених знань призвело до виникнення науки.
Розширення та уточнення знань про явища природи вироблялося людьми внаслідок практичних потреб за допомогою спостережень, а на більш високій стадії розвитку науки - за допомогою експериментів (спостереження - це вивчення явища в природній обстановці, експеримент - відтворення явища в штучній обстановці з метою виявлення особливостей даного явища в залежності від створених умов).
Для пояснення явищ створювалися гіпотези. Висновки зі спостережень, експериментів та гіпотез перевірялися при різноманітному взаємодії науки і практики; практика вказувала способи уточнення наукового досвіду (спостережень і експериментів), виправляла гіпотези, збагачувала науку. Наука в свою чергу збагачувала практику.
У міру того як розсувалися застосування наукових знань до практики, виникала потреба у використанні цих знань для передбачення явищ, для розрахунку наслідків тієї чи іншої дії. Це призвело до необхідності замість розрізнених гіпотез створити узагальнюючі та обгрунтовані теорії.
Вперше потреба в теорії виникла при зведенні будівель і споруд та призвела до розвитку механіки, в першу чергу вчення про рівновагу. У стародавньому Єгипті та Греції розроблялися статика твердих тіл і гідростатика. Потреба у визначенні часу для землеробських робіт і необхідність визначення напрямку при мореплавстві дали поштовх до розвитку астрономії. Цілий ряд відділів знання був обгрунтований і систематизований давньогрецьким мислителем Арістотелем. Його «Фізика» (у 8 книгах) на довгий час визначила загальний фізичний світогляд.
Знання про природу в міру їх накопичення використовувалися пануючими класами в своїх інтересах; в глибокій старовині наука перебувала в руках служителів культу (жерців) і була тісно пов'язана з релігією. Лише в стародавній Греції наукою почали займатися представники інших привілейованих верств суспільства. Кращі представники античної натурфілософії, тобто філософії природи (Левкіпп, Демокріт, Лукрецій), поклали початок матеріалістичного розуміння природи і, незважаючи на крайню недостатність фактичного матеріалу, прийшли до уявлення про атомному будову матерії.
Розпад античного суспільства тимчасово призупинив розвиток науки. В епоху середніх століть християнська церква, яка спиралася на панівні класи феодального ладу, надзвичайними жорстокістю, інквізицією, стратами підпорядкувала філософію цілям богослов'я. Фізика Аристотеля догматичної трактуванням її, що виключало можливість прогресу, була пристосована церквою для зміцнення авторитету священного писання. У цей час, головним чином у арабів, які створили великі держави і вели жваву торгівлю з віддаленими країнами, збереглися і набули деякий розвиток елементи наук, сприйняті від греків і римлян, особливо з механіки, астрономії, математики, географії.
У XV-XVI ст. на основі розгортання європейської торгівлі і промисловості почалися швидкий ріст і оформлення спочатку механіки і астрономії, а в подальшому і наук, що становлять основу промислової техніки, - фізики і хімії. Роботи Коперника, Кеплера, Галілея та їх послідовників зробили науку потужним знаряддям боротьби буржуазії з оплотом відживало феодального ладу - релігією. У боротьбі з церквою був висунутий науковий принцип: будь-яке справжнє знання грунтується на досвіді (на сукупності спостережень і експериментів), а не на авторитеті того чи іншого вчення.
У XVII ст. велика буржуазія прагнула до компромісу з залишками панівних класів феодального ладу. Відповідно представники науки були змушені вишукувати компроміс з релігією. Ньютон разом з геніальними науковими роботами написав тлумачення на церковну книгу - апокаліпсис. Декарт у своїх філософських творах намагався довести буття бога. Вчені підтримували помилкову ідею про першого поштовху, в якому нібито потребувала всесвіт, щоб прийти в рух.
Розвиток механіки наклало свій відбиток на наукову теорію того часу. Вчені намагалися розглядати світ як механізм і прагнули пояснити всі явища шляхом зведення їх до механічних переміщень.
У цей період розвитку природознавства величезне застосування одержало поняття сили. При кожному знову відкритому явище вигадувалася сила, яка оголошувалася причиною явища. До цих пір у фізиці збереглися сліди цього в позначеннях: жива сила, сила струму, електрорушійна сила і т. д.
Наукові теорії цього періоду, котрі розглядали світ як незмінно рухому машину, заперечували розвиток матерії, переходи руху з однієї форми в іншу. Незважаючи на успіхи в розширенні експериментального матеріалу, наука залишалася на позиції механістичного світогляду.
У XVIII ст. Ломоносов правильно передбачив картину молекулярно-кінетичного будови тіл і висловив вперше єдиний закон вічності матерії та її руху словами: «... всі зустрічаються в природі зміни відбуваються так, що якщо до чого-небудь щось додалося, то це віднімається у чогось іншого ... Так як це загальний закон природи, то він поширюється і на правила руху: тіло, яке своїм поштовхом збуджує інше до руху, стільки ж втрачає від свого руху, скільки повідомляє іншому, їм двинуто ».
У ті ж роки теорія Канта і Лапласа про розвиток сонячної системи з туманності усунула ідею про необхідність першого поштовху.
У XIX ст. на основі колосального зростання продуктивних сил у період розквіту промислового капіталізму прогрес науки надзвичайно прискорився. Потреба в потужному і універсальному двигуні для індустрії і транспорту викликала винахід парової машини, а її поява спонукало вчених до вивчення теплових процесів, що призвело до розвитку термодинаміки і молекулярно-кінетичної теорії. У свою чергу на основі термодинаміки виявилося можливим конструювати більш потужні і економічні типи двигунів (парові турбіни, двигуни внутрішнього згоряння). Ми бачимо на цьому прикладі, як практика спонукає до розвитку наукову теорію, а теорія надалі займає провідну роль по відношенню до практики.
Іншим прикладом складної взаємодії теорії і практики є розвиток теорії електрики і електротехніки. Уривчасті відомості про електричні явища були вже давно. Але тільки після того, як була відкрита електрична природа блискавки, а потім був відкритий гальванічний струм, фізика концентрує свою увагу на вивченні електрики. Фарадей, Максвелл, Ленц та ін розробили фізичні основи сучасної електротехніки. Промисловість швидко використовувала наукові відкриття і широким розвитком техніки відкрила небувалі можливості для наукового експерименту. Дослідження молекулярної будови тел розкрило електричну природу молекулярних і атомних взаємодій, що в свою чергу призвело в наші дні до відкриття атомної форми руху матерії, яка розкриває неозорі перспективи для нової техніки.
Ряд відкриттів - закон збереження і перетворення енергії, теорія електромагнітних хвиль, відкриття електронів і радіоактивності - остаточно поруйнував вчення про незмінність природи. Механіцизм зазнав аварії.
Правильно оцінити, зрозуміти суть нових наукових відкриттів виявилося можливим лише з позицій створеної Марксом і Енгельсом філософії діалектичного матеріалізму.
«Діалектичний матеріалізм є світогляд марксистсько-ленінської партії. Воно називається діалектичним матеріалізмом тому, що його підхід до явищ природи, його метод вивчення явищ природи, його метод пізнання цих явищ є діалектичним, а його тлумачення явищ природи, його розуміння явищ природи, його теорія-матеріалістичної ».
Явища природи при діалектичному підході до них потрібно розглядати в їх взаємозв'язку, взаємообумовленості, взаємозалежності і в їхньому розвитку, враховуючи при цьому, що кількісні зміни призводять до корінних якісним перетворенням, що розвиток явищ породжується боротьбою прихованих у них суперечностей.
Діалектичний підхід до явищ природи забезпечує неспотворене, правильне відображення дійсності у нашій свідомості. Це вирішальне, абсолютна перевага діалектичного методу над усіма іншими підходами до вивчення явищ природи пояснюється тим, що основні риси, що характеризують діалектичний метод, не придумані довільно, не нав'язують нашого пізнання штучних, не властивих йому мертвих схем, але, навпаки, точно відтворюють найзагальніші , не мають винятків закони діалектики природи.
Усі науки, зокрема фізика, наочно, кожним фактом підтверджують, що:
по-перше, будь-яке явище відбувається в органічній, нерозривному зв'язку з навколишніми явищами; бажаючи відокремити явище, розірвати його зв'язок з навколишніми явищами, ми неминуче спотворюємо явище;
по-друге, все існуюче схильне закономірного і невичерпного зміни, розвитку, притаманного самій природі речей;
по-третє, при безперервному розвитку накопичення кількісних змін призводить до переривчастим, стрибкоподібним якісним перетворенням, по-четверте, розвиток усього існуючого відбувається у вічній боротьбі протилежних тенденцій, у боротьбі між старим і новим, між відмираючим і народжується, між відживаючим й розвивається.
Діалектичний метод вивчення явищ природи відображає ці загальні об'єктивні закони, відтворює в принципах пізнання діалектику об'єктивного світу. Вірне відображення дійсності у нашій свідомості при діалектичному підході до явищ природи зобов'язує визнати діалектичний метод єдино правильним методом вивчення явищ природи. Тільки діалектичний матеріалізм є строго науковим світоглядом). Всі інші філософські погляди помилкові, відірвані від дійсності, метафізічни.
Проте буржуазія в силу своїх класових інтересів не може прийняти філософію пролетаріату - діалектичний матеріалізм. Вчені XIX ст. у своїй науковій роботі не могли не виходити з переконання в реальності зовнішнього світу, який вони вивчають; по - цьому у своїй роботі вони були стихійними матеріалістами, але в своєму світогляді вони відображали погляди панівного класу і в тій чи іншій мірі віддавали данину ідеалізму, особливо в питаннях, пов'язаних з філософією. Бурхливе зростання природознавства і разом з тим занепад буржуазної філософії породили характерні для теоретиків XIX ст. ідеологічний розбрат і недовіру до філософії.
З настанням імперіалізму, в кінці XIX і на початку XX ст., Ідеалізм прийняв витончену форму махізму (по імені засновника цього вчення австрійського фізика і філософа Ернста Маха). Махісти стверджували, що у своєму «досвіді» ми пізнаємо не властивості об'єктивної реальності, а лише свої власні відчуття. Слід мати на увазі, що слово «досвід» розуміється махістами інакше, ніж матеріалістами. Матеріалісти називають досвідом перевірку практикою теоретичних висновків про закономірності зовнішнього світу; експеримент є вирішальним мірилом вірності тієї чи іншої наукової теорії, її відповідності об'єктивній реальності. Для махістів досвід є сукупність наших відчуттів, а наука - їх впорядкування в нашій свідомості.
Різновидом ідеалізму є також агностицизм, який стверджує, що ми пізнаємо явища, але не «річ у собі», яка непізнавана.
У результаті невідповідності між колосальним зростанням позитивних фактичних знань про природу і тими ідеалістичними висновками, які з цих знань прагнуть зробити буржуазні вчені, сучасна фізика переживає глибоку кризу. В. І. Ленін
у книзі «Матеріалізм і емпіріокритицизм» не тільки викрив махізм, а й дав глибокий аналіз кризи фізики.
Успіхи нашої країни в будівництві комунізму лякають імперіалістів і в той же час пробуджують політичну активність у мільйонів трудящих у капіталістичних і особливо в колоніальних і залежних країнах, і це змушує діячів капіталістичного світу якими завгодно засобами протидіяти зростанню авторитету і впливу Радянського Союзу. В якості одного з методів ідеологічної боротьби імперіалістів служить фальсифікація істинної картини розвитку науки: замовчуються, приховуються досягнення Радянського Союзу і принижується роль російських вчених в розвитку науки.
Що стосується успіхів радянської фізики, то краще за все про них свідчать два факти: перший - у нашій країні техніка досягла небувалого розквіту, а фізика служить основою наукового вдосконалення техніки, другий - Радянська Армія явила всьому світу безприкладну міць своєї зброї, фізика ж, як відомо , грає важливу роль в удосконаленні військової техніки.
З кожним роком у всіх країнах світу все більший вплив на свідомість народних мас надає філософія діалектичного матеріалізму. Прагнучи протидіяти цьому впливу, істинні Господарі імперіалістичних держав щедро заохочують глашатаїв всіляких ідеалістичних течій в науці.
Успіхи сучасної фізики з очевидністю показують торжество діалектичного матеріалізму. Тим не менш друк капіталістичних країн особливо рекламує і вводить в моду такі різновиди фізичних теорій, які своїм безприкладним формалізмом відкривають дорогу для ідеалістичних збочень. Не випадково, що в останні роки зарубіжні наукові журнали з фізики охоче приділяють місце обговорення деяких неометафізіческіх теорій. Наприклад, відомі зарубіжні вчені зайняті спробами отримати з фізичної теорії відносності висновок про кінцівки всесвіту і вирахувати «радіус» і «вік» світу.
А. А. Жданов у виступі на філософської дискусії в 1947 р. показав, що модні зарубіжні ідеалістичні перекручення фізики грають пріслужніческую роль в поході зарубіжної реакції проти марксизму. «Взяти хоча б вчення англійського астронома Еддінгтона про фізичні константи світу, яке прямісінько призводить до піфагорейської містиці чисел і з математичних формул виводить такі" істотні константи "світу, як апокаліптичне число 666, і т. д. Не розуміючи діалектичного ходу пізнання, співвідношення абсолютної і відносної істини, багато послідовників Ейнштейна, переносячи результати дослідження законів руху кінцевої, обмеженій області всесвіту на всю нескінченну всесвіт, домовляються до кінцівки світу, до обмеженості його в часі і просторі, а астроном Милі навіть "підрахував", що світ створений 2 мільярди років тому. До цих англійським вченим застосовні, мабуть, слова їхнього великого співвітчизника, філософа Бекона про те, що вони звертають безсилля своєї науки в наклеп проти природи.
У рівній мірі кантіанської виверти сучасних буржуазних атомних фізиків приводять їх до висновків про "свободу волі" у електрона, до спроб зобразити матерію тільки лише як деяку сукупність хвиль і до іншої чортівні »(А. А. Жданов).
Ідеалістичні течії в закордонній науці вплинули і на деяких радянських фізиків. Відверта проповідь ідеалізму у нас ускладнена тим, що вона зустрічає опір з боку наукової громадськості. Проте внаслідок схиляння перед закордонною наукою деякі наші теоретики в прихованій, схоластичної формі іноді виступають з діяльної захистом ідеалістичних концепцій. Вони намагаються довести, що хоча Ейнштейн, Еддінгтон, Бор, Гейзенберг і ін майстерно повертали фізику на шлях до махізм, але розвинені ними погляди нібито неважко узгодити з діалектичним матеріалізмом, якщо «відкинути махістскую фразеологію» і ті ж погляди забезпечити «діалектичними поясненнями ». Цю - вкрай небезпечну для нашої вітчизняної фізики - позицію часом виправдовують прагненням не втратити наявні в тих чи інших фізичних теоріях цінні математичні методи. При цьому забувають (або замовчують), що для удосконалення цих методів давно назріла необхідність розробити іншу методологічну основу їх застосування (див. т. III).
Оманливі заяви, ніби будь-яка «вірна» теорія матерії матеріалістична. Пануючі теорії завжди представлялися сучасникам «вірними теоріями», але з часом з'ясовувалося, що в них є тільки зерно істини, а багато чого, привнесене фізико-філософськими поглядами авторів теорій, виявлялося помилковим. Так, Саді Карно відкрив другий початок термодинаміки, але уявлення про теплорода, що лежало в основі його теорії, через тридцять-сорок років було відкинуто. Ампер відкрив деякі закони електродинаміки, але методологічні основи електродинаміки Ампера виявилися помилковими і були відкинуті разом з поданням про те, що електрика позбавлене інерції. Найбільші завоювання в оптиці були зроблені Гюйгенсом і Френелем на базі виключених в даний час уявлень про механічні коливання ефіру, і т. д.
Немає жодних підстав абсолютизувати сучасні фізичні теорії; не можна уявляти, що вони виявляться вічними, що подальший розвиток фізики не уточнить їх, і не тільки в деталях, але і в деяких вихідних положеннях.
Діалектико-матеріалістичний підхід до фізичних теорій висвітлює правильні, здорові, прогресивні напрямки в теоретичній фізиці і виявляє методологічно помилкові ланки теорій, виявляє лженауковість окремих теоретичних передумов і висновків, показує, де, в яких припущеннях та чи інша теорія віддаляється від дійсності, в яких своїх частинах вона потребує удосконалення, в переробці.
Безсумнівно, потрібно багато праці й таланту, щоб здійснити необхідну для прогресу науки переробку, перебудову деяких фізичних теорій, які їх авторами були розвинені, в махістском або ідеалістичному дусі. Це завдання важке, але посильна для радянської фізики, яка вже показала свою зрілість і силу.
Матерія і рух
Найпростішими знаряддями пізнання світу є наші органи почуттів. Інструментальна фізика є додатковим спорядженням очі і вуха людини. Наші слухові і зорові сприйняття суб'єктивні; ми сприймаємо звукові тони, колірні відтінки, запахи і т. д. Об'єктивне відмінність, існуюче між звуками неоднакового тону, полягає в неоднаковому частоті звукових коливань. Точно так само відмінності в колірних відтінках об'єктивно відповідає відмінність в частотах світлових коливань. Наші сприйняття тепла і холоду породжені більшою чи меншою інтенсивністю молекулярних рухів. Відчуття звуку, відчуття світла, смакові, дотикові і нюхові відчуття являють собою тільки відгуки нашого тіла і свідомості на породжують їх фізичні явища.
Такі слова, як «світло», «колір», «теплота», «звук», «сила світла», «ступінь нагретости» і т. д., в повсякденному житті ми вживаємо в одному сенсі: ми вкладаємо в них фізіологічне зміст - зміст наших відчуттів. У фізиці ми ті ж самі слова вживаємо в іншому сенсі: ми позначаємо цими словами ті об'єктивно протікають процеси, якими породжуються наші відчуття, або ж такі явища, які були б здатні породити відповідне відчуття, якщо б наші органи почуттів були більш досконалі.
Наші відчуття різнорідні. Породжують їх явища вкрай різноманітні. Однак у міру зростання наших пізнань ми помічаємо, що багато явищ мають важливі риси схожості. Ми переконуємося, що для правильного розуміння світу ми повинні виробити такі поняття, які широко узагальнюють результати експерименту і головне - відбивають єдність природи будь-якого досліджуваного нами ряду явищ.
Самими загальними і основними категоріями є матерія і рух. «Матерія - об'єктивна, реальність, яка існує незалежно від людської свідомості і відображається ним ... Матерія є те, що, діючи на наші органи чуттів, відтворює відчуття »(Ленін). Зрозуміло, що за допомогою наших відчуттів ми пізнаємо матерію тільки в її окремих конкретних проявах; також і в нашій науковій і практичній діяльності ми маємо справу не з матерією «взагалі», а завжди з її конкретними проявами.
Атрибутом (невід'ємною властивістю) матерії є рух. Рух являє собою форму існування матерії. Коли ми говоримо про рух, то завжди уявляємо собі деяке переміщення чого-небудь, наприклад переміщення тіл, середовища, частинок. Треба, однак, мати на увазі, що рух не зводиться тільки до переміщення. «Будь-яке рух пов'язано з яким-небудь переміщенням-переміщенням небесних тіл, земних мас, молекул, атомів або частинок ефіру. Чим вище форма руху, тим незначніше стає це переміщення. Воно жодним чином не вичерпує природи відповідного руху, але воно невіддільне від нього. Тому його необхідно дослідити раніше всього іншого »(Енгельс).
Рух у філософському сенсі - це всяка зміна матерії, всякий відбувається в природі процес: хімічна реакція, електромагнітне випромінювання, зростання дерева, мислення.
«Рух, що розглядається у найзагальнішому сенсі слова, тобто розуміється як форма буття матерії, як внутрішньо притаманний матерії атрибут, обіймає собою все що відбуваються у всесвіті зміни і процеси, починаючи від простого переміщення і кінчаючи мисленням» (Енгельс).
Механіка вивчає найпростішу форму руху, а саме переміщення тіл або часток у просторі (механічний рух).
Деякі фізичні відкриття XIX ст. дали можливість як би «звести» цілий ряд явищ, які здавалися абсолютно різнорідними, до механічного руху. Так, наприклад, тепловий стан тіла було ніби «зведено» до механічного руху його молекул. На цьому грунті зміцнилося припущення, що всі взагалі явища природи в кінцевому рахунку представляють собою тільки механічний рух; було висунуте гасло - звести всі природознавство до механіки. Таке погляд носить назву механістичного світогляду.
Цей погляд помилково. Сутність високих форм руху в дійсності несводима до механічного руху. Кожна форма руху має особливі риси, що становлять її своєрідність (її якість). Навіть тепловий рух, хоча воно і складається з механічного руху молекул, не вичерпується ним; при тепловому русі переміщення молекул в середньому підпорядковані особливими законами статистики, які не випливають із законів механіки.
Закони механіки важливі для розуміння нижчих форм руху, але вони недостатні для розуміння вищих (більш складних) форм. Вже в молекулярних рухах виявляються явища, які не можуть бути пояснені і передбачені допомогою одних тільки ньютоново законів. Саме ці явища, що не піддаються вичерпному поясненню, якщо виходити тільки з переміщень, виступають на перший план, коли ми звертаємося до вивчення всередині * атомних рухів, а також і тих рухів, які лежать в основі електричних і магнітних процесів. У таких високих формах руху, як біологічні процеси і мислення, переміщення грають, поза сумнівом, другорядну роль порівняно з іншими своєрідними сторонами цих процесів, несвідомих до механічного руху. Природа складніше, ніж думають механіст.
Фізика вивчає найпростіші форми руху: 1) механічний рух (поступальний, обертальний, коливальний, хвильовий) та пов'язані з механічним рухом прояви всесвітнього тяжіння; 2) молекулярно-тепловий рух і процеси, зумовлені міжмолекулярними взаємодіями (властивості та зміни агрегатних станів, дифузію і розчинення , передачу тепла і т. п.); 3) електричні та електромагнітні процеси і 4) внутріатомні рух і властивості тіл, які визначаються будовою атомів (зокрема, оптичні властивості тіл, походження найважливіших хімічних особливостей речовин, космічні та лабораторні процеси перетворення елементів і т . п., аж до звільнення внутрішньоядерної енергії).
При науковому дослідженні фізичних явищ в переважній більшості випадків ми зустрічаємося з найтіснішого взаємозв'язком, з взаємопроникненням і перетворенням усіх зазначених форм руху матерії.
В даний час дуже важко провести межу між фізикою і пов'язаними з нею науками, особливо хімією.
У фізиці вивчаються як руху тіл, складених з величезної кількості молекул, так і більш тонкі форми руху матерії - рух молекул, атомів, їх ядер, електронів. Іноді розділ фізики, що має справу з тілами, які містять величезну кількість атомів або молекул, називають макрофізики; розділ фізики, в якому вивчаються руху і взаємодії окремих дрібних частинок, називається мікрофізику.
Хімія також має справу з атомами й молекулами, але вивчає якісні особливості речовини, до яких призводять кількісні зміни числа електронів в атомі, числа і роду атомів в молекулах. У прикордонній області між фізикою і хімією розвинулося декілька дисциплін: фізична хімія, колоїдна хімія та ін
До фізики примикають науки, що вивчають конкретні стану матерії, що оточує нас на Землі (геофізика, метеорологія, гідрологія), в небесних тілах (астрофізика), в живих організмах (біофізика).
Глибокий внутрішній зв'язок між фізикою, хімією, астрономією, геологією, біологією забезпечується єдністю, спільністю будови матерії у всіх її конкретних проявах. Найвіддаленіші зірки, Сонце, земна кора, живі організми побудовані з одних і тих же хімічних елементів. Молекулярні сили, хімічні міжатомної сили, внутріатомні сили в основному мають електричну природу. Атоми всіх хімічних елементів побудовані певною мірою однотипно: з позитивно заряджених масивних атомних ядер і найлегших з відомих нам елементарних частинок - електронів, які в своєму стрімкому русі по замкнутих орбітах навколо ядра утворюють як би електронний хмара, що охоплює ядро. Ядра всіх атомів побудовані з протонів - позитивно заряджених ядер атомів водню, маса яких в 1836 разів перевищує масу електрона, і майже таких же за масою, але електрично нейтральних частинок - нейтронів.
Крім цих основних, стабільних частинок, в космічних променях виявилося існування малостійкі частинок: позитивних електронів - позитронів, що мають таку ж масу, як і негативні електрони, і мезонів - частинок трьох родів по заряду - негативних, позитивних і нейтральних - й кількох різновидів за величиною маси: мезонів, що мають масу приблизно в 210 разів більшу, ніж маса електрона, і мезонів, маса яких приблизно в 280 разів перевищує масу електрона.
У просторі, де знаходяться електричні заряди, відбуваються приховані, невідомі нам руху матерії, які проявляються в дії електричних сил на пробний заряд, внесений у будь-яке місце цього простору, і в дії магнітних сил на рухомий заряд; цю особливу форму рухомої матерії (що відрізняється від частинок, але породжує взаємодія електрично заряджених частинок і намагнічених тіл) називають електричним і магнітним полем.
На відміну від електрики не існує вільного, незв'язаного полярного магнетизму-магнітні полюси не можуть бути роз'єднані. Електрична і магнітна енергія безперервно розподілені в електричному та магнітному полі. Але встановлено в якості одного з головних законів фізики (який роз'яснено у т. III), що де є енергія, там мається на пропорційному кількості і маса. Таким чином, електричне і магнітне поля мають матеріальну основу - володіють масою та енергією.
Можна сказати, що сучасній фізиці матерія відома в двох основних формах, які, однак, при всій їх протилежності нерозривно пов'язані: у формі частинок речовини і у формі полів. Електрони представляють собою сукупність цих двох форм матерії: електрон - частка і в той же час він - центр породженого їм електромагнітного поля, яке є носієм його енергії і маси.
Нейтрони (електрично нейтральні частинки, що мають масу водневого ядра) являють собою найбільш характерний приклад корпускулярної форми матерії. Якесь поле притаманне і нейтрони, але природа і будова цього поля поки залишаються нез'ясованими.
Фізиці добре відома й інша крайність - електромагнітна форма матерії. Це - світло, теплове випромінювання і взагалі квантове випромінювання, яке представляє собою хвильове електромагнітне поле, відірвалося від породили його зарядів і розповсюджується з граничною швидкістю руху - зі швидкістю світла. Відрив електромагнітного поля від породили його зарядів відбувається за квантовому закону, згідно з яким енергія випромінюється не інакше, як певними порціями, у кількостях, рівних або кілька разів повторюють величину e = hv, де h - деяка універсальна стала і v - частота коливань у випромінюванням електромагнітних полі. Ці порції випромінювання називають фотонами.
Кожній частці енергії відповідає пропорційна їй маса: атом, що випромінює фотон, разом з енергією втрачає певну масу; цю масу забирає фотон. До випромінювання це була маса деякої частини електромагнітного поля зарядів, а після випромінювання вона ж стала масою фотонів.
Зустрічаються в деяких книгах міркування про перетворення маси в енергію є недбалість, неточність викладу або ж навмисне ідеалістичне перекручення фізики. Ніякого перетворення маси в енергію ніколи не відбувається.
У сенсі цілісності та наявності маси фотони аналогічні часткам, і в певних випадках вони і проявляються як частки, але в той же час фотони, не маючи структурно відокремлених центрів зосередження маси і енергії, являють собою повну протилежність часткам; фотон - це електромагнітне поле, відірвалося від зарядів, але зберігає свою цілісність, незважаючи на те, що воно більш-менш розкинуто в просторі як група, пакет хвиль.
Замість двох основних форм матерії (частинки і поля) при більш детальної класифікації видів матерії кожен рід частинок і їх стійких поєднань можна розглядати як особливий вид матерії. Таким чином, у фізиці розрізняють матерію:
у вигляді фотонів різної довжини хвилі;
у вигляді елементарних частинок, а саме: електронів (електронної хмари в атомі, електронного газу в металі, електронного струму, електронних променів) і ядерних частинок (позитронів, протонів, нейтронів, мезонів і найпростіших атомних ядер, що виявляють себе при радіоактивності і в ядерних реакціях );
у вигляді атомів, іонів, молекул і їх поєднань в хімічні речовини.
Наведені класифікації фізичних форм руху матерії і видів матерії, досліджуваних фізикою, відповідають сучасній щаблі розвитку фізики. У міру поглиблення наших знань про природу і будову матерії подібного роду класифікації постійно піддаються перегляду і вдосконалення.
При розвитку фізики відбувається зміна фізичних теорій, уточнюються і удосконалюються закони і поняття фізики. При розвитку фізики відбувається заміна і предмета фізики і методів фізичного дослідження світу.
Спочатку фізика являла собою науку про природу, тобто предмет її був, здавалося б, незрівнянно ширше сучасного, коли від фізики відокремилися і відокремилися численні природничі науки: хімія, біологія, геологія і т. д. Однак слід врахувати, що фізика, розуміється в давнину як природознавство, насправді мала предметом вивчення нечисленні явища, які стали відомі людству з вузького кола спостережень, зроблених неозброєним оком небагатьма людьми, цікавитися наукою.
Вже в середні віки, коли від фізики відділялися народжувалася хімія і початки деяких інших природничих наук, предмет вивчення фізики не тільки не звузився, але, навпаки, розширився (що й викликало відділення згаданих наук). Дійсно, до цього часу вельми розширилися пізнання людей про рух і рівновазі тіл, про плавання твердих тіл в рідинах, про теплові явища, кипінні, розчиненні, кристалізації, про явища погоди і т. п. Це розширення області явищ, досліджуваних фізикою, було викликано практичними потребами людей, у зв'язку з поширенням ремесел і торгівлі, і сталося завдяки розширенню і деякому удосконалення спостережень і найпростіших експериментів.
У міру зростання виробничих і технічних засобів відбувалося інструментальне оснащення фізики; в практику фізичного дослідження були поступово введені ваги, ареометри, термометри, гігрометри, лупи, мікроскоп, оптичні призми, спектрометри та інші прилади. Поряд з цим розвивалися математичні методи, що дозволяли фізикам шляхом обчислень подумки проникати в область явищ, недоступних для безпосереднього обстеження фізичними приладами. Все це в надзвичайному ступені розширило предмет вивчення фізики; вивчення механічних, теплових, звукових та світлових явищ, а також властивостей твердих, рідких і газоподібних тіл було доповнено вивченням електричних і магнітних процесів, вивченням світу молекул і атомів, а пізніше і розкриттям будови атома.
Розвиток техніки і сильно зросле значення фізики для промисловості призвели до оснащення фізичних лабораторій безліччю точних приладів і в першу чергу високосовершенной електровимірювальної та оптичної апаратурою. Строгі методи дослідження хімічного складу і будови тіл - спектральний аналіз, мікроскопія та рентгеноструктурний аналіз - були доповнені ще більш тонкими методами, де світлові і рентгеновимі промені були замінені атомними і електронними променями. Були знайдені способи, які дозволяють із звичайних речовин створювати радіоактивні речовини і здійснювати атомноядерние реакції, тобто перетворення хімічних елементів. У результаті фізика піднялася на сучасну щабель експериментальних і теоретичних відкриттів, які ведуть до нового стрімкого удосконалення та перетворення техніки.
Зі сказаного ясно, що однією з характерних рис у розвитку фізики є поступове і планомірне дослідження фізикою все більш тонких, більш прихованих видів фізичного руху матерії, де переміщення відчувають все більш дрібні частинки речовини і де саме геометричне переміщення частинок відступає на другий план у порівнянні з іншими явищами. Цей напрямок в історичному розвитку фізики можна охарактеризувати схемою: дослідження механічного руху тіл (механіка твердих, рідких і газоподібних тіл) ® дослідження пружних рухів тіл (теорія пружності, акустика) ® дослідження молекулярного теплового руху (кінетична теорія, термодинаміка) ® дослідження електричного руху ( електродинаміка) ® дослідження внутрішньомолекулярних та внутрішньоатомних рухів (фізична хімія, оптика) ® дослідження корпускулярно-променистих і внутрішньоядерних рухів (електронна фізика, вчення про радіоактивність і космічних променях, вчення про ядерні перетвореннях).
Зрозуміло, ця схема, як і всяка взагалі схема, спрощує справу. У дійсності перераховані види руху так пов'язані між собою, що в багатьох випадках відкриття, зроблені в області одного з видів руху, сильно впливають на вивчення інших видів руху. Тому не можна чітко виділити історичні етапи в розвитку фізики, які строго відповідали б наведеною схемою. Проте ця схема правильно вказує загальний напрямок розвитку фізики.
Звертає на себе увагу інша характерна риса в розвитку фізики: тривалий час (у XVII, XVIII і в першій половині XIX ст.) При дослідженні різних фізичних видів руху головне місце в нових фізичних теоріях займало поняття сили; в подальшому, у другій половині XIX ст ., основне місце у фізичних теоріях зайняло поняття енергії; у фізиці XX ст. головне місце у фізичних теоріях займає поняття дії (твір енергії на час). Цей напрямок у розвитку фізики означає звільнення фізики від впливу метафізичних уявлень, які спонукали розглядати сили як «причини виникнення» руху; фізикою була виявлена ​​необхідність поставити на перше місце в теоріях величину, яка найбільш повно визначає взаімопревращаемость різних видів руху; спочатку передбачалося, що такий величиною є енергія, але виявилося, що головну роль грає дію.
Відображено ие об'єктивної реальності у фізичних теоріях
Матеріалісти й ідеалісти підходять до визначення мети та змісту фізики, до оцінки істинності її законів і теорій з абсолютно різних позицій. Саме розуміння істини і можливості розкриття істини при фізичному дослідженні світу протилежно у матеріалістів і ідеалістів.
Представники найбільш поширеною зараз за кордоном ідеалістичної школи - послідовники Маха - виходять з того, що наші пізнання про природу формуються через відчуття, і стверджують, що внаслідок цього фізичне дослідження світу не може нам дати нічого більшого, як встановлення загальновизнаних усіма людьми зв'язків між фактами відчуттів . Мах в одному зі своїх творів (у 1872 р.) прямо писав, що завдання фізики полягає в тому, щоб «відкривати закони зв'язку між відчуттями».
Найбільш послідовні махісти вважають, що саме відчуття, а не речі є істинними елементами світу; інші махісти неокантіанского толку, погоджуючись з матеріалістами, що причиною відчуттів є об'єктивно існуючі речі, в той же час на противагу матеріалістам вважають, що наші пізнання обмежуються відчуттями, що речі залишаються принципово непізнаваними.
Відповідно до цього махісти заперечують можливість розкриття абсолютної істини. На їхню думку, абсолютної істини немає, а якщо б вона і була, то вона завжди залишалася б поза межами людського пізнання.
Але що таке істина? Це питання в усі часи ставили собі всі філософи і відповідали на нього по-різному.
Філософи з релігійними поглядами безуспішно шукали істину в релігії, деякі філософи-ідеалісти вбачали істину в моральному вдосконаленні людини, інші - в його суб'єктивних уявленнях, треті - в натхненні всієї природи, четверті вважали істину непознаваемой і т. д. На думку махістів, знання людини не можуть бути достовірними, і тому всі істини відносні; об'єктивної, абсолютної істини немає.
На думку махістів, мета науки-не розкриття істини, а приведення фактів у таку систему, яка забезпечувала б найбільшу економію мислення. Фізичні поняття, закони і теорії, на думку махістів, не розкривають природи речей, але являють собою лише зручну форму для зовсім умовного «опису фактів». Під «фактами» махісти увазі комплекси наших відчуттів,
Як же слід насправді розуміти зміст і межі фізичного дослідження миру?
'Перш за все, слід відзначити, що в дійсності весь хід історичного розвитку науки, так само як і хід кожного окремого наукового дослідження, відбувається по діалектичному закону, сформульованому В. І. Леніним у таких словах: «Від живого споглядання до абстрактного мислення і від нього до практики - такий діалектичний шлях пізнання істини, пізнання об'єктивної реальності ». Таким чином, наукове дослідження є єдністю теорії і практики за вирішальної ролі практики і провідної ролі теорії.
Результат експерименту, при постановці якого дослідник • вже керується певної гіпотезою, дає можливість перевірити гіпотезу, уточнити й розширити її до ступеня теорії, встановити фізичний закон, тобто встановити характер об'єктивної залежності між різними фізичними величинами.
Досвід (спостереження, експеримент, практика) є джерелом усіх наших знань. Але поряд з досвідом для розвитку знань керівне значення має теоретичне мислення. Без теоретичних узагальнень, без вказівок теорії про розумне напрямку експериментів неможливий рух науки вперед.
Теоретичні узагальнення сучасної фізики підсумовують все, що було видобуто допитливим людським розумом у галузі вивчення фізичних явищ за весь довгий період розвитку культури. Щоб уточнити узагальнення і охопити незліченну кількість фактів за допомогою порівняно небагатьох теоретичних понять і формул, виявилося необхідним створити ряд математичних наук: диференціальне та інтегральне числення, теорію диференціальних та інтегральних рівнянь, варіаційне числення, математичну теорію ймовірностей, векторний аналіз, математичну теорію поля, тензорний аналіз і т. д. Нелегко опанувати цим великим математичним апаратом. Математичні труднощі, що стоять на шляху правильного використання сучасних фізичних теорій, часом відлякують деяких фізиків-експериментаторів; долею таких фізиків є плоский вульгарний емпіризм, який заводить їх дослідження у глухий кут.
Нерідко трапляється, що внаслідок математичних труднощів окремі фізики замість правильного використання сучасних фізичних теорій придумують свої особливі, дуже спрощені гіпотези «зі стелі», гіпотези, які не враховують всієї складної сукупності вивчених фізикою фактів, відстають від науки і тому зазвичай виявляються безпорадними або навіть шкідливими .
Фізика, збагачуючись завдяки експериментам, спирається в своєму розвитку на математику. Відома математизація фізики потрібна, але зайва абстрактність фізичних теорій і не викликається дійсною необхідністю математично ускладнена трактування питань небезпечні. Такі страждають надмірним формалізмом фізичні теорії не використовуються експериментаторами і штовхають фізику до відриву від практики.
Характерно, що непотрібна гіпертрофія математичного апарату в деяких фізичних теоріях, що допускається їх авторами заради математичного «мистецтва для мистецтва» в явний збиток фізичної ясності і простоті теорії, вигад без потреби безлічі нових малокорисних символів через любов до символіки, особливу пристрасть до вигаданим допоміжним величинам і їхніх умовних перетворень - всі ці та їм подібні риси формалізму у фізиці найбільше властиві фізикам-ідеалістам.
Як би абстрактна не була теорія, якщо вона вірна, якщо вона побудована правильно, то не тільки її висновки повинні відповідати дійсності, але і всі ланки теорії, всі поняття і величини, якими вона оперує, також повинні можливо точніше відображати об'єктивну реальність.
Розглянемо ближче питання про нормальне співвідношення між теоретичним мисленням і об'єктивною реальністю. Джерелом мислення є перш за все наші враження. Працями великого російського фізіолога Сєченова було встановлено, що між враженням і об'єктивними причинами, що породили враження, завжди існує деякий проміжну ланку. Наприклад, при зорових враженнях проміжною ланкою є зображення предметів на сітківці ока. Проміжна ланка, наприклад отриманий на дні очі образ предмета, діяльністю нервових волокон і кори головного мозку відбивається свідомістю. Особливо важливі переконливі докази Сєченова, що форми і властивості предметів, їх розподіл у просторі, їх переміщення відображаються вірно, в повній відповідності з дійсністю.
Цей висновок Сєченова відповідає марксистсько-ленінської теорії відображення: наша свідомість черпає враження з відчуттів, які, з одного боку, є результатом впливу зовнішніх предметів на органи чуття, а з іншого боку, невіддільні від роботи думки; від живого споглядання процес пізнання веде до абстрактного мисленню, перевіряється практикою, і у результаті людську свідомість вірно відображає об'єктивну реальність.
Діяльність пам'яті і мислення спрямована і на розчленування (аналіз) фактів, і на зв'язування розрізняне в одне ціле - на узагальнення (синтез) за допомогою відволікання від другорядних властивостей предмету або маловажних ознак явища. У результаті узагальнення великої кількості фактів нашу свідомість створює уявлення та поняття. Таким чином, абстрактне мислення оперує поняттями, які відображають у повній відповідності з, об'єктивною реальністю типові риси безлічі подібних речей і характерні риси однорідних явищ. Віддзеркалення - це узгодження, відповідність між сприйняттям або думкою і об'єктивною реальністю; відбиток - це образ, вірніше, картина, як би копія об'єктивного світу.
При фізичному дослідженні світу, щоб розкрити закономірності, пов'язані з таким формам руху, як, наприклад, електричні явища, які безпосередньо не приносять нам великого числа чуттєвих сприйнять, ми користуємося уявленнями і поняттями, виробленими при дослідженні найбільш наочною, найбільш відчутної форми руху - механічного руху. Саме так були введені у фізику поняття про електричну силі, про електричну роботі, про магнітній силі і роботі та пов'язані з ними уявлення про електричну та магнітної напруженості полів, про електричний потенціал і т. п. У міру розвитку наших знань про більш складні форми руху деякі невдало введені в фізику з механіки уявлення та поняття доводилося відкидати, оскільки жодна складна форма руху не зводиться повністю до більш простій формі руху, інші ж поняття в основі своїй збереглися, причому в деталях перетворювалися відповідно відкриваються особливостям досліджуваної форми руху.
Таким чином, фізичні поняття і уявлення про фізичних величинах зовсім не є довільним плодом творчості нашого мислення чи простим результатом угод, зроблених фізиками з метою уніфікації вимірювань, як це здається махістами; фізичні поняття і уявлення про фізичних величинах відображають об'єктивну реальність і відбивають її тим вірніше і повніше, чим вище ступінь розвитку фізики.
Всі помилкове, що вводиться в науку внаслідок недостатності наших знань і з вини захоплення формалізмом, який часто засмічує фізику штучними, хибними уявленнями, - все це у подальшому розвитку науки розкривається як невідповідність істині і відкидається.
Розвиток фізико-теоретичних уявлень відбувається за допомогою заміни одних застарілих теорій іншими, більш досконалими, які по-новому, точніше пояснюють зрослий коло вивчених явищ і в той же час зберігають в собі всі зерна істини, що були в старих теоріях.
Поряд з цією зміною теорії, що веде до їх удосконалення, тобто до більш повного відображення реальності, величезне значення для розвитку фізики має процес поступового, а іноді відбувається стрибками перетворення сенсу, змісту фізичних понять.
Прикладом може служити розвиток одного з основних фізичних понять - поняття про атом речовини.
Стародавні греки вважали атом вкрай малою часткою речовини, твердої, як крихітний камінчик, що має кулясту, овальну або яку-небудь іншу форму і обладнаної гачкоподібним виступами, які своїми зчепленнями при зближенні атомів забезпечують міцність тіла. У XVII і XVIII ст. атом розуміли як межа механічного та хімічного поділу речовини, як абсолютно тверду інертну частку, яка є разом з тим центром сил взаємного тяжіння і сил молекулярного зчеплення. У кінці XIX і на початку XX ст. атом стали уявляти собі як складну частку, що складається із хмари позитивного електрики і деякого числа розміщених в ньому електронів, які при зовнішніх впливах на них зміщуються і рухаються за законами класичної електродинаміки. Ще трохи пізніше, на початку другого десятиліття XX ст., Виявилося, що позитивну електрику атома зосереджена в крихітному масивному атомному ядрі; навколо ядра з величезною швидкістю обертаються електрони, які утримуються тільки на певних стаціонарних орбітах і відчувають зміну в стані руху не за законами класичної електродинаміки, а за зовсім іншими, квантовим законам. В даний час ми знаємо, що ядро ​​будь-якого атома є складним і складається з позитивних ядер водневого атома - протонів і таких же за масою нейтральних частинок-нейтронів; крім того, стало ясним, що будова атома вимальовується ближче до істини не геометричній, а енергетичної картиною , яка розкривається хвильової механікою (т. III).
Глибоке, докорінна зміна зазнало і поняття про електронах, які ще недавно фізика вважала як би найдрібнішими крапельками електрики, рівномірно розподіленого в обсязі кульки або ж зосередженого на поверхні його. Досить сказати, що в даний час електрони і позитрони ми уявляємо собі як частки, які мають не тільки електричні, але і чисто магнітні властивості, як би викликаються обертанням цих частинок навколо своєї осі, а насправді мають більш складне походження; крім того, відомо , що електрони і позитрони мають, як і всі взагалі найдрібніші частинки матерії, деякі властивості, притаманні хвилях; нарешті, виявилося, що за певних умов пара частинок, електрон і позитрон, може перетворитися на так званий гамма-фотон-матеріальний пакет електромагнітних хвиль, як би частинкою випромінювання, яке відрізняється ще більшою проникаючою здатністю, ніж рентгеновимі промені.
Навіть такі, здавалося б прості, поняття, як вага і маса, зазнали при розвитку фізики якнайглибші зміни.
Перше перетворення поняття про вагу тіл було викликано відкриттям кулястості Землі: поняття ваги довелося зв'язати з напрямом сили ваги до центру Землі. Ньютонів закон тяжіння дозволив виявити неправильність розуміння ваги тіла як незмінного властивості цього тіла і привів до розширеного розуміння ваги як прояви тяжіння між аналізованим тілом і земною кулею або іншим небесним тілом, якщо мається на увазі вага тіла по Ставленню, наприклад, до Місяця, до якої -небудь планеті, до Сонця і т. д.
При цьому стала ясною залежність ваги тіла на Землі від висоти розташування тіла над рівнем моря. Відповідно до цих законів механіки і фактом добового обертання Землі і її неточно кулястої форми виявилася складна залежність ваги як тиску тіла на опору від географічної широти місцевості. Ще більш розширене уявлення про вагу було встановлено в ейнштейновой теорії тяжіння: тут розуміння тяжіння, а зокрема, стало бути, і ваги, було пов'язане з властивостями самого простору, в якому розташовані тяжіють маси.
Подання про масу як про кількість матерії в тілі і в той же час як про міру інертності було введено у фізику Ньютоном. Довгий час масу розуміли як абсолютне, незмінна властивість тіла, цілком незалежне від стану руху тіла, від ступеня його нагретости, наелектризованість і т. д. Однак, коли були відкриті і досліджені електрони, виявилося, що їх маса має електромагнітне походження. Це призвело в свою чергу до відкриття залежності маси тіла від швидкості його руху, що позначається тільки при дуже великих швидкостях, порівнянних із швидкістю світла. Це відкриття підказало, що швидкість світла у порожнечі (в ефірі) є гранична, найбільша можлива швидкість руху. Нарешті, було встановлено, що маса тіла та енергія тіла є двома заходами матерії в її русі і що ці два заходи: одна, яка визначає кількість матерії, - безліч, і інша, визначає розмах руху і взаємодії,-енергія, суворо пропорційні один одному. Коефіцієнт пропорційності, на який потрібно помножити масу тіла, виражену в грамах, щоб отримати його енергію в ергах, дорівнює квадрату швидкості світла у порожнечі (у см / сек).
У процесі розвитку фізики, як відомо, невпізнанно змінилися уявлення про теплоту, про магнетизм, про світло, про природу молекулярних сил і т. д. Кожне нове, змінилося зміст фізичних понять все глибше, вірніше, повніше відображає об'єктивну реальність.
Мета фізики - сприяти підкорення природи людиною і в зв'язку з цим розкривати справжнє будову матерії і закони її руху.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
102.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Історія фізики електромагнетизм
Історія фізики квантова теорія
Історія фізики теорія відносності
Історія фізики будова матерії
Історія фізики термодинаміка і молекулярна фізика
Методика викладання фізики Завдання з фізики
Порівняльний аналіз методик перетворень Галілея в курсі загальної фізики і в курсі елементарної фізики
Питання з фізики
Шпаргалка з фізики
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru