С Архимедом против Аристотеля. Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации

С Архимедом против Аристотеля

Галилея иногда называют первым физиком. Это не так, и сам он наверняка возразил бы. Он внимательно изучал Архимеда и высоко чтил его. Тот был самым настоящим физиком. Знаменитый закон Архимеда о плавании тел работает поныне безо всяких поправок и известен каждому школьнику. Когда же Галилей учился в университете, первым и главным физиком почитался другой древний грек — Аристотель, живший за век до Архимеда и за двадцать веков до Галилея. Именно Архимед помог Галилею усомниться в физике Аристотеля.

Прежде чем разбираться в этом драматическом треугольнике, прочувствуем разницу. Две тысячи лет отделяли Галилея от его коллег-предшественников, выводы которых он принимал или оспаривал. А коллеги-последователи Галилея взялись за его выводы — проверять, уточнять, исправлять, развивать — практически сразу. Что же он такое изобрел, если темп науки так ускорился?

Сомнения возникли у Галилея еще в студенческие годы, еще в шестнадцатом веке, когда физика считалась частью философии, где царил Аристотель.

Труды Архимеда не входили тогда в учебную программу, и можно понять почему: он решал лишь отдельные задачи, а Аристотель давал общие ответы на главные вопросы. Кроме того, Архимед был тогда, как ни странно, в новинку — книгу его трудов издали незадолго до того, а Аристотеля штудировали в университетах уже веками, притом с благословения святого Фомы Аквинского.

Аристотель (фрагмент фрески Рафаэля, 1509) и Архимед (Д. Фетти, 1620). Оба изображения вполне мог видеть Галилей.

Для студента Галилея общие философские ответы звучали неубедительно и авторитет имен мало что менял. Гораздо убедительней и интересней была математика, хоть ее в учебной программе было мало. Студент стал искать пищу для ума за пределами программы и за пределами университета. И нашел книгу Архимеда, получив ее от математика-профессионала, но в той же книге, помимо красивых теорем о математических фигурах, Галилей нашел утверждения о реальных явлениях — о действии рычага, о центре тяжести, о плавании.

Утверждения эти были не менее убедительны своей математической точностью, и к тому же их можно было проверить на опыте.

Свое первое изобретение Галилей сделал под впечатлением от самой знаменитой задачи Архимеда. Задачу ту поставил царь, получив от ювелира заказанную золотую корону. Царя вполне устроила форма изделия, и весила корона сколько полагалось, но не заменил ли ювелир часть золота на серебро? С этим сомнением царь обратился к Архимеду. Согласно преданию, решение задачи пришло к ученому мужу, когда он погружался в ванну, и его радостное восклицание «Эврика!» известно ныне даже тем, кто не знает, что по-гречески оно значит «Нашел!». Суть найденного решения, по мнению Галилея, — сравнить корону и равный ей по весу слиток золота, положив их на чаши весов, погруженных в воду: если в воде слиток перевесит корону, значит, ювелир сжульничал.

Так действует великий закон Архимеда, точнее — Архимедова выталкивающая сила, еще точнее — различие в выталкивающих силах. А чтобы с ювелирной точностью измерять такое различие (и заодно честность ювелиров), 22-летний Галилей придумал особые весы со шкалой в виде проволоки, ровно намотанной кольцами на плечо коромысла. Место, в котором надо прицепить чашу весов, чтобы она уравновесилась, даст число колец и значение измеряемой величины.

Скромное начало для основоположника современной физики?

Не такое уж и скромное. В своем изобретении Галилей соединил математическую точность теоретического закона с физическим измерением — соединил два главных инструмента современной физики.

Да и началом это вряд ли можно назвать. Не только потому, что юный Галилей уже решал и другие задачи Архимеда. Начало личности — это формирование взгляда на мир и на себя самого еще в детстве. Юному Галилею повезло с отцом, искусным музыкантом и теоретиком музыки, который к тому же исследовал музыку как явление природы.

Еще Пифагор в Древней Греции вслушивался в звучание струн в зависимости от их длин и сделал поразительное открытие: если длины струн относятся, как целые числа 1:2, 2:3, 3:4, то их совместное звучание гармонично. Свое открытие Пифагор обобщил до принципа «Все есть число», провозгласив ключевую роль математики в устройстве мира. А что касается музыкальной гармонии, то со времен Пифагоровых считалось, что «гармоничные» числа должны быть небольшими. Отец Галилея, однако, в оценке созвучий верил собственным ушам и, обнаружив, что отношение 16:25 тоже дает благозвучие, смело отверг авторитетное мнение. А сын получил от отца урок поиска истины, в котором сошлись эксперимент, математика, свобода мысли и доверие к собственным чувствам и разуму.

Будущему физику повезло с отцом не только в этом. Отец платил за его образование, рассчитывая, что старший сын станет врачом и поможет ему поддерживать их немалую семью, — заработка музыканта хватало с трудом. Можно представить себе досаду отца, узнавшего, что сын, вместо медицинской премудрости, углубляется в математику, которая не обещала никакой практической профессии, а значит, и надежного достатка. Однако, прежде чем принять решение, отец побеседовал с тем математиком, который давал сыну книги. Математик убеждал его, что у сына талант, который заслуживает поддержки. Отец внял доводам математика и призванию сына. И сын оправдал доверие — после смерти отца стал опорой семьи и к тому же прославил их родовое имя.

Путь к мировой славе начался с сомнений и неудач.

Сомнения возникли еще в студенческие годы, когда Галилей изучал Аристотеля. На первый взгляд Архимед не сопоставим с Аристотелем, поскольку получил свои результаты для узкой области явлений. Ну что такое закон рычага?! Неловко здесь звучит даже слово «закон». Кому не понятно, что грузы на коромысле уравновешены, если произведение величины груза на плечо одно и то же по обе стороны?! Да, с помощью этого простого закона Архимед находил центры тяжести хитрых фигур, рассуждая математически. Но результат можно проверить, подвесив фигуру за теоретически найденный центр тяжести и увидев, что она не шелохнется. Это уже физика, а в целом, значит, математическая физика. И все же в бесконечном разнообразии явлений природы Архимед исследовал лишь немногие. Он не претендовал на то, чтобы объяснить устройство мира.

Пообещал лишь повернуть мир, то бишь земной шар, если ему дадут надлежащую точку опоры и крепкий рычаг.

Аристотель же своих амбиций не ограничивал — он писал о земном и небесном, о живом и неживом, об этике и политике и, наконец, о физике и метафизике. Слово «физика» ввел сам Аристотель, произведя его от греческого слова «природа». А вот слово «метафизика» придумал издатель сочинений Аристотеля, назвав так том, следующий за «Физикой», что «мета-физика» и означает по-гречески. Фактически же Аристотель рассуждает там о пред-физике, или о первофилософии — о самых общих основах любого знания.

Дух захватывает от такой широты. Но широта не требует глубины, как показывает физика Аристотеля. Веками ее считали вершиной науки. Одна из причин столь долгосрочного авторитета — согласие этой науки с обыденным здравым смыслом. Аристотель, к примеру, отверг идею о том, что природа устроена из невидимых атомов, движущихся и взаимодействующих в пустоте, — раз никто не видел атомов, значит, их и нет, как нет и пустоты.

Он, по сути, не исследовал природу, а наводил порядок в ее описании, опираясь на свой здравый смысл. И пришел к выводу, что движения на небе и на земле принципиально различны. В небесном мире всякое движение — естественное, вечное и круговое. В мире земном насильственное движение определяется силой, а естественное движение рано или поздно непременно прекращается. Аристотель считал, что тела бывают по сути своей тяжелые или легкие: тяжелое тело естественно движется вниз, а легкое — как огонь или дым — вверх. Выглядит правдоподобно, если особенно не вглядываться в физические явления.

Галилей вглядывался, имея образцом точную физику Архимеда. И обратил внимание на утверждение Аристотеля, претендующее на точность: «Более тяжелое тело падает быстрее легкого во столько же раз, во столько раз оно тяжелее». Эта фраза дала Галилею точку опоры, с помощью которой он повернул ход истории науки, а то и мировой истории.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

ПРОТИВ ТЕЧЕНИЯ

ПРОТИВ ТЕЧЕНИЯ Общая теория относительности была создана А. Эйнштейном на основе минимального числа опытных данных о тяготении, с гениальной интуицией отобранных им. На протяжении многих десятилетий, прошедших с тех пор, все предсказания этой теории, которые можно было

Десять измерений и философия: редукционизм против холизма

Десять измерений и философия: редукционизм против холизма Любая значимая теория оказывает одинаково заметное влияние на технологию и основы философии. Рождение общей теории относительности открыло новые области исследований в астрономии и практически создало

Физические принципы против логических структур

Физические принципы против логических структур Много лет я убеждался в том, что математика и физика подчиняются определенной диалектике взаимоотношений. Физика — не просто бессмысленная, произвольная последовательность диаграмм Фейнмана и симметрий, а математика —

Наука против суеверий

Наука против суеверий Наука о свете играет важную роль в овладении силами природы, в раскрытии ее тайн, в разоблачении различных суеверий.В прошлом многие небесные явления всегда поражали людей своей необычностью и таинственностью.Временами с ясного неба падали

«Энергетизм» против материализма

«Энергетизм» против материализма В XIX веке большинство физиков были материалистами. Но они все еще не знали научного, диалектического материализма и лишь стихийно защищали позицию примитивного, механистического материализма. Из этого вытекали и их поиски вещественной

Против атомного шантажа

Против атомного шантажа Президент Рузвельт, давший указание на развёртывание работ по созданию атомного оружия, не дожил до конца войны. Его место в Белом доме занял Гарри Трумэн. Новый президент, говорят, не знал о ведущихся работах, и военное министерство не торопилось

Древние о Вселенной до Аристотеля

Древние о Вселенной до Аристотеля Земля, о достойнейший и благороднейший из преподавателей и наставников, имела и имеет форму плоского диска и омывается со всех сторон величественной рекой, называемой «Океан». Земля покоится на шести слонах, а те стоят на огромной

95 Инерция против мух

95 Инерция против мух Для опыта нам потребуются: ненужный CD-ROM, длинная прочная нитка. Этот опыт я не придумал, я его подсмотрел в Египте на базаре. Там очень жарко и много мух. Но в стране, конечно, много компьютеров и полно CD-ROM дисков. Египтяне вешают эти диски на ниточки над

Глава V.

Против течения

Глава V. Против течения Что будет, если…Привычка… Есть ли в мире что-нибудь прочнее привычки? Впрочем, может быть, с ней поспорит доверие к авторитетам. Недаром столько нелепиц тысячелетия слыли истинами только потому, что таково мнение Аристотеля.Века и века луч света

Глава VII. Против философии

Глава VII. Против философии И я когда-то к магам и святым Ходил, познанья жаждою томим, Я им внимал; но уходил всегда Чрез ту же дверь, как и являлся к ним. Эдвард Фитцджеральд. Рубайят Омара Хайяма28) Физикам так помогают в работе субъективные и зачастую расплывчатые

Архимед (кратер) | это… Что такое Архимед (кратер)?

У этого термина существуют и другие значения, см. Архимед (значения).

Кра́тер Архиме́д (лат. Archimedes) — большой древний ударный лунный кратер на восточной границе моря Дождей и самый крупный в этом море. Образование кратера относится к позднеимбрийской эпохе. Назван в честь Архимеда — древнегреческого математика, физика, механика и инженера. Название утверждено Международным Астрономическим союзом в 1935 г.

Содержание 1 Описание кратера 2 Сателлитные кратеры 3 Ссылки в художественных произведениях 4 Примечания 5 Ссылки 6 См. также

Описание кратера

Кратер Архимед в инфракрасном спектре. Снимок Северного оптического телескопа и Стокгольмской обсерватории

На юге от кратера находятся горы Архимед и система борозд, названная по имени кратера и простирающаяся более чем на 150 км, к северо-востоку — кратер Аристилл, к востоку — кратер Автолик. К юго-восточной части вала кратера примыкает Болото Гниения, на север от кратера лежат горы Шпицберген — цепочка пиков в море Дождей^[1]. Диаметр кратера 81.04 км, глубина чаши кратера 1. 6 км ^[2], селенографические координаты центра кратера 29.72 ° с.ш и 3.99 ° з.д.^[3]

Вал кратера широкий, с пологой внешней частью и обрывистой террасовидной внутренней частью. Внешняя часть кратера имеет тридцатикилометровое продолжение треугольной формы в юго-восточной части. Дно кратера плоское, ровное, заполненное базальтовой лавой, вследствие чего центральный пик отсутствует. На приведенной фотографии легко заметить неравномерный цвет дна кратера, объясняющийся наличием полос материала, выброшенного, скорее всего, при импакте, образовавшем кратер Автолик. Дно кратера и его вал усеяны многочисленными чашами мелких кратеров. Система лучей, характерная для более молодых кратеров, отсутствует. Внутренняя часть кратера имеет яркость 3 ½ по таблице яркостей Шрётера, поверхность вокруг кратера имеет яркость 5.

Очевидно, что кратер Архимед образовался позже гигантского импакта, породившего море Дождей приблизительно 3.8 миллиарда лет назад — имбрийского импакта. В то же время, заполнение кратера лавой говорит о том, что его образование произошло до заполнения лавой бассейна моря Дождей, происходившего примерно 3.1 миллиарда лет назад. Таким образом, возраст кратера может быть принят в интервале 3.1 — 3.8 миллиарда лет, то есть кратер образовался в позднеимбрийский период. Такая датировка является иллюстрацией применения принципа суперпозиции в геологии.

В районе между кратерами Архимед, Аристилл и Автолик совершила жесткую посадку Луна-2, первая в мире автоматическая межпланетная станция, достигшая поверхности Луны.

В кратере Архимед наблюдались кратковременные лунные явления (КЛЯ) в виде мерцающих точек на дне.

Сателлитные кратеры

Архимед	Широта	Долгота	Диаметр
C	31.63° N	1.53° W	7.66 км
D	32.2° N	2.69° W	4.96 км
E	25.0° N	7.2° W	2.56 км
G	29. 14° N	8.15° W	3.29 км
H	23.89° N	7.02° W	3.78 км
L	25.04° N	2.61° W	3.21 км
M	26.12° N	3.21° W	3.27 км
N	24.15° N	3.89° W	3.51 км
P	25.94° N	2.5° W	2.63 км
Q	28.52° N	2.43° W	2.36 км
R	26.07° N	6.61° W	3.5 км
S	29.56° N	2.73° W	2.77 км
T	30.3° N	5.03° W	2.33 км
U	32.83° N	1.96° W	2.74 км
V	32.98° N	4.01° W	2.67 км
W	23.8° N	6.25° W	3.19 км
X	31.03° N	8.02° W	2.15 км
Y	29. 97° N	9.5° W	2.2 км
Z	26.88° N	1.41° W	2.07 км

Следующие сателлитные кратеры переименованы Международным Астрономическим Союзом:

• Архимед A — Кратер Банкрофт (1976)
• Архимед F — Кратер Макмиллан (1976)
• Архимед K — Кратер Сперр (1973)

Ссылки в художественных произведениях

• В рассказе Станислава Лема «Испытание», из цикла про пилота Пиркса, на внешнем склоне кратера Архимед находится посадочная площадка «Луна Главная»
• В сказке Аркадия Стругацкого «Экспедиция в преисподнюю» в центре кратера Архимед под прозрачным колпаком из спектролита землянами установлен захваченный пиратский корабль «Черная Пирайя».
• В Московском космическом зоопарке (КосмоЗо) в произведениях Кира Булычёва, из цикла про Алису Селезневу, в кратере Архимед размещена Живая Туманность.
• В советском мультфильме «Полет на Луну» в кратере Архимед терпит бедствие космический корабль «Р-1».

Примечания

1. ↑ Карта Апеннин и кратера Архимед
2. ↑ Digitized Lunar Crater Depths — Westfall (2000)
3. ↑ Номенклатура планетных названий Международного Астрономического Союза

Ссылки

• Снимки кратера Архимед на сайте Лунного Орбитального Зонда
• Цифровой фотографический атлас Луны
• Снимки Аполлона-15, Аполлона-17
• Снимки на сайте»Lunar Picture of the Day»
• Селенологическая карта окрестностей кратера

См. также

• Список кратеров на Луне
• Лунный кратер
• Морфологический каталог кратеров Луны

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Архимед Сиракузский ( ок.  287 – ок.  212 до н.э.) ^[2] был греческим ученым. Он был изобретателем, астрономом и математиком. Он родился в городе Сиракузы на Сицилии.

Его отцом был Фидий, астроном, и он, возможно, происходил из семьи царя Сиракуз. Сиракузы были богатым греческим городом на берегу моря в Сицилии. Когда Архимеду было около десяти лет, он покинул Сиракузы, чтобы учиться в Александрии, Египет. Он учился в школе Евклида, известного математика. О личной жизни Архимеда известно немногое, например, был ли он женат и были ли у него дети.

Когда римляне вторглись в Сиракузы, они захватили Архимеда, чтобы узнать все, что он знал. Примерно через два года после того, как он рисовал на песке математическую диаграмму, он разозлил солдата, отказавшись пойти на встречу с римским полководцем, пока тот не закончит работу над задачей. Роман убил его. Предполагается, что его последними словами были: «Не мешай моим кругам!»

О сфере и цилиндре — это работа, опубликованная Архимедом в двух томах примерно в 225 г. до н.э. 9{3},}

По его просьбе на гробницу Архимеда были поставлены скульптурная сфера и цилиндр.

Архимед также хорошо известен как первый человек, понявший статику, которая является частью прикладной математики. Это связано с неподвижными грузами, например, в зданиях или мостах. Он также понял и написал о том, что происходит, когда предметы плавают в жидкости, что называется плавучестью.

Архимед, возможно, использовал свой принцип плавучести, чтобы определить, была ли золотая корона менее плотной, чем чистое золото.

Принцип Архимеда[изменить | изменить источник]

Основная статья: Принцип Архимеда

Составной шкив, который человек может использовать для подъема тяжелых грузов

Современный винт Архимеда на насосной станции в Киндердейке, Нидерланды.

Тепловой луч Архимеда: концептуальная диаграмма

Принцип Архимеда: вес воды, вытесненной объектом, равен величине плавучести, которую он получает. Он имеет практическое применение. Его можно использовать для измерения плотности объекта и, следовательно, того, сделан ли он из золота.

История золотой короны не встречается в сохранившихся работах Архимеда. Архимед, возможно, получил решение, известное в гидростатике как принцип Архимеда, который он описывает в своем трактате «О плавающих телах» . Этот принцип гласит, что на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесняемой им жидкости. ^[7] Используя этот принцип, можно было бы сравнить плотность золотой короны с плотностью чистого золота, взвесив корону на весах с эталонным образцом золота, а затем погрузив прибор в воду. Разница в плотности между двумя образцами приведет к соответствующему наклону весов. Галилей считал «вероятным, что это тот же метод, которому следовал Архимед, поскольку, помимо того, что он очень точен, он основан на доказательствах, обнаруженных самим Архимедом». ^[8]

Архимед, изобретатель и инженер[изменить | изменить источник]

Архимед также известен как изобретатель, потому что он создал новые инструменты и машины. Например, он сделал машину для подъема воды, которую фермеры могли использовать для подачи воды к своим посевам. Это называется винт Архимеда.

Архимед, вероятно, также изобрел машину для измерения расстояния, одометр. Была построена тележка с колесами, которые поворачивались четыреста раз за одну милю. Штифт на колесе попадал бы в шестерню с 400 зубьями, поэтому она поворачивалась один раз за каждую милю. Эта шестерня заставит маленький камень упасть в чашку. В конце пути можно было посчитать количество камней в чашке, чтобы найти расстояние.

Архимед также создал систему, с помощью которой один человек мог тянуть большой корабль всего за одну веревку. Это называлось составным шкивом. Это важная машина, которая и сегодня помогает людям в повседневной жизни, хотя версии, которые мы сейчас используем, намного сложнее. Они до сих пор работают по тому же принципу, через .

Архимед также изобрел или сделал много машин, используемых на войне, например, он сделал более совершенные катапульты. Это было во время Пунических войн, которые шли между Римом на территории современной Италии и городом Карфагеном на территории современной Северной Африки. В течение многих лет он помогал останавливать римскую армию от нападения на Сиракузы, его город. Одну боевую машину называли «коготь Архимеда» или «железная рука». Он использовался для защиты города от нападений кораблей. Древние писатели говорили, что это был своего рода подъемный кран с крюком, который поднимал корабли из воды и вызывал их разрушение.

Другая история об Архимеде заключается в том, что он сжег римские корабли издалека, используя множество зеркал и солнечный свет. Возможно, это возможно, но более вероятно, что это было сделано горящими ракетами из катапульты.

Архимед считается настолько важным математиком, что ученые почтили его:

• Большая дыра или кратер на Луне названа в честь Архимеда.
• Некоторые горы на Луне называются Горами Архимеда.

1. ↑ Кнорр, Уилбур Р. (1978). «Архимед и спирали: эвристический фон». История математики . 5 (1): 43–75. дои: 10.1016/0315-0860(78)

   -9. «Конечно, Папп дважды упоминает теорему о касательной к спирали [IV, 36, 54]. Но в обоих случаях речь идет о неуместном употреблении Архимедом «твердого neusis», т. е. конструкции использование сечений твердых тел при решении плоской задачи. Тем не менее, собственное решение проблемы Паппа [IV, 54] по его собственной классификации является «твердым» методом, поскольку он использует конические сечения». (стр. 48)

2. ↑ Эванс И.О. (1962). Изобретатели мира . Уорн. п. 11.
3. ↑ Данхэм, Уильям 1990. Путешествие через гениев . Нью-Йорк: Уайли, стр. 99. ISBN 0-471-50030-5
4. ↑ Эрик В. Вайсштейн, Sphere в MathWorld. Проверено 22 июня 2008 г.
5. ↑ Данэм, Уильям 1994. Математическая вселенная. Нью-Йорк: Уайли, стр. 226. ISBN 0-471-53656-3
6. ↑ «содержится» и «описано»: мяч точно входит в цилиндр, касаясь краев цилиндра.
7. ↑ Кэрролл, Брэдли В. 2007. Принцип Архимеда . Государственный университет Вебера [1]
8. ↑ Роррес, Крис 2009. Золотая корона: весы Галилея . Университет Дрекселя. [2]

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Различные примеры физических явлений

Физика — это отрасль науки. Это одна из самых фундаментальных научных дисциплин. Основная цель физики — объяснить, как вещи движутся в пространстве и времени, и понять, как ведет себя Вселенная. Он изучает материю, силы и их эффекты.

Слово физика происходит от греческого слова ἡ φύσις, что означает «природа». ^[1] Физику также можно определить как «та область знаний, которая относится к порядку природы или, другими словами, к регулярной последовательности событий». ^[2]

Физика играет очень важную роль в разработке новых технологий, таких как самолеты, телевизоры, компьютеры и ядерное оружие. Механика, раздел физики, помогла развить математическую область исчисления.

Современная физика связывает представления о четырех законах симметрии и сохранения энергии, импульса, заряда и четности.

Астрономия, часть физики, является древнейшей естественной наукой. В прошлом это было частью «натурфилософии» наряду с другими областями науки, такими как химия и биология. В ходе научной революции эти области разделились, и физика стала отдельной областью знаний.

Древняя астрономия[изменить | изменить источник]

Астрономия — старейшая естественная наука. Шумеры и древние египтяне изучали звезды в основном с целью предсказания и религии. Первые вавилонские звездные карты датируются примерно 1200 годом до нашей эры. Периодичность астрономических событий также восходит к вавилонянам. ^[3] Их понимание не было научным, но их наблюдения повлияли на более позднюю астрономию. Большая часть астрономии пришла из Месопотамии, Вавилонии, Древнего Египта и Древней Греции. Астрономы из Египта построили монументы, показывающие, как движутся объекты на небе, а большинство названий созвездий в северном полушарии пришло от греческих астрономов.

Натурфилософия[изменить | изменить источник]

Натурфилософия зародилась в Греции около 650 г. до н.э., когда движение философов заменило суеверие натурализмом, опровергавшим духовное. Примерно в этот период Левкипп и его ученик Демокрит предложили идею атома.

Физика в средневековом исламском мире[изменить | изменить источник]

Исламские ученые продолжали изучать аристотелевскую физику во времена Золотого века ислама. Одним из основных вкладов была наблюдательная астрономия. Некоторые, такие как Ибн Сахл, Аль-Кинди, Ибн аль-Хайтам, Аль-Фариси и Авиценна, работали над оптикой и зрением. В «Книге оптики» Ибн аль-Хайтам отверг прежние греческие представления о зрении и предложил новую теорию. Он изучал, как свет попадает в глаз, и разработал камеру-обскуру. Позже европейские ученые построили по этой книге очки, увеличительные стекла, телескопы и фотоаппараты.

Классическая физика[изменить | изменить источник]

Физика стала отдельной областью изучения после научной революции. ^[4] Эксперименты Галилея помогли создать классическую физику. Хотя он не изобретал телескоп, он использовал его, когда смотрел в ночное небо. Он поддерживал идею Коперника о том, что Земля движется вокруг Солнца (гелиоцентризм). Он также исследовал гравитацию. Исаак Ньютон использовал идеи Галилея, чтобы создать свои три закона движения и свой закон всемирного тяготения. Вместе эти законы объясняли движение падающих тел вблизи Земли и движение Земли и планет вокруг Солнца. ^[5]

Через пару столетий промышленная революция была в самом разгаре и было сделано еще много открытий во многих областях науки. Законов классической физики достаточно для изучения объектов, которые движутся намного медленнее скорости света и не являются микроскопическими. Когда ученые впервые изучали квантовую механику, им пришлось создать новый набор законов, что стало началом современной физики.

Современная физика[изменить | изменить источник]

Исследовав частицы, ученые обнаружили то, что не могла объяснить классическая механика. Классическая механика предсказывала, что скорость света может изменяться, но эксперименты показали, что скорость света остается неизменной. Это было предсказано специальной теорией относительности Альберта Эйнштейна. Эйнштейн предсказал, что скорость электромагнитного излучения в пустом пространстве всегда будет одинаковой. Его взгляд на пространство-время заменил древнюю идею о том, что пространство и время — совершенно разные вещи.

Макс Планк придумал квантовую механику, чтобы объяснить, почему металл высвобождает электроны, когда вы освещаете его светом, и почему материя испускает излучение. Квантовая механика применима к очень маленьким вещам, таким как электроны, протоны и нейтроны, из которых состоит атом. Такие люди, как Вернер Гейзенберг, Эрвин Шредингер и Поль Дирак, продолжали работать над квантовой механикой, и в конце концов мы получили Стандартную модель. ^{[6] [7]}

Физика изучает энергию и материю в пространстве и времени и то, как они связаны друг с другом. Физики предполагают существование массы, длины, времени и электрического тока, а затем определяют (придают значение) все другие физические величины в терминах этих основных единиц. Масса, длина, время и электрический ток никогда не определяются, но всегда определяются стандартные единицы, используемые для их измерения. В Международной системе единиц (сокращенно СИ от французского S ystème I интернациональный), килограмм — основная единица массы, метр — основная единица длины, секунда — основная единица времени, а ампер — основная единица электрического тока. В дополнение к этим четырем единицам есть еще три: моль, являющийся единицей количества вещества, кандела, измеряющая силу света (мощность освещения), и кельвин, единица измерения температуры.

Физика изучает движение вещей и силы, заставляющие их двигаться. Например, скорость и ускорение используются в физике, чтобы показать, как движутся объекты. Кроме того, физики изучают силы гравитации, электричества, магнетизма и силы, удерживающие объекты вместе.

Физика изучает очень большие и очень маленькие объекты. Например, физики могут изучать звезды, планеты и галактики, но могут также изучать небольшие частицы материи, такие как атомы и электроны. Они также могут изучать звук, свет и другие волны. Кроме того, они могли исследовать энергию, тепло и радиоактивность и даже пространство и время. Физика не только помогает людям понять, как объекты движутся, но и как они меняют форму, как они издают шум, насколько они горячие или холодные и из чего они сделаны на самом маленьком уровне. Короче говоря, физика — это область науки, изучающая свойства материи и энергии, а также взаимодействие между ними.

Физика является количественной наукой, потому что она основана на измерении числами. Математика используется в физике для создания моделей, которые пытаются предсказать, что произойдет в природе. Эти прогнозы сравниваются с тем, как устроен реальный мир. Физики всегда работают над тем, чтобы сделать свои модели мира лучше.

Классическая механика содержит основные темы, такие как законы движения Ньютона, механика Лагранжа, механика Гамильтона, кинематика, статика, динамика, теория хаоса, акустика, гидродинамика, механика сплошной среды. Классическая механика — это все о силах, действующих на тело в природе, уравновешивающих силы, поддерживающих состояние равновесия и т. д.

Электромагнетизм изучает заряды на конкретном теле. Он содержит такие подразделы, как электростатика, электродинамика, электричество, магнетизм, магнитостатика, уравнения Максвелла, оптика.

Термодинамика и статистическая механика связаны с температурой. Он включает в себя основные темы, такие как тепловая машина, кинетическая теория. В нем используются такие термины, как теплота (Q), работа (Вт) и внутренняя энергия (U). Первый закон термодинамики дает нам связь между ними следующим уравнением (ΔU = Q − Вт )

Квантовая механика — это изучение частиц на атомном уровне с учетом атомной модели. Он включает в себя подтемы Формулировка интеграла по путям, теория рассеяния, уравнение Шредингера, квантовая теория поля, квантовая статистическая механика.

Относительность[изменить | изменить источник]

Общее описание[изменить | изменить источник]

Физика — это наука о материи и ее взаимодействии. Материя — это любой физический материал во Вселенной. Все сделано из материи. Физика используется для описания физической вселенной вокруг нас и для предсказания ее поведения. Физика — это наука, занимающаяся открытием и характеристикой универсальных законов, управляющих материей, движением и силами, пространством и временем, а также другими характеристиками мира природы.

Широта и цели физики[изменить | изменить источник]

Физика широка: от мельчайших компонентов материи и сил, удерживающих их вместе, до галактик и даже более крупных объектов. Есть только четыре силы, которые действуют во всем этом диапазоне. Однако считается, что даже эти четыре взаимодействия (гравитация, электромагнетизм, слабое взаимодействие, связанное с радиоактивностью, и сильное взаимодействие, удерживающее вместе протоны и нейтроны в атоме) являются разными частями единой силы.

Физика в основном сосредоточена на создании все более простых, более общих и точных правил, определяющих характер и поведение самой материи и пространства. Одна из основных целей физики — создание теорий, применимых ко всему во Вселенной. Другими словами, физику можно рассматривать как изучение тех универсальных законов, которые определяют на самом базовом уровне поведение физической вселенной.

Физика использует научный метод[изменить | изменить источник]

Физика использует научный метод. То есть собираются данные экспериментов и наблюдений. Создаются теории, пытающиеся объяснить эти данные. Физика использует эти теории не только для описания физических явлений, но и для моделирования физических систем и прогнозирования поведения этих физических систем. Затем физики сравнивают эти предсказания с наблюдениями или экспериментальными данными, чтобы показать, верна ли теория или нет.

Теории, хорошо подкрепленные данными, особенно простые и общие, иногда называют научными законами. Конечно, все теории, в том числе известные как законы, могут быть заменены более точными и общими законами, когда обнаруживается несоответствие данным. ^[8]

Физика количественная[изменение | изменить источник]

Физика более количественная, чем большинство других наук. То есть многие наблюдения в физике могут быть представлены в виде численных измерений. Большинство теорий в физике используют математику для выражения своих принципов. Большинство предсказаний этих теорий являются числовыми. Это связано с тем, что области, к которым обращается физика, лучше работают с количественными подходами, чем другие области. Науки также имеют тенденцию становиться более количественными со временем, поскольку они становятся более высокоразвитыми, и физика является одной из древнейших наук.

Области физики[изменить | изменить источник]

Классическая физика обычно включает области механики, оптики, электричества, магнетизма, акустики и термодинамики. Термин «современная физика» обычно используется для обозначения областей, основанных на квантовой теории, включая квантовую механику, атомную физику, ядерную физику, физику элементарных частиц и физику конденсированных сред, а также более современные области общей и специальной теории относительности, но последние две часто считаются областями классической физики, поскольку они не опираются на квантовую теорию. Хотя это различие можно найти в более старых работах, оно не представляет нового интереса, поскольку теперь считается, что квантовые эффекты важны даже в областях, которые раньше назывались классическими.

Подходы в физике[изменить | изменить источник]

Есть много способов изучать физику и много разных занятий в физике. Двумя основными видами деятельности являются сбор данных и разработка теорий.

Некоторые разделы физики можно изучать экспериментально. Например, Галилео Галилей изобрел кинематику, проводя эксперименты и изучая данные. Экспериментальная физика ориентирована в основном на эмпирический подход. Некоторые эксперименты проводятся для изучения природы, а другие — для получения данных, которые можно сравнить с предсказаниями теорий.

Некоторые другие области физики, такие как астрофизика и геофизика, в основном относятся к наблюдательным наукам, потому что большая часть их данных должна собираться пассивно, а не путем экспериментов. Галилей, например, мог только посмотреть на Юпитер и обнаружить, что у него есть спутники. Однако наблюдательные программы в этих областях используют многие из тех же инструментов и технологий, которые используются в экспериментальных разделах физики.

Теоретическая физика часто использует количественные подходы для разработки теорий, пытающихся объяснить данные. Таким образом, физики-теоретики часто используют инструменты из математики. Теоретическая физика часто может включать в себя создание количественных прогнозов физических теорий и количественное сравнение этих прогнозов с данными. Теоретическая физика иногда создает модели физических систем до того, как будут доступны данные для проверки и поддержки этих моделей.

Эти два основных занятия в физике, сбор данных, создание теории и проверка, требуют множества различных навыков. Это привело к большой специализации в физике, а также к внедрению, развитию и использованию инструментов из других областей. Например, физики-теоретики используют в своей работе математику и числовой анализ, статистику, вероятность и компьютерное программное обеспечение. Физики-экспериментаторы разрабатывают приборы и методы сбора данных, используя технику, вычислительную технику и многие другие области техники. Часто инструменты из этих других областей не совсем подходят для нужд физики и нуждаются в изменении или создании более совершенных версий.

Часто бывает, что новая физика открывается, если физики-экспериментаторы проводят эксперимент, который не могут объяснить современные теории, или когда физики-теоретики создают теории, которые затем могут быть проверены физиками-экспериментаторами.

Экспериментальная физика, техника и технология связаны между собой. Для экспериментов часто требуются специализированные инструменты, такие как ускорители частиц, лазеры, а важные промышленные приложения, такие как транзисторы и магнитно-резонансная томография, появились в результате прикладных исследований.

Выдающиеся физики[изменить | изменить источник]

• Галилео Галилей (1564–1642)
• Христиан Гюйгенс (1629–1695)
• Исаак Ньютон (1643–1727)
• Леонард Эйлер (1707–1783)
• Жозеф Луи Лагранж (1736–1813)
• Пьер-Симон Лаплас (1749–1827)
• Жозеф Фурье (1768–1830)
• Николя Леонар Сади Карно (1796–1842)
• Уильям Роуэн Гамильтон (1805–1865)
• Рудольф Клаузиус (1822–1888)
• Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879)
• Дж. Уиллард Гиббс (1839–1903)
• Людвиг Больцман (1844–1906)
• Хендрик А. Лоренц (1853–1928)
• Анри Пуанкаре (1854–1912)
• Никола Тесла (1856–1943)
• Макс Планк (1858–1947)
• Альберт Эйнштейн (1879–1955)
• Милутин Миланкович (1879–1958)
• Эмми Нётер (1882–1935)
• Макс Борн (1882–1970)
• Нильс Бор (1885–1962)
• Эрвин Шредингер (1887–1961)
• Луи де Бройль (1892–1987)
• Сатьендра Натх Бос (1894–1974)
• Вольфганг Паули (1900–1958)
• Энрико Ферми (1901–1954)
• Вернер Гейзенберг (1901–1976)
• Поль Дирак (1902–1984)
• Юджин Вигнер (1902–1995)
• Роберт Оппенгеймер (1904–1967)
• Син-Итиро Томонага (1906–1979)
• Хидэки Юкава (1907–1981)
• Джон Бардин (1908–1991)
• Лев Ландау (1908–1967)
• Анатолий Власов (1908–1975)
• Николай Боголюбов (1909–1992)
• Субрахманьян Чандрасекар (1910–1995)
• Джон Арчибальд Уиллер (1911–2008)
• Ричард Фейнман (1918–1988)
• Джулиан Швингер (1918–1994)
• Феза Гюрсей (1921–1992)
• Чен Нин Ян (1922–)
• Фриман Дайсон (1923–2020)
• Гуннар Келлен (1926–1968)
• Абдус Салам (1926–1996)
• Мюррей Гелл-Манн (1929–)
• Риазуддин (1930–)
• Роджер Пенроуз (1931–)
• Джордж Сударшан (1931–)
• Шелдон Глэшоу (1932–)
• Том У. Б. Киббл (1932–)
• Стивен Вайнберг (1933–)
• Джеральд Гуральник (1936–)
• Сидни Коулман (1937–2007)
• К. Р. Хаген (1937–)
• Ратко Янев (1939–)
• Леонард Сасскинд (1940–)
• Майкл Берри (1941–)
• Бертран Гальперин (1941–)
• Стивен Хокинг (1942–2018)
• Александр Поляков (1945–)
• Герардус т Хофт (1946–)
• Джейкоб Бекенштейн (1947–)
• Роберт Лафлин (1950–)

• Американское физическое общество
• Астрономия
• Энергия
• Материя
• Время

1. ↑ В начале Фейнмановских лекций по физике Ричард Фейнман предлагает атомную гипотезу как единственную наиболее важную научную концепцию, которая все вещи состоят из атомов — маленьких частиц, которые движутся в вечном движении, притягивая друг друга, когда они находятся на небольшом расстоянии друг от друга, но отталкиваются, когда их сжимают друг в друге  .