§ 4. Основные этапы развития физики.

6. История физики хранит немало событий и фактов, оказавших большое влияние на ход развития этой древней науки и составивших золотой фонд её памяти. Размещённые в строгой временной последовательности, эти факты дают возможность проследить генезис основных физических идей и теорий, их взаимосвязь, преемственность и эволюцию, тенденции развития, а некоторые из них, в силу своей фундаментальной роли, открывают новые страницы в летописи физики, изменяя или дополняя научную картину природы. Существует определённая периодизация физики, дающая возможность более отчётливо представить структурные особенности и динамику развития физики, её идей и принципов.

I. Предыстория физики (от древнейших времён до XVII в.)

1. Эпоха античности (VI в. до н. э. - V в. н. э.) - период накопления физических знаний об отдельных явлениях природы (возникновение простейших методов измерений, наблюдения по акустике Пифагора, первые сведения об электричестве и магнетизме, полученные Фалесом Милетским, возникновение идеи о делимости вещества (Левкипп, Демокрит), получение первых знаний в механике, статике (Аристотель, Архимед), возникновение геометрической оптики (Евклид), построение систем мира).

2. Средние века (VI - XIV вв.) - уточнение физических знаний, развитие отдельных учений (работы по физиологической оптике Альхазена, другие работы по оптике (Вителло, Бэкон, Ал-Фаризи), развитие кинематики (Гейтсбери, Саксонский)).

3. Эпоха Возрождения (XV - XVI вв.) - дальнейшее развитие физических учений, возникновение новых учений (углубление знаний по механике, зарождение динамики, изучение трения, открытие явления капиллярности (Леонардо да Винчи), начало утверждения гелиоцентрической системы мира (Коперник), работы Галилея по изучению маятника, окончательное завершение статики (Стевин), изобретение новых приборов).

II. Период становления физики как науки (начало XVII в. - 80-е гг. XVII в.) - начало естествознания, активное изучение различных природных явлений, их описание и попытки объяснения - опыты Галилея с движущимися телами, принцип относительности Галилея, законы Кеплера, дальнейшее развитие геометрической оптики (Кеплер, Снеллиус), начало исследования тепловых явлений (Бэкон, Бойль, Гук и др.), открытие атмосферного давления (Торричелли), работы по гидростатике, открытие закона всемирного тяготения (Ньютон), конкурирование волновой теории света Гюйгенса и корпускулярной теории света Ньютона.¹

III. Период классической физики (конец XVII в. - начало XX в.)

1. Первый этап (конец XVII в. - 60-е гг. XIX в.) - полное господство механики Ньютона, его механическая картина мира совершенствуется и уточняется, физика представляется уже целостной наукой (законы механики Ньютона, развитие волновой физики (Гюйгенс, Савёр), изучение электрических явлений (Гауксби, Грей, Дюфе, Кулон и др.), основы гидродинамики (Бернулли, Эйлер), начало молекулярно-кинетических представлений (Ломоносов), начало изучения электрического тока (Фуркруа, Никольсон, Риттер и др.), изучение волновых оптических явлений (Юнг, Френель, Фраунгофер и др.), изучение магнетизма и электрических токов (Эрстед, Ампер, Био, Савар, Лаплас, Ом и др.), формирование термодинамики (Карно, Уатт), открытие электромагнитной индукции (Фарадей), начало изучения теплового излучения (Кирхгоф)).²

2. Второй этап (60-е гг. XIX в. - 1894 г.) - создание общей строгой теории электромагнитных процессов с использованием концепции поля Фарадея (уравнения Максвелла, продолжение исследования теплового излучения (Кирхгоф, Стефан, Больцман, Вин), исследование электромагнитных волн и световых волн как электромагнитных (Максвелл, Лоренц), дальнейшее развитие статистической физики и физической кинетики (Максвелл, Больцман), начало изучения спектральных линий атомов (Бальмер, Ридберг), открытие и изучение фотоэффекта (Герц, Столетов и др.)).

3. Третий этап (1895 - 1904) - этап революционных изменений в физике (открытие Рентгеном нового излучения, исследование ферромагнетизма (Кюри), открытие естественной радиоактивности (Беккерель), открытие электрона (Томсон), открытие новых радиоактивных элементов (Кюри, Склодовская-Кюри), открытие альфа- и бета- гамма-лучей (Резерфорд, Виллар), формулирование гипотезы Планка, разработка моделей атома (Перрен, Томсон), преобразования координат и времени Лоренца).³

IV. Период современной физики (с 1905 г.)

1. Первый этап (1905 - 1931 гг.) - отход от классических представлений и понятий и начало создания новой физической картины мира - квантово-релятивистской (создание специальной теории относительности, квантовой теории светового излучения и фотоэффекта Эйнштейном, уравнения релятивистской динамики (Планк), работы по исследованию атома, начало исследования атомного ядра⁴, общая теория относительности Эйнштейна, начало создания единой теории поля (Вейль), начало нелинейной оптики (Вавилов, Лёвшин), идея о волновых свойствах материи (де Бройль)⁵, уравнение Шрёдингера, открытие дифракции электронов (Дэвиссон, Джермер, Томсон), основы квантовой электродинамики и квантовой теории поля (Дирак, Гейзенберг, Паули, Ферми)).

2. Второй этап (1932 - 1954 гг.) - этап субатомной физики, исследующий новый уровень материи - мир атомного ядра (открытие нейтрона (Чэдвик), осуществление ядерных превращений под действием нейтронов (Фезер, Мейтнер, Харкинс), открытие сильного взаимодействия, гипотеза о существовании антивещества (Дирак), открытие искусственной радиоактивности (Ф. и И. Жолио-Кюри, Ферми), завершено создание современной квантовой электродинамики (Томонага, Фейнман и др.), открытие ряда элементарных частиц, начало квантовой электроники (Басов, Прохоров, Таунс), построение современной электронной теории металлов (Лифшиц)).

3. Третий этап (с 1955 г.) - этап субъядерной физики и физики космоса (исследование структуры нуклонов (Хофштадтер), синтезирование новых элементов, выдвижение термоядерной теории образования химических элементов в звёздах (Фаулер, Хойл), начало исследований в области квантовой теории необратимых процессов (Ван-Хов, Кубо), исследование слабого взаимодействия, предложены схемы классификации частиц, разработка космических исследований, идея объединения слабых и электромагнитных взаимодействий (Швингер), дальнейшая разработка макроскопической теории сверхпроводимости (Бардин, Купер, Шриффер), теория туннельных эффектов в полупроводниках (Келдыш), теория магнитных свойств сверхпроводящих сплавов (Абрикосов), разработка принципа работы лазера (Таунс, Шавлов), исследование плазмы, созданы мощные сверхпроводящие магниты (Кюнцлер), выполнение голографических записей (Денисюк), выдвинута гипотеза кварков (Гелл-Манн, Цвейг)).

7. Основные направления исследований на современном этапе развития физики.

В настоящее время особое внимание уделяется следующим направлениям исследования в физике:

1. Физика элементарных частиц (существование кварков и глюонов в свободном состоянии, построение квантовой теории тяготения).

2. Астрофизика (состояние материи в «чёрных дырах», природа квазаров, причины вспышек сверхновых, состояние материи внутри звёзд).

3. Физика ядра (осуществление управляемого термоядерного синтеза, поиск долгоживущих элементов с порядковыми номерами 114 - 126, нет единой теории атомного ядра, построение теории сильных взаимодействий).

4. Квантовая электроника (повышение КПД лазеров, расширение диапазона длин волн с плавной перестройкой частоты).

5. Физика твёрдого тела (создание новых материалов с заданными свойствами, высокотемпературных сверхпроводников, например).

6. Физика плазмы (разогрев плазмы до 10⁹ К и её удержание в течение времени, достаточного для протекания термоядерной реакции).

В соответствии с перечисленными направлениями физика имеет следующую структуру.

		- Механика твёрдого тела.
Физика элементарных частиц -	Ф	- Механика сплошных сред.
Физика ядра -	И	- Термодинамика и статистическая физика..
		- Электродинамика с оптикой.
Физика атомов и молекул -	З	- Теория тяготения.
Физика газов и жидкостей -	И	- Квантовая механика.
		- Квантовая теория поля.
Физика твёрдого тела -	К	- Колебания и волны.
Физика плазмы -	А	- Прикладная физика.
По изучаемым объектам		По формам движения (процессам)

Связь физики с другими науками.

Физика не развивается отдельно от других наук. Она тесно связана со многими научными дисциплинами. В ряде случаев возникают даже пограничные науки, такие как: астрофизика, биофизика и др. Так С. И. Вавилов отмечал:«Физика глубочайшими корнями вросла в астрономию, геологию, химию, биологию и другие естественные науки». Многие науки используют результаты физических исследований, но и другие науки вносят большой вклад в развитие физики. Опять же С. И. Вавилов отмечал это на примере философии:«Предельная общность значительной части содержания физики, её фактов и законов искони сближала физику с философией… Иногда физические утверждения по своему характеру таковы, что их трудно отличить и отделить от философских утверждений, и физик обязан быть философом». Поэтому связь физики с другими науками носит двусторонний характер. И ещё надо отметить, что физика долгое время находилась на таком уровне теоретического обобщения, который другие науки долгое время не могли достичь. Вот так высказался по этому поводу Э. Резерфорд:«Все науки можно разделить на две группы - на физику и коллекционирование марок». Сейчас все науки подтягиваются к тому уровню на котором находится физика, и заслуги физики в этом очень велики, так как она снабдила их методами научного познания, теориями и т. д.

Интересно рассмотреть вопрос о взаимосвязи физики с техникой. Этот вопрос прежде всего интересен для специалистов, которые в своей работе используют технику, потому что физика - фундаментальная база всех инженерных дисциплин, база для создания новых отраслей техники.

Физику чаще всего начинают изучать с раздела, называемого механикой. При этом механику принято делить на три крупных теории, которые применяются при определённых условиях - границах применимости. Это классическая механика, релятивистская механика, квантовая механика.

Механика

Классическая (начало положено Ньютоном сформулировавшем основные законы динамики)

Квантовая (В 1900 году Макс Планк выдвигает гипотезу об испускании света отдельными порциями – квантами.)

Релятивистская (В 1905 году создана специальная теория относительности)