Введение в курс.
Физика – это важнейшая наука о природе, изучающая наиболее общие закономерности явлений, свойства, строение материи и законы ее движения. Она рассказывает о том, что мы знаем об окружающем нас мире, если знаем, то каким образом люди узнали то, что им теперь известно, и о том, что они познают в наши дни.
Физика дает возможность на многочисленные вопросы, которые ставит нам природа и окружающий мир. Ее законы позволяют предсказывать и строить новое, понимать и проникать в неизвестное. Из того, что мы узнаем, изучая физику, формируются новые представления, воспроизводятся новые явления. И когда физика дает ответы – возникают новые вопросы, многие из которых никогда не возникли бы, если их не поставила сама физика.
Слово “физика” происходит от греческого “physis” – природа. Из естествознания по мере дифференциации знаний и методов исследования выделились отдельные науки, в том числе и “Физика”. Границы, отделяющие “физику” от других наук условны.
Физика относится к точным наукам, изучает количественные закономерности явлений, ее законы лежат в основе всего естествознания. Она представляет собой основную науку об окружающем нас мире, так как имеет дело с такими свойствами мир, как время, пространство, материя, движение, электричество, свет и излучения. На ее базе развиваются естественные науки: астрономия, геология, метеорология и другие.
Физику можно сравнить с грандиозным зданием в процессе его строительства. Некоторые его части уже полностью закончены и отделаны и мы ими восхищаемся и пользуемся, в то время как другие находятся еще в стадии строительства и будут закончены нами или нашими потомками. Иногда какая – то, уже законченная часть этого сооружения, оказывается ненадежной или недостаточно просторной и прочной для новых открытий, тогда ее дополняют или даже перестраивают заново. При этом фундамент этого здания прочен и основные части его размещены правильно.
Физика и техника взаимосвязаны. Практически все физические законы использованы в технике: строительство, машиностроение, энергетика, транспорт и т.д. Техника растет и развивается на основе науки.
Техника – вся совокупность средств и устройств, созданных человеком для того, чтобы улучшить свою жизнь на планете. В научно – техническом прогрессе принимают участие все науки, но чаще всего – физика. В то же время техника дарит физике новые орудия исследования, новые материалы и новые идеи. Орудия физических исследований могут быть как очень простыми (на пример, палка), так и очень сложными (на пример, электронный микроскоп или ускоритель).
Физика подразделяется на экспериментальную, в основе которой лежит эксперимент, и теоретическую, цель которой состоит в формулировке законов природы, объяснении конкретных явлений и опытов, предсказаний новых явлений.
В соответствии с этим ученые, создающие установки и проводящие на них различные эксперименты, а также более искусстные в применении математики к решению физических задач, называются физиками – экспериментаторами и физиками-теоретиками. В.Франклин, М. Ломоносов, М. и П. Кюри, А. Ампер были физиками-экспериментаторами; И. Ньютон, А. Эйнштейн, Д. Максвелл – принадлежат к числу важнейших физиков-теоретиков. Многие законы физики представляют собой количественные соотношения и формулируются на математическом языке. Установление количественных законов, показывающих, как изменяется одна величина при изменении других – и есть важнейшая задача экспериментального исследования явлений. Такие законы с одной стороны указывают пути протекания явлений, а с другой, помогают создать их теорию и установить связь с другими явлениями.
В связи с многообразием форм движения материи, физика по видам ее движения подразделяется на механику, термодинамику и статистическую физику, электромагнетизм (включая оптику), квантовую механику, физику атома и ядра. Указанны разделы физики частично перекрываются вследствие глубокой внутренней взаимосвязи. Особо выделяют в физике учение о колебаниях и волнах, что обусловлено общностью закономерностей колебательных процессов различных явлений природы и методов их исследования. Механические, акустические, электрические и оптические колебания и волны рассматриваются с единой точки зрения. Закономерным этапом в развитии физики на сегодняшний день можно считать создание квантовой теории поля, которая распространяет квантовые принципы на системы с бесконечным числом степеней свободы.
На ряду с большими достижениями физики следует отметить и основные нерешенные проблемы:
а) в физике элементарных частиц– вопрос о возможности существования кварков и глюонов в свободном состоянии, не решена задача построения квантовой теории тяготения и другие.
б) физика атомного ядра– нет окончательной теории ядерных сил, проблема управляемого термоядерного синтеза.
в) физика твердого тела– с 70хгодов ХХ века ведутся активные поиски не фоновых механизмов сверхпроводимости, решением которых было бы создание температурных сверхпроводников.
г) в физике плазмы– разработка эффективных методов разогрева плазмы до температуры 109 К и удержания ее в этом состоянии в течение времени, достаточном для протекания термоядерной реакции.
Разумеется, проблемы современной физики не сводятся к перечисленным выше. Свои задачи есть во всех ее разделах и общее число их велико.
Большинство людей, изучающих основы физики, в будущем не собираются стать физиками. Это независимо от того, в какой области вы собираетесь трудиться в дальнейшем, знания о природе помогут вам понять изменения, происходящие в окружающем нас мире. Изучая физику, – одну из наиболее важных наук в истории человечества, вы с наибольшей полнотой ощутите постоянное стремление к познанию, доставляющему такое глубокое удовлетворение в жизни.