В сочинениях какого ученого впервые появилось слово физика

Фистуль В. Как зарождалась физика //Квант. — 2001. — № 3. — С. 3-5.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»

Впервые слово «физика», означающее в переводе с греческого «природа», было введено в обиход Аристотелем. Он же дал определение задач физики как науки, полностью справедливое и в наше время: «…ведь мы тогда уверены в познании всякой вещи, когда узнаем ее первые причины, первые начала и разлагаем их вплоть до элементов …ясно, что и в науке о природе надо определить прежде всего то, что относится к началам».

Еще до Аристотеля многие мыслители так или иначе пытались осуществить сформулированную им стратегическую программу применительно ко многим вещам и, главным образом, к строению самого окружающего мира. Этих исследователей относили к философам — мудрым людям (сначала их называли физиологами). А термин «философия» был введен Пифагором. Посмотрите на имена в хронологической таблице на рисунке 1 — среди «ранних» мудрецов и следует искать истинного родоначальника физики. А Аристотель, которому часто приписывают «отцовство» физики, является лишь ее «крестным отцом», давшим этой науке имя.

С современных позиций, физика подразделяется на теоретическую и экспериментальную. Конечно, обе они представляют единое целое, но поскольку теория часто идет от эксперимента, ее первая задача — объяснить опытные данные и вторая — предсказать новые эксперименты и (помимо их самостоятельного значения) либо подтвердить справедливость разработанной теории, либо ее отбросить и заняться построением новой теории. Отсюда понятны и задачи экспериментальной физики, к которым необходимо отнести прежде всего опытное установление причинных закономерностей, связывающих реакцию объекта на внешнее воздействие с самим этим воздействием. Задачей экспериментальной физики является также указание возможностей практического использования результатов опыта в других областях деятельности Человека, например в технике. Разумеется, эта задача очень важна в наше время и почти не ставилась в Древней Греции в период VI-IV веков до н.э., который отражен в приведенной таблице. Как нам представляется, с позиций разделения физики на теоретическую и экспериментальную и следует искать родоначальника (или родоначальников) физики.

До нас дошли различные легенды, так или иначе связанные с поисхождением различных физических терминов. Вроде известной истории о древнегреческом пастухе, случайно подметившем торможение колеса телеги с железным ободом камнями, лежащими на дороге. Это, по-видимому, были куски магнитного железняка — магнетита. От имени этого пастуха — Магнуса — и произошли термины «магнит» и «магнетизм». (Впрочем, есть и другая версия происхождения этих терминов: от названия области Магнесия в Малой Азии, в которой добывали камни, содержащие минерал пирит, т.е. магнетит, — сырье для выплавки железа.) По другой известной легенде термин «электричество» произошел от греческого названия янтаря — «электрон», — который после полировки мехом притягивает деревянные опилки. Эти и подобные им события, если и были в действительности, то должны быть отнесены к наблюдениям, а не к сознательно поставленным физическим экспериментам. Так же, как и многочисленные наблюдения астрономического характера.

Из различных литературных источников следует, что первый физический эксперимент был осуществлен в школе пифагорейцев. Его суть понятна из рисунка 2, где изображены четыре струны одного диаметра, но разной длины, которые при одном и том же натяжении издают различные звуки. Еще лучше для изучения звучания струн разной длины использовать специальный прибор, называемый монохордом, в котором длина струны варьируется скользящим держателем, а одинаковость натяжения струн обеспечивается одной и той же пружиной. Скорее всего, именно так и был поставлен опыт Пифагором и его учениками (таким же образом этот опыт можно провести и сегодня в любом школьном кабинете физики).

Пифагор нашел, что звучание приведенных на рисунке струн соответствует основному тону, октаве, квинте и кварте в звучании лиры — одного из древних музыкальных инструментов. По современным представлениям, открытие Пифагора может быть сформулировано в терминах звуковой частоты — значения этих частот указаны на том же рисунке 2.

Предание приписывает Пифагору и другое наблюдение: звучания металлических болванок при ударе кузнечных молотов. Впоследствии Пифагор, якобы, открыл связь звучания с массой молотов. Но подробно это экспериментальное исследование было проведено и описано учеником Пифагора Гиппасом. Он изготовил четыре медных диска одного диаметра, но различающихся толщиной, и установил соотношения между массой дисков и музыкальными тонами. Таким образом, опыт Гиппаса следует трактовать как еще один метод установления музыкальных отношений.

Известно, что к научной школе Пифагора при его жизни и после принадлежали 218 мужчин и 17 женщин. Некоторые из них продолжали заниматься экспериментальным изучением акустики. Тем не менее, поскольку первый сознательный физический эксперимент был осуществлен самим Пифагором, именно его следует считать истинным «отцом» экспериментальной физики. Хотя Дж.Гамов, например, считает, что установленные Пифагором соотношения музыкального ряда являются и началом теоретической физики, поскольку они носят количественный характер. Вряд ли с этим утверждением можно согласиться — ведь основная задача теоретической физики состоит в том, чтобы понять все или хотя бы часть уже известных фактов. При этом вовсе не обязательно это понимание представлять в математической форме.

Вновь обратимся к хронологической таблице на рисунке 1 и кратко рассмотрим теоретические концепции упомянутых в ней философов.

Наиболее древними в этом ряду являются Фалес, Анаксимандр, Анаксимен, Пифагор, Геркалит. Их воззрения на Природу, по существу, еще близки к предшествующим мифологическим взглядам. Так, Фалес считал, что первичной субстанцией всего сущего является вода. Этот взгляд прямо восходит к древним мифам о происхождении всех вещей в результате сочетания бога Океана с богиней воды Тефилой. Аристотель предполагал, что Фалес видел, что «пища всех существ влажная и что само тепло из влажности получается… что семена всего, что есть, имеют влажную природу».

В противоположность Фалесу, Анаксимандр отказался от всех предстоящих взору человека причин как возможных первоначал. Он приписал роль первоначала некой ненаблюдаемой субстанции. Живший несколько позднее Анаксимен считал воздух более простым первоначальным веществом, чем вода у Фалеса. Наконец, Гераклит приписал первичность материи огню.

Теперь вернемся к Пифагору, но уже не как к физику-экспериментатору, а как к философу. Пифагорейская философия исходила из того, что в основе мира лежат числа. Более того, им приписывалась божественная роль. Утверждение пифагорейцев о том, что «все есть число», — основной постулат их теоретических представлений. Всем вещам, в том числе и вселенной, они приписывали определенные числа. Пифагорейцы считали, что солнце, земля, луна, неподвижные звезды (как целое) и все планеты, которых в то время было известно всего пять, движутся вокруг некоего центрального огня. Таким образом, планетарный числовой ряд, по их разумению, состоял из 5 планет и 4 промежутков между ними. А для дополнения до числа 10, которое они считали священным, им пришлось предположить существование так называемой противоземли.

Кроме фетишизации самих чисел, Пифагор, его ученики и последователи важную роль отводили числовым соотношениям. Так, открытые ими числовые соотношения музыкальной гармонии они перенесли на небесную сферу, поскольку считали, что движение планет тоже должно быть гармоничным. Отсюда следовало утверждение, что величины расстояний от планет (сфер) до «центрального огня» должны находиться в определенных соотношениях, не равных, но аналогичных тем, которые наблюдаются в музыке. (По этому учению, вращающиеся сферы издают неслышимые гармонические звуки. До нас с того времени дошло выражение «музыка сфер». В целом мистика чисел оказалась очень живучей. Ею широко пользовались религия, астрология, различные виды магии и до сих пор ее отголоски мы почти ежедневно встречаем в жизни во многих пословицах, сказках и крылатых выражениях.)

Таким образом, хотя учение Пифагора и его школы никак нельзя отнести к истокам теоретической физики, идея о важности числового, количественного подхода к описанию Природы спустя много веков реализовалась — возникла математическая физика, или, более общо, математическое естествознание.

Все перечисленные философы так или иначе искали единственное первоначало всего сущего. Более поздние философы видели, что одним первоначалом невозможно объяснить многообразие материального мира, и отказались от этой идеи.

Первым из них был Эмпедокл. Его подход был прост: он считал первоначалом действующие одновременно четыре элемента — огонь, воздух, воду и землю, ранее рассматриваемые отдельно.

Другой взгляд был предложен Левкиппом. Первоначала Левкиппа представляли бесчисленные мельчайшие неделимые частицы. Эти частицы получили название атомов, что в переводе с греческого и означает «неделимые». По Левкиппу, атомы бесконечно разнообразны по форме и размерам и находятся в непрерывном хаотическом движении, в котором они сталкиваются друг с другом, образуя своеобразные вихри. Эти вихри служат строительным материалом для образования всех вещей в окружающем мире, в том числе и самого мира. Кроме того, по- видимому, Левкиппу принадлежит первая формулировка принципа причинности: «Ничто не совершается случайно, но все совершается по какому-нибудь основанию и с необходимостью».

Конечно, атомистика Левкиппа и других древнегреческих ученых — это совсем не то, что физики стали понимать под этим словом уже в новое время, начиная с XIX века. Тем не менее, именно с учения Левкиппа началась эра атомистики в науке, которая, непрерывно развиваясь до сегодняшнего дня, является теоретической основой физики. Поэтому мы с полным правом можем считать Левкиппа «отцом» теоретической физики. К сожалению, ни труды Левкиппа, ни его художественные или скульптурные портреты до нас не дошли. Сведения о самом Левкиппе и о его учении нам известны лишь от его последователей, главным образом — от Демокрита.

Ученик Левкиппа Демокрит был полной противоположностью своему учителю. Демокрит неустанно излагал атомистику Левкиппа в различных аудиториях — в школах, лицеях, на различных диспутах, тем более что он побывал в Вавилоне, Египте, Персии и, разумеется, во многих городах Греции. Преподавательская и лекторская деятельность всегда оттачивает структуру излагаемого предмета, упорядочивает взгляды, что и позволило Демокриту распространить взгляды Левкиппа на всеобщую теорию развития Природы и Человека.

Демокрит, «пропустив через себя» атомистику Левкиппа, внес в нее настолько много своего, что в последующее время уже было трудно разграничить, что в ней от Левкиппа, а что от Демокрита. И все же, Демокрита можно, безусловно, считать первым творческим «пропагандистом» теоретической физики, но нельзя считать ее первооткрывателем.

Современником Левкиппа и Демокрита был еще один древнегреческий философ — Анаксагор. Он также исповедовал множественность первоначал, но не в виде атомов, а в виде неких «семян». Эти семена подобны каждому из существующих веществ: «…любой металл, любая ткань животного или растительного организма имеет начало в виде самого себя. Сколько веществ, столько и материальных начал». Таким образом, семена — это частицы, совпадающие по наименованию и обладающие всеми теми же свойствами, что и вещества, которые мы ощущаем, т.е. видим и осязаем. Однако семена Анаксагора принципиально отличаются от атомов Левкиппа — Демокрита тем, что, в противоположность неделимым атомам, они могут безгранично делиться.

Следующее положение концепции Анаксагора говорит в том, что каждая вещь в мире состоит одновременно из всех семян. В своих сочинениях Анаксагор многократно повторяет: «во всем заключается часть всего». Следовательно, в любой вещи содержатся определенные доли всех существующих вещей (современные ученые называют это положение принципом «универсальной смеси»). Совершенно ясно, что перед Анаксагором возникала необходимость объяснить, почему же каждой вещи присущи характерные лишь для нее свойства, хотя в ней присутствуют и все остальные вещи в виде семян. Эту проблему Анаксагор решает, исповедуя другой принцип: «…чего всего более в каждой вещи, тем одним она и кажется…» (это положение ученые называют принципом «преобладания»).

К рассмотренным принципам Анаксагора необходимо добавить и самое первое его представление, именуемое в наши дни «принципом сохранения материи». В дошедших до нас фрагментах его сочинений ясно говорится: «…никакая вещь не возникает и не уничтожается, но соединяется из существующих вещей и разделяется. И, таким образом, правильнее было бы назвать возникновение соединением, а уничтожение разделением». Справедливость требует указать, что этот принцип не был открыт Анаксагором — он известен и в философии Эмпедокла, его придерживались и атомисты Левкипп и Демокрит.

В свете всего сказанного видно, что теория Анаксагора является вполне законченной теорией, заслуженно занимающей в истории физики положение альтернативы атомистике Левкиппа. Поэтому Анаксагора, несомненно, тоже следует причислить к «отцам» теоретической физики.

Из хронологической таблицы видно, что Анаксагор и Левкипп были современниками, но знали ли они о теориях друг друга? Четких указаний на это в истории нет, и поэтому остается сослаться на предположение ученых, что Анаксагор сознательно создавал свою теорию как антитезу теории Левкиппа. Атомистика древнегреческих философов была воспринята и развивалась достаточно гладко на протяжении веков (и развивается по сей день). По-иному сложилась судьба теории Анаксагора. Долгое время она была интересна лишь историкам науки. И только в самое последнее время на нее обратили внимание физики-теоретики, поскольку некоторые ее черты оказались схожими с представлениями современных теорий.

Укажем, например, на развивающиеся представления о вселенной не как о механической аддитивной сумме всех ее частей, а как о едином целом. Мир при этом представляется целостным образованием, так что на любой его части «записан» весь мировой порядок. Таким образом, для всего мира, а значит, и для всего сущего характерна «голографичность». Не правда ли, это похоже на подход Анаксагора?

Подобные воззрения начали появляться только в середине XX века и все больше занимают умы современных философов и физиков-теоретиков. Наиболее убедительным примером являются усилия теоретиков в разработке единой теории поля. Имеются также многочисленные примеры новых подходов в теоретической физике, свидетельствующие о сосуществовании раздельного и целостного подходов к описанию Природы, являющихся «наследниками» теорий Левкиппа и Анаксагора.

Итак, основоположниками физической науки по праву можно считать «отца» экспериментальной физики Пифагора, «отцов» теоретической физики Левкиппа и Анаксагора, первого «пропагандиста» теоретической физики Демокрита и «крестного отца» физики Аристотеля.

Физика (от др.-греч. φύσις «природа») — область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира.

Термин «Физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности — Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. В русский язык слово «физика» было введено Михаилом Васильевичем Ломоносовым, когда он издал первый в России учебник физики в переводе с немецкого языка. Первый отечественный учебник под названием «Краткое начертание физики» был написан первым русским академиком Страховым.

Физика — это наука о природе в самом общем смысле (часть природоведения). Она изучает вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.

Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии, — такие свойства называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает молекулы и образованные из них вещества. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика.

Физика тесно связана с математикой: математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий.

Главными ветвями физики являются экспериментальная физика и теоретическая физика. И хотя может показаться, что они разделены, поскольку большинство физиков являются или чистыми теоретиками, или чистыми экспериментаторами, на самом деле теоретическая и экспериментальная физика развивается в постоянном контакте. Над одной и той же проблемой могут работать как теоретики, так и экспериментаторы. Первые описывают существующие экспериментальные данные и делают теоретические предсказания будущих результатов, вторые проводят эксперименты, проверяя существующие теории и получая новые результаты. Многие достижения в физике были вызваны экспериментальным наблюдением явлений, не описываемых существующими теориями (например, экспериментально обнаруженная абсолютность скорости света породила специальную теорию относительности), так же как и некоторым теориям удалось предсказать результаты, проверенные позже (например, открытие позитрона).

Как видите физика решает многие задачи. Чтобы не усложнять себе жизнь и не сушить мозги, доверьте решение своих задач нам.

Библиографическое описание:

Царева, М. В. Когда возникла физика? / М. В. Царева, А. Е. Вельс. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2015. — № 1 (1). — С. 78-80. — URL: https://moluch.ru/young/archive/1/51/ (дата обращения: 09.01.2023).

Физика (греч. от physis — природа) — наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира [1, с. 1326].

Физика — одна из основных областей естествознания — наука о свойствах и строении мира, о формах ее движения и изменения, об общих закономерностях явлений природы [3, с. 882].

Основоположниками физики являются такие великие ученые как: Галио Галилей — итальянский физик, астроном, философ, математик, Блез Паскаль — французский математик, физик, религиозный философ, Исаак Ньютон — английский математик, астроном, физик. Ньютона принято считать основоположником физики.

От ранних цивилизаций, возникших на берегах Тигра, Евфрата и Нила, не осталось никаких свидетельств в области физических знаний, на тот момент не было системы физических знаний, а существовали только определенные описания и факты, не подтвержденные теоретическими обобщениями и выводами. Древние называли физикой любое исследование окружающего мира и явлений природы. Такое понимание физики сохранялось до конца 17 века.

Аристотель в IV веке до нашей эры впервые употребил слово «фюзис», что означает природа. Он также употребил слова «материя» и «форма».

Так, с какого же периода истории возникла физика, которую еще нельзя было назвать наукой?

На наш взгляд наблюдение над природой началось в глубокой древности, когда у человека появилась необходимость прокормить себя и своих близких, но человек еще не перешел к земледелию и к скотоводству, а пользовался плодами леса и охотой на диких животных.

Попробуем представить абстрактную картину. Случайно в буреломе, где хаотично повалены деревья, одно из них оказалось на другом так, что корневая система, «выдранного» дерева лежала на земле, ствол его, опираясь на другое дерево, свободно свисал. Древний человек случайно вступил на ствол довольно далеко от точки опоры, своим весом приподнял всю корневую систему дерева весом, гораздо большим, чем вес самого человека.

Человек ничего не понял, но заметил эту особенность, которую и стал применять при необходимости. Так, появился рычаг. Произошло это задолго до исследований Архимеда (287 год до нашей эры). Человек, как мы полагаем, заметил и несколько рассчитал соотношение плеч рычага и действующих на него сил.

Архимед же привел в систему весь накопленный опыт. Согласно преданию Архимед произнес известную всем фразу: «Дайте мне точку опоры, и я подниму Землю»!

Конечно, он имел в виду применение рычага.

Вклад Архимеда в математику и физику, безусловно, велик. Архимед является основоположником теоретической механики и гидростатики. Он разработал методы нахождения площадей, поверхностей и объемов различных фигур и тел.

В основополагающих трудах по статике и гидростатике (закон Архимеда) Архимед дал образцы применения математики в естествознании и технике. Ему принадлежит множество технических изобретений: архимедов винт, определение состава сплавов взвешиванием в воде, системы для поднятия больших тяжестей, военные метательные машины.

В физике Архимед ввел понятие «центр тяжести». Он установил научные принципы статики и гидростатики, дал образцы применения математических методов в физических исследованиях. Основные положения статики сформулированы в сочинении «О равновесии плоских фигур». Архимед делает вывод о законе рычага. Знаменитый закон гидростатики, вошедший в науку с именем Архимеда (Архимеда закон), сформулирован в трактате «О плавающих телах» [2, с.87].

Появление паруса, как мы считаем, также произошло случайно. Древние люди вновь при помощи наблюдений приобрели опыт. Как мы думаем, человек заметил, что если встать и плыть на бревне с помощью примитивного весла, и при этом дует попутный ветер, то бревно начинает двигаться довольно быстро. Возможно, человек заметил, что плывущий по воде ствол дерева с торчащими ветвями движется быстрее, чем без веток. Позднее человек сознательно соорудил из веток с листьями или из звериной шкуры подобие паруса. Так, появился первый примитивный парус.

Много столетий спустя, в результате накопленного человечеством опыта, появились парусные корабли, которые уже были способны плыть и против ветра. И среди них барк, самый современный парусник. В основе этого явления лежит сложение действующих сил.

Другим величайшим изобретением древности является колесо. Мы полагаем, что это, скорее всего коллективное изобретение, так как один человек не мог придумать колесо, затем посадить его на ось, закрепить на ней платформу и получить, таким образом, телегу. Как мы считаем, древние люди заметили, что если взять толстое бревно, то его легче перемещать по земле, если под бревно подкладывать круглые обрубки дерева. В результате размышлений человека, даже не группы людей, а целых поколений, получилось колесо.

Изобретение колеса дало колоссальный толчок в развитии современной цивилизации.

Здесь хотелось бы упомянуть о цивилизации древних инков. Инки — это индейское племя, которое проживало на землях таких современных стран, как Перу, Эквадор, Боливия и другие. Древние инки не знали и не применяли колесо из-за рельефа земель, которые они занимали. Перу — страна горная, и инками не был замечен тот факт, что пресловутое бревно, можно перемещать качками.

Так, мы полагаем, что физика зародилась на основе сбора наблюдений, опыта, информации. Когда же такой информации накопилось достаточно много, величайшие ученые древности систематизировали накопленные знания, создав фундаментальную теорию механики.

Наше небольшое размышление о том, когда зародилась физика, хотелось бы закончить стихотворением:

Читай, внимай и понимай,

Почаще думай, мысли, познавай,

Ты в жанры разные «влетай»

И книги полностью «глотай»,

Но ничего не упускай!

Учти, что всяк разумный человек

Читает книги разных лет.

Он в них живет, поет и пляшет,

Он знания все там берет

И все дословно узнает,

Внимает, мыслит, познает,

Вернувшись в мир,

Он всем расскажет,

Что дарят чудны пейзажи,

Картин из тех чудеснейших долин,

Где жизнь он мысленно прожил

И мир с других сторон открыл.

За что всю жизнь благодарил

Литературный дивный свет,

Пролитый с древних лет на мир [4].

Литература:

1.      Большой энциклопедический словарь, гл. ред. Прохоров А. М. — М.: Большая Российская энциклопедия, 2002. — 1456 с.

2.      Житомирский С. В. Ученый из Сиракуз: Архимед. Историческая повесть. — М.: Молодая гвардия, 1982. — 191 с.

3.      Ожегов С. И., Шведова Н. Ю. Толковый словарь русского языка: 72500 слов и выражений/Российская АН. институт русского языка.; Российский фонд культуры. — М.: Азъ Ltd., 1992. — 960 с.

4.      Царева М. В. Стихотворение, «Великий чтива книг», 2015.

Фи́зика (от др.-греч. φύσις — природа) — область естествознания: наука о простейших и, вместе с тем, наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении. Законы физики лежат в основе всего естествознания.

Термин «физика» впервые фигурирует в сочинениях одного из величайших мыслителей древности — Аристотеля (IV век до нашей эры). Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимами, так как в основе обеих дисциплин лежало стремление объяснить законы функционирования Вселенной. Однако в результате научной революции XVI века физика развилась в самостоятельную научную отрасль.

В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов и позже мобильных телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров. Развитие фотоники способно дать возможность создать принципиально новые — фотонные — компьютеры и другую фотонную технику, которые сменят существующую электронную технику. Развитие газодинамики привело к появлению самолётов и вертолётов.

Знания физики процессов, происходящих в природе, постоянно расширяются и углубляются. Большинство новых открытий вскоре получают технико-экономическое применение (в частности в промышленности). Однако перед исследователями постоянно встают новые загадки, — обнаруживаются явления, для объяснения и понимания которых требуются новые физические теории. Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика ещё очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы.

Общенаучные основы физических методов разрабатываются в теории познания и методологии науки.

В русский язык слово «физика» было введено М. В. Ломоносовым, издавшим первый в России учебник физики — свой перевод с немецкого языка учебника «Вольфианская экспериментальная физика» Х. Вольфа (1746). Первым оригинальным учебником физики на русском языке стал курс «Краткое начертание физики» (1810), написанный П. И. Страховым.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0

---

Комплексная наука • Естествознание
Физика Φυσική
Предмет изучения	Материя (в виде вещества и полей) и наиболее общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.
Период зарождения	V век до н. э. — XVI век

Фи́зика (от др.-греч. φύσις — природа):

1. как раздел наук — область естествознания;
2. совокупность физических свойств объекта (например Солнца);^{[источник не указан 2480 дней]}

Физика — наука о простейших и вместе с тем наиболеобщих законах природы, о материи, её структуре и движении. Законы физики лежат в основе всего естествознания^[1][2].

Термин «физика» впервые фигурирует в сочинениях одного из величайших мыслителей древности — Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимами, так как в основе обеих дисциплин лежало стремление объяснить законы функционирования Вселенной. Однако в результате научной революции XVI века физика развилась в самостоятельную научную отрасль.

В русский язык слово «физика» было введено М. В. Ломоносовым, издавшим первый в России учебник физики — свой перевод с немецкого языка учебника «Вольфианская экспериментальная физика» Х. Вольфа (1746). Первым оригинальным учебником физики на русском языке стал курс «Краткое начертание физики» (1810), написанный П. И. Страховым.

В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов и позже мобильных телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров. Развитие фотоники способно дать возможность создать принципиально новые — фотонные — компьютеры и другую фотонную технику, которые сменят существующую электронную технику.

Знания физики процессов, происходящих в природе, постоянно расширяются и углубляются. Большинство новых открытий вскоре получают технико-экономическое применение (в частности в промышленности). Однако перед исследователями постоянно встают новые загадки, — обнаруживаются явления, для объяснения и понимания которых требуются новые физические теории. Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика ещё очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы.

Общенаучные основы физических методов разрабатываются в теории познания и методологии науки.

Предмет физики

Физика —

Фи́зика (от др.-греч. φύσις — природа) — область естествознания: наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении. Законы физики лежат в основе всего естествознания.

Таково типичное философское определение физики. Но если смотреть на историю физики и структуру физического знания, то вырисовывается другая картина. Физика появляется вется (тела, жидкости) — были очевидны, считалось, что цель физики — нахождение законов движения, чему способствовала и метафора, которой следовали Галилей и Ньютон: «Природа — это книга написанная на языке математики». В «неклассический» период, начинающийся с электромагнитного поля Фарадея-Максм материалом для теорий (теоретических моделей) явлений служат идеальные сущности, которые задаются в основаниях разделов физики (раздел физики выделяется тем, что имеет собственные основания). Такая двухуровневая структура — основания и теории явлений — существует с «Математических начал натуральной философии» И.Ньютона. При этом специфика физики определяется теми типами моделей, которые она использует (то же можно сказать про другие естественные науки — химические, биологические, которые используют другие типы моделей). Специфика физики задается тем, что 1)в центре любого раздела физики есть свой физический процесс, который описывается как переход физического объекта A из одного состояния S_A(1) в другое S_A(2), как правило номером состояния служит момент времени (этой схемой выделяется понятия объекта); 2) эти объекты находятся в пространстве (отсюда особое положение законов сохранения для интегралов движения (энергии, импульса, момента импульса) и особое место теории относительности, объектом которой оказывается метрика пространства и времени); 3) все множество исходных объектов строится на базе всего двух прототипов: локальной частицы, состояние которой задается набором величин (понятие о которой можно получить из классической механики) и нелокальной (имеющей 1-, 2- или 3-мерный объем) сплошной среды, состояние которой задается набором функций (понятие о которой можно получить из гидродинамики идеальной жидкости). Модель сплошной среды лежит в основе механик сплошной среды, термодинамики (равновесной и неравновесной), электродинамики (в вакууме и среде). Смешанные корпускулярно-волновые модели лежат в основе квантовой механики и квантовой теории поля, а также в основе статистической физики в виде молекулярной среды^[3].

Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем (например сохранение энергии), — их называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки, — биология, геология, химия и др. — описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает атомы, состоящие из них вещества и превращения одного вещества в другое. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика.

Такой довольно распространенный редукционистский взгляд является не бесспорным. Даже у химии, не говоря о биологии, есть свои специфические модели, лишь фрагменты которых могут быть представлены как физическое явление

Физика тесно связана с математикой, ибо описание движения в физике использует двухслойную конструкцию:в слое физической модели задается объект и его состояния, определяемые соответствующими измеримыми величинами, но связь между состояниями задается в математическом слое с помощью уравнения движения (закона движения), связывающего математические образы состояний объекта, математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. При этом могут использоваться сложные разделы математики. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физической науки. Однако в центре оказывается определяющая понимание физическая модель, на что указывает и возможность альтернативных математических описаний (математических представлений) одной физической модели явления, например ньютоновского, лагранжевого, Гамильтона-Якоби — в классической физике, Шрёдингера, Гайзенберга, взаимодействия и др. — в квантовой механике ^[3]. «Математика есть лишь орудие, и нужно уметь владеть физическими идеями безотносительно к их математической форме», — говорил П.Дирак ^[4].

Научный метод

Физика — естественная наука. В её основе лежит экспериментальное исследование явлений природы, а её задача — формулировка законов, которыми объясняются эти явления. Физика сосредоточена на изучении фундаментальных и простейших явлений и на ответах на простые вопросы: из чего состоит материя, каким образом частицы материи взаимодействуют между собой, по каким правилам и законам осуществляется движение частиц и т. д.

В основе физических исследований лежат наблюдения. Обобщение наблюдений позволяет физикам формулировать гипотезы о совместных общих чертах этих явлений, по которым велись наблюдения. Гипотезы проверяются с помощью продуманного эксперимента, в котором явление (феномен) проявлялось бы в как можно более чистом виде и не осложнялось бы другими явлениями (феноменами). Анализ данных совокупности экспериментов позволяет выявить и сформулировать закономерность. На первых этапах исследований закономерности носят преимущественно эмпирический, феноменологический характер, — то есть явление описывается количественно с помощью определённых параметров, характерных для исследуемых тел и веществ. Анализируя закономерности и параметры, физики строят физические теории, которые позволяют объяснить изучаемые явления на основе представлений о строении тел и веществ и взаимодействие между их составными частями. Физические теории, в свою очередь, создают предпосылки для постановки точных экспериментов, в ходе которых в основном определяются как рамки их применимости. Общие физические теории позволяют формулировать физические законы, которые считаются общими истинами, пока накопления новых экспериментальных результатов не потребует их уточнения или пересмотра.

Так, например, Стивен Грей заметил, что электричество можно передавать на довольно значительное расстояние с помощью увлажнённых нитей и начал исследовать это явление. Георг Ом сумел выявить для него количественную закономерность, — ток в проводнике прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению проводника току. Эта закономерность известна как закон Ома. При этом, конечно, эксперименты Ома опирались на новые источники питания и на новые способы измерять действие электрического тока, что позволило количественно охарактеризовать его. Результаты дальнейших исследований позволили абстрагироваться от формы и длины проводников тока и ввести такие феноменологические характеристики, как удельное сопротивление проводника и внутреннее сопротивление источника питания. Закон Ома и поныне основа электротехники, однако исследования также выявили и рамки его применимости, — открыты элементы электрической цепи с нелинейными вольт-амперными характеристиками, а также вещества, в определенных ситуациях не имеющие никакого электрического сопротивления — сверхпроводники. После открытия заряженных микрочастиц — электронов (позже протонов и других), была сформулирована микроскопическая теория электропроводности, объясняющая зависимости сопротивления от температуры посредством рассеяния электронов на колебаниях кристаллической решетки, примесях и т. д.

Вместе с тем было бы неправильным считать, что только эмпирический подход определяет развитие физики. Многие важные открытия были совершены «на кончике пера», или экспериментальной проверкой теоретических гипотез. Например, принцип наименьшего действия Пьер Луи де Мопертюи сформулировал в 1744 году на основе общих соображений, и справедливость его невозможно установить экспериментальным путём в силу всеобщности принципа. В настоящее время классическая и квантовая механика, теория поля основаны на принципе наименьшего действия. В 1899 году Макс Планк ввёл понятия кванта электромагнитного поля, кванта действия, что также не было следствием наблюдений и экспериментов, а чисто теоретической гипотезой. В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал работу по специальной теории относительности, построенную дедуктивным путём из самых общих физических и геометрических соображений. Анри Пуанкаре — математик — прекрасно разбиравшийся в научных методах физики, писал, что ни феноменологический, ни умозрительный подход по отдельности не описывают и не могут описывать физическую науку ^[5].

Количественный характер физики

Физика — количественная наука. Физический эксперимент опирается на измерения, то есть сравнение характеристик исследуемых явлений с определенными эталонами. С этой целью физика развила совокупность физических единиц и измерительных приборов. Отдельные физические единицы объединяются в системы физических единиц. Так, на современном этапе развития науки стандартом является Международная система СИ, но большинство теоретиков по-прежнему предпочитает пользоваться Гауссовой системой единиц.

Полученные экспериментально количественные зависимости позволяют использовать для своей обработки математические методы и строить теоретические, то есть математические модели изучаемых явлений.

С изменением представлений о природе тех или иных явлений меняются также физические единицы, в которых измеряются физические величины. Так, например, для измерения температуры сначала были предложены произвольные температурные шкалы, которые делили промежуток температур между характерными явлениями (например, замерзанием и кипением воды) на определенное количество меньших промежутков, которые получили название градусов температуры. Для измерения количества теплоты была введена единица — калория, которая определяла количество теплоты, необходимой для нагрева грамма воды на один градус. Однако со временем физики установили соответствие между механической и тепловой формой энергии. Таким образом, оказалось, что предложенная ранее единица количества теплоты, калория, является излишней, как и единица измерения температуры. И количество теплоты, и температуру можно измерять в единицах механической энергии. В современную эпоху калория и градус не вышли из практического употребления, но между этими величинами и единицей энергии Джоулем существует точное числовое соотношение. Градус, как единица измерения температуры входит в систему СИ, а коэффициент перехода от температурной к энергетическим величинам — постоянная Больцмана — считается физической постоянной.

История физики

Физика — это наука о материи, её свойствах и движении. Она является одной из наиболее древних научных дисциплин. Люди пытались понять свойства материи из древнейших времен: почему тела падают на землю, почему разные вещества имеют различные свойства и т. д. Интересовали людей также вопрос о строении мира, о природе Солнца и Луны. Сначала ответы на эти вопросы пытались искать в философии. В основном философские теории, которые пытались дать ответы на такие вопросы, не проверялись на практике. Однако, несмотря на то, что нередко философские теории неправильно описывали наблюдения, ещё в древние времена человечество добилось значительных успехов в астрономии, а великий греческий учёный Архимед даже сумел дать точные количественные формулировки многих законов механики и гидростатики.

Некоторые теории древних мыслителей, как, например, идеи об атомах, которые были сформулированы в древних Греции и Индии, опережали время. Постепенно от общей философии начало отделяться естествознание, важнейшей составной частью которого стала физика. Уже Аристотель использовал название «Физика» в заголовке одного из основных своих трактатов^[6]. Несмотря на ряд неправильных утверждений, физика Аристотеля на протяжении веков оставалась основой знаний о природе.

Период до научной революции

Свойство человечества сомневаться и пересматривать положения, которые раньше считались единственно истинными, в поисках ответов на новые вопросы в итоге привело к эпохе великих научных открытий, которую сегодня называют научной революцией, начавшейся в середине XVI века. Предпосылки к этим коренным изменениям сложились благодаря достоянию древних мыслителей, наследие которых можно проследить до Индии и Персии. Сюда входят эллиптические модели^{[источник не указан 3379 дней]} планетарных орбит, опиравшиеся на гелиоцентрическую модель Солнечной системы, которую разработал индийский математик и астроном Ариабхата, базовые положения атомизма, предложенные индусскими и джайнистскими философами, теория буддистских мыслителей Дигнаги и Дхармакирти о том, что свет эквивалентен энергетическим частицам, оптическая теория арабского учёного Ибн ал-Хайсама (Альхазена). Персидский учёный Насир ад-Дин ат-Туси указал на значительные недостатки птолемеевской системы.

Средневековая Европа на какое-то время потеряла знания античных времен, но под влиянием Арабского халифата сохраненные арабами сочинения Аристотеля вернулись. В XII—XIII веках нашли свой путь в Европу также произведения индийских и персидских учёных. В Средние века начал складываться научный метод, в котором основная роль отводилась экспериментам и математическому описанию. Ибн ал-Хайсам считается ^[кем?] основоположником научного метода. В своей «Книге о оптике», написанной в 1021 году, он описывал эксперименты, поставленные для того, чтобы доказать справедливость своей теории зрения, которая утверждала, что глаз воспринимает свет, излучаемый другими объектами, а не сам глаз излучает свет, как считали раньше Евклид и Птолемей. В экспериментах Ибн ал-Хайсама использовалась камера-обскура. С помощью этого прибора он проверял свои гипотезы относительно свойств света: или свет распространяется по прямой, или смешиваются в воздухе различные лучи света.

Научная революция

Период научной революции характеризуется утверждением научного метода исследований, вычленением физики из массы натурфилософии в отдельную область и развитием отдельных разделов физики: механики, оптики, термодинамики и т. д.

Большинство историков придерживаются мнения о том, что научная революция началась в 1543 году, когда Николаю Копернику привезли из Нюрнберга впервые напечатанный экземпляр его книги «О вращении небесных сфер».

После этого в течение примерно ста лет человечество обогатилось работами таких исследователей, как Галилео Галилей, Христиан Гюйгенс, Иоганн Кеплер, Блез Паскаль и др. Галилей первым начал последовательно применять научный метод, проводя эксперименты, чтобы подтвердить свои предположения и теории. Он сформулировал некоторые законы динамики и кинематики, в частности закон инерции, и проверил их опытным путем. В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал книгу «Principia», в которой в подробностях описал две основополагающие физические теории: законы движения тел, известные как законы Ньютона, и законы тяготения. Обе теории прекрасно согласовывались с экспериментом. Книга также приводила теории движения жидкостей. Впоследствии классическая механика была переформулирована и расширена Леонардом Эйлером, Жозефом Луи Лагранжем, Уильямом Роуэном Гамильтоном и другими. Законы гравитации заложили основу тому, что позже стало астрофизикой, которая использует физические теории для описания и объяснения астрономических наблюдений.
В России первым Ломоносов внёс значительный вклад в развитие физической минералогии, математической физике, биофизике и в астрономии, в разделе северных сияний, физике «хвостов» комет. Среди наиболее значимых научных достижений Ломоносова в области физики является его атомно-корпускулярная теория строения вещества и материи. Работы Ломоносова и его соратника Г. В. Рихмана внесли важный вклад в понимание электрической природы грозовых разрядов. Ломоносов не только провёл блестящее многолетнее исследование атмосферного электричества и установил ряд эмпирических закономерностей грозовых явлений, но и в работе «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» (1753) объяснил причину возникновения электричества в грозовых облаках конвекцией теплого воздуха (у поверхности Земли) и холодного воздуха (в верхних слоях атмосферы). Ломоносов разработал теорию света и выдвинул трёхкомпонентную теорию цвета, с помощью которой объяснил физиологические механизмы цветовых явлений. По мысли Ломоносова, цвета вызываются действием трёх родов эфира и трёх видов цветоощущающей материи, составляющей дно глаза. Теория цвета и цветового зрения, с которой Ломоносов выступил в 1756 году, выдержала проверку временем и заняла должное место в истории физической оптики.
После установления законов механики Ньютоном, следующим исследовательским полем стало электричество. Основы создания теории электричества заложили наблюдения и опыты таких учёных XVII и XVIII веков, как Роберт Бойль, Стивен Грей, Бенджамин Франклин. Сложились основные понятия — электрический заряд и электрический ток. В 1831 году английский физик Майкл Фарадей показал связь электричества и магнетизма, продемонстрировав, что движущийся магнит индуцирует в электрической цепи ток. Опираясь на эту концепцию, Джеймс Клерк Максвелл построил теорию электромагнитного поля. Из системы уравнений Максвелла следовало существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Экспериментальное подтверждение этому нашел Генрих Герц, открыв радиоволны.

С построением теории электромагнитного поля и электромагнитных волн, победой волновой теории света, основанной Гюйгенсом, над корпускулярной теорией Ньютона, завершилось построение классической оптики. На этом пути оптика обогатилась пониманием дифракции и интерференции света, достигнутым благодаря трудам Огюстена Френеля и Томаса Юнга.

В XVIII и начале XIX века были открыты основные законы поведения газов, а работы Сади Карно по теории тепловых машин открыли новый этап в становлении термодинамики. В XIX веке Юлиус Майер и Джеймс Джоуль установил эквивалентность механической и тепловой энергий, что привело к расширенной формулировке закона сохранения энергии (первый закон термодинамики). Благодаря Рудольфу Клаузиусу был сформулирован второй закон термодинамики и введено понятие энтропии. Позже Джозайя Уиллард Гиббс заложил основы статистической физики, а Людвиг Больцман предложил статистическую интерпретацию понятия энтропии.

К концу XIX века физики подошли к значительному открытию — экспериментальному подтверждению существования атома. В это время существенно изменилась и роль физики в обществе. Возникновение новой техники (электричества, радио, автомобиль и т. д.) требовало большого объёма прикладных исследований. Занятия наукой стало профессией. Фирма General Electric первой открыла собственные исследовательские лаборатории; такие же лаборатории стали появляться в других фирмах.

Смена парадигм

Конец девятнадцатого, начало двадцатого века был временем, когда под давлением новых экспериментальных данных физикам пришлось пересмотреть старые теории и заменить их новыми, заглядывая все глубже в строение материи. Эксперимент Майкельсона — Морли выбил основу из-под ног классического электромагнетизма, поставив под сомнение существование эфира. Были открыты новые явления, такие как рентгеновские лучи и радиоактивность. Не успели физики доказать существование атома, как появились доказательства существования электрона, эксперименты с фотоэффектом и изучение спектра теплового излучения давали результаты, которые невозможно было объяснить, исходя из принципов классической физики. В прессе этот период назывался кризисом физики, но одновременно он стал периодом триумфа физики, сумевшей выработать новые революционные теории, которые не только объяснили непонятные явления, но и многие другие, открыв путь к новому пониманию природы.

В 1905 году Альберт Эйнштейн построил специальную теорию относительности, которая продемонстрировала, что понятие эфира не требуется при объяснении электромагнитных явлений. При этом пришлось изменить классическую механику Ньютона, дав ей новую формулировку, справедливую при больших скоростях. Коренным образом изменились также представления о природе пространства и времени. Эйнштейн развил свою теорию в общую теорию относительности, опубликованную в 1916 году. Новая теория включала в себя описание гравитационных явлений и открыла путь к становлению космологии — науки об эволюции Вселенной.

Рассматривая задачу о тепловом излучении абсолютно чёрного тела, Макс Планк в 1900 году предложил невероятную идею, что электромагнитные волны излучаются порциями, энергия которых пропорциональна частоте. Эти порции получили название квантов, а сама идея начала построение новой физической теории — квантовой механики, которая ещё больше изменила классическую ньютоновскую механику, на этот раз при очень малых размерах физической системы. В том же 1905-м году Альберт Эйнштейн применил идею Планка для успешного объяснения экспериментов с фотоэффектом, предположив, что электромагнитные волны не только излучаются, но и поглощаются квантами. Корпускулярная теория света, которая, казалось, потерпела сокрушительное поражение в борьбе с волновой теорией, вновь получила поддержку.

Спор между корпускулярной и волновой теорией нашел своё решение в корпускулярно-волновом дуализме, гипотезе, сформулированной Луи де Бройлем. По этой гипотезе не только квант света, а любая другая частица проявляет одновременно свойства, присущие как корпускулам, так и волнам. Гипотеза Луи де Бройля подтвердилась в экспериментах с дифракцией электронов.

В 1911 году Эрнест Резерфорд предложил планетарную теорию атома, а в 1913 году Нильс Бор построил модель атома, в которой постулировал квантовый характер движения электронов. Благодаря работам Вернера Гайзенберга, Эрвина Шредингера, Вольфганга Паули, Поля Дирака и многих других квантовая механика нашла своё точную математическую формулировку, подтверждённую многочисленными экспериментами. В 1927 году была создана копенгагенская интерпретация, которая открывала путь для понимания законов квантового движения на качественном уровне.

Физика современности

С открытием радиоактивности Анри Беккерелем началось развитие ядерной физики, которая привела к появлению новых источников энергии: атомной энергии и энергии ядерного синтеза. Открытые при исследованиях ядерных реакций новые частицы: нейтрон, протон, нейтрино, дали начало физике элементарных частиц. Эти новые открытия на субатомном уровне оказались очень важными для физики на уровне Вселенной и позволили сформулировать теорию её эволюции — теорию Большого взрыва.

Сложилось окончательное разделение труда между физиками-теоретиками и физиками-экспериментаторами. Энрико Ферми был, пожалуй, последним выдающимся физиком, успешным как в теории, так и в экспериментальной работе.

Передний край физики переместился в область исследования фундаментальных законов, ставя перед собой цель создать теорию, которая объясняла бы Вселенную, объединив теории фундаментальных взаимодействий. На этом пути физика получила частичные успехи в виде теории электрослабого взаимодействия и теории кварков, обобщённой в так называемой стандартной модели. Однако, квантовая теория гравитации до сих пор не построена. Определенные надежды связываются с теорией струн.

Начиная с создания квантовой механики, быстрыми темпами развивается физика твердого тела, открытия которой привели к возникновению и развитию электроники, а с ней и информатики, которые внесли коренные изменения в культуру человеческого общества.

Теоретическая и экспериментальная физика

В основе своей физика — экспериментальная наука: все её законы и теории основываются и опираются на опытные данные. Однако зачастую именно новые теории являются причиной проведения экспериментов и, как результат, лежат в основе новых открытий. Поэтому принято различать экспериментальную и теоретическую физику.

Экспериментальная физика исследует явления природы в заранее подготовленных условиях. В её задачи входит обнаружение ранее неизвестных явлений, подтверждение или опровержение физических теорий. Многие достижения в физике были сделаны благодаря экспериментальному обнаружению явлений, не описываемых существующими теориями. Например, экспериментальное изучение фотоэффекта послужило одной из посылок к созданию квантовой механики (хотя рождением квантовой механики считается появление гипотезы Планка, выдвинутой им для разрешения ультрафиолетовой катастрофы — парадокса классической теоретической физики излучения).

В задачи теоретической физики входит формулирование общих законов природы и объяснение на основе этих законов различных явлений, а также предсказание до сих пор неизвестных явлений. Верность любой физической теории проверяется экспериментально: если результаты эксперимента совпадают с предсказаниями теории, она считается адекватной (достаточно точно описывающей данное явление).

При изучении любого явления экспериментальные и теоретические аспекты одинаково важны.

Прикладная физика

От своего зарождения физика всегда имела большое прикладное значение и развивалась вместе с машинами и механизмами, которые человечество использовало для своих нужд. Физика широко используется в инженерных науках, немало физиков были одновременно изобретателями и, наоборот. Механика, как часть физики, тесно связана с теоретической механикой и сопротивлением материалов, как инженерными науками. Термодинамика связана с теплотехникой и конструированием тепловых двигателей. Электричество связано с электротехникой и электроникой, для становления и развития которой очень важны исследования в области физики твердого тела. Достижения ядерной физики обусловили появление ядерной энергетики, и тому подобное.

Физика также имеет широкие междисциплинарные связи. На границе физики, химии и инженерных наук возникла и быстро развивается такая отрасль науки как материаловедение. Методы и инструменты используются химией, что привело к становлению двух направлений исследований: физической химии и химической физики. Все мощнее становится биофизика — область исследований на границе между биологией и физикой, в которой биологические процессы изучаются исходя из атомарной структуры органических веществ. Геофизика изучает физическую природу геологических явлений. Медицина использует методы, такие как рентгеновские и ультразвуковые исследования, ядерный магнитный резонанс — для диагностики, лазеры — для лечения болезней глаз, ядерное облучение — в онкологии, и тому подобное.

Основные теории

Хотя физика имеет дело с разнообразными системами, некоторые физические теории применимы в больших областях физики. Такие теории считаются в целом верными при дополнительных ограничениях. Например, классическая механика верна, если размеры исследуемых объектов намного больше размеров атомов, скорости существенно меньше скорости света, и гравитационные силы малы. Эти теории всё ещё активно исследуются; например, такой аспект классической механики, как теория хаоса был открыт только в XX веке. Они составляют основу для всех физических исследований. В рамках этих теорий Ломоносов М. В.объяснил причины агрегатных состояний веществ (твёрдое, жидкое и газообразное состояния) и разработал теорию теплоты.

Теория	Основные разделы	Понятия
Классическая механика	Законы Ньютона — Лагранжева механика — Гамильтонова механика — Теория хаоса — Гидродинамика — Геофизическая гидродинамика — Механика сплошных сред	Вещество — Пространство — Время — Энергия — Движение — Масса — Длина — Скорость — Сила — Мощность — Работа — Закон сохранения — Момент инерции — Угловой момент — Момент силы — Волна — Действие — Размерность
Электромагнетизм	Электростатика — Электричество — Магнитостатика — Магнетизм — Уравнения Максвелла — Электродинамика— Магнитная гидродинамика	Электрический заряд — Напряжение — Ток — Электрическое поле — Магнитное поле — Электромагнитное поле — Электромагнитное излучение
Термодинамика и Статистическая физика	Тепловая машина — Молекулярно-кинетическая теория— Неравновесная термодинамика	Температура — Постоянная Больцмана — Энтропия — Свободная энергия — Термодинамическое равновесие — Статистическая сумма — Микроканоническое распределение — Большое каноническое распределение
Квантовая механика	Уравнение Шрёдингера — Интеграл Фейнмана — Квантовая теория поля	Гамильтониан — Тождественные частицы — Постоянная Планка — Измерение — Квантовый осциллятор — Волновая функция — Нулевая энергия — Перенормировка
Теория относительности	Специальная теория относительности — Общая теория относительности — Релятивистская гидродинамика	Принцип относительности — 4-вектор — Пространство-время — Скорость света — Тензор энергии-импульса — Кривизна пространства-времени — Чёрная дыра

Разделы физики

Макроскопическая физика

• Механика
  • Классическая механика
  • Релятивистская механика
  • Механика сплошных сред
    • Гидродинамика
    • Акустика
    • Механика твёрдого тела
• Термодинамика
• Оптика
  • Физическая оптика
  • Кристаллооптика
  • Молекулярная оптика
  • Нелинейная оптика
• Электродинамика
  • Электродинамика сплошных сред
  • Магнитогидродинамика
  • Электрогидродинамика

Микроскопическая физика

• Атомная физика
• Статистическая физика
  • Статистическая механика
  • Статистическая теория поля
  • Физическая кинетика
• Физика конденсированных сред
  • Физика твёрдого тела
  • Физика жидкостей
  • Физика атомов и молекул
  • Физика наноструктур
• Квантовая физика
  • Квантовая механика
  • Квантовая теория поля
  • Квантовая электродинамика
  • Квантовая хромодинамика
  • Теория струн
• Ядерная физика
  • Физика гиперядер
• Физика высоких энергий
• Физика элементарных частиц

Разделы физики на стыке наук

• Агрофизика
• Акустооптика
• Астрофизика
• Биофизика
• Вычислительная физика
• Гидрофизика
• Геофизика
  • Петрофизика
  • Сейсмология
  • Тектонофизика
  • Геофизическая гидродинамика
• Космология
• Математическая физика
• Материаловедение
  • Кристаллография
• Медицинская физика
• Метрология
• Радиофизика
  • Квантовая радиофизика
  • Статистическая радиофизика
• Техническая физика
• Теория колебаний
• Теория динамических систем
• Химическая физика
• Физика атмосферы
• Физика плазмы
• Физическая химия

Справка

• Единицы измерения физических величин
• Фундаментальные физические константы
• Олимпиадные задачи по физике
• История физики

Важнейшие журналы

Российские

• Журнал технической физики (ЖТФ)
• Журнал экспериментальной и теоретической физики (ЖЭТФ)
• Письма в ЖЭТФ
• Теоретическая и математическая физика
• Успехи физических наук (УФН)

Зарубежные

• Nature Physics
• Журналы Американского физического общества
  • Physics — короткие обзорные статьи по результатам, опубликованным в других журналах общества.
  • Reviews of Modern Physics (RMP) Публикует обзорные статьи по большим разделам физики
  • Physical Review Letters (PRL) Наиболее престижный (после Nature и Science) журнал: короткие статьи по новейшим исследованиям
  • Physical Review (A,B,C,D,E) Статьи разного формата, более подробные, но менее оперативно публикуемые, чем в Phys. Rev. Lett.
  • Annals of Physics
• Журналы Американского института физики
  • Physics Today
  • Applied Physics Letters (APL)
  • Journal of Applied Physics
• Европейские журналы
  • Journal of Physics (A, B, C …)
    • Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical
    • Journal of Physics: Condensed Matter
  • New Journal of Physics
  • Physica (A, B, C …)
    • Physica A
  • Physics Letters A
  • Europhysics Letters
  • Zeitschrift für Physik Именно в этом журнале публиковались Эйнштейн, Гейзенберг, Планк…
  • Nuovo cimento (A, B, C …)
  • Foundations of Physics
• Научно-популярные журналы
  • Квант
  • Physics World

А также архив препринтов arXiv.org, на котором статьи появляются гораздо раньше их появления в журналах и доступны для свободного скачивания.

Коды в системах классификации знаний

• УДК 53
• Государственный рубрикатор научно-технической информации (ГРНТИ) 29 ФИЗИКА
• Physics and Astronomy Classification Scheme

См. также

• Физика в конспектах
• Физики шутят
• Общая физика
• Нерешённые проблемы современной физики

Примечания

Литература

• Иванов Б. Н. Законы физики. Изд.3, М.:URSS, 2010 г., 368 с
• Липкин А.И. Основания физики. Взгляд из теоретической физики. М.: URSS, 2014 г., 207 с. 

Ссылки

• Физика в Open Encyclopedia Project(предложить контент)
• Статья в «Физической энциклопедии»
• Большой адронный коллайдер как инструмент развития математики 4:18

---

Википедия Физика адрес Викисловарь — адрес Викицитатник — адрес Викиучебник — адрес Викитека — адрес Викиновости — адрес Викиверситет — адрес Викигид — адрес

Выделить Физика и найти в: Вокруг света адрес Академик адрес Астронет адрес Элементы адрес Научная Россия адрес Кругосвет адрес Научная Сеть Традиция — адрес Циклопедия — адрес Викизнание — адрес

Google Bing Yahoo Яндекс Mail.ru Рамблер Нигма.РФ Спутник Google Scholar Апорт Онлайн-переводчик Архив Интернета Научно-популярные фильмы на Яндексе Документальные фильмы

Список ru-вики Вики-сайты на русском языке Список крупных русскоязычных википроектов Каталог wiki-сайтов Русскоязычные wiki-проекты Викизнание:Каталог wiki-сайтов Научно-популярные сайты в Интернете Лучшие научные сайты на нашем портале Лучшие научно-популярные сайты Каталог научно-познавательных сайтов НАУКА В РУНЕТЕ: каталог научных и научно-популярных сайтов

---

• Страница 0 — краткая статья
• Страница 1 — энциклопедическая статья
• Разное — на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
• Прошу вносить вашу информацию в «Физика 1», чтобы сохранить ее

Комментарии читателей:

Вы приступаете к изучению нового для вас предмета, который называется «Физика»[править]

Слово «физика» происходит от греческого слова «фюзис», что означает природа. Оно впервые появилось в сочинениях одного из известнейших мыслителей древности — Аристотеля, жившего в 4 веке до нашей эры.
«Физика — это наука о материи, ее свойствах и движении. Она является одной из наиболее древних научных дисциплин, и первые дошедшие до нас работы восходят к временам Древней Греции. (Википедия)».
В русский язык слово «Физика» было введено Михаилом Васильевичем Ломоносовым, когда он издал в России первый учебник физики в переводе с немецкого языка.
Физика — наука о природе.
Если внимательно приглядеться к происходящему в окружающем нас мире, то можно заметить, что в нем происходят разнообразные изменения или явления.
Так, например, кусочек льда, внесенный в теплую комнату, начинает таять. Вода в чайнике, поставленном на огонь, закипит. Камень, выпущенный из рук, упадет на землю. Если по проволоке пропустить электрический ток, то она нагреется и может даже раскалиться докрасна(как в электрической лампочке).

Теперь мы знаем, что кипение воды, таяние льда, ветер, гром — называются явлениями.
Физика изучает механические, электрические, магнитные, тепловые, звуковые и световые явления. Эти явления называют — физическими. Итак, мы узнали новый термин — физические явления.
Физика обладает интересным свойством. Изучая простые явления, можно найти общие законы.
Например, изучая свободное падение шариков, имеющих разный размер, с различной высоты, можно установить законы, которые будут выполняться при падении других тел.

Задача физики состоит в том, чтобы открывать и изучать законы, которые связывают между собой различные физические явления, происходящие в природе.

Например, выяснено, что причиной падения различных тел на Землю, является их притяжение Землей. Смена дня и ночи объясняется тем, что Земля движется вокруг своей оси.

Одна из причин возникновения ветра — неравномерное нагревание воздуха и т. д. Изучением природы занимаются и другие науки: биология, химия. география, астрономия. Все эти науки применяют законы физики, а физика в свою очередь применяет законы этих наук. Например. в географии они необходимы для объяснения климата в данном регионе, течения рек, образования ветров, гор, долин. равнин, и многое другое. А в астрономии законы физики используют при изучении возникновения, строения, развития небесных тел.
В этой книге вы узнаете о многих важнейших открытиях, благодаря которым развивалась физика, изучите различные физические явления, поймете, как они связаны между собой, узнаете имена многих ученых, открывших важнейшие законы.

Некоторые физические термины.[править]

В физике, кроме обычных слов, используют специальные термины. Некоторые из этих терминов, постепенно вошли в нашу разговорную речь. Например, такие термины, как: электричество, энергия, сила и т. п.

В физике каждое из окружающих нас тел (песчинку, камень, Луну) принято называть физическим телом, или просто телом.
Физические тела, как мы поняли из вышесказанного, весьма разнообразны. Точнее, так можно назвать все, что мы видим. Это карандаш, листок, мяч, и многое другое.

Всякое тело имеет форму и объем. Например, кусок пластилина, и стол вылепленный из такого куска пластилина. Они имеют разную форму, но одинаковый объем. Или чайная и столовая ложки, — они имеют разный объем, но одинаковую форму. И все это — физические тела.

Все то, из чего состоят физические тела, называется веществом. Железо, медь, резина, вода — все это различные вещества.

Вода — вещество, капля воды — физическое тело, алюминий — вещество, алюминиевая кружка — физическое тело.

Вещество это один из видов материи. А материей в официальной науке называют все, что есть во Вселенной.

Материя — это все то, что существует во вселенной, что мы видим(небесные тела, животные, растения и др.), и что мы не видим (свет, радиоволны, магнитное излучение и др.).

В этом параграфе мы познакомились с новыми для вас терминами: физическое тело, вещество, материя.

Изучая физику, вы будете постоянно расширять свои знания, узнавать новые термины, и их значения.

Наблюдения и опыты.[править]

Как изучают явления? Многие знания получены людьми из собственных наблюдений.

Для изучения какого-либо явления необходимо прежде всего наблюдать его и по возможности не один раз. Чтобы изучить такое явление, как падение на Землю тел, недостаточно один раз увидеть, как падает то или иное тело. Следует выяснить, будет ли разница в падении тела легкого, и тяжелого. Одинаково ли падают тела различных размеров с различной высоты? Это можно узнать, если много раз наблюдать, и проводить необходимые измерения, вычисления.

Для проведения наблюдений, необходимо организовать нужные для этого условия. Хотя ученым не всегда приходится организовывать необходимые условия для проведения высокоточных наблюдений (недостаток финансирования, знаний, и т. п.), для простых наблюдений вполне хватит, скажем, яблока, ручки, книги. Вызывая их падение, мы проводим наблюдения, путем проведения опыта. Во время опытов обычно выполняются измерения — это очень важно.

Опыт — воспроизведение какого-нибудь явления экспериментальным путем, создание чего-нибудь нового, в определенных условиях с целью исследования, испытания. (Ожегов).

Опыт — совокупность знаний и практических умений, навыков. (Ожегов).

Опыты отличаются от наблюдений тем, что их проводят с определенной целью, по заранее продуманному плану. Для составления такого плана лучше всего иметь предварительные догадки о том, как протекает явление, то есть выдвинуть гипотезу.

Гипотеза — научное предположение, выдвигаемое, для объяснения каких-нибудь явлений; вообще — предположение, требующее подтверждения. (Ожегов).

Чтобы получить научные знания об окружающем нас мире, необходимо обдумать и объяснить результаты проведенных опытов, найти причины наблюдаемых явлений, сделать выводы.

Известна легенда об итальянском ученом Г. Галилее. Для того, чтобы изучить, как происходит падение тел, Галилей ронял разные с наклонной башни в г. Пизе. Проделав такие опыты, ученый получил подтверждение своей гипотезы и открыл закон падения тел.

Таким образом, источниками физических знаний являются наблюдения и опыты.

Физические величины. Измерение физических величин.[править]

В быту, технике, при изучении физических явлений часто приходится выполнять различные измерения. Так, например, изучая падение тела, необходимо измерить высоту, с которой падает тело, массу тела, его скорость, время падения. Высота, масса, скорость, время и т. д. являются физическими величинами. Физическую величину можно измерить.

Измерить какую-нибудь величину — это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу.

Так, например, измерить длину стола — значить сравнить ее с другой длиной, которая принята за единицу длины, например с метром.

Для каждой физической величины приняты свои единицы.

Для удобства все страны мира стремятся пользоваться одинаковыми единицами физических величин. С 1963 г. в России и других странах применяется Международная система единиц — СИ (система интернациональная). В этой системе основной единицей длины является метр (1 м), единицей времени — секунда (1 с), единицей массы — килограмм (1 кг.)

Часто применяют единицы, которые в 10, 100, 1000 и т. д. раз больше принятых единиц (кратные). Эти единицы получили наименования с соответствующими приставками, взятыми из греческого языка. «Деци-» — 0,1; «санти-» — 0,01; «милли — » — 0,001.

Приставки к названиям единиц.

г — гекто (100 или 10²)

к — кило (1000 или 10³)

М — мега (1 000 000 или 10^6)

д — деци (0,1 или 10^-1)

с- санти (0,01 или 10^-2)

м — милли (0,001 или 10^-3)

Пример. Длина теннисной ракетки 60 см. Выразите ее длину в метрах (м).

60 см = 0,6 или 6 · 10ˆ-1 м.

Для проведения опытов необходимы приборы. Одни из них очень просты и предназначены для простых измерений. К таким приборам можно отнести: измерительную линейку, рулетку, измерительный цилиндр (мензурка) и др.

По мере развития физики приборы усложнялись и совершенствовались. Появились амперметры, вольтметры, секундомеры, термометры.

Измерительные приборы, как правило, имеют шкалу. Это значит, что на приборе нанесены штриховые деления, а рядом написаны значения величин, соответствующие делениям. Расстояния между двумя штрихами, возле которых написаны значения физической величины, могут быть дополнительно разделены еще на несколько делений. Эти деления иногда не обозначены числами.

Определить, какому значению величины соответствует каждое самое малое деление, нетрудно. К примеру, возьмем измерительную линейку. На ней, цифрами обозначены расстояния между штрихами, которые разделены на 10 одинаковых делений. Следовательно, каждое деление (расстояние между ближайшими штрихами) соответствует 1 мм. Эта величина называется ценой деления шкалы прибора.

Перед тем как приступить к измерению физической величины, следует определить цену деления шкалы используемого прибора.

Для того чтобы определить цену деления, необходимо:

— найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величины;

— вычесть из большего значения меньшее и полученное разделить на число делений, находящихся между ними.

Определим цену деления термометра. Возьмем два штриха, около которых нанесены значения измеряемой величины (температуры). Например, штрихи с обозначениями 10°С и 20°С. Расстояния между этими штрихами разделены на 10 делений. Следовательно, цена деления будет равна:

10°С — 20°С ⁄ 10 = 1°С. Следовательно, термометр показывает 24°С.

Точность и погрешность измерений.[править]

Всякое измерение может быть выполнено с большей или меньшей точностью.

В качестве примера рассмотрим измерение длины бруска демонстрационным метром с сантиметровыми делениями.(иллюстрация)

Вначале определим цену деления линейки. Она будет равна 1 см.

Если левый конец линейки совместить с нулевым штрихом, то правый будет находиться между 11 и 12 штрихами, но ближе к 11.

Какое же из этих двух значений следует принять за длину бруска? Очевидно, то, которое ближе к истинному значению, то есть 11 см.

Считая, что длина бруска 11 см, мы допустим неточность, так как брусок чуть длиннее 11 см.

В физике допускаемую при измерении неточность называют погрешностью измерений. Погрешность измерения не может быть больше цены деления измерительного прибора.

В нашем случае погрешность измерения бруска не превышает 1 см. Если такая точность измерений нас не устраивает, то можно произвести измерения с большей точностью. Но тогда придется взять масштабную линейку с миллиметровыми делениями, то есть с ценой деления 1 мм.

В этом случае длина бруска окажется равной 11,4 см.

Из этого примера видно, что точность измерений зависит от цены деления шкалы прибора.

Чем меньше цена деления, тем больше точность измерения.

Точность измерения зависит от правильного применения измерительного прибора, расположения глаз при отсчете по прибору.

Вследствие несовершенства измерительных приборов и несовершенства в развитии наших органов чувств при любом измерения получаются лишь приближенные значения, несколько бóльшие или меньшие истинного значения измеряемой величины.

Во время выполнения лабораторных работ или просто измерений следует считать, что:

погрешность измерений равна половине цены деления шкалы измерительного прибора.

Так, если длина шариковой ручки 14 см, а цена деления линейки 1 мм, то погрешность измерения будет равна 0,5 мм, или 0,05 см.

Следовательно, длину ручки можно записать в виде:

l = (14 ± 0,05) см,

где l — длина ручки.

Истинное значение длины ручки находится в интервале от 13,95 см до 14,05 см.

При записи величин, с учетом погрешности, следует пользоваться формулой:

A = a ± Δa,

где A — измеряемая величина, a — результат измерений, Δa — погрешность измерений (Δ — греческая буква «дельта»).

Физика и техника.[править]

Развитие техники сопровождалось изменением представления людей об окружающем мире. Отказ от привычных взглядов, открытие новых теорий, изучение физических явлений характерно для физики с момента зарождения этой науки до наших дней.

Важное значение имеют открытия в области физики для развития техники. Так, например двигатель внутреннего сгорания, приводящий в движение автомобили, тепловозы, речные и морские суда, был разработан на основе научных наблюдений.

Современное кино, телевидение, радио, магнитная запись — все это разработано после того, как были изучены многие звуковые, световые и электрические явления.

В свою очередь, развитие техники влияет на развитие науки. Так, например, усовершенствованные машины, точные измерительные приборы и т. д. используются учеными при исследовании физических явлений. После того, как были разработаны современные приборы и ракеты, возможным глубже изучить космическое пространство.

Подобных примеров можно привести множество. Открытия сделанные в науке, результат упорного труда многих ученых разных стран.

Рассмотрим некоторые этапы развития физики.

Ныне считается, что выдающийся английский физик и математик Исаак Ньютон, является автором открытия законов движения тел и закона тяготения, изучил важные свойства света, разработал важнейшие разделы высшей математики. Обобщив результаты наблюдений и опытов своих предшественников И. Кеплера и Г. Галилея, Ньютон написал большой труд «Математические начала натуральной философии». В этой работе ученый изложил важнейшие основы механики, которые были названы его именем. Законы Ньютона привели к бурному развитию представлений о механическом движении.

Дальнейшее развитие физики определилось изучением тепловых и электромагнитных явлений.

Исследования электромагнитных явлений коренным образом изменило научную картину мира. Оказалось, что нас окружают физические тела и поля. Общую теорию электромагнитных явлений разработал Джеймс Максвелл.

Теория Максвелла объяснила природу света и помогла разработке новых технических приборов и устройств, основанных на явлениях электромагнетизма.

Новый этап бурного развития физики начался в 20 веке. Возникли и стали развиваться новые направления: ядерная физика, физика элементарных частиц, физика твердого тела и др. Возросла роль физики и ее влияние на технический и социальный процесс. Свой вклад в развитие современной физике внесли видные ученые России: Н. Г. Басов, П. Л. Капица, Л. Д. Ландау, Л. И. Мандельштам, А. М. Прохоров и др.

Ярким подтверждением связи науки и техники явился огромный прорыв в области изучения космоса. Так, 4 октября 1957 г. в нашей стране был запущен первый в мире искусственный спутник Земли, а 12 апреля 1961 года Юрий Алексеевич Гагарин стал вообще первым космонавтом в мире, облетел земной шар. А 21 июля 1969 года впервые была осуществлена посадка на Луну американского космического корабля с астронавтами на борту: Нейлом Армстронгом и Эдвином Олдрином. Большой вклад в научную и техническую разработку полетов сделал Сергей Павлович Королев. Это под его командованием в космос были запущены первый в мире искусственный спутник Земли, и первый космонавт в мире (Гагарин).

Здесь названы лишь основные этапы развития физики и перечислены немногие из выдающихся людей науки, которые сделали важные открытия, благодаря которым развивалась эта наука.