Физика, её предмет и история развития

В работе рассмотрено понятие, предмет, разделы физики, этапы развития физической науки, определены достижения физики на современном этапе. Работа проиллюстрирована рисунками, схемами. Сделаны ссылки на источники. Имеются выводы. ...

1. ВВЕДЕНИЕ 3
2. ФИЗИКА: ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ, ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ И ЕЁ ДОСТИ ЖЕНИЯ КАК НАУКИ 4
2.1 Физика: понятие, предмет изучения и основные разделы 4
2.2 Основные этапы истории развития физики как науки 8
2.3 Достижения физики в современном мире и научно-технический прог-ресс 14
3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19
4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 21

Актуальность реферативного исследования данной темы заключается в том, что законы физики важны для человечества, прежде всего, для накопления знаний о природных явлениях и об окружающем мире. Во-вторых, физика является регулятором технического прогресса для человечества и мира в целом. Физика также духовно развивает человека и его мировоззрение. Таким образом, физические законы способствуют развитию научного, технического, культурного потенциалов для человечества, являются своеобразной движущей силой на пути развития научно-технического прогресса и человечества в целом.
Цель данной работы состоит в рассмотрении и изучении физику как науку.
Объектом данного реферативного исследования является физика как наука.
Предметом исследования являются исторические этапы развития и становления физи ки как науки.
Для достижения поставленной цели в работе были определены сле-дующие задачи:
1. Определить понятие физики как науки, анализируя различные источники.
2. Рассмотреть основные разделы физики как науки о природных явлениях.
3. Определить предмет изучения физики.
4. Рассмотреть основные исторические этапы развития физики.
Информационная база реферативного исследования формировалась на основе материалов монографических исследований отечественных ученых по данной тематике, использования энциклопедий, словарей.

Галилео до И. Ньютона. Этот период является научной фазой физики.Следующий период становления физики, начинается Иссак Ньютоном, который заложил основы совокупности законов природы, дающие понять закономерности природных явлений. И. Ньютон одну из первых изобрёл физическую (механическую) картину мира как завершенную систему механики. Грандиозная система классической физики, которая была возведена И. Ньютоном и его последователями, такими как: Л. Эйлером, Ж.Даламбером, Ж. Лагранжем, П. Лапласом и другими, просуществовала незыблемо два века. В конце ХIХ века под напором новых фактов, которые не укладывались в рамки физики, начала рушиться. Один из первых ощутимых ударов по физике И. Ньютона произошёл еще в 60-х годах ХIХ века. Таким ударом явилась теория электромагнитного поля Максвелла, которая была второй после механики Ньютона. Эта великая физическая теория углубила противоречия с классической механикой, и привело к революционным изменениям в физике. Вследствие чего период классической физики в принятой схеме делится на три этапа: от И. Ньютона до Дж. Максвелла (1687 – 1859), от Дж. Максвелла до В. Рентгена (1860 – 1894) и от В. Рентгена до А. Эйнштейна (1895 – 1904).Рис. 3 Основные этапы развития физики как науки (составлено автором)Таким образом, первый этап развития физики характеризуется доминирующей ролью механики Иссак Ньютона, когда его механическая картина мира совершенствуется и уточняется. В это время физика представляется уже целостной наукой. Второй этап начинается с создания общей строгой теории электромагнитных процессов Дж. Максвеллом в 1860 - 1865 гг. Он развил и использовал теорию М. Фарадея. Тем самым, он дал точные пространственно-временные законы электромагнитных явлений в виде системы известных уравнений – уравнений Максвелла для электромагнитного поля. Из уравнений Максвелла следует, что электрические заряды, либо магнитные поля, изменяющиеся во времени, могут быть источниками электрического поля, а магнитные поля могут возбуждаться или переменными электрическими полями, или движущимися электрическими зарядами (электрическими токами). Уравнения Максвелла являются не симметричными относительно магнитного и электрического полей. Это связано с тем, что в природе существуют электрические заряды, но отсутствуют заряды магнитные.В стационарном случае источниками электрического поля могут быть только электрические заряды, а источниками магнитного – только токи проводимости, это возможно когда электрическое и магнитное поля не подвержены изменениям во времени. Постоянные электрические и магнитные поля могут изучаться отдельно, что возможно в том случае, когда электрическое и магнитное поля независимы друг от друга.Таким образом, уравнения Максвелла – это наиболее общие уравнения для электрических и магнитных полей в покоящихся средах. В электромагнетизме они имеют такую же роль, как механические законы И. Ньютона.Теория Максвелла получила дальнейшее развитие в трудах Г. Герца и Х. Лоренца, в результате чего была создана электродинамическая картина мира.Периодом революционных открытий и изменений в физике является этап с 1895 по 1904 годах (см. рис. 3). Данный этап характеризуется процессом преобразования, обновления, а также периодом перехода к новой, современной физике, фундамент которой заложили квантовая теория и специальная теория относительности. Началом становления новой физики является 1905 год. В это время была создана А. Эйнштейном специальная теория относительности и превращения идеи кванта М. Планка в теорию квантов света. Данные теории ярко продемонстрировали отход от классических представлений и понятий. Они явились первоочередным источником, который положил начало созданию новой физической картины мира, – квантово-релятивистской. Период возникновения новых идей, открытия новых неожиданных фактов и явлений, возникновения нового способа физического мышления, глубокое изменение принципов методологии физики, а также преобразование духа физики как науки в целом, характеризовал переход от классической физики к современной физике.Период появления современной физики характеризуется тремя этапами развития физики как науки. Первый этап, начиная с 1905 по 1931, отличился широким использованием идей релятивизма и квантов, а также созданием и становлением квантовой механики – четвертой после Иссака Ньютона фундаментальной физической теории. Вторым этапом является субатомная физика, развивающаяся в период с 1932 по 1954 года. Это то время, когда физики проникли на новый уровень материи, в мир атомного ядра. Появление субъядерной физики и физики космоса произошло на третьем этапе развития физики как науки. Отличительной чертой этого этапа является изучение явлений в новых пространственно-временных масштабах. Рассмотрим данные этапы более подробно.В 1905 Эйнштейн создал специальную теорию относительности – новое учение о пространстве и времени. Данная теория исторически была подготовлена трудами Лоренца и А. Пуанкаре. Открытие частной теории относительности показало ограниченность механической картины мира.Несостоятельными оказались попытки свести электромагнитные процессы к механическим процессам в гипотетической среде. Отсюда стало понятно, что электромагнитное поле представляет собой особую форму материи, поведение которой не подчиняется законам механики. В 1916 Эйнштейн построил общую теорию относительности – физическую теорию пространства, времени и тяготения. Данная теория ознаменовала новый этап в развитии теории тяготения. На новый качественный уровень была возрождена корпускулярная теория света. Свет ведёт себя подобно потоку частиц, но также одновременно ему присущи и волновые свойства, которые проявляются в дифракции и интерференции света. Отсюда следует, что несовместимые с точки зрения классической физики волновые и корпускулярные свойства присущи свету в равной мере (дуализм света). «Квантование» излучения приводило к выводу, что энергия внутриатомных движений также может меняться только скачкообразно. Н. Бором в 1913 году был сделан такой вывод. Э. Резерфорд в 1911 году открыл атомное ядро и построил планетарную модель атома. Бор утверждал, что в  атомах имеются особые стационарные состояния, в которых электроны не излучают. Излучение происходит при переходе из одного стационарного состояния в другое. На протяжении 1913-1914 годов Дж. Франк и Г. Герц при проведении опытов по изучению столкновений с атомами электронов, ускоренных электрическим полем, была подтверждена дискретность энергии атома. Для простейшего атома – атома водорода – Бор построил количественную теорию спектра излучения, согласующуюся с опытом.В 1920-м году была создана самая глубокая и всеобъемлющая из современных физических теорий – квантовая, или волновая, механика – последовательная, логически завершенная нерелятивистская теория движения микрочастиц, позволившая также объяснить многие свойства макроскопических тел и происходящие в них явления. Идея квантования Планка – Эйнштейна – Бора и выдвинутая в 1924 году Л. де Бройлем гипотеза о том, что двойственная корпускулярно-волновая природа свойственна не только электромагнитному излучению (фотонам), но и любым др. видам материи, легли в основу квантовой механики. В 1924 году попытки построения последовательной квантовой теории излучения света атомами привели к новому этапу развития квантовой теории – созданию квантовой электродинамики.Начиная с 1930 годов 20 века, в развитии физики происходит дальнейшее революционное преобразование, которое было связано с познанием структуры атомного ядра и совершающихся в нём процессов и с  созданием физики элементарных частиц. В 1932 году Дж. Чедвиком был открыт нейтрон. Данное открытие привело к созданию современной протонно-нейтронной модели ядра (Д. Д. Иваненко, Гейзенберг). В 1934 искусственную радиоактивность открыли супруги И. и Ф. Жолио-Кюри. Создание ускорителей заряженных частиц позволило изучать различные ядерные реакции. Открытие деления атомного ядра явилось важнейшим результатом данного этапа. С 1939 по 1945 была впервые освобождена ядерная энергия с помощью цепной реакции деления 235U и создана атомная бомба. Могущественной державе СССР принадлежит заслуга использования управляемой ядерной реакции деления 235U в мирных, промышленных целях. В 1954 в СССР была по строена первая атомная электростанция (г. Обнинск). Позже рентабельные атомные электростанции были созданы во многих странах. В 1952 была осуществлена реакция термоядерного синтеза (взорвано ядерное устройство), и в 1953 создана водородная бомба.В 20 веке одновременно с физикой атомного ядра начала быстро развиваться физика элементарных частиц. С исследованием космических лучей связаны первые большие успехи в этой области. Были открыты мюоны, пи-мезоны, К-мезоны, первые гипероны. После создания ускорителей заряженных частиц на высокие энергии началось планомерное изучение элементарных частиц, их свойств и взаимодействий. Экспериментально было доказано существование двух типов нейтрино и открыто много новых элементарных частиц, а также крайне нестабильные частицы – резонансы, среднее время жизни которых составляет всего 10-22–10-24 секунд. Обнаруженная универсальная взаимопревращаемость элементарных частиц указывала на то, что эти частицы не элементарны в абсолютном смысле этого слова, а имеют сложную внутреннюю структуру, которую ещё предстоит открыть. Теория элементарныхчастиц и их взаимодействий (сильных, электромагнитных и слабых) составляет предмет квантовой теории поля – теории, ещё далёкой от завершения.Таким образом, анализируя исторические периоды и этапы развития физики как науки можно отметить, что она берет свои первые зачатки с древнейших времен, когда человечество только получало для себя знания об явлениях природы, затем постепенно знания нарастали и происходили открытия новых закономерностей в природе с помощью проведения наблюдений и опытов, тем самым ученые и человечество в целом, находя новые предпосылки и возможности открыло для себя множество законов и сформулировало теории, которые смогли сформировать механическую картину мира, а затем выйти на новый этап развития физики. 2.3 Достижения физики в современном мире и научно-технический прогрессВ настоящее время развитие научно-технического прогресса имеет динамичный характер, благодаря тому, что происходят изменения в различных сферах науки и техники, технологий. Открытие радиоактивности, ультразвуковых и электромагнитных волн, реактивного движения и многие другие прогрессивные открытия в физики способствовали появлению научно-технического прогресса, являясь своеобразным толчком для развития человечества.