Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
XVI и XVII века
В 16 веке наблюдался резкий технический прогресс: были изобретены разные сложные механизмы, такие как печатный станок и вязальная машина; измерительные приборы, такие как механические часы с маятником, термометр, барометр, точные пружинные весы и другие.
Перемены также случились и в теоретической физикой. Научная революция началась с Николая Коперника, который в 1543 году предположил гелиоцентрическую систему мира (модель, в которой все планеты вращаются вокруг Солнца) взамен геоцентрической системе мира Птолемея. Ещё более смелую систему мира предложил в 1580-е годы Джордано Бруно, у которого не только Земля, но и Солнце — рядовое светило.
Когда мы говорим о научных революциях 16 века, нельзя также не рассказать о Галилео Галилее — человеке, который: изобрёл телескоп; на практике изучил предположения Коперника; сформулировал основы теоретической механики — принцип относительности, закон инерции, квадратично-ускоренный закон падения, доказал, что любое брошенное под углом к горизонту тело летит по параболе и так далее; создал первый термометр и один из первых микроскопов; открыл изохронность колебаний маятника; оценил плотность воздуха и ещё много чего. Ученик Галилея, Торричелли, развил идеи учителя о движении, сформулировал принцип движения центров тяжести, решил ряд задач гидродинамики и баллистики, в том числе открыл фундаментальную формулу Торричелли (для скорости вытекающей из сосуда жидкости).
В 17 веке интерес к науке в странах Европы резко возрос. Возникают первые Академии наук и первые научные журналы. Продолжает развиваться астрономия: в игру вступает Иоганн Кеплер, известный своими тремя законами небесной механики. Вопреки Птолемею, Кеплер установил, что планеты движутся не по окружностям, а по эллипсам, причём неравномерно — чем дальше от Солнца, тем медленнее. Также он более чётко (нежели Галлилей) сформулировал закон инерции. Кеплер также значительно продвинул оптику, в том числе физиологическую — выяснил роль хрусталика, верно описал причины близорукости и дальнозоркости. Он существенно доработал теорию линз, ввёл понятия фокуса и оптической оси, открыл приближённую формулу связи расстояний объекта и его изображения с фокусным расстоянием линзы.
Продолжая об оптике, в 1637 году Рене Декарт издал множество книг, одна из которых — "Диоптрика", книга, в которой он впервые (независимо от Снеллиуса) правильно сформулировал закон преломления света. Декарт также заявил о единстве земной и небесной физики: «Все тела, составляющие Вселенную, состоят из одной и той же материи, бесконечно делимой и в действительности разделённой на множество частей».
В 1673 году Христиан Гюйгенс в своей книге "Часы с маятником" словесно приводит несколько важнейших формул: для периода колебаний маятника и для центростремительного ускорения.
И вот мы постепенно пришли к Ньютону. Завершающим шагом создании классической механики, так называемой "вишенкой на торте" стала его книга "Математические начала натуральной философии", в которой введено понятие массы, изложены три закона Ньютона и закон всемирного тяготения. Ею Ньютон также строго доказал, что все три закона Кеплера вытекают из его закона тяготения, а значит нет небесной и земной механики — всё работает по одним и тем же законам. Наука динамика, созданная Ньютоном, позволяла принципиально определить движение любого тела, если известны свойства среды и начальные условия. Для решения возникающих при этом уравнений возникла и стала быстро развиваться математическая физика. То есть, перефразируя всё вышесказанное, именно Ньютон полноценно "приучил физиков к расчётам", после него в физике начали активно появляться формулы. До сего момента учёные, по большей части, излагали свои мысли словесно. Поэтому революцию Ньютона можно по праву считать первой крупной революцией в физике.
Ньютон также заложил основы оптики, гидродинамики, открыл и далеко продвинул мат. анализ.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
XVII век, продолжение
Оптика
Итак, продолжаем с вами обсуждать 17 век! Мало того, что в нём чётко сформировалась механика, активно развиваться стала также электродинамика и оптика! Появились ещё и первые исследования жидкостей и газов.
Начнём, пожалуй, с оптики. В 1621 году Снеллиусом наконец был сформулирован правильный закон преломления света; Гримальди обнаружил явления интерференции и дифракции света (его исследования опубликованы посмертно, в 1665 году); в 1668 году было открыто двойное лучепреломление, а в 1678 году — поляризация света (Гюйгенсом). Ферма открыл основополагающий для геометрической оптики вариационный принцип, а Оле Рёмер в 1676 году получил первую оценку скорости света. Безумно впечатляющий список открытий всего за одно столетие! Причём не абы каких — это буквально основы оптики.
Также в 17 веке происходили активные споры о корпускулярной и волновой теории света, в которых уже упомянутый Гюйгенс прямо таки блистал: в "Трактате о свете" он построил первую качественную (и отчасти математическую) модель световых волн, но ещё совсем-совсем хиленькую. А главным его достижением стал "принцип Гюйгенса", лежащий в основе волновой оптики — он наглядно объясняет ход распространения волны.
Это ещё не всё! Важным этапом в развитии оптики (и астрономии) стало ещё и создание Ньютоном первого зеркального телескопа (рефлектора) с вогнутым сферическим зеркалом. Ньютон также опубликовал теорию цветности, хорошо проверенную на опытах, и доказал, что белый солнечный свет есть наложение разноцветных составляющих — то есть, по-сути, открыл явление дисперсии. Свои представления о свойствах света Ньютон в 1704 изложил в капитальной монографии "Оптика".
Электродинамика
На самом деле, 17 век — не прям самое начало электродинамики, однако именно тогда она начала набирать обороты. До этого, в 15-16 веках были, скажем так, лишь "замечены" и описаны некоторые свойства магнитов и возникло предположение, что Земля является магнитом. Что касается 17 века: Уильям Гильберт опубликовал результаты своих 17-летних экспериментальных исследований электрических и магнитных явлений, подтвердил, что Земля является магнитом, продемонстрировал, что при любом разрезании магнита у полученных фрагментов всегда два полюса. Также он изобрёл электроскоп, с помощью которого разделил все вещества на "электрики" (сейчас — диэлектрики) и "не-электрики" (сейчас — проводники). И кстати, именно Гильберт придумал термин "электричество".
Но не стоит только о Гильберте! Отто фон Герике, например, тоже важный персонаж — он изобрёл довольно мощную электростатическую машину, впервые отметил явление бесконтактного переноса электризации от заряженного тела другому, а также первым обнаружил, что наэлектризованные тела могут не только притягиваться, но и отталкиваться.
Стоит также сказать и о Декарте, построившем первую теорию магнетизма, которая просуществовала почти до конца 18 века!
Молекулярная физика и пр.
Начнём с Блеза Паскаля, который в 1647 году испытал первый барометр, изобретённый Торричелли, и предположил, что давление воздуха падает с высотой. В следующем году эту гипотезу доказал его зять Флорен Перье. Точную формулировку связи давления с высотой открыл Эдмунд Галлей в 1686 году, а уже упомянутый Паскаль в 1663 году опубликовал закон распространения давления в жидкости или газе. В 1669 году Отто фон Герике изобрёл воздушный насос и доказал существование атмосферного давления. Бойль, Гук и Мариотт усовершенствовали насос Герике, открыв благодаря нему много законов (например, закон Бойля-Мариотта). Уже упомянутый Бойль предполагал существование молекул — он думал, что вещества состоят из "корпускул", которые определяют химические и физические свойства тела.
Из открытый, не связанных с молекулярной физикой, — был открыт закон Упругости Гука.
Вот такое удивительное море открытий было в 17 веке!
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
18 век — век огромного количества открытий, как и 17-20, поэтому пост будет разделён на несколько частей.
Немного общей характеристики физики в 18 веке: начнём с того, что она становится более самостоятельной наукой — от неё отделяются автономия, геология, минералогия и физиология, уходя в одиночное плавание. В связи с быстрым развитием металлургии, машинной и военной промышленности интерес к физике растёт. Начинается выпуск научных журналов, повысился престиж науки, лекции видных учёных привлекают толпы любознательного народа. В общем говоря — физика начинает очень быстро популяризироваться, "выходя из андеграунда"!
А теперь продолжим механикой!
Начнём с того, что в 1736 году Эйлер начал создание аналитической механики, а д'Аламбер в монографии "Динамика" (1742) и Лагранж в "Аналитической механике" (1788) объединили статику и динамику единым подходом, после чего теоретическая механика стала разделом математического анализа. До середины 18-го века шли жаркие споры о том, какая величина сохраняется при движении — импульс mυ, или живая сила mυ², а потом де Меран и д'Аламбер обосновали закон сохранения импульса и закон сохранения энергии, прекратив все эти разногласия. А вот Эйлер и Даниил Бернулли, независимо друг от друга, обнаружили в 1746 году новый фундаментальный закон механики: закон сохранения момента импульса.
В 18 веке также начинает развиваться очень важная теория — принцип наименьшего действия, которая в будущем выйдет за пределы механики и станет фундаментальным принципом в физике.
В 1738 году Даниил Бернулли пишет работу "Гидродинамика", в которой он с механических позиций исследовал виды движения жидкостей и газов, сформулировал фундаментальный закон Бернулли, а также впервые ввёл понятие механической работы. Работы Бернулли продолжили Эйлер, который в 1755 году опубликовал основы аналитической механики жидкостей, д'Аламбер и Клеро. Уже упомянутый Эйлер также разработал общую теорию турбин, мельничных колёс и других механизмов, приводимых в движение текущей водой — ай да молодец!
Но, всё-таки, главным достижением техники 18 века стало изобретение в 1784 году паровой машины, вызвавшее перестройку многих промышленных технологий и появление новых средств производства.
Завтра поговорим с вами о развитии исследований в области электричества и магнетизма в 18 веке!
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
XVIII век: продолжение
Электричество и магнетизм
А мы продолжаем разбирать 18 век! В этом веке очень активно начала развиваться теория электричества. Первый существенный вклад в электростатику сделал Стивен Грей, исследовавший передачу электричества от одного тела к другому. Проведя несколько опытов, он открыл электростатическую индукцию и заодно доказал, что электрические заряды располагаются на поверхности электризуемого тела. А вот Шарль Франсуа Дюфе в 1734 году показал, что существуют два вида электричества: положительное и отрицательное (сам он использовал термины "стеклянное" и "смоляное"). Он также впервые высказал предположение об электрической природе грома и молнии, но доказать на тот момент это было нечем.
В 1745 году была изобретена лейденская банка, что послужило мощным толчком к исследованию электричества. Большой вклад в это внёс политик и физик-любитель Бенджамин Франклин. Он доказал гипотезу Дюфе об электрической природе молнии и объяснил, как защититься от неё с помощью изобретённого им громоотвода, а в 1749 году он предположил, что существует связь электричества с магнетизмом, так как был зарегистрирован случай, когда молния поменяла полюса магнита. Он также предложил первую теорию о том, что такое электричество: некое подобие жидкости, которое есть в разных телах. Эту теорию заценил немецкий физик Энпиус, который открыл пироэлектричество и предсказал закон Кулона за 20 лет до его открытия.
В конце 18 века было совершено много ввжных открытий. Например, в 1785 году появился первый из мемуаров Кулона, в нём был описан и обоснован точными опытами закон Кулона. В 1791 году итальянский врач Луиджи Гальвани опубликовал трактат об открытом им "животном электричестве": лапка лягушки, подвешенная латунным крючком к железной решётке, самопроизвольно подёргивалась. Алессандро Вольта вскоре выяснил, что лягушка в этом опыте служит только индикатором тока, а фактическим источником является контакт двух разнородных металлов в электролите. Проведя ряд опытов, Вольта изобрёл в 1800 году мощный источник постоянного тока — вольтов столб, первую электрическую батарею. С его помощью были сделаны решающие открытия электромагнитных свойств в следующем, 19 веке.
В магнетизме же не было такого огромного количества открытий. Можно только упомянуть, что происходили жаркие споры о том, что же такое магнетизм. Эйлер в 1744 году опубликовал свою территорию магнетизма, предположив, что он вызыван некой "магнитной жидкостью", а уже упомянутые Кулон и Энпиус эту теорию отвергали.
Также я просто напомню, что в то время всё ещё жила теория эфира — некого вещества, заполняющего пространство. Многие считали, что молнии — сгущение эфира, как и ток.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
XVIII век: продолжение
Начнём с того, что в 18 веке была очень распространена теория теплорода, носителя теплоты, в которую верили многие физики, начиная с Галилея. Однако были и учёные, которые придерживались молекулярно-кинетической гипотезы: тепло есть движение внутренних микрочастиц — в их числе Роберт Бойль, Роберт Гук, Даниил Бернулли, Леонард Эйлер и М. В. Ломоносов. Поскольку обе теории были сформулированы лишь на словах, спор в то время был неразрешимым.
А продолжим мы открытиями и изобретениями. В 1703 году французский физик Гийом Амонтон сделал вывод, что существует абсолютный ноль температуры, значение которого он оценил как -239,5 °C. Ламберт в 1779 году подтвердил результат Амонтона, получив более точное значение -270 °C. А вот Габриель Фаренгейт в начале века изобрёл термометр и предложил свою шкалу Фаренгейта. В середине века были предложены также и другие шкалы (Цельсия, Реомюра и другие). С этого момента открывается возможность точного измерения количества тепла. Бенджамин Томпсон в ряде тонких опытов показал, что нагрев или охлаждение тел не влияет на их вес, а также обратил внимание на значительный нагрев при сверлении металла. В конце века была создана теория теплоёмкости, а также было выдвинуто предположение, что температура и теплота — не одно и то же. Окончательным аргументом в пользу такого заключения стали опыты Джозефа Блэка, обнаружившего в 1757, что плавление и парообразование, не изменяя температуры, требуют значительной дополнительной теплоты. В 1772 году Йохан Вильке ввёл единицу измерения тепла — калорию.
Итогом накопленных за 18 век знаний о свойствах тепла можно считать "Мемуар о теплоте" Лавуазье и Лапласа, в нём, помимо прочего, есть теория теплоёмкости и её зависимости от температуры, исследуется расширение тел при нагревании и прочее.
Стоит также поговорить и про оптику с акустикой, пускай и совсем немного. Начнём с акустики!
Создание математического анализа дало возможность изучить колебания струны, поэтому в 18 веке акустика, подобно механике, становится точной наукой. Уже в начале века Жозеф Совёр установил длину волны всех музыкальных тонов и объяснил происхождение обертонов, открытых в 1674 году, а Эйлер в труде "Опыт новой теории музыки" (1739) дал полную аналитическую теорию колебаний струны. Впечатляет, не правда ли? А ведь это только 18 век...
Оптика также не стояла на месте. В 18 веке под давлением критики авторитетного учёного Исаака Ньютона волновая теория света почти потеряла сторонников, несмотря на поддержку Эйлера и других авторитетов. Пьер Бургер в 1740 году создал важное для астрономов изобретение — фотометр, а Джон Доллонд в 1757 году создал первый ахроматический объектив, оказавшийся особенно полезным для создания телескопов-рефракторов и микроскопов. Ламберт разработал метрологию оптики — дал строгие определения понятий яркости и освещённости, сформулировал зависимость освещённости поверхности от её площади и угла наклона, выяснил закон падения интенсивности света в поглощающей среде. В конце века Джон Гершель открыл инфракрасные лучи, а противоположное им ультрафиолетовое излучение в 1801 году открыл Иоганн Вельгельм Риттер. Поразительно, как быстро развивалась оптика, не так ли?
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
Вот мы и дошли уже аж до 19 века! Для начала поговорим в общем о физике в это время.
В 19 веке случается промышленная революция, в ходе чего ещё сильнее начинает распространяться как экспериениальная, так и теоретическая физика. Теперь основная задача физики — не объяснить природные силы, а научиться ими управлять. Практически во всех областях появились измерительные приборы, была разработана математическая теория погрешностей, которая позволяла проводить более точные измерения. В течении века появляется волновая теория света, кинетическая теория тепла, закон сохранения энергии, электромагнитная теория Максвелла, периодическая система элементов, и всё это к концу века стало называться "классической физикой". Появляется также прикладная физика, которая направлена на решение технологических задач. Важной чертой этого века стало укрепление мнения о том, что не все явления природы являются механическими, так как уже второй закон термодинамики это опровергал. В 19 веке также появились много новых разделов физики, прежде всего — связанные с электромагнетизмом, а также термодинамика, статистическая механика, теория упругости, радиофизика, метеорология, сейсмология.
Волновая теория света
Что ж, в общих чертах мы обсудили этот век, а теперь давайте поговорим о конкретных разделах! И начнём с волновой теории света. Я напоминаю, что из-за авторитетного учёного Исаака Ньютона, который критиковал волновую теорию света, у неё почти не было сторонников. Однако в начале 19 века Фурье разработал математическую теорию волновых колебаний, благодаря чему у волновой теории света появилось больше сторонников. Считалось, что свет — поток мелких корпускул (эмиссионная теория). Первый переворот в волновой теории света совершил Томас Юнг, специалист по физиологической оптике. В 1800 году он на своём выступлении в перед Королевским обществом разнёс по фактам эту теорию корпускул: почему все источники света испускают корпускулы с одинаковой скоростью и как получается, что часть света, падающего на тело, обычно отражается, а другая часть проходит внутрь тела? Не понятно. Юнг также указал, что убедительного объяснения явлениям преломления света, дифракции и интерференции Ньютон не дал. Взамен Юнг разработал волновую теорию интерференции (и ввёл сам этот термин) на основе сформулированного им принципа суперпозиции (наложения) волн, аналогично объяснялась им и дифракция. Вследствие в учебники вошёл всем нам знакомый "опыт Юнга" с двумя щелями. Также стоит сказать, что Юнг довольно точно оценил длину волны света в различных цветовых диапазонах, а также построил правильную теорию цветового зрения и аккомодации. В общем говоря, Юнг в оптике — настоящая легенда. Именно он перевернул мир оптики с ног на голову, сделав его таким, каким мы его знаем сейчас.
Однако с распростёртыми объятиями идеи Юнга никто не встречал, он был самым настоящим, что называется, "изгоем". Как раз в это время было глубоко изучено явление двойного лучепреломления и поляризации света, воспринятое как решающее доказательство в пользу эмиссионной теории. Но тут в игру вступает Огюстен Жан Френель, в то время дорожный инженер-строитель, согласный с Юнгом. Рядом хитрых опытов он продемонстрировал чисто волновые эффекты, совершенно необъяснимые с позиций эмиссионной теории, а его мемуар, содержащий всестороннее исследование с волновых позиций, точные количественные измерения и детальную математическую модель всех известных тогда свойств света (кроме поляризации), победил на конкурсе Парижской академии наук 1818 года. Френель также обобщил принцип Гюйгенса и сумел строго объяснить прямолинейность распространения световой волны, а его формулы для дифракции, преломления и интерференции вошли во все учебники физики. Но, справедливости ради, и Юнг, и Френель рассматривали свет как упругие продольные колебания эфира. До сих пор. В 19 веке.
Пока на этом всё!
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
XIX век: электродинамика
и электротехника
Пожалуй, этой теме выделим отдельный пост — информации очень много.
Начнём с того, что в 19 веке очень активно развивалась тема электричества. Таким образом, в первой четверти века электростатика была уже очень хорошо исследована, а руку к этому приложили Кулон, Пуассон, Гаусс, Грин и другие. Как уже упоминалось в прошлом посте, в 1800 году Вольта создал "вольтов столб", который помог совершить много открытий. Например, электролиз, благодаря которому в том же 1800 году Никольсон и Карлайл разложили воду на водород и кислород, а Дэви в 1807 году открыл калий и натрий, а также электрическая дуга В. В. Петрова и Дэви (1802).
Но самые поражающие открытия начались в 1820 году, когда Эрстед обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку, что вызвало среди физиков бурю эмоций. Уже через два месяца Ампер открыл явление взаимодействия двух проводников с током. Он также предложил термины "электродинамика" и "электрический ток", а ещё высказал предположение, что все магнитные явления вызваны внутренними токами внутри материи, протекающими в плоскостях, перпендикулярных оси магнита. Я хочу акцентировать на этом ваше внимание, потому что это буквально объясняло природу магнетизма. Сейчас в любом учебнике можно увидеть "гипотезу Ампера" — поистине выдающееся открытие. А вот Био, Савар и позже Лаплас строили первые теории, связывающие электричество и магнетизм (закон Био-Савара-Лапласа, можете почитать). За всеми этими потрясающими предположениями последовала очередная волна открытий:
• первый электродвигатель (1821, Фарадей)
• термоэлемент (1821, Зеебек)
• первый чувствительный гальванометр для измерения величины тока (1825, Л. Нобили)
• закон Ома (1827)
Продолжая об Ампере, в 1826 году он издал монографию "Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта", открыл электромагнит (соленоид), высказал идею электрического телеграфа. Формула Ампера для взаимодействия двух элементов тока вошла в учебники, а Максвелл назвал Ампера "Ньютоном электричества".
Первые метрологические стандарты, установившие единицы измерения электричества и магнетизма, разработали в 1830-е годы Гаусс и Вебер. Электричество начинает применяться на практике: в те же 1830-е годы были разработаны первые образцы электротелеграфа, в 1844 году в США введена в действие первая в мире коммерческая телеграфная линия, а несколько лет спустя в США и Европе их были десятки. Майкл Фарадей, о котором ранее мы написали пост в 1831 году открыл электромагнитную индукцию, тем самым доказав, что связь электричества и магнетизма существует. В результате серии опытов он сформулировал (словесно) свойства электромагнитного поля, позже математически оформленные Максвеллом. Фарадей также построил первый электродвигатель и первый электрогенератор, открыв путь к промышленному применению электричества, открыл законы электролиза, ввёл термины: ион, катод, анод, электролит, диамагнетизм, парамагнетизм и другие, а в 1845 году он обнаружил поворот плоскости поляризации света в веществе, помещённом в магнитное поле. "Это означало, что свет и электромагнетизм тесно связаны" — думал он, но к сожалению никак не мог это доказать из-за незнания математики. Позже это также доказал Максвелл. Фарадей также исследовал самоиндукцию, открытую в 1832 году американским учёным Генри, свойства диэлектриков, разряды в газах и многое другое — великий человек.
Развитие теории и применений электротехники продолжалось. В 1845 году Кирхгоф установил законы распределения токов в сложных электрических цепях, а Н. А. Умов в 1874 году исследовал понятие потока энергии в произвольной среде. Пойнтинг и Хевисайд в 1880-е годы развили эту теорию применительно к электромагнитному полю. Электротехника развивалась очень быстро благодаря учёным и изобретателям: 1866 году запущен трансатлантический электротелеграф, в 1870-е годы изобретён телефон, в 1880-е годы начинается широкое применение ламп накаливания.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
XIX век: электродинамика
и теория электромагнитного поля
Продолжаем разбирать электричество в 19 веке! В один пост не вместилось...
Силы, введённые Ампером считались дальнодействующими. Это положение оспорил Майкл Фарадей, который с помощью опытов показал: электрические и магнитные силы перетекают непрерывно от точки к точке, образуя соответственно взаимосвязанные "электрическое поле" и "магнитное поле" Понятие "поля", введенное Фарадеем, стало, пожалуй, его главным вкладом в физику. Однако учёные того времени, уже свыкшиеся с дальнодействием ньютонового притяжения, теперь уже к близкодействию относились с недоверием. Вскоре появилась теория Вебера, основанная на дальнодействии. Но к этому моменту вся физика, кроме теории тяготения, имела дело только с близкодейственными силами (оптика, термодинамика, механика сплошных сред и др.). Гаусс, Риман и другие учёные поддержали идею Фарадея о том, что свет имеет электромагнитную природу, откуда следовало, что теория электромагнитных явлений тоже должна быть близкодейственной (подчеркнула специально, чтобы связь не терялась). В 19 века началась глубокая разработка теории дифференциальных уравнений в частных производных для сплошных сред — был готов математический аппарат теории поля. В этих условиях и появилась теория Максвелла, которую сам автор скромно называл математическим пересказом идей Фарадея. Однако каким бы скромником ни был Максвелл, тут-то и начинается вторая революция в физике (первая — Ньютон) — появляется теория поля Максвелла, которая начала вступать в противоречия с классической механикой. В 20 веке это послужит основанием для нового подхода к физике, о чём мы с вами ещё поговорим. Максвелл также ввёл понятие тока смещения, доказал существование электромагнитных волн, скорость которых равна скорости света, предсказывал давление света и множество других открытий — ещё один великий человек в этой истории.
В этом веке ушли в прошлое понятия "электрической" и "магнитной" жидкостей — им на смену пришло понятие поля, которое, однако, считалось механическими процессами в эфире. Да. В эфире. 19 век, эфир ещё никуда не делся.
Поговорим также и о других открытиях. Герц в 1887 году построил первый в мире радиопередатчик (вибратор Герца), в том же году обнаружил ток смещения в диэлектрике (заодно фактически открыв фотоэффект), а в следующем году Герц открыл стоячие электромагнитные волны и позже с хорошей точностью измерил скорость распространения волн, а также обнаружил для них те же явления, что и для света — отражение, преломление, интерференция, поляризация и др. Эти открытия подтверждали, что свет имеет электромагнитную природу.
В 1890 году Бранли изобрёл чувствительный приёмник радиоволн — когерер и ввёл в обиход термин "радио". Когерер ловил радиоволны на расстоянии до 40 метров, а с антенной — намного дальше. Спустя ещё несколько лет Попов и Маркони предложили соединить когерер с электрозвонком, создав первый аппарат для радиосвязи. Позже, в 20 веке началась эра радио и электроники.
Я также не могу здесь не упомянуть, что в конце 19 века началась эпичная "война токов" — Томас Эдисон против Николы Тесла и Джорджа Вестингауза. Суть её заключалась в том, что нужно было найти эффективный способ электрификации. Эдисон предлагал это сделать при помощи постоянного тока. Из плюсов — безопасный, из минусов — крайне невыгодный. А потом пришёл Тесла работать к Эдисону, услышал это "постоянный ток" и офигел конкретно — зачем и для чего, если есть переменный? И с этими мыслями он присоединился к Вестингаузу, который также ратовал за переменный ток. Там и правда очень эпичная история, о ней даже есть фильм "Битва токов" — очень интересный. Мы, кстати, писали посты об этом (первая часть, вторая часть), обязательно почитайте!
На этом всё! Завтра поговорим о термодинамике, ядерке и прочем.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
XIX век: термодинамика
и молекулярная физика
Продолжаем разбирать 18 век! На такой раздел, как молекулярная физика и все её подружки выделим отдельный пост — очень много информации.
Ранее в постах упоминался такой человек, как Роберт Бойль, который предполагал существование молекул, как дискретных первоносителей химических свойств. Успехи химии и невозможность взаимопревращения химических элементов стали весомым аргументом в пользу этой идеи. Также молекулярная теория в целом помогала совершать многие открытия, что ещё раз демонстрировало её "практичность". Гей-Люссак и Дальтон, например, в 1802 году открыли закон связи объёма и температуры газа.
В 19 веке всё ещё господствовала теория теплорода, однако уже появлялись количественные модели теплопередачи. Фурье в 1822 году публикует "Аналитическую теорию тепла", где появляется уравнение теплопроводности и показывается, что поток тепла (у Фурье — теплорода) пропорционален градиенту температуры. А вот Сади Карно 1824 году (в рамках теории теплорода) написал книгу "Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу", которая фактически содержала два начала термодинамики. В 1830-е годы эта работа была замечена и впоследствии оказала огромное влияние на развитие физики.
В это же время начинают формироваться современные понятия работы и энергии (термин предложен Юнгом в 1807 году, первоначально только для кинетической энергии). В 1829 году Кориолис, проанализировав связь работы с "живой силой" (напоминаю — это mυ²; в 18 веке шли споры на тему того, что сохраняется при движении — импульс mυ или живая сила mυ²), добавил в выражение для последней множитель 1/2, после чего кинетическая энергия приобрела современный вид — mυ²/2.
Нельзя здесь не упоминуть Джеймса Джоуля, который: проведя серию опытов с электричеством (1843 год), пришёл к выводу, что во всех случаях, когда затрачивается механическая сила, всегда получается точно эквивалентное количество тепла; выяснил, что для электротока выделяемое тепло пропорционально сопротивлению и квадрату силы тока; объявил, что теплота есть механическое движение, а теплопередача есть переход этого движения в иные формы и многое другое. Позднее Майер и Джоуль формулируют закон сохранения энергии, а Гельмгольц в своей монографии кладёт этот закон в основу всей физики. Фактически, они открыли один из самых фундаментальных законов физики.
Кёринг и Клаузиус в начале второй половины 19 века начинают работы по почти заброшенной кинетике газов, независимо обосновывая "уравнение состояния идеального газа". Клаузиус предложил правильную модель идеального газа, ввёл понятие внутренней энергии системы и объяснил фазовые переходы. А Уильям Томсон (Кельвин) и Клаузиус в середине 19 века сформулировали в ясном виде два закона (начала) термодинамики. Рэнкин и Томсон в 1852 году ввели общее понятие энергии, уже не только кинетической. С этого момента понятие теплорода было окончательно похоронено. Томсоном вводит название "термодинамика" для раздела физики, занимающегося превращением энергии в макроскопических телах. После 1862 года уже упомянутый Клаузиус исследовал необратимые процессы, не укладывающиеся в механическую модель, и ввёл понятие энтропии. Началось широкое обсуждение проблемы
"тепловой смерти Вселенной", вызванное тем, что принцип возрастания энтропии несовместим с вечностью Вселенной. Кельвин в 1848 году предложил "абсолютную температурную шкалу" (шкалу Кельвина), начинающуюся в точке "абсолютного нуля" (-273 градуса Цельсия).
Не влезает в один пост:(
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
XIX век: термодинамика
и молекулярная физика
Также стоит упомянуть Людвига Больцмана и Ван дер Ваальса — они внесли огромный вклад в физику. Они пытались вывести законы термодинамики на базе механики, но, к сожалению, не вышло. Это в 1872 году вынудило Больцмана предположить, что второе начало термодинамики имеет не директивно-точный, а статистический характер. Более 20 лет эта идея не вызывала интереса среди физиков, затем развернулась оживлённая дискуссия. Примерно с 1900 года, особенно после работ Планка, Гиббса и Эренфеста, идеи Больцмана получили признание. С 1871 года Больцман и Максвелл развивают статистическую физику.
В 1905 году возникает теория броуновского движения, которая стала аргументов в пользу существования атома. После работ других учёных теория атома (атомизм) начала очень сильно распространяться. Начались первые попытки согласовать с атомной теорией систему Менделеева, но реальные успехи в этом направлении были достигнуты уже в 20 веке.
В конце века начались глубокие исследования фазовых переходов и поведения вещества при сверхнизких температурах. В 1888 году Джеймс Дьюар впервые получил жидкий водород, он же изобрёл термос.
Об открытиях 19 века в области термодинамики и строения вещества можно говорить очень долго, но к сожалению, лимита телеграма для этого не хватит...
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
XIX век: продолжение
Ядерная и атомная физика
Мы плавно подходим к великим открытиям, которые начинаются в 19 веке — атомная и ядерная физика начинают открываться миру! Но для начала немного вернёмся в электричество — чтобы связать атомную гипотезу с электрическими явлениями, Берцелиус и Фарадей предположили, что имеются два типа атомов, с положительными и отрицательными зарядами. Из этого следовало существование наименьшего электрического заряда. Стоуни в 1874 году предложил термин "электрон" и дал неплохую оценку его заряда. Ещё раньше, в 1858 году, при исследовании электрического разряда в газе были открыты катодные лучи. После долгих дискуссий учёные пришли к выводу, что это и есть поток электронов. А потом, в 1897 году, Дж. Дж. Томсон измерил отношение заряд/масса для катодных лучей и доказал, что оно не зависит от материала катода и других условий опыта — значит, дело в чем-то другом. Предположив, что заряд электрона совпадает с уже известным зарядом иона водорода, Томсон получил оценку массы электрона. К огромному удивлению, она оказалась во много раз меньше массы атома водорода, поэтому гипотезу Берцелиуса и Фарадея пришлось отвергнуть. Томсон также показал, что частицы, излучаемые при фотоэффекте, имеют такое же отношение заряд/масса и, очевидно, тоже являются электронами. Экспериментально определить заряд и массу электрона удалось в 1910 году Роберту Милликену в ходе опыта.
Важнейшими в области атомной и ядерной физики стали открытие Вильгельмом Рентгеном в 1895 году рентгеновских лучей и открытие Анри Беккерелем в 1896 году радиоактивности урана. Правда, волновая природа рентгеновских лучей была окончательно доказана только в 1925 году, но предполагалась многими и ранее. А вот радиоактивность поставила физиков в тупик и подверглась активному исследованию. Вскоре были открыты радий, торий и другие активные элементы, а также неоднородность излучения: альфа- и бета-лучи открыл Резерфорд в 1899, а гамма-лучи — Виллар в 1900. Природа бета-лучей стала ясна сразу, когда Беккерель измерил их отношение заряд/масса — оно совпало с таковым для электрона. Природу альфа-частиц выяснил Резерфорд в ходе своего вошедшего в учебники опыта только в 1909 году. Большие споры вызывал вопрос о том, что является источником энергии радиоактивного излучения. В 1902 году Резерфорд и Содди сделали вывод, что "радиоактивность есть атомное явление, сопровождаемое химическими изменениями", а в 1903 году они открыли экспоненциальный закон распада радиоактивного атома, оценили внутриатомную энергию как неизмеримо превышающую любую химическую, и выдвинули гипотезу, что именно она является источником энергии Солнца. Одновременно Резерфорд, Уильям Рамзай и Содди обнаружили первые превращения элементов (радона в гелий), а Дж. Дж. Томсон дал первое обоснование периодической системе элементов с позиций электронной теории.
Вот такой вот резкий скачок в науке!
Поговорим теперь об оставшихся, ещё не упомянутых достижениях 19 века!
В 1821 году Анри Навье вывел основную систему уравнений теории упругости, заменив одномерный закон Гука на универсальный закон трёхмерных деформаций изотропных упругих тел. Его работы были усовершенствованы Коши, который снял ограничение изотропности. Уильям Гамильтон в 1834-1835 годах опубликовал вариационный принцип, который впоследствии стал применяться в самых разных областях физики.
Что касается оптики — в 1842 году австрийский физик Доплер обнаружил изменение частоты и длины волны, испускаемых движущимся источником. А главным событием в оптике стало открытие спектрального анализа в 1859 году. Оба достижения стали важнейшими инструментами науки, особенно в астрофизике. В середине века появилось ещё одно важное изобретение — фотография.
На этом мы и закончили разбирать 19 век! Огромнейшее количество открытий в нём был совершено огромнейшим количеством великих учёных. Славный был век, великий.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
И вот наконец мы подходим к самому интересному — 20 век, век великих открытий! Начнём с того, что это, пожалуй, самый переворотный век в истории физики. Начали возникать противоречия между старыми моделями и опытными данными. Теория Максвелла не вписывалась в уже устоявшиеся модели, скорость света, как оказалось, не зависит от системы отсчёта, было невозможно описать такие явления, как фотоэффект и спектры излучения. Наконец, новые явления, обнаруженные в конце 19 века — радиоактивность, электрон, рентгеновские лучи — не были теоретически объяснены, потому что это не поддавалось уже устоявшейся логике. «Это целый мир, о существовании которого никто не подозревал» — говорил в 1900 году Пуанкаре. Для объяснения всего вышеперечисленного нужно было пересмотреть всю физику. Этой проблемой и занимались физики 20 века.
и революция Альберта Эйнштейна
В конце 19 века учёные начали проводить эксперименты с целью подтвердить или опровергнуть существование эфира. Результаты были отрицательными и из раза в раз показывали, что эфира не существует. Но физики не сдавались и пытались как-то перекроить всё так, чтобы показать, что всё-таки эфир существует. К примеру, в 1892 году Гендрик Лоренц и Джордж Фицджеральд независимо друг от друга предположили, что эфир неподвижен, а длина любого тела сокращается в направлении его движения. Такое "лоренцево сокращение" должно было привести к эффекту двойного лучепреломления во всех движущихся прозрачных телах, однако опыты опровергли существование подобного эффекта. Тогда Лоренц изменил свою гипотезу: сокращаются не сами тела, а входящие в них электроны, причём во всех направлениях, но в направлении движения сокращение больше. Лоренц не смог объяснить, отчего величина сокращения в точности такая, чтобы скомпенсировать "эфирный ветер". Таким образом, эта гипотеза хотела помочь теории эфира выжить, но в итоге сделала обратное. "Помог, чем смог", что называется.
Другим серьёзным затруднением был тот факт, что уравнения Максвелла не соответствовали принципу относительности Галилея. В работе "О динамике электрона" (1905 год) Пуанкаре дал обобщённую формулировку принципа относительности, охватывающего и электродинамику. Эта работа стала очередной попыткой вписать всё в теорию эфира — Пуанкаре продолжал верить в его существование, а разработанной им математической модели не придавал объективного физического содержания, рассматривая её, в соответствии со своей философией, как удобное соглашение.
Тут в игру вступает Альберт Эйнштейн — настоящий революционер в физике, который оставил эфир в прошлом. В статье 1905 года он рассмотрел два постулата: всеобщий принцип относительности и постоянство скорости света. Из этих постулатов следовали формулы преобразования Лоренца, лоренцево сокращение, относительность одновременности и, что самое главное, ненужность эфира. Им были выведены также новый закон суммирования скоростей, возрастания инерции со скоростью и т. д. Эйнштейн указал, что все законы физики должны быть инвариантны относительно преобразований Лоренца. Позже эта теория получила название специальной теории относительности (СТО). После изгнания из физики эфира электромагнитное поле приобрело новый статус самодостаточного физического объекта. В том же году появилась и формула E=mc².
Часть учёных сразу приняли СТО. Планк и сам Эйнштейн построили релятивистскую динамику и термодинамику, а Минковский в 1907 году представил математическую модель кинематики СТО.
С 1911 года Эйнштейн разрабатывал общую теорию относительности (ОТО), заменившую теорию тяготения Ньютона, и завершил её в 1915 году. В теории тяготения Эйнштейна, в отличие от ньютоновской, нет дальнодействия и ясно указан физический носитель тяготения — модификация геометрии пространства-времени. Опытная проверка предсказанных этой теорией новых эффектов, предпринятая в десятках экспериментов, показала полное согласие ОТО с наблюдениями.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
и физика атомного ядра
После открытия электрона стало ясно безоговорочное существование атома. Появилось много вопросов: какую структуру он имеет, какое место в ней занимает электрон, какой свойства атома, есть ли другие субатомные частицы и тому подобные. В 1904 году Томсон выдвинул первую гипотезу строения атома — "пудинг с изюминками". В ней атом — положительно заряженное тело (пудинг), а электроны — отрицательно заряженные вкрапления (изюм). Томсон также выдвинул теорию, что свойства химических элементов зависят от распределения электронов в атоме. Одновременно японский физик Хантаро Нагаока предложил планетарную модель атома, но Вильгельм Вин сразу указал, что круговые орбиты электронов несовместимы с классической электродинамикой: при всяком отклонении от прямой электрон должен терять энергию. Потом Резерфорд в 1909-1910 годах проводил эксперименты по рассеянию альфа-частиц и обнаружил, что внутри атома существует небольшая компактная структура — атомное ядро. От модели Томсона пришлось отказаться. Резерфорд предложил планетарную модель: электрон вращается по орбите вокруг положительного ядра, заряд которого (в единицах заряда электрона) точно соответствует номеру элемента в таблице Менделеева. Позднее, в 1913 году, модель Резерфорда дополнил Нильс Бор. Бор также построил первую теорию, объяснившую спектр водорода. Её дополнили Зоммерфельд и Вильсон; были объяснены эффект Зеемана и тонкая структура спектра водорода. А вот Паули в 1925 году высказал гипотезу о наличии у электрона спина, а позже — принцип запрета, по которому никакие два электрона не могут иметь одинаковые квантовые числа (с учётом спина). После этого стало понятно, как и почему распределяются электроны по орбитам в атоме.
Нерешённой оставалась проблема — что удерживает протоны в ядре атома? Гамов предположил, что там существуют силы, аналогичные силам поверхностного натяжения в капле жидкости. Японский физик Юкава разработал в 1935 год модель ядерных сил, квантами которых являются частицы особого рода; эти частицы были обнаружены в космических лучах в 1947 год и названы пи-мезонами.
В 1932 году Чадвик открыл нейтрон, предсказанный Резерфордом ещё в 1920. Структура ядра стала ясна. Протон фактически был открыт в 1919 году, когда Резерфорд обнаружил расщепление атома азота при бомбардировке альфа-частицами; название "протон" Резерфорд придумал позднее. В том же 1932 году в космических лучах был открыт позитрон, подтверждающий идеи Дирака о существовании антивещества. В 1934 году Ферми опубликовал теорию бета-распада — нейтрон ядра превращается в протон, испуская электрон и (тогда ещё не обнаруженную) лёгкую частицу, названную им нейтрино.
После открытия деления ядра урана и успеха работ по созданию ядерной бомбы ядерная физика стала одним из инструментов, формирующих мировую историю (и не только историю).
В 1967 году на основе работы Шелдона Ли Глэшоу Стивен Вайнберг и Абдус Салам разработали электрослабую теорию, которая объединяет электромагнитное и слабое взаимодействие. На основе этой теории была создана стандартную модель элементарных частиц (с присоединением к ней сильного взаимодействия), которая объединяла в себе три из четырёх фундаментальных взаимодействий (гравитация туда не вошла), а также некоторые элементарные частицы.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
В 1880-е годы был выведен спектр излучения абсолютно чёрного тела. Распределение энергии по частотам не вписывалось во все имевшиеся теории. Правильную формулу подобрал в 1900 году Макс Планк. Через несколько недель он выяснил, что эта формула может быть строго доказана, если допустить, что излучение и поглощение энергии происходит порциями не меньше некоторого порога (кванта), пропорционального частоте волны. Сам Планк вначале рассматривал такую модель как чисто математический трюк, а потом, в 1914 году, он даже пытался опровергнуть собственное открытие, но безуспешно. Эйнштейн сразу принял гипотезу квантов света, причём считал, что квантование является свойством самого света. В 1905 году он построил на этой основе теорию фотоэффекта, которая была подтверждена опытами Милликена в 1914-1916 годах, а в 1907 году Эйнштейн построил теорию теплоёмкости, которая до него при низких температурах расходилась с экспериментом. В 1912 году Дебай и Борн усовершенствовали теорию теплоёмкости Эйнштейна, и согласие с опытом было достигнуто.
В 1920-х годах были обнаружены сразу несколько квантовых явлений, необъяснимых с классических позиций. Например, эффект Комптона — вторичное излучение при рассеянии рентгеновских лучей в лёгких газах. В 1923 году Комптон разработал теорию этого явления (основанную на работе Эйнштейна 1917 года) и предложил термин "фотон". В 1911 году была открыта сверхпроводимость — ещё одно сугубо квантовое явление, но оно получило теоретическое объяснение только в 1950-е годы (теория Гинзбурга-Ландау, а затем теория Бардина-Купера-Шриффера).
Электромагнитному излучению, как выяснилось, оказался присущ "корпускулярно-волновой дуализм". Французский физик Луи де Бройль в 1923 году предположил, что подобный дуализм свойственен не только свету, но и веществу. Каждой материальной частице он сопоставил волну определённой частоты. Это объясняет, почему принцип Ферма в оптике похож на принцип Мопертюи, а также почему устойчивые орбиты Бора таковы: только у них длина волны де Бройля укладывается на орбите целое число раз. Как раз в этом же году американские физики Дэвиссон и Джермер изучали отражение электронов от твёрдых тел и обнаружили предсказанную де Бройлем дифракцию электронов. В 1921 году Отто Штерн придумал, а Герлах в 1922 поставил эксперимент, который показал квантовые свойства для атомов и молекул.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
В 1925 году Вернер Гейзенберг предложил использовать в теории субатомных явлений только наблюдаемые величины, исключив координаты, орбиты и т. п. Для определения наблюдаемых величин он разработал так называемую "матричную механику". Гейзенберг, Макс Борн и Йордан сформулировали правила, по которым классическим величинам сопоставлялись эрмитовы матрицы, так что часть дифференциальных уравнений классической механики переходили в квантовые.
Собрав воедино идеи де Бройля и Гейзенберга, Эрвин Шрёдингер в 1926 году создал "волновую механику" на базе выведенного им уравнения Шрёдингера для нового объекта — волновой функции. Тут-то у нас и возникает новая механика, которая эквивалентна матричной. В итоге волновая механика была не хуже матричной, и вскоре стала общепризнанной. Шрёдингер также считал, что амплитуда волновой функции описывает плотность заряда, но эта идея была быстро отвергнута, и было принято предложение Борна (1926 год) истолковывать её как плотность вероятности обнаружения частицы.
В 1927 году Гейзенберг сформулировал принцип неопределённости: точные значения положения и импульса микрообъекта не могут существовать одновременно — фиксируя координаты, мы неизбежно "размываем" точность определения скорости. Бор обобщил этот тезис до "принципа дополнительности": корпускулярное и волновое описание явлений дополняют друг друга. Если нас интересует причинная связь, удобно корпускулярное описание, а если пространственно-временная картина, то волновое. Фактически же микрообъект не является ни частицей, ни волной. Эти классические понятия возникают только потому, что наши приборы измеряют классические величины. Школа Бора вообще считала, что все атрибуты атома не существуют объективно, а появляются только при наблюдении. Поль Дирак разработал релятивистский вариант квантовой механики (уравнение Дирака, 1928 год) и предсказал существование позитрона, положив начало квантовой электродинамике.
В 1931 году произошло очень важное событие — был построен первый исследовательский ускоритель заряженных частиц (циклотрон). В 1935 году был опубликован знаменитый парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена.
В начале 1950-х Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунс разработали основные принципы усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами, положенные затем в основу создания новых источников излучения радиочастотного (мазеры) и оптического (лазеры) диапазонов. В 1960 году Теодор Майман создал первый лазер на основе кристалла рубина. Создание первых лазеров, отцом которых, всё-таки, считается Прохоров, стало очень важным событием. Сейчас лазеры очень активно используются и исследуются, это даже одно из самых "популярных" направлений в физике 21 века.
Разработана и проверена в экспериментах квантовая теория поля. Идут поиски общей теории поля, которая охватила бы все фундаментальные взаимодействия, включая гравитацию. В течение всего 20 века продолжались попытки построить квантовую теорию гравитации, основные из них — это теории суперструн и петлевая квантовая гравитация. Ещё одним кандидатом на эту роль является М-теория, которая, в свою очередь, является развитием теории суперструн.
Математические методы квантовой теории поля были успешно применены и в теоретической физике твёрдого тела и физике конденсированного состояния. Позже в ней получили применение методы топологии — например, для описания квантового эффекта Холла.
В завершение этого поста хочется отдельный абзац посвятить Питеру Хиггсу, который предсказал очень важную в КТП штуку — бозон Хиггса. в 1960-х годах он начал развивать свою идею о механизме нарушения симметрии, из которой вытекала такая частица, как бозон Хиггса. В 1964 году он отправил свою статью с описанием механизма в журнал Physics Letters в ЦЕРН, но там её отвергли. Идею вечно не принимали не только простые ученые, но и авторитеты, такие как Эйнтшейн, Хоккинг и им т.д. Вскоре её всё же приняли.
Подробнее в комментариях!
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
Поскольку Питер Хиггс — мой любимый учёный, очень уж хочется подробнее о нём рассказать! (места в посте не хватает:( )
Дело было в 1960-х годах. Летом, после прогулки на природе, Хиггс вернулся домой с мыслью, что ему в голову пришла грандиозная идея. Он задался вопросом, как же частицы получают массу, и начал разрабатывать свою идею. Начал он с развития идеи о таком механизме, который нарушает симметрию (очень важное в физике понятие) и объясняет, как как единое электрослабое взаимодействие распадается на электромагнитное и слабое по отдельности. Для этой идеи необходимо было введение нового бозонного поля (новой частицы также), которое в будущем назвали именем Хиггса. Именно этот бозончик и давал частицам массу в ходе осень хитрых процессов.
Хиггс долго работал над этим, а затем летом 1964 отправил свою статью с описанием этого механизма в журнал Physics Letters в ЦЕРН, но там ее отвергли. Из раза в раз его теорию не принимали не только простые ученые, но и авторитеты, такие как Эйнтшейн, Хоккинг и им подобные. Однако в конце-концов его идеи, всё же, начали рассматривать и поддерживать. Люди начали думать, как можно обнаружить описанный бозон Хиггса. Именно для этого в Швейцарии построили большой адронный коллайдер, кстати.
4 июля 2012 года в БАК'е удалось обнаружить бозон Хиггса. Была организована конференция, на которую физики со всего мира занимали места с ночи. Пока все радовались обнаружению частицы, за которой все гнались так долго, где-то тихо плакал один мужчина – Питер Хиггс. Он даже не надеялся, что сможет при жизни узреть тот момент, когда работа всей его жизни, всё же, будет доказана.
Вот такая вот прелесть! Кстати, у нас был пост о Питере Хиггсе — https://t.me/physicsconf/11622. Обязательно почитайте!:)
Дело было в 1960-х годах. Летом, после прогулки на природе, Хиггс вернулся домой с мыслью, что ему в голову пришла грандиозная идея. Он задался вопросом, как же частицы получают массу, и начал разрабатывать свою идею. Начал он с развития идеи о таком механизме, который нарушает симметрию (очень важное в физике понятие) и объясняет, как как единое электрослабое взаимодействие распадается на электромагнитное и слабое по отдельности. Для этой идеи необходимо было введение нового бозонного поля (новой частицы также), которое в будущем назвали именем Хиггса. Именно этот бозончик и давал частицам массу в ходе осень хитрых процессов.
Хиггс долго работал над этим, а затем летом 1964 отправил свою статью с описанием этого механизма в журнал Physics Letters в ЦЕРН, но там ее отвергли. Из раза в раз его теорию не принимали не только простые ученые, но и авторитеты, такие как Эйнтшейн, Хоккинг и им подобные. Однако в конце-концов его идеи, всё же, начали рассматривать и поддерживать. Люди начали думать, как можно обнаружить описанный бозон Хиггса. Именно для этого в Швейцарии построили большой адронный коллайдер, кстати.
4 июля 2012 года в БАК'е удалось обнаружить бозон Хиггса. Была организована конференция, на которую физики со всего мира занимали места с ночи. Пока все радовались обнаружению частицы, за которой все гнались так долго, где-то тихо плакал один мужчина – Питер Хиггс. Он даже не надеялся, что сможет при жизни узреть тот момент, когда работа всей его жизни, всё же, будет доказана.
Вот такая вот прелесть! Кстати, у нас был пост о Питере Хиггсе — https://t.me/physicsconf/11622. Обязательно почитайте!:)
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
В 20 веке начали очень активно развиваться такие разделы физики, как астрофизика и космология. Первую "стыковку" физики и астрономии осуществил Исаак Ньютон, который сформулировал закон всемирного тяготения. На протяжении следующих столетий учёные обсуждали проблемы, связанные с внеземной физикой, в том числе: температура и иные физические условия на других небесных телах, состав их атмосферы и поверхностного грунта, наличие магнитного поля; источник светимости звёзд, варианты их структуры, механизм образования и возможные направления дальнейшей эволюции, наличие планет.
В 18 веке гипотезы о "планетогенезе" (механизме формирования Солнечной системы и, возможно, иных планетных систем) предложили в 1732 году Сведенборг, в 1755 году Кант и в 1796 году Лаплас, который, говоря конкретнее, предположил существование сгущения газопылевого облака. Последняя идея, в значительно расширенном и доработанном виде, стала основой современных теорий планетогенеза. Были также и другие версии. Например, Дж. Джинс в 1919 году предположил, что когда-то рядом с Солнцем прошла массивная звезда, которая вытянула из Солнца вещество, сгустившееся в планеты. Но перспективной, всё же, оказалась более ранняя (1904 год) идея Джинса: источник энергии Солнца — внутриатомная энергия. Она и оказалась по итогу верной.
Ещё в 19 веке был открыт очень важный для астрофизиков инструмент — спектральный анализ, который позволял определить химический состав небесных тел на расстоянии. Другим важнейшим инструментом астрофизиков стал эффект Доплера, используемый в основном для измерения того, насколько быстро звезда отдаляется от нас (радиальной скорости). В начале 20 века Весто Слайфер, Эдвин Хаббл и другие астрофизики использовали эффект Доплера для доказательства, что внегалактические объекты существуют, и все они удаляются от Солнечной системы. Очень известный учёный Артур Эддингтон на основе обсуждавшихся в то время космологических моделей Общей теории относительности предположил, что этот факт отражает общий природный закон: Вселенная расширяется, и чем дальше от нас космический объект, тем больше его относительная скорость. Эддингтон также разработал первую модель внутренней структуры звезды, и, совместно с Перреном, обосновал теорию о термоядерной реакции как источнике энергии Солнца.
Очень резко астрофизика начала развиваться во второй половине 20 века, когда появилось много новых средств для наблюдений: космические телескопы, детекторы рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного, нейтринного и гамма-излучения, межпланетные зонды и др. Были установлены и исследованы основные физические характеристики всех крупных тел Солнечной системы, найдены многочисленные экзопланеты, новые типы светил (пульсары, квазары, радиогалактики), обнаружены и изучены гравитационное линзирование и реликтовое излучение, которое в свою очередь является очень важной в космологии штукой. Изучаются ряд нерешённых проблем: свойства гравитационных волн, природа тёмной материи и тёмной энергии, причины ускорения расширения Вселенной. Установлена крупномасштабная структура Вселенной, сформирована общепринятая на данный момент теория Большого взрыва как начального этапа эволюции наблюдаемой Вселенной. В общем, море-море всего!
Изучение астрономических объектов предоставило теоретической физике уникальные возможности, поскольку по масштабу и разнообразию космические процессы неизмеримо превосходят всё, что можно воспроизвести в лаборатории. Например, астрофизики провели множество наблюдений для проверки эйнштейновской теории тяготения и выяснения возможных границ её применимости. При объяснении ряда наблюдаемых явлений (например, нейтронных звёзд и космологических эффектов) применяются и проверяются методы физики микромира.
Вот такие вот чудесные открытия внеземных штук были в 20 веке. Огромный шаг вперёд в науке!
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
🎃1
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
Появление авиации и потребность в точных метеопрогнозах привели к быстрому прогрессу аэродинамики и теории полёта. Научные основы расчёта движения в воздухе или иной сопротивляющейся среде изложил Ньютон во II томе своих "Начал", большой вклад в аэродинамику внесли в 18 веке Даниил Бернулли и Леонард Эйлер, а в 19 веке были выведены общие уравнения Навье-Стокса, учитывающие вязкость.
В общем говоря, "база" аэродинамики воссоздавалась по крупицам начинания где-то с 17 века. Очень маленькими шажками люди исследовали полёт. А вот в 20 же веке, когда появились мощные двигатели, следующим этапом развития этой науки стали разработка управления самолётом в воздухе, оптимизация его характеристик и повышение надёжности. Братья Райт, которые первыми наладили управление самолётом в полёте, разработали и многие теоретические аспекты аэродинамики полёта, в том числе контроль трёх осей вращения самолёта и способы уменьшить аэродинамическое сопротивление. В первые два десятилетия 20 века были заложены основы теории полёта и прикладной аэродинамики, во что огромный вклад внёс Н. Е. Жуковский.
Первые попытки научного предсказания погоды делались ещё в 17 веке, хотя достоверность прогнозов была тогда незначительной. Теоретическая метеорология на основе общефизических законов была разработана только в 19 веке. Важнейшие понятия циклона и антициклона ввёл в середине 19 века знаменитый астроном Леверье. К концу 19 века была организована всемирная сеть метеостанций, которые обменивались информацией сначала телеграфом, а потом по радио — это позволило повысить достоверность прогнозов. В 1917 году норвежский метеоролог Вильгельм Бьеркнес предложил ещё одно важное понятие — "атмосферный фронт".
Специфика законов метеорологии (высокий динамизм, большое число факторов влияния, неустойчивость из-за наличия положительных обратных связей с труднопредсказуемыми последствиями и т. д.) вынуждает использовать для моделирования изменения погоды мощные компьютеры, но проблема долгосрочных прогнозов в 20 веке всё ещё остаётся актуальной.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
Многие важные достижения не вошли в предыдущие посты. Например, в 1918 году немецкая математица Эмми Нётер доказала фундаментальную теорему: каждой непрерывной симметрии физической системы соответствует некоторый закон сохранения. Например, однородности времени соответствует закон сохранения энергии. Это открытие привлекло внимание к роли симметрии в физике, которое оказалось основополагающим. Да не то что основополагающим, на симметрии, как оказалось, Вселенная "держится". Это её фундаментальное свойство.
Одним из главных направлений развития физики стала прикладная электроника, к концу века полностью перестроившая практически все области человеческой деятельности. В начале века были изобретены первые электронные лампы — диод в 1904 году Флемингом и триод в 1907 году Ли де Форестом. Триод оказался незаменим для создания незатухающих колебаний и усиления тока. На ламповой основе вскоре появились звуковое радио, первые наброски телевидения, а после войны — первые ЭВМ. Успех процесса миниатюризации электронных устройств, повышение их мощности и надёжности позволило создать универсальные и специализированные компьютеры, удобные средства связи и "умные" механизмы для повсеместного использования.
Распространение компьютеров, в свою очередь, позволило компьютерному моделированию стать широко используемым инструментом в физике.
Из других достижений физики конца 20 — начала 21 века следует упомянуть открытие высокотемпературной сверхпроводимости в 1986 году и технологии получения графена в 2002 году и других двумерных кристаллов. Оба эти направления исследований расцениваются как перспективные, но их широкое практическое применение ещё впереди.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
Ли Смолин выделяет пять актуальных физических проблем фундаментального значения, решение которых приведёт к существенному прогрессу физики:
• разработка квантового варианта теории гравитации, построение "теории всего";
• физическое (не только математическое) обоснование квантовой механики или обобщение её до теории с более понятным физическим смыслом;
• объединить в одной теории частицы и все четыре силы взаимодействия;
• найти причины "тонкой настройки Вселенной", для чего желательно свести число фундаментальных констант к минимуму;
• выяснить, что собой представляют тёмная материя и тёмная энергия или, если они не существуют, определить, как и почему тяготение в очень больших масштабах действует вопреки теории, а также в целом расширить экспериментальную базу космологии.
Из других важнейших проблем, выходящих за рамки Стандартной модели, физики называют:
• асимметрия материи и антиматерии в наблюдаемой Вселенной;
• осцилляции нейтрино;
• сильная CP-проблема.
Говоря в общем, в основном сейчас физика сконцентрирована на таких разделах, как: квантовая теория поля, теория струн, физика конденсированного состояния, квантовые компьютеры, лазеры, материаловедение ну и конечно же на космологии и астрофизике. Во всех этих разделах сейчас как минимум каждый месяц какие-то мелкие шажки да происходят. Если хотите быть физиком, но не знаете, где в ней перспективы — приходите сюда, не прогадаете!
Ну а на этом всё! Спасибо, что читали эти посты. Над ними была проделана нелёгкая работа. Мы будем очень рады знать, что вам понравилось!
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Forwarded from ⚛️⚡| Physics confession !
🍐: Всем привет друзья я Никита и это моё третье физ инфо :з
В левой части стоит производная по времени от "обобщенного импульса". Обобщенным импульсом называют частную производную функции Лагранжа по обобщенной скорости. Действительно, по размерности эта величина является импульсом, и если посчитать, чему равен этот обобщённый импульс для, скажем, свободной частицы, функция Лагранжа которой состоит только из кинетической энергии mυ²/2, то взяв производную по υ от mυ²/2 мы как раз и получим импульс — mυ. Но в левой части уравнения Лагранжа именно производная по времени от обобщенного импульса, так что надо посчитать и её. Очевидно, производная по времени от mυ это ma.
В правой части стоит обобщенная сила — частная производная функции Лагранжа по обобщенной координате. Например, для пружинного маятника функция Лагранжа будет иметь вид L = mυ²/2 - kx²/2. Попробуйте сами взять частную производную по x от этого выражения. Получится -kx — вылитая сила по закону Гука!
Подставим левую и правую часть одновременно. Получим ma = -kx. Удивительным образом! Это ведь буквально второй закон ньютона для пружинного маятника, где x — это смещение от положения равновесия!
Я еще пытался снять видеоролик с выводом, но к сожалению звук не записался вообще... Может, чуть позже будет.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
💘1