История физики Его главная цель — проследить различные открытия, сделанные физиками с доисторических времен. Во все времена люди всегда хотели улучшить свое понимание Вселенной. Используя наблюдения и математику для точного описания повседневных явлений, многие физики по очереди расширяли наши знания. Таким образом, на протяжении веков мы покажем, какие основные события позволили основать наши нынешние знания о Вселенной.
В начале истории физики
Мы знаем, что физика укореняется только в доисторические времена и в древности. Благодаря археологам мы точно знаем, что доисторические люди были хорошими наблюдателями. Доказательством этого служат памятники, такие как мегалитический «Стоунхендж». Первобытные люди знали об этом горячем желании узнать больше о нашей Вселенной и пытались воспроизвести определенные явления. Таким образом, они основали первый элемент научного подхода - наблюдение.
Также в этот период нашей истории появились первые предметы, используемые для измерения времени. Кость Ишанго, кость убежища Бланшарда, а также Стоунхендж и Карнак были первыми инструментами, способными измерять время. Это начало физики:описание некоторых астрономических механизмов. Напротив, физика античности известна нам гораздо точнее. Время также было важным фактором. Гномон, клепсидра и солнечные часы – наследие древности.
Но помимо измерения времени, греческие знания были сформированы такими физиками, как Архимед, Фалес Милетский или Эрастосфен. . Заинтересовавшись материей и ее явлениями, большинство этих философов продвинули наше понимание Вселенной. Слово «атом» происходит от греческого «атомон», что означает «неделимый». Действительно, Демокрит (-460 - -370 до н.э.) предполагает, что материя состоит из частиц, разделенных вакуумом. Эти частицы, которые называются неделимыми, поскольку считаются мельчайшими элементами, будут называться атомами. «Наконец, тела, которые мы видим твердыми и массивными, своей связностью обязаны более крючковидным, более тесно связанным корпускулам… Напротив, именно гладкие и круглые корпускулы образуют тела жидкой и текучей природы», — утверждает он. Архимед (-287 - -212 до н. э.) сегодня считается основателем статической механики:он стоит у истоков многих тяговых машин, а также некоторых военных машин, таких как катапульта.
Но прежде всего он известен своими работами по механике жидкостей. Прокричав «Эврика», согласно легенде, он открыл свойства тел, погруженных в жидкость, и тем самым сформулировал «принцип Архимеда»:«Любое тело, погруженное в жидкость (или газ), получает тягу, которая является «упражнением». снизу вверх, и который равен весу объема вытесненной жидкости. Эту тягу будем называть «Архимедовой тягой». Мы не будем цитировать здесь всех физиков Античности, но Эратосфеном все же желательно заинтересоваться. Последний вычислил окружность Земли по менгирам и с помощью простой математики.
Действительно, полагая солнечные лучи параллельными, он успевает в полдень в Александрии измерить угол солнечных лучей с вертикалью (менгиром) и находит 7°. В то же время в Сиене, городе, расположенном почти на том же меридиане, лучи Солнца не образуют в колодце никакого угла. Используя соотношение пропорциональности, он вычисляет длину окружности Земли в 40 349 км, что составляет ошибку 10% по сравнению со значением, измеренным с точностью сегодня. Таким образом, физика прогрессирует, а знания накапливаются посредством наблюдений, формулирования гипотез и разработки теорий с использованием математических инструментов.
Достижения физики
Наступило Средневековье, и войны умножились. Вторжения, завоевания, войны... и накопленные греческие знания об античности утеряны, за исключением нескольких философов, таких как Боэций, которые сохраняют через Квадривиум некоторые научные наследия античности. В то время как Запад погружен в период забвения, арабо-мусульманская цивилизация продолжает работу, предпринятую греками, в частности, сохраняя записи об открытиях и возобновляя эти работы, чтобы углубить их и таким образом основать цивилизацию знания. :это золотой век арабо-мусульманского прогресса.
Изобретение нуля арабами вызвало переворот в математических науках и позволило добиться прогресса в этой области, о чем свидетельствуют алгебра и такие ученые, как Аверроэс (1126–1198). Астрономия также углубляется с изобретением первого водного телескопа физиком-астрономом Альхазеном (965-1039). Последнему удается объяснить оптические явления, такие как Луна, которая в определенное время кажется больше на небе, или даже то, почему Луна сияет. Он также первым заговорил о явлении рефракции — идее, которая будет подхвачена физиками в последующие столетия. В механике Альхазен формулирует принцип инерции, который позже будет подхвачен Галилеем, а также говорит о притяжении масс — идее, которую столетия спустя главным образом подхватит Исаак Ньютон. В эпоху Возрождения многие учёные произвели революцию в мире физической науки.
Приходит Галилей (1564-1642), физик-астроном, прославившийся благодаря многим изобретениям, таким как астрономический телескоп. Его работа в области динамики научила его понимать движение планет. Кроме того, в нем утверждается принцип инерции, который гласит, что если на объект не действует никакая сила или силы, равнодействующая которых равна нулю, то рассматриваемое тело либо находится в состоянии покоя, либо находится в равномерном прямолинейном движении. Этот принцип через несколько лет составит первый закон Ньютона. Рене Декарт (1596-1650), тем временем, больше работает над оптикой и математически выражает закон преломления света и, очевидно, закона отражения.
Но главным достижением 17-го века, несомненно, были работы ученого Исаака Ньютона (1643-1723). Он работает во многих областях, таких как оптика, механика и математика, и производит революцию в нашем понимании Вселенной. Ньютон продолжает работу Декарта (и Снелла) по преломлению света:он показывает, что призма разлагает свет на несколько цветов и что именно эти цвета образуют белый свет. Он также изучает дифракцию и станет изобретателем телескопа Ньютона, который обеспечит лучшее зрение и видимость, чем астрономический телескоп Галилея.
В механике Исаак Ньютон математически объясняет движение тел, используя векторы для моделирования сил. Таким образом, он устанавливает три закона, которые позже будут названы «законами Ньютона», и ему удается объяснить функционирование гравитации, сформулировав закон всемирного тяготения, который он опубликует в своей работе «Принципы естественной философии» благодаря своему другу астроному. Галлей (1656-1742). Наконец, Лейбниц (1646–1716) был выдающимся физиком того времени:его теоретические открытия в области сохранения энергии и теоретического моделирования пространственных и временных измерений принесут большую пользу последующим ученым.
Постньютоновские физические науки
Мы лучше понимаем энергию и динамику:кинематику и динамику, а затем создадим ветвь, объединяющую две подобласти:термодинамику. Как следует из названия, которое происходит от древнегреческого «термос»:тепло и «дунами»:сила (отсюда и название «динамический»), эта отрасль физических наук связывает движение и энергию (тепло — это всего лишь средство транспортировки энергии). . Благодаря этой новой отрасли физики промышленность будет прогрессировать (точно в индустриальную эпоху) и развиваться паровые машины.
Появилась и другая новая ветвь:электромагнетизм, Максвелл (1831–1879). Эта новая ветвь объединяет электричество с магнетизмом, и при этом с помощью простых экспериментов (а также теоретически с математикой):электрический ток, циркулирующий в проводе, порождает магнитное поле. Именно движение свободных электронов создает магнитное поле одновременно с электрическим током.
Но самым важным открытием столетия, несомненно, будет измерение скорости света с помощью интерферометра двумя лауреатами Нобелевской премии:Эдвардом Морли (1838–1923) и Альбертом Абрахамом Майкельсоном (1852–1931). Они отмечают, что скорость света одинакова во всех системах отсчета одной и той же среды, и это открытие приводит к перевороту в динамике. Действительно, наблюдатель, движущийся с большой скоростью, и наблюдатель, будучи неподвижным, в определенной системе отсчета увидят, как фотон проходит с одинаковой скоростью, что противоречит динамике физики:наблюдатель, движущийся в одном и том же направлении фотон, движущийся с высокой скоростью, должен видеть, что он движется медленнее, чем наблюдатель, находящийся в состоянии покоя (в определенной системе отсчета) [1] . Это можно объяснить только принципом сокращения длины, из которого вышли Фицджеральд (1851-1901) и Лоренц (1853-1928). Таким образом, классическая механика противоречит.
Эйнштейн совершает революцию в физике
Придется подождать, пока Эйнштейн (1879-1955) совместит это удивительное открытие с механикой. В 1905 году он опубликовал свою специальную теорию относительности, доказавшую, что если скорость света не меняется, то движение следует из деформации пространства и времени. Таким образом, он показывает, что пространство и время не являются константами, а расширяются и сжимаются, отсюда и воображаемый опыт близнецов Ланжевен (1872-1946), старость которых будет разной в зависимости от того, совершили ли они путешествие на высокой скорости или нет (относительно до определенного ориентира) [1].
Общая теория относительности, разработанная Эйнштейном между 1907 и 1915 годами, объединит специальную теорию относительности с теорией гравитации. Действительно, Альберт показывает, что, по его мнению, гравитация — это всего лишь деформация пространства-времени. Подобно мячу, помещенному на лист резины, деформация последнего вызовет притяжение, поскольку тело следует гравитационным линиям, называемым геодезическими.
Общая теория относительности сократит область применения механики Ньютона, последняя уже не работает для тел, движущихся с очень высокими скоростями. Это также приведет к появлению новых концепций, таких как недавно обнаруженная черная дыра. Также физик Хаббл (1889-1953) покажет, что галактики удаляются друг от друга (вопреки тому, во что нас могла бы заставить поверить ньютоновская механика), следовательно, идея расширения Вселенной продолжилась до события, которое будет под названием «Большой взрыв».
Эрнест Резерфорд (1871–1937) в области квантовой механики привел к выдающимся открытиям в ядерной физике. Он открывает ионизирующие лучи, такие как радиоактивность, альфа- и бета-лучи. Его опыт с атомом золота подчеркнет существование ядра, объединяющего положительные заряды атома и ответственного за его массу.
Физика сегодня
Таким образом, физика имеет прочную основу, позволяющую делать новые открытия и новые изобретения. Еще предстоит решить проблему несовместимости между квантовой механикой и общей теорией относительности, которые радикально различаются. Все открытия последних двухсот лет, похоже, ведут к одной и той же точке, отсюда и идея теории всего и главного уравнения, которое в настоящее время является предметом интенсивных исследований физиков. . Компьютеры и машины позволяют физике двигаться быстрее и точнее.
Недавно открытие БАК («Большого хардронного коллайдера» или «Большого адронного коллайдера») ЦЕРН («Европейский совет по ядерным исследованиям», официально:«Европейская организация ядерных исследований») позволит раскрыть тайны материи и, возможно, даже воссоздать Вселенную в ее начале, короче говоря, это обещает нам много сюрпризов. Благодаря математике, информатике и технологиям физические науки продолжают развиваться, и история этой великолепной науки продолжает писаться...
[1] Мы всегда говорим о движении относительно системы отсчета (твердое тело считается фиксированным)
Библиография
- Жан Росмордюк, История физики и химии. Science Points, 1985.
- Жан Пердижон, История физики. Дюно, 2008 г.
