Головна · Хвороби шлунка · Розвиток фізики як науки. Зародження та розвиток фізики як науки. Зародження теоретичної фізики

Розвиток фізики як науки. Зародження та розвиток фізики як науки. Зародження теоретичної фізики

Фізика (грец. від physis - природа) - наука про природу, що вивчає найпростіші і водночас найзагальніші властивості матеріального світу.

Фізика - одна з основних областей природознавства - наука про властивості та будову світу, про форми її руху та зміни, про загальні закономірності явищ природи.

Основоположниками фізики є такі великі вчені як: Галіо Галілей – італійський фізик, астроном, філософ, математик, Блез Паскаль – французький математик, фізик, релігійний філософ, Ісаак Ньютон – англійський математик, астроном, фізик. Ньютона прийнято вважати основоположником фізики.

Від ранніх цивілізацій, що виникли на берегах Тигра, Євфрату та Нілу, не залишилося жодних свідчень у галузі фізичних знань, на той момент не було системи фізичних знань, а існували лише певні описи та факти, не підтверджені теоретичними узагальненнями та висновками. Давні називали фізикою будь-яке дослідження навколишнього світу та явищ природи. Таке розуміння фізики зберігалося остаточно 17 століття.

Аристотель IV столітті до нашої ери вперше вжив слово «фюзис», що означає природа. Він також ужив слова «матерія» та «форма».

Так, з якого періоду історії виникла фізика, яку ще не можна було назвати наукою?

На наш погляд спостереження над природою почалося в давнину, коли в людини з'явилася необхідність прогодувати себе і своїх близьких, але людина ще не перейшла до землеробства і до скотарства, а користувався плодами лісу і полюванням на диких тварин.

Спробуємо уявити абстрактну картину. Випадково в буреломі, де хаотично повалені дерева, одне з них виявилося на іншому так, що коренева система, «видраного» дерева лежала на землі, його ствол, спираючись на інше дерево, вільно звисав. Стародавня людина випадково вступила на стовбур досить далеко від точки опори, своєю вагою підняла всю кореневу систему дерева вагою, набагато більшою, ніж вага самої людини.

Людина нічого не зрозуміла, але помітила цю особливість, яку і стала застосовувати за потреби. Так, з'явився важіль. Сталося це задовго до досліджень Архімеда (287 до нашої ери). Людина, як ми вважаємо, помітив і дещо розрахувала співвідношення плечей важеля і сил, що діють на нього.

Архімед же навів у систему весь накопичений досвід. Згідно з переказом, Архімед виголосив відому всім фразу: «Дайте мені точку опори, і я підніму Землю»!

Звичайно, він мав на увазі застосування важеля.

Внесок Архімеда в математику та фізику, безумовно, великий. Архімед є основоположником теоретичної механіки та гідростатики. Він розробив методи знаходження площ, поверхонь та обсягів різних фігур та тіл.

В основоположних працях зі статики та гідростатики (закон Архімеда) Архімед дав зразки застосування математики в природознавстві та техніці. Йому належить безліч технічних винаходів: гвинт архімедів, визначення складу сплавів зважуванням у воді, системи для підняття великих тягарів, військові метальні машини.

У фізиці Архімед запровадив поняття «центр тяжкості». Він встановив наукові засади статики та гідростатики, дав зразки застосування математичних методів у фізичних дослідженнях. Основні положення статики сформульовані у творі «Про рівновагу плоских постатей». Архімед робить висновок про закон важеля. Знаменитий закон гідростатики, який увійшов у науку з ім'ям Архімеда (Архімеда закон), сформульований у трактаті «Про плаваючі тіла».

Поява вітрила, як ми вважаємо, також трапилася випадково. Стародавні люди знову за допомогою спостережень набули досвіду. Як ми думаємо, людина зауважила, що якщо встати і плисти на колоди за допомогою примітивного весла, і при цьому дме попутний вітер, то колода починає рухатися досить швидко. Можливо, людина помітив, що стовбур дерева, що пливе по воді, з гілками, що стирчать, рухається швидше, ніж без гілок. Пізніше людина свідомо спорудила з гілок із листям чи зі звірячої шкіри подібність вітрила. Так, з'явилося перше примітивне вітрило.

Через багато століть, в результаті накопиченого людством досвіду, з'явилися вітрильні кораблі, які вже були здатні плисти і проти вітру. І серед них барк, найсучасніший вітрильник. У основі цього явища лежить складання діючих сил.

Іншим найбільшим винаходом давнини є колесо. Ми вважаємо, що це, швидше за все, колективний винахід, оскільки одна людина не могла придумати колесо, потім посадити його на вісь, закріпити на ній платформу і отримати, таким чином, віз. Як ми вважаємо, давні люди помітили, що якщо взяти товсту колоду, то її легше переміщати землею, якщо під колоду підкладати круглі обрубки дерева. Внаслідок роздумів людини, навіть не групи людей, а цілих поколінь, вийшло колесо.

Винахід колеса дав колосальний поштовх у розвитку сучасної цивілізації.

Тут хотілося б згадати про цивілізацію давніх інків. Інки - це індіанське плем'я, яке мешкало на землях таких сучасних країн, як Перу, Еквадор, Болівія та інші. Стародавні інки не знали і не застосовували колесо через рельєф земель, які вони займали. Перу - країна гірська, і інками не був помічений той факт, що горезвісна колода, можна переміщати качками.

Так, ми вважаємо, що фізика зародилася з урахуванням збору спостережень, досвіду, інформації. Коли такої інформації накопичилося досить багато, найбільші вчені давнини систематизували накопичені знання, створивши фундаментальну теорію механіки.

Наш невеликий роздум про те, коли зародилася фізика, хотілося б закінчити віршем:

Читай, слухай і розумій,

Частіше думай, думки, пізнавай,

Ти в жанри різні «влітай»

І книги повністю «ковтай»,

Але нічого не упускай!

Врахуй, що всяка розумна людина

Читає книги різних років.

Він у них живе, співає та танцює,

Він знання все там бере

І все дослівно дізнається,

Уважає, мислить, пізнає,

Повернувшись у світ,

Він усім розповість,

Що дарують чудові краєвиди,

Картин з тих чудових долин,

Де життя він подумки прожив

І світ із інших боків відкрив.

За що все життя дякував

Літературне чудове світло,

Пролитий з давніх літ на світ.

Література:

1. Великий енциклопедичний словник, гол. ред. Прохоров А. М. – М.: Велика Російська енциклопедія, 2002. – 1456 с.

2. Житомирський С. В. Вчений із Сіракуз: Архімед. Історична повість. - М: Молода гвардія, 1982. - 191 с.

3. Ожегов С. І., Шведова Н. Ю. Тлумачний словник російської мови: 72500 слів та виразів / Російська АН. інститут російської.; Російський фонд культури. - М: Азъ Ltd., 1992. - 960 с.

4. Царьова М. В. Вірш, «Великий чтива книг», 2015.

Фізика належить до природничих наук, завданням яких є вивчення природи з метою її підпорядкування людині.

У давнину слово «фізика» означало природознавство. Згодом природознавство розчленувалося на ряд наук: фізику, хімію, астрономію, геологію, біологію, ботаніку і т.д.

Серед цих наук фізика займає певною мірою особливе положення, оскільки предметом її вивчення служать всі основні, найбільш загальні, найпростіші форми руху матерії.

Накопичення знань про явища природи відбувалося вже в глибокій старовині. Навіть первісні люди, помічаючи риси подібності та відмінності в явищах навколишнього світу, набували зі своєї практики деяких знань про природу. Надалі систематизування накопичених знань призвело до виникнення науки.

Розширення і уточнення знань про явища природи вироблялося людьми внаслідок практичних потреб за допомогою спостережень, а на вищій стадії розвитку науки - за допомогою експериментів (спостереження - це вивчення явища в природній обстановці, експеримент - відтворення явища в штучній обстановці в цілях виявлення особливостей даного явища в залежності від створених умов).

Для пояснення явищ створювалися гіпотези. Висновки з спостережень, експериментів і гіпотез перевірялися при різноманітній взаємодії науки та практики; практика вказувала способи уточнення наукового досвіду (спостережень та експериментів), виправляла гіпотези, збагачувала науку. Наука своєю чергою збагачувала практику.

У міру того як розширювалося застосування наукових знань до практики, виникала потреба у використанні цих знань для передбачення явищ, для розрахунку наслідків тієї чи іншої дії. Це призвело до необхідності замість розрізнених гіпотез створити узагальнюючі та обґрунтовані теорії.

Вперше потреба в теорії виникла при зведенні будівель та споруд та призвела до розвитку механіки, насамперед вчення про рівновагу. У стародавньому Єгипті та Греції розроблялися статика твердих тіл та гідростатика. Потреба у визначенні часу для землеробських робіт і необхідність визначення напрямку при мореплавстві дали поштовх розвитку астрономії. Цілий ряд відділів знання був обгрунтований і систематизований давньогрецьким мислителем Аристотелем. Його «Фізика» (у 8 книгах) тривалий час визначила загальне фізичне світогляд.

Знання про природу в міру їх накопичення використовувалися пануючими класами у своїх інтересах; в давнину наука знаходилася в руках служителів культу (жерців) і була тісно пов'язана з релігією. Лише у Стародавній Греції наукою почали займатися представники інших привілейованих верств суспільства. Кращі представники античної натурфілософії, тобто філософії природи (Левкіпп, Демокріт, Лукрецій), започаткували матеріалістичне розуміння природи і, незважаючи на крайню недостатність фактичного матеріалу, дійшли уявлення про атомну будову матерії.

Розпад античного суспільства тимчасово призупинив розвиток науки. В епоху середньовіччя християнська церква, що спиралася на панівні класи феодального ладу, надзвичайними жорстокостями, інквізицією, стратами підкорила філософію цілям богослов'я. Фізика Аристотеля догматичним трактуванням її, що виключала можливість прогресу, була пристосована церквою для зміцнення авторитету священного писання. У цей час, головним чином у арабів, які створили великі держави і вели жваву торгівлю з віддаленими країнами, збереглися і отримали деякий розвиток елементи наук, сприйняті від греків і римлян, особливо з механіки, астрономії, математики, географії .

У XV-XVI ст. на основі розгортання європейської торгівлі та промисловості почалися швидке зростання та оформлення спочатку механіки та астрономії, а надалі і наук, що становлять основу промислової техніки, - фізики та хімії. Роботи Коперника, Кеплера, Галілея та його послідовників зробили науку потужним знаряддям боротьби буржуазії з оплотом феодального ладу, що відживав - релігією. У боротьбі з церквою був висунутий науковий принцип: будь-яке справжнє знання засноване на досвіді (на сукупності спостережень і експериментів), а не на авторитеті того чи іншого вчення.

У XVII ст. Велика буржуазія прагнула компромісу з залишками панівних класів феодального ладу. Відповідно представники науки були змушені шукати компроміс із релігією. Ньютон поряд із геніальними науковими роботами написав тлумачення на церковну книгу - апокаліпсис. Декарт у своїх філософських творах намагався довести буття бога. Вчені підтримували хибну ідею про перший поштовх, якого нібито потребував всесвіт, щоб прийти в рух.

Розвиток механіки наклав свій відбиток на наукову теорію на той час. Вчені намагалися розглядати світ як механізм і прагнули пояснити всі явища шляхом зведення їх до механічних переміщень.

У цей період розвитку природознавства величезне застосування набуло поняття сили. При кожному знову відкритому явищі приду-мивалася сила, яка оголошувалась причиною явища. До цього часу у фізиці збереглися сліди цього у позначеннях: жива сила, сила струму, електрорушійна сила тощо.

Наукові теорії цього періоду, що розглядали світ як незмінно рухому машину, заперечували розвиток матерії, переходи руху з однієї форми до іншої. Незважаючи на успіхи в розширенні експериментального матеріалу, наука залишалася на позиції механістичного світогляду.

У XVIII ст. Ломоносов правильно передбачив картину молекулярно-кінетичного будови тіл і висловив вперше єдиний закон вічності матерії та її руху словами: «... всі які у природі зміни відбуваються отже якщо до чогось щось додалося, це віднімається в чего- то іншого ... Так як це загальний закон природи, то він поширюється і на правила руху: тіло, яке своїм поштовхом збуджує інше до руху, стільки ж втрачає від свого руху, скільки повідомляє іншому, їм посунутому ».

У ті роки теорія Канта і Лапласа про розвиток сонячної системи з туманності усунула ідею необхідність першого поштовху.

У ХІХ ст. на основі колосального зростання продуктивних сил у період розквіту промислового капіталізму прогрес науки надзвичайно прискорився. Потреба в потужному та універсальному двигуні для індустрії та транспорту викликала винахід парової машини, а її поява спонукала вчених до вивчення теплових процесів, що призвело до розвитку термодинаміки та молекулярно-кінетичної теорії. У свою чергу на основі термодинаміки виявилося можливим конструювати більш потужні та економічні типи двигунів (парові турбіни, двигуни внутрішнього згоряння). Ми бачимо на цьому прикладі, як практика спонукає до розвитку наукову теорію, а теорія надалі займає провідну роль по відношенню до практики.

Іншим прикладом складної взаємодії теорії та практики є розвиток теорії електрики та електротехніки. Уривчасті відомості про електричні явища були вже давно. Але тільки після того, як було відкрито електричну природу блискавки, а потім було відкрито гальванічний струм, фізика концентрує свою увагу на вивченні електрики. Фарадей, Максвелл, Ленц та ін. розробили фізичні основи сучасної електротехніки. Промисловість швидко використовувала наукові відкриття і широким розвитком техніки відкрила небувалі можливості для наукового експерименту. Дослідження молекулярної будови тіл розкрило електричну природу молекулярних і атомних взаємодій, що у своє чергу призвело наші дні до відкриття атомної форми руху матерії, що розкриває неоглядні перспективи для нової техніки.

Ряд відкриттів - закон збереження та перетворення енергії, теорія електромагнітних хвиль, відкриття електронів і радіоактивності - остаточно повалив вчення про незмінність природи. Механіцизм зазнав аварії.

Правильно оцінити, зрозуміти суть нових наукових відкриттів виявилося можливим лише з позицій створеної Марксом та Енгель-сом філософії діалектичного матеріалізму.

«Діалектичний матеріалізм є світогляд марксистсько-ленінської партії. Воно називається діалектичним матеріалізмом тому, що його підхід до явищ природи, його метод вивчення явищ природи, його метод пізнання цих явищ є діалектичним, а його тлумачення явищ природи, його розуміння явищ природи, його теорія-матеріалістичної».

Явища природи при діалектичному підході до них потрібно розглядати в їх взаємозв'язку, взаємообумовленості, взаємозалежності і в їх розвитку, враховуючи при цьому, що кількісні зміни призводять до корінних якісних перетворень, що розвиток явищ породжується боротьбою прихованих у них протиріч.

Діалектичний підхід до явищ природи забезпечує невикривлене, правильне відображення дійсності в нашій свідомості. Це вирішальна, абсолютна перевага діалектичного методу над усіма іншими підходами до вивчення явищ природи пояснюється тим, що основні риси, що характеризують діалектичний метод, не вигадані довільно, не нав'язують нашому пізнанню штучних, не властивих йому мертвих схем, але, навпаки, точно відтворюють найзагальніші, які мають винятків закони діалектики природи.

Усі науки, зокрема фізика, наочно, кожним фактом підтверджують, що:

по-перше, будь-яке явище відбувається в органічному, нерозривному зв'язку з навколишніми явищами; Бажаючи відокремити явище, розірвати його зв'язок з навколишніми явищами, ми неминуче спотворюємо явище;

по-друге, все існуюче схильне до закономірної і невичерпної зміни, розвитку, властивої самій природі речей;

по-третє, при безперервному розвитку накопичення кількісних змін призводить до переривчастих, стрибкоподібних якісних перетворень; по-четверте, розвиток всього існуючого відбувається у вічній боротьбі протилежних тенденцій, у боротьбі між старим і новим, між відмираючим і тим, що народжується, між тими, хто відживає і розвивається.

Діалектичний метод вивчення явищ природи відбиває ці загальні об'єктивні закони, відтворює у принципах пізнання діалектику об'єктивного світу. Вірне відображення дійсності в нашій свідомості при діалектичному підході до явищ природи зобов'язує визнати діалектичний метод єдиним правильним методом вивчення явищ природи. Тільки діалектичний матеріалізм є строго науковим світоглядом). Всі інші філософські погляди помилкові, відірвані від дійсності, метафізичні.

Проте буржуазія через свої класових інтересів неспроможна прийняти філософію пролетаріату - діалектичний матеріалізм. Вчені ХІХ ст. у своїй науковій роботі було неможливо виходити з переконання у реальності зовнішнього світу, що вони вивчають; тому в своїй роботі вони були стихійними матеріалістами, але у своєму світогляді вони відображали погляди пануючого класу і в тій чи іншій мірі віддавали данину ідеалізму, особливо в питаннях, пов'язаних з філософією. Бурхливе зростання природознавства і водночас занепад буржуазної філософії породили характерні для теоретиків XIX ст. ідеологічний розбрід та недовіра до філософії.

З настанням імперіалізму, в кінці XIX і на початку XX ст., Ідеалізм набув витонченої форми махізму (на ім'я засновника цього вчення австрійського фізика та філософа Ернста Маха). Махісти стверджували, що у своєму «досвіді» ми пізнаємо не властивості об'єктивної реальності, а лише свої власні відчуття. Слід мати на увазі, що слово «досвід» розуміється махістами інакше, ніж матеріалістами. Матеріалісти називають досвідом перевірку практикою теоретичних висновків про закономірності зовнішнього світу; експеримент є вирішальним мірилом вірності тій чи іншій науковій теорії, її відповідності об'єктивної реальності. Для махістів досвід є сукупність наших відчуттів, а наука - їх упорядкування в нашій свідомості.

Різновидом ідеалізму є також агностицизм, що стверджує, що ми пізнаємо явища, але не «річ у собі», яка не пізнається.

У результаті невідповідності між колосальним зростанням позитивних фактичних знань про природу і тими ідеалістичними висновками, які з цих знань прагнуть зробити буржуазні вчені, сучасна фізика переживає глибоку кризу. В. І. Ленін

у книзі «Матеріалізм та емпіріокритицизм» не лише викрив махізм, а й дав глибокий аналіз кризи фізики.

Успіхи нашої країни в будівництві комунізму лякають імперіалістів і в той же час пробуджують політичну активність у мільйонів трудящих у капіталістичних і особливо в колоніальних і залежних країнах, і це змушує діячів капіталістичного світу якими завгодно засобами протидіяти зростанню авторитету та впливу Радянського Спілки. Як один з методів ідеологічної боротьби імперіалістів служить фальсифікація істинної картини розвитку науки: замовчуються, ховаються досягнення Радянського Союзу і принижується роль російських учених у розвитку науки.

Що стосується успіхів радянської фізики, то найкраще про них свідчать два факти: перший - в нашій країні техніка досягла небувалого розквіту, а фізика є основою наукового вдосконалення техніки; другий - Радянська Армія явила всьому світу безприкладну міць своєї зброї, фізика ж, як відомо, грає важливу роль у вдосконаленні військової техніки.

З кожним роком у всіх країнах світу все більший вплив на свідомість народних мас надає філософія діалектичного матеріалу. Прагнучи протидіяти цьому впливу, справжні Господарі імперіалістичних держав щедро заохочують глашатаїв усіляких ідеалістичних течій у науці.

Успіхи сучасної фізики з очевидністю показують торжество діалектичного матеріалізму. Тим не менш друк капіталістичних країн особливо рекламує і вводить в моду такі різновиди фізичних теорій, які своїм безприкладним формалізмом відкривають дорогу для ідеалістичних збочень. Не випадково, що в останні роки зарубіжні наукові журнали з фізики охоче приділяють місце обговоренню деяких неометафізичних теорій. Наприклад, видні зарубіжні вчені зайняті спробами витягти з фізичної теорії відносності висновок про кінцевість всесвіту і обчислити «радіус» і «вік» світу.

А. А. Жданов у виступі на філософській дискусії в 1947 р. показав, що модні зарубіжні ідеалістичні збочення фізики грають прислужницьку роль у поході зарубіжної реакції проти марксизму. «Взяти хоча б вчення англійського астронома Еддінгтона про фізичні константи світу, яке пряменько призводить до піфагорійської містики чисел і з математичних формул виводить такі „істотні константи” світу, як апокаліптичне число 666, і т. д. Не розуміючи діалектичного ходу пізнання ня абсолютної і відносної істини, багато послідовників Ейн-штейна, переносячи результати дослідження законів руху кінцевої, обмеженої області всесвіту на весь нескінченний всесвіт, домовляються до кінцівки світу, до обмеженості його в часі та просторі, а астроном Мілі навіть „підрахував ", Що світ створено 2 мільярди років тому. До цих англійських вчених застосовуються, мабуть, слова їх великого співвітчизника, філософа Бекона про те, що вони звертають безсилля своєї науки в наклеп проти природи.

У рівній мірі кантіанські виверти сучасних буржуазних атомних фізиків приводять їх до висновків про „свободу волі” у електрона, до спроб зобразити матерію лише як деяку сукупність хвиль і до інших чортів» (А. А. Жданов).

Ідеалістичні течії в зарубіжній науці вплинули і на деяких радянських фізиків. Відверта проповідь ідеалізму в нас утруднена тим, що вона зустрічає відсіч з боку наукової громади. Проте внаслідок схиляння перед зарубіжною наукою деякі наші теоретики у прихованій, схоластичній формі іноді виступають із діяльним захистом ідеалістичних концепцій. Вони намагаються довести, що хоча Ейнштейн, Еддінгтон, Бор, Гейзенберг та ін. майстерно повертали фізику на шлях до махізму, але розвинені ними погляди нібито неважко узгодити з діалектичним матеріалізмом, якщо «відкинути махістську фразеологію» і ті ж діалектичними поясненнями». Цю - вкрай небезпечну для нашої вітчизняної фізики - позицію часом виправдовують прагненням не втратити наявні в тих чи інших фізичних теоріях цінні математичні методи. У цьому забувають (чи замовчують), що з удосконалення цих методів давно назріла необхідність розробити іншу методологічну основу їх застосування (див. т. III).

Оманливі заяви, ніби будь-яка «вірна» теорія матерії є ма-теріалістичною. Панівні теорії завжди представлялися сучасним «вірними теоріями», але з часом з'ясовувалося, що в них є тільки зерно істини, а багато, привнесене фізико-філософськими поглядами авторів теорій, виявлялося помилковим. Так, Саді Карно відкрив другий початок термодинаміки, але уявлення про теплороді, що лежало в основі його теорії, через тридцять-сорок років було відкинуто. Ампер відкрив деякі закони електродинаміки, але методологічні основи електродинаміки Ампера виявилися помилковими і були відкинуті разом з уявленням про те, що електрика позбавлена ​​інерції. Найбільші завоювання в оптиці були зроблені Гюйгенсом і Френелем з урахуванням виключених нині уявлень про механічні коливання ефіру, тощо.

Немає жодних підстав абсолютизувати сучасні фізичні теорії; не можна уявляти, що вони виявляться вічними, що подальший розвиток фізики не уточнить їх, і не тільки в деталях, а й у деяких вихідних положеннях.

Діалектико-матеріалістичний підхід до фізичних теорій висвітлює правильні, здорові, прогресивні напрямки в теоретичній фізиці і виявляє методологічно помилкові ланки теорій, виявляє лженауковість окремих теоретичних передумов і висновків, показує, де, в яких припущеннях та чи інша теорія від , яких своїх частинах вона потребує вдосконалення, переробки.

Безсумнівно, знадобиться багато праці та таланту, щоб здійснити необхідну прогресу науки переробку, перебудову деяких фізичних теорій, які їх авторами були розвинені, в махістському чи ідеалістичному дусі. Це завдання важке, але посильне для радянської фізики, яка вже показала свою зрілість і силу.

Вступ

Фізичні уявлення античності та Середніх віків

Розвиток фізики у Новий час

Перехід від класичних до релятивістських уявлень у фізиці

Сучасна фізика макро- та мікросвіту

Висновок


Вступ

Фізика протягом усієї нової та новітньої історії була лідером наукового прогресу. Її концепції та методи служили зразками для інших наук, тобто вона була як би парадигмою природничо пізнання в цілому. І лише у другій половині ХХ століття розвиток інших напрямів призвело до того що, що фізика стала втрачати своє абсолютне лідерство. Але й сьогодні у багатьох відношеннях науково-технічний прогрес базується на основних фізичних концепціях та на тих розробках приватних питань, які з цими основними концепціями пов'язані.

Узагальнюючі фізичні теорії цілком законно прагнуть розкрити найбільш глибоку основу ще ширшого кола явищ, але думка фізиків не задовольняється ці і по інерції спрямовується до конкретно - фізичного пояснення устрою всього світу загалом. І не раз здавалося, що ця мета вже досягнута - то у вигляді класичної механіки, потім у вигляді термодинаміки, тепер у вигляді узагальнюючих теорій полів та елементарних частинок. Але час і нові відкриття невблаганно змушують визнати нездійсненність таких сподівань. Щодо всього світу загалом доводиться обходиться лише філософськими роздумами та узагальненнями, лише загальною теорією діалектики, лише якісними оцінками, а чи не кількісними розрахунками.

1. Фізичні уявлення античності та Середніх віків

Термін «фізика» з'являється в античній філософській та науковій думці у VI-V століттях до нашої ери. Фізиками тоді називали тих мислителів, які намагалися дати більш-менш цілісну картину світу, що оточує людину. У цьому мало уваги звертали те що, яким чином, з яких методів і пізнавальних процедур виникає це знання. До того ж картину світу, яку вони розробляють, вони вважали абсолютною істиною, яка не потребує жодного подальшого уточнення. І все ж таки вони висунули, майже не звертаючись до реального досвіду, низку принципових ідей, які згодом набули розвитку у фізиці Нового часу і навіть стали основою її подальшого прогресу.

Найбільш фундаментальною ідеєю в цьому відношенні був принцип атомізму, який дозволив Демокриту та Епікур якісно пояснити виникнення різноманіття в навколишньому світі і показати, що для цього досить порівняно простих моделей. Так, відмінність двох будь-яких речей повністю пояснюється лише трьома властивостями: числом атомів, у тому числі вони складаються; формою цих атомів, що адекватно описується геометрією; відносинами між атомами.

Будь-яка зміна речі, як кількісна, так і якісна, залежить від зміни цих трьох характеристик та від їхнього співвідношення. Таке розуміння фізичної реальності призвело до уявлення про нескінченність світу і одночасно до твердження, що основа фізичної реальності, тобто атоми, абсолютно незмінні, отже, вони існують поза часом. Тим самим було формулювався принцип несотворимості та незнищеності речовини та матерії. Щоправда, для атомістів матерія існувала у двох формах: як атоми, чи повне, як і порожнеча.

Таким чином, абстрактне протиріччя рухомої матерії, сформульоване ще Гераклітом як єдність буття і небуття, набуло конкретної фізичної форми як відношення повного і порожнього. Повне – це буття, порожнє – небуття. Протилежності виявились при цьому абсолютно розділеними, що надовго зумовило розвиток фізичних парадигм. Тут була поставлена ​​ще одна проблема, а саме проблема елементарності, тобто атоми абсолютно елементарні. Адже вони у жодний спосіб не виявляють своєї внутрішньої структури, вони абсолютно неподільні.

Ця модель фізичної реальності використовувала і такі парадигми, які продовжували відігравати важливу роль протягом усієї наступної історії фізики, їх корінний перегляд відбувся по суті лише у XX столітті, оскільки тільки з розвитком квантової механіки та дослідженнями елементарних частинок були в принципі переглянуті поняття вакууму та елементарності.

Хоча античні мислителі розробляли різні аспекти розуміння фізичних явищ, де вони торкалися самої суті фізичної реальності. Вирішальне значення подальшого розвитку фізики, та й всього природознавства мали три концепції. Це атомізм Демокріта та Епікура, концепція виникнення порядку з хаосу Емпедокла та Анаксагора та фізика Аристотеля, в якій він спробував дати опис руху виходячи з принципів своєї філософії. Аристотель слідом за Платоном вважав, що логічно то, можливо виражено лише те, що має у собі протиріччя. Але зміна, рух суперечливі, тому пізнання спрямоване те, що причиною руху, зміни. Такою причиною, за Арістотелем, є форма, тобто система загальних властивостей. Форма одночасно і причина руху, зміни та мета процесу. Оскільки форма незмінна, слід висновок, згідно з яким рух відбувається лише остільки, оскільки діє його причина. Усунення причини усуває і рух. Це твердження Арістотеля стало панівним у середньовічній фізиці, яка розроблялася в європейських університетах та по суті залишалася в рамках філософії. І хоча робилися спроби переглянути цю арістотелівську парадигму, вона продовжувала панувати у фізичних уявленнях аж до XVII століття.

Галілей завдав першого серйозного удару по цій фізичній парадигмі. Введення принципу інерції показало, що й тіло рухається прямолінійно і рівномірно, воно зберігатиме цей стан і тоді, коли нього не діятиме ніяка сила. Таким чином, стосовно механічного руху було сформульовано принцип тотожності протилежностей. Виявилося, що стан рівномірного і прямолінійного руху та стан спокою настільки тотожні, що, перебуваючи всередині системи, жодним механічним експериментом не можна виявити, рухається вона чи спочиває.

Саме це парадигми і визначили перший етап розвитку фізики Нового часу.


Подальший розвиток фізики, зокрема, здійснений Ньютоном, був лише розвитком фундаментального відкриття Галілея. Однак при цьому було введено у фізику деякі парадигмальні ідеї. По перше. Ньютон по суті розуміє атомізм чи корпускулярну концепцію матерії можливо під впливом робіт Бойля, але поширює це теорію світла, розглядаючи світло як потік корпускул. У той же час, явно чи неявно, Ньютон припускає дві дуже суттєві ідеалізації. По-друге, миттєвість дії та далекодія, принаймні для сил гравітації. Тим самим було вводиться припущення про існування позачасового процесу. Адже як миттєвість дії, так і далекодія виключають тимчасову характеристику взаємодії. По-третє, Ньютон припустив, що простір та час – це самостійні та незалежні від матерії сутності. Усі фізичні процеси розгортаються у часі та просторі, але з взаємодіють із нею.

Використовуючи ці уявлення про фізичну реальність, Ньютон побудував першу космологічну модель. Відповідно до цієї моделі у нескінченному просторі відносно рівномірно розподілені зірки, їх також нескінченно багато. Якби простір був звісно чи число зірок було кінцевим, то сили гравітації стягнули б усі зірки на єдине тіло. Стійкість космосу заснована, таким чином, на нескінченності простору, нескінченному числі зірок та відносної рівномірності розподілу цих зірок у просторі.

Успіхи механіки в ХVII-ХVIII століттях привели як самих фізиків, так і філософів-матеріалістів до методологічної установки парадигмального характеру: пізнати щось - це означає побудувати механічну модель області, що вивчається, і таким чином звести її до законів механіки. Ці закони є найбільш фундаментальними, і будь-який інший закон – це лише конкретизація законів механіки. Ця установка настільки міцно увійшла до тями фізиків, що навіть Максвелл, творець теорії електромагнітного поля, спочатку намагався пояснити його, використовуючи механічні моделі. Навіть у 1900 році загальновизнаний авторитет у фізиці того часу Томпсон, він же лорд Кельвін, стверджував, що принципово нових відкриттів у фізиці не можна очікувати, всі такі відкриття вже зроблені, - це закони механіки. Нова парадигмальна структура у фізиці починає формуватися у зв'язку з вивченням електромагнітних явищ. Спочатку, звісно, ​​робляться спроби розглянути ці явища у системі парадигм, до якої фізиків привчила механіка. Замість мас, що тяжіють, тепер розглядаються електричні заряди, які притягуються або відштовхуються за законом, аналогічним закону тяжіння. Проте невдовзі з'ясувалося, що з електромагнітними явищами пов'язані такі закономірності, із якими класична механіка у відсутності справи. Тому довелося переглянути саму субстанцію фізичних явищ. Вивчення світла показало, що корпускулярна модель, яку використовував сам Ньютон, є недостатньою. Більш адекватною виявилася хвильова модель. Але для поширення хвиль потрібне середовище, і як таке середовище був постульований ефір. Таким чином, атоми та ефір – це дві субстанції, які мали дозволити звести всі фізичні явища до законів механіки. Однак Максвелл у своїх останніх роботах відмовляється від механічних моделей і виводить рівняння теорії електромагнітного поля. Дослідження цієї теорії показали, що вона зовсім не потребує механіки, що відноситься до свого власного емпіричного матеріалу так само, як і класична механіки до свого. Це дві незалежні теорії, що описують якісно різноманітні процеси.

Однак парадигма, що панувала ще у фізиці, вимагала редукції одних законів до інших. Тому замість механічної картини світу виникають спроби збудувати електромагнітну картину світу, що включає пояснення механічних явищ. Таким чином, створення теорії електромагнітного поля стало завершенням того процесу, який суттєво змінив парадигмальну структуру фізичного мислення. Електромагнітні процеси розгортаються у будь-якому середовищі, зокрема у вакуумі, і тому вакуум, у якому реалізуються ці процеси, не є абсолютною порожнечею.

Оскільки завдяки електромагнітним моделям було виявлено єдність таких, здавалося б, різнорідних процесів, як електрика, магнетизм, світло, то природно було очікувати, що в основі цих процесів лежить та сама субстанція, тобто ефір. Тим часом зіставлення дослідів Фізо та Майкельсона – Морлі показало, що поняття ефіру суперечливе. Він має одночасно захоплюватися рухом Землі і захоплюватися. Але суперечливе поняття може бути основою теоретичних моделей. Відкриття фотоефекту показало, що світло, тобто електромагнітне коливання, одночасно має як хвильову, так і корпускулярну природу. Таким чином, ефір виявився непотрібним, оскільки він не в змозі пояснити подвійну природу електромагнітних процесів.

Перехід від механічних моделей фізичних процесів до електромагнітних принципово змінює одну з фундаментальних парадигм, що походить від античного атомізму. Для всієї фізики від античності, до другої половини ХІХ століття панувала парадигма, за якою носієм властивостей, суб'єктом фізичної реальності є частки, корпускули тощо. Тепер виявилося, що таким носієм і відповідно суб'єктом є поле. Але поле на відміну корпускул, безперервно. Відповідно до математичного визначення поле, на відміну речовини, - це система, що має нескінченним числом ступенів свободи.

3. Перехід від класичних до релятивістських уявлень у фізиці

Свій розвиток концепція поля отримала теорії відносності. У роботах Пуанкаре та Ейнштейна було закладено основи нового розуміння фізичної реальності. Згідно з Пуанкаре, якщо ми стикаємося з ситуацією, в якій відомі нам фізичні закони вже не можуть пояснити емпіричні факти, існує дві можливості вирішення проблеми: можна змінити, по-перше, самі закони, а по-друге, - простір та час. При цьому ми отримаємо тотожні за наслідками вирішення проблеми. Однак легше зробити перетворення властивостей простору та часу. Лоренц показав, як це можна зробити математично, а Мінковський побудував для цієї мети таке математичне уявлення простору-часу, яке виявило їхній нерозривний зв'язок.

В основі цих математичних побудов лежало узагальнення ідеї, яка походить від принципу відносності Галілея. Як мовилося раніше, відповідно до цього принципу, перебуваючи всередині системи, неможливо з допомогою механічного експерименту з'ясувати, рухається ця система чи спочиває, за умови, що система інерційна, тобто перебуває у стані спокою чи рівномірного і прямолінійного руху.

Цей принцип ототожнює рух та спокій лише з погляду механічного руху. Але на початку XX століття фізика вже мала справу з якісно різноманітними процесами. Звідси природне узагальнення принципу Галілея: перебуваючи всередині інерційної системи, ніяким фізичним експериментом не можна виявити, чи рухається вона чи спочиває. Отже, тотожність спокою та руху узагальнюється стосовно будь-якого фізичного процесу. Але для того, щоб побудувати спеціальну теорію відносності, потрібен другий постулат, і як такий постулат був використаний результат експерименту Майкельсона - Морлі, згідно з яким швидкість світла у вакуумі не залежить від швидкості джерела світла. Для вакууму ця величина стала і взагалі є межею швидкості для всіх фізичних взаємодій. Застосовуючи математичний апарат Лоренца і Мінковського і запровадивши низку епістемологічних припущень, заснованих на уявному експерименті, можна показати. По-перше, немає універсального способу виявлення одночасності подій, оскільки цього необхідно обмінюватися сигналами, а швидкість проходження сигналу кінцева. Отже, два спостерігачі, які рухаються щодо один одного, отримають різні результати при спробі встановити одночасність тієї самої події. По-друге, при роздільному вимірі просторового та часового інтервалу ми, залежно від системи відліку, отримуватимемо різні значення. Абсолютною величиною, яка не залежить від спостерігача, має лише просторово-часовий інтервал.

Незважаючи на всю революційність цієї концепції простору та часу як основи розуміння всіх фізичних процесів, її нерідко належать до класичної фізики. Справа в тому, що теорія відносності зберегла те розуміння детермінізму, яке було парадигмальним для класичної фізики, тоді як із створенням квантової механіки було переглянуто лапласовський детермінізм. Йому на зміну прийшло уявлення про імовірнісну детермінацію та невизначеність як невід'ємну характеристику будь-якої фізичної взаємодії.

У спеціальній теорії відносності тотожність спокою і руху було представлено в узагальненій формі, оскільки йдеться не тільки про механічні взаємодії, але про будь-які фізичні експерименти і, отже, про те, що будь-які фізичні закони інваріантні, в інерційних системах. Але навіть таке узагальнення є неповним. Адже йдеться лише про інерційні системи.

Наступний крок, що узагальнює принцип тотожності спокою та руху у фізичних процесах, мав полягати у тому, щоб поширити його і на прискорений рух. Це було зроблено у загальній теорії відносності. У ній стверджувалося, що ніяким фізичним експериментом, перебуваючи всередині системи, не можна з'ясувати, чи покоїться система чи рухається, незалежно від того, яким є цей рух. Іншими словами, було запроваджено принцип тотожності гравітаційної та інерційної маси.

Така постановка проблеми руху та фізичної взаємодії взагалі призвела до зміни розуміння простору та часу. Гравітацію можна було подати як кривизну простору, що залежить від розподілу в ньому мас, що тяжіють. Цілком природним видавався висновок, доведений Ейнштейном та Інфельдом, згідно з яким загальна теорія відносності є третім та останнім етапом у розвитку теорії руху. Адже принцип тотожності спокою та руху отримав у ній граничне узагальнення.

Створення загальної теорії відносності дозволило по-новому поставити проблему створення космологічних моделей. Хоча аж до XX століття астрономи виходили з ньютонівської моделі Всесвіту, проте вже в XIX столітті з'ясувалося, що ця модель містить у собі протиріччя фактам, що спостерігаються. Найяскравіше це виявилося у так званому фотометричному та гравітаційному парадоксах. Як показав Ольберс, якщо простір нескінченно й рівномірно заповнений зірками, їх світло має підсумовуватися і, отже, нічне небо має світитися з яскравістю Сонця, оскільки Сонце зі своєї світності середня зірка. Проте цього немає. Отже, щось у припущеннях, на яких побудовано цю модель, не так. Згодом Зейлегер довів так званий гравітаційний парадокс. Згідно з цим парадоксом, якщо в просторі нескінченно багато тіл, то сили тяжіння підсумовуються і прискорення в будь-якій точці простору під дією цих сил буде нескінченно більшим.

Єдиний спосіб позбутися цих парадоксів за збереження світу у просторі у тому, щоб прийняти певні співвідношення між зірками і зірковими системами. Якщо ці відстані вишиковуються в ряд Даламбера, який сходиться, то парадокси зникають, але при цьому кількість речовини в просторі прагне нуля. Оскільки ньютонівська модель була побудована на основі класичної механіки, то зі створенням механіки релятивістської, тобто механіки теорії відносності, з'явилася можливість побудувати принципово нову космологічну модель. Припустивши певну щільність речовини у Всесвіті, дещо більшу величини грамів на десять мінус двадцять дев'ятого ступеня на кубічний сантиметр, Ейнштейн отримав космологічну модель Всесвіту у вигляді чотиривимірної множини подій у формі циліндра з кінцевим радіусом і нескінченною тимчасовою віссю. При цьому він розглянув лише рішення рівнянь, яке описувало стаціонарну модель.

Як показав згодом Фрідман, ці рівняння мають і нестаціонарне рішення. При цьому простір або стискатиметься, або розширюватиметься. При позитивній кривизні, коли густина маси вище критичної, кривизна позитивна і «Всесвіт» стискається, при густині меншої критичної кривизна негативна і «Всесвіт» розширюється. Коли в 1929 році Хаббл виявив червоне зміщення в спектрах віддалених Галактик, він витлумачив його за принципом Доплера, згідно з яким при видаленні джерела коливань частота коливань, що йде від нього, зменшується, що для світла і означає зрушення в червоний бік спектру. Це було сприйнято як підтвердження висновку Фрідмана про нестаціонарність Всесвіту, а точніше про те, що Всесвіт розширюється.

Теорія відносності справила революцію насамперед у розумінні мегамиру і лише пізніше з'ясувалося, що на рівні мікросвіту також діють закони, сформульовані в ній.

хаос релятивістський фізика анаксагор

4. Сучасна фізика макро- та мікросвіту

Найбільш фундаментальним результатом, який змінив одну з основних парадигм фізики, був висновок, що всі фундаментальні фізичні закони мають статистичний характер. Вирішальне значення у своїй мало відкриття принципу невизначеності Гейзенберга. Відповідно до цього принципу дельта X, помножена на дельта P, більше, дорівнює H.

При зменшенні однієї з цих похибок друга зростає і, таким чином, стан елементарної частки завжди невизначений. Але якщо вихідний стан може бути точно визначено, то більше виявляється невизначеним наступне стан частки. Важливо, що така невизначеність властива як становищу частинки у просторі, а й її енергетичному стану. Отже, з фізичної точки зору невизначеність виявляється невід'ємною властивістю будь-якої фізичної взаємодії у всіх формах її прояву.

Розвиток теорії елементарних частинок та квантової механіки дозволило поставити низку фундаментальних фізичних та філософських проблем. По-перше, це питання невичерпності фізичної реальності вглиб. Подібно до того, як Ейнштейн та Інфельд довели теорему, згідно з якою загальна теорія відносності дає настільки повний опис руху, що ніякий подальший якісний прогрес у цій галузі вже неможливий, так само фон Нейман довів теорему про приховані параметри. Відповідно до цієї теореми, закони квантової механіки – це останній ступінь в описі фізичних взаємодій у мікросвіті. Більш глибокого опису може бути. Якщо приховані параметри існують, вони можуть проявитися. Тому закони квантової механіки можуть ґрунтуватися не на інших фізичних закономірностях, а лише на законах великих чисел, тобто на математичній структурі. У цьому пункті фізика знову повернулася до піфагорійського обгрунтування фізичної реальності.

Тим часом дослідження в галузі елементарних частинок були спрямовані на те, щоб знайти глибший рівень організації елементарних частинок. Довгий час здавалося, що теорема фон Неймана у певному сенсі підтверджується експериментом. Таке підтвердження бачили в тому, що при спробі виявити структуру елементарної частинки, знайти ті частинки, з яких вона складається, щоразу виникала парадоксальна ситуація, яка якісно відмінна від взаємодії на мікрорівні. Макротела при досить сильному зовнішньому вплив розпадаються на ті частини, з яких вони складаються. На відміну від цього, якщо ми прикладаємо до елементарної частки навіть таку енергію, яка перевершує її власну, тобто E = M * C2, де M - маса частки, яку здійснюється вплив, вона не руйнується, а породжує частинки того ж рівня. Тому почали говорити, що невичерпність фізичної реальності лише на рівні мікросвіту у тому, що є глибший, більш тонкий рівень організації, а тому, що різноманіття елементарних частинок утворює невичерпне безліч властивостей і взаємозв'язків.

І все-таки прагнення знайти глибший структурний рівень організації матерії зберігається. На цьому шляху було створено кілька теорій, які частково отримали підтвердження експерименту. Такою є, наприклад, теорія кварків, теорія партонів, тобто часткових частинок, які не існують поза цілим, тобто поза своєю частинкою. Хоча сьогодні вже відкрито сотні елементарних частинок, більшість із них мають дуже короткий період життя, і лише кілька частинок є стабільними, наприклад електрон, протон, фотон, нейтрино.

Будь-яка взаємодія лише на рівні елементарних частинок здійснюється через віртуальні частки. Вони пов'язують між собою елементарні частки. Наприклад, за допомогою пі-мезон протони взаємодіють з нейтронами, завдяки чому атомні ядра стійкі. Віртуальні частки залишаються остаточно незрозумілими і дуже загадковими. З одного боку, вони реально існують, оскільки без них не було б взаємодії, атомні ядра розвалилися б, а електрони не могли б обертатися атомними орбітами. З іншого боку, їхнє безумовне існування багато теоретиків не визнають, оскільки в цьому випадку порушується закон збереження енергії. Тому доводиться за Гераклітом стверджувати, що вони одночасно як існують, і не існують.

Завдяки дослідженню області квантової механіки та елементарних частинок з'явилася можливість по-новому поглянути на вакуум. Виявилося, що у вакуумі постійно виникають і зникають парами частинки та античастинки. Однак час існування настільки мало, що експериментально виявити їх неможливо. Виявлення таких частинок суперечило принципу невизначеності Гейзенберга. Саме через стислість існування частинок вакууму тіла, що рухаються в ньому, практично не відчувають опір. Однак спеціальними експериментами, заснованими на математичних моделях, можна побічно виявити появу та зникнення віртуальних пар частинок та античастинок. Тут також ми маємо ситуацію, коли частки присутні у вакуумі і водночас їх там нема.

Вже в 1930-ті роки стало зрозуміло, що в основі всіх фізичних явищ лежать чотири види взаємодій. Це гравітаційне, що має вирішальне значення на макро- та мегарівнях організації фізичної реальності; електромагнітні, що виявляються на мікро- та макрорівнях; сильні взаємодії, що визначають внутрішньоядерні сили; слабкі взаємодії, що визначають розпад протонів. При цьому відразу постало питання: чи можна ці сили звести до певної єдності, тобто виникла проблема створення єдиної теорії поля. Природно, спочатку спробували йти тим шляхом, який завжди давав хороші результати, тобто здійснити редукцію одних законів до інших. Так, Ейнштейн багато років намагався створити єдину теорію поля, прагнучи вивести із загальної теорії відносності три інші взаємодії. Невдача, яка спіткала його цьому шляху, визначалася тим, що успішно вивести одне з іншого можна лише тоді, коли це відбиває об'єктивну зв'язок. Тим часом усі чотири взаємодії є наслідком більш загальної вихідної взаємодії. Успіх з'явився лише тоді, коли потреба пояснити Великий вибух змусила підійти до цієї проблеми еволюційно і розпочати при цьому із найпростішого – з вакууму. Саме так розробляється ця проблема у моделях Великого вибуху. Якщо спочатку передбачалося, що вихідним станом еволюції нашого Всесвіту було особливе, надщільне згущення речовини та енергії, а потім завдяки вибуховому процесу пішов синтез елементарних частинок і тим самим виник той вихідний стан, в якому вже діяли відомі нам чотири фізичні взаємодії, то в сучасній космології як вихідний стан приймають вакуум.

Великий вибух розглядається як флуктуація вакууму, в процесі якої порушилася відносна рівновага сил тяжіння та відштовхування, що призвело до колосального виділення енергії.

Таким чином, наш Всесвіт виникає з того, що є гранично простим у сучасній фізичній реальності, тобто із вакууму, або з «нічого». Гегель у своїй «Логіці» стверджував, що розвиток йде від нічого через щось до нічого. В.І. Леніну це твердження здалося сумнівним, він писав із цього приводу, що до нічого буває, але з нічого не буває. Але з погляду моделі Великого вибуху, саме з «нічого» і виникає наш Всесвіт. Адже саме поняття «небуття» у філософії Гегеля є відносно, оскільки воно тотожне поняттю «буття». Тому починати з буття чи небуття немає у цій філософії принципового значення. Кожне з цих понять безпосередньо перетворюється на інше, даючи цим поняття «становлення». А становлення породжує готівкове буття, тобто таку визначеність, де вже задано якість. Приблизно так само і в космологічної моделі Великого вибуху. Внутрішнє протиріччя, закладене у вакуумі, породжує процес, а результат процесу - визначеність законів фізичної реальності.

Висновок

Формування наукової картини світу в епоху становлення та розвитку класичного природознавства значною мірою залежало від відносин, що швидко змінюється, між натурфілософським знанням і знанням, заснованим на досвідченому дослідженні. Пріоритет наукового знання, що дедалі посилюється, і у зв'язку з цим акцентована увага до методологічної та гносеологічної проблематики привела до заміни натурфілософської картини світу концепціями природи, в центрі яких виявлялися фундаментальні для даної епохи галузі природознавства.

У той самий час процес формування справді наукової картини світу був досить суперечливий. Так, хоча натурфілософія і гуманізм справили руйнівний вплив на середньовічну схоластику, вони побуту ще не в змозі повністю витіснити світогляд елементів схоластичного перипатетизму і містики. Лише з виникненням класичної механіки та астрономії заснованих на аксіоматиці та розвиненій математиці, картина світу набуває суттєвих рис наукового світогляду. Визначну роль у цьому процесі зіграла нова геліоцентрична парадигма Коперника, галілеївський образ науки, ньютонівська методологія у побудові системи світу. Стало можливим формування наукової картини світу, основу якої лежало емпірично обгрунтоване знання.

На даний момент наукою встановлено величезне різноманіття матеріальних об'єктів, що становлять мікро, макро та мега світи, але залишається відкритим питання, чи вичерпують ці відкриття все існуюче взагалі. Розмаїття матерії та її рух нескінченно, причому як кількісно, ​​а й якісно. Принцип якісної нескінченності природи означає визнання необмеженого різноманіття структурних форм матерії, що відрізняються найбільш фундаментальними законами буття.

Список використаної літератури

1.Введення в історію та філософію науки. М: Академічний Проект, 2005 -407 с.

.Войтов, А.Г. Історія та філософія науки: навчальний посібник для аспірантів – М.: Дашков та К, 2007 – 691 с.

.Горєлов А. А. Концепції сучасного природознавства. – К.: Центр, 2007. –226 с.

.Гусейханов М. К., Раджабов О. Р. Концепції сучасного природознавства. -М.: ВТК «Дашков і К °», 2008. – 378 с.

.Небіл Б. Наука про довкілля. Як улаштований світ. – К.: Світ, 2010. – 280 с.

Вступ

Зростання фізики не тільки впливало на ідеї про матеріальне
світі, математики та філософії, але також і перетворював людське
суспільство, шляхом вдосконалення його технологій, загалом. Фізика – це
не тільки знання, а й, що навіть швидше за все, практичний досвід.
Наукова революція, яка розпочалася у XVI столітті, є зручним кордоном
між давньою думкою та класичною фізикою. Рік 1900 - початок більше
сучасної фізики. Постали нові питання, які і сьогодні ще
дуже далекі від завершення.

Альберт Ейнштейн



На початку XX ст.
фізика зіштовхнулася із серйозними проблемами. Почали виникати
протиріччя між старими моделями та емпіричним досвідом. Так,
наприклад, спостерігалися протиріччя між класичною механікою та
електродинаміки при спробах виміряти швидкість світла.
З'ясувалося, що вона залежить від системи відліку. Фізика того часу
також була нездатна описати деякі мікроефекти, такі як атомні
спектра випромінювань, фотоефект, ефект Комптону, енергетична рівновага електромагнітного випромінювання та речовини. Таким чином, була потрібна нова фізика.

Основним ударом по старій парадигмі стали дві теорії: це теорія відносності Ейнштейна та Квантова фізика. Загальна теорія відносності була створена в 1916 р.
році, і вона дозволила зв'язати в одних рівняннях гравітаційну та
інертну масу. Необхідність у другій фізичній революції виникла
у зв'язку з відкриттям мікросвіту елементарних частинок, і навіть багатьох явищ, що з ними.

До другої половини XX століття у фізиці склалося уявлення, що
всі взаємодії фізичної природи можна звести до всього чотирьох
типів взаємодії:

  • гравітація
  • електромагнетизм
  • сильна взаємодія
  • слабка взаємодія

В останню декаду XX століття нагромадилися астрономічні дані, що підтверджують існування космологічної постійної, темної матерії та темної енергії. Ідуть пошуки загальної теорії поля - теорії всього, яка описала б усі фундаментальні взаємодії узагальненим фізико-математичним чином. Одним із серйозних кандидатів на цю роль є М-теорія, яка, у свою чергу, – недавній розвиток теорії суперструн.

Все більше проблем пов'язано з еволюцією Всесвіту, з її ранніми
етапами, з природою вакууму, і, нарешті, із остаточною природою
властивостей податомних частинок Часткові теорії в даний час
найкращим, що фізика може запропонувати в даний час. Див. також Останні досягнення у фізиці.

Список невирішених проблем у фізиці постійно множиться; однак,

"Ми більше атома, але, здається, вже знаємо про нього все." - Річард Фейнман

Рання фізика

За своєю природою, людина - істота цікава. Ще з давніх часів
його почали цікавити речі, які здавалися раніше звичайними, що стосуються
до навколишнього світу. Тоді давно основною причиною цієї цікавості,
найімовірніше, був страх. І лише небагатьох це цікавило із чистого
цікавості, цікавості заради цікавості.

Справді, чому, наприклад, відбувається тяжіння, чому
різні матеріали мають різні властивості? Ну чому ж сонце заходить з
одного боку, а сходить з іншого?! Люди завжди цікавилися світом.
Багато властивостей природи приписувалися богам. Неправильні теорії
набували властивостей релігії. Їх передавали із покоління до покоління.
Багато теорій того часу були значною мірою викладені у формі
філософських рядків. Мало було людей, які готові в них сумніватися. Тим
більше на тому етапі розвитку наявність будь-якої теорії чи відсутність такої
великого впливу життя не надавало.

Антична фізика

Засобів для перевірки теорій та з'ясування питання, яка з них вірна,
у давнину було вкрай мало, навіть якщо йшлося про земні щоденні
явищах. Єдина фізична величина, яку вміли тоді
досить точно вимірювати – довжина; пізніше до неї додався кут. Еталоном часу служила доба,
які у Стародавньому Єгипті ділили не на 24 години, а на 12 денних та 12
нічних, так що було дві різні години, і в різні сезони
тривалість години була різною. Але навіть коли встановили звичні
нам одиниці часу, через відсутність точних годин більшість
фізичні експерименти були просто неможливо провести. Тому
Звісно, ​​замість наукових шкіл виникали напіврелігійні вчення.

Переважала геоцентрична система світу, хоча піфагорійці розвивали і піроцентричну, в якій зірки, Сонце, Місяць і шість планет звертаються навколо Центрального вогню. Щоб всього вийшло священне число небесних сфер (десять), шостою планетою оголосили Противозімлю. Втім, окремі піфагорійці (Аристарх Самоський та ін.) створили геліоцентричну систему. У піфагорійців виникло вперше і поняття ефіру як загального наповнювача порожнечі.

Перше формулювання закону збереження матерії запропонував Емпедокл у V столітті до н. е.:

Ніщо не може статися нічого, і ніяк не може те, що є, знищитися.

Пізніше аналогічну тезу висловлювали Демокріт, Арістотель та інші.

Термін «Фізика»
виник як назва одного із творів Арістотеля. Предметом цієї
науки, на думку автора, було з'ясування першопричин явищ:

Оскільки наукове знання виникає при всіх дослідженнях, які
простягаються на початку, причини або елементи шляхом їх пізнання (адже ми
тоді впевнені у пізнанні будь-якої речі, коли дізнаємося її перші причини,
перші початку і розкладаємо її до елементів), то ясно, що і в
науці про природу треба визначити насамперед те, що відноситься до
початків.

Такий підхід довго (фактично до Ньютона)
віддавав пріоритет метафізичним фантазіям перед дослідним дослідженням.
Зокрема, Аристотель та його послідовники стверджували, що рух
тіла підтримується прикладеною до нього силою, і за її відсутності тіло
зупиниться (за Ньютоном, тіло зберігає свою швидкість, а діюча
сила змінює її значення та/або напрямок).

Деякі античні школи запропонували вчення про атоми як першооснову матерії. Епікур навіть вважав, що свобода волі людини викликана тим, що рух атомів схильний до випадкових зсувів.

Окрім математики, елліни успішно розвивали оптику. У Герона Олександрійського
зустрічається перший варіаційний принцип «найменшого часу» для
відбиття світла. Проте в оптиці стародавніх були і грубі помилки.
Наприклад, кут заломлення вважався пропорційним куту падіння (цю
помилку поділяв навіть Кеплер). Гіпотези про природу світла та кольоровості були численні та задоволені безглуздими.

Індійський внесок


Таблиця механіки, 1728 Cyclopaedia.



У пізню Vedic еру (з IX до VI ст. до н.е.), астроном Яджнаволк'я
(Yajnavalkya), у своїй Shatapatha Brahmana, згадано раннє поняття
геліоцентр (heliocentrism), в якому Земля була круглою, і Сонце
було «центром сфер». Він виміряв відстані від Місяця та Сонця до Землі
у 108 діаметрів самих об'єктів. Ці значення практично збігаються з
сучасними: для Місяця – 110.6, і для Сонця – 107.6.

Індуси представляли світ, що складається з п'яти основних елементів: земля, вогонь, повітря, вода та ефір/простір. Пізніше, з VII ст. до н.е., вони сформулювали теорію атома,
з Kanada та Pakudha Katyayana. Шанувальники теорії вважали, що
атом складається з елементів, до 9 елементів у кожному атомі, кожен
елемент має до 24 властивостей. Вони розвивали такі теорії, як
атоми можуть об'єднуватися, реагувати, вібрувати, переміщатися та
виконувати інші дії. Також розроблялися теорії того, як атоми
можуть сформувати подвійні молекули, які об'єднуються далі, щоб
сформувати ще більші молекули, і як частинки спочатку об'єднуються в
пари, а потім група в тріо пар, які є найменшими видимими
одиницями матерії. Ці сходження із сучасними атомними теоріями
приголомшують уяву. Ще в індусів атоми були частинками, що діляться, до
чого ми здогадалися лише у 30-х роках ХХ століття, і що започаткувало початок
всієї ядерної енергетики.

Принцип відносності (щоб не переплутати з теорією відносності Ейнштейна)
був доступний у зародковій формі з VI ст. до н.е. в стародавньому індійському
філософське поняття «sapekshavad», буквально «теорія відносності»
на Санскриті.

Дві школи, Samkhya і Vaisheshika, розвивали теорії світла з VI-V ст.
до зв. е. Згідно з школою Samkhya, світло - одне з п'яти фундаментальних
елементів, у тому числі з'являються більш важкі елементи. Школа
Vaisheshika визначила рух у термінах миттєвого руху
фізичні атоми. Промені світла вважалися потоком високих швидкісних
атомів вогню, які можуть виявляти різні особливості в
залежно від швидкості та мір цих частинок. Буддисти
Дігнга (V ст.) та Dharmakirti (VII ст.) розвивали теорію світла, що складається
з частинок енергії, подібних до сучасного поняття фотонів.

Почесний австралійський фахівець із індійської культури (indologist)
A. L. Basham зробив висновок, що «вони були блискучими образними поясненнями
фізичної структури світу, і переважно погодилися з відкриттями
сучасної фізики.

499 року астроном-математик Арьябхата (Aryabhata) представляв на обговорення детальну модель
геліоцентричної сонячної системи тяжіння, де планети обертаються
навколо своєї осі (змінюючи таким чином день та ніч) та мають
еліптичну орбіту (придбавши таким чином зиму та літо).
Дивно, що в такій системі місяць не був джерелом світла, а
тільки відбивала сонячне світло від своєї поверхні. Арьябхата також
правильно пояснив причини сонячних та місячних затемнень та передбачив їх
часи, дав радіуси планетарних орбіт навколо Сонця, і точно виміряв
довжини дня, зоряного року, та діаметра Землі. Його пояснення затемнень і
натяки на обертання Землі викликало обурення правовірних індуїстів.
яким приєднався навіть освічений Брахмагупта:

Послідовники Аріабхати кажуть, що Земля рухається, а небо
спочиває. Але в їх спростування було сказано, що якби це було так,
то каміння та дерева впали б із Землі…
Серед людей є такі, які думають, що затемнення викликаються не
Головою [дракона Раху]. Це абсурдна думка, бо це вона викликає
затемнення, і більшість жителів світу кажуть, що саме вона викликає
їх. У Ведах, які є Словом Божим, з вуст Брахми говориться, що
Голова викликає затемнення. Навпаки, Аріабхата, йдучи наперекір усім,
з ворожнечі до згаданих священних слів стверджує, що затемнення
викликається не Головою, а тільки Місяцем та тінню Землі… Ці автори повинні
підкоритися більшості, бо все, що є у Ведах – священне.

Брахмагупта, в його Brahma Sputa Siddhanta в 628 році представляє гравітацію як силу тяжіння та показує закон тяжіння.

Індійсько-арабські цифри стали ще одним найважливішим внеском індусів у науку. Сучасна позиційна система числення (індусько-арабська система цифр) і нуль була спочатку розвинена в Індії, поряд із тригонометричними функціями синуса та косинуса.
Ці математичні досягнення, поряд з індійськими досягнення у фізиці,
були прийняті Ісламським Халіфатом, після чого почали поширюватися
по Європі та іншим частинам світу.

Китайський внесок

У XII столітті до зв. е., в Китаї був винайдений перший редукційний механізм, the South Pointing Chariot, це було також першим використанням диференціальної передачі.

Китаєць "Мо Чинг" у III столітті до н. е. став автором ранньої версії закону руху Ньютона.

«Припинення руху відбувається через протидіючу силу… Якщо
не буде ніякої протистояння сили …, той рух ніколи не
закінчиться. Це вірно так само, як і те, що бик не кінь.

Пізніші вклади Китаю включають винаходи паперу, друкарської справи, пороху і компасу. Китайці першими «відкрили» негативні числа, які вплинули на розвиток фізики та математики.

Середньовічна Європа

XIII століття: винайдено окуляри, правильно пояснено явище веселки, освоєно компас.

XVI століття: Микола Коперникзапропонував геліоцентричну систему світу.

Симон Стевін у книгах «Десята» (1585), «Початки статики» та інших узвичаїв десяткові дроби,
сформулював (незалежно від Галілея) закон тиску на похилий
площина, правило паралелограма сил, просунула гідростатику і
навігацію. Цікаво, що формулу рівноваги на похилій площині
вивів із неможливості вічного руху (яке вважав аксіомою).

Йоганн Кеплер
значно просунув оптику, зокрема фізіологічну (з'ясував роль
кришталика, вірно описав причини короткозорості та далекозорості),
суттєво доопрацював теорію лінз. В 1609 він видав книгу «Нова астрономія» з двома законами руху планет; третій закон він сформулював у пізнішій у книзі «Світова гармонія» (1619).
Заодно він формулює у ясному вигляді перший закон механіки: всяке тіло,
на яке не діють інші тіла, перебуває у спокої чи робить
прямолінійний рух. Менш ясно формулюється закон загального
тяжіння: сила, що діє на планети, походить від Сонця і
зменшується в міру віддалення від нього, і те ж саме для всіх інших
небесних тіл. Джерелом цієї сили, на його думку, є магнетизм
поєднанні з обертанням Сонця та планет навколо своєї осі.

У 1608 році в Голландії винайдено зорову трубу. Галілео Галілей ,
удосконаливши її, будує перший телескоп і проводить дослідження
небесних об'єктів. Відкриває супутники Юпітера, фази Венери, зірки в
складі Чумацького шляху та багато іншого. Рішуче підтримує теорію
Коперника (але так само рішуче відкидає теорію Кеплера).
Формулює основи теоретичної механіки - принцип відносності, закон інерції, квадратичний закон падіння, навіть принцип віртуальних переміщень, Винаходить термометр.

Зародження теоретичної фізики

XVII ст. Метафізика Декарта та механіка Ньютона.

У другій половині XVII століття інтерес до науки в основних країнах Європи різко зріс. Виникають перші Академії наук та перші наукові журнали.

1600: перше експериментальне дослідження електричних та магнітних явищ проводить лікар англійської королеви Вільям Гільберт. Він висуває гіпотезу, що Земля є магнітом. Саме він запропонував сам термін "електрика".




1637 : Рене Декарт
видав «Міркування про метод» із додатками «Геометрія», «Діоптрика»,
"Метеори". Вважав простір матеріальним, а причиною руху –
вихори матерії, що виникають, щоб заповнити порожнечу (яку вважав
неможливою і тому не визнавав атомів) або від обертання тіл. У
«Діоптрика» Декарт вперше дав правильний закон заломлення світла. Створює аналітичну геометрію та вводить майже сучасну математичну символіку.

У 1644 році
вийшла книга Декарта "Початки філософії". У ній проголошується, що
зміна стану матерії можлива лише при впливі на неї
іншої матерії. Це відразу виключає можливість дальнодії
без чіткого матеріального посередника. Наводиться закон інерції. Другий
закон взаємодії - закон збереження кількості руху - теж
наводиться, проте знецінюється тим, що чітке визначення
кількість руху у Декарта відсутня.

Декарт уже бачив, що рух планети – це прискорений рух.
Слідом за Кеплером Декарт вважав: планети поводяться так, начебто
існує тяжіння сонця. Для того, щоб пояснити тяжіння, він
сконструював механізм Всесвіту, в якому всі тіла наводяться в
рух поштовхами всюдисущої, але невидимої, «тонкої матерії». Позбавлені
можливості рухатися прямолінійно, прозорі потоки цього середовища
утворили у просторі системи великих і малих вихорів. Вихори,
підхоплюючи більші, видимі частинки звичайної речовини, формують
кругообіги небесних тіл. Вони обертають їх і несуть орбітами. Усередині
малого вихору знаходиться і Земля. Кругообіг прагнути розтягнути
прозорі вихор зовні. При цьому частки вихору женуть видимі тіла до
Землі. За Декартом, це і є тяжіння. Система Декарта була першою
спробою механічно описати походження та рух планетної системи.

Ісаак Ньютон



1687 : «Початку» Ньютона. Фізичні концепції Ньютона перебували у різкому протиріччі з декартівськими. Ньютон вірив у атоми,
вважав дедукцію вторинним методом, якому мають передувати
експеримент та конструювання математичних моделей. Ньютон заклав
основи механіки, оптики, теорії тяжіння, небесної механіки відкрив і далеко просунув математичний аналіз.
Але його теорія тяжіння, у якій тяжіння існувала без
матеріального носія та без механічного пояснення, довгий час
відкидалася вченими континентальної Європи (зокрема Гюйгенсом, Ейлером та інших.). Лише у другій половині XVIII століття, після робіт Клеро з теорії руху Місяця та комети Галлея, критика вщухла.

XVIII ст. Механіка, теплород, електрика.

У у вісімнадцятому сторіччі прискореними темпами розвивалися механіка, небесна механіка, вчення про теплоті. Починається дослідження електричних та магнітних явищ. Картезіанство, яке не підтверджується досвідом, швидко втрачає прихильників.

Створення аналітичної механіки (Ейлер, Лагранж) завершило перетворення теоретичної механіки на розділ математичного аналізу. Стверджується загальна думка, що це фізичні процеси - прояви механічного руху речовини. Ще Гюйгенс рішуче висловлювався за необхідність такого уявлення про природу явищ:

Справжня філософія
повинна бачити в механічних явищах першопричину всіх явищ; по
на мою думку, інше уявлення і неможливе, якщо ми тільки не бажаємо
втратити надію щось розуміти у Філософії. («Трактат про світло»).



Герман фон Гельмгольц



Навіть у XIX столітті в первинності механіки не сумнівався Гельмгольц:

Кінцевою метою всіх природничих наук є пошук рухів,
що лежать в основі всіх змін, і причин, що роблять ці рухи,
тобто злиття цих наук із механікою.

Уявлення про «тонкі матерії», що переносять тепло, електрику
і магнетизм, у вісімнадцятому сторіччі збереглося і навіть розширилося. У
існування теплорода, носія теплоти, вірили багато фізиків, починаючи з Галілея; однак інший табір, до якого входили Декарт, Гук, Данило Бернуллі та Ломоносов, дотримувався молекулярно-кінетичної гіпотези.

На початку століття голландець Фаренгейт винайшов сучасний термометр на ртутній чи спиртовій основі та запропонував шкалу Фаренгейта. До кінця століття з'явилися й інші варіанти: Реомюр (1730), Цельсій (1742) та інші. З цього моменту відкривається можливість вимірювання кількості тепла у дослідах.

1734: французький учений Дюфе виявив, що існують 2 види електрики: позитивне та негативне.

1745: винайдено лейденську банку. Франклін розвиває гіпотезу про електричну природу блискавки, винаходить громовідведення. З'являються електростатична машина, електрометр Ріхмана.

1784: запатентована парова машина Уатта. Початок поширення парових двигунів.

1780-ті роки: відкрито та обґрунтовано точними дослідами закон Кулона.

Всю історію фізики можна умовно поділити на три основні етапи:

· стародавній та середньовічний,

· класичної фізики,

· сучасної фізики.

Перший етап розвитку фізики іноді називають донауковим. Однак таку назву не можна вважати цілком виправданою: фундаментальні зерна фізики та природознавства в цілому були посіяні ще в давнину. Це найтриваліший етап. Він охоплює період від часів Арістотеля до початку XVII ст., тому і називається древнім та середньовічним етапом.

Початок другого етапу – етапу класичної фізики– пов'язують із одним із засновників точного природознавства – італійським ученим Галілео Галілеєм та основоположником класичної фізики, англійським математиком, механіком, астрономом та фізиком Ісааком Ньютоном. Другий етап тривав остаточно ХІХ ст.

На початку ХХ століття з'явилися експериментальні результати, які було пояснити у межах класичних уявлень. У цьому був запропонований зовсім новий підхід – квантовий, заснований на дискретної концепції. Квантовий підхід уперше ввів у 1900 р. німецький фізик Макс Планк (1858–1947), який увійшов до історії розвитку фізики як один із основоположників квантової теорії. Його працями відкривається третій етап розвитку фізики. етап сучасної фізики, що включає як квантові, а й класичні уявлення.

Дамо коротку характеристику кожного етапу. Вважають, перший етап відкриває геоцентрична система світових сфер, розроблена Аристотелем. Вчення про геоцентричну систему світу починалося з геоцентричної системи кільцевих світоустроїв набагато раніше – у VI в. до зв. е. Її запропонував Анаксимандр (бл. 610 – після 547 до н. е.), давньогрецький філософ, представник Мілетської школи. Це вчення було розвинене Евдоксом Книдским (бл. 406 – бл. 355 до зв. е.), давньогрецьким математиком і астрономом. Геоцентрична система Аристотеля народилася, таким чином, на підготовленому його попередниками ідейному ґрунті.

Перехід від егоцентризму – ставлення до світу, яке характеризується зосередженістю своєму індивідуальному «я», до геоцентризму – перший і, мабуть, найважчий крок шляху зародження паростків природознавства. Безпосередньо видима півсфера неба, обмежена місцевим обрієм, була доповнена аналогічною невидимою півсферою до повної небесної сфери. Світ став як би більш завершеним - специфічним, але залишаючись обмеженим небесною сферою. Відповідно і сама Земля, протиставлена ​​решті (небесної) сферичного Всесвіту як постійно займає в ній особливе, центральне становище і абсолютно нерухома, стала вважатися сферичною. Довелося визнати як можливість існування антиподів – жителів діаметрально протилежних частин земної кулі, а й принципову рівноправність всіх земних жителів світу. Такі уявлення, що носили в основному умоглядний характер, підтверджувалися набагато пізніше - в епоху перших навколосвітніх подорожей і великих географічних відкриттів, тобто на рубежі XV і XVI ст., коли саме геоцентричне вчення Аристотеля з канонічною системою ідеальних небесних сфер, що рівномірно обертаються, один з одним своїми осями обертання, з принципово різною фізикою чи механікою для земних і небесних тіл вже доживало останні роки.


Майже півтори тисячі років відокремлює завершену геоцентричну систему грецького астронома Клавдія Птоломея (бл. 90 – бл. 160) від досить досконалої геліоцентричної системи (рис. 3.1) польського математика та астронома Миколи Коперника (1473–1543). Вершиною геліоцентричної системи можна вважати закони руху планет, відкриті німецьким астрономом Йоганном Кеплером (1571–1630), одним із творців астрономії нового часу.

Мал. 3.1. Система світу за Коперником (у центрі Сонце)

Астрономічні відкриття Галілео Галілея та його фізичні експерименти, а також загальні динамічні закони механіки разом із універсальним законом всесвітнього тяжіння, сформульовані Ісааком Ньютоном, започаткували класичного етапу розвитку фізики.

Між названими етапами немає чітких меж. Для фізики та природознавства загалом характерно переважно поступальний розвиток: закони Кеплера – вінець геліоцентричної системи з досить тривалою історією, що почалася ще в давні часи; законам Ньютона передували закони Кеплера та праці Галілея; Кеплер відкрив закони руху планет у результаті логічно та історично природного переходу від геоцентризму до геліоцентризму, але не без евристичних ідей арістотелівської механіки.

Механіка Аристотеля поділялася на земну і небесну, т. е. не мала належним принциповим єдністю: арістотелівське взаємне протиставлення Землі і Неба супроводжувалося принциповою протилежністю які до них законів його механіки, яка цим виявилася загалом внутрішньо суперечливою, несовершенной.

Галілей спростував арістотелівське протиставлення Землі та Неба. Він запропонував застосовувати закон інерції Аристотеля, що характеризує рівномірне рух небесних тіл навколо Землі, для земних тіл за її вільному русі у горизонтальному напрямі. Подумки розчленовуючи всілякі земні тіла на окремі частини, він встановив для них закон однаково швидкого (або однаково рівномірно прискореного) вільного падіння незалежно від їхньої маси, коли вільне падіння у вертикальному напрямку до центру Землі відбувається в ідеальних умовах, без будь-якого опору , Т. е. в порожнечі. Цей закон перебуває у суперечності з канонізованим арістотелівським вченням, відповідно до якого «природа не терпить порожнечі», і вагомі тіла падають у реальних умовах під дією властивої їм сили тяжіння насправді тим швидше, чим більше їхньої маси.

Кеплер і Галілей, відштовхуючись у такий спосіб від початкових уявлень, радикально переглянули всю механіку. В результаті переходу від геоцентризму до геліоцентризму вони дійшли своїх кінематичних законів, які визначили принципово єдину для земних і небесних тіл механіку Ньютона з усіма сформульованими ним класичними динамічними законами, включаючи універсальний закон всесвітнього тяжіння. При цьому з «Математичних засад натуральної філософії» – фундаментальної праці Ісаака Ньютона – можна зробити висновок, що його динамічні закони не тільки випливають з відповідних кінетичних законів Кеплера та Галілея, але й самі можуть бути покладені в основу всіх трьох кінематичних законів Кеплера та обох кінематичних законів Галілея, а також всіляких теоретично очікуваних відхилень від них через складну будову та взаємні гравітаційні обурення взаємодіючих тіл.

Закони Кеплера стали основою для відкриття нових планет. Так, за результатами спостережень відхилень у русі планети Уран, зроблених у 1781 р. англійським астрономом та оптиком Вільямом Гершелем (1738–1822), англійський астроном і математик Джон Кауч Адамс (1819–1892) та французький астроном Урбен Жоз 1877) незалежно один від одного і майже одночасно теоретично передбачили існування ще однієї – зауранової планети, яку виявив на небі 1846 р. німецький астроном Йоганн Галле (1812–1910). Ця планета зветься Нептун. Потім американський астроном Персіваль Ловелл (1855–1916) аналогічно передбачив у 1905 р. існування ще однієї зауранової планети та організував у створеній ним обсерваторії її систематичні пошуки, внаслідок яких молодий американський аматор астрономії відкрив у 1930 р. нову планету – Плу.

Швидкими темпами розвивалася як класична механіка Ньютона. Етап класичної фізики характеризується також великими досягненнями та в інших галузях фізики: термодинаміки, молекулярної фізики, оптики, електрики, магнетизму тощо. Обмежимося перерахуванням деяких найважливіших досягнень. Було встановлено досвідчені газові закони. Запропоновано рівняння кінетичної теорії газів. Сформульовано принцип рівномірного розподілу енергії за ступенями свободи, перше та друге початку термодинаміки. Відкрито закони Кулона, Ома та електромагнітної індукції. Поява інтерференції, дифракції та поляризації світла отримали хвильове тлумачення. Встановлено закони поглинання та розсіювання світла.

Звичайно, можна було б назвати й інші не менш важливі здобутки, серед яких особливе місце займає електромагнітна теорія, розроблена видатним англійським фізиком Джеймсом Клерком Максвеллом. Максвелл є не лише творцем класичної електродинаміки, а й одним із основоположників статистичної фізики. Він встановив статистичне розподілення молекул за швидкостями, назване його ім'ям. Розвиваючи ідеї Майкла Фарадея (1791-1867), він створив теорію електромагнітного поля (рівняння Максвелла), яка не тільки пояснювала багато відомих на той час електромагнітних явищ, але й передбачила електромагнітну природу світла. З електромагнітною теорією Максвелла навряд чи можна поставити поруч іншу значнішу в класичній фізиці. Однак і теорія Максвелла виявилася не всемогутньою.

Наприкінці минулого століття щодо спектру випромінювання абсолютно чорного тіла було експериментально встановлено закономірність розподілу енергії у спектрі випромінювання. Експериментальні криві розподіли мали характерний максимум, який у міру підвищення температури зміщувався у бік коротших хвиль. У межах класичної електродинаміки Максвелла зірвалася пояснити закономірність розподілу енергії у спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла. Правильне, що узгоджується з досвідченими даними вираз спектральної щільності енергетичної світності абсолютно чорного тіла було знайдено 1900 р. Максом Планком. Для цього йому довелося відмовитися від усталеного положення класичної фізики, згідно з яким енергія будь-якої системи може змінюватися безперервно, тобто може приймати будь-які близькі значення. Згідно з висунутою Планком квантовою гіпотезою, атомні осцилятори випромінюють енергію не безперервно, а певними порціями – квантами, причому енергія кванта пропорційна частоті коливання.

Характерна риса третього етапу розвитку фізики – сучасного етапу– полягає в тому, що поряд із класичними широко впроваджуються квантові уявлення, на підставі яких пояснюються багато мікропроцесів, що відбуваються в межах атома, ядра та елементарних частинок, і у зв'язку з якими виникли нові галузі сучасної фізики: квантова електродинаміка, квантова теорія твердого тіла, квантова оптика та багато інших.