Физика

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
УДК 53


Явление и физика
\(\! E=mc^2\)
Масс-энергия эквивалентность
История физики

Фи́зика (от др.-греч. φύσιςприрода) — область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. Всё естествознание базируется на законах физики.[1]

Физика — одна из самых старых академических дисциплин, возможно самая древняя благодаря астрономии.[2] За последние два тысячелетия, физику сочли синонимичной с философией, химией и определенными ветвями математики и биологии. Но в течение «Научной Революции» в XVI веке физика становиться уникальной современной наукой с её собственным правом.[3] Однако, в некоторых областях, типа в математической физике и квантовой химии, границы физики остаются трудноразлмчимыми.

Физика является существенной и влиятельной дисциплиной, частично потому, что авансы благодаря решению ряда вопросов часто были связаны с переходом на новые технологии, и также новые идеи в физике часто резонируют с другими науками, как математикой, философией. Например, авансы в понимании электромагнетизма или ядерной физики вели непосредственно к развитию новых напрвлений, которые радикально преобразовали современное общество (например, телевидение, компьютеры, специальные устройства и ядерное оружие); авансы в термодинамике приводили к развитию моторизованного транспорта; и авансы в механике, точной механике и оптике предвосхитили развитие вычислительно-измерительной техники и нанотехнологии.

Введение[править]

Появление квантовой механики привело к огромной революции не только в физике, но и в смежных дисциплинах — в химии это объяснило структуру молекул и позволило предсказывать свойства новых соединений (см. квантовая химия). Квантовая теория помогла развитию и техники полупроводников, без которой совершенно немыслима современная электроника, а также способствовала созданию квантовых генераторов излучения — лазеров, прочно вошедших в повседневную жизнь человека.

Важнейшее последствие открытий в квантовой физике, теории относительности и ядерной физике — овладение ядерной энергией. Это наиболее известное широкой публике достижение физики.

Большой взрыв и расширение Вселенной

Наиболее впечатляющим достижением физики середины XX века, которое должно иметь огромные последствия для мировоззрения и философии — открытие расширения Вселенной, а впоследствии открытия существования «начала Вселенной» — Большого взрыва.

Сейчас крупные фундаментальные открытия происходят и ожидаются в астрофизике и в космологии. В космологии обнаружили существование тёмной материи и тёмной энергии — невидимой современными инструментами материи и энергии, которая, однако, участвует в гравитационном взаимодействии. Тёмная материя и энергия составляет подавляющую долю в массе вещества Вселенной и определяет её эволюцию и дальнейшую судьбу. Недавно открытое впечатляющее проявление тёмной энергии — ускорение расширения Вселенной. Важнейшее открытие астрофизики — обнаружение планетных систем у далёких звёзд (см. Экзопланеты). Это поможет ответить на важнейший вопрос — одиноко ли человечество во Вселенной, а также позволит выяснить, ограничено ли время жизни цивилизации, см. Уравнение Дрейка.

«Стандартная Модель» в физике элементарных частиц даёт нам законы поведения микромира практически при всех доступных человечеству энергиях. Однако она является не «окончательной теорией», а лишь низкоэнергетическим проявлением неких более глубоких, пока не известных нам законов. Поэтому поиск не предсказываемых Стандартной Моделью эффектов, которые были бы окном в мир «новой физики», является важным направлением современной физики элементарных частиц. Такие эффекты ищутся как на ускорителях, так и в неускорительных экспериментах.

В настоящее время физики интересуются не только «фундаментальными» эффектами (в частности, происходящими при высоких энергиях), но и «сложными», т. е. эффектами, которые описываются давно известными фундаментальными законами, но происходят в очень сложных для понимания (неравновесных и нелинейных) системах многих частиц. Построенная современной физикой картина окружающего мира не только позволяет предсказывать его изменения, но и подчеркивает принципиальную ограниченность таких предсказаний. Так, развитие теории устойчивости и нелинейной динамики привело к открытию спонтанного возникновения хаоса в детерминированных системах.

Предмет физики[править]

Физика — это наука о природе в самом общем смысле. Она изучает вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. Некоторые свойства являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии — такие свойства называют физическими законами. Физику иногда называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например, химия изучает молекулы и образованные из них вещества. Химические же свойства вещества однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, которых описываются в таких разделах физики, как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика. Физика тесно связана с математикой — математика предоставляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий (см. математическая физика).[4]

Философские значения[править]

Физика независимо ни от чего происходит от древней греческой философии. От первой попытки Тальза характеризовать вопрос c ограничением Демокрита, который должен быть в пределах инвариантного определения, от астрономии Птоломея — прозрачного небесного свода, и книги Аристотеля — Физика, до различных греческих философов, продвинувших собственные теории природы. Уже в XVIII веке физика была известна как «Естественная философия».

К XIX-ому столетию физика была понята как положительная наука и самостоятельная дисциплина, отделённая от философии и других наук. Физика, как и другие части науки, полагается на философию, чтобы давать адекватное описание научного метода.[5] Научный метод использует априорно рассуждение как на основании опыта, так и при использовании вывода на базе проведенных экспериментов и измерений законности данной теории.[6]

Правда должна когда-либо быть найдена в простоте, а не в разнообразии и беспорядке вещей. Айзек Ньютон

Развитие физики ответило на многие вопросы ранних философов, но также подняло новые вопросы. Исследование философских проблем, окружающих физику, философия физики, вовлекает проблемы, типа природы пространства и времени, (время) детерминизм, и метафизические перспективы, типа эмпиризма, натурализма и реализма.[7]

Много физиков написали о философских значениях их работы, например, «лапласовской», автор корторой защищал причинный детерминизм,[8] и Эрвин Шрзаджк0ксдинджер, который написал о Квантовой механике.[9] Математического физика Роджера Пенроза назвали последователем учения Платона Стивена Хокингома (Роджер Пенроз)[10]. Представление Пенроза обсуждается в его книге «Дорога к Действительности».[11]

История физики[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: История физики
Сэр Айзек Ньютон в 46 в 1689 портретах Годфри Неллера

Айзек Ньютон (1643-1727). Начиная со старины, люди пробовали понять поведение естественного мира. Одна большая тайна была предсказуемым поведением астрономических объектов, типа Солнца и Луны. Несколько теорий были предложены, большинство которых были опровергнуты.

Философ Тальз (приблизительно 624–546 до н.э) сначала отказался принять различные сверхествественные, религиозные или мифологические объяснения естественных явлений, объявляя, что каждый случай имел естественную причину. Рано физические теории были в значительной степени изложены в философских определениях и никогда не были проверены систематическим экспериментальным испытанием, которое популярно сегодня. Многие из обычно принимаемых работ Птолемея и Аристотеля, как не всегда находят, соответствуют каждодневным наблюдениям ( Тальз).

Даже в этом случае, много древних философов и астрономов дали правильные описания атома и астрономии. Leucippus (первая половина 5-ого столетия до н.э) изначально предложил «атомизм», в то время как Архимед создал много правильных количественных описаний механики, статики и гидростатики, включая объяснение принципа рычага. Средневековье видело появление экспериментальной физики, берущей начало среди средневековых мусульманских физиков. Самым известным был Alhazen, который руководствовлся современной физикой, в значительной степени берущей начало среди ранних современных европейских физиков, самым известным — Айзеком Ньютоном, который основывался на работах Галилео Галилеи и Джохэйннса Кеплера. В XX-ом столетии работа Альберта Эйнштейна создала новое направление в физике, которое используется в настоящее время.

Теоретическая и экспериментальная физика[править]

Главными ветвями физики являются:

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

Основные теории[править]

Хотя физика имеет дело с разнообразными системами, некоторые физические теории применимы в больших областях физики. Такие теории считаются в целом верными при дополнительных ограничениях. Например, классическая механика верна, если размеры исследуемых объектов намного больше размеров атомов, скорости существенно меньше скорости света, и гравитационные силы малы. Эти теории всё ещё активно исследуются; например, такой аспект классической механики, как теория хаоса был открыт только в XX веке. Они составляют основу для всех физических исследований.

Теория Основные разделы Понятия
Классическая механика Законы НьютонаЛагранжева механикаГамильтонова механикаТеория хаосаГидродинамикаМеханика сплошных сред ВеществоПространствоВремяЭнергияДвижениеМассаДлинаСкоростьСилаМощностьРаботаЗакон сохраненияМомент инерцииУгловой моментМомент силыВолнаДействиеРазмерностьГармонический осциллятор
Электромагнетизм ЭлектростатикаЭлектричествоМагнитостатикаМагнетизмУравнения Максвелла Электрический зарядНапряжениеТокЭлектрическое полеМагнитное полеЭлектромагнитное полеЭлектромагнитное излучение
Термодинамика и Статистическая физика Тепловая машинаМолекулярно-кинетическая теория ТемператураПостоянная БольцманаЭнтропияСвободная энергияТермодинамическое равновесиеСтатистическая суммаМикроканоническое распределениеБольшое каноническое распределение
Квантовая механика Уравнение ШрёдингераИнтеграл ФейнманаКвантовая теория поля ГамильтонианТождественные частицыПостоянная ПланкаИзмерениеКвантовый осцилляторВолновая функцияНулевая энергияПеренормировка
Теория относительности Специальная теория относительностиОбщая теория относительности Принцип относительности4-векторПространство-времяСкорость светаКривизна пространства-времениЧёрная дыра

.

Разделы физики[править]

Макроскопическая физика[править]

Микроскопическая физика[править]

Разделы физики на стыке наук[править]

Справка[править]

Электронные библиотеки[править]


Важнейшие журналы[править]

Российские

Зарубежные

  • Журналы Американского физического общества
    • Review of Modern Physics (RMP) Публикует обзорные статьи по большим разделам физики
    • Physical Review Letters Наиболее престижный (после Nature) журнал: короткие статьи по новейшим исследованиям
    • Physical Review (A,B,C,D,E) Статьи разного формата, более подробные, но менее оперативно публикуемые, чем в Phys. Rev. Lett.
  • Европейские журналы
    • Journal of Physics (A, B, C …)
    • Physica (A, B, C …)
    • Europhysics letters
    • Zeitschrift für Physik Именно в этом журнале публиковались Эйнштейн, Гейзенберг, Планк…
    • Nuovo cimento (A, B, C …)
  • Популярные журналы

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

См. также[править]

Ссылки[править]

  1. http://bse.sci-lib.com/article116054.html
  2. Evidence exists that the earliest civilizations dating back to beyond 3000 BCE, such as the Sumerians, Ancient Egyptians, and the Indus Valley Civilization, all had a predictive knowledge and a very basic understanding of the motions of the Sun, Moon, and stars.
  3. Francis Bacon's 1620 Novum Organum was critical in the development of scientific method.
  4. http://www.oval.ru/enc/77006.html
  5. Rosenberg, Alex (2006). Philosophy of Science. Routledge. ISBN 0-415-34317-8. See Chapter 1 for a discussion on the necessity of philosophy of science.
  6. Peter Godfrey-Smith (2003), Chapter 14 "Bayesianism and Modern Theories of Evidence" Theory and Reality: an introduction to the philosophy of science ISBN 0-226-30063-3
  7. Peter Godfrey-Smith (2003), Chapter 15 "Empiricism, Naturalism, and Scientific Realism?" Theory and Reality: an introduction to the philosophy of science ISBN 0-226-30063-3
  8. See Laplace, Pierre Simon, A Philosophical Essay on Probabilities, translated from the 6th French edition by Frederick Wilson Truscott and Frederick Lincoln Emory, Dover Publications (New York, 1951)
  9. See "The Interpretation of Quantum Mechanics" Ox Bow Press (1995) ISBN 1-881987-09-4. and "My View of the World" Ox Bow Press (1983) ISBN 0-918024-30-7.
  10. Stephen Hawking and Roger Penrose (1996), The Nature of Space and Time ISBN 0-691-05084-8 p.4 "I think that Roger is a Platonist at heart but he must answer for himself."
  11. Roger Penrose, The Road to Reality ISBN 0-679-45443-8
Логотип «Викиновостей»
В Викиновостях есть события по этой теме: Физика
Portal:Физика
Русская энциклопедия «Традиция»
Портал «Физика»



Навигация[править]



Научные направления
Общие направления Гуманитарные •Общественные •Естественные  •Технические •Прикладные
Предметные науки Математика •Физика •Химия •

География •Астрономия •Геология •Биология •География • История •Языкознание •Филология •Философия •Психология • Социология •Антропология •Экономика •Информатика