Период становления физики как науки (начало 17 – 80-е гг. 17 в.). 8 страница
Лев Андреевич Арцимович (1909 – 1973) – советский физик, академик с 1953г. Родился в Москве. Окончил Белорусский университет в Минске (1928). В 1930 – 1944 гг. работал в Ленинградском физико-техническом институте АН СССР. С 1944 г. – в Институте атомной энергии им. И.В.Курчатова. Основные научные работы в области атомной и ядерной физики, управляемых термоядерных реакций. В 1936 г. вместе с А.И.Алихановым и А.И.Алиханьяном доказал сохранение импульса при аннигиляции электрона и позитрона. Выполнил ряд исследований по электронной оптике. В послевоенные годы Арцимович с сотрудниками разработал метод электромагнитного разделения изотопов. С 1951 г. возглавлял разработку важнейшей научно-технической проблемы современности – проблемы управляемого термоядерного синтеза. В 1952 г. вместе с сотрудниками открыл нейтронное излучение высокотемпературной плазмы (Ленинская премия, 1958). Под его руководством проводились работы на термоядерных установках «Токамак», завершившиеся получением физической термоядерной реакции. Арцимович успешно совмещал НИР с научно-организационной и преподавательской. Он был членом Президиума АН, Академиком-секретарем Отделения общей физики и астрономии АН, заведующим кафедрой Московского университета.
На основе «Токамака» с участием СССР,. США., Японии и Евроатома разработан (1981) международный проект крупнейшего опытного термоядерного реактора ИНТОР. Однако и в настоящее время проблема УТС еще далека от своего практического завершения – создания энергктического термоядерного реактора как практически неисчерпаемого и безопасного источника энергии. Наряду с разработкой проблемы УТС активно развивалась атомная энергетика, использующая цепные реакции деления тяжелых атомных ядер. Под научным руководством А.П.Александрова были созданы в России мощные атомные электростанции и первое атомное надводное судно. Особенно бурно развивались в рассматриваемый период астрофизика и космические исследования. Открыто немало новых объектов во Вселенной – радиогалактики, рентгеновские источники, квазары, пульсары, нейтронные звезды, реликтовое излучение, космические мазеры, активность ядер галактик и многое другое. Сформировались новые разделы науки о космосе: ядерная астрофизика, рентгеновская, гамма- и нейтринная астрономия, радиоастрономия, космическая физика и др. Очевидно, никакие другие области знания не определяют сегодня в такой мере облик физики, как ее два полярных научных направления: физика элементарных частиц и астрофизика.
ЛЕКЦИЯ 6 . ХРОНОЛОГИЯ.
История физики хранит немало событий и фактов, оказавших большое влияние на ход развития этой древней науки и составивший золотой фонд ее памяти. Размещенные в строгой временной последовательности, эти факты дают возможность проследить генезис основных физических идей и теорий, их взаимосвязь, преемственность и эволюцию, тенденции развития, а некоторые из них, в силу своей фундаментальной роли, открывают новые страницы в летописи физической науки, изменяя или дополняя научную картину природы.
6.1. Период возникновения отдельных элементов физических знаний (6 в до н.э. – 16 в.).
6.1.1. Эпоха античности (6 в до н.э. – 5 в н.э.).
6 в.– Возникновение представлений о шарообразности Земли (Пифагор). – Первые наблюдения по акустике. Пифагор устанавливает связь между высотой тона и длиной струны или трубы. – Первые сведения об электричестве и магнетизме. Открытие свойств натертого янтаря притягивать легкие предметы, а магнита – железные (Фалес Милетский). 5 – 4 в. до н.э. –Возникновение идеи о прерывистом, зернистом строении материи, установление предела делимости вещества – атома (Левкипп, Демокрит). – Создание Платоном теории зрения. 4 в. до н.э. –Возникновение понятия движения как пространственного перемещения (Аристотель). – Зарождение элементов механики. Рассмотрение прямолинейных и криволинейных механических движений. Формулирование правила сложения перемещений, перпендикулярных друг другу. Формулирования правила равновесия рычага (Аристотель). – Правильное представление о распространении звука в воздухе. Объяснение эха. Известно явление преломления света (Аристотель). 4 – 2 в. до н.э. – Возникновение первой модели мироздания – геоцентрической системы мира (Эвдокс Книдский, Аристотель, Гиппарх). – Возникновение идеи гелиоцентрической системы мира. Первые попытки определения рссстояния до ялуны и Солнца (Аристарх Самосский). – Первое измерение дуги меридиана и вычисление радиуса Земли (Эратосфен). – Создание Евклидовой геометрии. – Открытие закона прямолинейного распространения света и закона отражения. Возникновение геометрической оптики (Евклид). – Архимед ввел понятие о центре тяжести и моменте сил относительно прямой и плоскости, определил центр тяжести треугольника, установил законы рычага; открыл закон гидростатики, установил условия плавания тел. – Объяснение приливов и отливов влиянием Луны и Солнца. – Гиппарх открыл прецессию земной оси. 2 в.н.э. –Герон Александрийский дал детальное описание рычага, ворота, клина, винта и блока, установил правило для рычага и блока, описал прибор, являющийся праобразом современной паровой турбины. – К. Птолемей объяснил явление прецессии, ввел поправку на атмосферную рефракцию, экспериментально исследовал явление преломления света, придал завершенную форму геоцентрической теории мироздания.
6.1.2. Средние века (6 – 14 вв.).
11 в. – Исследования Альхазена по физиологической оптике. Камера - обскура. – Разложение скорости брошенного тела на две составляющие (Альхазен). – Переоткрытие арабами свойств ориентации магнитной стрелки, появление компаса. 1121 – 1122 гг. –Арабский ученый Алгацини написал трактат «книга о весах мудрости» – своеобразный курс средневековой физики. Он содержал таблицы удельных весов твердых и жидких тел, описание опытов по «взвешиванию» воздуха, наблюдение явления капиллярности; в нем указывалось также, что закон Архимеда применим и для воздуха, что удельный вес воды зависит от температуры, вес тела пропорционален количеству вещества, содержащегося в нем, скорость измеряется отношением пройденного пути ко времени, описано применение ареометра. 1269 г. –Появился первый рукописный трактат по магнетизму «О магнитах» П.Перегрино (опубликован в 1558 г.), где дано описание методов определения полярности магнита, взаимодействия полюсов, намагничивание прикосновением, явление магнитной индукции, некоторые технические применения магнитов и т.п. 1272 г. –Вышел в свет трактат по оптике Эразма Вителлия. В нем наряду с изложением того, что сделал Евклид и Альхазен, содержится открытый Вителлием закон обратимости световых лучей при преломлении, доказывается факт, что параболические зеркала имеют один фокус, подробно исследуется радуга. 13 в. –Р.Бэкон измеряет фокусное расстояние сферического зеркала и открывает сферическую аберрацию, выдвигает идею зрительной трубы, один из первых рассматривает линзы как научные приборы, считает скорость света конечной, основу познания усматривает в опыте. Является предвестником экспериментального метода. – Открытие 33-го элемента – мышьяка (Альберт Великий). – Изобретение и распространение очков. 14 в. –Введено понятие ускорения (У.Гейтсбери из Оксфорда). – Альберт Саксонский ввел деление движений на поступательное и вращательное, равномерное и переменное. – Введено понятие равномерно-переменного движения, угловой скорости. – Французский математик Н.Орезм впервые дал графическое изображение движения и установил закон равномерно-переменного движения, сязывающий путь, пройденный телом,со временем.
6.1.3. Эпоха Возрождения (15 – 16 вв.).
15 в. –Н.Кузанский в своих трактатах развивает мысли о том, что движения является основой всего сущего, неподвижного ценра во Вселенной нет (идея относительного движения), последняя бесконечна, Земля и все небесные тела сосзданы из одной и той же первоматерии. _ Известен 83-й элемент – висмут. – Исследование свободного падения и движение тела, брошенного горизонтально, удара тел, изобретение ряда механизмов для преобразования и передачи движений – конусный шарикоподшипник, цепные и ременные передачи и др. (Леонардо да Винчи). – Зарождение динамики, исследование и описание полета птиц, открытие подъемной силы, создание проектов геликоптера и парашюта, ряда гидротехнических устройств, исследовано отражение звука, законов бинокулярного зрения, впервые описана камера- обскуры и др. (Леонардо да Винчи). 16 в. – Ознакомление в переводах с трактатами древнегреческих ученых Архимеда, Герона, Евклида и др. – Итальянский ученый Н.Тарталья в трактатах «Новая наука (1537) и «Проблемы и различные изобретения» (1546) изучает траекторию движения снарядов. 1543 г. – Вышел в свет труд Н.Коперника «О вращении небесных сфер». – Вышли труды итальянского ученого И.Кардана «О тонкостях» (1550) и «О разнообразии вещей» (1554), которые содержали полное изложение состояния естественных и физических наук того времени. В последнем трактате содержится утверждение о невозможности вечного двигателя. – Ф.Мавролик написал трактат по оптике, где объяснены дефекты зрения, действия очков, описаны 7 цветов радуги. – Появление камеры-обскуры с линзой. – Дж.Бенедетти установил, что в пустоте тела падают с одинаковой скоростью, давление жидкости на дно сосуда независимо от формы этого сосуда. – Применение линз для увеличения видимых размеров предметов. _ Открытие Галилеем закона изохронности колебаний маятника. 1584 г. –Опубликован диалог Дж.Бруно «О бесконечности, Вселенной и мирах», где высказана идея о бесконечности Вселенной. 1586 г. –Вышел в свет трактат С.Стевина «Начала статики», в котором работа древних по статике получила свое завершение. 1587 г. – Г.Галилей установил закон свободного падения. – Изобретена зрительная труба, изобретен микроскоп (Захарий Янсен). – В трактате «Тайна Вселенной» И.Кеплер усматривает причину движения Луны в земном притяжении. – Изобретение Г.Галилеем термометра и проведение с ним опытов.
Период становления физики как науки (начало 17 – 80-е гг. 17 в.).
1600 г. –Вышел в свет трактат У. Гильберта «О магните, магнитных телах и о большом магните Земле», в котором заложены основы электро- и магнитостатики. 1603 г. – Открыта фосфоресценция (В. Каскариоло).1604 г. – вышел в свет трактат И.Кеплера по оптике «Дополнения к Вителлию», где помещены его теория зрения, теория камеры-обскуры, сформулирован один из основных законов фотометрии – закон обратной пропорциональности между освещенностью и квадратом расстояния до источника света. 1609 г. – В труде «Новая астрономия» И.Кеплер излагает первые два закона движения планет и высказывает мысль о том, что вес тела составляет общую тенденцию всех тел к соединению. 1610 г. –Г.Галилей при помощи сконструированной им зрительной трубы с 30-кратным увеличением открыл четыре спутника Юпитера, вышел в свет его труд «Звездный вестник», где помещены его астрономические открытия гор и впадин на Луне, четырех спутников Юпитера, новых звезд, и о том, что Млечный Путь состоит из бесконечного множества звезд. Вскоре он открыл также фазы Венеры и пятна на Солнце, конструирует свои микроскопы, благодаря чему линзы и оптические приборы стали мощными орудиями научных исследований. 1611 г. – Вышел труд И.Кеплера «Диоптрика», в котором дана теория зрительной трубы (кеплеровой). 1619 г. –Вышел в свет трактат И.Кеплера «Гармония мира», в котором содержится третий закон Кеплера. 1621 г. –В.Снеллиус экспериментально открыл закон преломления света. 1625 г. –Открытие вариации магнитного склонения (Г.Геллибранд). 1627г. –Вышел в свет труд Р.Декарта «Рассуждения о методе», в следующем году итальянский ученый Б.Кастелли установил закон обратной пропорциональности скорости течения жидкости в трубах площади поперечного сечения.1632г. –Вышел труд Г.Галилея «Диалог о двух основных системах мира – птолемеевой и коперниковой», где, в частности, содержатся два важных принципа современной физики – принцип инерции и принцип относительности. 1637г. –Вышел в свет труд Р.Декарта «Диоптрика», где излагается идея эфира как переносчика света, дается теоретическое доказательство закона преломления, ввел понятие переменной величины и функции. 1638г. –Вышел в свет труд Г.Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых областей науки…», в котором содержится идея конечности скорости распространения света и постановки эксперимента для ее определения; законы свободного падения, закон сложения перемещений и т.д. – Итальянский ученый Дж.Б.Бальяни впервые четко разграничивает понятие веса и массы тела и указывает на пропорциональность веса массе. 1643г. –Открытие атмосферного давления, способа получения вакуума и создания первого барометра, установлена формула для скорости истечения жидкости из узкого отверстия в открытом сосуде (Э.Торричелли). 1644г. –Вышел в свет труд Р.Декарта «Начала философии», в котором впервые четко сформулирован закон инерции, дана теория магнетизма и изложена первая космогоническая гипотеза. Здесь помещен и его закон сохранения количества движения, но скорость у Декарта была скалярной величиной. – М.Марсенн дал количественное описание наблюдений, выполненных У.Гильбертом.1650г. –О.Герике изобрел воздушный насос. 1653г. – Установление Б.Паскалем закона распределения давления в жидкости, опубликован в 1663г. 1657г. –Х.Гюйгенс сконструировал маятниковые часы со спусковым механизмом. – Изобретен водяной барометр (О.Герике).1660г. – Х.Гюйгенс и Р.Гук установили постоянные точки термометра – точку таяния льда и тчку кипения воды. – Вышел в свет труд Р.Бойля « Новые опыты…,касающиеся упругости воздуха». – О.Герике сконструировал основанную на трении электрическую машину. 1661г. –Р.Бойль в труде «Химик-скептик» сформулировал понятие химического элемента как простейшей составной части тела. – В следующем году он открыл зависимость давления газа от объема. – П.Ферма сформулировал оптический принцип (принцип Ферма). 1665г. –Опубликован труд Ф.Гримальди «Физико-математический трактат о свете, цветах и радуге», в котором содержится открытие явления дифракции (интерференции) света. – Вышел в свет трактат Р.Гука «Микрография», в котором описаны его микроскопические наблюдения. – И.Ньютон вывел обратнопропорциональную зависимость силы тяготения квадрату расстояния между притягивающимися телами. В следующем году он открыл дисперсию света и хроматическую аберрацию. 1667г. – Вышел в свет труд Л.Магалотти «Очерки о естественнонаучной деятельности Академии опытов», в котором изложены результаты коллективной работы, проводимой академиками флорентийской Академии опытов в 1657 – 1667 гг. Описаны термометры, ареометр, гигрометр, маятник с бифиллярным подвесом, опыты по тепловому расширению тел и получению вакуума. – Дж.Борелли вывел закон столкновения упругих тел. 1668г. –И.Ньютон сконструировал первый зеркальный телескоп (телескоп-рефлектор). 1669г. –Х.Гюйгенс дал теорию удара упругих тел и установил закон сохранения количества движения и закон «живых сил». _ Э.Бартолин открыл двойное лучепреломление света в кристаллах исландского шпата. – Г.Брандт открыл 15-й элемент – фосфор. – Немецкий химик И.Бехер выдвинул гипотезу флогистона. 1670 71гг. –В сочинении «Метод флюксий» (опубликовано в 1736г.) И.Ньютон наиболее полно разработал дифференциальное и интегральное исчмсления. В 1684 г. систематическое изложение дифференциального исчисления, а в 1686г. – интегрального опубликовал Г.Лейбниц. !672г. – Вышел в свет труд О.Герике «Новые, так называемые магдебургские опыты о пустом пространстве». – Впервые с приемлемой точностью измерено расстояние до Солнца (Ж.Ришар, Д.Кассини). 1674 – 75 гг. –Р.Гук в трактате «О движении Земли» высказал идею тяготения и представил свою систему мироздания, и в 1680 г. пришел к выводу, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния. – Открытие обертонов. – Р.Гук открыл основной закон упругости. – И.Ньютон выдвинул корпускулярную гипотезу света. – Исследуя интерференцию и дифракцию света, И.Ньютон открыл т.н. «кольца Ньютона». 1676г. –О.Ремер в результате наблюдений спутников Юпитера сделал вывод о конечности скорости распространения света и по данным наблюдений определил ее величину – 214000 км/с. – Э.Мариотт предложил рассчитывать высоту места по данным барометра. 1678г. –Х.Гюйгенс обнаружил явление двойного лучепреломления в кварце и поляризации света. – Создание Гюйгенсом волновой теории. _ Вышел в свет труд Х.Гюйгенса «Маятниковые часы», в котором приведены теория физического маятника, понятие момента инерции и законы центробежной силы. 1680г. –Открытие зависимости точки кипения воды от давления (Д. Папен). Он же изобрел паровой котел с предохранительным клапаном. 1681г. –Х.Гюйгенс объяснил изменение периода колебаний маятника изменением ускорения силы тяжести, выдвинул идею об измерении ускорения силы тяжести при помощи секундного маятника и первым пришел к выводу о сплюснутости Земли у полюсов. 1686г. -Найдена барометрическая формула (Э.Галлей). – Введение Г.Лейбницем понятия «живой силы» (энергии) как произведения массы тела на квадрат скорости.