Історичний огляд розвитку фізики

ФІЗИКА

ВСТУП

4. Історичний огляд розвитку фізики

Роль виробництва щодо природничих наук в їх історичному розвитку полягає у тому, що природничо-наукові знання виникли й розвиваються внаслідок потреб матеріально-виробничої суспільної діяльності й на її основі.

Систематичне вивчення природи, яке привело до виникнення природничих наук, почалося з другої половини XV ст. Бурхливе зростання пізнання значно прискорило процес формування природничих наук, виділення специфічного предмета окремих природничих наук і формування їхніх

спеціальних методів.

Цей період історичного процесу систематичного вивчення природи закінчується в галузі неорганічної природи створенням у XVI – XVII ст. основ механіки. Тоді механіка – небесна і земна – посідала чільне місце в розвитку природознавства і сформувалась разом із математикою історично раніше від інших природничих наук. Це було зумовлено характером розвитку виробництва; він є головним, але не єдиним фактором, що зумовлює цей історичний процес.

Різні природничі науки вивчають

якісно відмінні форми матеріального руху. Вивчення природи мало грунтуватися на поясненні найпростіших форм руху до більш складних, бо вища форма руху певною мірою пов’язана з нижчими найпростішими формами руху. І справді, ми бачимо, що в історичному розвитку природознавства передусім розробляється теорія простого переміщення, механіка небесних тіл і земних мас, за нею – теорія молекулярного руху, потім наука про рух атомів, хімія. Лише після того, як ці різні галузі пізнання форм руху, що панують у неживій природі, досягли високого ступеня розвитку, можна було взятися за пояснення явищ руху, що становлять процес життя. Пояснення цих явищ удосконалювалося тією мірою, якою розвивалися механіка, фізика і хімія.

Щоб вирішити завдання, поставлені розвитком виробництва, наука мала стати на шлях самостійного розвитку і систематичного експериментального дослідження природи. Початком такого дослідження природи стала геліоцентрична система польського вченого М. Коперника, яка прийшла на зміну космогонічній системі К. Птолемея. Д. Бруно і Г. Галілей дали глибоке науково-теоретичне і філософське обгрунтування системи Коперника. Розвиваючи геліоцентризм М. Коперника, Й. Кеплер відкрив основні закони руху планет навколо Сонця. Крім того, Г. Галілей виявив внутрішню суперечливість динаміки Арістотеля і розробив деякі її основні наукові принципи. Водночас дослідження Г. Галілея в галузі динаміки і астрономії поклали початок упровадженню дослідного, експериментального методу в природознавстві.

Систематизуючи й узагальнюючи результати, добуті Г. Галілеєм, Й. Кеплером та іншими своїми попередниками, І. Ньютон сформулював основні закони механічного руху, що об’єднали механіку небесних тіл із механікою Землі, і завершив створення фундаменту механіки як науки.

Ці основні моменти характеризують виникнення механіки як науки і її зв’язок із матеріально-виробничою діяльністю. Це перший важливий етап історичного процесу диференціації природничо-наукових знань, виділення кожної окремої науки з її особливим предметом і методом.

Продуктивні сили капіталізму розвивалися в умовах промислового піднесення, переходу до машинного виробництва. Різко збільшується значення засобів праці як фактора росту продуктивних сил. Винахід парової машини та застосування її на практиці спричинили революцію у виробництві й сприяли виникненню такого розділу фізики, як термодинаміка, відкриттю закону збереження і перетворення енергії. Це відкриття висунуло в 40-х роках XIX ст. на перший план об’єктивну діалектику природи і відіграло вирішальну роль у природничо-науковому обгрунтуванні діалектико-матеріалістичних поглядів. Закон збереження енергії, а також відкриття клітини та теорія походження видів Дарвіна були найважливішими відкриттями в той час.

Фізика першої половини XIX ст. досягла найбільших успіхів у вивченні теплових, електричних і магнітних явищ. Винайдення парової машини і відкриття електромагнетизму викликали великий інтерес до цих явищ і створили матеріально-технічні передумови для найважливіших відкриттів. Технічний прогрес і спричинені ним науково-експериментальні дослідження в галузі теплоти і електромагнетизму змусили фізиків відмовитися від таких “невагомих” субстанцій, як теплець, флогістон тощо.

Численні й ретельно поставлені експериментальні дослідження свідчили про взаємоперетворення теплоти і механічної роботи, виявили кількісне збереження їх і сталість відношень цих перетворень. Таким чином доводилося, що теплові явища не можуть розглядатись як властивості особливої “невагомої” речовини – теплецю, а мають бути пояснені, виходячи із законів специфічного руху молекул. Значним досягненням у розвитку фізики було відкриття першого й другого принципів термодинаміки.

На початку XIX ст. було встановлено, що електричний струм зумовлює магнітні явища. Тому вже не можна було розглядати електричні й магнітні сили як первинні властивості двох різнорідних “невагомих” субстанцій. В електро – і термохімічних явищах також було зроблено важливі відкриття, які істотно підірвали основи метафізичних поглядів і підготували визнання взаємозв’язку й зумовленості різних природних явищ. Ці відкриття мали вирішальне значення для розпаду метафізичної концепції “невагомих” субстанцій і були передумовою розвитку діалектико-матеріалістичних поглядів.

Діалектика, яка стихійно проникла в природознавство, так само як і матеріалізм, спиралась на атомістику на всіх етапах її розвитку. Протягом багатьох століть атомістика залишалась натурфілософським припущенням. Проте вже в XVIII ст. М. В. Ломоносов підніс атомістику до рівня природничо-наукової гіпотези. Якщо в XVII-XVIII ст. було вивчено та сформульовано загальні закони лише однієї форми руху – механічної, то вже на початку XIX ст. було встановлено чимало специфічних закономірностей інших форм фізичного руху (теплового і електромагнітного). Було виявлено зв’язки взаємного переходу цих форм руху. Поряд зі специфічними закономірностями окремих явищ експериментально обгрунтовано загальний і основний закон фізики – закон збереження і перетворення енергії, який разом із раніше обгрунтованим законом збереження маси дав змогу зрозуміти загальні закономірності різних явищ природи та зв’язки, взаємопереходи, що існують між ними.

Фізика в XIX ст. перетворилась із емпіричної в теоретичну науку і створила передумови, необхідні для повного подолання метафізичної, механістичної обмеженості, а також сприяла створенню діалектико-матеріалістичних поглядів на природу. Стало можливим повне подолання механічної однобічності XVIII ст., проте й саме природознавство завдяки виявленню існуючих у самій природі зв’язків між різними галузями дослідження (механікою, фізикою, хімією, біологією тощо) перетворилося з емпіричної науки в теоретичну, стаючи при узагальненні здобутих результатів системою матеріалістичного пізнання природи. Нові відкриття у фізиці були підтвердженням матеріалізму і відображали об’єктивну діалектику, властиву явищам природи.

Матеріально-виробнича діяльність і природничі науки розвиваються в постійній взаємодії. В ході історичного процесу цієї взаємодії вони просувають одна одну вперед. Унаслідок потреб матеріально-виробничої діяльності на її основі розвивається пізнання природи, а пізнання природи, в свою чергу, відкриває шляхи розвитку і вдосконалення матеріально-виробничої діяльності. Розвиток техніки і зростання значення фізики для промисловості сприяли озброєнню її досконалими методами експериментального дослідження речовин і поля. На початку XX ст. фізика піднялася до сучасного рівня експериментальних і теоретичних досліджень і відкриттів, які ведуть до нового стрімкого вдосконалення і перетворення техніки. Розвиток фізики характеризується поступовим відходом від описових методів дослідження до дедалі більшого використання точних математичних методів. Математизація фізики стала помітною наприкінці XIX – на початку XX ст. Цей процес особливо характерний для сучасної фізики. У XX ст. роль математики надзвичайно зростає, вона все більше проникає не тільки в природничі науки, а і в політекономію, соціологію, філологію. В цей час були зроблені відкриття, які спричинили глибокі перетворення у фізиці. Було відкрито явище радіоактивності, встановлено, що ядра складних атомів хімічних елементів (уран і радій) у процесі радіоактивного випромінювання самочинно розпадаються, перетворюючись в інші елементи, і виділяють при цьому велику кількість енергії. Нове відкриття виявило глибокий внутрішній зв’язок і можливість взаємоперетворення атомів. Виділення енергії при радіоактивному розпаді свідчило про нові внутрішньоядерні процеси.

У відомих раніше фізичних і хімічних явищах атоми виступали як безструктурні, неподільні частинки. Нові відкриття показали, що атоми мають складну внутрішню структуру. Було встановлено, що до складу всіх атомів входять електрони й позитивно заряджені електричні частинки. Таким чином було доведено безпідставність метафізичних уявлень про неподільність, безструктурність атома і усунуто з науки метафізичне протиставлення речовини електромагнітним явищам.

Нові, надзвичайно важливі результати дістали при дослідженні електромагнітного випромінювання. Було доведено, що випромінювання характеризується і хвильовими, і корпускулярними властивостями. Ці відкриття по-новому поставили питання про перервність і неперервність, про їхній взаємозв’язок, глибше й повніше розкрили об’єктивну діалектику природи. Проте класична фізика неспроможна була пояснити нові відкриття. Це призвело до кризи у фізиці, яка пов’язана з переглядом старих законів і основних принципів, із відкиданням об’єктивної реальності поза свідомістю, тобто заміною матеріалізму ідеалізмом і агностицизмом. З неї можна було вийти не пристосуванням старих теорій до нових відкриттів, а створенням якісно нових фізичних теорій. Це привело до виникнення і розвитку теорії відносності, квантової механіки і релятивістської квантової механіки. Революція у фізиці на межі XIX і XX ст. сприяла розвитку фізики великих швидкостей і фізики мікросвіту. Проте розвиток нової фізики не відкидає класичної, а зберігає все позитивне, що було в ній. Без цього не було б наступності, неперервності в розвитку. Водночас для поступального розвитку характерна перервність, бо тут є заперечення старого, перехід від старого до нового, виникнення якісно нового.

Квантова фізика грунтується на нових уявленнях, поняттях і математичних моделях. Сферою застосування її спочатку був мікросвіт, ядро атома і його оболонки. Вона вивчала випромінювання й поглинання атомом. Проте згодом виявлено чимало явищ, які можна було зрозуміти лише за допомогою квантових уявлень: це надтекучість гелію і надпровідність різних речовин, теорія металів і теорія напівпровідників. Квантова теорія дала змогу останнім часом створити нову галузь техніки – квантову електроніку. Квантові генератори – визначне досягнення експериментальної фізики – є практичним результатом теоретичних досліджень.

Пошуки фундаментальної взаємодії проводяться у фізиці паралельно з пошуками фундаментальних елементарних частинок. Нині виявлено багато мікрочастинок, які потребують глибокого аналізу і вивчення.

Характерною рисою сучасної експериментальної фізики є зростання складності фізичного експерименту, яке потребує також значних економічних витрат: атомні реактори, використання ядерної енергії, запуск штучних супутників Землі, космічних ракет до інших планет – усе це стало можливим завдяки швидкому розвитку точних наук і насамперед фізики. Розвитку ж фізики, особливо її нових розділів (ядра, елементарних частинок тощо), сприяє ефективний розвиток виробництва.




Історичний огляд розвитку фізики