Ֆիզիկայի պատմություն

Մինչև 17-րդ դարը մեխանիկան, ֆիզիկան, Երկրի մասին գիտությունները, աստղագիտությունը, նույնիսկ ֆիզիոլոգիան «բնական փիլիսոփայություն» կոչված գիտելիքների հավաքածուի մի մաս են կազմել, որը համատեղում էր բնության երևույթների մասին տեղեկությունները և այդ երևույթների պատճառների մասին արված սխալ եզրակացությունները մտահայեցողական ֆանտազիաների հետ։ Ֆիզիկայի պատմությունը որպես ինքնուրույն գիտություն սկսել է 17-րդ դարից՝ Գալիլեյի և իր աշակերտների փորձերից։ Դասական ֆիզիկայի տեսական հիմքերը ստեղծել է Նյուտոնը 17-րդ դարի վերջում։ Արագ տեխնոլոգիական զարգացման համադրությունը և դրա տեսական ըմբռնումը 18-19-րդ դարերում հանգեցրել է ֆիզիկայի էական հասկացությունների առաջացմանը (զանգված, էներգիա, իմպուլս, ատոմ և այլն) և հիմնարար օրենքների բացահայտմանը, որոնք ապացուցվել են փորձերով։

20-րդ դարի սկզբին միանգամից մի քանի բնագավառներում նկատվեց դասական ֆիզիկայի կիրառման ոլորտի սահմանափակ լինելը։ Ի հայտ եկան հարաբերականության տեսությունը, քվանտային ֆիզիկան, ստանդարտ մոդելը։ Սակայն մի քանի դեռևս չլուծված խնդիրներ շարունակում են մնալ ասպարեզում և խթանել ֆիզիկոսների՝ գիտության հետագա զարգացմանն ուղղված գործունեությանը։

Վաղ ֆիզիկական դիտումներ

Հին աշխարհում և միջին դարերում ձևավորվել են աստղագիտությունը, օպտիկան և այլ գիտություններ, որոնց զարգացումը ոչ միայն խթանել է մաթեմատիկան, այլև հաճախ կախված է եղել նրանից։ Այդ ժամանակ սկսեց զարգանալ բնափիլիսոփայությունը, որը փորձում էր (հիմնականում որակապես) բացատրել երևույթների առաջացման պատճառները։ Մինչև բնական երևույթների առաջին մոդելների ստեղծվելը, դրանց փոխարինում էին կրոնական առասպելները (օրինակ, «կայծակը աստծո զայրույթն է», «արևի խավարումը վիշապի նենգության արդյունքն է»)։

Տեսական մոդելները փորձնականորեն ստուգելու և նրանցից ճիշտը գտնելու միջոցները հնում շատ քիչ էին, նույնիսկ եթե խոսքը սովորական ամենօրյա երևույթների մասին էր։ Միակ ֆիզիկական մեծությունները, որոնք կարող էին ճշգրիտ չափել, կշիռը, երկարությունը և անկյունն էին։ Ժամանակի չափման չափանիշը համարվում էր օրը, որը Հին Եգիպտոսում բաժանում էին ոչ թե 24 ժամի, այլ՝ 12 ցերեկային և 12 գիշերային ժամերի, այնպես որ կային երկու տարբեր ժամեր, և տարվա տարբեր եղանակներին ժամի տևողությունը տարբեր էր լինում։ Բայց նույնիսկ երբ սահմանվեցին մեզ համար սովորական ժամանակի չափման միավորները, ճշգրիտ ժամացույցի բացակայության պատճառով շատ ֆիզիկական դիտարկումներ ուղղակի անհնար էր կատարել։ Այնպես որ բնական է, որ գիտական դպրոցների փոխարեն ստեղծվեցին մտահայեցողական կամ միստիկ ուսմունքներ։

Միջագետք և Հին Եգիպտոս

Չնայած Հին Եգիպտոսի և Բաբելոնի միջև կնքված պայմանգրերը (մ.թ.ա. 3-1 հազարամյակ) պարունակում են մեծ թվեր, դրանք ֆիզիկայի մասին որևէ տեղեկություն չեն հաղորդում։ Ամենազարգացած տեսական գիտությունը, հավանաբար, աստղագիտությունն էր, որը դեռ չէր առանձնացել աստղագուշակությունից։ Աստղագիտության կարիքների համար բաբելոնցիները մշակել էին անկյունները և ժամանակը չափելու բավական ճշգրիտ եղանակներ. բաբելոնյան աստղագիտական աղյուսակների ճշգրտությունը ավելի բարձր էր, քան եգիպտականինը։

Կիրառական մեխանիկայի ոլորտում, դատելով տպավորիչ կառույցներից, եգիպտացիների և բաբելոնացիների հեռու են գնացել. նրանք հմտորեն օգտագործել են լծակը, թեք հարթությունը, սեպը և այլ մեխանիզմներ։ Սակայն չկան նշաններ, որ նրանք ունեցել են որևէ զարգացած ֆիզիկական տեսություն։

Հին Չինաստան

Բնական գիտությունների ասպարեզից մեզ հասած ամենահին հրատարակումը երևան է եկել Չինաստանում, գրվել է դեռևս մ.թ.ա. 7-րդ դարում, թերևս ավելի վաղ։ Չինաստանը արդեն հին դարերում ունեցել է բավականին լավ զարգացած շինարարություն և արհեստներ, և կուտակված փորձը նրանք ենթարկել են գիտական վերլուծության։ Չինաստանում ֆիզիկայի ծաղկումը վերագրվում է մոտավորապես մ.թ.ա. 5-2 դարերին։ Հին չինական գիտնականների մտորումների արդյունքները ներառվել են տարբեր ընդհանուր փիլիսոփայական գրվածքներում, որոնցից առանձնանում են Մո Ցզիի (մ.թ.ա. 4-րդ դար) և նրա աշակերտների («մոիստների») գործերը։

«Մոիստական կանոն» աշխատության այն մասում, որ անդրադառնում է ֆիզիկային առնչվող հարցերին, հիմնական ուշադրությունը հատկացվել է մեխանիկային։ Այնտեղ կատարվել են իներցիայի օրենքը ձևակերպելու առաջին փորձերը. «Գործողության դադարումը պայմանավորած է դրան հակազդող ուժով... Եթե չլինի ոչ մի հակազդող ուժ, ապա գործողությունը երբեք չի դադարի»։ Այնուհետև անդրադարձ կա ինչ-որ «կամուրջով տեղափոխմանը», որը կարելի է մեկնաբանել որպես ազատ անկման ուղղագիծ լինելու մասին պնդում։ Այլ չինական գրվածքներում դիտարկվում են (մաքուր որակական ձևակերպումներով) ազդեցության և հակազդեցությոն օրենքը, լծակի կանոնը, մարմինների ծավալի ընդլայնումը՝ տաքացման և նեղացումը՝ սառեցման պայմաններում։

Չինական կողմնացույցի նախատիպը Հան դինաստիայի ժամանակաշրջանում

Չինացիները մոտեցել են երկրաչափական օպտիկայի օրենքների բացահայտմանը, մասնավորապես, նրանց հայտնի է եղել «մութ խցիկը» (կամերա-օբսկուրա, լուսանկարչական խցիկի նախատիպը), ընդ որում դրա աշխատանքի սկզբունքը միանգամայն ճշտորեն շարադրված է Մո-Ցզիի տրակտատում։ Մոտավորապես մ.թ.ա. 6-րդ դարում նրանք սկսել են կողմնացույց («հարավի ցուցիչ») օգտագործել, որի գործողությունը նրանք բացատրում էին աստղերի ազդեցությամբ, և որն օգտագործում էին նաև գուշակությունների համար։ Մեզ ծանոթ սլաքով կողմնացույցը նույնպես ի հայտ է եկել Չինաստանում 11-րդ դարում։ Չինացի գիտնականները շատ էին զբաղվում երաժշտության տեսությամբ (այդ թվում ռեզոնանսով) և ակուստիկայով։

Ընդհանուր առմամբ հին չինական ֆիզիկան ուներ կիրառական բնույթ։ Առանձին փորձերը ամփոփելով՝ նրանք կուտակել են ահագին էմպիրիկ նյութ, որը ունեցել է մետաֆիզիկական կամ նույնիսկ կրոնական բնույթ. օրինակ, Ինի և յանի հասկացությունը, այլ բնական տարերային երևույթները կամ կոնֆուցիական միստիկան։՝

Հին Հնդկաստան

Հնդիկ բնափիլիսոփաները աշխարհը ներկայացնում էին հինգ հիմնական տարրերից՝ հողից, կրակից, օդից, ջրից և եթերից (միջտիեզերական տարածությունները լցնող նյութ) բաղկացած։ Վերջինս լցնում էր միջտիեզերական տարածությունները և համարվում էր ձայնի տարածման միջավայրը։ Մնացած տարրերը հաճախ կապում էին տարբեր զգայարանների հետ։ Մոտավորապես մ.թ.ա. 7-րդ դարում հնդիկ գիտնականները, սկսած «վայշեշիկայի» հիմնադիր Կանադայից, ձևակերպեցին և սկսեցին զարգացնել ատոմների հասկացությունը։ Այս տեսության հետևորդները կարծում էին, որ ատոմը կազմված է տարրերից, յուրաքանչյուր ատոմի մեջ մտնում է ինն տարր, և յուրաքանչյուրը տարր ունի մինչև քսանչորս հատկություն։

Ֆիզիկան և մեխանիկան Հին Հնդկաստանում ունեցել են հստակ մետաֆիզիկական և որակական բնույթ։ Հատկապես մանրամասն հետազոտվել են շարժման հարցերը։ Ըստ վայշեշիկաների ուսմունիք, յուրաքանչյուր մարմին տվյալ պահին կարող է մասնակցել միայն մեկ շարժման, որը հանդիպելով դիմադրության՝ ինքն իրեն ոչնչացնում է։ Շարժման պատճառը կարող է լինել ճնշումը (միջնադարյան Եվրոպայում դա անվանում էին «խթան»), կամային գործողությունը և առաձգականությունը. ոչ մի մարմին չի կարող ինքն իրեն շարժման մեջ դնել։ Հավերժական շարժումն անհնար է։

Անտիկ ֆիզիկա

Ընդհանուր բնութագիր

• 
  Թալես Միլեթացի
• 
  Անաքսագորաս
• 
  Դեմոկրիտ
• 
  Արքիմեդ
• 
  Հերոն

Անտիկ գիտությունները Հին Հունաստանում հենվում էին հույն գիտնականների կառուցած մաթեմատիկական (հանրահաշվական և երկրաչափական) գիտելիքների բովանդակային և ամբողջական համակարգի վրա։ Պյութագորականները հայտարարում էին, որ բոլոր բնական երևույթները (մեխանիկա, աստղագիտություն, օպտիկա, երաժշտություն և այլն) ենթարկվում են մաթեմատիկական օրենքներին։ Այս մոտեցումը թույլ էր տալիս ստանալ մի շարք արժեքավոր արդյունքներ, բայց շատ անտիկ գիտնականների ցուցադրական հեռու մնալը իրենց տեսությունները փորձնական ստուգելուց հանգեցնում էին բազմաթիվ մոլորությունների։

Անտիկ ֆիզիկայի մասին ամենակարևոր աղբյուրները համարվում են Պլատոնի, Արիստոտելի (մ.թ.ա. 4-րդ դար), Արքիմեդի (մ.թ.ա. 3-րդ դար), Հերոնի և Տիտուս Լուկրեցիուս Կարուսի աշխատանքները, ինչպես նաև այլ մտածողների տեքստերում պահպանված մեջբերումների կտորները։ Ի տարբերություն Չինաստանի և Հնդկաստանի մտածողների, հին հունական բնափիլիսոփաները մշակել են ֆիզիկական տեսակետները առասպելականից անդին լուսաբանելու համակարգեր, որոնք կառուցել են հստակ սահմանված սկզբունքների հիման վրա։ Չնայած այդ սկզբունքների մեծ մասը սխալներ էր պարունակում, այն հսկայական ազդեցություն ունեցավ գիտության զարգացման վրա և մինչև 17-րդ դարը մրցակիցներ չուներ։ Անտիկ ֆիզիկայի արժեքն այն էր, որ նա հստակ դնում էր նյութի կառուցվածքի և շարժման հիմնարար խնդիրները և քննարկում էր այդ խնդիրների լուծման հնարավոր ճանապարհները։

Առաջնային տարրեր և պլատոնականություն

Պլատոն։ Մասունք Ռաֆայելի «Աթենական դպրոց»-ից

Տարբեր անտիկ ֆիզիկոսներ տարբեր վարկածներ են առաջ քաշվեցել այն մասին, թե ինչը կարելի է համարել տիեզերքի հիմքը. առաջնային տարրը` արխե, որից կազմվել է դիտարկվող օբյեկտների ամբողջ բազմազանությունը։ Թալես Միլեթացին համարում էր, որ ջուրն է, Անաքսիմենեսը՝ օդը, Հերակլիտը՝ կրակը։ Անաքսիմանդրոսը կարծում էր, որ այդ բոլոր երկրորդական տարրեը գոյանում էին մեկ ընդհանուր նյութից՝ «ապեյրոնից»։ Անաքսագորասի համակարգում տարրերի թիվն անսահման է։ «Թվերը կառավարում են աշխարհը» թեզով, լավ փաստարկված Պյութագորյան դոկտրինի ի հայտ գալով այն հասկացություններրը նույնպես ներառվեցին վեճի մեջ. մաթեմատիկան դիտարկվում էր որպես աշխարհի իդեալական հիմնակմախքը և տիեզերքի օրենքների ճանաչման ուղիղ ճանապարհ։ Այնուամենայնիվ անտիկ ֆիզիկայում գերակշռում էին աշխարհի որակական, մետաֆիզիկական մոդելները։

Պլատոնը, մ.թ.ա. 4-րդ դարի հայտնի փիլիսոփան, իր «Տիմեոս» երկխոսության մեջ շոշափել է մի շարք ֆիզիկական հարցեր։ Չնայած այնտեղ շարադրված գաղափարների ակնհայտ միստիկական բնույթին, աշխատությունը մեծ հետք է թողել գիտության պատմության և փիլիսոփայության մեջ։ Նյութականից բացի, սահմանում էր «մաքուր իդեաների» իդեալական աշխարհի գոյությունը, որը հիմնված էր գեղեկցության և մաթեմատիկայի օրենքների վրա. իրական աշխարհը դրա ոչ ճշգրիտ պատճենն է։

Պլատոնն ընդունում էր չորս դասական տարրեր. հող, ջուր, օդ և կրակ, բայց նրանց հետ կար առաջնային տարրը, որից ստեղծվում են մյուս չորսը, երբ տեղավորվում է կանոնավոր բազմանիստի պատկերներում։ Պլատոնը նույնիսկ նկարել է տարբեր տարրերին համապատասխանող բազմանիստների սխեման, օրինակ, խորանարդը համապատասխանում է հողին, բուրգը՝ կրակին։ Տարբեր ֆիզիկական պրոցեսներ՝ այրումը, լուծելիությունը, ջրի ագրեգատային վիճակների փոփոխությունը, կոռոզիան և այլն, Պլատոնը վերլուծել և բացատրել է այս տեսանկյունից։

Ատոմականություն

Հիմնական հոդված՝ Ատոմիզմ

Զենոնի ապորիայի ի հայտ գալով բավականին դժվար և ցայժմ չլուծված խնդիր դրվեց. արդյոք մատերիան, ժամանակը և տարածությունը անվերջ բաժանելի են թե բաժանելիության սահմաններ գոյություն ունեն։ Այդ հարցի պատասխանների տարբերակներից մեկը եղավ ատոմականությունը (Դեմոկրիտ, մ.թ.ա. 5-րդ դար), ըստ որի տարբեր մարմինների տարբերվում են միմյանցից ոչ թե բաղադրությամբ, այլ կառուցվածքով, այսինքն նրանցում անբաժանելի ատոմների միավորման կառուցվածքով (ընդ որում թույլատրելի էր տարբեր տիպի և ձևի ատոմների գոյությունը)։ Ատոմականության հետևորդները կարծում էին, որ բնության մեջ ոչինչ չկա՝ բացի ատոմներից և դատարկությունից։ Ատոմները ունեն իրար հետ բավականին ուժեղ փոխկապակցման հատկություն՝ ստեղծելով նյութը և մյուս դիտվող ֆիզիկական երևույթները (լույս, ջերմաստիճան, հոտ, մագնիսականություն, էլեկտրական երևույթներ)։ Էպիկուրը նույնիսկ կարծում էր, որ մարդու ազատ կամքը պայմանավորված է ատոմների պատահական տեղաշարժով։

Ատոմիստները բացահայտել են զանգվածի պահպանման օրենքը, որի առաջին ձևակերպումը տվել է (հավանաբար պյութագորասական) Էմպեդոկլեսը՝ մ.թ.ա. 5-րդ դարում.

Ոչինչ չի կարող առաջանալ ոչնչից և այն, ինչ կա, չի կարող ոչնչանալ։

Ավելի ուշ նման թեզեր են արտահայտել նաև Դեմոկրիտը, Արիստոտելը, Էպիկուրը և այլք։

Արիստոտել

Հիմնական հոդված՝ Արիստոտելի ֆիզիկա

Պլատոնը (աջ) և Արիստոտելը։ 15-րդ դար, Լուկա Դելլա Ռոբիա

Արիստոտելը (մ.թ.ա. 4-րդ դար) դատապարտել է իր նախորդների մոդելները, քանի որ դրանք դոգմտիկ էին և չէին հաստատվել դիտարկումներով։ Բնության մասին տեղեկությունների միակ աղբյուր նա համարում էր իրական փորձովի վերլուծությունը, իսկ դիտարկմանը ոչ ենթական հասկացությունների (ինչպես ատոմների կամ կորպուսկուլների) ներմուծումը տեսության մեջ՝ սկզբունքորեն անընդունելի։ Արիստոտելը ինքը փորձել է դոգմաների փոխարեն հաստատել տրամաբանական դատողություններ և հղումներ հայտնի ֆիզիկական երևույթներին։ «Ֆիզիկա» տերմինը ծագել է Արիստոտելի աշխատություններից մեկի անվանումից։ Մի ժամանակ Արիստոտելի հեղինակությանն էր վերագրվում «Մեխանիկական խնդիրներ» բովանդակային աշխատությունը, բայց հավանաբար, այդ գրքի հեղինակը ապրել է ավելի ուշ, Ալեքսանդրիայում, և հայացքներով մոտ է եղել Արիստոտելի դպրոցին։

Ըստ Արիստոտելի՝ ֆիզիկայի առարկան բնության երևույթների առաջնային պատճառը բացահայտելն է.

Քանի որ գիտական իմացությունն առաջանում է այն բոլոր հետազոտությունների դեպքում, որոնք տարածվում են սկզբի, պատճառների կամ տարրերի վրա դրանք ճանաչելու միջոցով (չէ որ մենք այն ժամանակ ենք վստահ լինում ամեն մի իրի ճանաչման մեջ, երբ իմանում ենք նրա առաջնային պատճառները և այն վերլուծում ենք ընդհուպ մինչև տարրերը) ապա պարզ է, որ բնության մասին գիտությունում պետք է ամենից առաջ որոշել այն, ինչ վերաբերում է սկզբին։

Հակառակ ֆիզիկան փորձնականորեն հիմնավորելու Արիստոտելի ձգտմանը, փորձարարական ֆիզիկայի և ճշգրիտ չափիչ սարքերի բացակայութան պատճառով այս մոտեցումը դեռ երկար ժամանակ (փաստացի մինչև Նյուտոնը) առաջնահերթությունը տվել է մետաֆիզիկական ֆանտազիաներին։ Մասնավորապես, Արիստոտելը և նրա հետևորդները պնդում էին, որ մարմնի շարժումը պահպանվում է նրա հանդեպ կիրառված ուժի շնորհիվ։ Արագության հասկացությունը չկար Արիստոտելի, ինչպես նաև մյուս անտիկ մտածողների մոտ, քանի որ դրա համար պահանջվում է ճանապարհի հարաբերությունը ժամանակին, իսկ հույները ճանաչում էին միայն համասեռ մեծությունների հարաբերությունը (նույն պատճառով չկար խտության հասկացությունը)։

Արիստոտելը կտրուկ քննադատել է ատոմիստներին, ասելով․ եթե ատոմները անսահման շատ են և շարժվում են, ապա նրանք կարող են ունենալ անվերջ շատ «շարժման պատճառներ», բայց այդ դեպքում աշխարհը քաոսի կվերածվեր։ Շարժումների մեծամասնությունն, ըստ Արիստոտելի, տեղի է ունենում, քանի որ մարմինները հակված են զբաղեցնելու իրենց բնական տեղերը, օրինակ՝ ծանր մարմինների համար այդ տեղը երկրի կենտրոննն է, այստեղից էլ իր հայտ է գալիս ընկնելու երևույթը։ Արիստոտելի կարծիքով ծանր մարմինները ավելի արագ են ընկնում, քան նույն ձևն ունեցող թեթևները, և անկման ժամանակը հակադարձ համեմատական է մարմնի կշռին։ Արիստոտելը դիտարկել է նաև «արհեստական շարժում»ը կիրառված ուժի ազդեցության տակ, սակայն համարում էր, որ ազդեցությունը դադարելիս մարմինը կանգ է առնում։ Ակնհայտ հակասությունը փորձի հետ, օրինակ՝ թռչող նետը ամենևին էլ ուղղահայացով չի շարժվում,- Արիստոտելը բացատրում էր նրանով, որ նետին պահում է արձակման ժամանակ առաջացած օդի դիմադրությունը։ Նա հերքում էր դատարկության հնարավորությունը, քանի որ դրանում անհնար էր «բնական շարժում» սահմանել։

Արիստոտելը հերքում է նաև Պլատոնի մոդելը։ Նա նշում է, որ այն չի բացատրում շատ իրական երևույթներ, օրինակ՝ գոլորշու ճնշման աճը ջրի եռալու ժամանակ, իսկ տարերքների հատկությունների կապը բազմանիստների հետ անհիմն հորինվածք է։ Փոխարենը Արիստոտելը առաջարկում է նույնքան մտացածին «հատկությունների տեսությունը»։

Արիստոտելի համակարգը գոյատևեց գրեթե երկու հազարամյակ։ Այդ ընթացքում այն բազմաթիվ մեկնաբանություններ և քննադատությունների ենթարկվեց։ Մեծ վիճաբանություն էր առաջացնում, օրինակ, այն հարցն այն մասին, թե ինչպես է փոփոխվում մարմնի կշիռը Երկրի կենտրոնին մոտենալիս. ոմանք համարում էին, որ կշիռն աճում է, այլք՝ որ ընկնում է մինչև զրո։

Այլ անտիկ ձեռքբերումներ

Մ․ թ․ ա․ չորրորդ դարից հետո աթենական գիտական դպրոցի գաղափարախոսական համակարգը, որը բավարար կապված չէր փորձին, հարստանում է ալեքսանդրյան դպրոցի ավելի գործնական մոտեցումներով։ Ալեքսանդրիացի հույները առաջինը մշակեցին մի քանի քանակական (մաթեմատիկորեն շարադրված) տեսություններ և նկարագրեցին դրանց գործնական կիրառությունը․ այդ գիտնականների և գյուտարարների մեջ հատկապես հռչակվեցին Արքիմեդը, Կտեզիբիոսը և Հերոն Ալեքսանդրիացին։

Այս խնդիրները հստակ շարադրել է Արքիմեդը, որը հետևյալ եզրակացությունն է արել. «մեծությունները հավասարակշռվում են ծանրություններին հակադարձ համեմատական երկարություններով», և Հերոն Ալեքսանդրիացին։ Արքիմեդը տվել է զանգվածների կենտրոնի սահմանումը և գտել է դրա դիրքը եռանկյունու և այլ պատկերների դեպքում։ Նա նաև հաշվել է հեղուկի դուրս մղող ուժը)։ Մ.թ.ա. 4-րդ դարում Սինեզիուս Կիրենացին՝ Հիպատիայի աշակերտը, Արքիմեդի հայտնագործությունների հիման վրա հորինել է խտաչափը (աերոմետր)՝ հեղուկների տեսակարար կշիռը որոշելու համար։

Հերոնի առաջին շոգետուրբինը

Էմպեդոկլեսը և Անաքսագորասը փորձով ապացուցել են օդի առաձգականությունը։ Հերոնը, ընդհանրացնելով հիդրավլիկայում կուտակված փորձը, հրապարակել է «Պնևմատիկա» դասագիրքը։ Ինչպես նշել է Հերոնը, գազի սեղմելիությունը ապացուցում է, որ այն բաղկացած է մանր մասնիկներից, որոնք իրարից բաժանված են դատարկությամբ։ «Պնևմատիկայում» նկարագրված են բազմաթիվ տեխնիկական սարքավորումներ, այդ թվում՝ առաջին տուրբինը։ Մեծ ավանդ է ունեցել տեսական ակուստիկայի և երաժշտության տեսության բնագավառում։

Հելլենները հաջողությամբ զարգացրել են երկրաչափական օպտիկան։ Էվկլիդեսն իր «Օպտիկա և կատօպրիկա» աշխատության մեջ խորությամբ հետազոտել է հեռանկարի օրենքները և հայելու կանոնը։ Մեկ այլ ծավալուն աշխատություն օպտիկայի վերաբերյալ գրել է Արքիմեդը, բայց այն չի պահպանվել։ Հայտնի է, որ Արքիմեդը չափել է արևի անկյունային տրամագիծը և ստացել է բավականին ճշգրիտ արդյունք. 27' և 33' միջև (անկյունային րոպե)։ Հերոնի մոտ առաջին անգամ հանդիպում ենք լույսի անդրադարձման համար փոքրագույն ճանապարհի վարիացիոն սկզբունքին։ Այնուամենայնիվ հույների օպտիկայում կային և կոպիտ սխալներ։ Օրինակ, լույսի բեկման անկյունը համարվում էր համեմատական անկման անկյանը (այս սխալը թույլ է տվել նույնսիկ Կեպլերը), պատկերումը աչքի ցանցաթաղանթին դեռ չէր բացահայտվել, այդ պատճառով տեսողությունը կապում էին մարդկանց և կենդանիների աչքերից բխող հատուկ ճառագայթների հետ։ Լույսի և գույնի բնույթի վերաբերյալ հիպոթեզները բազմաթիվ էին, սակայն հաճախ՝ մտահայեցողական։

Իսլամական երկրներ

Գիտության «Ոսկեդարը» իսլամական երկրներում տևել մինչև է 9-14-րդ դարերը (մինչև մոնղոլական արշավանքները)։ Այդ ժամանակաշրջանում հույն և հնդիկ գիտնականների գլխավոր աշխատությունները թարգմանվեցին արաբերեն, ինչից հետո արաբ, պարսիկ և թուրք մտածողները զարգացրեցին և մեկնաբանեցի այդ աշխատությունները, իսկ մի շարք դեպքերում նոր ֆիզիկական մոդելներ առաջադրեցին։ Հիմնական ուշադրությունը, ինչպես Հունաստանում, տրվում էր մեխանիկային և օպտիկային։

Աբդուռահման ալ-Խազինին (12-րդ դար) «Իմաստության կշեռքների գիրք» (1121 թվական) տրակտատում շարունակել է լծակային կշեռքների և զանգվածների կենտրոնի շուրջ Արքիմեդի հետազոտությունները։ Գրքում նկարագրված են շարադրված սկզբուքների բազմաթիվ գործնական կիրառություններ, ներառյալ ակնագործական կեղծիքները հայտնաբերելու եղանակները, բերված է տարբեր նյութերի տեսակարար կշիռների աղյուսակ։ Ալ-Խազինին Արքիմեդից հեռուն գնաց և նրա օրենքը տարածեց օդում գտնվող մարմինների վրա. անոթից օդը դուրս մղելիս նրանում գտնվող մարմինն ավելի ծանր է դառնում։ Ալ-Խազինի գրքին հավելյալ արժեք են տալիս Օմար Խայամի և Ալ-Բիրունիի` նրանում ներառված արդյուքները տեսակարար կշիռը ճշգրիտ որոշելու և հաշվելու վերաբերյալ։

«Օպտիկայի գիրք» աշխատության՝ լատիներեն թարգմանության, վերնագրի էջը

Օպտիկայում Պտղոմեոսից հետո ամենամեծ ավանդը ունեցավ Ալհազենը (969-1039)՝ իր «Օպտիկայի գիրք» մենագրությամբ։ Նա մերժել է մարդու աչքից դուրս եկող տեսողության ճառագայթների հին վարկածը, տվել աչքի կառուցվածքի և հատկությունների ճիշտ բացատրություն։ Սակայն նա կարծում էր, որ արտաքին առարկաների պատկերները առաջանում են ակնաբյուրեղի ներսում։ Ալհազենը կարծիք է հայտնել լույսի արագության վերջավոր լինելու մասին արժեքը և իրականացրել է փորձեր կամերա-օբսկուրայով, լույսի բեկման վերաբերյալ, ինչպես նաև փորձեր տարբեր հայելիների հետ։ Նա սահմանեց, որ կորագիծ հայելուց անդրադարձված ճառագայթը գտնվում է ընկնող ճառագայթը և մակերևույթին տարված նորմալը պարունակող հարթության մեջ։ Ալհազենի դիտումները (առանց նշելու նրա անունը) տեղ են գտել Էրազմ Վիտելոյի գրքում, որը երևան է եկել 1271 թվականին և վայելել է մեծ հանրաճանաչություն. այդ գիրքը տպագրվել է 300 տարի շարունակ և էապես նպաստել է Եվրոպայում օպտիկայի զարգացմանը։

Ալ-Ջազարին (1136-1206)՝ արաբ խոշորագույն գյուտարարներից մեկը, «Երազանքների գիրք» աշխատության մեջ նկարագրել է ծնկաձև լիսեռ, պոմպավոր փականներ, ջրամբարձ մեքենաներ, ջրային ժամացույցներ, երաժշտական մեքենաներ և այլն։ Ալ-Ջազարիին են պատկանում այնպիսի տեխնոլոգիական նորարարություններ, ինչպիսիք են շերտավորված բնափայտը, ծածկագրով փականը, կողմնացույցի և արևային ժամացույցի հիբրիդը ցանկացած լայնության համար և այլն։

Միջնադարյան Եվրոպա

Քրիստոնեական Եվրոպայում գիտական հետազոտությունները փաստացի սկսել են 14-րդ դարից։ Մինչ այդ ընթացքում կարող ենք նշել ընդամենը քանի ձեռքբերումներ. ակնոցի գյուտը, ծիածանի առաջացման երևույթի ճիշտ բացատրությունը, կողմնացույցի յուրացումը։ Ֆրանսիացի գիտնական Պիեռ դը Մարիկուրը 1269 թվականին հրատարակել է մագնիսների հատկություններ վերաբերյալ ծավալուն հետազոտություն, որտեղ ի թիվս այլ բաների ցույց է տվել, որ մագնիսացված առարկան կարող է ապամագնիսացվել և որ մագնիսականության պատճառը Երկրի բևեռներն են։

14-րդ դարում ի հայտ եկան արաբական և պահպանված հունական տեքստերի լատիներեն թարգմանությունները։ Այդ աշխատանքները էական ազդեցություն ունեցան այնպիսի միջնադարյան փիլիսոփաների վրա, ինչպիսին է Թովմա Աքվինացին։ Միջնադարյան սխոլաստները միջոց էին փնտրում համաձայնեցնելու անտիկ փիլիսոփայությունը և քրիստոնեական աստվածաբանությունը՝ Արիստոտելին հռչակելով ամենաակնառու անտիկ մտածող։ Արիստոտելի ֆիզիկան, այն դեպքերում, երբ չէր հակասում եկեղեցու ուսմունքին, դարձավ ֆիզիկական երևույթների բացատրման հիմքը։

Միջնադարում այսպես էին պատկերացնում ռումբերի հետագիծը։

Համաձայն Արիստոտելի ուսմունքի, միջնադարյան մտածողները կարծում էին, որ մարմինները հակված են մնալու իրենց բնական դիրքերում։ Օրինակ, «ծանր» մարմինները ներքև են ձգտում, իսկ «թեթևները»՝ վերև։ Համարվում էր, որ շարժման պահպանման համար անհրաժեշտ է որոշակի ուժ. առանց ուժի շարժումը դադարում է։ Այս մոդելը ենթարկվել է փաստականացված քննադատության դեռ մ.թ.ա. 6-րդ դարում (Հովհան Ֆիլոպոն)։ Դիտարկենք հետևյալ հարցը. ինչո՞ւ է ձառքից ուղղաձիգ վեր նետված քարը որոշ ժամանակ դեպի վեր շարժվում, չնայած ձեռքի նետող ուժն այլևս չի ազդում նրա վրա։ Այս հարցին պատասխանելու համար միջնադարյան գիտնականները (Ֆիլոպոնը, ավելի ուշ՝ Բուրիդանը) մշակեցին իմպետուսի (լատ. impetus՝ խթան. շարժման ներկառուցված ուժի) տեսությունը։ Այս հասկացությունները քայլ էին դեպի իներցիայի գաղափարը, չնայած դեռևս զգալիորեն տարբերվում էին նրանից, քանի որ ենթադրվում էր, որ նետված մարմնի վրա շարունակում է որոշ ժառանգված ուժ ազդել։ Ֆիլոպոնը մերժում էր նաև Արիստոտելի այն կարծիքը, որ ծանր մարմինները ավելի արագ են ընկնում, քան թեթևները։

14-րդ դարում մի խումբ անգլիացի գիտնականներ (այսպես կոչված «Օքսֆորդի հաշվիչներ») մեխանիկայի չլուծված խնդիրների նոր հետազոտություն անցկացրեցին։ Նրանք նույնպես քննադատեցին Արիստոտելի մեխանիկան, ճշտեցին արագության սահմանումը և ներմուծեցին ակնթարթային արագության հասկացությունը, մանրամասն ուսումնասիրեցին հավասարաչափ արագացող շարժումը։ Այս աշխատանքները շարունակեց փարիզցի բնափիլիսոփա Բուրիդանը և նրա աշակերտները՝ Նիկոլայ Օրեսմը և Ալբերտ Սաքսոնացին։ Բուրիդանի դպրոցը ոչ միայն բազմակողմանի քննադատության ենթարկեց Արիստոտելի արխայիկ եզրակացությունները, այլև առաջ շարժվեցին դեպի նոր մեխանիկան՝ մոտենալով հարաբերականության մեխանիկական սկզբունքին։ Բուրիդանը գրել է, որ իմպետուսը, միանալով ծանրությանը, արագացնում է մարմնի անկումը, նա նաև զգուշավոր արտահայտություններով գրում է Երկրի ամենօրյա պտույտի մասին։

15-րդ դարի վերջում Լեոնարդո դա Վինչին բացահայտում է շփման ուժը։

Ֆիզիկայի ծագումը

16-րդ դար. տեխնիկական առաջընթաց և գիտական հեղափոխության սկիզբ

Տե՛ս նաև՝ Գիտական հեղափոխություն

16-րդ դարում արագ տեխնիկական առաջընթաց տեղի ունեցավ գիտության բոլոր ոլորտներում։ Հայտնաբերվեցին տպագրահաստոցը, հյուսելու մեքենան և շատ այլ բարդ մեխանիզմներ, ի հայտ եկան նյութերի մշակման զարգացած միջոցներ, հրատանաձգության, ծովագնացության և շինարարության պահանջները խթանեցին ֆիզիկայի զարգացմանը։ Երկար ժամանակ փորձի անցկացմանը խանգարում էր այն փաստը, որը որ գործնականում դրանք բոլորը կապված էին ժամանակի չափման հետ, սակայն ջրային և արևային ժամացույցները չէին կարողանում անհրաժեշտ ճշգրտություն ապահովել (օրինակ, Գալիլեյը ժամանակը չափելու համար դիմում էր սեփական զարկերակին)։ 16-17-րդ դարերում սկսեցին հայտնվել նոր, ավելի կատարելագործված չափող սարքեր. ճոճանակով մեխանիկական ժամացույցներ, բարոմետր, ջերմաչափ, ճշգրիտ զսպանակավոր կշեռք և այլն։ Այդ սարքավորումները բավականին ընդլայնեցին ֆիզիկան հիպոթեզները ստուգելու հնարավորությունը։ Ոչ պակաս կարևոր փոփոխություն էր այն աճող համոզմունքը, որ բոլոր գիտական վեճերի գլխավոր դատավորը իրական փորձն է։ Դրա մասին համառորեն գրել են Նիկոլաս Կուզացին, Լեոնարդո դա Վինչին, Ֆրենսիս Բեկոնը և այլ խոշոր գիտնականների ու փիլիսոփաներ։ Եվս մեկ կարևոր գործոն էր անտիկ և իսլամական ժառանգության յուրացման գործնական ավարտը՝ եվրոպական գիտնականները լատիներեին թարգմանեցին և յուրացրեցին պահպանված բոլոր գրքերը։

Մեծ փոփոխությունների տեղի ունեցան տեսական գիտության զարգացման մեջ։ Գիտական հեղափոխությունը սկսեց նրանից, որ Նիկոլայ Կոպեռնիկոսը երկրակենտրոն համակարգը արևակենտրոն համակարգով (1543)։ Իր «Երկրային ոլորտների պտտման մասին» գրքում Կոպեռնիկոսը մի շարք նոր, ոչ արիստոտելյան մեխանիկայի գաղափարներ է առաջադրում՝ ներառյալ հարաբերականության սկզբունքը, կռահումներ է անում իներցիայի օրենքի և համընդհանուր ձգողականության ուժի մասին։ Աշխարհի ավելի համարձակ համակարգի է առաջադրում Ջորդանո Բրունո 1580-ականներին, որի համար ոչ միայն Երկիրը, այլև Արեգակն էլ շարքային լուսատու է։

Սիմոն Սթևինը իր «Տասներորդը» (1585), «Ստատիկայի հիմունքներ» և այլ աշխատություններում շրջանառության մեջ է դնում տասնորդական կոտորակը, ձևակերպում է (Գալիլեյից անկախ) թեք հարթության վրա ճնշման ուժի կանոնը, ճշգրտորեն նկարագրում է ուժերի զուգահեռագծի կանոնը, առաջ է մղում հիդրոստատիկային և նավագնացությունը։ Հետաքրքրական է, որ թեք հարթության վրա հավասարակշռության պայմանի բանաձևերը նա դուրս է բերել հավերժական շարժման անհնարինությունից (ինչը աքսիոմ էր համարում)։

Գալիլեյ. փորձարարական ֆիզիկայի ստեղծում

Գալիլեո Գալիլեյի դիմանկարը։ Հեղինակ` Օտտավիո Լեոնի

Գալիլեո Գալիլեյը հայտնի է որպես աստղադիկաի գյուտարար, որի օգնությամբ կատարել են շատ նշանավոր աստղագիտական բացահայտումներ։ Բայց ոչ պակաս հեղափոխական վերափոխումներ պատկանում են Գալիլեյի մեխանիկային։ Նրա գրեթե բոլոր աշխատությունները վերաբերվել են մեխանիկայի խնդիրներին, իսկ հաջորդ գիրքը հատուկ նվիրված է իրեն։ Գալիլեյի աշխատանքները հեղափոխական շրջանում փոխարինեցին արիստոտելյան մեխանիկային՝ իրական սկզբունքներով։

Գալիլեյը ձևակերպել է մեխանիկայի տեսության հիմունքները՝ հարաբերականության սկզբունքը, իներցիայի օրենքը, ազատ անկման արագացումը։ Գալիլեյը ապացուցել է, որ ցանկացած անկյան տակ նետված մարմնի հետագիծը պարաբոլ է։ Նա հորինել է առաջին ջերմաչափը (կրկին առանց սանդղակի), ուսումնասիրել է ճոճանակի տատանումները, ստեղծել է առաջին մանրադիտակը, գնահատել է օդի խտությունը։ Գալիլեյը պատճառաբանել է, որ անկախ շարժումների օրենքը հստակ չի ձևակերպված։ Գալիլեյը իր հայտնագործությունների մեծ մասը կատարել է ճշգրիտ փորձերի հիման վրա։ Գալիլեյի փորձերը ճոճանակի տատանման հետ կապված՝ 1588 թվականին կատարել է Մարեն Մերսեննը, հարստացրել է ակուստիկան` հայտնաբերել է ձայնի շփումը պարանի հետ, որոշել է ճոճանակի տատանումների հաճախությունը և պարբերությունը. միևնույն ժամանակ Մերսեննը ստացել է օդում ձայնի արագության առաջին արժեքը (ՄՀ-ով` մոտավորապես 414 մ/վրկ)։

Գալիլեյի բացահայտումը համոզիչ ու հասկանալի էր, սակայն ընդհանուր առմամբ այն ցույց տվեց դեպի նոր մեխանիկայի ստեղծման ճանապարհը։ Հատկանշական է, որ թեև որոշ դեպքերում Գալիլեյը սխալվել էր (օրինակ, որ մակընթացությունների պատճառը համարում էր երկրի պտույտը), սակայն այդ սխալները հիմնականում վերաբերվում էին այն իրավիճակներին, երբ նա անհրաժեշտ փորձարկումներ չէր կատարել։

Գալիլեյի աշակերտը՝ Էվանջելիստա Տորիչելլին, արգացրել է շարժման վերաբերյալ Գալիլեյի գաղափարները, ձևակերպել է զանգվածների կենտրոնի շարժման կանոնը, լուծել է հիդրոդինամիկայի և բալիստիկայի մի շարք խնդիրներ, այդ թվում Տորիչելլիի հիմնարար բանաձևը (անոթից հոսող հեղուկի արագության համար)։ Նա հրապարակել է Գալիլեյի գաղափարների վրա հիմնված հրետանային աղյուսակները, սակայն օդի դիմադրության ուժից առաջացած շեղումը հաշվի չի առել և այն գործնական կիրառություն չի գտել։

17-րդ դար

• 
  Հանս Լիպերհեյ
• 
  Յանսեն Զախարիաս
• 
  Գալիլեո Գալիլեյ
• 
  Յոհան Կեպլեր
• 
  Ռենե Դեկարտ
• 
  Քրիստիան Հյույգենս
• 
  Իսահակ Նյուտոն

17-րդ դարում եվրոպական մի շարք երկրներում կտրուկ աճում է գիտության նկատմամբ հետաքրքրությունը։ Ստեղծվում են առաջին գիտական ակադեմիաները և առաջին գիտական ամսագրերը։ Չնայած կաթոլիկ եկեղեցու ընդիմությանը՝ վերածնվեցին ատոմականության գաղափարները (ըստ Վատիկանի, այդ գաղափարները հակասում էին հաղորդության խորհրդի իմաստին)։ Ստեղծվեցին նոր գիտական գաղափարներ և գործիքների կատարելագործումն արդեն թույլ էր տալիս ստուգել դրանցից շատերը։ Օպտիկայի, ֆիզիկայի և ընդհանրապես գիտության պատմության մեջ հատկապես մեծ նշանակություն ունեցավ 17-րդ դարում Հոլանդիայում հեռադիտակի գյուտը (1608), որը համարվել է հետագա բոլոր օպտիկական հետազոտությունների սարքավորումների նախահայրը։

Կեպլեր և Դեկարտ

1609 թվականին Յոհան Կեպլերը հրատարակում է իր «Նոր աստղագիտություն» գիրքը, որի մեջ տեղ են գտնում նրա երկու օրենքները` մոլորակների շարժման հետ կապվախ, իսկ երրորդ օրենքը ավելի ուշ ձևակերպում է իր «Համաշխարհային հարմոնիա» գրքում (1619)։ Միևնույն ժամանակ նա ձևակերպում է (ավելի հստակ, քան Գալիլեյը) իներցիայի օրենքը. յուրաքանչյուր մարմին, որը չունի այլ մարմինների ազդեցությունը իր վրա՝ պահպանում է իր դադարի վիճակը կամ կատարում է ուղղագիծ շարժում։ Պակաս հստակ է ձևակերպել համընդհանուր ձգողության օրենքը. ուժը, որը գործում է մոլորակների վրա՝ գալիս է արևից, սակայն հեռավորությանը ուղիղ համեմատական կերպով թուլանում է, որը տեղի է ունենում բոլոր երկնային մարմինների հետ։ Այդ ուժի աղբյուրը նրա կարծիքով, համարվում է արեգակի պտույտը և մոլորակների՝ իրենց առանցքի շուրջը պտույտը։ Կեպլերը նաև բավականին շատ նպաստել է օպտիկային, այդ թվում՝ ֆիզիոլոգիական (բացատրել է ոսպնյակի դերը և ճշգրտորեն ներկայացրել է կարճատեսության և հեռատեսության պատճառները)։ Նա զգալիորեն աշխատանքներ է կատարել օպտիկական ոսպնյակների տեսության համար, դուրս է բերել օբյեկտների՝ հեռավորության վրա շփման բանաձևը և ստացել է նրա պատկերը՝ ոսպնյակի կիզակետային հեռավորության վրա։

Ռենե Դեկարտ

1637 թվականին Ռենե Դեկարտը հրապարակեց իր «Քննարկումներ մեթոդների մասին» գիրքը, որը իր մեջ պարունակում էր «Երկրաչափություն», «Դիօպտրիկա», «Մատեորներ» հավելվածները։ Դեկարտը կարծում էր, որ շարժման պատճառը նյութի տեսակն է, որից առաջացել է որպեսզի լրացնի դատարկությունը (որը համարվում է անհնար և հետևաբար չի ճանաչում ատոմները), կամ մարմնի պտույտը։ «Դիօպտրիկա» աշխատության մեջ Դեկարտը առաջին անգամ տալիս է լույսի ռեֆրակցիայի ճշգրիտ սահմանումը։ Նա ստեղծում է անալիտիկ երկրաչափությունը և ներկայացնում է ժամանակակից մաթեմատիկայի խորհրդանիշները։ Դեկարտը երկրային միասնության և երկնային ֆիզիկայի մասին ասել է. «բոլոր մարմինները տիեզերքի բաղադրիչներն են, նրանք բաղկացած են նույն նյութից, անվերջ բաժանելի են և ըստ էության բաժանված են տարբեր մասերի»։

1644 թվականին դուրս է գալիս Դեկարտի «Փիլիսոփայության սկիզբ» գիրքը։ Այն նշում էր, որ մարմնի վիճակի փոփոխությունը հնարավոր է միայն այն ժամանակ, երբ նրա վրա ազդեն ուրիշ մարմիններ։ Դա միանգամից վերացնում է հեռահար գործողության հնարավորությունը՝ անհասկանալի նյութական միջոցով։ Գրքում ամփոփված է իներցիայի կանոնը և իմպուլսի պահպանման օրենքը։ Շարժման իմպուլսը Դեկարտը ճշգրիտ սահմանել է, որպես համընդհանուր «նյութերի իմպուլս» և նրա արագության, բայց առանց հաշվի առնելու վեկտորների ուղղությունը։

Դեկարտը արդեն նկատել էր, որ մոլորակների շարժումը արագացումով շարժում է։ Կեպլերից հետո Դեկարտը կարծում էր. մոլորակները մնում են այնքան ժամանակ, մինչև կա արևի ներգործումը։ Ձգողականությունը բացատրելու համար նա մշակել է տիեզերական մեխանիզմ, որով բոլոր մարմինները գտնվում եմ համատարած միևնույն շարժման մեջ, սակայն անտեսանելի «նուրբ հարցով»։ Շարժվելու ունակությունից զրկված այն տեղափոխվում է ուղիղ գծով՝ խոռոչի բացակայության պատճառով, տիեզերքի թափանցիկ հոսքի միջին ձևով և մեծ ու փոքր մրրիկներով։ Այդպիսի մրրիկներ կային նաև երկրի վրա։ Դեկարտը դա համարում էր ձգողականություն։

Դեկարտի ֆիզիկան առաջին փորձն էր, որը նկարագրել է բոլոր ֆիզիկական երևույթները՝ այդ թվում նրա մեխանիկական շարժումը։ Այդ համակարգից շատերը (օրինակ, կարճաժամկետ միջակայքի կանոնը) այսօր ակտուալ են, սակայն Դեկարտը մի քանի մեթոդաբանական սխալներ է թույլ տվել. սկզբում նա պետք է ուսումնասիրեր և գտներ երևույթի «գլխավոր պատճառը», իսկ հետո նոր ստեղծեր դրա մաթեմատիկական մոդելը։ Դա հետքայլ էր, քանի որ Դեկարտի աշխատությունների այդպիսի մոտեցումը, նրա հետևորդների կատարած սխալները և սպեկուլյատիվ երևակայությունը տանում էին դեպի Արիստոտելի տեսությունը։ Գալիլեյը և Նյուտոնը ընդունել են հակառակը՝ առաջինը ստեղծել են մաթեմատիկական մոդելը, իսկ հետո եթե եղել են բավարար տվյալներ, ենթադրել են դրա «արմատական պատճառները» («սկզբում վերլուծություն, հետո սինթեզ»)։ Այս մոտեցումը ավելի արդյունավետ էր։ Օրինակ, ձգողականության համար՝ Նյուտոնը՝ մինչ Այնշտայնի հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը, մոտավորապես երկու դար առաջ ստեղծել էր դրա մաթեմատիկական մոդելը։

Դասական մեխանիկայի ստեղծում. Հյույգենս և Նյուտոն

Քրիստիան Հյույգենս

1673 թվականին լույս է տեսնում Քրիստիան Հյույգենսի «Ճոճանակավոր ժամացույցներ գիրքը»։ Այնտեղ Հյույգենսը ներկայացնում է (բանավոր) ամենակարևոր բանաձևերը՝ ճոճանակի տատանումների ժամանակի մասին և կենտրոնաձիգ արագացման մասին. անուղղակիորեն հայտնաբերում է նաև իներցիայի մոմենտը։ Մեկ այլ աշխատության մեջ (1669 թվական) Հյույգենսը առաջին անգամ ձևակերպում է (մասնավորապես բածման դեպքում) էներգիայի պահպանման օրենքը. «Բախման հետևանքով մարմինների զանգվածների և արագությունների քառակուսու գումարը բախումից առաջ և հետո մնում է անփոփոխ»։ Այն հարցը, թե ինչպիսի արժեք է (իմպուլս՝ $mv$ կամ «կենդանի ուժ»՝ $mv^{2}$) պահպանվում գործողության ընթացքում, վերածվել է թեժ բանավեճերի և շարունակվել է դեռևս 18-րդ դարում։ Հյույգենսը բավականին ճշգրիտ չափել է ազատ անկման արագացումը։

Իսահակ Նյուտոն

Դասական մեխանիկայի ստեղծումը ավարտվեց 1687 թվականին, երբ լույս տեսավ Իսահակ Նյուտոնի «Բնական փիլիսոփայության մաթեմատիկական սկզբունքները» գիրքը։ Այդ գրքում տրված էր զանգվածի հասկացությունը, սահմանված էր մեխանիկայի երեք օրենքները և դասական ձգողության տեսությունը, որոնց հիման վրա լուծել է մի շարք խնդիրներ։ Մասնավորապես Նյուտոնը խստորեն ապացուցել է, որ բոլոր Կեպլերի երեք օրենքները բխում են նյուտոնյան ձգողականության օրենքից. նա նաև ցույց է տվել, որ Դեկարտի մոդելը, որով նա բացատրում էր մոլորակների էֆիրային մրրիկները, չի համապատասխանում Կեպլերի երեք օրենքներին և չի գործում գիսաստղերի գործողությունների համար։ Դինամիկա գիտությունը, որը ստեղծել է Նյուտոնը, թույլ է տալիս հիմնովին բացատրել յուրաքանչյուր մարմնի շարժումը, եթե հայտնի է շրջակա միջավայրը և շարժման առաջացման պատճառները։ Այնտեղ առկա մաթեմատիկական հավասարումների լուծումը թույլ տվեց, որ արագ զարգանա մաթեմատիկական ֆիզիկան։

Իր դատուղությունները Նյուտոնը ուղեկցում էր փորձերի նկարագրությամբ և դիտարկումներով, որով հստակ հաստատում էր իր եզրակացությունները։ Բացի մեխանիկայից Նյուտոնը դրել է մի շարք գիտությունների հիմքը, այդ թվում՝ օպտիկայի, երկնային մեխանիկայի, հիդրոդինամիկայի, բացահայտել և երկար զարգացրել է մաթեմատիկական անալիզը։ Նյուտոնի նշված օրենքները ունեն համընդհանուր բնույթ, այնպես, որ երկրային և «երկնային» ֆիզիկաների հիմքերը տարանջատվել են միմյանցից, իսկ Կոպեռնիկոս-Կեպլեր համակարգը ստացել է ամուր դինամիկ հիմք։ Այս հաջողությունները ֆիզիկոսների մոտ հաստատել և տարածել են այն տեսակետը, որ տիեզերքում ընթացող բոլոր երևույթները վերջ ի վերջո ունեն ֆիզիկական բնութ։

Նյուտոնի ֆիզիկական հասկացությունները կտրուկ տարբերվում էին Դեկարտինից։ Նյուտոնը հավատում էր ատոմների գոյությանը, «արմատային պատճառների» որոնումը համարում էր երկրորդական մեթոդ, որը պետք է նախորդի փորձին և կառուցի մաթեմատիկական մոդելներ։ Օրինակ, Նյուտոնի ձգողականության օրենքը, որը գոյություն ունի առանց նյութական կրիչի և առանց մեխանիկական բացատրության, երկար ժամանակ մերժվում էր եվրոպական կոնտինենտալ գիտնականների կողմից (այդ թվում Հյույգենսի, Էյլերի և այլնի)։ Միայն 18-րդ դարի երկրորդ կեսին՝ Ալեքսի Կլոդ Կլերոյի լուսնի շարժման և Գալիլեյի գիսաստղի մասին աշխատանքներից հետո, քննադատությունները դադարեցին։ Սակայն մետաֆիզիկական երևակայությունները հանդիպում էին որոշ տեղերում և հետագայում՝ 18-րդ դարի սկզբին, հիմնական ֆիզիկական գիտելիքների եղանակը դառնում էր Նյուտոնի և Գալիլեյի մեթոդը՝ փորձը, որը բացահայտում էր ֆիզիկական հասկացությունների օբյեկտիվ արդյունքները («բնության ուժ» ինչպես ասում էր Նյուտոնը), այդ հասկացությունների մաթեմատիկական բացատրությունը (հաճախ դիֆֆերենցիալ հավասարումների ձևով) և և ստացված մոդելների տեսական վերլուծությունը։

Օպտիկա

Նյուտոնի փորձը՝ սպիտակ լույսի քայքայման մասին

Օպտիկայում դեռևս շարունակվում էր բանավեճերը լույսի՝ կորպուսկուլյար կամ ալիքային երևույթ լինելու մասին։ 1676 թվականին Օլե Ռյոմերը ստացավ լույսի արագության առաջին արժեքը։ 1665 թվականին իտալացի ֆիզիկոս Մարիա Ֆրանչեսկո Գրիմալդին հրապարակեց լույսի դիֆրակցիայի նկարագրությունը, իսկ 1668 թվականին հայտնաբերվեց լույսի կրկնակի բեկումը։ Հյույգենսը իր «Թեզ լույսի մասին» աշխատության մեջ ստացավ առաջին որակական և լուսային ալիքի մասամբ մաթեմատիկական մոդելը, սակայն դա անավարտ մնաց, քանի որ նա չկարողացած բացատրել լույսի դիֆրակցիոն և ուղղագիծ տարածման երևույթները։

Օպտիկայի և աստղագիտության համար կարևոր ժամանակաշրջան սկսվեց, երբ Նյուտոնը ստեղծեց առաջին հայելային մանրադիտակը (ռեֆլեկտոր)՝ փորելով գնդային հայելին. նրանում՝ ի տարբերություն մաքուր հայելային մանրադիտակի, բացակայում էր քրոմատիկ շեղումը։

Նյուտոնը նույնպես հրապարակել է լուսավորության տեսությունը՝ լավ ստուգելով փորձերով, և ապացուցել է, որ արևի սպիտակ լույսը պարունակում է տարբեր գունային բաղադրիչներ։ Իր հայտնագործությունները՝ կապված լույսի հատկությունների հետ (կենտրոնացված չէր բնության մասին թեզերով) Նյուտոնը նշել է «Օպտիկա» հիմնարար գրքում (1704 թվական), որը համարվում է օպտիկայի զարգացման դարը։

Էլեկտրականություն և մագնիսականություն

Էլեկտրականության և մագնիսականության մասին գիտությունը սկսեց զարգանալ 16-րդ դարում, երբ բացահայտվեց էլեկտրական շփումը, մագնիսի հատկությունները՝ ներգրաված երկաթը, և ունակությունը՝ կողմնացույցի սլաքի միջոցով հյուսիս-հարավը որոշելու։ Մոտավորապես 15-րդ դարում (թերևս ավելի վաղ) եվրոպացի ծովագնացները հայտնաբերեցին, որ կողմնացույցի սլաքը ճշգրիտ հյուսիսը չէ ցույց տալիս, և ուղղված էր որևէ անկյուն («մագնիսական խոնարհում»)։ Քրիստափոր Կոլումբոսը հայտնաբերեց, որ մագնիսական շեղման արժեքը կախված է աշխարհագրական կոորդինատներից, իսկ քարտեզագիրները ցույց էին տալիս, որ այդ երևույթի պատճառը համարվում է երկրի մագնիսական բևեռների գոյությունը, որը չէր համընկնում աշխարհագրականին։ Որոշ ժամանակ այդ ազդեցությունը փորձում էին օգտագործել ծովում հեռավորություններ չափելու համար, սակայն ապարդյուն։

Էլեկտրաստատիկ մեքենա, փորագրվել է 1750 թվականին

1600 թվականին անգլիական նավատորմի բժիշկ Ուիլյամ Գիլբերտը հրապարակում է իր 17-ամյա աշխատանքները՝ կապված էլեկտրականության և մագնիսականության հետ։ Նա պնդում էր, որ երկիրը մագնիս է։ Գիլբերտը ցույց տվեց, որ ցանկացած մագնիսի կտոր միշտ ձեռք է բերում երկու հակառակ բևեռներ։ Էլեկտրաստատիկ երևույթները բացահայտելու համար Գիլբերտը ստեղծեց էլեկտրացույցը, որի միջոցով նա բոլոր նյութերը բաժանեց՝ «էլեկտրական» (դիէլեկտրիկներ) և «ոչ էլեկտրական» (օրինակ, մետաղալար)։ Հենց Գիլբերտը մտածեց «էլեկտրականություն» տերմինը։

Օտտո ֆոն Գերիկեն 1672 թվականին հրապարակեց իր փորձերի արդյունքները։ Նա ստեղծեց առաջին էլեկտրաստատիկ մեքենաները (պտտվող գնդակը ծծումբից էր և էլեկտրաֆիկացվում էր ձեռքի սեղմումով) և առաջինը նշեց էլեկտրականության ոչ կոնտակտային տրանսֆերը՝ մի մարմնից մյուսը, որը գտնվում էր մոտակայքում (կամ միացված է առաջին մարմնից)։

Դեկարտը կառուցել է մագնիսականության մասին առաջին տեսությունը. մագնիսի շուրջը պտուտակաձև տարածվում են եթերային մասնիկների երկու տիպ՝ հակառակ դրանց ուղղությանը։ Այդ հոսքերը օդի միջոցով փոխանցվում են երկու մագնիսների մեջ, և արդյունքում երկուսն էլ ներգրավվում են. Դեկարտը այս երևույթը բացատրել է մագնիսական երկաթի վրա։ Էլեկտրաստատիկ երևույթները նման են մասնիկների նման են մասնիկների պատասխանատու գոտու նման ձևով։ Դեկարտի մոդելը գոյատևեց մոտավորապես մինչև 18-րդ դարի վերջը։

Գազային տեսության ստեղծում և այլ ձեռքբերումներ

Ռոբերտ Բոյլ

1647 թվականին Բլեզ Պասկալը փորձում է առաջին բարոմետրը (ստեղծաված Տորիչելլի կողմից) և պարզում է, որ օդի ճնշումը կախված է բարձրությունից։ Օտտո ֆոն Գերիկեն 1669 թվականին ստեղծում է օդային պոմպը, որի միջոցով նա կատարում է բազմաթիվ արդյունավետ փորձարկումներ («մագդեբուրգային կիսագնդեր») և վերջնականապես հերքում է Արիստոտելի տեսությունը, որ «բնությունը վախենում է դատարկությունից»։ Մթնոլորտային ճնշման գոյությունը այդ պահից սկսած հաստատվում է։ Գերիկեի փորձերը հետաքրքրում են անգլիական ֆիզիկոսներին՝ Ռոբերտ Բոյլին և Ռոբերտ Հուկին, որոնք զգալիորեն բարելավում են Գերիկեի պոմպը և որի օգնությամբ կատարում են մի շարք բացահայտումներ, բացահայտում են գազի ծավալի և ճնշման կապը՝ «Բոյլ-Մարիոտի օրենքը»։

Այլ աշխատություններում Բոյլը պնդում է, որ նյութը կազմված է փոքրիկ մասնիկներից (կորպուսկուլներից, ժամանակակից տերմինաբանությամբ՝ մոլեկուլներից), որոշում է քիմիական նյութերի քիմիական բաղադրությունը և ապացուցում է, որ քիմիական ռեակցիաները տեղի են ունենում այդ մասնիկների անմիջական մասնակցությամբ։ Նա նույնպես բացատրում է ջերմության կինետիկական բնութագիրը՝ այսինքն նա գտնում է մարմնի մասնիկների քաոսային շարժման խորը կապը. տաքացման պայմաններում այդ մասնիկների թիվը ավելանում է։

Բոյլը իր «Նոր ֆիզիկա-մեխանիկական բացահայտումներ առաձգականության վերաբերյալ» գրքով հայտնի է դառնում՝ հետազոտում է գազերի հատկությունները և դրանց գործնական կիրառումը մեծ տեղ է գտնում եվրոպական ֆիզիկայի մեջ։ Դենի Պապենը կառուցում է առաջին մեխանիկական շարժիչի ուրվագիծը («Պապենի վառարան») և «առաջին սայլակառքը»։

17-րդ դարի կարևոր հայտնագործությունների մեջ պետք է նշել նաև Հուկի օրենքը (1678 թվական), որը կապ է հաստատում մարմնի կոշտության և առաձգականության ուժի միջև։

18-րդ դար

Առաջին մեքենայի կառուցվածքը

18-րդ դարում սկսվում է ամփոփված և մասնագիտացված գիտական ամսագրերի թողարկումը, տեղի է ունենում գիտական հրատարակությունների թվի և շրջանառության կտրուկ ավելացում։ Արագացված տեմպերով զարգանում է մեխանիկան, երկնային մեխանիկան, ջերմության մասին տեսությունները։ Այժմ ֆիզիկոս-փորձարարները ունեին մի շարք չափման գործիքներ, որոնց միջոցով կարողանում էին կատարել ճշգրիտ հաշվարկներ և մեծացել էր արտադրությունում անհետ կորած սարքերի նշանակությունը։ Սկսեցին բացահայտել էլեկտրական և մագնիսական երևույթները։ Բարձրանում է գիտության հեղինակությունը, նշանավոր գիտնականների դասախոսությունները ֆիզիկայի վրա էին հրավիրում մարդկանց ուշադրությունը։ «Ֆիզիկա» տերմինի գաղափարը նեղանում է, քանի որ այս գիտության ոլորտների մեջ էր մտնում նաև աստղագիտությունը, երկրաբանությունը, հանքաբանությունը, տեխնիկական մեխանիկան, ֆիզիոլոգիան։ Կարտեզիականությունը չէ հաստատվել փորձով և արագ կորցրել է կողմնակիցներին. Ժան Լը Ռոն Դ'Ալամբերը 1743 թվականին կարտեզիկանության մասին հեգնանքով է արտահայտվել՝ «գրեթե գոյություն չունեցող աղանդ»։

Սկզբում, կիրառական և տեսական ֆիզիկան հիմնականում զարգանում էր ինքնուրույն՝ օրինակ, օպտիկայի ասպարեզում տեսաբան-օպտիկները այդքան էլ շատ ներդրում չեն ունեցել։ 18-րդ դարից սկսած տեսությունը և պրակտիկայի փոխգործակցությունը սկսեց դառնալ ավելի ինտենսիվ, սակայն ֆիզիկայի տարբեր բաժիններիում դրությունը տարբեր էր՝ առավել զարգացած մասերում փոխգործակցությունը ավելի զարգացած էր։ Օրինակ, երբ թերմոդինամիկան կատարեց իր առաջին քայլերը՝ շոգեմեքենան ստեղծվեց առանց տեսաբանների օգնության (1784 թվական), իսկ 18-րդ դարում օպտիկական սարքավորումների ստեղծումը ապավինում էր լավ զարգացած տեսության։

Մեխանիկա

• 
  Լեոնարդ Էյլեր
• 
  Ժոզեֆ Լուի Լագրանժ
• 
  Դանիել Բեռնուլի
• 
  Պիեռ Լուի դը Մոպերտյուի

Անալիտիկ մեխանիկայի ստեղծումը սկսեց Էյլերը 1736 թվականին. նա նաև ուսումնասիրել է ոչ միայն նյութական կետի, այլ կամայական պինդ մարմնի շարժումը։ Ժոզեֆ Լուի Լագրանժը իր «Անալիտիկ մեխանիկա» (1788) աշխատության մեջ ավարտում է տեսական մեխանիկայի ձևափոխումները՝ մաթեմատիկական անալիզի միջոցով։ Մեխանիկական տեսության հաջորդ բացահայտումները կատարվում են մաթեմատիկայի շնորհիվ։ Բանն այն էր, որ ընդհանուր կարծիք կար, որ բոլոր ֆիզիկական երևույթները՝ վերջնական արդյունքում դրսևորում են մեխանիկական գործողություն։

Հեղուկների և գազերի դինամիկայի հիմքը դրեց Դանիել Բեռնուլին՝ իր «Հիդրոդինամիկա» գրքով։ Այդ աշխատության մեջ նա մեխանիկորեն բացատրեց հեղուկների և գազերի տարբեր տեսակի շարժումները, դրեց «Բեռնուլիի հավասարման» հիմքը, առաջին անգամ տվեց մեխանիկական աշխատանքի սահմանումը։ Բազմաթիվ դատողություններ Բեռնուլին կատարել է էներգիայի պահպանման օրենքի հիման վրա («կենդանի ուժ»)։ Բեռնուլիի աշխատանքները շարունակեց Էյլերը, որը 1755 թվականին հրապարակեց հեղուկների անալիտիկ մեխանիկայի հիմունքները։ Էյլերը զարգացրեց շարժիչների ընդհանուր տեսությունը, գործարանային անիվները և այլ մեխանիզմներ, որոնք աշխատում էին հոսող ջրով. այս ասպարեզում կարևոր գործնական բարեփոխումներ կատարեց Ջոն Սմիթոնը (1759 թվական)։

Էլեկտրականություն և մագնիսականություն

• 
  Բենջամին Ֆրանկլին
• 
  Կուլոն
• 
  Լուիջի Գալվանի
• 
  Ալեսսանդրո Վոլտա

18-րդ դարի առաջին կեսին, որպես էլեկտրականության միակ աղբյուր ծառայում էր էլեկտրական շփումը։ Էլեկտրականության բնագավառում առաջին խոշոր ներդրումը կատարեց Սթիվեն Գրեյը՝ բացահայտեց մի մարմնից մյուսին էլեկտրական հոսանք անցնելու երևույթը։ Մի շարք փորձերից հետո նա ապացուցեց, որ էլեկտրական լիցքերը լուծում են էլեկտրաֆիկացված մարմնի արտաքին մակերևույթը։ 1734 թվականին ֆրանսիացի գիտնական Շառլ Ֆրանսուա Դյուֆենը հայտնաբերեց, որ գոյություն ունի էլեկտրական լիցքի երկու տարատեսակ՝ դրական և բացասական (նա հորինեց «ապակի» և «խեժ» տերմինները)։ Դյուֆեն նույնպես առաջին անգամ տվեց կայծակի և ամպրոպի էլեկտրական բնույթը, էլեկտրոնները գաղտնի «խաղում են», բայց էական նշանակություն ունեն այդ բնական գործընթացներին։ Այս ժամանակաշրջանում, քանի որ փորձարարական տեխնիկան սուղ էր, այդ պատճառով այն այդքան էլ լավ չի զարգանում։

Բենջամին Ֆրանկլինի փորձերը կայծակի հետ

Էլեկտրաստատիկայի համար շրջադարձային եղավ 1745 թվականը, երբ հայտնաբերվեց բավականին կարևոր էլեկտրականության աղբյուր՝ Լեյդենի անոթը։ Այդ ժամանակ շատ երկրներում սկսվեց էլեկտրական հոսանքի հատկությունների ուսումնասիրումը։ Շատ խորքային բացահայտումներ է կատարել ամերիկացի քաղաքագետ և ֆիզիկոս Բենջամին Ֆրանկլինը. նրա «Փորձեր և դիտարկումներ էլեկտրականության վերաբերյալ» աշխատության մեջ նա սենսացիա է ներկայացրել, որը թարգմանվել է բազմաթիվ եվրոպական լեզուներով։ Ֆրանկլինը մանրամասնորեն ապացուցել է Դյուֆերի հիպոթեզը՝ կայծակի և ամպրոպի էլեկտրաստատիկ բնույթի մասին, և դրա միջոցով ստեղծել է շանթարգելը։ Նա եղավ առաջինը, որին հաջողվել է փոխարկել էլեկտրական էներգիան մեխանիկական աշխատանքի, իսկապես, շատ կարճ։ Ֆրանկլինը նկատել է (1749 թվական), որ էլեկտրականությունը ինչ-որ կապ ունի մագնիսականության հետ, քանի որ այն արձանագրվում է այն ժամանակ, երբ կայծակը փոխում է մագնիսի բևեռերը։

Ֆրանկլինը շարունակել է նաև առաջին տեսությունը. իր կարծիքվ էլեկտրաէներգիան կազմված է հատուկ բովանդակությամբ հեղուկային մասնիկներից։ Նա ներգրավվում է շատ սովորական հարցերում, սակայն նա իրեն հեռու է քաշում այդ թեմաներից։ Տարբեր նյութեր կարող են պարունակել էլեկտրաէներգիայի տարբեր քանակություն, որի արդյունքում նրանք շրջապատված են հատուկ «էլեկտրական թաղանթով»։ Ֆրնկլինի մոդելի մասին գիտնականների կարծիքները բաժանվել է. եղել է միանգամից քննադատություններ, բայց եղել են նաև կողմնակիցներ, որոնցից էր, օրինակ հայտնի գերմանացի ֆիզիկոս Ֆրանց Ուլրիխ Թեոդոր Էպինուսը։ Էպինուսը հայտնի է նրանով, որ բացահայտել է պիրոէլեկտրաէներգիան, ստեղծել է լուսացույցը և կանխատեսել է Կուլոնի օրենքը՝ Կուլոնից դեռևս 20 տարի առաջ։ Էպինուսը նույնպես բացահայտել է, որ լեյդենյան բանկերի ելքը ունի տատանողական հատկություն։ Էյլերը հատուկ էլեկտրական հեղուկին չէր հավատում և էլեկտրական երևույթները նա վերագրում էր էֆիրի խտացող/նոսրացող հատկություններին։

Վոլտը ցույց է տալիս իր գյուտը Նապոլեոնին։ Փարիզ, 1800 թվական

Դարի վերջում էլեկտրաստատիկայի պատմության մեջ տեղի է ունենում երկու կարևոր հայտնագործություն։ 1785 թվականին գալիս են Կուլոնի առաջին հուշագրությունները, որի մեջ նկարագրված և բացատրված էր Կուլոնի օրենքի ճշգրիտ փորձարկումները։ 1791 թվականին իտալացի բժիշկ Լուիջի Գալվանին հրապարակում է մի գիտական շարադրություն, որի մեջ գրված էր «կենդանիների էլեկտրաէներգիայի» մասին. գորտի թաթերը՝ երկաթե վանդակում, էներգիա են հաղորդում։ Իտալացի ֆիզիկոս Ալեսանդրո Վոլտան որոշ ժամանակ բացահայտում է, որ գորտի թաթերը այդ փորձում համարվում են միայն հայտնաբերիչ, իսկ փաստացի աղբյուրները նշում են տարբեր մետաղների՝ էլեկտրոլիտ լինելու մասին։ Հետո մի շարք փորձերով Վոլտը կարգավորում է մշտական հոսանքի կարևոր աղբյուրը՝ «հուսանքի կուտակիչը», և ստեղծում է առաջին էլեկտրական մարտկոցը (1800 թվական)։ Դրա միջոցով հետագայում՝ 19-րդ դարում, կատարվում է մի շարք բացահայտումներ։

Մագնիսականության վերաբերյալ ուսումնասիրությունները այս ժամանակաշրջանում ավելի քիչ տեսանելի է եղել։ Գոյություն ունեին մի քանի ֆենոմենոլոգիական տեսություններ՝ մագնիսների հատկությունների պատճառաբանման մասին։ Էյլերը 1744 թվականին հրապարակում է մագնիսականության մասին իր տեսությունը, ենթադրում էր, որ դա պայմանավորված է «մագնիսական հեղուկով», որը հոսում է մագնեզիումի և երկաթի՝ «մագնիսական ալիքների» միջոցով։ Նմանատիպ հեղուկը հայտնվել է Ֆրանկլինի և Ֆրանց Ուլրիխ Թեոդոր Էպինուսի այլընտրանքային տեսությունների մեջ։ Վերջինս կարծում էր, որ դա համարվում է մեկ ընդհանուր հեղուկ՝ էլեկտրականության և մագնիսականության համար։ Կուլոնը միանում է Էպինուսին և մերժում է տեսությունը, որը ներգրավված էր «մագնիսական հեղուկի հոսքին», քանի որ այն չէր կարող բացատրել կողմնացույցի սլաքի կայունությունը։ Նա առաջարկում է (1784), որ ներգրավումը և հակակրանքը մագնիսի ուժի պատճառն են՝ նյուտոնյան դասական ձգողականությունը։

Ջերմություն

«Կրակի նուրբ հարցը»՝ ջերմություն փոխանցելու հետ կապված, պահպանվում և նույնիսկ ընդլայնվում է 18-րդ դարում։ Ջերմության գոյությանը հավատացել են շատ ֆիզիկոսներ՝ սկսած Գալիլեյից. սակայն մեկ այլ խումբ, որոնք մեջ մտնում էր Ռոբերտ Բոյլը, Ռոբերտ Հուկը, Դանիել Բեռնուլին և Միխայիլ Լոմոնոսովը հավատարիմ էին մնում մոլեկուլային-կինետիկ տեսության տեսակետներին։ Երկու վարկածներն էլ ունեին որակական հատկություններ, որը թույլ չի տվել դրանք ստուգել և միամյանց միջև իրականացնել համեմատություն։ Մի քանի գիտնականներ կարծում էին, որ ջերմությունը էլեկտրականության և մագնիսականության նման է՝ այսինքն էֆիրային կազմություն ունի։ Բնության մեջ այրման, ինչպես նաև օքսիդացման երևույթները բացահայտել է Անտուան Լորան Լավուազիեն՝ 1780-ական թվականներին։

Դարասկզբին գերմանացի ֆիզիկոս Դանիել Ֆարենհայտը հայտնաբերում է ջերմաչափը, որը հիմնված էր սնդիկի կամ սպիրտի վրա և առաջարկում է Ֆարենհայտի սանդղակը։ Դարավերջում արդեն գոյություն ուներ սանդղակի մի քանի տեսակ. Ռեոմյուրի (1730), Ցելսիուսի (1742) և այլոց։ Այդ ժամանակվանից հնարավոր է դառնում չափել ջերմությունը։ Բենջամին Թոմպսոնը մի շարք փորձերի արդյունքում ցույց է տվել, որ տաքացումը կամ սառեցումը չի ազդում մարմինների զանգվածի վրա։ Նաև ուշադրությունը կենտրոնացվեց ջերմության միջոցով մետաղների հորոտմանը։ Այդուհանդերձ ջերմածինը բազմաթիվ գիտնականների կողմից պահպանվեց նույնիսկ 19-րդ դարի սկզբին։

Ֆարենհայտը մի խնդիր է ուսումնասիրել. ի՞նչ ջերմաստիճան կստեղծվի, եթե խառնենք անհավասար ջերմաստիճաններով ջրերը։ Նա առաջարկեց, որ ընդհանուր ջերմաստիճանը կարող է լինել բաղադրիչների ջերմաստիճանների միջին թվաբանականը, բայց փորձերը հերքեցին այդ տեսակետը։ Սակայն այդ հարցը քննարկել են բազմաթիվ ֆիզիկոսներ, բայց այն վերջնականապես լուծվեց, երբ բացահայտվեց ջերմունակության տեսությունը։

Ակուստիկա և օպտիկա

Մաթեմատիկական անալիզի ստեղծումը թույլ տվեց ուսումնասիրել լարի տատանումները, իսկ 18-րդ դարում` ակուստիկան, որը նման է մեխանիկային և համարվում է ճշգրիտ գիտություն։ Դարի սկզբին Ժոզեֆ Սովյորը հաստատեց բոլոր երաժշտական տոների ալիքների երկարությունները և բացատրեց օբերտոնները (բացահայտեց 1674 թվականին)։

Օպտիկայում, Նյուտոնի քննադատությունները լույսի ալիքային տեսության մասին գրեթե կորցնում են իրենց կողմնակիցներին, չնայած նա հանդիպում է Էյլերի և այլ իշխանությունների օժանդակությանը։ Կարևոր էր նաև աստղագետների կողմից լուսաչափի գյուտը (1760) և Ջոն Դոլլոնդի՝ 1757 թվականի առաջին անգամ անգույն ոսպնյակի ստեղծումը, որը հատկապես օգտակար եղավ հեռադիտակ-ռեֆրակտորի և մանրադիտակի ստեղծման համար։ Դարի վերջում Ջոն Հերշելի լույսի դիսպրեսիայի փորձերի միջոցով բացահայտեց ինֆրակարմիր ճառագայթները և բացահայտեց դրա ջերմություն փոխանցելու հատկությունները։

19-րդ դար

Ընդհանուր բնութագիր

Արդյունաբերական հեղափոխությունը սկսվեց այն ժամանակ, երբ ստեղծվեց առաջին մեքենան և ռազմական տեխնոլոգիաների զարգացման համար, որպես առաջնահերթություն սկսեցին խթանել ինչպես փորձարարական, այնպես էլ տեսական ֆիզիկան։ Ֆիզիկայի համար դեռևս անբացատրելի էր մնում բնական ուժը, որը կառավարում էր նրանց։ Ճշգրիտ չափողական սարքավորումները հայտնվեցին գործնական գրեթե բոլոր ոլորտներում և ֆիզիկական փորձերի արդյունքները կրում էին քանակական հատկանիշներ։ Սխալ չափումների մաթեմատիկական տեսությունը հնարավորություն տվեց գնահատելու որոշ ֆիզիկական մեծությունները։

20-րդ դարում ֆիզիկայում ստեղծվում են մի քանի նոր բաժիններ, հիմնականում կապված էլեկտրամագնիսականության, ինչպես նաև՝ թերմոդինամիկայի, վիճակագրական ֆիզիկայի, վիճակագրական մեխանիկայի, առաձգականության տեսության, ռադիոֆիզիկայի, օդերևութաբանության, երկրաշարժագիտության հետ։

Լույսի ալիքային տեսություն

«Բնական հոգեբանության մաթեմատիկական սկզբունքներ» աշխատությունից տասը տարի հետո՝ Նյուտոնի տեսակետը լույսի տարածման ալիքային տեսության մասին, ճանաչում են մի շարք գիտնականների ոչ միայն Անգլիայից, այլ նաև աշխարհի տարբեր մասերից։ Մասամբ այն բացատրվում էր այնպես, որ ալիքային տատանումների մասին ընդհանուր մաթեմատիկական տեսությունը ստեղծվել է միայն 19-րդ դարի սկզբին (Ժան Բատիստ Ժոզեֆ Ֆուրիե)։ Լույսը համարվում էր ինչ-որ փոքր մասնիկների հոսք։

Յունգի փորձը ալիքների ինտերֆերենցիայի վերաբերյալ

Լույսի կորպուսկուլյար տեսությանը առաջին հարվածը հասցրեց Թոմաս Յունգը՝ բժիշկ, ֆիզիոլոգիական փորձերի փորձագետ։ Նա 1800 թվականին նա հասավ մինչև Լոնդոնի թագավորական հասարակություն և ցույց տվեց լույսի կորպուկուլյար տեսության անհաղթահարելի դժվարությունները. ինչու՞ են բոլոր լույսի աղբյուրները արտանետում կորպուսկուլներ միևնույն արագությամբ, և այնպես է ստացվում, որ լույսի մի մասը արտացոլվում է, իսկ մի մասը անցնում է մարմնի միջով։ Յունգը նույնպես կարծում էր, որ դրա պատճառը լույսի անդրադարձման երևույթն է։ Դիֆրակցիան և ինտերֆերենցիան Նյուտոնը չէր տալիս։ Փոխարենը Յունգը զարգացնում է ալիքային ինտերֆերենցիայի տեսությունը (և առաջարկում է այս տերմինը), որի հիման վրա ձևակերպում է վերադրման սկզբունքը և նույն ձևով բացատրում է դիֆրակցիան։ «Յունգի փորձը» հետագայում տեղ է գտել ֆիզիկայի դասագրքերում։ Արդյունքում Յունգը կարողացել է գնահատել տարբեր գունային երանգներով լույսի ալիքի երկարությունը։ Նա նույնպես ճշգրտորեն կառուցել է գունային տեսողության և ակոմոդացիայի տեսությունները։

Օգյուստեն Ֆրենել

Յունգի ալիքային տեսությունը անհաջողության է հանդիպում։ Այդ ժամանակ (1808 թվական, Մալյուս, Լապլաս և այլք) խորությամբ հետազոտել էին կրկնակի բեկման և ալիքների բևեռացման տեսությունները, որը ընկալվում էր որպես կորպուսկուլյար տեսության համոզիչ ապացույց։ Սակայն ալիքային տեսությանը օժանդակում է Օգյուստեն Ֆրենելը, որը այդ ժամանակ ճանապարհաշինության ինժեներ էր։ Մի շարք սրամիտ փորձերով նա ցույց տվեց մաքուր ալիքային երևույթները, ավարտին հասցրեց կորպուսկուլյար տեսության անհասկանալի դիրքորոշումները, իսկ նրա հուշագրերը պարունակում էին համապարփակ տեղեկություններ ալիքային տեսության վերաբերյալ, ճշգրիտ քանակական չափումներ, լույսի հատկությունների մասին մաթեմատիկական մոդելներ (բացի բևեռացումից) և 1818 թվականին հաղթել է Ֆրանսիայի գիտությունների ակադեմիայի մրցույթում։ Ֆրենելը ամփոփել է Հյույգենսի օրենքը և կարողացել է բացատրել թեթև ալիքների տարածման երևույթը։

Հետաքրքիր դեպքեր է նկարագրել նաև Արագոն. գիտնականների հետ հանդիպման ժամանակ Սիմեոն Դենի Պուասոնը դեմ է եղել Ֆրենելի տեսությանը, այն պատճառով, որ որոշակի պայմաններում մարմնի վառ լուսավորած մասը թողնում է անտեսանելի ստվեր։ Հաջորդ նիստի ժամանակ Ֆրենելը նիստի անդամներին ցուցադրեց այս փորձը։ Այդ ժամանակից ի վեր Ֆրենելի բանաձևը դիֆրակցիայի, բեկման և ինտերֆերենցիայի մասին ներառվեց ֆիզիկայի բոլոր դասագրքերում։ Ե՛վ Յունգը, և՛ Ֆրենելը լույսը համարումէ էին էլաստիկ էֆիր, որի խտությունը նյութերում ավելի մեծ է, քան վակուումում։

Մնում էր հասկանալ, թե ինչում է կայանում բևեռացման մեխանիզմը։ 1816 թվականին կրկին Ֆրենելը քննարկեց հնարավորությունները, որ լուսային տատանողական էֆիրը ոչ թե երկայնական է, այլ լայնական։ Դրանով հեշտ էր պարզել բևեռացման երևույթը։ Յունգը այդ ժամանակ նույնպես ուներ այդպիսի մտահղացում։ Սակայն լայնակի տատանումները նախկինում գտնվում էին միայն չոր վիճակում, իսկ այդ ժամանակ կարծում էին, որ էֆիրը իր հատկություններով նման է հեղուկի կամ գազի։ Դասական ալիքային տեսությունը ավարտվեց, սակայն իր մեջ դեռևս պարունակում էր դժվարին հարցեր. իսկ ինչպիսի՞ն է էֆիրը։ Հետո գրեթե հարյուր տարի անց լույսի ալիքային տեսությունը տարածվեց բոլոր ոլորտներում։

Ֆիզիկայի զարգացման վրա ուժեղ ազդեցություն է ունեցել Ֆիզոյի փորձը (1850), որը ցույց տվեց, որ հոսող ջրում լույսի արագությունը նվազում է (ըստ կորպուսկուլյար տեսության, եթե ջրի և լույսի ուղղությունները նույն են, ապա լույսի արագությունը պետք է մեծանա)

Էլեկտրադինամիկայի առաջացում

18-րդ դարի վերջում էլեկտրամագնիսական երևույթների բացատրման համար արդեն գործում էր Ֆրանկլինի մթնոլորտային էլեկտրականության տեսությունը և Կուլոնի օրենքը։ Սիմեոն Դենի Պուասոնի, Յոհան Կառլ Ֆրիդրիխ Գաուսի և Ջորջ Գրինի ջանքերով 19-րդ դարի առաջին քառորդում էլեկտրաստատիկան բավականին զարգացավ, ստեղծվեց Պուասոնի հավասարումը (1821)։ Պուասոնը ոչ միայն ներդրում է ունեցել էլեկտրականության բնագավառում, այլ նաև զարգացրել է մագնիսական պոտենցիալը, ինչը հնարավորություն է տալիս ժամանակի կամայական պահին հաշվել ստատիկ մագնիսական դաշտը։

Տեսական արդյունքների հիման վրա հայտնաբերվեց, որ գոյություն ունի երկու տեսակի «էլեկտրական հեղուկ»՝ դրական և բացասական. ընդ որում երկու նույնանում լիցքեր իրար վանում են, իսկ տարրանունները՝ ձգում։ Մարմինը ծանրաբեռվում է, եթե այդ հեղուկներից որևէ մեկը գերակշռում է նրա վրա. կողմնակիցները դա համարում են նյութեր, որոնք չունեն էլեկտրական հեղուկի դիմադրություն։ Ձգման կամ վանման ուժը ենթարկվում է հակադարձ քառակուսու օրենքին։

Ինչպես արդեն վերը նշվեց, 1800 թվականին Ալեսանդրո Վոլտան ստեղծեց առաջին «գալվանական տարրը», որի օգնությամբ կարող ենք փակ շղթայում հայտնաբերել հոսանքի առկայությունը։ Այդ առաջին մարտկոցի հայտնագործումը թույլ տվեց կատարել երկու շատ կարևոր բացահայտում.

• էլեկտրոլիզ. նույն՝ 1800 թվականին, Նիկոլսոնը և Կարլայլը (William Nicholson, Anthony Carlisle) Մեծ Բրիտանիայում ջրից անջատեցին ջրածին և թթվածին, իսկ Հեմֆրի Դևին 1807 թվականին հայտնաբերեց մետաղական կալիումը։
• էլեկտրական աղեղ. Վասիլի Պետրով (1802 թվական) և Դևի։

Ամպերի փորձը. երկու զուգահեռ լարեր ձգվում են, եթե հոսանքի ուղղությունը միևնույնն է

Գլխավոր սենսացիոն բացահայտումները սկսվեցին 1820 թվականին, երբ Հանս Քրիստիան Էրստեդը փորձով գտավ, որ հոսանքի ազդեցության դեպքում մագնիսական սլաքը շեղվում է։ Էրստեդի հաղորդագրությունը հետաքրքրության համընդհանուր պայթյուն առաջացրեց։ Արդեն երկու ամիս անց Ամպերը հայտարարեց, որ գտել է երկու էլեկտրական լարերի փոխազդեցությունը. նա նույնպես առաջարկեց «էլեկտրադինամիկա» և «էլեկտրական հոսանք» հասկացությունները»։ Ամպերը առաջարկեց, որ բոլոր մագնիսական երևույթները սերտ կապի մեջ են էլեկտրականության հետ և դա տեղի է ունենում մագնիսի առանցքին ուղղահայաց։ Առաջին տեսությունը կապված էլեկտրականության և մագնիսականության հետ (կրկին հին տերմիններով) նույն թվականին ստեղծեցին Բիոն, Սավերը, ավելի ուշ՝ Լապլասը (տես Բիո-Սավար-Լապլասի օրենք)։

Այս ամենին այնուհետև հաջորդում է հայտնագործությունների տեղատարափ.

• առաջին էլեկտրական շարժիչ (1821, Ֆարադեյ)
• ջերմաէլեկտրական գեներատոր (1821, Զիիբեք)
• առաջին զգայուն գալվանամետր՝ հոսանքի արժեքը որոշելու համար (1825, Նոբիլի)
• Օհմի օրենք (1827)

1826 թվականին Ամպերը հրապարակում է իր «Էլեկտրադինամիկական երևույթների տեսություն՝ հիմնված բացառապես փորձերի վրա» մենագրությունը։ Նա բացահայտում է էլեկտրամագնիսը (սոլենոիդ), կանխատեսում է էլեկտրական հեռագիրը (իրականացնում է ՝ Սեմյուել Ֆինլի Բրիզ Մորզեն 1835 թվականին)։ Ամպերի բանաձևը՝ երկու փոխազդող տարրերի մասին, որը տեղ է գտել դպրոցական դասագրքերում։ Մաքսվելը Ամպերին անվանել է «Նյուտոնի էլեկտրաէներգիա»։

Չափագիտության մասին առաջին ստանդարտները, որը սահմանել է միավորներ էլեկտրականության և մագնիսականության վերաբերյալ, զարգացրել են Կառլ Գաուսը և Վեբերը՝ 1830-ական թվականներին։ Այդ նույն ժամանակաշրջանում Ջոն Ֆրեդերիկ Դանիելը և Բորիս Յակոբին հայտնաբերում են գալվանական տարրը, որը շատ է օգնում տպագրական գործին, ոսկերչական տեխնոլոգիային, ավելի ուշ՝ սկավառակներով երգերի թողարկմանը։

Մայքլ Ֆարադեյ

Մայքլ Ֆարադեյը 1831 թվականին հայտնաբերում է էլեկտրամագնիսական ինդուկցիան և այդպիսով ապացուցում է, որ էլեկտրականության և մագնիսականության մեջ փոխադարձ կապ կա։ Ֆարադեյը իր բազմաթիվ փորձերի արդյունքում ձևակերպում է (բանավոր) էլեկտրամագնիսական դաշտի հատկությունները, իսկ ավելի ուշ այն մաթեմատիկորեն ձևակերպում է Մաքսվելը. էլեկտրական հոսանքը ուղղահայաց է մագնիսական ուժի ուղղությանը, իսկ մագնիսական հոսքերը առաջացնում են էլեկտրաշարժիչ ուժ և մրրկային էլեկտրական հոսանք։

Ֆարադեյը ստեղծում է առաջին էլեկտրաշարժիչը և առաջին էլեկտրական գեներատորը. որով ճանապարհ է հարթում էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերական օգտագործման համար։ Ֆարադեյը բացահայտում է էլեկտրոլիզի օրենքները, առաջարկում է հետևյալ տերմինները. իոն, կաթոդ, անոդ, էլեկտրոլիտ, դիամագնիսականություն, պարամագնիսականություն և այլն։ 1845 թվականին Ֆարադեյը հայտնաբերում է, որ լույսի բևեռացման հարթությունը պտտվում է այն ուղղությամբ, որտեղ տեղադրված է մագնիսական դաշտ։ Դա նշանակում էր, որ լուսը և մագնիսականությունը սերտորեն կապված են։ Հետագայում Ֆարադեյը ուսումնասիրում է ինքնամակածման երևույթը, որը 1832 թվականին բացահայտել էր ամերիկացի գիտնական Ջոզեֆ Հենրին, դիէլեկտրիկների և գազերի հատկությունները։

Էլեկրադինամիկայի զարգացումը և ծրագրերը շարունակվում էին։ 1845 թվականին Գուստավ Կիրխհոֆը հաստատում է հոսանքի բաշխման օրենքը՝ բարդ էլեկտրական շղթաներում։ 1874 թվականին Նիկոլայ Ումովը ուսումնասիրում է էներգիայի հոսքի հասկացությունը՝ ցանկացած միջավայրում, իսկ 1880-ական թվականներին Ջոն Հենրի Պոյնտինգը և Օլիվեր Հեվիսայդը զարգացնում են այդ տեսությունը՝ կիրառելով էլեկտրամագնիսական դաշտը։

Էլեկտրաշարժիչների և էլեկտրական գեներատորները այդ ժամանակ դառնում են ավելի ու ավելի հզոր և զարֆացած. հաստատուն հոսանքը փոխվում է փոփոխականով։ Դարի վերջում էլեկտրաէներգիայի անսպառ հնարավորությունները՝ ֆիզիկոս-տեսաբանների և ինժեներների ջանքերով, լայն տարածում են գտնում։ 1866 թվականին թողարկվում է անդրատլանտյան հեռագիրը, 1870-ական թվականներին ստեղծվում է հեռախոսը, իսկ 1880-ական թվականներին՝ շիկացման լամպը։

Թերմոդինամիկա, գազեր, կառուցվածքային նյութեր

Մոլեկուլում ատոմների ջերմային շարժումը

Քիմիայի հաջողությունները և քիմիական տարրերի փոխադարձ կապի անկարողությունը ուժեղ փաստարկ դարձավ Ռոբերտ Բոյլի այն մտքի համար, որ գոյությյուն ունեն մոլեկուլներ։ Նշվում էր, որ քիմիական ռեակցիային մասնակցելու համար պետք է որոշակի զանգվածի և ծավալի հարաբերություն. դա ոչ միայն անուղղակիորեն վկայում էր մոլեկուլների գոյության մասին, այլ թույլ էր տալիս կատարել ենթադրություններ նրանք կառուցվածքի և հատկությունների մասին։ Ջոն Դալտոնը 20-րդ դարի սկզբին մոլեկուլային տեսության օգնությամբ բացատրեց մասնակի ճնշման օրենքը և ստեղծեց քիմիական տարրերի ատոմական զանգվածների առաջին աղյուսակը՝ ինչպես հետագայում պարզվում է, որ սխալ էր, քանի որ նա ջրի համար ընդունել էր $HO$ բանաձևը՝ $H_{2}O$-ի փոխարեն, իսկ մի քանի միացությունների համարել է տարրեր։

1802 թվականին Գեյ-Լյուսակը և Դալտոնը բացահայտում են տաքացման պայմաններում գազի ընդլայնման օրենքը։ 1808 թվականին Գեյ-Լյուսակը պարադոքս է գտնում. գազերը միշտ միանում են մի քանի ծավալային հարաբերություններով, օրինակ. $C+O_{2}$ (մեկ ծավալ) $=CO_{2}$ (երկու ծավալ)։ Դալտոնի տեսության այս հակասությունները բացատրելու համար Ավորգադրոն 1811 թվականին շարունակեց նկարագրել ատոմի և մոլեկուլի հասկացությունները։ Նա նույնպես առաջարկեց, որ գազերի միևնույն ծավալները պարունակում են միևնույն թվով մոլեկուլներ (ոչ թե ատոմներ, ինչպես կարծում էր Դալտոնը)։ Իսկ ատոմների գոյության մասին վիճաբանական հարցերը դեռ երկար տարիներ պահպանվում էին։

Ջերմության տեսության մեջ 19-րդ դարի առաջին կեսին դեռևս գերակշռում էր ջերմածինը, սակայն արդեն սկսեցին հայտնվել ջերմային փոխանցման քանակական մոդելները։ Քննարկում էին նաև փոխզիջման տարբերակը. ջերմությունը կարող է շարժել նյութերի մասնիները, սակայն այդ շարժումը փոխանցում է ջերմածինը (երբեմն նույնացվում էր էֆիրի հետ)։ 1822 թվականին Ֆուրիեն հրապարակում է «Ջերմության անալիտիկ տեսություն»-ը, որտեղ հայտնաբերել է ջերմահաղորդականության հավասարումը և ցույց է տվել, որ ջերմության հոսքը (ըստ Ֆուրիեի՝ ջերմածինը) համամասնական է ջերմաստիճանի գրադիենտին։ Ջերմածնի տեսության շրջանակներում Սադի Կառնոն գրեց «Մտորումներ կրակի շարժիչ ուժի և մեքենաների մասին, որոնք կարող են զարգացնել այդ ուժը» (1824) գիրքը, որը փաստացի պարունակում էր թերմոդինամիկայի երկու սկզբունքները և ունեցավ մեծ ազդեցություն ֆիզիկայի զարգացման մեջ։

Այդ ժամանակ սկսվեց ձևակերպվել աշխատանքի և էներգիայի ժամանակակից հասկացությունը (տերմինը 1807 թվականին առաջարկեց Յունգը, սկզբում միայն կինետիկ էներգիայի համար)։ Ջեյմս Ջոուլը իրականացրել է մի շարք փորձեր՝ էլեկտրաէներգիայի վերաբերյալ (1843 թվական) և հանգել է եզրակացության. «ցանկացած դեպքում, երբ ծախսվում է մեխանիկական ուժ, ստացվում է ճիշտ նույն քանակի ջերմություն»։ Նա գնահատեց այդ համարժեք արդյունքը. մոտավորապես 460 կԳմ/կկալ։ Որոշ ժամանակ անց Ջոուլը իր կարծիքը հաստատում է գազի սեղմման փորձերի վրա և հայտարարում է, որ ջերմությունը մեխանիկական շարժում է, իսկ ջերմահաղորդականությունը կարող է շարժվել ցանկացած ուղղությամբ։ Ամփոփելով սա, Մայերը և Ջոուլը ձևակերպում են էներգիայի պահպանման օրենքը, իսկ Հերման Հելմհոլցը իր մենագրության մեջ (1847 թվական) այս օրենքը սահմանում է ողջ ֆիզիկայի համար։

Ռուդոլֆ Կլաուզիուսը

Գազերի կինետիկային առնչվող աշխատանքները 19-րդ դարի առաջին կեսում գրեթե դատարկ էին՝ այն սկսեցին Ավգուստ Կառլ Կրյոնիգը (1856) և Ռուդոլֆ Կլաուզիուսը, և ինքնուրույն հիմնավորեցին իդեալական գազի վիճակի հավասարումը։ Կլաուզիուսը առաջարկեց իդեալական գազի ճշգրիտ մոդելը և բացատրեց ֆազային անցումները։ 19-րդ դարի կեսերին Ուիլյամ Թոմսոնը և Կլաուզիուսը հասկանալի կերպով ձևակերպեցին թերմոդինամիկայի երկու օրենքները (սկզբունքները)։ Ջերմածնի հասկացությունը վերջնականապես թաղվեց, Ուիլյամ Ջոն Ռենկինը և Թոմսոնը դրա փոխարեն տվեցին էներգիայի ընդհանուր հասկացությունը (1852)՝ արդեն ոչ միայն կինետիկ։ «Թերմոդինամիկա» անվանումը՝ ֆիզիկայի բաժնի համար, զբաղվում էր մակրոսկոպիկ մարմիններում էներգիայի փոխակերպմամբ, որը շարունակեց Թոմսոնը։ 1862 թվականին Կլաուզիուսը հայտնաբերեց անդառնալի երևույթներ, որը չկարողացավ տեղավորել մեխանիկական մոդելով, և շարունակեց զարգացնել էնտրոպիայի հասակցությունը։ Սկսվեցին լայն քննարկումներ «տիեզերքի ջերմային մահվան» մասին, որը պայմանավորված էր էնտրոպիայի աճող սկզբունքի՝ տիեզերքի հավերժությանը անհամատեղելիությամբ։

Ուիլյան Թոմսոնը (Կելվին) 1848 թվականին առաջարկեց «բացարձակ ջերմաստիճանային սանդղակ» (Կելվինի սանդղակ), որը սկսվում էր «բացարձակ զրոյից» (-273 աստիճան)։ Մաքսվելը 1860 թվականին առաջ քաշեց գազի մոլեկուլների արագության բաշխման օրենքը, ստացավ բանաձև ներքին շփման և դիֆուզիայի վերաբերյալ, ստեղծեց ջերմահաղորդականության կինետիկ տեսության ուրվագիծը։

Լյուդվիգ Բոլցման

Հաջորդ հաջողությունները կապված գազերի կինետիկ տեսության և թերմոդինամիկայի հետ կապված են Լյուդվիգ Բոլցմանի և Յոհանես Դիդերիկ վան դեր Վալսի անվան հետ։ Ի թիվս այլ բաների նրանք փորձում էին օրենքներ բերել թերմոդինամիկայի համար՝ մեխանիկայի հիմքի վրա, բայց այդ անշրջելի փորձերը ձախողվեցին և Բոլցմանը կարծում էր (1872 թվական), որ թերմոդիանամիկայի երկրորդ օրենքը ճշգրիտ չէ, և վիճակագրական հատկությունները. ջերմությունը կարող է հոսել սառը մարմնից տաքին, սակայն հակառակ երևույթը ավելի հավանական է։ Ավելի քան 20 տարի այդ ենթադրությունները չի առաջացել ոչ մի ֆիզիկոսի մոտ, ապա սկսվեց աշխույժ քննարկում։ Մոտավորապես 1900 թվականին՝ Պլանկի, Գիբսի, Էրենֆեստի և այլոց աշխատանքներից հետո Բոլցմանի գաղափարները ճանաչում են։ 1871 թվականին Բոլցմանը (ավելի ուշ Մաքսվելը) զարգացնում է վիճակագրական ֆիզիկան։ Բեղմնավոր կերպով ապացուցվում է էրգոտիզմական գաղափարները։

Բացի էլեկտրոնի հայտնաբերումից, ամենաուժեղ փաստարկը հօգուտ ատոմային տեսությանը եղավ բրոունյան շարժումը (Այնշտայն, 1905)։ Սմոլուխովսկու և Պերրենի աշխատանքներից հետո այդ տեսությունը հաստատվում է, նույնիսկ պոզիտիվիստները չէին հերքում ատոմների գոյության փաստը։ Սկսվեցին առաջին փորձերի քիմիական տարրերի համար պարբերական համակարգ ստեղծելու համար, սակայն այն զարգացրեց Մենդելեևը՝ 1869 թվականին, բայց իրական հաջողությունները սպասվում էին դեռևս 20-րդ դարում։

Դարի վերջում խորությամբ ուսումնասիրվեց ֆազային անցումները և վարքը չափազանց ցածր ջերմաստիճաններում։ 1888 թվականին շոտլանդացի ֆիզիկոս Ջեյմս Դյուարը ստեղծեց «Դյուարի անոթը» (թերմոս) և առաջինը ստացավ հեղուկ ջրածին։ Գիբսը 1870-ական թվականներին ձևակերպեց ֆազային կանոնները։

Էլեկտրոնի բացահայտում, ռադիոակտիվություն

Որպեսզի կապ հաստատեն ատոմային տեսության և էլեկտրական երևույթների միջև, Բերցելիուսը և Ֆարադեյը առաջարկում են, որ գոյություն ունի ատոմի երկու տեսակ՝ դրական և բացասական լիցքերով։ Այս ենթադրությունից հետևում է ամենափոքր էլեկտրական լիցքի գոյությանը։ Սթոնին առաջարկում է «էլեկտրոն» տերմինը (1874) և տալիս է դրա լիցքի մասին ոչ վատ գնահատական։ Եղան նաև այլ վարկածներ, օրինակ, Ուիլյամ Պրաուտը կարծում էր, որ եթե քիմիական տարրերի ատոմական զանգվածները բազմապատիկ են ջրածնի ատոմային զանգվածին, հետևաբար կա մեկ հիմնական ատոմ՝ ջրածնի ատոմը, իսկ մնացած բոլորը կազմվում են հիմնական ատոմներից։ Կրուկսը առաջարկում էր, որ գոյություն ունի զրոյական, առաջնային տարր՝ «պրոտիլ», որից կազմված են թե՛ ջրածինը, թե՛ մյուս տարրերը, իսկ Ուիլյամ Թոմսոնը կարծում էր, որ ատոմը կայուն մրրիկ է եթերում։

Կաթոդային ճառագայթները մագնիսական դաշտում

Ավելի վաղ՝ 1858 թվականին, գազերում էլեկտրական պարպումն ուսումնասիրելիս հայտնաբերվեցին կաթոդային ճառագայթերը։ Երկար քննարկումներից հետո գիտնականները եզրակացրեցին, որ էլեկտրոնների հոսքը հենց դա է։ 1897 թվականին Ջոզեֆ Ջոն Թոմսոնը չափեց լիցք/զանգված հարաբերությունը կաթոդային ճառագայթների համար և ապացուցեց, որ այն անկախ է կաթոդի նյութից և փորձի այլ պայմաններից։ Ենթադրելով, որ էլեկտրոնի լիցքը համընկնում է (արդեն հայտնի ) ջրածնի իոնի լիցքի հետ, Թոմսոնը ստացավ էլեկտրոնի զանգվածի թվային գնահատական։ Ի զարմանս բոլորի պարզվեց, որ էլեկտրոնի զանգվածը շատ անգամ փոքր է ջրածնի ատոմի զանգվածից։ Բերցելիուս-Ֆարադեի հիպոթեզն այսպիսով մերժվեց։ Թոմսոնը նաև ցույց տվեց, որ ֆոտոէֆեկտի ժամանակ ճառագայթվող մասնիկները ունեն միևնույն լիցք/զանգված հարաբերությունը և ակնհայտորեն, նույնպես էլեկտրոններ են։ Փորձնական ճանապարհով էլեկտրոնի զանգվածը և լիցքը 1910 թվականին որոշում է Ռոբերտ Միլիկենը՝ իր սրամիտ փորձի միջոցով։

1878 թվականին Հենդրիկ Լորենցը ընդհանրացնում է Մաքսվելի տեսությունը իոններ պարունակող շարժվող միջավայրերի համար։ Լորենցի էլեկտրոնային տեսությունը լավ բացատրում էր դիամագնիսականությունը, պրոցեսներն էլեկտրոլիտում, էլեկտրոնների շարժումը մետաղներում, ինչպես նաև 1896 թվականին բացահայտված Զեեմանի էֆեկտը՝ մագնիսական դաշտում գտնվող նյութի ճառագայթման սպեկտրալ գծերի ճեղքումը։

Վճռական բացահայտումներ են կատարվում 1895 թվականին (ռենտգենյան ճառագայթներ, Վիլհելմ Ռենտգեն) և 1896 թվականներին (ուրանի ռադիոակտիվություն, Անրի Բեքերել)։ Ճիշտ է, ռենտգենյան ճառագայթների ալիքային բնույթը վերջնականապես ապացուցվեց միայն 1925 թվականին (Մաքս Լաուե, դիֆրակցիան բյուրեղներում), բայց ավելի վաղ ենթադրվել էր շատերի կողմից։ Մինչդեռ ռադիոակտիվությունը ֆիզիկոսներին փակուղու առջև է կանգնեցնում․ այն ենթարկվում է ակտիվ հետազոտությունների։ Շուտով հայտնաբերվում են նաև ռադիումը, թորիումը և այլ ակտիվ տարրեր, ինչպես նաև ճառագայթման անհամասեռությունը (ալֆա- և բետա- մասնիկները հայտնաբերեց Ռեզերֆորդը 1899 թվականին, իսկ գամմա-մասնիկները՝ Վիլարը, 1900 թվականին)։ Բետա-մասնիկների բնույթը միանգամից պարզ դարձավ, երբ Բեկերելը չափեց նրանց լիցք/զանգված հարաբերությունը՝ այն համընկավ էլեկտրոնի հետ։ Ալֆա-մասնիկների բնույթը պարզում է Ռեզերֆորդը 1909 թվականին։

1901 թվականին Վալտեր Կաուֆմանը հայտնում է, որ հայտնաբերել է արագության աճի ժամանակ էլեկտրոնի զանգվածի աճի երևույթը, որը կանխատեսել էին Օլիվեր Հեվիսայդը և Ջոզեֆ Ջոն Թոմսոնը։ Հարկ եղավ վերանայել էլեկտրոնի շարժման լորենցյան տեսությունը, և այս թեմայով քննարկումները շարունակվեցին նույնիսկ հարաբերականության տեսության ստեղծումից հետո։

Բուռն վեճեր էր հարուցում հարցը, թե ինչն է ռադիոակտիվ ճառագայթման էներգիայի աղբյուրը։ 1902 թվականին Ռեզերֆորդը և Սոդդին եզրակացնում են, որ «ռադիոակտիվությունը ատոմային երևույթ է, որը ուղեկցվում է քիմիական փոփոխություններով»։ 1903 թվականին նրանք բացահայտեցին ատոմի ռադիոակտիվ տրոհման օրենքը, գնահատեցին ներատոմային էներգիան, որը անհամեմատ մեծ էր ցանկացած քիմիական էներգիայից, և առաջ քաշեցին տեսակետ, որ հենց դա է արեգակնային էներգիայի աղբյուրը։

Ուիլյամ Ռամզայը և Սոդդին Ռեզերֆորդի հետ միաժամանակ առաջին անգամ նկատեցին ռադոնի փոխակերպումը հելիումի, իսկ Թոմսոնը տվեց պարբերական համակարգի առաջին հիմնավորումը էլեկտրոնային տեսության դիրքերից։

Մեխանիկա, օպտիկա, առաձգականության տեսություն

1834-1835 թվականներին Ուիլյամ Համիլտոնը հրապարակում է վարիացիոն սկզբունքը, որն ուներ համընդհանուր բնույթ ուներ և հաջողությամբ կիրառվեց է ֆիզիկայի ամենատարբեր բաժիններում։ Համիլտոնյան մեխանիկայի հիմքում Համիլտոննն այս սկզբունքն է դնում։ «Այդ աշխատանքներն ընկած են 19-րդ դարի անալիտիկ մեխանիկայի զարգացման հիմքում»։

Օպտիկայում գլխավոր իրադարձությունը եղավ սպեկտրային անալիզի հայտնագործությունը (1859 թվական)։ 1842 թվականին ավստրիացի ֆիզիկոս Դոպլերը հայտնաբերում է շարժվող աղբյուրներից ճառագայթվող ալիքների հաճախության և երկարության փոփոխության երևույթը։ Այս երևույթները դարձան գիտության կարևորագույն գործիքներ, մասնավորապես աստղաֆիզիկաում։ Դարի կեսերին ևս մի կարևոր հայտնագործություն կատարվեց՝ լուսանկարչությունը։

1821 թվականին Անրի Նավիեն արտածում է առաձգականության տեսության հավասարումների հիմնական համակարգը՝ Հուկի միաչափ օրենքը փոխարինելով իզոտրոպ առաձգական մարմինների եռաչափ դեֆորմացիայով։ Նավիեի մոդելը միանգամից ընդհանրացնում է Կոշին (1823 թվական)՝ հանելով իզոտրոպության սահմանափակությունը։ Կոշիի հավասարումների հիման վրա Պուասոնը լուծում է բազմաթիվ գործնականորեն կարևոր խնդիրներ։

20-րդ դար

Ատոմի կառուցվածք

Էլեկտրոնի բացահայտումից հետո պարզ դարձավ, որ ատոմը ունի բարդ կառուցվածք և հարց առաջացավ՝ ինչպիսին է էլեկտրոնի տեղը նրանում և կա՞ն արդյոք ուրիշ ներատոմային մասնիկներ։ 1904 թվականին ի հայտ եկավ ատոմի առաջին մոդելը, որը հայտնի էր որպես «չամիչով պուդինգի» մոդել։ Այս մոդելում ատոմը համարվում էր դրական լիցքավորված մարմին, որում հավասարաչափ էլեկտրոններ են խառնված։ Նրանք շարժվում են այնտեղ թե ոչ՝ այդ հարցը մնում էր բաց։ Թոմսոնը առաջարկում է հեռանկարային վարկած, որ քիմիական տարրերի հատկությունները որոշվում են ըստ ատոմներում էլեկտրոնների բաշխվածության։ Նույն ժամանակ ճապոնացի ֆիզիկոս Հանտարո Նագաոկան առաջադրում է մոլորակային մոդելը, բայց Վիլհելմ Վինը անմիջապես ցույց տվեց, որ էլեկտրոնների շրջանաձև ուղեծրերը անհամատեղելի են դասական էլեկտրադինամիկայի հետ. ուղիղ գծից ցանկացած շեղման դեպքում էլեկտրոնը էներգիա է կորցնում։

1909-1910 թվականներին բարակ թիթեղների վրա ալֆա-մասնիկների ցրման Ռեզերֆորդի և Գեյգերի փորձերի արդյունքում հայտնաբերվեց, որ ատոմի ներսում առկա է ոչ մեծ ամփոփ կառուցվածք՝ ատոմի միջուկը։ «Պուդինգի մոդելն» անմիջապես մերժվեց։ Ռեզերֆորդը առաջարկում է ճշգրտված մոլորակային մոդելը. դրական միջուկ, որի լիցքը (էլեկտրոնի լիցքի միավորներով) ճշգրիտ համընկնում է տարրի համարին Մենդելեևի աղյուսակում։ Նոր տեսության առաջին հաջողությունը եղավ իզոտոպների գոյության բացատրությունը։ Բայց եղան նաև այլ մոդելներ։ Ջոզեֆ Ջոն Թոմսոնը առաջարկեց, որ էլեկտրոնների և միջուկի փոխազդեցությունը տարբերվում է կուլոնյանից․ փորձեր արվեցին ներգրավելու հարաբերականության տեսությունը և նույնիսկ ոչ էվկլիդեսյան երկրաչափությունը։

Ջրածնի ատոմը Բորի մոդելով (անիմացիան ցույց է տալիս, թե ինչպես է էլեկտրոնը ցատկում մի ուղեծրից մյուսը)

Ջրածնի ատոմի սպեկտրը բացատրող առաջին հաջող տեսությունը կառուցեց Նիլս Բորը 1913 թվականին։ Բորը Ռեզերֆորդի տեսությանը լրացրեց ոչ դասական բնույթի դրույթներով՝

1. Գոյություն ունեն ուղեծրեր, որոնցում էլեկտրոնը ստաբիլ վիճակում կգտնվի (էներգիա չի կորցնի)։
2. Մի թույլատրելի ուղեծրից մյուսին ցատկելու ժամանակ էլեկտրոնը էներգիա է ճառագայթում կամ կլանում, որը համապատասխանում է ուղեծրերի էներգիաների տարբերությանը։ Բորի տեսությունը ճշգրտորեն կանխատեսում էր ջրածնի ատոմի սպեկտրը, սակայն մյուս տարրերի համար համաձայնություն չկար։

1915 թվականին Բորի տեսությանը լրացրեցին Զոմմերֆելդը և Վիլսոնը. նրանք բացատրում են Զեեմանի էֆեկտը և ջրածնի սպեկտրի նուրբ կառուցվածքը։ Բորը իր հիմնադրույթներին ավելացնում է նաև համապատասխանության սկզբունքը, որը թույլ էր տալիս որոշել սպեկտրալ գծերի ինտենսիվությունը։ 1925 թվականին Պաուլին առաջ է քաշում վարկած, որը էլեկտրոնն օժտված է սպինով․ այնուհետև ձևակերպում է արգելման սկզբունքը, ըստ որի՝ երկու էլեկտրոններ չեն կարող մտնել ունենալ միևնույն քվանտային թվերը (հաշվի առնելով սպինը)։ Դրանից հետո արդեն պարզ էր, թե ինչու և ինչպես են էլեկտրոնները ատոմներում բաշխվում դասավորվում շերտերով։ 1920-ական թվականներին հիմնականում ձևավորվում է մետաղների էլեկտրոնային տեսությունը, որը լավ բացատրվում է հաղորդականությունը, իսկ 1930-ական թվականներին բացատրվում է ֆեռոմագնիսականության երևույթը։

Չլուծված էր մնում այն խնդիրը, թե ինչն է պրոտոններին պահում ատոմի միջուկում՝ կուլոնյան վանողական ուժերին հակառակ։ Գամովը առաջարկեց, որ գոյություն ունեն ուժեր, որոնք նման են մակերևութային լարվածության ուժերին հեղուկի կաթիլում․ այդպես ի հայտ եկավ «միջուկի կաթիլային մոդելը», որը արդյունավետ մոդել էր։ Ճապոնացի ֆիզիկոս Յուկավան (1935) մշակեց միջուկային ուժերի մոդելը, որտեղ ուժի քվանտներ էին հանդիսանում հատուկ տեսակի մասնիկներ. այդ մասնիկները հայտնաբերվեցին տիեզերական ճառագայթներում (1947) և կոչվեցին պիոններ։

1932 թվականին Ջեյմս Չադվիկը հայտնաբերեց նեյտրոնը, որը կանխատեսել էր Ռեզերֆորդը դեռևս 1920-ականներին։ Միջուկի կառուցվածքը արդեն պարզ դարձավ։ Պրոտոնը փաստացի հայտնաբերվել էր 1919 թվականին, երբ Ռեզերֆորդը նկատեց, որ ազոտի ատոմը տրոհվում է ալֆա-մասնիկներով ռմբակոծելիս. «պրոտոն» անվանումը Ռեզերֆորդը մտածեց ավելի ուշ։ Նույն՝ 1932 թվականին, տիեզերական ճառագայթների մեջ հայտնաբերվեց պոզիտրոնը՝ հաստատելով Դիրակի գաղափարները հականյութի գոյության մասին։ 1934 թվականին Ֆերմին հրապարակում է բետա-տրոհման տեսությունը՝ միջուկի նեյտրոնը փոխակերպվում է պրոտոնի, ինչի ընթացքում արձակվում է էլեկտրոն և (դեռևս չհայտնաբերված) փոքր մասնիկներ, որոնց անվանեցին նեյտրինոներ։ Նեյտրոնի տրոհումը տեսականորեն հիմնավորելու համար պետք եղավ բացի վերը նշված ուժեղ փոխազդեցությունից ներառել նաև թույլ փոխազդեցությունը։

Ուրանի միջուկի ճեղքումի բացահայտումից (1938, Օտտո Գան և Ֆրից Շտրասման) և միջուկային զենքերի ստեղծման հաջող աշխատանքներից հետո միջուկային միջուկային ֆիզիկան դարձավ համաշխարհային պատմությունը ձևավորող գործիքներից մեկը։

1967 թվականին Սթիվեն Վայնբերգը և Աբդուս Սալամը, կիրառելով Շելդոն Գլեշոուի ավելի վաղ հրապարակված «էլեկտրաթույլ» մոդելը, մշակեցին այսպես կոչված «ստանդարտ մոդելը» անվամբ, որով միավորվում են չորս հիմնարար փոխազդեցություններից երեքը (գրավիտացիան դրա մեջ չմտավ)։ Ստանդարտ մոդելով կանխատեսված Հիգսի բոզոնի բացահայտումից հետո այս մոդելը համարվում է միկրոաշխարհի մասին արդի պատկերացումների հիմքը (չնայած ստուգման և կիրառելիության սահմանների որոնման փորձերը շարունակվում են)։

Քվանտային տեսություն

Հիմնական հոդված՝ Քվանտային ֆիզիկայի զարգացման պատմություն

• 
  Նիլս Բոր
• 
  Լուի դը Բրոյլ
• 
  Էրվին Շրյոդինգեր
• 
  Պոլ Դիրակ

1880-ական թվականներին փորձնական ճանապարհով ստացան բացարձակ սև մարմնի ճառագայթման սպեկտրը. պարզվեց, որ էներգիայի բաշխումն ըստ հաճախականությունների չի համաձայնեցվում գոյություն ունեցող ոչ մի տեսության հետ, հատկապես երկար (ինֆրակարմիր) ալիքների համար։ Ճիշտ բանաձևը տվեց Մաքս Պլանկը 1900 թվականին։ Մի քանի շաբաթ անց նա պարզեց, որ այդ բանաձևը կարելի է խստորեն ապացուցել, եթե ենթադրություն արվի, որ էներգիայի կլանումը և ճառագայթումը որոշակի նվազագույն բաժիններով (քվանտներով) է կատարվում, որը համեմատական է ալիքի հաճախությանը։ Պլանկը սկզբում այս մոդելը համարում էր զուտ մաթեմատիկական հնարք. նույնիսկ շատ ուշ՝ 1914 թվականին, նա ցանկանում էր հերքել իր սեփական բացահայտումը, սակայն ապարդյուն։

Այնշտայնը միանգամից ընդունեց լույսի քվանտների մասին վարկածը, ընդ որում կարծում էր, որ քվանտացումը վերաբերվում է ոչ միայն նյութի հետ լույսի փոխազդեցությանը, այլ հենց լույսի հատկությունն է։ 1905 թվականին նա դրա հիման վրա կառուցում է ֆոտոէֆեկտի տեսությունը, իսկ 1907 թվականին՝ ջերմունակության տեսությունը, որը մինչև Այնշտայնը հակասություններ ուներ փորձի հետ։ 1912 թվականին Դեբայը և Բոռնը զարգացնում են Այնշտայնի ջերմունակության տեսությունը և հասնում են փորձերի հետ համաձայնության։ Այնշտայնյան ֆոտոէֆեկտի տեսությունը 1914-1916 թվականներին ամբողջությամբ հաստատվում է Միլիկենի փորձով։

Վերջապես, 1920-ական թվականներին հայտնաբերվեցին միանգամից մի քանի էապես քվանտային երևույթներ, որոնք անբացատրելի էին դասական տեսանկյունից։ Ամենահատկանշականը Քոմփթոնի էֆեկտն էր՝ երկրորդային ճառագայթումը թեթև գազերում ռենտգենյան ճառագայթների ցրման ժամանակ։ 1923 թվականին Կոմպտոնը մշակում է այդ երևույթի տեսությունը (1917 թվականի Այնշտայնի աշխատանքների հիման վրա) և առաջարկում է «ֆոտոն» տերմինը։ 1911 թվականին բացահայտվում է գերհաղորդականությունը՝ ևս մեկ ստուգապես քվանտային երևույթ, բայց այն տեսական բացատրություն ստացավ միայն 1950-ական թվականներին (Գինզբուրգ-Լանդաուի, այնուհետև՝ Բարդին-Կուպեր-Շրիֆերի տեսություն)։

Լուի դը Բրոյլ

Այսպիսով պարզվեց, որ էլեկտրամագնիսական դաշտին բնորոշ է մասնիկ-ալիքային երկվությունը։ Նույն՝ 1923 թվականին Լուի դը Բրոյլը առաջարկում է, որ նման երկվությունը բնորոշ է ոչ միայն լույսին, այլ նաև նյութին։ Նյութական յուրաքանչյուր մասնիկի նա համադրության մեջ է դնում որոշակի հաճախությամբ ալիք։ Դա բացատրում է, թե ինչու է Ֆերմայի սկզբունքը օպտիկայում նման է Մոպերտյուի սկզբունքին, ինչպես նաև՝ թե ինչու են Բորի ուղեծրերը կայուն․ միայն այդ ուղեծրերում է դը Բրոյլի ալիքը տեղավորվում ամբողջ թվին բազմապատիկ անգամ։ Երջանիկ զուգադիպությամբ հենց այդ տարի ամերիկացի ֆիզիկոսներ Դևիսոնը և Ջերմերը ուսումնասիրում են էլեկտրոնների անդրադարձումը պինդ մարմիններից և գրանցում դը Բրոյլի կանխատեսած էլեկտրոնների դիֆրակցիան։ Ավելի վաղ (1921) էլեկտրոնների ալիքային հատկություններ նկատվեցին Ռամզաուերի էֆեկտում, բայց այդ ժամանակ դա պատշաճ կերպով չի մեկնաբանվում։ 1930 թվականին Օտտո Շտեռնը փորձերի միջոցով ցույց տվեց ատոմների և մոլեկուլների ալիքային հատկությունները։

1925 թվականին Հայզենբերգը առաջարկում է ներատոմային մասնիկների տեսության մեջ կիրառել միայն դիտարկելի մեծությունները՝ բացառելով կոորդինատը, ուղեծրերը և այլն։ Դիտարկելի մեծությունները սահմանելու համար նա մշակեց այսպես կոչված մատրիցային մեխանիկան։ Հայզենբերգը, Մաքս Բոռնը և Յորդանը ձևակերպում են կանոններ, որոնց համաձայն դասական մեծությունները համադրվում են էրմիտյան մատրիցների հետ, այնպես որ դասական մեխանիկայի յուրաքանչյուր դիֆերենցիալ հավասարում վերածվում է քվանտայինի։

Էրվին Շրյոդինգեր

1926 թվականին Էրվին Շրյոդինգերը սինթեզեց Դը Բրոյլի և Հայզենբերգի գաղափարները՝ Շրեդինգերի ալիքային հավասարման հիման վրա ստեղծելով «ալիքային մեխանիկան»։ Նոր մեխանիկան, ինչպես ցուց տվեց Շրեդինգերը, համարժեք էր մատրիցայինին. Հայզենբերգի մատրիցի տարրերը Համիլտոնի օպերատորի սեփական ֆունկցիաներն են բազմապատկիչի ճշտությամբ, իսկ սեփական արժեքները քվանտացված էներգիաներն են։ Այս տեսքով ալիքային մեխանիկան ավելի հարմար էր մատրիցայինից, և շուտով լայն ընդունելություն գտավ։ Սկզբում Շրեդինգերը կարծում էր, որ ալիքային ֆունկցիայի ամպլիտուդը նկարագրում է լիցքի խտությունը, բայց այդ մոտեցումը արագ մերժվեց և ընդունվեց Բոռնի ենթադրությունը (1926)՝ ալիքային ֆունկցիայի ամպլիտուդը մեկնաբանել որպես մասնիկը հայտնաբերելու հավանականության խտություն («կոպենհագենյան մեկնաբանություն»)։

1927 թվականին Հայզենբերգը ձևակերպեց անորոշությունների սկզբունքը. միկրոմասնիկի կոորդինատները և իմպուլսը հնարավոր չէ միաժամանակ որոշել՝ ճշգրիտ որոշելով կոորդինատները, մենք անխուսափելիորեն «լղոզում ենք» արագությունը որոշելու ճշգրտությունը։ Բորը ընդհանրացրեց այդ դրույթը մինչև «լրացման սկզբունքը». երևույթների մասնիկային և ալիքային նկարագրությունները լրացնում են միմյանց, և եթե մեզ հետաքրքրում է պատճառական կապը, հարմար է մասնիկային նկարագրությունը, եթե տարածաժամանակային պատկերով ենք հետաքրքրված, ապա՝ ալիքային նկարագրությունը։ Փաստորեն միկրոօբյեկտը ո՛չ մասնիկ է, ո՛չ ալիք. այս դասական հասկացություններն առաջանում են միայն այն այն պատճառով, որ մեր գործիքները չափում են դասական մեծություններ։ Բորի դպրոցը ընդհանրապես կարծում էր, որ ատոմի ատրիբուտները օբյեկտիվորեն գոյություն չունեն, այլ ի հայտ են գալիս միայն դիտորդի հետ փոխազդելիս։ «Չկա իրականության, որը կախված չէ իր դիտարկման մեթոդներից» (Բոր)։ Շատ ֆիզիկոսներ (Այնշտայն, Պլանկ, դը Բրոյլ, Բոմ և այլք) փորձեցին փոխարինել կոպենհագենյան մեկնաբանությունը փոխարինել ուրիշ մեկնաբանությամբ, սակայն հաջողության չհասան։

Պոլ Դիրակը մշակեց քվանտային ֆիզիկայի ռելյատիվիստական տարբերակը (Դիրակի հավասարում, 1928 թվական) և կանխատեսեց պոզիտրոնի գոյությունը՝ հիմք դնելով քվանտային էլեկտրադինամիկային։ 1920-ական թվականներին դրվեցին մեկ այլ գիտության՝ քվանտային քիմիայի հիմքերը, որը բացատրում է վալենտականության և առհասարակ քիմիական կապի էությունը։ 1931 թվականին կառուցվեց լիցքավորված մասնիկները հետազոտելու առաջին արագացուցիչը (ցիկլատրոն)։ 1935 թվականին հրապարակում է հայտնի Էյնշտեյն-Պոդոլսկի-Ռոզենի պարադոքսը։

1950-ականների սկզբին Նիկոլայ Բասովը, Ալեքսանդր Պրոխորովը և Չարլզ Թաունսը մշակեցին քվանտային համակարգերի միջոցով էլեկտրամագնիսական ճառագայթում գեներացնելու և ուժեղացնելու հիմնական սկզբունքները՝ դրանով հիմք դնելով ռադիոհաճախային և օպտիկական ճառագայթման սկզբունքորեն նոր աղբյուրների (մազերներ և լազերներ)։

Աստղաֆիզիկա և տիեզերագիտություն

Ֆիզիկան աստղագիտության հետ կապելու առաջին քայլը կատարել է Իսահակ Նյուտոնը, որը սահմանել է երկնային մարմինների դիտարկվող շարժման ֆիզիկական պատճառը (1687 թվական)։ Հետագա դարերում գիտնականները քննարկել են արտաերկրային ֆիզիկայի հետ կապված խնդիրներ, այդ թվում՝

• Ջերմաստիճանը և մյուս ֆիզիկական պայմանները այլ երկնային մարմինների վրա, դրանց մթնոլորտի և մակերևույթի ծածկույթի բաղադրությունը, մագնիսական դաշտի առկայությունը։
• Աստղերի լուսատվության աղբյուրը, նրանց կառուցվածքի տարբերակները, ձևավորման մեխանիզմները և հետագա էվոլյուցիայի հնարավոր ուղղությունները, մոլորակների առկայությունը։

Աստղաֆիզիկան սերտ կապերի մեջ է տիեզերագիտության հետ, որը ուսումնասիրում է ողջ տեսանելի Տիեզերքի կառուցվածքը և էվոլյուցիան։

Արեգակի էվոլյուցիայի փուլերի հաջորդականությունը

18-րդ դարում «մոլորակների ծնունդի», այսինքն՝ Արեգակնային համակարգի և, հնարավոր է, այլ մոլորակային համակարգերի առաջացման հիպոթեզներ առաջ են քաշել Սվեդենբորգը (1732 թվական, դեկարտյան մրրիկների հիման վրա), Կանտը (1755 թվական) և Լապլասը (1796 թվական, գազափոշային ամպի խտացումը)։ Վերջին գաղափարը, որը զգալիորեն ընդլայնվել ու մշակվել է, դարձել է մոլորակների ծնունդի ժամանակակից տեսության հիմքը։ Եղել են նաև այլ տարբերակներ. օրինակ, Ջեյմս Հոփվուդ Ջինսը 1919 թվականին առաջարկեց, որ ինչ-որ մի ժամանակ Արեգակի կողքով զանգվածեղ աստղ է անցել, ինչի արդյունքում Արեգակից տեղի է ունեցել նյութի արտանետում, որը խտացել է և վերածվել մոլորակների։ Ավելի հեռանակարային էր Ջինսի մեկ այլ գաղափար. (1904 թվական). Արեգակի էներգիայի աղբյուրը ներատոմային էներգիան է։

Արտաերկրային օբյեկտներ հետազոտելու առաջին հարմար գործիքը սպեկտրալ անալիզն էր (1859 թվական), որը թույլ էր տալիս հեռվից որոշել աստղերի և այլ երկնային մարմինների քիմիական բաղադրությունը։ Ինչպես ենթադրվում էր Նյուտոնի ժամանակներում, երկնային մարմինները կազմված են նույն նյութերից, որոնցից որ կազմված է երկիրը։ 1869 թվականին շվեդ ֆիզիկոս և աստղգետ Անդերս Յոնաս Անգստրեմը հրապարակում է Արեգակի սպեկտրի առաջին ատլասը, իսկ Անջելո Սեկկին ուսումնասիրում և դասակարգում է չորս հազար աստղերի սպեկտրերը։ Հենց այդ ժամանակաշրջանում գործածության մեջ մտավ աստղաֆիզիկա» տերմինը (Ցյոլներ, 1865 թվական)։

Տիեզերքի ընդլայնական կտրվածքը

Աստղաֆիզիկոսների հաջորդ անփոխարինելի գործիքը դարձավ Դոպլերի էֆեկտը, որը աստղագիտության մեջ օգտագործվում էր աստղերի հարաբերական շառավղային արագության չափման համար։ 20-րդ դարի սկզբին Վեստո Սլայֆերը, Էդվին Հաբլը և այլ աստղագետներ օգտագործում են Դոպլերի էֆեկտը ապացուցելու համար, որ գոյություն ունեն արտագալակտիկական օբյեկտներ և գրեթե բոլորը հեռանում են Արեգակնային համակարգից։ Արթուր Էդինգտոնը հիմնվելով այս թվականներին քննարկվող հարաբերականության ընդհանուր տեսության տիեզերագիտական մոդելների վրա, առաջարկեց, որ այդ փաստը արտացոլում է բնության ընդհանուր մի օրենք. տիեզերքի ընդլայնումը և որ ավելի հեռու աստղագիտական օբյեկտներն ունեն ավելի մեծ հարաբերական արագություն։ Էդինգտոնը մշակել է նաև («The Internal Constitution of the Stars» մենագրություն) աստղերի ներքին կառուցվածքի առաջին մոդելը։ Ժան Բատիստ Պերրենի հետ միասին Էդինգտոնը հիմնավորեց ջերմամիջուկային ռեակցիաների մասին տեսությունը՝ որպես Արեգակի էներգիայի աղբյուր։

Աստղաֆիզիկայի ծաղկումը սկսեց 20-րդ դարի երկրորդ կեսին, երբ դիտողական աստղաֆիզիկայի միջոցները կտրուկ լավացան. աստղագիտական արբանյակ, ռենտգենյան, ուլտրամանուշակագույն, նեյտրոնային, գամմա ճառագայթների դետեկտորներ ու ավտոմատ միջմոլորակային կայաններ և այլն։ Որոշվեցին և հետազոտվեցին Արեգակնային համակարգի բոլոր խոշոր մարմինների հիմնական ֆիզիկական բնութագրերը, հայտնաբերվեցին բազմաթիվ էկզոմոլորակներ, աստղերի նոր տեսակներ (պուլսար, քվազար, ռադիոգալակտիկա), հայտնաբերվեց և ուսումնասիրվեց մնացորդային ճառագայթումը, գրավիտացիոն ոսպնյակավորումը ու սև խոռոչների թեկնածուները։ Ուսումնասիրվեցին մի շարք դեռևս չլուծված խնդիրներ. գրավիտացիոն ալիքների գոյությունը, սև մատերիայի և մութ էներգիայի բնույթը, Տիեզերքի արագացման պատճառները։ Սահմանվեց Տիեզերքի մեծամասշտաբ կառուցվածքը։ Ձևակերպվեց ներկայումս համընդհանուր ընդունված Մեծ Պայթյունի տեսությունը՝ որպես դիտարկվող Տիեզերքի էվոլյուցիայի նախնական փուլ։

Աստղագիտական օբյեկտների ուսումնասիրությունը եզակի հնարավորություններ էր տրամադրում տեսական ֆիզիկային, քանի որ մասշտաբով և բազմազանությամբ տիեզերական գործընթացները գերազանցում են ամեն ինչին, որ հնարավոր է վերարտադրել երկրային լաբորատորիաներում։ Օրինակ, աստղաֆիզիկոսները բազմաթիվ դիտարկումներ են կատարել Այնշտայնի ձգողության Այնշտայնի տեսությունը ստուգելու և դրա կիրառելիության հնարավոր սահմանները պարզելու համար։ Դիտարկվող մի շարք երևույթների (օրինակ, նեյտրոնային աստղերի և աստղագիտական էֆեկտների) բացատրության համար կիրառվում և ստուգվում են միկրոաշխարհի ֆիզիկայի մեթոդները։

Տես նաև

• Ատոմիզմ
• Արխետիպ

Գրականություն

• Визгин В. П. Релятивистская теория тяготения (истоки и формирование, 1900-1915). - М.։ Наука, 1981. 352 c.
• Дорфман Я. Г. Всемирная история физики. С древнейших времён до конца XVIII века. - Изд. 3-е. - М.։ ЛКИ, 2010. - 352 с. - ISBN 978-5-382-01091-5.
• Дорфман Я. Г. Всемирная история физики. С начала XIX до середины XX века. - Изд. 3-е. - М.։ ЛКИ, 2011. - 317 с. - ISBN 978-5-382-01277-3.
• Еремеева А. И., Цицин Ф. А. История астрономии (основные этапы развития астрономической картины мира). - М.։ Изд-во МГУ, 1989. - ISBN 5-211-00347-0.
• Кудрявцев П. С. Курс истории физики. - М.։ Просвещение, 1974.
• Лауэ М. История физики. - М.։ ГИТТЛ, 1956. - 230 с.
• Льоцци М. История физики. - М.։ Мир, 1970. - 464 с.
• Спасский Б. И. История физики, в двух томах. - Изд. 2-е. - М.։ Высшая школа, 1977.
• Уиттекер Э. История теории эфира и электричества. Классические теории. - М.-Ижевск։ НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. - 512 с. - ISBN 5-93972-070-6.
• Храмов Ю. А. Физики. Биографический справочник. - Изд. 2-е, испр. и доп.. - М.։ Наука, 1983. - 400 с.

Արտաքին հղումներ

• Pierre Duhem. «History of Physics» (անգլերեն). Արխիվացված է օրիգինալից 2015 թ․ հուլիսի 11-ին. Վերցված է 2015 թ․ օգոստոսի 15-ին. (The original catholic encyclopedia).

Վիքիպահեստն ունի նյութեր, որոնք վերաբերում են «Ֆիզիկայի պատմություն» հոդվածին։