Физика

Edit links
Страница полузащищена
Чтобы узнать о других значениях, см. Физика (значения) .
Не следует путать с Физисом .

Часть серии о
Физика
Фундаментальная наука
Филиалы
Исследовать

Физика – это естественная наука о материи , включающая изучение материи, [а] его фундаментальные составляющие , его движение и поведение в пространстве и времени , а также связанные с ними сущности энергии и силы . [2] Физика — одна из самых фундаментальных научных дисциплин, главная цель которой — понять, как ведет себя Вселенная . [б] [3] [4] [5] Ученого, специализирующегося в области физики, называют физиком .

Физика — одна из старейших академических дисциплин и, благодаря включению в нее астрономии , возможно, самая старая. [6] На протяжении большей части последних двух тысячелетий физика, химия , биология и некоторые разделы математики были частью натуральной философии , но во время научной революции 17 века эти естественные науки стали уникальными исследовательскими направлениями сами по себе. [с] Физика пересекается со многими междисциплинарными областями исследований, такими как биофизика и квантовая химия , при этом границы физики жестко не определены. Новые идеи в физике часто объясняют фундаментальные механизмы, изучаемые другими науками. [3] и предложить новые направления исследований в этих и других академических дисциплинах, таких как математика и философия.

Достижения в физике часто позволяют создавать новые технологии . Например, достижения в понимании электромагнетизма , физики твердого тела и ядерной физики привели непосредственно к разработке новых продуктов, которые радикально изменили современное общество, таких как телевидение, компьютеры, бытовая техника и ядерное оружие ; [3] достижения термодинамики привели к развитию индустриализации; а достижения в механике вдохновили развитие исчисления .

Расширение Вселенной согласно теории Большого взрыва в физике

История

Основная статья: История физики

Слово физика происходит от латинского physica («изучение природы»), которое само по себе является заимствованием греческого φυσική ( phusikḗ « естественная наука»), термина, полученного от φύσις ( phúsis «происхождение, природа, свойство»). [8] [9] [10]

Древняя астрономия

Основная статья: История астрономии
Древнеегипетская астрономия очевидна в таких памятниках, как потолок гробницы Сенемута времен Восемнадцатой династии Египта .

Астрономия – одна из древнейших естественных наук . Ранние цивилизации, возникшие до 3000 г. до н.э., такие как шумеры , древние египтяне и цивилизация долины Инда , обладали предсказательными знаниями и базовым пониманием движения Солнца, Луны и звезд. Звездам и планетам, которые, как считалось, представляли богов, часто поклонялись. Хотя объяснения наблюдаемого положения звезд часто были ненаучными и не имели достаточных доказательств, эти ранние наблюдения заложили основу для более поздней астрономии, поскольку было обнаружено, что звезды пересекают большие круги по небу. [6] которые не могли объяснить положения планет .

Согласно Асгеру Аабое , истоки западной астрономии можно найти в Месопотамии , и все западные усилия в точных науках произошли от поздневавилонской астрономии . [11] Египетские астрономы оставили памятники, свидетельствующие о знании созвездий и движения небесных тел. [12] в то время как греческий поэт Гомер писал о различных небесных объектах в своих «Илиаде» и «Одиссее» ; позже греческие астрономы дали названия, которые используются до сих пор, для большинства созвездий, видимых в Северном полушарии . [13]

Натуральная философия

Основная статья: Натуральная философия

Естественная философия зародилась в Греции в архаический период (650 г. до н.э. – 480 г. до н.э.), когда философы-досократики, такие как Фалес, отвергали ненатуралистические объяснения природных явлений и провозглашали, что каждое событие имеет естественную причину. [14] Они выдвинули идеи, проверенные разумом и наблюдением, и многие из их гипотез оказались успешными в экспериментах; [15] например, атомизм оказался правильным примерно через 2000 лет после того, как он был предложен Левкиппом и его учеником Демокритом . [16]

Средневековый европейский и исламский

Основные статьи: Европейская наука в средние века и физика в средневековом исламском мире.

Западная Римская империя пала в пятом веке, и это привело к упадку интеллектуальных занятий в западной части Европы. Напротив, Восточная Римская империя (обычно известная как Византийская империя ) сопротивлялась атакам варваров и продолжала развивать различные области знаний, включая физику. [17]

В шестом веке Исидор Милетский создал важную компиляцию сочинений Архимеда , которые скопированы в «Архимедовом Палимпсесте» .

Рисунок Ибн аль-Хайсама (Альхазена)
Ибн аль-Хайсам ( ок. 965 – ок. 1040 ) описал свои с камерой-обскура эксперименты в « Книге оптики» . [18]

В Европе шестого века Иоанн Филопон , византийский ученый, поставил под сомнение учение Аристотеля о физике и отметил его недостатки. Он представил теорию импульса . Физика Аристотеля не подвергалась тщательному изучению до появления Филопона; в отличие от Аристотеля, который основывал свою физику на словесных аргументах, Филопон полагался на наблюдение. О физике Аристотеля Филопон писал:

Но это совершенно ошибочно, и наша точка зрения может быть подтверждена фактическими наблюдениями более эффективно, чем какими-либо словесными аргументами. Ибо если вы уроните с одной и той же высоты две гири, одна из которых во много раз тяжелее другой, вы увидите, что соотношение времен, необходимых для движения, зависит не от соотношения гирь, а что разница по времени очень мал. Итак, если разница в весах незначительна, т. е. одно, скажем, в два раза больше другого, то разницы во времени не будет, или же будет незаметная разница, хотя разница в весе и будет незначительной. вовсе не значит ничтожный, одно тело весит в два раза больше другого [19]

Критика Филопоном аристотелевских принципов физики послужила источником вдохновения для Галилео Галилея десять столетий спустя. [20] во время научной революции . Галилей в своих работах в основном цитировал Филопона, утверждая, что аристотелевская физика ошибочна. [21] [22] В 1300-х годах Жан Буридан , преподаватель факультета искусств Парижского университета , разработал концепцию импульса. Это был шаг к современным идеям инерции и импульса. [23]

Исламская наука унаследовала аристотелевскую физику от греков и во время Золотого века ислама развила ее дальше, уделяя особое внимание наблюдению и априорным рассуждениям, развивая ранние формы научного метода .

Хотя принципы физики Аристотеля подверглись критике, важно определить доказательства, на которых он основывал свои взгляды. Тщательное изучение истории науки и математики выявляет вклад, внесенный учеными старшего возраста. Наука Аристотеля была основой науки, преподаваемой сегодня в школах. Аристотель опубликовал множество биологических работ, в том числе «Части животных» , в которых он обсуждает как биологические, так и естественные науки. Аристотель сыграл важную роль в развитии физики и метафизики, и его убеждения и открытия до сих пор преподаются на уроках естественных наук. Объяснения, которые Аристотель дает своим открытиям, также просты.

Размышляя об элементах, Аристотель считал, что каждый из четырех классических элементов (земля, огонь, вода, воздух) имеет свое естественное место. [24] Из-за разной плотности каждый элемент вернется на свое особое место в атмосфере. [25] Таким образом, из-за их веса огонь будет наверху, воздух под огнем, затем вода и, наконец, земля. Он также заявил, что когда небольшое количество одного элемента попадает на естественное место другого, менее распространенный элемент автоматически перемещается на свое естественное место. Например, если на земле горит пожар, пламя поднимается в воздух, пытаясь вернуться на свое естественное место, где ему и место. Аристотель называл свою метафизику «первой философией» и характеризовал ее как учение «бытия как бытия». [26] Аристотель определял парадигму движения как существо или сущность, охватывающую различные области одного и того же тела. [26] Таким образом, человек, находящийся в локации (А), может переехать в новую локацию (Б) и по-прежнему занимать то же количество места. Это связано с верой Аристотеля в то, что движение представляет собой континуум. Что касается материи, Аристотель считал, что изменение категории (например, места) и качества (например, цвета) объекта определяется как «изменение». Но изменение субстанции — это изменение материи. Это также похоже на сегодняшнюю идею материи.

Он также разработал свои собственные законы движения, которые включают в себя: 1) более тяжелые объекты будут падать быстрее, причем скорость пропорциональна весу и 2) скорость падающего объекта обратно пропорциональна плотности объекта, через который он падает (например, плотности воздух). [27] Он также заявил, что, когда дело доходит до резкого движения (движения объекта, когда к нему приложена сила со стороны второго объекта), скорость, с которой движется объект, будет настолько быстрой или сильной, насколько велика мера приложенной к нему силы. . [27] Это также можно увидеть в правилах скорости и силы, которые сегодня преподаются на уроках физики. Эти правила не обязательно соответствуют тем, которые описаны сегодня в физике, но в основном они схожи. Очевидно, что эти правила послужили основой для пересмотра и редактирования его убеждений другими учеными.

Основной принцип работы камеры-обскуры

Наиболее заметные инновации исламской науки были в области оптики и зрения. [28] который произошел из работ многих ученых, таких как Ибн Сахль , Аль-Кинди , Ибн аль-Хайсам , Аль-Фариси и Авиценна . Наиболее известной работой была «Книга оптики» (также известная как «Китаб аль-Манацир»), написанная Ибн аль-Хайсамом, в которой он представил альтернативу древнегреческой идее о зрении. [ нужна ссылка ] В своем «Трактате о свете», а также в «Китаб аль-Манацир » он представил исследование феномена камеры-обскуры (его тысячелетняя версия камеры- обскуры ) и углубился в то, как работает сам глаз. Используя знания предыдущих учёных, он начал объяснять, как свет попадает в глаз. Он утверждал, что луч света сфокусирован, но фактического объяснения того, как свет проецируется на заднюю часть глаза, пришлось подождать до 1604 года. Его «Трактат о свете» объяснил камеру-обскуру за сотни лет до современного развития фотографии. [29]

Семитомная Книга Оптики ( Китаб аль-Манатир ) оказала влияние на мышление [30] через дисциплины от теории зрительного восприятия до природы перспективы в средневековом искусстве как на Востоке, так и на Западе на протяжении более 600 лет. В их число входили более поздние европейские ученые и коллеги-эрудиты, от Роберта Гроссетеста и Леонардо да Винчи до Иоганна Кеплера .

Перевод «Книги оптики» оказал влияние на Европу. Благодаря этому более поздние европейские ученые смогли создать устройства, повторяющие устройства Ибн аль-Хайсама, и понять, как работает зрение.

Галилео Галилей (1564–1642) связывал математику, теоретическую физику и экспериментальную физику.

Классический

Основная статья: Классическая физика
Исаак Ньютон открыл законы движения и всемирного тяготения.

Физика стала отдельной наукой, когда европейцы раннего Нового времени использовали экспериментальные и количественные методы для открытия того, что сейчас считается законами физики . [31] [ нужна страница ]

Основные события этого периода включают замену геоцентрической модели Солнечной системы гелиоцентрической моделью Коперника , законы, управляющие движением планетных тел (определенные Кеплером между 1609 и 1619 годами), новаторские работы Галилея над телескопами и наблюдательную астрономию в XVI и XVII века, а также открытие Исааком Ньютоном и объединение законов движения и всемирного тяготения (которые впоследствии будут носить его имя). [32] Ньютон также разработал исчисление , [д] математическое исследование непрерывных изменений, которое предоставило новые математические методы для решения физических проблем. [33]

Открытие законов термодинамики , химии и электромагнетизма стало результатом исследовательских усилий во время промышленной революции , когда потребности в энергии возросли. [34] Законы классической физики по-прежнему широко используются для объектов в обычных масштабах, движущихся с нерелятивистскими скоростями, поскольку они обеспечивают близкое приближение в таких ситуациях, а такие теории, как квантовая механика и теория относительности, упрощаются до своих классических эквивалентов в таких масштабах. Неточности классической механики для очень маленьких объектов и очень высоких скоростей привели к развитию современной физики в 20 веке.

Современный

Основная статья: Современная физика
Смотрите также: История специальной теории относительности и История квантовой механики.
Макс Планк (1858–1947), создатель теории квантовой механики.
Альберт Эйнштейн (1879–1955) открыл фотоэлектрический эффект и теорию относительности .

Современная физика началась в начале 20 века с работ Макса Планка по квантовой теории и Альберта Эйнштейна теории относительности . Обе эти теории возникли из-за неточностей классической механики в определенных ситуациях. Классическая механика предсказала, что скорость света зависит от движения наблюдателя, что нельзя было решить с помощью постоянной скорости, предсказанной Максвелла уравнениями электромагнетизма Эйнштейна . Это несоответствие было исправлено специальной теорией относительности , которая заменила классическую механику для быстродвижущихся тел и допустила постоянную скорость света. [35] Излучение черного тела создало еще одну проблему классической физики, которая была решена, когда Планк предположил, что возбуждение материальных осцилляторов возможно только дискретными шагами, пропорциональными их частоте. Это, наряду с фотоэлектрическим эффектом и полной теорией, предсказывающей дискретные уровни энергии электронных орбиталей , привело к усовершенствованию теории квантовой механики по сравнению с классической физикой в ​​очень малых масштабах. [36]

Квантовую механику стали пионерами Вернер Гейзенберг , Эрвин Шредингер и Поль Дирак . [36] На основе этой ранней работы и работ в смежных областях была выведена Стандартная модель физики элементарных частиц . [37] в 2012 году частицы, свойства которой соответствуют бозону Хиггса После открытия в ЦЕРН , [38] все фундаментальные частицы, предсказанные стандартной моделью, и никакие другие, по-видимому, существуют; однако физика за пределами Стандартной модели с такими теориями, как суперсимметрия , является активной областью исследований. [39] Для этой области важны такие области математики, как изучение вероятностей и групп .

Философия

Основная статья: Философия физики

Во многом физика берет свое начало из древнегреческой философии . От первой попытки Фалеса охарактеризовать материю до вывода Демокрита о том, что материю следует привести к инвариантному состоянию, до птолемеевской астрономии кристаллического небосклона и книги Аристотеля «Физика» (ранняя книга по физике, в которой была предпринята попытка проанализировать и определить движение с точки зрения с философской точки зрения), различные греческие философы выдвигали свои теории природы. Физика была известна как натурфилософия до конца 18 века. [и]

К XIX веку физика осозналась как дисциплина, отличная от философии и других наук. Физика, как и остальная наука, опирается на философию науки и ее « научный метод » для продвижения знаний о физическом мире. [41] Научный метод использует априорные рассуждения , а также апостериорные рассуждения и использование байесовского вывода для измерения достоверности данной теории. [42]

Развитие физики дало ответы на многие вопросы ранних философов и поставило новые вопросы. Изучение философских проблем, связанных с физикой, философия физики , включает в себя такие вопросы, как природа пространства и времени, детерминизм и метафизические взгляды, такие как эмпиризм , натурализм и реализм . [43]

Многие физики писали о философских последствиях своей работы, например Лаплас , который отстаивал причинный детерминизм . [44] и Эрвин Шрёдингер , писавший по квантовой механике. [45] [46] -математика Роджера Пенроуза физика платоником назвал Стивен Хокинг . [47] точку зрения, которую Пенроуз обсуждает в своей книге « Дорога к реальности» . [48] Хокинг называл себя «бесстыдным редукционистом» и не соглашался со взглядами Пенроуза. [49]

Основные теории

Дополнительная информация: Разделы физики и Очерки физики.

Физика имеет дело с широким спектром систем, хотя определенные теории используются всеми физиками. Каждая из этих теорий была многократно проверена экспериментально и признана адекватным приближением к природе. Например, теория классической механики точно описывает движение объектов, если они намного больше атомов и движутся со скоростью, намного меньшей скорости света. Эти теории продолжают оставаться областью активных исследований и сегодня. Теория хаоса , аспект классической механики, была открыта в 20 веке, через три столетия после первоначальной формулировки классической механики Ньютоном (1642–1727).

Эти центральные теории являются важными инструментами для исследования более специализированных тем, и ожидается, что любой физик, независимо от своей специализации, будет владеть ими. К ним относятся классическая механика, квантовая механика, термодинамика и статистическая механика , электромагнетизм и специальная теория относительности.

Классический

Основная статья: Классическая физика

Классическая физика включает традиционные разделы и темы, получившие признание и развитые до начала 20 в., — классическую механику, акустику , оптику , термодинамику и электромагнетизм. Классическая механика изучает тела, на которые действуют силы , и тела, находящиеся в движении , и может быть разделена на статику (изучение сил, действующих на тело или тела, не подвергающиеся ускорению), кинематику (изучение движения без учета его причин) и динамика (изучение движения и сил, влияющих на него); Механику также можно разделить на механику твердого тела и механику жидкости (известные вместе как механика сплошной среды ), последняя включает такие разделы, как гидростатика , гидродинамика , аэродинамика и пневматика . Акустика – это наука о том, как звук производится, контролируется, передается и принимается. [50] Важные современные разделы акустики включают ультразвук , исследование звуковых волн очень высокой частоты, выходящих за пределы диапазона человеческого слуха; биоакустика , физика звуков и слуха животных, [51] и электроакустика , манипулирование слышимыми звуковыми волнами с помощью электроники. [52]

Оптика, изучение света, занимается не только видимым светом , но также инфракрасным и ультрафиолетовым излучением , которое проявляет все явления видимого света, кроме видимости, например, отражение, преломление, интерференцию, дифракцию, дисперсию и поляризацию света. . Тепло — это форма энергии, внутренняя энергия, которой обладают частицы, из которых состоит вещество; термодинамика занимается взаимоотношениями между теплом и другими формами энергии. Электричество и магнетизм изучались как единая отрасль физики с тех пор, как в начале 19 века была обнаружена тесная связь между ними; электрический ток порождает магнитное поле , а изменяющееся магнитное поле индуцирует электрический ток. Электростатика имеет дело с электрическими зарядами покоящимися , электродинамика — с движущимися зарядами, а магнитостатика — с покоящимися магнитными полюсами.

Современный

Основная статья: Современная физика
Современная физика

Шредингера и Эйнштейна Уравнения поля
Основатели
Концепции
Филиалы
Ученые
Категории

Классическая физика обычно занимается материей и энергией в нормальном масштабе наблюдения, в то время как большая часть современной физики занимается поведением материи и энергии в экстремальных условиях или в очень большом или очень маленьком масштабе. Например, атомная и ядерная физика изучает материю в наименьшем масштабе, в котором химические элементы можно идентифицировать . Физика элементарных частиц имеет еще меньший масштаб, поскольку она касается самых основных единиц материи; Эта отрасль физики также известна как физика высоких энергий из-за чрезвычайно высоких энергий, необходимых для производства многих типов частиц в ускорителях частиц . В этом масштабе обычные, здравые представления о пространстве, времени, материи и энергии больше недействительны. [53]

Две основные теории современной физики представляют картину понятий пространства, времени и материи, отличную от той, которую представляет классическая физика. Классическая механика приближает природу как непрерывную, в то время как квантовая теория занимается дискретной природой многих явлений на атомном и субатомном уровне, а также взаимодополняющими аспектами частиц и волн при описании таких явлений. Теория относительности занимается описанием явлений, происходящих в системе отсчета , движущейся относительно наблюдателя; специальная теория относительности занимается движением в отсутствие гравитационных полей, а общая теория относительности — движением и его связью с гравитацией . И квантовая теория, и теория относительности находят приложения во многих областях современной физики. [54]

Фундаментальные понятия современной физики

Разница

Основные области физики

Хотя сама физика стремится открыть универсальные законы, ее теории лежат в явных областях применимости.

Сольвеевская конференция 1927 года с участием таких выдающихся физиков, как Альберт Эйнштейн , Вернер Гейзенберг , Макс Планк , Хендрик Лоренц , Нильс Бор , Мария Кюри , Эрвин Шрёдингер и Поль Дирак.

Грубо говоря, законы классической физики точно описывают системы, важные масштабы длин которых превышают атомный масштаб, и чьи движения намного медленнее скорости света. За пределами этой области наблюдения не соответствуют предсказаниям классической механики. Эйнштейн разработал структуру специальной теории относительности, которая заменила понятия абсолютного времени и пространства на пространство-время и позволила точно описать системы, компоненты которых имеют скорости, приближающиеся к скорости света. Планк, Шрёдингер и другие представили квантовую механику — вероятностное представление о частицах и взаимодействиях, которое позволило точно описать атомные и субатомные масштабы. Позже квантовая теория поля объединила квантовую механику и специальную теорию относительности. Общая теория относительности допускала динамическое искривленное пространство-время, с помощью которого можно хорошо описать очень массивные системы и крупномасштабную структуру Вселенной. Общая теория относительности еще не объединена с другими фундаментальными описаниями; несколько теорий-кандидатов квантовая гравитация разрабатывается.

Связь с другими полями

Этот параболы в форме поток лавы иллюстрирует применение математики в физике — в данном случае, закон падения тел Галилея .
Математика и онтология используются в физике. Физика используется в химии и космологии .

Предварительные условия

Математика предоставляет компактный и точный язык, используемый для описания порядка в природе. Это отмечал и отстаивал Пифагор . [55] Платон , [56] Галилео, [57] и Ньютон. Некоторые теоретики, такие как Хилари Патнэм и Пенелопа Мэдди , считают, что логические истины и, следовательно, математические рассуждения зависят от эмпирического мира. Обычно это сочетают с утверждением, что законы логики выражают универсальные закономерности, обнаруженные в структурных особенностях мира, которые могут объяснить своеобразные отношения между этими полями.

Физика использует математику [58] организовывать и формулировать результаты эксперимента. На основе этих результатов точные или предполагаемые получаются решения или количественные результаты, на основе которых могут быть сделаны новые предсказания и экспериментально подтверждены или опровергнуты. Результаты физических экспериментов представляют собой численные данные с указанием единиц измерения и оценок погрешностей измерений. Технологии, основанные на математике, такие как вычисления, сделали вычислительную физику активной областью исследований.

Различие между математикой и физикой четкое, но не всегда очевидное, особенно в математической физике.

Онтология является необходимым условием для физики, но не для математики. Это означает, что физика в конечном итоге занимается описаниями реального мира, тогда как математика занимается абстрактными закономерностями, выходящими даже за рамки реального мира. Таким образом, утверждения физики являются синтетическими, а математические утверждения – аналитическими. Математика содержит гипотезы, а физика — теории. Утверждения математики должны быть только логически верными, в то время как предсказания утверждений физики должны соответствовать наблюдаемым и экспериментальным данным.

Различие четкое, но не всегда очевидное. Например, математическая физика – это применение математики в физике. Ее методы математические, но предмет физический. [59] Проблемы в этой области начинаются с « математической модели физической ситуации » (системы) и «математического описания физического закона», который будет применен к этой системе. Каждое математическое утверждение, используемое для решения, имеет труднообнаружимый физический смысл. Окончательное математическое решение имеет более простой для поиска смысл, поскольку именно его ищет решатель. [ нужны разъяснения ]

Чистая физика — это раздел фундаментальной науки (также называемой фундаментальной наукой). Физику также называют « фундаментальной наукой», потому что все отрасли естествознания, такие как химия, астрономия, геология и биология, ограничены законами физики. [60] Точно так же химию часто называют центральной наукой из-за ее роли в связке физических наук. Например, химия изучает свойства, структуры и реакции вещества (ориентация химии на молекулярный и атомный масштаб отличает ее от физики ). Структуры образуются потому, что частицы оказывают друг на друга электрические силы, свойства включают физические характеристики данных веществ, а реакции подчиняются законам физики, таким как сохранение энергии , массы и заряда . Физика применяется в таких отраслях, как машиностроение и медицина.

Применение и влияние

Основная статья: Прикладная физика
Классическая физика, реализованная в акустотехнической модели отражения звука от акустического диффузора.
Винт Архимеда — простая машина для подъема

Прикладная физика — это общий термин для обозначения физических исследований, предназначенных для конкретного использования. Учебная программа по прикладной физике обычно содержит несколько занятий по прикладной дисциплине, например геологии или электротехнике. Обычно он отличается от инженерии тем, что физик-прикладник может не проектировать что-то конкретное, а скорее использовать физику или проводить физические исследования с целью разработки новых технологий или решения проблемы.

Этот подход аналогичен подходу прикладной математики . Прикладные физики используют физику в научных исследованиях. Например, люди, занимающиеся физикой ускорителей, могут попытаться создать более совершенные детекторы частиц для исследований в области теоретической физики.

Физика широко используется в технике. Например, статика, раздел механики , используется при строительстве мостов и других статических конструкций. Понимание и использование акустики приводит к контролю звука и улучшению концертных залов; Точно так же использование оптики создает более совершенные оптические устройства. Понимание физики делает авиасимуляторы , видеоигры и фильмы более реалистичными и часто имеет решающее значение в судебно-медицинских расследованиях.

Экспериментируйте с лазером

При общепринятом понимании , что законы физики универсальны и не меняются со временем, физику можно использовать для изучения вещей, которые обычно погрязли в неопределенности . Например, изучая происхождение Земли, физик может разумно моделировать массу, температуру и скорость вращения Земли как функцию времени, позволяя экстраполяцию вперед или назад во времени и, таким образом, предсказывать будущие или предыдущие события. Это также позволяет проводить инженерное моделирование, которое ускоряет разработку новой технологии.

Существует также значительная междисциплинарность , поэтому многие другие важные области находятся под влиянием физики (например, области эконофизики и социофизики ).

Исследовать

Научный метод

Физики используют научный метод для проверки обоснованности физической теории . Используя методический подход для сравнения последствий теории с выводами, сделанными из связанных с ней экспериментов и наблюдений, физики могут лучше проверить обоснованность теории логическим, беспристрастным и повторяемым способом. С этой целью проводятся эксперименты и наблюдения, чтобы определить достоверность или ошибочность теории. [61]

Научный закон — это краткое словесное или математическое выражение отношения, которое выражает фундаментальный принцип некоторой теории, такой как закон всемирного тяготения Ньютона. [62]

Теория и эксперимент

Основные статьи: Теоретическая физика и Экспериментальная физика
Астронавт . находятся в свободном падении и Земля (На фото: астронавт Брюс МакКэндлесс.)
Молния – это электрический ток .

Теоретики стремятся разработать математические модели , которые согласуются с существующими экспериментами и успешно предсказывают будущие экспериментальные результаты, в то время как экспериментаторы разрабатывают и проводят эксперименты для проверки теоретических предсказаний и исследования новых явлений. Хотя теория и эксперимент разрабатываются отдельно, они сильно влияют и зависят друг от друга. Прогресс в физике часто происходит, когда экспериментальные результаты не поддаются объяснению существующими теориями, что заставляет уделять пристальное внимание применимому моделированию, а также когда новые теории порождают экспериментально проверяемые предсказания , которые вдохновляют на разработку новых экспериментов (и часто связанного с ними оборудования). [63]

Физики, работающие над взаимодействием теории и эксперимента, называются феноменологами . Они изучают сложные явления, наблюдаемые в эксперименте, и работают над тем, чтобы связать их с фундаментальной теорией . [64]

Теоретическая физика исторически черпала вдохновение из философии; Электромагнетизм был объединен таким образом. [ф] За пределами известной Вселенной область теоретической физики также занимается гипотетическими проблемами. [г] такие как параллельные вселенные , мультивселенная и высшие измерения . Теоретики используют эти идеи в надежде решить конкретные проблемы с помощью существующих теорий; затем они исследуют последствия этих идей и работают над созданием проверяемых предсказаний.

Экспериментальная физика расширяется и расширяется за счет техники и технологий. Физики-экспериментаторы, которые участвуют в планировании фундаментальных исследований и проводят эксперименты с использованием такого оборудования, как ускорители частиц и лазеры , тогда как те, кто занимается прикладными исследованиями, часто работают в промышленности, разрабатывая такие технологии, как магнитно-резонансная томография (МРТ) и транзисторы . Фейнман отмечал, что экспериментаторы могут искать области, которые еще недостаточно исследованы теоретиками. [65]

Объем и цели

Физика включает в себя моделирование мира природы с помощью теории, обычно количественной. Здесь путь частицы моделируется с помощью математических вычислений для объяснения ее поведения: это область науки, известная как механика .

Физика охватывает широкий спектр явлений : от элементарных частиц (таких как кварки , нейтрино и электроны ) до крупнейших сверхскоплений галактик. В эти явления включены самые основные объекты, составляющие все остальные вещи. Поэтому физику иногда называют «фундаментальной наукой». [60] Физика стремится описать различные явления, происходящие в природе, с точки зрения более простых явлений. Таким образом, физика стремится как связать наблюдаемые человеком вещи с первопричинами, так и затем соединить эти причины вместе.

Например, древние китайцы заметили, что некоторые камни ( магнит и магнетит ) притягиваются друг к другу невидимой силой. Этот эффект позже был назван магнетизмом, который впервые тщательно изучался в 17 веке. Но еще до того, как китайцы открыли магнетизм, древние греки знали о других объектах, таких как янтарь , который при трении о мех вызывал аналогичное невидимое притяжение между ними. [66] Впервые это явление было тщательно изучено в 17 веке и стало называться электричеством. Таким образом, физика пришла к пониманию двух явлений природы с точки зрения некоторой первопричины (электричества и магнетизма). Однако дальнейшие работы в XIX веке показали, что эти две силы были всего лишь двумя разными аспектами одной силы — электромагнетизма . Этот процесс «объединения» сил продолжается и сегодня, и электромагнетизм и слабое ядерное взаимодействие теперь считаются двумя аспектами электрослабого взаимодействия . Физика надеется найти окончательную причину (теорию всего) того, почему природа такая, какая она есть ( см. в разделе «Текущие исследования» ниже). дополнительную информацию [67]

Области исследований

Современные исследования в области физики можно разделить на ядра и физику элементарных частиц ; физика конденсированного состояния ; атомная, молекулярная и оптическая физика ; астрофизика ; и прикладная физика. Некоторые факультеты физики также поддерживают исследования в области физического образования и пропаганду физики . [68]

С 20-го века отдельные области физики стали все более специализированными, и сегодня большинство физиков всю свою карьеру работают в одной области. «Универсалисты», такие как Эйнштейн (1879–1955) и Лев Ландау (1908–1968), работавшие во многих областях физики, сейчас очень редки. [час]

Основные области физики, а также их подполя, а также теории и концепции, которые они используют, показаны в следующей таблице.

Поле Подполя Основные теории Концепции
Ядерная физика и физика элементарных частиц Ядерная физика , Ядерная астрофизика , Физика элементарных частиц , Астрофизика частиц , Феноменология физики элементарных частиц Стандартная модель , Квантовая теория поля , Квантовая электродинамика , Квантовая хромодинамика , Электрослабая теория , Эффективная теория поля , Решетчатая теория поля , Калибровочная теория , Суперсимметрия , Теория Великого Объединения , Теория суперструн , М-теория , Соответствие AdS/CFT Фундаментальное взаимодействие ( гравитационное , электромагнитное , слабое , сильное ), Элементарная частица , Спин , Антиматерия , Спонтанное нарушение симметрии , Нейтринные осцилляции , Качающийся механизм , Брана , Струна , Квантовая гравитация , Теория всего , Энергия вакуума
Атомная, молекулярная и оптическая физика Атомная физика , Молекулярная физика , Атомная и молекулярная астрофизика , Химическая физика , Оптика , Фотоника Квантовая оптика , Квантовая химия , Квантовая информатика Фотон , Атом , Молекула , Дифракция , Электромагнитное излучение , Лазер , Поляризация (волны ) , Спектральная линия , Эффект Казимира
Физика конденсированного состояния Физика твердого тела , Физика высоких давлений , Физика низких температур , Физика поверхности , Наномасштабная и мезоскопическая физика , Физика полимеров Теория БКШ , Теорема Блоха , Теория функционала плотности , Ферми-газ , Теория ферми-жидкости , Теория многих тел , Статистическая механика Фазы ( газ , жидкость , твердое тело ), ​​Конденсат Бозе–Эйнштейна , Электропроводность , Фонон , Магнетизм , Самоорганизация , Полупроводник , сверхпроводник , сверхтекучесть , Спин ,
Астрофизика Астрономия , Астрометрия , Космология , Физика гравитации , Астрофизика высоких энергий , Планетарная астрофизика , Физика плазмы , Физика Солнца , Космическая физика , Звездная астрофизика Большой взрыв , Космическая инфляция , Общая теория относительности , Закон всемирного тяготения Ньютона , Модель Lambda-CDM , Магнитогидродинамика Черная дыра , Космическое фоновое излучение , Космическая струна , Космос , Темная энергия , Темная материя , Галактика , Гравитация , Гравитационное излучение , Гравитационная сингулярность , Планета , Солнечная система , Звезда , Сверхновая , Вселенная
Прикладная физика Ускорительная физика , Акустика , Агрофизика , Физика атмосферы , Биофизика , Химическая физика , Физика связи , Эконофизика , Инженерная физика , Лазерная Гидродинамика , Геофизика , физика , Физика материалов , Медицинская физика , Нанотехнологии , Оптика , Оптоэлектроника , Фотоника , Фотовольтаика , Физическая химия , Физическая океанография , Физика вычислений , Физика плазмы , Твердотельные устройства , Квантовая химия , Квантовая электроника , Квантовая информатика , Динамика транспортных средств

Ядерные и элементарные

Основные статьи: Физика элементарных частиц и Ядерная физика
Смоделированное событие в детекторе CMS Большого адронного коллайдера , показывающее возможное появление бозона Хиггса.

Физика элементарных частиц — это изучение элементарных составляющих материи и энергии и взаимодействий между ними. [69] Кроме того, физики элементарных частиц проектируют и разрабатывают ускорители высоких энергий. [70] детекторы, [71] и компьютерные программы [72] необходимые для данного исследования. Эту область также называют «физикой высоких энергий», поскольку многие элементарные частицы не возникают в природе, а создаются только в результате столкновений других частиц при высоких энергиях. [73]

В настоящее время взаимодействия элементарных частиц и полей описываются Стандартной моделью . [74] Модель учитывает 12 известных частиц материи ( кварков и лептонов ), которые взаимодействуют посредством сильных , слабых и электромагнитных фундаментальных сил . [74] Динамика описывается в терминах обмена частиц материи калибровочными бозонами ( глюонами , W- и Z-бозонами и фотонами соответственно). [75] Стандартная модель также предсказывает появление частицы, известной как бозон Хиггса. [74] В июле 2012 года ЦЕРН, европейская лаборатория физики элементарных частиц, объявил об обнаружении частицы, соответствующей бозону Хиггса. [76] неотъемлемая часть механизма Хиггса .

Ядерная физика — это область физики, которая изучает состав и взаимодействие атомных ядер . Наиболее известными применениями ядерной физики являются производство ядерной энергии и технология создания ядерного оружия , но исследования нашли применение во многих областях, в том числе в ядерной медицине и магнитно-резонансной томографии, ионной имплантации в материаловедении и радиоуглеродном датировании в геологии и археологии. .

Атомные, молекулярные и оптические

Основная статья: Атомная, молекулярная и оптическая физика

Атомная, молекулярная и оптическая физика (АМО) — это изучение взаимодействий материи-материи и света-материи в масштабе отдельных атомов и молекул. Эти три области сгруппированы вместе из-за их взаимосвязи, сходства используемых методов и общности соответствующих энергетических масштабов. Все три области включают как классические, полуклассические, так и квантовые методы лечения; они могут рассматривать свой предмет с микроскопической точки зрения (в отличие от макроскопической точки зрения).

Атомная физика изучает электронные оболочки атомов. Текущие исследования сосредоточены на деятельности по квантовому контролю, охлаждению и улавливанию атомов и ионов. [77] [78] [79] динамика низкотемпературных столкновений и влияние электронной корреляции на структуру и динамику. На атомную физику влияет ядро ​​(см. сверхтонкое расщепление ), но внутриядерные явления, такие как деление и синтез, считаются частью ядерной физики.

Молекулярная физика фокусируется на многоатомных структурах и их внутренних и внешних взаимодействиях с веществом и светом. Оптическая физика отличается от оптики тем, что она имеет тенденцию сосредотачиваться не на управлении классическими световыми полями макроскопическими объектами, а на фундаментальных свойствах оптических полей и их взаимодействии с материей в микроскопической сфере.

Конденсированное вещество

Основная статья: Физика конденсированного состояния
Данные о скоростном распределении газа атомов рубидия , подтверждающие открытие новой фазы вещества — бозе-эйнштейновского конденсата.

Физика конденсированного состояния — это область физики, которая занимается макроскопическими физическими свойствами вещества. [80] [81] В частности, речь идет о «конденсированных» фазах , возникающих всякий раз, когда число частиц в системе чрезвычайно велико и взаимодействия между ними сильны. [82]

Наиболее известными примерами конденсированных фаз являются твердые тела и жидкости, которые возникают в результате связи между атомами посредством электромагнитной силы . [83] К более экзотическим конденсированным фазам относятся сверхтекучие фазы. [84] и конденсат Бозе – Эйнштейна [85] обнаруживается в некоторых атомных системах при очень низкой температуре, сверхпроводящая фаза проявляется электронами проводимости в некоторых материалах, [86] ферромагнитная ​ и антиферромагнитная фазы спинов атомных решеток . [87]

Физика конденсированного состояния — крупнейшая область современной физики. Исторически физика конденсированного состояния выросла из физики твердого тела, которая сейчас считается одним из ее основных разделов. [88] Термин «физика конденсированного состояния», по-видимому, был придуман Филипом Андерсоном, когда он переименовал свою исследовательскую группу – ранее в теорию твердого тела – в 1967 году. [89] В 1978 году Отдел физики твердого тела Американского физического общества был переименован в Отдел физики конденсированного состояния. [88] Физика конденсированного состояния во многом пересекается с химией, материаловедением , нанотехнологиями и инженерией. [82]

Астрофизика

Основные статьи: Астрофизика и Физическая космология
Самое глубокое изображение Вселенной в видимом свете — сверхглубокое поле зрения Хаббла . Подавляющее большинство объектов, видимых выше, являются далекими галактиками.

Астрофизика и астрономия — это применение теорий и методов физики к изучению звездной структуры , звездной эволюции , происхождения Солнечной системы и связанных с ними проблем космологии. Поскольку астрофизика является обширным предметом, астрофизики обычно применяют многие дисциплины физики, включая механику, электромагнетизм, статистическую механику, термодинамику, квантовую механику, теорию относительности, физику ядра и элементарных частиц, а также атомную и молекулярную физику. [90]

Открытие Карлом Янским в 1931 того, что радиосигналы излучаются небесными телами, положило начало науке радиоастрономии . Совсем недавно границы астрономии расширились за счет освоения космоса. Возмущения и помехи от земной атмосферы делают космические наблюдения необходимыми для инфракрасной , ультрафиолетовой , гамма- и рентгеновской астрономии .

Физическая космология — это изучение формирования и эволюции Вселенной в крупнейших масштабах. Теория относительности Альберта Эйнштейна играет центральную роль во всех современных космологических теориях. В начале 20-го века открытие Хаббла того, что Вселенная расширяется, как показано на диаграмме Хаббла , вызвало конкурирующие объяснения, известные как устойчивое состояние Вселенной и Большой взрыв .

Большой взрыв был подтвержден успехом нуклеосинтеза Большого взрыва и открытием космического микроволнового фона в 1964 году. Модель Большого взрыва опирается на два теоретических столпа: общую теорию относительности Альберта Эйнштейна и космологический принцип . Космологи недавно создали ΛCDM модель эволюции Вселенной , которая включает космическую инфляцию , темную энергию и темную материю .

Ожидается, что в ближайшее десятилетие на основе новых данных космического гамма-телескопа Ферми появятся многочисленные возможности и открытия , которые значительно пересмотрят или прояснят существующие модели Вселенной. [91] [92] В частности, в ближайшие несколько лет возможны огромные открытия, связанные с темной материей. [93] Ферми будет искать доказательства того, что темная материя состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц , дополняя аналогичные эксперименты с Большим адронным коллайдером и другими подземными детекторами.

IBEX уже приносит новые астрофизические открытия: «Никто не знает, что создает ленту ENA (энергетических нейтральных атомов) » вдоль конечной ударной волны солнечного ветра , «но все согласны, что это означает хрестоматийную картину гелиосферы , в которой Окутывающий карман Солнечной системы, наполненный заряженными частицами солнечного ветра, прорывается сквозь надвигающийся «галактический ветер» межзвездной среды в форме кометы — это неправильно». [94]

Текущие исследования

Дополнительная информация: Список нерешенных задач по физике.
Диаграмма Фейнмана, подписанная Р. П. Фейнманом
Типичное явление, описываемое физикой: магнит , парящий над сверхпроводником, демонстрирует эффект Мейснера .

Исследования в области физики постоянно развиваются по большому количеству направлений.

В физике конденсированного состояния важной нерешенной теоретической проблемой является проблема высокотемпературной сверхпроводимости . [95] Многие эксперименты с конденсированной средой направлены на создание работоспособной спинтроники и квантовых компьютеров . [82] [96]

В физике элементарных частиц начали появляться первые экспериментальные доказательства физики, выходящей за рамки Стандартной модели. Главным из них являются указания на то, что нейтрино имеют ненулевую массу . Эти экспериментальные результаты, похоже, решили давнюю проблему солнечных нейтрино , и физика массивных нейтрино остается областью активных теоретических и экспериментальных исследований. Большой адронный коллайдер уже обнаружил бозон Хиггса, но будущие исследования направлены на то, чтобы доказать или опровергнуть суперсимметрию , которая расширяет Стандартную модель физики элементарных частиц. исследования природы главных загадок темной материи и темной энергии . В настоящее время также продолжаются [97]

достигнут большой прогресс Хотя в физике высоких энергий, квантовой и астрономической физике , многие повседневные явления, связанные со сложностью , [98] хаос, [99] или турбулентность [100] до сих пор плохо изучены. Сложные проблемы, которые, казалось бы, можно решить с помощью умного применения динамики и механики, остаются нерешенными; примеры включают образование песчаных куч, узлов в капающей воде, форму капель воды, механизмы поверхностного натяжения катастроф и самосортировку в потрясенных гетерогенных коллекциях. [я] [101]

Этим сложным явлениям с 1970-х годов уделяется все больше внимания по нескольким причинам, включая наличие современных математических методов и компьютеров, которые позволили моделировать сложные системы по-новому. Сложная физика стала частью все более междисциплинарных исследований, примером чего является изучение турбулентности в аэродинамике и наблюдение за формированием закономерностей в биологических системах. В « Ежегодном обзоре механики жидкости» за 1932 год Хорас Лэмб сказал: [102]

Теперь я старик, и когда я умру и попаду на небеса, я надеюсь на просветление в двух вопросах. Один из них — квантовая электродинамика, а другой — турбулентное движение жидкостей. А в отношении первого я настроен весьма оптимистично.

Образование

Этот раздел представляет собой отрывок из курса физики . [ редактировать ]
Образование в области физики или преподавание физики относится к методам образования, которые в настоящее время используются для преподавания физики. Профессия называется педагог физики или учитель физики. Исследования в области физического образования относятся к области педагогических исследований, направленных на улучшение этих методов. Исторически физика преподавалась в средней школе и колледже преимущественно лекционным методом вместе с лабораторными упражнениями, направленными на проверку понятий, излагаемых на лекциях. Эти концепции лучше понимаются, когда лекции сопровождаются демонстрациями, практическими экспериментами и вопросами, которые заставляют студентов задуматься над тем, что произойдет в ходе эксперимента и почему. Студенты, которые участвуют в активном обучении , например, проводя практические эксперименты, учатся посредством самопознания. Методом проб и ошибок они учатся менять свои предубеждения о физических явлениях и открывать лежащие в их основе концепции. Образование в области физики является частью более широкой области естественнонаучного образования .

Карьера

Этот раздел представляет собой отрывок из книги «Физик» . [ редактировать ]
Альберт Эйнштейн , ключевой физик-теоретик 20-го века, разработавший теорию относительности и некоторые части ранней квантовой теории.

Физик ученый — это , специализирующийся в области физики, которая охватывает взаимодействия материи и энергии на всех масштабах длины и времени в физической вселенной. [103] [104] Физики обычно интересуются коренными или конечными причинами явлений и обычно формулируют свое понимание в математических терминах. Они работают в широком диапазоне исследовательских областей , охватывая все масштабы: от субатомной и физики физики элементарных частиц , биологической физики до космологических масштабов, охватывающих Вселенную в целом. В эту область обычно входят два типа физиков: физики-экспериментаторы , которые специализируются на наблюдении природных явлений, а также разработке и анализе экспериментов, и физики-теоретики, которые специализируются на математическом моделировании физических систем для рационализации, объяснения и прогнозирования природных явлений. [103]

Физики могут применять свои знания для решения практических задач или разработки новых технологий (также известных как прикладная физика или инженерная физика ). [105] [106] [107]

См. также

  • Науки о Земле - Области естествознания, связанные с Землей.
  • Нейрофизика - раздел биофизики, занимающийся разработкой и использованием физических методов для получения информации о нервной системе.
  • Психофизика - отрасль знаний, связанная с физическими стимулами и психологическим восприятием.
  • Связь между математикой и физикой - изучение того, как математика и физика связаны друг с другом.
  • Научный туризм - Путешествие в известные научные места.

Списки

Примечания

  1. ^ В начале «Фейнмановских лекций по физике » Ричард Фейнман предлагает атомную гипотезу как единственную наиболее плодотворную научную концепцию. [1]
  2. ^ Термин «Вселенная» определяется как все, что существует физически: совокупность пространства и времени, все формы материи, энергии и импульса, а также физические законы и константы, которые ими управляют. Однако термин «вселенная» также может использоваться в несколько иных контекстуальных смыслах, обозначая такие понятия, как космос или философский мир .
  3. ^ Фрэнсиса Бэкона 1620 года «Новый органум» сыграл решающую роль в развитии научного метода . [7]
  4. ^ Исчисление было независимо разработано примерно в то же время Готфридом Вильгельмом Лейбницем ; в то время как Лейбниц был первым, кто опубликовал свою работу и разработал большую часть обозначений, используемых сегодня для исчисления, Ньютон был первым, кто разработал исчисление и применил его к физическим проблемам. См. также спор об исчислении Лейбница-Ньютона.
  5. ↑ Нолл отмечает, что некоторые университеты до сих пор используют это название. [40]
  6. ^ См., например, влияние Канта и Риттера на Эрстеда .
  7. ^ Концепции, обозначенные как гипотетические, могут меняться со временем. Например, атом некоторые критиковали Эрнстом Маха в физике девятнадцатого века, в том числе критику Людвига Больцмана формулировки статистической механики . К концу Второй мировой войны атом уже не считался гипотетическим.
  8. ^ Тем не менее, в физической культуре поощряется универсализм. Например, Всемирная паутина , изобретенная в ЦЕРН Тимом Бернерсом-Ли , была создана для обслуживания компьютерной инфраструктуры ЦЕРН и предназначалась/предназначается для использования физиками во всем мире. То же самое можно сказать и о arXiv.org.
  9. ^ См. работу Ильи Пригожина о «системах, далеких от равновесия» и других.

Ссылки

  1. ^ Фейнман, Лейтон и Сэндс, 1963 , стр. I-2 «Если бы в результате какого-то катаклизма все [] научные знания были бы уничтожены [за исключением] одного предложения [...], какое утверждение содержало бы больше всего информации в наименьшем количестве слов? Я считаю, что это [...] что все вещи состоят из атомов – маленьких частиц, которые движутся в постоянном движении, притягивая друг друга, когда они находятся на небольшом расстоянии друг от друга, но отталкиваясь, когда они сжимаются друг в друге ...»
  2. ^ Максвелл 1878 , с. 9 «Физическая наука — это та область знания, которая имеет дело с порядком природы или, другими словами, с регулярной последовательностью событий».
  3. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Янг и Фридман, 2014 , с. 1 «Физика — одна из самых фундаментальных наук. Идеи физики используют ученые всех дисциплин, в том числе химики, изучающие структуру молекул, палеонтологи, пытающиеся реконструировать походку динозавров, и климатологи, изучающие, как деятельность человека влияет на атмосфера и океаны. Физика также является основой всей техники и технологий. Ни один инженер не сможет спроектировать телевизор с плоским экраном, межпланетный космический корабль или даже лучшую мышеловку, не разобравшись предварительно в основных законах физики. стали рассматривать физику как выдающееся достижение человеческого интеллекта в его стремлении понять наш мир и самих себя».
  4. ^ Янг и Фридман 2014 , с. 2 «Физика – экспериментальная наука. Физики наблюдают явления природы и пытаются найти закономерности, связывающие эти явления».
  5. ^ Хольцнер 2006 , с. 7 «Физика – это изучение вашего мира, а также мира и вселенной вокруг вас».
  6. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Крупп 2003
  7. ^ Каджори 1917 , стр. 48–49.
  8. ^ «физика» . Интернет-словарь этимологии . Архивировано из оригинала 24 декабря 2016 года . Проверено 1 ноября 2016 г.
  9. ^ «физика» . Интернет-словарь этимологии . Архивировано из оригинала 24 декабря 2016 года . Проверено 1 ноября 2016 г.
  10. ^ природа , физика , наука . Лидделл, Генри Джордж ; Скотт, Роберт ; Греко-английский лексикон в проекте «Персей»
  11. ^ Або 1991
  12. ^ Клагетт 1995
  13. ^ Терстон 1994
  14. ^ Певица 2008 , с. 35
  15. ^ Ллойд 1970 , стр. 108–109.
  16. ^ Гилл, Н.С. «Атомизм – досократическая философия атомизма» . Об образовании . Архивировано из оригинала 10 июля 2014 года . Проверено 1 апреля 2014 г.
  17. ^ Линдберг 1992 , с. 363.
  18. ^ Смит 2001 , Книга I [6.85], [6.86], с. 379; Книга II, [3.80], с. 453.
  19. ^ «Иоанн Филопон, комментарий к физике Аристотеля» . Архивировано из оригинала 11 января 2016 года . Проверено 15 апреля 2018 г.
  20. ^ Галилей (1638 г.). Две новые науки . Чтобы лучше понять, насколько убедительно доказательство Аристотеля, мы можем, по моему мнению, отрицать оба его предположения. А что касается первого, то я очень сомневаюсь, что Аристотель когда-либо проверял экспериментально, верно ли, что два камня, один из которых весит в десять раз больше другого, упадут в один и тот же момент с высоты, скажем, в 100 локтей, настолько отличались бы по скорости, что, когда более тяжелый достиг земли, другой упал бы не более чем на 10 локтей.
    Дурачок. – Его язык, казалось бы, указывает на то, что он провел эксперимент, потому что он говорит: Мы видим более тяжелое; теперь слово «видеть» показывает, что он провел эксперимент.
    Сагр. – Но я, Симпличио, производивший испытание, могу уверить[107] вас, что пушечное ядро ​​весом в одну или двести фунтов, а то и более, не достигнет земли ни на пядь раньше, чем мушкетное ядро ​​весом всего лишь полфунта, при условии, что оба сброшены с высоты 200 локтей.
  21. ^ Линдберг 1992 , с. 162.
  22. ^ «Иоанн Филопон» . Стэнфордская энциклопедия философии . Лаборатория метафизических исследований Стэнфордского университета. 2018. Архивировано из оригинала 22 апреля 2018 года . Проверено 11 апреля 2018 г.
  23. ^ «Иоанн Буридан» . Стэнфордская энциклопедия философии . Лаборатория метафизических исследований Стэнфордского университета. 2018. Архивировано из оригинала 22 апреля 2018 года . Проверено 11 апреля 2018 г.
  24. ^ «Daily 40 № 2 - Аристотель и четыре простых тела и элемента» (PDF) . Калифорнийский штат Лос-Анджелес . Архивировано из оригинала (PDF) 6 января 2023 года . Проверено 27 сентября 2023 г.
  25. ^ tbcaldwe (14 октября 2012 г.). «Натурфилософия: Аристотель | Физика 139» . Проверено 17 декабря 2022 г.
  26. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Аристотель – Физика и метафизика» . Британская энциклопедия . Проверено 17 декабря 2022 г.
  27. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Аристотель» . galileoandeinstein.phys.virginia.edu . Проверено 17 декабря 2022 г.
  28. ^ Даллал, Ахмад (2010). Ислам, наука и вызов истории . Нью-Хейвен: Издательство Йельского университета. п. 38. За два столетия область оптики радикально преобразилась.
  29. ^ Ховард и Роджерс 1995 , стр. 6–7.
  30. ^ Аль-Халили, Джим (февраль 2015 г.). «Оглядываясь назад: Книга оптики» . Природа . 518 (7538): 164–165. Бибкод : 2015Natur.518..164A . дои : 10.1038/518164a . ISSN   1476-4687 .
  31. ^ Бен-Хаим 2004 г.
  32. ^ Гвиччардини 1999
  33. ^ Аллен 1997
  34. ^ «Промышленная революция» . Schoolscience.org, Институт физики . Архивировано из оригинала 7 апреля 2014 года . Проверено 1 апреля 2014 г.
  35. ^ О'Коннор и Робертсон 1996a
  36. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б О'Коннор и Робертсон, 1996b.
  37. ^ «Стандартная модель» . ПОНЧИК . Фермилаб . 29 июня 2001 г. Архивировано из оригинала 31 мая 2014 г. Проверено 1 апреля 2014 г.
  38. ^ За 2012 год
  39. ^ Уомерсли, Дж. (февраль 2005 г.). «За пределами стандартной модели» (PDF) . Симметрия . Том. 2, нет. 1. С. 22–25. Архивировано (PDF) из оригинала 24 сентября 2015 г.
  40. ^ Нолл, Уолтер (23 июня 2006 г.). «О прошлом и будущем естественной философии» (PDF) . Журнал эластичности . 84 (1): 1–11. дои : 10.1007/s10659-006-9068-y . S2CID   121957320 . Архивировано (PDF) из оригинала 18 апреля 2016 г.
  41. ^ Розенберг 2006 , Глава 1.
  42. ^ Годфри-Смит 2003 , Глава 14: «Байесианство и современные теории доказательств»
  43. ^ Годфри-Смит 2003 , Глава 15: «Эмпиризм, натурализм и научный реализм?»
  44. ^ Лаплас 1951
  45. ^ Шрёдингер 1983
  46. ^ Шрёдингер 1995
  47. ^ Хокинг и Пенроуз 1996 , с. 4. «Я думаю, что Роджер в душе платоник, но он должен ответить за себя».
  48. ^ Пенроуз, 2004 г.
  49. ^ Пенроуз и др. 1997 год
  50. ^ «акустика» . Британская энциклопедия . Архивировано из оригинала 18 июня 2013 года . Проверено 14 июня 2013 г.
  51. ^ «Биоакустика – Международный журнал звуков животных и их записи» . Тейлор и Фрэнсис. Архивировано из оригинала 5 сентября 2012 года . Проверено 31 июля 2012 г.
  52. ^ «Акустика и вы (Карьера в акустике?)» . Акустическое общество Америки . Архивировано из оригинала 4 сентября 2015 года . Проверено 21 мая 2013 г.
  53. ^ Типлер и Ллевеллин 2003 , стр. 269, 477, 561
  54. ^ Типлер и Ллевеллин 2003 , стр. 1–4, 115, 185–187
  55. ^ Дейкстерхейс, 1986 г.
  56. ^ Мастин 2010 «Хотя сегодня Платона обычно помнят как философа, он также был одним из самых важных покровителей математики в Древней Греции. Вдохновленный Пифагором, он основал свою Академию в Афинах в 387 г. В частности, он был убежден, что геометрия является ключом к разгадке тайн Вселенной. Надпись над входом в Академию гласила: «Пусть сюда не войдет никто, не знающий геометрии».
  57. ^ Торальдо Ди Франсия 1976 , с. 10 «Философия написана в той великой книге, которая всегда лежит перед нашими глазами. Я имею в виду вселенную, но мы не сможем понять ее, если сначала не выучим язык и не поймем символы, которыми она написана. Эта книга написана математическим языком, а символами являются треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без помощи которых человеку невозможно постичь ни одного ее слова и без которых человек напрасно блуждает по темному лабиринту». – Галилей (1623), « Пробирщик »
  58. ^ «Приложения математики к наукам» . 25 января 2000 г. Архивировано из оригинала 10 мая 2015 г. Проверено 30 января 2012 г.
  59. ^ «Журнал математической физики» . Архивировано из оригинала 18 августа 2014 года . Проверено 31 марта 2014 г. Целью [Журнала математической физики] является публикация статей по математической физике, то есть применению математики к физическим задачам и разработке математических методов, подходящих для таких приложений и для формулирования физических теорий.
  60. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Фейнмановские лекции по физике Vol. Я Ч. 3: Связь физики с другими науками ; см. также редукционизм и специальные науки
  61. ^ Эллис, Г.; Силк, Дж. (16 декабря 2014 г.). «Научный метод: защитить целостность физики» . Природа . 516 (7531): 321–323. Бибкод : 2014Natur.516..321E . дои : 10.1038/516321a . ПМИД   25519115 .
  62. ^ Хондерих 1995 , стр. 474–476
  63. ^ «Не отошла ли теоретическая физика слишком далеко от экспериментов? Вступает ли эта область в кризис, и если да, то что нам следует с этим делать?» . Периметр Института теоретической физики . Июнь 2015. Архивировано из оригинала 21 апреля 2016 года.
  64. ^ «Феноменология» . Институт физики Макса Планка . Архивировано из оригинала 7 марта 2016 года . Проверено 22 октября 2016 г. .
  65. ^ Фейнман 1965 , с. 157 «На самом деле экспериментаторы обладают определенным индивидуальным характером. Они... очень часто проводят свои эксперименты в области, в которой люди знают, что теоретик не делал никаких предположений».
  66. ^ Стюарт, Дж. (2001). Промежуточная электромагнитная теория . Всемирная научная. п. 50. ISBN  978-981-02-4471-2 .
  67. ^ Вайнберг, С. (1993). Мечты об окончательной теории: поиск фундаментальных законов природы . Хатчинсон Радиус. ISBN  978-0-09-177395-3 .
  68. ^ Редиш, Э. «Домашние страницы естественнонаучного и физического образования» . Исследовательская группа по физическому образованию Университета Мэриленда. Архивировано из оригинала 28 июля 2016 года.
  69. ^ «Деление частиц и полей» . Американское физическое общество. Архивировано из оригинала 29 августа 2016 года . Проверено 18 октября 2012 г.
  70. ^ Халперн 2010
  71. ^ Группа 1999 г.
  72. ^ Уолш, 2012 г.
  73. ^ «Группа физики частиц высоких энергий» . Институт физики. Архивировано из оригинала 29 мая 2019 года . Проверено 18 октября 2012 г.
  74. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Ортер 2006 г.
  75. ^ Гриббин, Гриббин и Гриббин 1998
  76. ^ «Эксперименты ЦЕРН выявили частицу, соответствующую долгожданному бозону Хиггса» . ЦЕРН . 4 июля 2012 года. Архивировано из оригинала 14 ноября 2012 года . Проверено 18 октября 2012 г.
  77. ^ «Атомная, молекулярная и оптическая физика» . Физический факультет Массачусетского технологического института . Архивировано из оригинала 27 февраля 2014 года . Проверено 21 февраля 2014 г.
  78. ^ «Корейский университет, группа физики АМО» . Архивировано из оригинала 1 марта 2014 года . Проверено 21 февраля 2014 г.
  79. ^ «Орхусский Университет, Группа АМО» . Архивировано из оригинала 7 марта 2014 года . Проверено 21 февраля 2014 г.
  80. ^ Тейлор и Хейнонен, 2002 г.
  81. ^ Гирвин, Стивен М.; Ян, Кун (28 февраля 2019 г.). Современная физика конденсированного состояния . Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-1-108-57347-4 . Архивировано из оригинала 25 февраля 2021 года . Проверено 23 августа 2020 г. .
  82. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Коэн 2008 г.
  83. ^ Мур 2011 , стр. 255–258.
  84. ^ Леггетт 1999
  85. ^ Леви 2001
  86. ↑ Стаич, Кунц и Осборн, 2011 г.
  87. ^ Мэттис 2006
  88. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «История физики конденсированного состояния» . Американское физическое общество . Архивировано из оригинала 12 сентября 2011 года . Проверено 31 марта 2014 г.
  89. ^ «Филип Андерсон» . Принстонский университет, факультет физики. Архивировано из оригинала 8 октября 2011 года . Проверено 15 октября 2012 г.
  90. ^ «Бакалавр астрофизики» . Гавайский университет в Маноа. Архивировано из оригинала 4 апреля 2016 года . Проверено 14 октября 2016 г.
  91. ^ «НАСА – Вопросы и ответы о миссии GLAST» . НАСА: Космический гамма-телескоп Ферми . НАСА . 28 августа 2008 г. Архивировано из оригинала 25 апреля 2009 г. Проверено 29 апреля 2009 г.
  92. ^ См. также НАСА – Наука Ферми. Архивировано 3 апреля 2010 г. в Wayback Machine и НАСА – Ученые предсказывают крупные открытия для GLAST. Архивировано 2 марта 2009 г. в Wayback Machine .
  93. ^ «Тёмная материя» . НАСА . 28 августа 2008 г. Архивировано из оригинала 13 января 2012 г. . Проверено 30 января 2012 г.
  94. ^ Керр 2009
  95. ^ Леггетт, Эй Джей (2006). «Что мы знаем о высокой ? Тс » (PDF) . Физика природы . 2 (3): 134–136. Бибкод : 2006NatPh...2..134L . дои : 10.1038/nphys254 . S2CID   122055331 . Архивировано из оригинала (PDF) 10 июня 2010 года.
  96. ^ Вольф, ЮАР; Ччелканова А.Ю.; Трегер, DM (2006). «Спинтроника – ретроспектива и перспектива» (PDF) . Журнал исследований и разработок IBM . 50 : 101–110. дои : 10.1147/рд.501.0101 . S2CID   41178069 . Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2020 года.
  97. ^ Гибни, Э. (2015). «БАК 2.0: Новый взгляд на Вселенную» . Природа . 519 (7542): 142–143. Бибкод : 2015Natur.519..142G . дои : 10.1038/519142а . ПМИД   25762263 .
  98. ^ Национальный исследовательский совет и комитет по технологиям будущих военно-морских сил, 1997 , стр. 161
  99. ^ Келлерт 1993 , с. 32
  100. ^ Имс, И.; Флор, Дж.Б. (2011). «Новые достижения в понимании межфазных процессов в турбулентных потоках» . Философские труды Королевского общества А. 369 (1937): 702–705. Бибкод : 2011RSPTA.369..702E . дои : 10.1098/rsta.2010.0332 . ПМИД   21242127 . Ричард Фейнман сказал, что «Турбулентность — самая важная нерешенная проблема классической физики».
  101. ^ Национальный исследовательский совет (2007). «Что происходит вдали от равновесия и почему» . Физика конденсированного состояния и материалов: наука об окружающем нас мире . стр. 91–110. дои : 10.17226/11967 . ISBN  978-0-309-10969-7 . Архивировано из оригинала 4 ноября 2016 года.
    – Йегер, Генрих М.; Лю, Андреа Дж. (2010). «Физика, далекая от равновесия: обзор». arXiv : 1009.4874 [ cond-mat.soft ].
  102. ^ Гольдштейн 1969
  103. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Розен, Джо (2009). Энциклопедия физики . Издательство информационной базы. п. 247.
  104. ^ «физик» . Словарь Merriam-Webster.com . «ученый, который изучает физику или является специалистом в области физики»
  105. ^ «Промышленные физики: в первую очередь специализируются на физике» (PDF) . Американский институт физики. Октябрь 2016.
  106. ^ «Промышленные физики: в первую очередь инженеры» (PDF) . Американский институт физики. Октябрь 2016.
  107. ^ «Промышленные физики: в основном специализируются за пределами секторов STEM» (PDF) . Американский институт физики. Октябрь 2016.

Источники

Внешние ссылки

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Physics&oldid=1226980877"