Навигация
Характерные черты физики первой половины ХIХ века
47760
знаков
0
таблиц
0
изображений
2. Характерные черты физики первой половины ХIХ века
В первой половине ХIХ века в передовых странах Европы происходит промышленный переворот - переход от мануфактурного производства к машинному производству.
Промышленный переворот способствует развитию крупной машинной индустрии. Еще более высокими темпами, чем в XVIII в. развиваются различные отрасли промышленности: металлургическая, горнодобывающая, химическая, металлообрабатывающая и т. д. Машинная индустрия требует постоянного совершенствования техники - внедрения новых технологических методов, улучшения организации производства и др. А это, в свою очередь, требует применения и постоянного развития естественнонаучных знаний. Естествознание все в большей степени становится элементом производительных сил, его развитие теснейшим образом связывается с развитием практики, промышленного и сельскохозяйственного производства. Все чаще развитие практики, ее потребности определяют цели и задачи естествознания. В этих условиях физическая наука развивается более быстрыми темпами. Производство непрерывно ставит перед ней все новые и новые проблемы, доставляя одновременно и новый экспериментальный материал.
В тесном единстве с естествознанием происходит становление прикладных наук, прежде всего технических. Например, значительное развитие получает новая отрасль – теплотехника. Возникновение теплотехники было непосредственной реакцией на промышленный переворот, энергетической основой которого являлась паровая машина. Изобретенная еще в ХVIII в., паровая машина становится универсальным двигателем. Она применяется не только на промышленных предприятиях, но и на транспорте, приобретая все большее значение в технике. (В 1807 г. в Америке Фультоном был построен первый практически пригодный пассажирский пароход К 30-м годам уже налаживаются регулярные речные, морские и океанские пароходные сообщения. Паровую машину устанавливают на военных кораблях, ее используют в качестве двигателя и на сухопутном транспорте. Первая железная дорога (с локомотивом Стефенсона) была открыта в 1825 г. в Англии, а затем и в других странах. В течение короткого времени сеть железных дорог покрыла территорию Европы и Северной Америки. ). В первой половине ХIХ века теплотехника своими обобщениями и потребностями оказывала значительное влияние на развитие физики.
В первой половине XIX в. – зарождается и электротехника, изучающая закономерности применения электричества в технике. Прежде всего электричество используют для связи. Вскоре после открытия Эрстедом в 1819 г. действия электрического тока на магнитную стрелку возникает идея построить электромагнитный телеграф. (В 1832 г. в Петербурге уже демонстрировался первый практически действующий телеграф русского изобретателя П. Л. Шиллинга. Быстро появляются другие конструкции телеграфа. Американский изобретатель Морзе создает наиболее совершенную конструкцию электромагнитного телеграфа. В 1844 г. в Соединенных Штатах Америки была построена первая телеграфная линия, а в конце 40-х годов в Америке их было уже несколько десятков. Телеграфные линии начинают появляться и в Европе.).Были предприняты первые попытки использования электричества в качестве двигательной силы. Возникает новая область электротехники – гальванопластика, изобретателем которой был русский академик Б. С. Якоби.
Быстро развиваются в первой половине XIX в. все разделы физики, но особенно оптика, а также учение об электричестве и магнетизме. В этот период складываются основы волновой оптики, теории дифракции, интерференции и поляризации. В учении об электричестве и магнетизме возникает новый, быстро развивающийся раздел – учение об электромагнетизме. Результаты развития технических наук, в частности теплоэнергетики (в связи с усовершенствованием парового двигателя), электротехники и др., ставят на повестку дня проблему исследования не просто отдельных форм движения, а их взаимных превращений и переходов. В первой половине ХIХ века физика ориентируется на изучение не только отдельных типов физических явлений, но и связей между ними (превращение тепла в механическое движение, и наоборот, связь между электричеством и магнетизмом, между химическими и электрическими процессами и т. д.).
Важнейшее достижение физики первой половины ХIХ века - создание волновой теории света. В XVIII в. подавляющее большинство ученых придерживалось корпускулярной теории света, которая хорошо объясняла многие, но не все оптические явления. В начале XIX в. в поле зрения физиков попадают вопросы интерференции, дифракции и поляризации света, которые корпускулярной теорией объяснялись неудовлетворительно. Это приводит к возрождению, казалось, давно забытых идей волновой оптики. В оптике происходит настоящая научная революция, закончившаяся победой волновой теории света над корпускулярной.
Впервые в защиту волновой теории света выступил в 1799 г. Томас Юнг (1773 – 1829). Юнг критиковал корпускулярную теорию света и указывал на явления, которые нельзя объяснить с ее позиций. Т. Юнг предложил рассматривать свет как колеблющееся движение частиц эфира: “...Светоносный эфир, в высокой степени разреженный и упругий, заполняет вселенную... Колебательные движения возбуждаются в этом эфире каждый раз, как тело начинает светиться”.
Но, несмотря на то, что работы Юнга содержали новые очень важные результаты, свидетельствующие в пользу волновой теории света, они не поколебали господствующую тогда корпускулярную теорию.
В 1815 г. на арену борьбы с корпускулярной теорией выступил французский ученый Огюстен Френель (1788 – 1827). В 1818 г. Френель объединил все полученные результаты и изложил их в работе, представленной на конкурс, объявленный Французской Академией наук в 1817 г. Работу Френеля рассматривала специальная комиссия в составе Био, Араго, Лапласа, Гей-Люссака и Пуассона. Трое из них твердо придерживались корпускулярной теории и не могли испытывать симпатию к работе Френеля. Тем не менее изложенные результаты настолько хорошо соответствовали эксперименту, что просто отвергнуть данную работу было невозможно. Пуассон заметил, что из теории Френеля можно вывести следствие, противоречащее как будто бы здравому смыслу. Это следствие заключается в том, что в центре тени от круглого экрана должно наблюдаться светлое пятно. Эта “несообразность” была подтверждена на опыте, что произвело благоприятное впечатление на членов комиссии. В конце концов была признана правильность результатов теории Френеля и ему присудили премию.
Любая новая теория, решая одни проблемы, вместе с тем ставит и ряд новых. Так было и с волновой теорией света. В отличие от корпускулярной, волновая теория света должно была определиться с вопросом о свойствах среды, которая является носителем световой волны. Такая среда была названа эфиром. Каковы свойства эфира?
Ответ на этот вопрос предполагал решение двух фундаментальных проблем. Первая проблема связана с вопросом о том, какую волну представляют собой световые колебания - продольную или поперечную. Если бы световые волны были продольными, как и звуковые колебания, то теория эфира должна была бы строиться по аналогии с акустикой и теорией газов. Механистическая теория поперечных колебаний оказывается гораздо более сложной, так как такие колебания распространяются только в твердых (не газообразных) средах. Для ответа на вопрос о том, поперечной или продольной является световая волна, решающим оказалось объяснение поляризации света. Поляризация света могла быть полностью объяснена только, если исходить из гипотезы поперечных колебаний.
Вторая проблема состояла в решении вопроса о том, каким образом взаимодействует эфир с движущимся источником света. Иначе говоря, может ли эфир служить абсолютной системой отсчета для механического движения, поиск которой считал необходимым для обоснования физического знания И. Ньютон.
Проблема характера взаимодействия между движущейся Землей и эфиром как носителем световых волн конкретно она выражалась в вопросе: увлекается или не увлекается эфир Землей при ее движении в космосе. Если эфир не увлекается движущимися телами, значит он является абсолютной системой отсчета. И тогда механические, электрические, магнитные и оптические процессы были бы связаны в единое целое. Если эфир увлекается движущимися телами, то тогда он не является абсолютной системой отсчета, и значит существует взаимодействие между эфиром и веществом в оптических явлениях, но никакого взаимодействия в механических явлениях! Из этого, в свою очередь, следовал очень важный вывод, что необходимо было по разному объяснять явление аберрации, эффект Допплера и др.... Эта проблема в течение всего ХIХ столетия, вплоть до возникновения специальной теории относительности, определяла развитие фундаментальных проблем теоретической физики. Особенно она обострилась после создания Дж. К. Максвеллом теории электромагнитного поля.
Для физика начала ХIХ века не существовало понятия о поле как реальной среде являющейся носителем определенных сил. Но в первой половине ХIХ века началось становление континуальной, полевой физики. Одновременно с возникновением волновой теории света, формировалась совершенно новая парадигма физического исследования - полевая концепция в физике. Особая заслуга принадлежит в этом великому английскому физику Майклу Фарадею (1791-1867), показавшего в 1831 г., что переменное магнитное поле индуцирует в проводнике электрический ток. Эти открытия легли в основу электродвигателя и электрогенератора, играющих ныне столь важную роль в технике.
Фарадей формулирует новую теорию структуры вещества: исходным материальным образованием являются не атомы, а поле; атомы - лишь сгустки силовых линий поля.
Понятие поля оказалось очень полезным. Постепенно понятие поля завоевало руководящее место в физике и сохранилось в качестве одного из основных физических понятий. Это понятие помогает Дж. К. Максвеллу построить теорию электромагнитного поля. Возникновение полевой концепции было началом становления континуальной физики.
Выработанное в оптике понятие “эфир” и сформулированное в теории электрических и магнитных явлений понятие “электромагнитное поле” сначала сближаются, а затем, уже в начале ХХ века, с созданием специальной теории относительности, полностью отождествляются.
Похожие работы
... промышленного) капитализма», основанного на принципах свободной конкуренции. Промышленный переворот был только началом индустриализации, он дал толчок непрерывным технико-технологическим и социально-экономическим изменениям. Уже в 1850—60-х гг., в период завершения промышленной революции, в ведущих странах Запада были созданы условия для нового технологического переворота. Вторая технологическая ...
... Гален проводил и хирургические вмешательства. Среди последних описано и нисдавление катаракты, а также попытки удалить катаракту из глаза. Разработанная Галеном система в течение столетий продолжала оказывать влияние на развитие офтальмологии. Цельсий дает нам подробное описание анатомии глаза и 30 различных заболеваний его, в том числе 13, подлежащих хирургическому лечению. У него же мы впервые ...
... которой теряется в глубине веков, была, есть и всегда будет средоточием отечественной науки и культуры: и всегда будет открыта в культурном и научном движении всему Миру"[24]. * "Москва в истории науки и техники" - так называется исследовательский проект (руководитель С.С.Илизаров), выполняемый Институтом истории естествознания и техники им. С.И.Вавилова Российской академии наук при поддержке ...
... обсуждал взаимодействие организмов со средой с позиций, близких дарвиновским. Они были предвестниками эволюционной идеи и целостного восприятия природных комплексов, состоящих из живых и неживых компонентов. Большой вклад в развитие экологических представлений в этот период внесли российские естествоиспытатели А.Т. Болотов (1738 - 1833), И.И. Лепехин (1740 - 1802), П.С. Паллас (1741 - 1811). Во ...
0 комментариев