Lịch sử Vật lý: Nguồn gốc và sự phát triển của nó – Postposmo

Sự hiểu biết của chúng tôi về thiên nhiên và đặc biệt là lịch sử vật lý và các quy luật chi phối nó, đã thay đổi hoàn toàn kể từ thời của các nhà triết học tự nhiên Hy Lạp cổ đại, ở đây người ta giải thích cách thức và lý do tại sao những thay đổi này xảy ra, thông qua các thí nghiệm và lý thuyết lịch sử mà đối với thời đại của họ, là một cuộc cách mạng.

Nguồn gốc và sự tiến hóa của vật lý

Según thua Nền tảng lịch sử của vật lý và triết học tự nhiên, chúng được sử dụng thay thế cho nhau cho khoa học có mục tiêu là khám phá và xây dựng Lực lượng cơ bản của tự nhiên, Khi khoa học hiện đại phát triển và ngày càng trở nên chuyên biệt, vật lý có nghĩa là một phần của khoa học vật lý không được bao gồm trong thiên văn, hóa học, địa chất và kỹ thuật.

Tuy nhiên, vật lý đóng một vai trò quan trọng trong tất cả các ngành khoa học tự nhiên, và tất cả các lĩnh vực này đều có các nhánh trong đó các định luật vật lý và phép đo được chú trọng đặc biệt, với những cái tên như vật lý thiên văn, địa vật lý, vật lý sinh học và thậm chí cả tâm sinh lý, vật lý có thể, ở cơ sở , được định nghĩa là khoa học về vật chất, chuyển động và năng lượng, các quy luật của nó thường được biểu thị bằng tính kinh tế và độ chính xác trong ngôn ngữ toán học.

Mục tiêu cuối cùng của vật lý học là tìm ra một tập hợp các quy luật thống nhất chi phối vật chất, chuyển động và năng lượng ở những khoảng cách hạ nguyên tử nhỏ, ở quy mô con người trong cuộc sống hàng ngày và ở những khoảng cách lớn hơn (ví dụ, những quy luật ở quy mô ngoài thiên hà), mục tiêu đầy tham vọng này phần lớn đã được hiện thực hóa.

Mặc dù vẫn chưa đạt được một lý thuyết hoàn toàn thống nhất về các hiện tượng vật lý, nhưng một tập hợp các định luật vật lý cơ bản rất nhỏ dường như có thể giải thích cho tất cả các hiện tượng đã biết.

Cơ thể vật lý được phát triển cho đến khoảng đầu thế kỷ 20, được gọi là vật lý cổ điển, phần lớn có thể giải thích chuyển động của các vật vĩ mô chuyển động chậm đối với tốc độ ánh sáng và các hiện tượng như nhiệt, âm thanh, điện, từ tính và ánh sáng.

Sự phát triển hiện đại trong thuyết tương đối và cơ học lượng tử sửa đổi các định luật này khi chúng áp dụng cho tốc độ cao hơn, các vật thể rất lớn và các thành phần cơ bản nhỏ của vật chất, chẳng hạn như electron, proton và neutron.

Vật lý cổ đại

Thales là nhà vật lý đầu tiên và các lý thuyết của ông đã thực sự đặt tên cho ngành này, ông tin rằng thế giới, mặc dù được làm bằng nhiều vật liệu, nhưng thực sự được xây dựng từ một nguyên tố duy nhất, nước, được gọi là Physis trong tiếng Hy Lạp cổ đại.

Sự tương tác của nước giữa các pha rắn, lỏng và khí đã tạo cho vật chất những đặc tính khác nhau, đây là cách giải thích đầu tiên đưa các hiện tượng tự nhiên ra khỏi lĩnh vực thần thánh quan phòng và lĩnh vực giải thích và quy luật tự nhiên.

Anaximander, người nổi tiếng nhất với thuyết tiến hóa tiền của mình, đã phản bác ý tưởng của Thales và đề xuất rằng thay vì nước, một chất gọi là Apeiron là cơ sở xây dựng của mọi vật chất, với sự hỗ trợ của nhận thức muộn màng hiện đại, chúng ta có thể nói rằng đây là một giả định khác của Clever của Anaximander và rất giống với ý tưởng rằng hydro là khối cấu tạo của mọi vật chất trong vũ trụ của chúng ta.

Một trong những nhà vật lý cổ đại nổi tiếng đầu tiên là Leucippus, người phản đối mạnh mẽ ý tưởng về sự can thiệp trực tiếp của thần thánh vào vũ trụ, nhà triết học này thay vào đó đề xuất rằng các hiện tượng tự nhiên đều có nguyên nhân tự nhiên. Leucippus và học trò của ông, Democritus, đã phát triển lý thuyết nguyên tử đầu tiên, cho rằng vật chất không thể bị phân chia vô thời hạn và cuối cùng sẽ trở thành những mảnh riêng lẻ không thể cắt được.

lý thuyết nguyên tử đầu tiên

Đó là một suy đoán triết học cổ đại cho rằng mọi sự vật có thể được giải thích bằng vô số sự kết hợp của vô số các hạt cứng, nhỏ, không thể phân chia, có kích thước khác nhau nhưng có cùng một vật liệu cơ bản hoặc lý thuyết khoa học hiện đại về vật chất, theo đó các nguyên tố hóa học kết hợp với nhau để tạo thành A. rất nhiều chất bao gồm tập hợp của các tiểu đơn vị giống nhau, có đặc điểm cấu trúc hạt nhân và điện tử của mỗi nguyên tố.

Euclid và toán học

Sự không đồng đều của các cuốn sách khác nhau và các cấp độ toán học khác nhau có thể tạo ra ấn tượng rằng Euclid không hơn gì một người biên tập các luận thuyết do các nhà toán học khác viết, ở một mức độ nào đó, điều này là đúng, mặc dù có lẽ không thể xác định được phần nào là của mình và phần nào là của anh ấy. chuyển thể của những người tiền nhiệm của nó. Những người cùng thời với Euclid ít nhất coi tác phẩm cuối cùng và có thẩm quyền của ông giống như những bài bình luận về các Nguyên tố.

Vật lý học Aristotle

Xem thêm:: Lịch Sử lớp 6 Chân trời sáng tạo Bài 14: Nhà nước Văn Lang, Âu Lạc

Điều thú vị là, mặc dù Aristotle được coi là cha đẻ của khoa học và đã tích cực giúp đỡ Tóm tắt Lịch sử Vật lý với hệ thống học và thực hành của mình, ông đã thực sự cản trở sự tiến bộ của vật lý qua nhiều thiên niên kỷ.

Bản thân ông đã mắc sai lầm khi nói rằng lý thuyết toán học và thế giới tự nhiên không trùng lặp, một mật khẩu cho việc ông quá tin tưởng vào kiến ​​thức. Aristotle đã tìm cách thể hiện các học thuyết như chuyển động và lực hấp dẫn bằng lý thuyết của ông về các nguyên tố, một bổ sung cho vật lý cổ đại cũng mở rộng cho thuật giả kim và y học.

Aristotle mạnh mẽ tuyên bố rằng tất cả vật chất đều được tạo thành từ sự kết hợp của năm nguyên tố, đất, không khí, lửa, nước và ête vô hình, ông tiếp tục điều này bằng cách nói bóng gió rằng vương quốc trái đất được bao quanh bởi không khí, tiếp theo là vương quốc lửa và ête. .

Vật lý trong thế giới Hồi giáo thời trung cổ

Cơ học là một trong những ngành khoa học phát triển nhất được theo đuổi trong thời Trung cổ, hoạt động trong khuôn khổ cơ bản của Aristotle, các nhà vật lý thời Trung cổ đã chỉ trích và cố gắng cải thiện nhiều khía cạnh của vật lý Aristotle.

Vấn đề chuyển động của đường đạn là rất quan trọng đối với cơ học Aristotle, và việc phân tích vấn đề này thể hiện một trong những đóng góp ấn tượng nhất của vật lý thời Trung cổ, do giả định rằng sự tiếp tục của chuyển động đòi hỏi tác động liên tục của một động lực, chuyển động liên tục của một đường đạn sau khi mất liên lạc với máy chiếu cần một lời giải thích.

Bản thân Aristotle đã đề xuất những giải thích về sự tiếp tục của chuyển động đạn theo hành động của phương tiện, đặc điểm của những giải thích này khiến chúng không thỏa mãn hầu hết các nhà bình luận thời Trung cổ, tuy nhiên, họ vẫn giữ nguyên giả thiết cơ bản rằng chuyển động của đường đạn liên tục đòi hỏi một nguyên nhân liên tục.

Trong những năm 1300, một số học giả Oxford đã cân nhắc vấn đề triết học là làm thế nào để mô tả sự thay đổi xảy ra khi các phẩm chất tăng hoặc giảm cường độ, và đi đến xem xét các khía cạnh động học của chuyển động.

Ptolemy và mô hình địa tâm

Còn được gọi là hệ thống địa tâm, một mô hình toán học của vũ trụ do nhà thiên văn học và toán học Alexandrinus Ptolemy xây dựng và được ông ghi lại trong giả thuyết Almagest và Planetary, hệ Ptolemaic là một vũ trụ địa tâm, nghĩa là, nó bắt đầu bằng cách giả định rằng Trái đất là đứng yên và ở Trung tâm của vũ trụ.

vật lý cổ điển

Vật lý cổ điển hình thành khi Newton nêu ra lý thuyết về lực hấp dẫn của mình và toán học mà chúng ta thường gọi là phép tính cộng tác với Lịch sử phát triển vật lý, Vật lý Newton là ba chiều, chiều rộng, chiều cao và chiều sâu, ba trăm năm trước, Isaac Newton đã tuyên bố rằng không gian và thời gian là những thành phần vĩnh cửu và bất biến trong thành phần của vũ trụ, những cấu trúc nguyên sơ nằm ngoài giới hạn của câu hỏi và giải trình.

Newton đã viết trong toán học nguyên tắc:

“Không gian tuyệt đối về bản chất không liên hệ với bất cứ thứ gì bên ngoài luôn tương tự và bất biến, thời gian tuyệt đối, chân thực và toán học của chính nó và bản chất của chính nó trôi chảy như nhau mà không liên quan đến bất cứ điều gì bên ngoài.”

Các lý thuyết của Newton về vũ trụ, mặc dù Einstein sẽ cho thấy rằng chúng không chính xác, đã phục vụ khoa học trong nhiều thế kỷ, bất chấp những khiếm khuyết của chúng, cho phép những đổi mới công nghệ của cuộc cách mạng công nghiệp, một lý thuyết là một mô hình mạch lạc hướng dẫn các suy nghĩ, một tập hợp các nhận thức có thể sửa đổi cho đến khi một lý thuyết tốt hơn được nâng cao.

Các lý thuyết của Newton bao gồm lý thuyết về lực hấp dẫn mà ông đã phát triển phép tính để mô tả nó, khái niệm về ba chiều trong một vũ trụ vô tận, lý thuyết hạt về ánh sáng và niềm tin cơ bản của ông thể hiện trong lý thuyết của ông rằng trên thực tế, có những đường thẳng trong tự nhiên, những câu hỏi của Newton về vật lý ánh sáng đã dẫn đến lý thuyết hạt của ánh sáng, tức là mọi tia sáng truyền theo đường thẳng và có khối lượng cực nhỏ.

Mặt trời là trung tâm của vũ trụ

Ví dụ, người Hy Lạp cổ đại cho rằng các hành tinh bao gồm Mặt trời, Trái đất là trung tâm của mọi thứ (địa tâm), với các hành tinh này quay xung quanh nó, điều này trở nên quan trọng trong văn hóa đến mức các ngày trong tuần mang tên của các vị thần, được đại diện bởi bảy điểm ánh sáng chuyển động này.

Các định luật vật lý của Newton

Xem thêm:: Giải Lịch Sử 9 Bài 22: Cao trào cách mạng tiến tới tổng khởi nghĩa

Mối liên hệ giữa các lực tác động lên một cơ thể và chuyển động của cơ thể, lần đầu tiên được thể hiện bởi nhà vật lý và toán học người Anh Isaac Newton, theo Tiểu sử Isaac Newton các định luật tương tự xuất hiện lần đầu tiên trong tác phẩm của ông vào năm 1687, thường được gọi là Principia.

Cách mạng khoa học

Một ý tưởng mới về tự nhiên ra đời giữa cuộc Cách mạng Khoa học, thay thế cách tiếp cận của người Hy Lạp đã khuất phục khoa học trong nhiều năm, khoa học trở thành một phương pháp tự do, khác biệt với triết học và công nghệ, vốn được coi là chứa đựng các mục tiêu thực chứng.

Vào cuối thời kỳ này, có thể không quá khi nói rằng khoa học đã thay thế Cơ đốc giáo trở thành tâm điểm của nền văn minh châu Âu, từ sự lên men của Phục hưng và Cải cách, một quan điểm mới về khoa học đã nảy sinh ở đó, mang lại những điều sau đây. sự biến đổi, sự giáo dục lại ý thức thông thường ủng hộ lý luận trừu tượng, sự thay thế của một định lượng cho một quan điểm định tính về tự nhiên.

Tầm nhìn về tự nhiên như một cỗ máy chứ không phải là một sinh vật, sự phát triển của một phương pháp thực nghiệm và khoa học nhằm tìm kiếm câu trả lời dứt khoát cho một số câu hỏi hạn chế nhất định được hình thành trong khuôn khổ các lý thuyết cụ thể, và việc chấp nhận các tiêu chí giải thích mới, nhấn mạnh «làm thế nào để thay thế về “tại sao” đã đặc trưng cho việc tìm kiếm nguyên nhân cuối cùng của Aristotle.

Nhiệt động lực học và Quang học

Nếu thủy động lực học hoặc lý thuyết đàn hồi không được quan tâm ngay lập tức đối với nghiên cứu lý thuyết lượng tử, thì với quang học, tình hình hoàn toàn khác, vì sự tiến bộ của nó liên quan chặt chẽ đến sự phát triển của vật lý hiện đại, tương tự như các hiện tượng xảy ra với chất rắn và vật thể lỏng, các hiện tượng ánh sáng cũng đã thu hút sự chú ý của mọi người từ những thời kỳ đầu tiên, nhưng chỉ trong thế kỷ XNUMX.

Quang học bắt đầu hình thành một ngành khoa học thực sự. Trong thời kỳ này, Descartes đã xây dựng các định luật khúc xạ và phản xạ ánh sáng và Fermat đề xuất nguyên lý của ông, trong đó chứa đựng tất cả quang học hình học, trong toàn bộ thời kỳ phát triển của quang học, khái niệm tia sáng đóng một vai trò quan trọng trong đó, sự truyền trực tuyến của tia sáng trong chân không hoặc trong môi trường đồng nhất, sự phản xạ của chúng từ các bề mặt đặc điểm và sự khúc xạ trong quá trình chuyển từ môi trường này sang môi trường khác.

Điện từ học và cấu trúc nguyên tử

Cơ học và các lĩnh vực liên quan, cũng như âm học và quang học, đã phát sinh từ rất lâu trước đây, bởi vì chúng nghiên cứu các hiện tượng mà một người thường xuyên gặp phải trong cuộc sống hàng ngày của mình, mặt khác, khoa học về điện, mới xuất hiện tương đối gần đây.

Tất nhiên, một số sự kiện, chẳng hạn như sự nhiễm điện của các vật thể do ma sát hoặc tính chất của nam châm tự nhiên, đã được biết đến trước đó, các hiện tượng tự nhiên hùng vĩ và kỳ lạ như bão điện không thể không thu hút sự chú ý.

Tuy nhiên, không chắc những dữ kiện này đã được nghiên cứu và so sánh đầy đủ cho đến cuối thế kỷ XNUMX và hầu như không ai hình dung rõ ràng vào thời điểm đó rằng nó sẽ trở thành đối tượng nghiên cứu của một ngành khoa học mới, vốn là một trong những lĩnh vực quan trọng nhất. của vật lý hiện đại, điều này chỉ trở nên rõ ràng vào cuối thế kỷ XNUMX và đầu thế kỷ XNUMX.

Có một điều thú vị là đồng thời phát hiện ra hiện tượng giao thoa và xây dựng lý thuyết về sóng, thì giai đoạn đáng chú ý này trong lịch sử phát triển của khoa học, khi quang học sóng và lý thuyết điện hiện đại ra đời, đối với vật lý vĩ mô là gì. 50 năm qua dành cho vật lý nguyên tử.

Vật lý hiện đại

Vật lý hiện đại thường liên quan đến mô tả nâng cao về tự nhiên thông qua các lý thuyết mới khác với mô tả cổ điển và liên quan đến các yếu tố của cơ học lượng tử và thuyết tương đối của Einstein, ví dụ hiệu ứng lượng tử thường liên quan đến khoảng cách liên quan đến nguyên tử, mặt khác, hiệu ứng tương đối tính thường liên quan đến tốc độ so với tốc độ ánh sáng.

Năng lượng

Các nhà vật lý sử dụng thuật ngữ năng lượng để biểu thị khả năng thay đổi trạng thái hoặc tạo ra công việc gây ra chuyển động hoặc tạo ra bức xạ điện từ, ví dụ, từ ánh sáng hoặc nhiệt, từ này xuất phát từ tiếng Hy Lạp và có nghĩa là “lực tác động”.

Trong hệ thống quốc tế, năng lượng được biểu thị bằng jun, nhưng theo thuật ngữ thông thường, nó thường được biểu thị bằng kilowatt-giờ (kWh), còn đối với tấn dầu tương đương (toe), nó thường cho phép so sánh các nguồn khác nhau. năng lượng của nhau, cần lưu ý rằng, theo định luật đầu tiên của nhiệt động lực học, năng lượng của một hệ kín được bảo toàn.

Nhiệt động lực học

Nó dựa trên định luật thứ nhất và thứ hai, nghĩa là bảo toàn năng lượng và tăng entropi, những định luật này áp đặt những hạn chế mạnh mẽ đối với bất kỳ mô hình nào của vũ trụ, ngoài ra, một số tính chất của không gian và thời gian đang xuất hiện theo nghĩa nhiệt động lực học. .

Xem thêm:: Lịch Sử lớp 6 Chân trời sáng tạo Bài 10: Hy Lạp cổ đại – VietJack.com

Do đó, những khái niệm này không nên được coi là cấu trúc cơ bản của các tương tác cơ bản, theo nghĩa này, không-thời gian es nhiệt động lực học, hơn nữa, nếu người ta chấp nhận kết hợp các lập luận thống kê, người ta phải hỏi liệu các lực của vũ trụ có phải là nhiệt động lực học hay không, vũ trụ của chúng ta do đó sẽ bị chi phối bởi các lực entropi chứ không phải bởi các lực tuyệt đối.

Điện từ học

Chúng dựa trên lý thuyết sóng của Maxwell và các phương trình của nó, nhưng ít được hiểu hơn nhiều so với những lý thuyết này, không dựa trên cách giải thích ban đầu của ông về mối quan hệ giữa trường E và B, mà dựa trên lý thuyết của Ludvig Lorenz, điều mà Maxwell không đồng ý.

Maxwell nghĩ rằng hai trường này nên được gây ra theo chu kỳ để tốc độ ánh sáng được bảo toàn, không giống như Lorenz, người nghĩ rằng cả hai trường phải đạt được cường độ cực đại đồng thời cùng một lúc để duy trì tốc độ đó, các phương trình cho phép cả hai diễn giải.

Cơ lượng tử

Thế giới lượng tử của các nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử thật tuyệt vời, một hạt đơn lẻ có thể hoạt động như thể nó ở hai nơi cùng một lúc, và một cặp hạt, ở hai đầu đối diện của vũ trụ, bằng cách nào đó có thể hoạt động như một thực thể duy nhất.

Mặc dù dường như không thể cuốn tâm trí chúng ta vào quá nhiều điều kỳ lạ về lượng tử, chuỗi bài giảng này đi một chặng đường dài hướng tới việc làm sáng tỏ thế giới lượng tử, mang đến cho chúng ta những hiểu biết vững chắc về “bánh răng và bánh xe” hấp dẫn về cách nguyên tử hoạt động.

Big Bang

Trong giây đầu tiên của sự tồn tại của vũ trụ, sự hiểu biết của chúng ta về những gì đang xảy ra là tốt một cách đáng ngạc nhiên. Chúng ta biết rằng các khái niệm về thời gian, không gian và các định luật vật lý được củng cố rất nhanh chóng, từ đó trật tự bắt đầu xuất hiện từ sự hỗn loạn, thứ đầu tiên hình thành là các hạt hạ nguyên tử như quark.

Sau đó, các hạt lớn hơn như proton và neutron, khoảng ba phút sau vũ trụ đã nguội đi đến một tỷ ° C. Điều này cho phép proton và neutron kết hợp với nhau thông qua phản ứng tổng hợp và tạo thành hạt nhân, hạt nhân mang điện của nguyên tử.

Tính tương đối

Những lý thuyết vật lý sâu rộng được phát triển bởi nhà vật lý người Đức Albert Einstein, với lý thuyết tương đối hẹp năm 1905 và thuyết tương đối rộng, Einstein đã gác lại nhiều bình luận về các lý thuyết vật lý trước đó, nghiên cứu các khái niệm cơ bản về không gian, thời gian, vật chất. , năng lượng và lực hấp dẫn.

Vật lý nguyên tử

Ngành vật lý này đề cập đến cấu trúc của hạt nhân nguyên tử và bức xạ của hạt nhân không ổn định.

năng lượng của nguyên tử

Giống như các nguyên tử bị kích thích, các hạt nhân phóng xạ không ổn định (sản xuất tự nhiên hoặc nhân tạo) có thể phát ra bức xạ điện từ, các photon hạt nhân có năng lượng được gọi là tia gamma. Các hạt nhân phóng xạ cũng phát ra các hạt khác, các điện tử âm và dương (tia beta), đi kèm với hạt neutrino và hạt nhân heli (tia alpha).

Lực lượng bên trong hạt nhân

Trong phóng xạ và trong các vụ va chạm dẫn đến phá vỡ hạt nhân, đặc điểm hóa học của mục tiêu hạt nhân bị thay đổi bất cứ khi nào có sự thay đổi về điện tích hạt nhân, trong phản ứng phân hạch và nhiệt hạch trong đó các hạt nhân không ổn định phân chia tương ứng thành các hạt nhân nhỏ hơn hoặc hỗn hợp thành các hạt nhân lớn hơn , sự giải phóng năng lượng lớn hơn nhiều so với bất kỳ phản ứng hóa học nào.

Những tiến bộ gần đây trong vật lý

Trong những năm gần đây, đã có những khám phá cho phép tiến bộ trong vật lý, chẳng hạn như những khám phá được trình bày chi tiết dưới đây:

Tia laze

Sẽ không thể thực hiện được laser nếu không biết rằng ánh sáng là đại diện của bức xạ điện từ. Max Planck đã nhận được giải Nobel Vật lý vì đã khám phá ra lượng tử năng lượng cơ bản, như trong Lý thuyết Planck lượng tử ông đang nghiên cứu về nhiệt động lực học, muốn giải thích tại sao bức xạ “vật đen”, một thứ có thể hấp thụ tất cả các bước sóng ánh sáng, không phát ra tất cả các lặp lại ánh sáng như nhau khi bị kích thích.

Máy va chạm Hadron Lớn

Mười năm sau khi Máy Va chạm Hadron Lớn bắt đầu hoạt động, một trong những thiết bị phức tạp nhất từng thấy, nó là bàn đạp hạt lớn nhất trên thế giới, được chôn 100 mét dưới cánh đồng của Pháp và Thụy Sĩ với vòng tròn 17 dặm.