В этой книге, прежде всего, четко сформулированы те постулаты о пространстве и времени, которые лежат в основе классической физики: пространство трехмерно, бесконечно, однородно, изотропно, пусто; время однородно и абсолютно, т.е. течет одинаково от прошлого к будущему во всех точках пространства в одном и том же темпе. В рамках этих пространственно-временных концепций Ньютон полностью решил задачу о движении тел в среде без сопротивления и с сопротивлением под воздействием центростремительных сил. Результаты были применены Ньютоном к движению планет, снарядов, маятника и к свободному падению вблизи поверхности Земли. Далее Ньютон доказал, что сила тяготения, заставляющая планеты двигаться по орбитам вокруг Солнца, меняется обратно пропорционально квадрату расстояния. Отсюда Ньютон сделал вывод, что все тела притягиваются друг к другу, и сформулировал свой закон всемирного тяготения.
Воспользовавшись законом тяготения и законами движения, Ньютон сумел объяснить широкий круг непонятных до того явлений, вроде вытянутых орбит комет, приливов, прецессии орбиты Земли и т. п. Таким образом, труды Галилея, Коперника и Кеплера естественно объединились в одну согласованную научную теорию. Коперниканский взгляд на мир получил прочное научное обоснование.
После публикации "Начал" Ньютон был признан величайшим ученым своего времени, однако сам он отошел от научной деятельности. Перенеся в 1693 г. тяжелое нервное заболевание, он переехал в Лондон. В 1696 г. Ньютон получил должность смотрителя королевского монетного двора, а в 1699 г. стал его начальником (необычайно почетная и выгодная должность в тогдашней Англии). Под руководством Ньютона была проведена перечеканка монеты, и он стал грозой фальшивомонетчиков. В 1708 г. Ньютон первым из ученых получил рыцарское звание из рук королевы Анны. В 1703 г. он был избран и до самой смерти занимал пост президента Лондонского королевского общества.
Сэр Исаак Ньютон умер в глубокой старости в Лондоне 31 марта 1727 г. Его прах покоится в Вестминстерском аббатстве.
Помимо величайших открытий в конкретных областях физики и астрономии, Ньютон оказал огромное влияние на развитие методологии научных исследований. Его «метод принципов», реализованный в "Началах" и "Оптике", состоит в следующем: на основе опыта формулируются наиболее общие закономерности - аксиомы (принципы) — и из них дедуктивным путем выводятся законы и положения, которые затем должны быть проверены на опыте. Такой путь построения физического знания (теоретически восходящий к Френсису Бэкону) оказался необычайно плодотворным. Свой метод Ньютон противопоставлял господствовавшему тогда в естествознании стремлению во что бы то ни стало объяснить явления даже с помощью не обоснованных опытом гипотез, догадок и спекуляций. Ньютон полагал, что на такой основе построить истинную физическую теорию нельзя. Если на данном этапе нет возможности объяснить причины, следует ограничиться изучением экспериментальных данных и пытаться из них выявить некую закономерность. Отсюда знаменитое высказывание Ньютона: «Гипотез не измышляю» (Hypothesis non fingo).
Ом Георг Симон (16.03.1789-06.07.1854)
Немецкий физик.
Георг Симон Ом родился в Эрлангене в семье слесаря. Отец Ома хотел дать детям хорошее образование. Хотя семья постоянно нуждалась в средствах, Георг учился сначала в гимназии, а затем в Эрлангенском университете. Однако ему пришлось по воле отца прервать учебу, так как отец Ома считал, что его сын слишком много времени уделяет развлечениям. Ом начал преподавать математику в частной школе в Швейцарии. Лишь в 1811 г. ему удалось сдать экзамены в университете и получить степень доктора философии. По материальным соображениям Ом вынужден был вернуться к преподаванию в школе. Но ему повезло. Он устраивается на должность старшего преподавателя иезуитской гимназии в Кельне. В этом учебном заведении царил дух стремления к знаниям, и преподаватели имели достаточно времени для собственных исследований. Именно после переезда в Кельн Ом начинает заниматься физическими опытами (в гимназии была хорошо оборудованная физическая лаборатория). Под влияние прочитанных книг, особенно об открытиях Эрстеда, Ом в 1820 г. приступает к изучению электромагнетизма.
В 1826 г. он публикует работу с формулировкой своего закона. Ому принадлежит также заслуга введения понятий ЭДС, падения напряжения, проводимости. Не ограничившись установлением эмпирического закона протекания постоянного тока, Ом попытался построить теорию электрических цепей, опираясь при этом на аналогию между током и теплопроводностью.
К сожалению, открытие Ома было скептически воспринято в немецких научных кругах. Только к концу 1830-х гг. его работы стали получать признание. Большую часть своей жизни Ому пришлось заниматься незначительной, плохо оплачиваемой работой. Лишь перед самой смертью, в 1850 г., ему была предоставлена кафедра в Мюнхенском университете.
Паскаль Блез (19.06.1623-19.08.1662)
Выдающийся французский мыслитель, математик и ученый.
Блез Паскаль родился в Клермон-Ферране в семье юриста, интересовавшегося естествознанием и математикой и давшего своим детям широкое и глубокое образование. У Паскаля очень рано проявились математические способности. В 12 лет он освоил "Начала" Евклида. Уже в 16 лет он написал оригинальное сочинение о конических сечениях, где использовал метод Дезарга для доказательства одной из основных теорем проективной геометрии. В 1645 г. он разработал арифметическую машину для автоматизации вычислений — прообраз современных компьютеров. В области теории чисел Паскаль установил общий признак делимости любого целого числа на любое целое число, а также изобрел арифметический треугольник («треугольник Паскаля»), позволяющий легко подсчитывать биномиальные коэффициенты.
Ввиду хронически слабого здоровья, Паскалю был дан совет несколько снизить интенсивность научных занятий и попытаться время от времени отдыхать и жить в Париже. Паскаль на какое-то время увлекается свободной и фривольной жизнью парижской знати.
В 1653 г. он познакомился с шевалье де Мере, разгульным аристократом, любителем азартных игр. Тот ввел Паскаля в круг игроков. Возможно, из желания лучше разобраться с этими играми и больше выиграть Паскаль занялся математической теорией игр, из которой выросла в конечном счете целая новая область математики - теория вероятностей. Переписка Паскаля и Ферма на эту тему составила важную страницу истории математики.
К концу 40-х гг. относится и увлечение Паскаля проблемами аэро- и гидростатики. Исследования Паскаля по гидростатике начались после того, как он узнал об опытах Торричелли. Часто бывает так, что тот или иной эксперимент или теория занимают в истории физики более заметное место, чем полученные результаты. Так случилось и с опытами Торричелли и возникшей в связи с ними дискуссией о «боязни пустоты». Паскаль повторил опыты Торричелли, используя вместо ртути воду и вино и меняя форму трубок. Свои эксперименты Паскаль описал в небольшом сочинении в 1647 г. Там, в частности, появилось описание гидравлического пресса. Однако в этом мемуаре он не дал еще объяснения полученным результатам на основе идеи о существовании атмосферного давления. Только после того, как его родственник провел в 1648 г. опыт на горе Пюи-де-Дом, в ходе которого было установлено уменьшение атмосферного давления в зависимости от высоты местности над уровнем моря, Паскаль признал правоту объяснения Торричелли.
Однако, на этом исследования Паскаля по гидростатике не закончились. Он начал работу над большим трактатом на эту тему, который был закончен в 1654 г., но увидел свет лишь после смерти Паскаля в 1663 т. Именно в этом трактате Паскаль отчетливо высказал мысль о давлении внутри жидкостей и сформулировал названный его именем закон.
В 1654 г. после ряда тяжких событий в его жизни (смерть отца, резкое ухудшение и без того слабого здоровья, тяжелая депрессия) Паскаль принимает решение поступить в монастырь янсенистов в Пор-Рояле (янсенисты - последователи голландского теолога К. Янсения, противопоставлявшего формальную веру истинной христианской вере, которая основана на высоких этических принципах). Руководство монастыря не препятствует и даже поощряет научные занятия Паскаля, но он больше уже ничего не публикует под своим именем до самой смерти.
Гонения, которым подвергались янсенисты со стороны иезуитов, встретили отпор со стороны Паскаля. Он опубликовал под псевдонимом знаменитые "Письма к провинциалу" (1656-1657), в которых разоблачил казуистику и бесчестную мораль иезуитов. В 1658 г. Паскаль покинул монастырь янсенистов и последние четыре года вел жизнь аскета, работая над сочинением религиозно философского содержания. Закончить его он не успел, сохранились лишь отдельные фрагменты, которые были изданы после смерти Паскаля под названием "Мысли". Именно благодаря этому сочинению Паскаль вошел в историю французской литературы.
Паскаль умер после тяжелой болезни, сопровождавшейся страшными болями, в возрасте 39 лет.
В "Мыслях", сочинении глубоко личном, содержащем размышления о человеческом страдании и вере в Бога, высказано примечательное убеждение в том, что вера в Бога рациональна.
Это выражено в терминах игроков и поэтому называется «ставкой Паскаля»: если Бог не существует, то никто ничего не теряет, если все же поверит в него, но если Бог существует, то тот, кто в него не верит, может потерять все.
Планк Макс Карл Эрнст Людвиг (23.04.1858 — 03.10.1947)
Выдающийся немецкий физик, основоположник квантовой теории.
Планк родился в Киле в хорошо известной немецкой семье юристов, государственных деятелей и ученых. Всю жизнь Планк сохранял преданность семье, друзьям и своей стране. Он изучал математику в Мюнхене, затем провел год в Берлине, работая под руководством Гельмгольца и Кирхгофа. Его докторская диссертация была посвящена второму закону термодинамики. Знание термодинамики затем сыграло ключевую роль при объяснении загадок излучения черного тела. Книга Планка, написанная в 1897 г. и посвященная термодинамике, до сих пор считается хорошим введением в предмет.
В 1887 г. Планк получил приглашение в Кильский университет. Двумя годами спустя его репутация как талантливого физика-теоретика была столь высока, что Планку предложили возглавить кафедру теоретической физики в Берлине. Здесь он вырос в крупнейшего физика-теоретика мира.
Планк оставался в Берлине в течение всей своей активной научной жизни, общаясь с коллегами-физиками, математиками, химиками и философами, активно участвуя в культурной жизни столицы Германии. Он любил прогулки по окрестным лесам, был заядлым альпинистом, совершая ежегодные восхождения в Альпах.
14 декабря 1900 г. Планк доложил свою работу по излучению черного тела в Берлинском физическом обществе. В ночь после собрания его коллега Г. Рубенс провел дополнительные измерения и наутро сообщил Планку, что предложенная им формула прекрасно удовлетворяет всем данным как в области очень коротких, так и в области очень длинных волн излучения. Так родилась квантовая теория излучения. Статья Планка на эту тему вышла из печати в последних числах декабря 1900 г., т.е. за несколько дней до наступления нового XX века, ознаменовав начало новой эры.
Планк был очень скромным человеком, однако он полностью отдавал себе отчет в важности своего открытия. Его сын Эрвин вспоминал, что как-то в конце 1900 г. Планк взял его с собой на прогулку в лес, во время которой сказал: «Сегодня я сделал столь же важное открытие, как в свое время Ньютон». Планк несомненно был прав, хотя потребовалось еще несколько лет и усилия таких корифеев, как Эйнштейн, Бор и другие, чтобы это стало ясно всему миру. Планк получил Нобелевскую премию за свои работы по квантовой теории только в 1918 г.
В годы перед первой мировой войной, благодаря совместным усилиям Планка и Эйнштейна, Берлин стал мировым центром теоретической физики. Эти два великих человека были очень дружны, они не только обсуждали вместе проблемы физики, но и составили превосходный ансамбль, исполняя камерную музыку (Эйнштейн - на скрипке, Планк - на фортепиано). К сожалению, эта идиллия закончилась с началом мировой войны. Во время первой мировой войны умерли трое из четырех детей Планка от первой жены: две дочери в детстве и сын Карл погибает в бою на территории Франции.
Гитлеровский период усилил личную трагедию Планка. Его сын Эрвин, единственный выживший ребенок от первого брака, участвовал в покушении на Гитлера в 1944 г. и был казнен нацистами. Позднее дом Планка в Грюнвальде и его огромная личная библиотека были разрушены во время одной из бомбардировок Берлина.
После войны Планк перебрался в Геттинген, где и умер в 1947 г. в возрасте 89-и лет.
Столетов Александр Григорьевич (10.08.1839-14.05.1896)
Выдающийся русский физик.
А.Г. Столетов родился во Владимире в купеческой семье, в которой много внимания уделяли образованию детей. Окончив гимназию в родном городе, Столетов поступил в Московский университет, с которым впоследствии была связана вся его жизнь. После окончания Московского университета он совершенствует свое образование за границей, сначала в Берлине у Г. Магнуса, а затем в Гейдельберге у Р. Кирхгофа. Студент, аспирант, профессор математической, а затем и экспериментальной физики, создатель первой в России университетской научной лаборатории, признанный глава российских физиков - таков путь Столетова в науке.
Диссертация Столетова была посвящена исследованию ферромагнетизма. Поставив задачу исследовать зависимость коэффициента магнитной восприимчивости от внешнего магнитного поля, Столетов разработал новый метод измерения магнитных свойств вещества на образцах, имеющих форму кольца (баллистический метод). Далее Столетов исследовал несамостоятельный газовый разряд. Он установил, что отношение напряженности электрического поля к давлению газа при максимальном токе есть постоянная величина, названная позднее постоянной Столетова.
Фотоэффект был открыт в 1887 г. Г. Герцем. Исследованиями этого явления занялись одновременно несколько физиков в разных странах. Столетов с энтузиазмом воспринял известие об опытах Герца и немедленно приступил к изучению фотоэффекта. Уже в 1889 г. он публикует фундаментальную работу, где сформулированы феноменологические законы внешнего фотоэффекта. Следует подчеркнуть, что Столетов ничего не знал и не мог знать об электронах, поэтому многие его выводы были затем переформулированы на современный лад.
Столетов пользовался огромным авторитетом в России и успешно представлял русскую физическую науку за рубежом, участвуя в работе международных конгрессов.
Циолковский Константин Эдуардович (05.09.1857-19.09.1935)
Русский ученый, изобретатель, мыслитель.
К.Э. Циолковский родился в селе Ижевском Рязанской губернии, в семье лесничего. В десять лет после скарлатины потерял слух. В юности занимался самообразованием, в 1879 г. сдал экстерном экзамены и стал учителем арифметики и геометрии в Боровском уездном училище Калужской губернии. В 1892 г. переехал в Калугу, где стал преподавателем физики и математики.
Еще в детстве Циолковского интересовали вечные вопросы о причинах возникновения мира, о смысле жизни, о судьбе и роке. Он писал: «Основные идеи и любовь к вечному стремлению туда, к Солнцу, к освобождению от цепей тяготения во мне заложены чуть ли не с рождения. По крайней мере, в самом раннем детстве, еще до книг, было смутное сознание о среде без тяжести, где движения во все стороны совершенно свободны и безграничны...»
Циолковский по праву считается основоположником современной космонавтики. В 1883 г. он описывает космический корабль с реактивным двигателем, в 1895 г. — высказывает идею искусственных спутников Земли, а позднее впервые в мире описывает основные элементы ракетного двигателя. Циолковский разработал схемы различных ракет, развил теорию многоступенчатых ракет, создал основы теории жидкостного реактивного двигателя. Им получена формула, связывающая скорость ракеты со скоростью истечения газовой струи и массой (формула Циолковского). Он же высказал идею создания межпланетных станций.
К.Э. Циолковский жил впереди своего века. Он писал, что для него вся суть — в заселении космоса, ракета же только способ достижения этой цели. Он выдвинул тезис о космической миссии человека и всегда верил, что первым в космосе окажется гражданин России.
Эрстед Ганс Христиан (14.08.1777-09.03.1851)
Датский ученый.
Г. X. Эрстед родился в маленьком городе Рудкебинге на острове Лангеланн в Дании в семье аптекаря. Он учился в Копенгагенском университете, который окончил в 1797 г., получив диплом фармацевта. Вся творческая жизнь Эрстеда прошла в стенах родного университета. Здесь он защитил диссертацию, здесь же начиная с 1806 г. работал в должности профессора.
Научные интересы ученого были разносторонними. Они охватывали физику, химию и философию. Большое влияние на формирование взглядов Эрстеда оказала философия Шеллинга. Эрстед глубоко проникся идеей о единстве сил природы. Уже в 1812-1813 гг. он высказал идею о возможной связи электрического тока и магнетизма. Однако обнаружить такую связь экспериментально ему удалось лишь в 1820 г., когда во время лекционной демонстрации он случайно заметил действие тока на магнитную стрелку. Эрстед прекрасно понимал значение своего открытия и сообщил о нем, издав небольшую брошюру (всего четыре страницы текста) и разослав ее многим известным европейским ученым (сейчас мы бы назвали такое издание препринтом). Неожиданные и удивительно простые опыты с отклонением магнитной стрелки вблизи проводника с током были сразу же проверены рядом ученых. Эта проверка принесла и новые результаты, которые в совокупности составили экспериментальную основу первой теории электромагнетизма - электродинамики Ампера. Поэтому работа Эрстеда стала крупнейшей вехой в истории физики, хотя объяснение обнаруженного эффекта, данное Эрстедом, было ошибочным.
После главного открытия своей жизни Эрстед продолжал заниматься вопросами электромагнетизма. В 1821 г. он одним из первых высказал мысль о связи света с электрическими и магнитными явлениями. Далее Эрстед независимо от Фурье переоткрыл термоэлектрический эффект и создал в 1823 г. первый термоэлемент. Он занимался также проблемами акустики и молекулярной физики.
Эрстед вел большую просветительскую деятельность. Многие годы он был директором Копенгагенской политехнической школы, а в 1824 г. организовал общество по распространению естествознания.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
