Наука - Физика
сети университетов, как в
Германии. Поэтому научные исследования чаще велись в одиночку, в
изолированных друг от друга областях науки. Но это были блестящие
исследования, результаты которых из за отсутствия необходимых научно-
исследовательских и учебных организаций нередко разрабатывались учеными
других стран. Известный историк науки Дж.Мерц, характеризуя специфику
развития науки этого периода, отмечал, что наибольшее число совершенных по
форме и содержанию трудов, ставших классическими для всех времен,
выполнено, вероятно, во Франции; наибольшее количество научных работ было,
вероятно, выполнено в Германии; наибольшая доля идей, которые оплодотворяли
науку на протяжении века, принадлежит, вероятно, Англии. [10] Общей для
всех стран характерной чертой развития науки в XIX веке можно считать
усиление ее взаимодействия с техникой и экономикой.
Физика XIX века считается классической. Ньютоновский феноменологический
метод стал главным инструментом познания природы. Законы классической
механики и методы математического анализа демонстрировали свою
эффективность. Физический эксперимент, опираясь на измерительную технику,
обеспечивал небывалую ранее точность. Физическое знание все в большей мере
становилось основой промышленной технологии и техники, стимулировало
развитие других естественных наук. В физике изолированные ранее свет,
электричество, магнетизм и теплота оказались объединенными в
электромагнитную теорию. И хотя природа тяготения оставалась не выясненной,
его действия можно было рассчитать. Утвердилась концепция механистического
детерминизма Лапласа, исходившая из возможности однозначно определить
поведение системы в любой момент времени, если известные исходные условия.
Структура механики как науки казалась прочной, надежной и почти полностью
завершенной - т.е. не укладывающиеся в существующие классические каноны
феномены, с которыми приходилось сталкиваться. казались вполне объяснимыми
в будущем более изощренными умами с позиций классической механики.
Складывалось впечатление, что знание физики близко к своему полному
завершению - столь мощную силу демонстрировал фундамент классической
физики, несмотря на то. что в ее отдельных областях гнездились остатки
старых метафизических концепций. Но постепенно последние сдают свои
позиции: сходят с арены теория флюидов, теория теплорода и т.д.
Проникновение физических знаний в промышленность, технику приводит к
появлению прикладной физики, а исследования в ее области значительно
расширяли фактический материал, требовавший теоретической интерпретации. В
конце концов неспособность классической теории объяснить новые факты
приводит на рубеже XIX и XX веков к научной революции в физике.
2. Волновая концепция света О.Френеля
Сформировавшиеся в предшествующее столетие корпускулярная и волновая
концепция света в XIX веке продолжили ожесточенную борьбу. Первая опиралась
на авторитет Ньютона, вторая - на авторитет Гука, Гюйгенса, Эйлера,
Ломоносова. Сторонники корпускулярной концепции надеялись объяснить с ее
позиций затруднения с объяснением явлений дифракции и интерференции. Т.Юнг
дал это объяснение с позиций волновой концепции. Исходя из высказанных им
гипотез о существовании разреженного и упругого светоносного эфира,
заполняющего Вселенную, о возбуждении волнообразных движений в эфире при
свечении тела, о зависимости ощущения различных цветов от различной частоты
колебаний, возбуждаемых светом на сетчатке глаза, о притягивании всеми
материальными телами эфирной среды, вследствие чего последняя накапливается
в веществе этих тел и на малом расстоянии вокруг них в состоянии большей
плотности (но не большей упругости), Юнг делает вывод о том, что излучаемый
свет состоит из волнообразных движений светоносного эфира. Это дало
возможность все разнообразие цветов свести к колебательным движениям эфира,
а различие цветов объяснить различием частот колебаний эфира, а также
сформулировать принцип интерференции.
Прямолинейное распространение света было наиболее важным аргументом в
пользу корпускулярной теории. О.Френель делает новый существенный шаг в
развитии волновой теории. (Идея интерференции вообще оказалась столь
плодотворной, что при встрече с неизвестным видом излучения всегда
стараются получить интерференцию. И если это удается, то тем самым
доказывается его волновой характер.)[11]
Связав принцип Гюйгенса, (согласно которому молекулы тела, приведенные в
колебание падающим светом становятся центрами испускания новых волн) с
принципом интерференции, (согласно которому налагающиеся волны, в
противоположность корпускулярным лучам, не обязательно усиливаются, а могут
и ослабляться до полного уничтожения), Френель дал объяснение
прямолинейному распространению света, показав, что лучи, поляризованные
перпендикулярно друг к другу, не интерферируются. В опытах по дифракции
света он установил. что дифракционные полосы появляются вследствие
интерференции лучей. Принцип интерференции позволил Френелю законы
отражения и преломления объяснить взаимным погашением световых колебаний во
всех направлениях, за исключением тех. которые удовлетворяют закону
отражения. Френелю удалось экспериментально доказать, что световые лучи
могут воздействовать друг на друга, ослабляться и даже почти полностью
погашаться в случаях согласных колебаний, что и позволило ему дать
объяснение явлению дифракции. Френель доказал. что свет является поперечным
волновым движением. Он объяснил явление поляризации света в
экспериментальных исследованиях отражения и преломления света от
поверхности прозрачных веществ. Им было установлено, что отражение плоско-
поляризованного света от поверхности прозрачного тела сопровождается
поворотом плоскости поляризации в тех случаях, когда эта плоскость не
совпадает с плоскостью падения или не перпендикулярна к ней. Развивая идеи
Гюйгенса о распространении волн в кристаллах. Френель заложил основы
кристаллооптики.
Таким образом, борьба волновой и корпускулярной концепции света в первой
половине XIX века завершается победой волновой концепции - было
установлено, что свет является поперечным волновым движением. Решающим
вкладом в эту победу и явилось объяснение с помощью волновой концепции
явлений дифракции и интерференции света.
3. Концепции классической электродинамики
Классическая электродинамика, представляющая собой теорию
электромагнитных процессов в различных средах и вакууме, охватывает
огромную совокупность явлений, в которых главная роль принадлежит
взаимодействиям между заряженными частицами, которые осуществляются
посредством электромагнитного поля. Разделом электродинамики, изучающим
взаимодействия и электрические поля покоящихся электрических зарядов,
является электростатика.
Успехи в области электростатики, выразившиеся в установлении
количественного закона электрических взаимодействий, способствовали не
только накоплению экспериментальных данных в области электростатических
явлений и совершенствованию электростатических машин, но и созданию
математической теории электро- и магнитостатистических взаимодействий.
Открытие Л.Гальвани "животного электричества", создание А.Вольта первого
генератора электрического тока ("вольтова столба"), осуществление первого
описания замкнутой цепи электрического тока, открытие В.В.Петровым
электрической дуги, открытие Г.Дэви и М.Фарадея химического действия
электрического тока, теоретические работы по электро- и магнитостатике
С.Пуассона и Д.Грина были завершающими успехами в области концепции
электрической жидкости, считавшейся в начале XIX века основой
электростатики, подобно тому, как концепция магнитной жидкости считалась
основой магнитостатики. В дальнейшем главным направлением в данной области
становится электромагнитизм.
В 1820 г. Х.Эрстедом было открыто магнитное действие электрического тока
- вокруг проволоки с электрическим током было обнаружено магнитное поле.
Таким образом, была доказана связь электричества и магнетизма. А.Ампер,
основываясь на единстве электрических и магнитных явлений, разработал
первую теорию магнетизма, заложив тем самым основы электродинамики. Он
различал понятия электрического тока и электрического напряжения. Основными
понятиями его концепции были "электрический ток", "электрическая цепь". Под
электрическим током Ампер понимал непрестанно чередующиеся внутри
проводника процессы соединения и разделения противоположно заряженных
частиц электричества. (Наименование единицы силы тока носит имя Ампера.) Им
обосновано направление движения тока - направление положительного заряда
электричества, а также установлен закон механического взаимодействия двух
токов, текущих в малых отрезках проводников, находящихся на некотором
расстоянии друг от друга. Из данного закона следовало. что параллельные
проводники с токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в
противоположных направлениях - отталкиваются. Из представления о магните
как совокупности электрических токов, расположенных в плоскостях,
перпендикулярных линии, соединяющей полюсы магнита, вытекал естественный
вывод о том, что соленоид эквивалентен магниту. Револю
| |  скачать работу |
Наука - Физика |
