Fysikkens historie - History of physics

En Newtons vugge , oppkalt etter fysikeren Isaac Newton

Fysikk er en gren av vitenskapen hvis hovedformål med studier er materie og energi . Oppdagelser av fysikk finner bruksområder innen naturvitenskap og teknologi . Fysikk i dag kan løst deles inn i klassisk fysikk og moderne fysikk .

Antikk historie

Elementer av det som ble til fysikk, ble først og fremst hentet fra astronomi , optikk og mekanikk , som metodisk ble forent gjennom studiet av geometri . Disse matematiske disipliner begynte i antikken med babylonerne og med hellenistiske forfattere som Archimedes og Ptolemaios . Antikk filosofi , i mellomtiden - inkludert det som ble kalt " fysikk

Gresk konsept

Bevegelsen mot en rasjonell forståelse av naturen begynte i det minste siden den arkaiske perioden i Hellas (650–480 fvt ) med de før-sokratiske filosofene . Filosofen Thales of Miletus (7. og 6. århundre f.Kr.), kalt "Vitenskapens far" for å nekte å godta forskjellige overnaturlige, religiøse eller mytologiske forklaringer på naturfenomener , uttalte at hver hendelse hadde en naturlig årsak. Thales gjorde også fremskritt i 580 fvt ved å antyde at vann er grunnelementet , eksperimentere med tiltrekningen mellom magneter og gned rav og formulere de første registrerte kosmologiene . Anaximander , kjent for sin proto- evolusjonsteori ,., Et stoff kalt apeiron var byggesteinen i all materie. Rundt 500 fvt foreslo Heraklit at den eneste grunnloven for universet var endringsprinsippet, og at ingenting forblir i samme tilstand på ubestemt tid. Denne observasjonen gjorde ham til en av de første lærde i gammel fysikk som tok for seg tidens rolle i universet, et sentralt og noen ganger omstridt konsept i moderne og nåværende fysikk.

Aristoteles
(384–322 fvt )

Under klassiske perioden i Hellas (sjette, femte og 4. århundre f.Kr.) og i hellenistisk tid , naturfilosofi sakte utviklet seg til et spennende og kontroversielle fagområde. Aristoteles ( gresk : Ἀριστοτέλης , Aristotélēs ) (384 - 322 fvt), en student av Platon , fremmet begrepet at observasjon av fysiske fenomen til slutt kunne føre til oppdagelsen av naturlovene som styrer dem. Aristoteles skrifter dekker fysikk, metafysikk , poesi , teater , musikk , logikk , retorikk , lingvistikk , politikk , myndigheter , etikk , biologi og zoologi . Han skrev det første verket som refererer til den studielinjen som "fysikk" - på 400 -tallet fvt grunnla Aristoteles systemet kjent som aristotelisk fysikk . Han forsøkte å forklare ideer som bevegelse (og tyngdekraft ) med teorien om fire elementer . Aristoteles mente at all materie var sammensatt av eter, eller en kombinasjon av fire elementer: jord, vann, luft og ild. Ifølge Aristoteles er disse fire terrestriske elementene i stand til inter-transformasjon og beveger seg mot sitt naturlige sted, så en stein faller nedover mot sentrum av kosmos, men flammer stiger oppover mot omkretsen . Etter hvert ble aristotelisk fysikk enormt populær i mange århundrer i Europa, og informerte den vitenskapelige og skolastiske utviklingen i middelalderen . Det forble det vanlige vitenskapelige paradigmet i Europa til Galileo Galileis og Isaac Newtons tid .

Tidlig i det klassiske Hellas var kunnskap om at jorden er sfærisk ("rund") vanlig. Rundt 240 BCE, som et resultat av en forutgående eksperiment , Eratosthenes (276-194 BCE) beregnes nøyaktig dens omkrets. I motsetning til Aristoteles 'geosentriske synspunkter, presenterte Aristarchus av Samos ( gresk : Ἀρίσταρχος ; c.310 - c.230 fvt) et eksplisitt argument for en heliosentrisk modell av solsystemet , dvs. for å plassere Solen , ikke Jorden , i sentrum . Seleucus of Seleucia , en tilhenger av Aristarchus 'heliosentriske teori, uttalte at jorden roterte rundt sin egen akse , som i sin tur kretset rundt solen. Selv om argumentene han brukte gikk tapt, uttalte Plutarch at Seleucus var den første som beviste det heliosentriske systemet gjennom resonnement.

Den gamle greske matematikeren Archimedes , kjent for sine ideer om væskemekanikk og oppdrift .

300 -tallet f.Kr. la den greske matematikeren Archimedes of Syracuse ( gresk : Ἀρχιμήδης (287–212 fvt) - generelt ansett for å være antikkens største matematiker og en av de største noensinne - grunnlaget for hydrostatikk , statikk og beregnet de underliggende matematikken i spaken . en ledende forsker på antikken, Arkimedes også utviklet forseggjorte systemer av trinser for å flytte store objekter med et minimum av innsats. de Arkimedes skrue underbygger moderne hydroengineering, og hans krigsmaskiner bidratt til å holde tilbake hærstyrkene av Roma i den første puniske krigen . Archimedes rev til og med argumenter fra Aristoteles og hans metafysikk, og påpekte at det var umulig å skille matematikk og natur og beviste det ved å konvertere matematiske teorier til praktiske oppfinnelser. Videre i sitt arbeid On Floating Bodies , rundt 250 fvt, utviklet Archimedes loven om oppdrift , også kjent som Archimedes 'prinsipp . I matematikk, Archimedes brukte metoden for utmattelse til å beregne arealet under buen på en parabel med summeringen av en uendelig serie, og ga en bemerkelsesverdig nøyaktig tilnærming til pi . Han definerte også spiralen som bærer navnet hans , formler for volumene av revolusjonsflater og et genialt system for å uttrykke veldig store tall. Han utviklet også prinsippene for likevektstilstander og tyngdepunkt , ideer som ville påvirke de kjente lærde, Galileo og Newton.

Hipparchus (190–120 fvt), med fokus på astronomi og matematikk, brukte sofistikerte geometriske teknikker for å kartlegge bevegelsen til stjernene og planetene , til og med forutsi tidspunktene da solformørkelser ville skje. I tillegg la han til beregninger av avstanden mellom solen og månen fra jorden, basert på hans forbedringer av observasjonsinstrumentene som ble brukt på den tiden. En annen av de mest berømte av de tidlige fysikerne var Ptolemaios (90–168 e.Kr.), et av de ledende sinnene i Romerrikets tid . Ptolemaios var forfatter av flere vitenskapelige avhandlinger, hvorav minst tre var av fortsatt betydning for senere islamsk og europeisk vitenskap. Den første er den astronomiske avhandlingen som nå er kjent som Almagest (på gresk, Ἡ Μεγάλη Σύνταξις, "The Great Treatise", opprinnelig Μαθηματικὴ Σύνταξις, "Mathematical Treatise"). Den andre er Geografi , som er en grundig diskusjon av den geografiske kunnskapen om den gresk-romerske verden .

Mye av den akkumulerte kunnskapen om den antikke verden gikk tapt. Selv av verkene til de mer kjente tenkerne overlevde få fragmenter. Selv om han skrev minst fjorten bøker, overlevde nesten ingenting av Hipparchus 'direkte arbeid. Av de 150 anerkjente aristoteliske verkene eksisterer bare 30, og noen av dem er "lite mer enn forelesningsnotater".

India og Kina

Det hindu-arabiske tallsystemet. Inskripsjonene på ediktene til Ashoka (3. århundre fvt) viser dette tallsystemet som ble brukt av keiserlige Mauryas .

Viktige fysiske og matematiske tradisjoner eksisterte også i gammel kinesisk og indisk vitenskap .

Stjernekart av kinesisk polymath Su Song fra 1000-tallet er de eldste kjente treklippede stjernekartene som har overlevd til i dag. Dette eksemplet, datert 1092, bruker sylindrisk projeksjon .

I indisk filosofi var Maharishi Kanada den første som systematisk utviklet en teori om atomisme rundt 200 fvt, selv om noen forfattere har tildelt ham en tidligere æra på 600 -tallet fvt. Det ble videre utdypet av de buddhistiske atomistene Dharmakirti og Dignāga i løpet av det første årtusen CE. Pakudha Kaccayana , en indisk filosof og samtidige fra Gautama Buddha fra det 6. århundre før Kristus , hadde også fremmet ideer om atomkonstitusjonen i den materielle verden. Disse filosofene mente at andre elementer (unntatt eter) var fysisk håndgripelige og derfor inneholdt små partikler av materie. Den siste lille partikkelen av materie som ikke kunne deles videre ble kalt Parmanu . Disse filosofene anså atomet for å være uforgjengelig og dermed evig. Buddhistene trodde atomer var små gjenstander som ikke kunne sees med det blotte øye som blir til og forsvinner på et øyeblikk. Den vaisheshika skole filosofer mente at et atom var bare en vits i plass . Det var også først å skildre forholdet mellom bevegelse og kraft som ble brukt. Indiske teorier om atomet er sterkt abstrakte og innblandet i filosofien ettersom de var basert på logikk og ikke på personlig erfaring eller eksperimentering. I Indian astronomi , Aryabhata 's Aryabhatiya (499 CE) foreslo jordens rotasjon , mens Nilakantha Somayaji (1444-1544) av Kerala school of astronomi og matematikk foreslått en semi-heliosentrisk modell som ligner den tychonisk system .

Studiet av magnetisme i det gamle Kina dateres tilbake til det 4. århundre fvt. (i Book of the Devil Valley Master ), En hovedbidragsyter til dette feltet var Shen Kuo (1031–1095), en polymat og statsmann som var den første som beskrev magnetnålskompasset som ble brukt til navigasjon, samt etablering av konseptet om ekte nord . Innen optikk utviklet Shen Kuo uavhengig et camera obscura .

Islamsk verden

Ibn al-Haytham (ca. 965–1040).

I det 7. til 15. århundre skjedde vitenskapelige fremskritt i den muslimske verden. Mange klassiske verk på indisk , assyrisk , sassansk (persisk) og gresk , inkludert verkene til Aristoteles , ble oversatt til arabisk . Viktige bidrag ble gitt av Ibn al-Haytham (965–1040), en arabisk forsker, ansett for å være grunnleggeren av moderne optikk . Ptolemaios og Aristoteles teoretiserte at lys enten lyste fra øyet for å belyse objekter eller at "former" kom fra objekter selv, mens al-Haytham (kjent med det latinske navnet "Alhazen") antydet at lys beveger seg til øyet i stråler fra forskjellige punkter på et objekt. Verkene til Ibn al-Haytham og Abū Rayhān Bīrūnī (973–1050), en persisk forsker, gikk til slutt videre til Vest-Europa hvor de ble studert av forskere som Roger Bacon og Witelo .

Ibn al-Haytham og Biruni var tidlige forkjempere for den vitenskapelige metoden . Ibn al-Haytham anses å være "faren til den moderne vitenskapelige metoden" på grunn av hans vektlegging av eksperimentelle data og reproduserbarhet av resultatene. Den tidligste metodiske tilnærmingen til eksperimenter i moderne forstand er synlig i verkene til Ibn al-Haytham, som introduserte en induktiv-eksperimentell metode for å oppnå resultater. Bīrūnī introduserte tidlige vitenskapelige metoder for flere forskjellige undersøkelsesområder i løpet av 1020- og 1030 -årene, inkludert en tidlig eksperimentell metode for mekanikk . Birunis metodikk lignet den moderne vitenskapelige metoden, spesielt i sin vektlegging av gjentatte eksperimenter.

Ibn Sīnā (980–1037), kjent som "Avicenna", var en polymat fra Bukhara (i dagens Usbekistan ) ansvarlig for viktige bidrag til fysikk, optikk, filosofi og medisin . Han publiserte sin teori om bevegelse i Book of Healing (1020), hvor han argumenterte for at kasteren gir et støt til et prosjektil, og mente at det var en midlertidig dyd som ville avta selv i et vakuum. Han så på det som vedvarende og krevde eksterne krefter som luftmotstand for å spre det. Ibn Sina gjorde et skille mellom 'kraft' og 'tilbøyelighet' (kalt "mayl"), og argumenterte for at et objekt fikk mayl når objektet er i opposisjon til dets naturlige bevegelse. Han konkluderte med at fortsettelse av bevegelse tilskrives helningen som overføres til objektet, og at objektet vil være i bevegelse til muren er brukt. Han hevdet også at prosjektil i vakuum ikke ville stoppe med mindre det blir handlet på. Denne oppfatningen av bevegelse er i samsvar med Newtons første bevegelseslov , treghet , som sier at et objekt i bevegelse vil forbli i bevegelse med mindre det blir påvirket av en ekstern kraft. Denne ideen som avveg fra det aristoteliske synet ble senere beskrevet som " drivkraft " av John Buridan , som ble påvirket av Ibn Sina's Healing Book .

En side fra al-Khwarizmi 's Algebra .

Hibat Allah Abu'l-Barakat al-Baghdaadi (ca. 1080-1165) adopterte og modifiserte Ibn Sina's teori om prosjektilbevegelse . I sin Kitab al-Mu'tabar uttalte Abu'l-Barakat at flytteren gir den bevegelige en voldelig tilbøyelighet ( mayl qasri ), og at dette avtar etter hvert som det bevegelige objektet tar avstand fra flytteren. Han foreslo også en forklaring av akselerasjonen av fallende legemer ved akkumulering av suksessive trinn på strømmen med suksessive trinn på hastighet . I følge Shlomo Pines var al-Baghdaadis bevegelsesteori "den eldste negasjonen av Aristoteles grunnleggende dynamiske lov [nemlig at en konstant kraft frembringer en jevn bevegelse], [og dermed er] en forventning på en vag måte om den grunnleggende loven om klassisk mekanikk [nemlig at en kraft som påføres kontinuerlig gir akselerasjon]. " Jean Buridan og Albert av Sachsen henviste senere til Abu'l-Barakat for å forklare at akselerasjonen til et fallende legeme er et resultat av dets økende drivkraft.

Ibn Bajjah (ca. 1085–1138), kjent som "Avempace" i Europa, foreslo at det for hver kraft alltid er en reaksjonskraft . Ibn Bajjah var en kritiker av Ptolemaios, og han jobbet med å lage en ny hastighetsteori for å erstatte den som Aristoteles teoretiserte. To fremtidige filosofer støttet teoriene Avempace skapte, kjent som Avempacean dynamics. Disse filosofene var Thomas Aquinas , en katolsk prest, og John Duns Scotus . Galileo vedtok videre Avempaces formel "at hastigheten til et gitt objekt er forskjellen i motivets kraft og motstanden til bevegelsesmediet".

Nasir al-Din al-Tusi (1201–1274), en persisk astronom og matematiker som døde i Bagdad introduserte Tusi-paret . Copernicus trakk senere sterkt til arbeidet til al-Din al-Tusi og hans studenter, men uten anerkjennelse.

Middelalderens Europa

Bevisstheten om gamle verk kom inn i Vesten igjen gjennom oversettelser fra arabisk til latin . Deres introduksjon, kombinert med jødisk-islamske teologiske kommentarer, hadde stor innflytelse på middelalderske filosofer som Thomas Aquinas . Skolastiske europeiske lærde , som forsøkte å forene filosofien til de gamle klassiske filosofene med kristen teologi , utropte Aristoteles til den største tenkeren i den antikke verden. I tilfeller der de ikke direkte motsier Bibelen, ble aristotelisk fysikk grunnlaget for de fysiske forklaringene til de europeiske kirkene. Kvantifisering ble et kjerneelement i middelalderens fysikk.


Basert på aristotelisk fysikk beskrev skolastisk fysikk ting som bevegelige i henhold til deres essensielle natur. Himmelske objekter ble beskrevet som å bevege seg i sirkler, fordi perfekt sirkulær bevegelse ble ansett som en medfødt egenskap for objekter som eksisterte i det uforstyrrede riket til himmelkulene . Den teorien om drivkraft , stamfar til begrepene treghet og momentum , ble utviklet langs de samme linjer av middelalderens filosofer som John Philoponus og Jean Buridan . Bevegelser under månesfæren ble sett på som ufullkomne, og kunne derfor ikke forventes å vise konsekvent bevegelse. Mer idealisert bevegelse i det "sublunære" riket kunne bare oppnås gjennom kunstverk , og før 1600 -tallet så mange ikke på kunstige eksperimenter som et gyldig middel for å lære om den naturlige verden. Fysiske forklaringer i det sublunære området dreide seg om tendenser. Steiner inneholdt elementet jord, og jordiske gjenstander hadde en tendens til å bevege seg i en rett linje mot midten av jorden (og universet i den aristoteliske geosentriske utsikten) med mindre annet er forhindret i å gjøre det.

Vitenskapelig revolusjon

I løpet av 1500- og 1600 -tallet skjedde det store fremskritt innen vitenskapelig fremgang kjent som den vitenskapelige revolusjonen i Europa. Misnøye med eldre filosofiske tilnærminger hadde begynt tidligere og hadde medført andre endringer i samfunnet, for eksempel den protestantiske reformasjonen , men revolusjonen i vitenskapen begynte da naturfilosofer begynte å få et vedvarende angrep på det skolastiske filosofiske programmet og antok at matematiske beskrivende ordninger ble tatt fra slike felt som mekanikk og astronomi kan faktisk gi universelt gyldige karakteriseringer av bevegelse og andre konsepter.

Nicolaus Copernicus

Den polske astronomen Nicolaus Copernicus (1473–1543) huskes for sin utvikling av en heliosentrisk modell av solsystemet .

Et gjennombrudd i astronomien ble gjort av den polske astronomen Nicolaus Copernicus (1473–1543) da han i 1543 ga sterke argumenter for den heliosentriske modellen av solsystemet , tilsynelatende som et middel til å gjøre tabeller som viser planetariske bevegelser mer nøyaktige og forenkle deres produksjon. I heliosentriske modeller av solsystemet kretser jorden rundt solen sammen med andre kropper i jordens galakse , en motsetning ifølge den gresk-egyptiske astronomen Ptolemaios (2. århundre e.Kr., se ovenfor), hvis system plasserte jorden i sentrum av Universet og hadde blitt akseptert i over 1400 år. Den greske astronomen Aristarchus fra Samos (c.310 - c.230 fvt) hadde antydet at jorden dreier seg om solen, men Copernicus 'resonnement førte til varig generell aksept av denne "revolusjonære" ideen. Copernicus 'bok som presenterer teorien ( De revolutionibus orbium coelestium , "On the Revolutions of the Celestial Spheres") ble utgitt like før hans død i 1543, og som det nå generelt anses å markere begynnelsen på moderne astronomi, regnes det også som markere begynnelsen på den vitenskapelige revolusjonen. Copernicus 'nye perspektiv, sammen med de nøyaktige observasjonene av Tycho Brahe , gjorde det mulig for den tyske astronomen Johannes Kepler (1571–1630) å formulere sine lover angående planetbevegelser som fortsatt er i bruk i dag.

Galileo Galilei

Galileo Galilei , tidlig talsmann for det moderne vitenskapelige verdenssynet og metoden
(1564–1642)

Den italienske matematikeren, astronomen og fysikeren Galileo Galilei (1564–1642) var kjent for sin støtte til kopernikanismen, sine astronomiske funn, empiriske eksperimenter og forbedringen av teleskopet. Som matematiker var Galileos rolle i universitetskulturen i hans epoke underordnet de tre hovedemnene for studier: jus , medisin og teologi (som var nært knyttet til filosofi). Galileo mente imidlertid at det beskrivende innholdet i de tekniske disiplinene berettiger filosofisk interesse, særlig fordi matematisk analyse av astronomiske observasjoner - særlig Copernicus 'analyse av de relative bevegelsene til Solen, Jorden, Månen og planetene - indikerte at filosofenes uttalelser om universets natur kan vise seg å være feil. Galileo utførte også mekaniske eksperimenter og insisterte på at bevegelsen i seg selv - uansett om den ble produsert "naturlig" eller "kunstig" (dvs. bevisst) - hadde universelt konsistente egenskaper som kunne beskrives matematisk.

Galileos tidlige studier ved University of Pisa var medisin, men han ble snart tiltrukket av matematikk og fysikk. Som 19 -åring oppdaget han (og senere bekreftet ) pendelens isokronale natur da han ved hjelp av pulsen timet svingningene til en svingende lampe i Pisas katedral og fant at den forble den samme for hver sving uavhengig av svingets amplitude . Han ble snart kjent gjennom oppfinnelsen av en hydrostatisk balanse og for sin avhandling om tyngdepunktet til faste legemer. Mens han underviste ved University of Pisa (1589–92), startet han eksperimentene sine om lovene i bevegelser som førte til resultater som var så motstridende mot den aksepterte læren til Aristoteles at sterk antagonisme ble vekket. Han fant ut at kropper ikke faller med hastigheter som er proporsjonale med vekten. Den berømte historien der Galileo sies å ha sluppet vekter fra det skjeve tårnet i Pisa er apokryf, men han fant ut at banen til et prosjektil er en parabel og er kreditert med konklusjoner som forutså Newtons bevegelseslover (f.eks. treghet ). Blant disse er det som nå kalles galileisk relativitet , den første presist formulerte utsagnet om egenskaper til rom og tid utenfor tredimensjonal geometri .

En sammensatt montasje som sammenligner Jupiter (venstre side) og dens fire galileiske måner (topp til bunn: Io , Europa , Ganymede , Callisto ).

Galileo har blitt kalt "far til moderne observasjonsastronomi ", "far til moderne fysikk ", "vitenskapens far" og "far til moderne vitenskap ". I følge Stephen Hawking var "Galileo, kanskje mer enn noen annen enkeltperson, ansvarlig for fødselen av moderne vitenskap." Etter hvert som religiøs ortodoksi bestemte en geosentrisk eller tykonisk forståelse av solsystemet, provoserte Galileos støtte til heliosentrisme kontrovers, og han ble prøvd av inkvisisjonen . Funnet "sterkt mistenkt for kjetteri", ble han tvunget til å gå tilbake og tilbrakte resten av livet i husarrest.

Bidragene Galileo ga til observasjonsastronomi inkluderer teleskopisk bekreftelse av Venus -fasene ; hans oppdagelse, i 1609, av Jupiters fire største måner (senere gitt det kollektive navnet " Galileiske måner "); og observasjon og analyse av solflekker . Galileo forfulgte også anvendt vitenskap og teknologi og oppfant blant annet et militært kompass . Hans oppdagelse av de joviske måner ble publisert i 1610 og gjorde ham i stand til å få stillingen som matematiker og filosof til Medici -domstolen. Som sådan ble det forventet at han skulle delta i debatter med filosofer i den aristoteliske tradisjonen og mottok et stort publikum for sine egne publikasjoner som Discourses and Mathematical Demonstrations Concerning Two New Sciences (utgitt i utlandet etter at han ble arrestert for publiseringen av Dialogue Concerning the Two Chief World Systems ) og The Assayer . Galileos interesse for å eksperimentere med og formulere matematiske beskrivelser av bevegelse etablerte eksperimentering som en integrert del av naturfilosofien. Denne tradisjonen, kombinert med den ikke-matematiske vektleggingen av samlingen av "eksperimentelle historier" av filosofiske reformister som William Gilbert og Francis Bacon , fikk en betydelig følge i årene frem til og etter Galileos død, inkludert Evangelista Torricelli og deltakerne i Accademia del Cimento i Italia; Marin Mersenne og Blaise Pascal i Frankrike; Christiaan Huygens i Nederland; og Robert Hooke og Robert Boyle i England.

René Descartes

René Descartes
(1596–1650)

Den franske filosofen René Descartes (1596–1650) var godt forbundet med, og innflytelsesrik innenfor, datidens eksperimentelle filosofinettverk. Descartes hadde imidlertid en mer ambisiøs agenda, som var rettet mot å erstatte den skolastiske filosofiske tradisjonen helt. Da han satte spørsmålstegn ved virkeligheten som ble tolket gjennom sansene, forsøkte Descartes å gjenopprette filosofiske forklaringsordninger ved å redusere alle opplevde fenomener til å kunne tilskrives bevegelsen til et usynlig hav av "legemer". (Spesielt reserverte han menneskelig tankegang og Gud fra sin plan, og holdt disse for å være atskilt fra det fysiske universet). Da han foreslo dette filosofiske rammeverket, antok Descartes at forskjellige bevegelser, som for eksempel planeter mot jordobjekter, ikke var grunnleggende forskjellige, men bare var forskjellige manifestasjoner av en endeløs kjede av korpuskulære bevegelser som fulgte universelle prinsipper. Spesielt innflytelsesrik var forklaringene hans på sirkulære astronomiske bevegelser når det gjaldt hvirvelbevegelsen til legemene i rommet (Descartes argumenterte i samsvar med skolastikkens tro på, om ikke metodene, at et vakuum ikke kunne eksistere), og hans forklaring på tyngdekraften når det gjelder kroppene som skyver gjenstander nedover.

Descartes var, i likhet med Galileo, overbevist om viktigheten av matematisk forklaring, og han og hans tilhengere var nøkkelfigurer i utviklingen av matematikk og geometri på 1600 -tallet. Kartesiske matematiske beskrivelser av bevegelse mente at alle matematiske formuleringer måtte være forsvarlige når det gjelder direkte fysisk handling, en posisjon inneholdt av Huygens og den tyske filosofen Gottfried Leibniz , som, mens han fulgte i den kartesiske tradisjonen, utviklet sitt eget filosofiske alternativ til skolastikk, som han skisserte i sitt verk fra 1714, The Monadology . Descartes har blitt kalt "Faderen til moderne filosofi", og mye senere vestlig filosofi er et svar på hans skrifter, som studeres nøye den dag i dag. Spesielt fortsetter hans meditasjoner om første filosofi å være en standardtekst ved de fleste universitetsfilosofiske avdelinger. Descartes innflytelse i matematikk er like tydelig; det kartesiske koordinatsystemet -slik at algebraiske ligninger kan uttrykkes som geometriske former i et todimensjonalt koordinatsystem-ble oppkalt etter ham. Han blir kreditert som far til analytisk geometri , broen mellom algebra og geometri , viktig for oppdagelsen av beregning og analyse .

Isaac Newton

Sir Isaac Newton
(1642–1727)

På slutten av 1600- og begynnelsen av 1700-tallet ble prestasjonene til Cambridge University fysiker og matematiker Sir Isaac Newton (1642-1727). Newton, stipendiat i Royal Society of England , kombinerte sine egne funn innen mekanikk og astronomi med tidligere for å lage et enkelt system for å beskrive universets virkemåte. Newton formulerte tre bevegelseslover som formulerte forholdet mellom bevegelse og objekter og også loven om universell gravitasjon , sistnevnte som kan brukes til å forklare atferden til ikke bare fallende legemer på jorden, men også planeter og andre himmellegemer. For å komme til resultatene oppfant Newton en form for en helt ny gren av matematikk: calculus (også oppfunnet uavhengig av Gottfried Leibniz ), som skulle bli et viktig verktøy i mye av den senere utviklingen i de fleste grener av fysikk. Newtons funn ble angitt i hans Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ("Mathematical Principles of Natural Philosophy"), hvis utgivelse i 1687 markerte begynnelsen på den moderne perioden med mekanikk og astronomi.

Newton var i stand til å tilbakevise den kartesianske mekaniske tradisjonen om at alle bevegelser skulle forklares med hensyn til den umiddelbare kraften som utøves av kroppene. Ved å bruke sine tre bevegelseslover og loven om universell gravitasjon, fjernet Newton ideen om at objekter fulgte stier bestemt av naturlige former og i stedet demonstrerte at ikke bare jevnlig observerte stier, men alle framtidige bevegelser i ethvert legeme kunne utledes matematisk basert på kunnskap om deres eksisterende bevegelse, masse og krefter som virker på dem. Imidlertid samsvarte observerte himmelske bevegelser ikke nøyaktig med en newtonsk behandling, og Newton, som også var dypt interessert i teologi , forestilte seg at Gud grep inn for å sikre solsystemets fortsatte stabilitet.

Gottfried Leibniz
(1646–1716)

Newtons prinsipper (men ikke hans matematiske behandlinger) viste seg å være kontroversielle med kontinentale filosofer, som fant hans mangel på metafysisk forklaring på bevegelse og gravitasjon filosofisk uakseptabelt. Fra rundt 1700 åpnet det seg en bitter splittelse mellom de kontinentale og britiske filosofiske tradisjonene, som ble oppvokst av hete, pågående og ondskapsvis personlige tvister mellom tilhengerne av Newton og Leibniz om prioritet fremfor analytiske beregningsteknikker , som hver hadde utviklet seg uavhengig. I utgangspunktet rådde de kartesianske og leibniziske tradisjonene på kontinentet (noe som førte til dominans av den leibniziske beregningsnotasjonen overalt bortsett fra Storbritannia). Newton forble selv privat forstyrret over mangelen på en filosofisk forståelse av gravitasjon, mens han i hans skrifter insisterte på at ingen var nødvendig for å utlede dens virkelighet. Etter hvert som 1700 -tallet utviklet seg, aksepterte kontinentale naturfilosoffer i økende grad Newtonians vilje til å gi avkall på ontologiske metafysiske forklaringer på matematisk beskrevne bevegelser.

Newton bygde det første fungerende reflekterende teleskopet og utviklet en teori om farger, publisert i Opticks , basert på observasjonen av at et prisme bryter ned hvitt lys i de mange fargene som danner det synlige spekteret . Mens Newton forklarte lys som sammensatt av små partikler, ble en rivaliserende teori om lys som forklarte dets oppførsel i form av bølger presentert i 1690 av Christiaan Huygens . Troen på den mekanistiske filosofien kombinert med Newtons rykte betydde imidlertid at bølgeteorien så relativt liten støtte fram til 1800 -tallet. Newton formulerte også en empirisk kjølelov , studerte lydens hastighet , undersøkte kraftserier , demonstrerte den generaliserte binomiske setningen og utviklet en metode for å tilnærme røttene til en funksjon . Hans arbeid med uendelige serier ble inspirert av Simon Stevins desimaler. Viktigst av alt viste Newton at bevegelsene til objekter på jorden og til himmellegemer styres av det samme settet med naturlover, som verken var lunefulle eller ondskapsfulle. Ved å demonstrere konsistensen mellom Keplers lover om planetarisk bevegelse og sin egen gravitasjonsteori, fjernet Newton også den siste tvilen om heliosentrisme. Ved å samle alle ideene som ble fremsatt under den vitenskapelige revolusjonen, etablerte Newton effektivt grunnlaget for det moderne samfunnet innen matematikk og vitenskap.

Andre prestasjoner

Andre grener av fysikk fikk også oppmerksomhet i løpet av den vitenskapelige revolusjonen. William Gilbert , hofflege for dronning Elizabeth I , publiserte et viktig arbeid om magnetisme i 1600, og beskrev hvordan jorden selv oppfører seg som en gigantisk magnet. Robert Boyle (1627–91) studerte oppførselen til gasser innelukket i et kammer og formulerte gassloven oppkalt etter ham ; han bidro også til fysiologi og til grunnleggelsen av moderne kjemi. En annen viktig faktor i den vitenskapelige revolusjonen var fremveksten av lærde samfunn og akademier i forskjellige land. Den tidligste av disse var i Italia og Tyskland og var kortvarig. Mer innflytelsesrike var Royal Society of England (1660) og Academy of Sciences i Frankrike (1666). Førstnevnte var en privat institusjon i London og inkluderte forskere som John Wallis , William Brouncker , Thomas Sydenham , John Mayow og Christopher Wren (som ikke bare bidro til arkitektur, men også til astronomi og anatomi); sistnevnte, i Paris, var en regjeringsinstitusjon og inkluderte som utenlandsk medlem nederlenderen Huygens. På 1700 -tallet ble viktige kongelige akademier opprettet i Berlin (1700) og i St. Petersburg (1724). Samfunnene og akademiene ga de viktigste mulighetene for publisering og diskusjon av vitenskapelige resultater under og etter den vitenskapelige revolusjonen. I 1690 viste James Bernoulli at sykloen er løsningen på tautokronproblemet; og året etter, i 1691, viste Johann Bernoulli at en kjede fritt suspendert fra to punkter vil danne en kontaktledning , kurven med lavest mulig tyngdepunkt tilgjengelig for en kjede som henger mellom to faste punkter. Deretter viste han i 1696 at cykloidet er løsningen på brachistochron -problemet.

Tidlig termodynamikk

En forløper for motoren ble designet av den tyske forskeren Otto von Guericke som i 1650 designet og bygde verdens første vakuumpumpe og skapte verdens første vakuum noensinne kjent som Magdeburg hemisfærer -eksperimentet. Han ble drevet til å lage et vakuum for å motbevise Aristoteles 'langvarige antagelse om at ' naturen avskyr et vakuum ' . Kort tid etter hadde den irske fysikeren og kjemikeren Boyle lært om Guerickes design og i 1656, i samordning med den engelske forskeren Robert Hooke , bygd en luftpumpe. Ved hjelp av denne pumpen la Boyle og Hooke merke til trykk-volum-korrelasjonen for en gass: PV = k , hvor P er trykk , V er volum og k er en konstant: dette forholdet er kjent som Boyles lov . På den tiden ble luft antatt å være et system av ubevegelige partikler, og ikke tolket som et system med bevegelige molekyler. Begrepet termisk bevegelse kom to århundrer senere. Derfor snakker Boyles publikasjon i 1660 om et mekanisk konsept: luftfjæren. Senere, etter oppfinnelsen av termometeret, kunne egenskapstemperaturen kvantifiseres. Dette verktøyet ga Gay-Lussac muligheten til å utlede loven hans , som kort tid senere førte til den ideelle gassloven . Men allerede før etableringen av den ideelle gassloven, bygde en medarbeider av Boyles navn Denis Papin i 1679 en benkoker, som er et lukket fartøy med et tettsittende lokk som begrenser damp inntil et høyt trykk genereres.

Senere design implementerte en damputløserventil for å hindre at maskinen eksploderte. Ved å se ventilen rytmisk bevege seg opp og ned, tenkte Papin ideen om et stempel- og sylindermotor. Han fulgte imidlertid ikke opp med designet. Likevel, i 1697, basert på Papins design, bygde ingeniør Thomas Savery den første motoren. Selv om disse tidlige motorene var rå og ineffektive, vakte de oppmerksomhet fra datidens ledende forskere. Derfor, før 1698 og oppfinnelsen av Savery Engine , ble hester brukt til å drive remskiver, festet til bøtter, som løftet vann ut av oversvømte saltgruver i England. I årene som fulgte ble det bygget flere varianter av dampmotorer, for eksempel Newcomen Engine , og senere Watt Engine . Med tiden ville disse tidlige motorene til slutt bli brukt i stedet for hester. Dermed begynte hver motor å bli assosiert med en viss mengde "hestekrefter" avhengig av hvor mange hester den hadde byttet ut. Hovedproblemet med disse første motorene var at de var trege og klønete, og konverterte mindre enn 2% av drivstoffet til nyttig arbeid. Med andre ord måtte store mengder kull (eller tre) brennes for å gi bare en liten brøkdel av arbeidsmengden. Derfor ble behovet for en ny vitenskap om motordynamikk født.

1700-tallets utvikling

Alessandro Volta
(1745–1827)

I løpet av 1700 -tallet ble mekanikken som ble grunnlagt av Newton utviklet av flere forskere etter hvert som flere matematikere lærte beregning og utdypet den opprinnelige formuleringen. Anvendelsen av matematisk analyse på bevegelsesproblemer ble kjent som rasjonell mekanikk, eller blandet matematikk (og ble senere kalt klassisk mekanikk ).

Mekanikk

Daniel Bernoulli
(1700–1782)

I 1714 avledet Brook Taylor grunnfrekvensen til en strukket vibrerende streng når det gjelder spenning og masse per lengdenhet ved å løse en differensialligning . Den sveitsiske matematikeren Daniel Bernoulli (1700–1782) gjorde viktige matematiske studier av oppførselen til gasser, i påvente av den kinetiske teorien om gasser som ble utviklet mer enn et århundre senere, og har blitt omtalt som den første matematiske fysikeren. I 1733 avledet Daniel Bernoulli grunnfrekvensen og harmonikken til en hengende kjede ved å løse en differensialligning. I 1734 løste Bernoulli differensialligningen for vibrasjonene til en elastisk stang klemt i den ene enden. Bernoulli behandling av fluiddynamikk og hans undersøkelse av væskestrømmen ble innført i hans 1738 arbeid Hydrodynamica .

Rasjonell mekanikk behandlet først og fremst utviklingen av forseggjorte matematiske behandlinger av observerte bevegelser, ved bruk av Newton -prinsipper som grunnlag, og la vekt på å forbedre komplekse beregninger og utvikle legitime metoder for analytisk tilnærming. En representativ samtidsbok ble utgitt av Johann Baptiste Horvath . På slutten av århundret var analytiske behandlinger strenge nok til å verifisere stabiliteten i solsystemet utelukkende på grunnlag av Newtons lover uten henvisning til guddommelig inngrep - selv om deterministiske behandlinger av systemer så enkle som de tre kroppsproblemene i gravitasjon forble ugjennomtrengelige. I 1705 spådde Edmond Halley periodisiteten til Halleys komet , William Herschel oppdaget Uranus i 1781, og Henry Cavendish målte gravitasjonskonstanten og bestemte jordens masse i 1798. I 1783 foreslo John Michell at noen gjenstander kan være så massive at ikke engang lys kunne slippe unna dem.

I 1739 løste Leonhard Euler den vanlige differensialligningen for en tvungen harmonisk oscillator og la merke til resonansfenomenet. I 1742 oppdaget Colin Maclaurin sine jevnt roterende selvgraviterende sfæroider . I 1742 publiserte Benjamin Robins sine nye prinsipper i Gunnery , og etablerte vitenskapen om aerodynamikk. Britisk arbeid, utført av matematikere som Taylor og Maclaurin, falt bak den kontinentale utviklingen etter hvert som århundret utviklet seg. I mellomtiden blomstret arbeidet ved vitenskapelige akademier på kontinentet, ledet av matematikere som Bernoulli, Euler, Lagrange, Laplace og Legendre . I 1743 publiserte Jean le Rond d'Alembert sin Traite de Dynamique , der han introduserte konseptet med generaliserte krefter for å akselerere systemer og systemer med begrensninger, og brukte den nye ideen om virtuelt arbeid for å løse dynamiske problemer, nå kjent som D ' Alemberts prinsipp , som en rival til Newtons andre bevegelseslov. I 1747 brukte Pierre Louis Maupertuis minimumsprinsipper for mekanikk. I 1759 løste Euler den delvise differensiallikningen for vibrasjonen av en rektangulær trommel. I 1764 undersøkte Euler den delvise differensiallikningen for vibrasjon av en sirkulær trommel og fant en av Bessel -funksjonsløsningene. I 1776 publiserte John Smeaton et papir om eksperimenter om kraft, arbeid , momentum og kinetisk energi og støtte bevaring av energi . I 1788 presenterte Joseph Louis Lagrange Lagranges bevegelsesligninger i Mécanique Analytique , der hele mekanikken var organisert rundt prinsippet om virtuelt arbeid. I 1789 uttaler Antoine Lavoisier loven om bevaring av masse . Den rasjonelle mekanikken som ble utviklet på 1700-tallet, mottok en strålende utstilling i både Lagranges verk fra 1788 og Celestial Mechanics (1799–1825) til Pierre-Simon Laplace .

Termodynamikk

I løpet av 1700 -tallet ble termodynamikk utviklet gjennom teoriene om vektløse "imponderable fluids" , som varme ("caloric"), elektrisitet og phlogiston (som raskt ble styrtet som et begrep etter Lavoisiers identifisering av oksygengass sent på århundret) . Forutsatt at disse konseptene var ekte væsker, kan strømmen spores gjennom et mekanisk apparat eller kjemiske reaksjoner. Denne tradisjonen med eksperimentering førte til utviklingen av nye typer eksperimentelle apparater, for eksempel Leyden Jar ; og nye typer måleinstrumenter, for eksempel kalorimeteret , og forbedrede versjoner av gamle, for eksempel termometeret . Eksperimenter ga også nye konsepter, for eksempel University of Glasgow -eksperimentator Joseph Blacks forestilling om latent varme og Philadelphia -intellektuelle Benjamin Franklins karakterisering av elektrisk væske som flyter mellom steder med overskudd og underskudd (et begrep som senere ble tolket på nytt i form av positivt og negative ladninger ). Franklin viste også at lyn er elektrisitet i 1752.

Den aksepterte teorien om varme på 1700 -tallet så på det som en slags væske, kalt kalori ; Selv om denne teorien senere ble vist å være feilaktig, gjorde en rekke forskere som fulgte den likevel viktige funn nyttige for å utvikle den moderne teorien, inkludert Joseph Black (1728–99) og Henry Cavendish (1731–1810). I motsetning til denne kaloriteorien, som hovedsakelig hadde blitt utviklet av kjemikerne, var den mindre aksepterte teorien fra Newtons tid om at varme skyldes bevegelsene til partiklene i et stoff. Denne mekaniske teorien fikk støtte i 1798 fra kanonkjedelige eksperimenter av grev Rumford ( Benjamin Thompson ), som fant et direkte forhold mellom varme og mekanisk energi.

Selv om det ble anerkjent tidlig på 1700 -tallet at det ville være en viktig prestasjon å finne absolutte teorier om elektrostatisk og magnetisk kraft i likhet med Newtons bevegelsesprinsipper. Denne umuligheten forsvant bare sakte etter hvert som eksperimentell praksis ble mer utbredt og mer forfinet i begynnelsen av 1800 -tallet på steder som den nyetablerte Royal Institution i London. I mellomtiden begynte de analytiske metodene for rasjonell mekanikk å bli brukt på eksperimentelle fenomener, mest innflytelsesrik med den franske matematikeren Joseph Fouriers analytiske behandling av varmestrømmen, som ble publisert i 1822. Joseph Priestley foreslo en elektrisk invers-square-lov i 1767 , og Charles-Augustin de Coulomb introduserte den inverse kvadratiske loven om elektrostatikk i 1798.

På slutten av århundret hadde medlemmene av det franske vitenskapsakademiet oppnådd klar dominans på feltet. Samtidig vedvarte den eksperimentelle tradisjonen som ble etablert av Galileo og hans tilhengere. The Royal Society og Det franske vitenskapsakademiet var store sentre for gjennomføring og rapportering av eksperimentelt arbeid. Eksperimenter innen mekanikk, optikk, magnetisme , statisk elektrisitet , kjemi og fysiologi ble ikke tydelig skilt fra hverandre i løpet av 1700 -tallet, men betydelige forskjeller i forklaringsordninger og dermed eksperimentdesign dukket opp. Kjemiske eksperimenter trosset for eksempel forsøk på å håndheve et skjema med abstrakte newtonske krefter på kjemiske forbindelser, og fokuserte i stedet på isolering og klassifisering av kjemiske stoffer og reaksjoner.

1800 -tallet

Mekanikk

I 1821 begynte William Hamilton sin analyse av Hamiltons karakteristiske funksjon. I 1835 uttalte han Hamiltons kanoniske bevegelsesligninger .

I 1813 støttet Peter Ewart ideen om bevaring av energi i sitt papir Om målet på bevegelig kraft . I 1829 introduserte Gaspard Coriolis arbeidsbetingelsene (kraft ganger avstand) og kinetisk energi med betydningen de har i dag. I 1841 skrev Julius Robert von Mayer , en amatørforsker , et papir om bevaring av energi, selv om hans mangel på akademisk opplæring førte til avvisning. I 1847 uttalte Hermann von Helmholtz formelt loven om bevaring av energi.

Elektromagnetisme

Michael Faraday
(1791–1867)

I 1800 oppfant Alessandro Volta det elektriske batteriet (kjent som voltaic haugen ) og forbedret dermed måten elektriske strømmer også kunne studeres. Et år senere demonstrerte Thomas Young lysets bølgenatur-som mottok sterk eksperimentell støtte fra arbeidet til Augustin-Jean Fresnel- og forstyrrelsesprinsippet. I 1820 fant Hans Christian Ørsted ut at en strømførende leder gir opphav til en magnetisk kraft som omgir den, og i løpet av en uke etter at Ørsteds oppdagelse nådde Frankrike, oppdaget André-Marie Ampère at to parallelle elektriske strømmer vil utøve krefter på hverandre. I 1821 bygde Michael Faraday en elektrisitetsdrevet motor, mens Georg Ohm uttalte sin lov om elektrisk motstand i 1826, og uttrykte forholdet mellom spenning, strøm og motstand i en elektrisk krets.

I 1831 oppdaget Faraday (og uavhengig Joseph Henry ) den motsatte effekten, produksjonen av et elektrisk potensial eller strøm gjennom magnetisme - kjent som elektromagnetisk induksjon ; disse to funnene er grunnlaget for henholdsvis den elektriske motoren og den elektriske generatoren.

Termodynamikklover

På 1800 -tallet ble forbindelsen mellom varme og mekanisk energi etablert kvantitativt av Julius Robert von Mayer og James Prescott Joule , som målte den mekaniske ekvivalenten til varme på 1840 -tallet. I 1849 publiserte Joule resultater fra sin serie eksperimenter (inkludert padlehjulseksperimentet) som viser at varme er en form for energi, et faktum som ble akseptert på 1850 -tallet. Forholdet mellom varme og energi var viktig for utviklingen av dampmotorer, og i 1824 ble det eksperimentelle og teoretiske arbeidet til Sadi Carnot publisert. Carnot fanget opp noen av ideene om termodynamikk i sin diskusjon om effektiviteten til en idealisert motor. Sadi Carnots arbeid utgjorde et grunnlag for formuleringen av den første loven om termodynamikk - en omformulering av lov om bevaring av energi - som ble uttalt rundt 1850 av William Thomson , senere kjent som Lord Kelvin, og Rudolf Clausius . Lord Kelvin, som hadde utvidet konseptet med absolutt null fra gasser til alle stoffer i 1848, trakk på ingeniørteorien til Lazare Carnot , Sadi Carnot og Émile Clapeyron - samt eksperimenteringen av James Prescott Joule om utskiftbarhet av mekanisk, kjemiske, termiske og elektriske arbeidsformer - for å formulere den første loven.

Kelvin og Clausius uttalte også termodynamikkens andre lov , som opprinnelig ble formulert med tanke på at varme ikke spontant strømmer fra et kaldere legeme til et varmere. Andre formuleringer fulgte raskt (for eksempel ble den andre loven forklart i Thomson og Peter Guthrie Taits innflytelsesrike arbeid Treatise on Natural Philosophy ) og spesielt Kelvin forsto noen av lovens generelle implikasjoner. Den andre loven var tanken på at gasser består av molekyler i bevegelse hadde blitt diskutert i detalj av Daniel Bernoulli i 1738, men hadde falt i unåde, og ble gjenopplivet av Clausius i 1857. I 1850 målte Hippolyte Fizeau og Léon Foucault lysets hastighet i vann og finn at det er langsommere enn i luft, til støtte for bølgemodellen av lys. I 1852 demonstrerte Joule og Thomson at en raskt ekspanderende gass avkjøles, senere kalt Joule - Thomson -effekten eller Joule - Kelvin -effekten. Hermann von Helmholtz fremsetter ideen om universets varmedød i 1854, samme år som Clausius fastslår viktigheten av dQ/T ( Clausius -teoremet ) (selv om han ennå ikke nevnte mengden).

Statistisk mekanikk (en grunnleggende ny tilnærming til vitenskap)

James Clerk Maxwell
(1831–1879)

I 1859 oppdaget James Clerk Maxwell fordelingsloven for molekylære hastigheter . Maxwell viste at elektriske og magnetiske felt forplanter seg utover fra kilden med en hastighet lik lysets og at lys er en av flere typer elektromagnetisk stråling, som bare skiller seg i frekvens og bølgelengde fra de andre. I 1859 utarbeidet Maxwell matematikken for fordelingen av hastighetene til molekylene i en gass. Bølgeteorien om lys ble allment akseptert på tidspunktet for Maxwells arbeid med det elektromagnetiske feltet, og deretter var studiet av lys og elektrisitet og magnetisme nært beslektet. I 1864 publiserte James Maxwell sine artikler om en dynamisk teori om det elektromagnetiske feltet, og uttalte at lys er et elektromagnetisk fenomen i publiseringen av Maxwell's Treatise on Electricity and Magnetism fra 1873 . Dette arbeidet trakk på teoretisk arbeid av tyske teoretikere som Carl Friedrich Gauss og Wilhelm Weber . Innkapsling av varme i partikkelformet bevegelse, og tillegg av elektromagnetiske krefter til Newtons dynamikk etablerte en enormt robust teoretisk grunnlag for fysiske observasjoner.

Forutsigelsen om at lys representerte en overføring av energi i bølgeform gjennom en " lysende eter ", og den tilsynelatende bekreftelsen på den spådommen med Helmholtz -student Heinrich Hertz 'påvisning av elektromagnetisk stråling fra 1888 , var en stor triumf for fysisk teori og økte muligheten at enda mer grunnleggende teorier basert på feltet snart kunne utvikles. Eksperimentell bekreftelse av Maxwells teori ble levert av Hertz, som genererte og oppdaget elektriske bølger i 1886 og verifiserte egenskapene deres, samtidig som de varslet bruken av dem i radio, fjernsyn og andre enheter. I 1887 oppdaget Heinrich Hertz den fotoelektriske effekten . Forskning på de elektromagnetiske bølgene begynte like etter, med mange forskere og oppfinnere som utførte eksperimenter på eiendommene sine. I midten til slutten av 1890-tallet Guglielmo Marconi utviklet et radiobølgebasert trådløs telegrafi system (se oppfinnelse av radio ).

Atomteorien om materie hadde blitt foreslått igjen på begynnelsen av 1800-tallet av kjemikeren John Dalton og ble en av hypotesene om den kinetisk-molekylære teorien om gasser utviklet av Clausius og James Clerk Maxwell for å forklare termodynamikkens lover.

Ludwig Boltzmann
(1844-1906)

Den kinetiske teorien førte igjen til en revolusjonær tilnærming til vitenskapen, den statistiske mekanikken til Ludwig Boltzmann (1844–1906) og Josiah Willard Gibbs (1839–1903), som studerer statistikken til mikrostater i et system og bruker statistikk for å bestemme tilstanden av et fysisk system. I sammenheng med den statistiske sannsynligheten for visse tilstander av organisering av disse partiklene med energien fra disse statene, tolket Clausius på nytt at energispredningen var den statistiske tendensen til molekylære konfigurasjoner til å passere mot stadig mer sannsynlige, stadig mer uorganiserte stater (myntet begrepet " entropi " til beskrive disorganiseringen av en stat). De statistiske versus absolutte tolkningene av termodynamikkens andre lov satte opp en tvist som ville vare i flere tiår (produsere argumenter som " Maxwells demon "), og som ikke ville bli antatt å bli løst definitivt før atomenes atferd var fastslått på begynnelsen av 1900 -tallet. I 1902 fant James Jeans lengdeskalaen som kreves for at gravitasjonsforstyrrelser skal vokse i et statisk nesten homogent medium.

Andre utviklinger

I 1822 oppdaget botanikeren Robert Brown Brownsk bevegelse : pollenkorn i vann som beveger seg som følge av bombardementene av de raskt bevegelige atomene eller molekylene i væsken.

I 1834 oppdaget Carl Jacobi sine jevnt roterende selvgraviterende ellipsoider ( Jacobi ellipsoiden ).

I 1834 observerte John Russell en ikke -forfallende ensom vannbølge ( soliton ) i Union Canal nær Edinburgh og brukte en vanntank for å studere avhengigheten av ensomme vannbølgehastigheter på bølgeamplitude og vanndybde. I 1835 undersøkte Gaspard Coriolis teoretisk den mekaniske effektiviteten til vannhjul, og utledet Coriolis -effekten . I 1842 foreslo Christian Doppler Doppler -effekten .

I 1851 viste Léon Foucault jordens rotasjon med en enorm pendel ( Foucault pendel ).

Det var viktige fremskritt innen kontinuummekanikk i første halvdel av århundret, nemlig formulering av elastisitetslover for faste stoffer og oppdagelse av Navier - Stokes ligninger for væsker.

1900 -tallet: fødsel av moderne fysikk

På slutten av 1800 -tallet hadde fysikken utviklet seg til det punktet hvor klassisk mekanikk kunne takle svært komplekse problemer som involverer makroskopiske situasjoner; termodynamikk og kinetisk teori var godt etablert; geometrisk og fysisk optikk kan forstås når det gjelder elektromagnetiske bølger; og bevaringslovene for energi og momentum (og masse) ble allment akseptert. Så dyptgående var denne og andre utviklinger at det var allment akseptert at alle viktige fysikklover var blitt oppdaget, og at forskning fremover ville være opptatt av å rydde opp i mindre problemer og spesielt forbedringer av metode og måling. Omkring 1900 oppstod imidlertid alvorlig tvil om fullstendigheten til de klassiske teoriene - triumfen til Maxwells teorier, for eksempel, ble undergravd av utilstrekkeligheter som allerede hadde begynt å dukke opp - og deres manglende evne til å forklare visse fysiske fenomener, for eksempel energifordelingen i svart kroppsstråling og den fotoelektriske effekten , mens noen av de teoretiske formuleringene førte til paradokser når de ble presset til det ytterste. Fremtredende fysikere som Hendrik Lorentz , Emil Cohn , Ernst Wiechert og Wilhelm Wien mente at noen modifikasjoner av Maxwells ligninger kan danne grunnlaget for alle fysiske lover. Disse manglene i klassisk fysikk skulle aldri løses og nye ideer var påkrevd. På begynnelsen av 1900 -tallet rystet en stor revolusjon fysikkens verden, noe som førte til en ny æra, vanligvis referert til som moderne fysikk .

Stråleeksperimenter

JJ Thomson (1856–1940) oppdaget elektronet og isotopien og oppfant også massespektrometeret . Han ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 1906.

På 1800-tallet begynte eksperimenter å oppdage uventede former for stråling: Wilhelm Röntgen forårsaket en sensasjon da han oppdaget røntgenstråler i 1895; i 1896 oppdaget Henri Becquerel at visse typer materiell avgir stråling av seg selv. I 1897 oppdaget JJ Thomson elektronet , og nye radioaktive elementer funnet av Marie og Pierre Curie stilte spørsmål om det antatt uforgjengelige atomet og materiens natur. Marie og Pierre laget begrepet " radioaktivitet " for å beskrive denne egenskapen til materie, og isolerte de radioaktive elementene radium og polonium . Ernest Rutherford og Frederick Soddy identifiserte to av Becquerels stråleformer med elektroner og elementet helium . Rutherford identifiserte og navngav to typer radioaktivitet og tolket i 1911 eksperimentelle bevis som at atomet består av en tett, positivt ladet kjerne omgitt av negativt ladede elektroner. Klassisk teori spådde imidlertid at denne strukturen skulle være ustabil. Klassisk teori hadde også ikke klart å forklare to andre eksperimentelle resultater som dukket opp på slutten av 1800 -tallet. En av disse var demonstrasjonen av Albert A. Michelson og Edward W. Morley - kjent som Michelson - Morley -eksperimentet - som viste at det ikke syntes å være en foretrukket referanseramme, i ro med hensyn til den hypotetiske lysende eteren , for beskriver elektromagnetiske fenomener. Studier av stråling og radioaktivt forfall fortsatte å være et fremtredende fokus for fysisk og kjemisk forskning gjennom 1930 -årene, da oppdagelsen av atomfisjon av Lise Meitner og Otto Frisch åpnet veien for praktisk utnyttelse av det som ble kalt "atom" energi .

Albert Einsteins relativitetsteori

Albert Einstein (1879–1955), fotografert her rundt 1905

I 1905 viste en 26 år gammel tysk fysiker ved navn Albert Einstein (den gang patentansvarlig i Bern , Sveits) hvordan målinger av tid og rom påvirkes av bevegelse mellom en observatør og det som blir observert. Einsteins radikale relativitetsteori revolusjonerte vitenskapen. Selv om Einstein ga mange andre viktige bidrag til vitenskapen, representerer relativitetsteorien alene en av de største intellektuelle prestasjonene gjennom tidene. Selv om relativitetskonseptet ikke ble introdusert av Einstein, var hans viktigste bidrag erkjennelsen av at lysets hastighet i et vakuum er konstant, dvs. den samme for alle observatører, og en absolutt fysisk grense for bevegelse. Dette påvirker ikke en persons daglige liv siden de fleste objekter beveger seg med mye lavere hastigheter enn lyshastighet. For objekter som beveger seg nær lyshastighet, viser imidlertid relativitetsteorien at klokker knyttet til disse objektene vil gå saktere og at objektene forkortes i lengden i henhold til målinger av en observatør på jorden. Einstein avledet også den berømte ligningen, E = mc 2 , som uttrykker ekvivalensen mellom masse og energi .

Spesiell relativitet

Einstein foreslått at gravitasjon er et resultat av masser (eller deres tilsvarende energier ) krummer ( "bøying"), det rom og tid i hvilken de eksisterer, å endre de baner de følger i den.

Einstein hevdet at lysets hastighet var konstant i alle treghetsreferanserammer og at elektromagnetiske lover burde forbli gyldige uavhengig av referanseramme - påstander som gjorde eteren "overflødig" til fysisk teori, og som mente at observasjoner av tid og lengde varierte relativt til hvordan observatøren beveget seg med hensyn til objektet som ble målt (det som ble kalt den " spesielle relativitetsteorien "). Det fulgte også med at masse og energi var utskiftbare mengder i henhold til ligningen E = mc 2 . I en annen artikkel som ble utgitt samme år, hevdet Einstein at elektromagnetisk stråling ble overført i diskrete mengder (" quanta "), ifølge en konstant som den teoretiske fysikeren Max Planck hadde stilt i 1900 for å komme frem til en nøyaktig teori for fordelingen av stråling av svart kropp - en antagelse som forklarte de merkelige egenskapene til den fotoelektriske effekten .

Den spesielle relativitetsteorien er en formulering av forholdet mellom fysiske observasjoner og begrepene rom og tid. Teorien oppsto på grunn av motsetninger mellom elektromagnetisme og newtonsk mekanikk og hadde stor innvirkning på begge områdene. Det opprinnelige historiske spørsmålet var om det var meningsfylt å diskutere den elektromagnetiske bølgebærende "eteren" og bevegelsen i forhold til den, og også om man kunne oppdage slik bevegelse, noe som uten hell ble forsøkt i Michelson-Morley-eksperimentet. Einstein rev disse spørsmålene og eterkonseptet i sin spesielle relativitetsteori. Imidlertid innebærer hans grunnformulering ikke detaljert elektromagnetisk teori. Det kommer ut av spørsmålet: "Hva er tid?" Newton, i Principia (1686), hadde gitt et utvetydig svar: "Absolutt, sann og matematisk tid, av seg selv, og fra sin egen natur, flyter like uten forhold til noe eksternt, og med et annet navn kalles varighet." Denne definisjonen er grunnleggende for all klassisk fysikk.

Einstein hadde geni til å stille spørsmål ved det, og fant ut at det var ufullstendig. I stedet bruker hver "observatør" nødvendigvis sin egen tidsskala, og for to observatører i relativ bevegelse vil tidsskalaene deres variere. Dette induserer en relatert effekt på posisjonsmålinger. Rom og tid blir sammenflettede begreper, fundamentalt avhengig av observatøren. Hver observatør leder sitt eget rom-tid-rammeverk eller koordinatsystem. Det er ingen absolutt referanseramme, alle observatører av gitte hendelser foretar forskjellige, men like gyldige (og forsonlige) målinger. Det som forblir absolutt, heter i Einsteins relativitetspostulat: "De grunnleggende fysikklovene er identiske for to observatører som har en konstant relativ hastighet i forhold til hverandre."

Spesiell relativitet hadde en dyp effekt på fysikken: startet som en ny vurdering av teorien om elektromagnetisme, den fant en ny symmetri naturlov, nå kalt Poincaré symmetri , som erstattet den gamle galileiske symmetrien .

Spesiell relativitet hadde en annen langvarig effekt på dynamikken . Selv om det opprinnelig ble kreditert "foreningen av masse og energi", ble det tydelig at relativistisk dynamikk etablerte et fast skille mellom hvilemasse , som er en invariant (observatøruavhengig) egenskap til en partikkel eller et system av partikler, og energien og momentum i et system. De to sistnevnte er separat bevart i alle situasjoner, men ikke uforanderlige med hensyn til forskjellige observatører. Begrepet masse i partikkelfysikk gjennomgikk en semantisk endring , og siden slutten av 1900 -tallet betegner det nesten utelukkende resten (eller invariant ) massen .

Generell relativitet

I 1916 var Einstein i stand til å generalisere dette ytterligere, for å håndtere alle bevegelsestilstander, inkludert ujevn akselerasjon, som ble den generelle relativitetsteorien. I denne teorien spesifiserte Einstein også et nytt konsept, krumningen av rom-tid, som beskrev gravitasjonseffekten på hvert punkt i rommet. Faktisk erstattet krumningen av romtid Newtons universelle gravitasjonslov fullstendig. Ifølge Einstein er gravitasjonskraft i normal forstand en slags illusjon forårsaket av romets geometri. Tilstedeværelsen av en masse forårsaker en krumning av rom-tid i nærheten av massen, og denne krumningen dikterer rom-tid-banen som alle objekter i fri bevegelse må følge. Det ble også spådd ut fra denne teorien at lyset skulle være gjenstand for tyngdekraften - som alle ble verifisert eksperimentelt. Dette aspektet av relativitet forklarte fenomenene lys som bøyde seg rundt solen, spådde sorte hull samt egenskapene til den kosmiske mikrobølge bakgrunnsstrålingen -en oppdagelse som gir grunnleggende avvik i den klassiske Steady-State-hypotesen. For sitt arbeid med relativitet, fotoelektrisk effekt og stråling av svart kropp, mottok Einstein Nobelprisen i 1921.

Den gradvise aksept av Einsteins relativitetsteorier og lysoverførings kvantiserte natur og Niels Bohrs modell av atomet skapte like mange problemer som de løste, noe som førte til en fullstilt innsats for å gjenopprette fysikk på nye grunnleggende prinsipper. Einstein utvider relativiteten til tilfeller av akselerering av referanserammer ("den generelle relativitetsteorien ") på 1910 -tallet, og utgjorde en ekvivalens mellom treghetskraften i akselerasjon og tyngdekraften, noe som førte til den konklusjon at rommet er buet og begrenset i størrelse, og forutsigelsen av slike fenomener som gravitasjonslinser og forvrengning av tid i gravitasjonsfelt.

Kvantemekanikk

Max Planck
(1858–1947)

Selv om relativitetstiden løste den elektromagnetiske fenomenkonflikten demonstrert av Michelson og Morley, var et annet teoretisk problem forklaringen på fordelingen av elektromagnetisk stråling fra et svart legeme ; eksperimentet viste at ved kortere bølgelengder, mot den ultrafiolette enden av spekteret, nærmet energien seg til null, men klassisk teori forutslo at den skulle bli uendelig. Denne skarpe avviket, kjent som den ultrafiolette katastrofen , ble løst av den nye teorien om kvantemekanikk . Kvantemekanikk er teorien om atomer og subatomære systemer. Omtrent de første 30 årene av 1900 -tallet representerer tidspunktet for teoriens oppfatning og utvikling. Kvantteoriens grunnideer ble introdusert i 1900 av Max Planck (1858–1947), som ble tildelt Nobelprisen for fysikk i 1918 for sin oppdagelse av energiens kvantifiserte natur. Kvanteteorien (som tidligere stolte på "korrespondansen" i store skalaer mellom atomets kvantiserte verden og kontinuitetene i den " klassiske " verden) ble akseptert da Compton -effekten slo fast at lys bærer momentum og kan spre partikler, og da Louis de Broglie hevdet at materie kan ses som oppfører seg som en bølge på omtrent samme måte som elektromagnetiske bølger oppfører seg som partikler ( bølge -partikkeldualitet ).

Werner Heisenberg
(1901–1976)

I 1905 brukte Einstein kvanteteorien til å forklare den fotoelektriske effekten, og i 1913 brukte den danske fysikeren Niels Bohr den samme konstanten for å forklare stabiliteten til Rutherfords atom så vel som lysfrekvensene som ble sendt ut av hydrogengass. Den kvantiserte teorien om atomet ga plass for en kvantemekanikk i full skala på 1920-tallet. Nye prinsipper for en "kvante" snarere enn en "klassisk" mekanikk, formulert i matrise-form av Werner Heisenberg , Max Born og Pascual Jordan i 1925, var basert på det sannsynlige forholdet mellom diskrete "stater" og nektet muligheten for årsakssammenheng . Kvantemekanikk ble omfattende utviklet av Heisenberg, Wolfgang Pauli , Paul Dirac og Erwin Schrödinger , som etablerte en tilsvarende teori basert på bølger i 1926; men Heisenbergs " usikkerhetsprinsipp " fra 1927 (som indikerer umuligheten av å nøyaktig og samtidig måle posisjon og momentum ) og " København -tolkningen " av kvantemekanikk (oppkalt etter Bohrs hjemby) fortsatte å nekte muligheten for grunnleggende årsakssammenheng, selv om motstandere som Einstein ville metaforisk hevde at "Gud spiller ikke terninger med universet". Den nye kvantemekanikken ble et uunnværlig verktøy i undersøkelsen og forklaringen av fenomener på atomnivå. Også på 1920 -tallet ga den indiske forskeren Satyendra Nath Boses arbeid med fotoner og kvantemekanikk grunnlaget for Bose - Einstein -statistikk , teorien om Bose - Einstein -kondensatet .

De ring statistikk teorem etablert at enhver partikkel i kvantemekanikk kan enten være en boson (statistisk Bose-Einsteins) eller et fermion (statistisk Fermi-Dirac ). Det ble senere funnet at alle grunnleggende bosoner overfører krefter, for eksempel fotonet som overfører elektromagnetisme.

Fermioner er partikler "som elektroner og nukleoner" og er de vanlige bestanddelene i materie . Fermi - Dirac -statistikk fant senere mange andre bruksområder, fra astrofysikk (se Degenerate matter ) til halvlederdesign .

Samtids- og partikkelfysikk

Kvantfeltteori

Et Feynman -diagram som representerer (venstre til høyre) produksjonen av et foton (blå sinusbølge ) fra utslettelsen av et elektron og dets komplementære antipartikkel , positronet . Fotonen blir et kvark - antikvartpar og en gluon (grønn spiral) frigjøres.
Richard Feynmans ID -merke i Los Alamos

Etter hvert som de filosofisk tilbøyelige fortsatte å diskutere universets grunnleggende natur, fortsatte kvanteteoriene å bli produsert, med begynnelsen av Paul Diracs formulering av en relativistisk kvanteteori i 1928. Forsøk på å kvantisere elektromagnetisk teori helt ble imidlertid stymmet gjennom 1930 -årene av teoretiske formuleringer som gir uendelige energier. Denne situasjonen ble ikke ansett som tilstrekkelig løst før etter andre verdenskrig var slutt, da Julian Schwinger , Richard Feynman og Sin-Itiro Tomonaga uavhengig av hverandre stilte teknikken for renormalisering , noe som muliggjorde etablering av en robust kvanteelektrodynamikk (QED).

I mellomtiden økte nye teorier om grunnleggende partikler med økningen av ideen om kvantisering av felt gjennom " utvekslingskrefter " regulert av en utveksling av kortvarige "virtuelle" partikler , som fikk lov til å eksistere i henhold til lovene som regulerer usikkerheten iboende. i kvanteverdenen. Spesielt foreslo Hideki Yukawa at de positive ladningene til kjernen ble holdt sammen takket være en kraftig, men kortdistansekraft formidlet av en partikkel med en masse mellom elektronens og protons masse . Denne partikkelen, " pionen ", ble identifisert i 1947 som en del av det som ble en rekke partikler som ble oppdaget etter andre verdenskrig. I utgangspunktet ble slike partikler funnet som ioniserende stråling etterlatt av kosmiske stråler , men ble stadig mer produsert i nyere og kraftigere partikkelakseleratorer .

Utenfor partikkelfysikk var betydelige fremskritt på den tiden:

Samlede feltteorier

Einstein mente at alle grunnleggende interaksjoner i naturen kan forklares i en enkelt teori. Samlede feltteorier var mange forsøk på å "slå sammen" flere interaksjoner. En av mange formuleringer av slike teorier (så vel som feltteorier generelt) er en måle teori , en generalisering av ideen om symmetri. Etter hvert lyktes Standardmodellen (se nedenfor) i forening av sterke, svake og elektromagnetiske interaksjoner. Alle forsøk på å forene gravitasjon med noe annet mislyktes.

Standard modell

Chien-Shiung Wu jobbet med paritetsbrudd i 1956 og kunngjorde resultatene hennes i januar 1957.

Da paritet ble brutt i svake interaksjoner av Chien-Shiung Wu i hennes eksperiment , ble en rekke oppdagelser deretter opprettet. Samspillet mellom disse partiklene ved spredning og forfall ga en nøkkel til nye grunnleggende kvanteteorier. Murray Gell-Mann og Yuval Ne'eman ga noen orden til disse nye partiklene ved å klassifisere dem i henhold til visse kvaliteter, og begynte med det Gell-Mann omtalte som "den åttfoldige måten ". Mens den videre utviklingen syntes kvarkmodellen først utilstrekkelig til å beskrive sterke atomkrefter , noe som tillot midlertidig økning av konkurrerende teorier som S-Matrix , etablerte kvantekromodynamikk på 1970-tallet et sett med grunnleggende og utvekslingspartikler, som tillot etablering av en " standardmodell " basert på matematikken for målerinvariasjon , som med hell beskrev alle krefter bortsett fra gravitasjon , og som fortsatt er generelt akseptert innenfor sitt anvendelsesområde.

Standardmodellen, basert på Yang-Mills-teorien, grupperer den elektriske svake interaksjonsteorien og kvantekromodynamikken til en struktur som er angitt med målergruppen SU (3) × SU (2) × U (1). Formuleringen av foreningen av de elektromagnetiske og svake interaksjonene i standardmodellen skyldes Abdus Salam , Steven Weinberg og senere Sheldon Glashow . Electroweak -teorien ble senere bekreftet eksperimentelt (ved observasjon av nøytrale svake strømninger ), og preget av Nobelprisen i fysikk fra 1979 .

Siden 1970 -tallet har grunnleggende partikkelfysikk gitt innsikt i tidlig universets kosmologi , spesielt Big Bang -teorien foreslått som en konsekvens av Einsteins generelle relativitetsteori . Imidlertid har astronomiske observasjoner fra 1990 -tallet også gitt nye utfordringer, for eksempel behovet for nye forklaringer på galaktisk stabilitet (" mørkt materiale ") og den tilsynelatende akselerasjonen i universets ekspansjon (" mørk energi ").

Selv om akseleratorer har bekreftet de fleste aspektene ved standardmodellen ved å oppdage forventede partikkelinteraksjoner ved forskjellige kollisjonsenergier, er det ennå ikke funnet noen teori som forener generell relativitet med standardmodellen, selv om supersymmetri og strengteori ble ansett av mange teoretikere for å være en lovende vei fremover . The Large Hadron Collider , men som ble startet opp i 2008, har ikke klart å finne noen bevis overhodet som er støttende for supersymmetri og strengteori.

Kosmologi

Kosmologi kan sies å ha blitt et seriøst forskningsspørsmål med publiseringen av Einsteins generelle relativitetsteori i 1915, selv om den ikke kom inn i den vitenskapelige mainstream før perioden kjent som " Golden age of general relativity ".

Omtrent et tiår senere, midt i det som ble kalt "Den store debatten ", oppdaget Hubble og Slipher utvidelsen av universet på 1920 -tallet som måler røde forskyvninger av Doppler -spektra fra galaktiske tåker. Ved hjelp av Einsteins generelle relativitet formulerte Lemaître og Gamow det som skulle bli kjent som big bang -teorien . En rival, kalt steady state -teorien, ble utviklet av Hoyle , Gold , Narlikar og Bondi .

Kosmisk bakgrunnsstråling ble bekreftet på 1960 -tallet av Penzias og Wilson , og denne oppdagelsen favoriserte big bang på bekostning av steady state -scenariet. Senere arbeid var av Smoot et al. (1989), blant andre bidragsytere, ved å bruke data fra Cosmic Background explorer (CoBE) og Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) satellitter som forbedret disse observasjonene. På 1980 -tallet (det samme tiåret med COBE -målingene) så også forslaget om inflasjonsteori av Alan Guth .

Nylig har problemene med mørk materie og mørk energi steget til toppen av den kosmologiske agendaen.

Higgs boson

En mulig signatur av et Higgs -boson fra en simulert proton -prototon -kollisjon. Den henfaller nesten umiddelbart i to jetstråler med hadroner og to elektroner , synlige som linjer.

4. juli 2012 kunngjorde fysikere som jobber ved CERNs Large Hadron Collider at de hadde oppdaget en ny subatomær partikkel som ligner mye på Higgs -bosonet , en potensiell nøkkel til å forstå hvorfor elementære partikler har masse og faktisk til eksistensen av mangfold og liv i universet. Foreløpig kaller noen fysikere det en "Higgslike" -partikkel. Joe Incandela , fra University of California, Santa Barbara , sa: "Det er noe som til slutt kan være en av de største observasjonene av nye fenomener i vårt felt de siste 30 eller 40 årene, helt tilbake til oppdagelse av kvarker , for eksempel. " Michael Turner , en kosmolog ved University of Chicago og styrelederen i styret for fysikksenteret, sa:

" Dette er et stort øyeblikk for partikkelfysikk og et veikryss - vil dette være høyvannsmerket, eller vil det være det første av mange funn som peker oss mot å løse de virkelig store spørsmålene vi har stilt? "

-  Michael Turner , University of Chicago

Peter Higgs var en av seks fysikere som jobbet i tre uavhengige grupper, som i 1964 oppfant forestillingen om Higgs -feltet ("kosmisk melasse"). De andre var Tom Kibble fra Imperial College, London ; Carl Hagen fra University of Rochester ; Gerald Guralnik fra Brown University ; og François Englert og Robert Brout , begge fra Université libre de Bruxelles .

Selv om de aldri har blitt sett, spiller Higgslike -felt en viktig rolle i universets teorier og i strengteorien. Under visse forhold, ifølge den merkelige redegjørelsen for den Einsteiniske fysikken, kan de bli oppblåst av energi som utøver en antigravitasjonskraft. Slike felt har blitt foreslått som kilden til en enorm ekspansjon, kjent som inflasjon, tidlig i universet og muligens som hemmeligheten bak den mørke energien som nå ser ut til å fremskynde utvidelsen av universet.

Fysikk

Med økt tilgjengelighet til og utdypning av avanserte analytiske teknikker på 1800 -tallet, ble fysikk definert som mye, om ikke mer, av disse teknikkene enn av søket etter universelle prinsipper for bevegelse og energi, og materiens grunnleggende natur . Felt som akustikk , geofysikk , astrofysikk , aerodynamikk , plasmafysikk , lavtemperaturfysikk og solid-state-fysikk gikk sammen med optikk , væskedynamikk , elektromagnetisme og mekanikk som områder av fysisk forskning. På 1900 -tallet ble fysikken også nært alliert med områder som elektrisk , romfart og materialteknikk , og fysikere begynte å jobbe i offentlige og industrielle laboratorier like mye som i akademiske omgivelser. Etter andre verdenskrig økte befolkningen i fysikere dramatisk og ble sentrert om USA, mens fysikk i de siste tiårene har blitt en mer internasjonal jakt enn noen gang i sin tidligere historie.

Seminal fysikkpublikasjoner

Se også

Merknader

Referanser

Kilder

Videre lesning

Eksterne linker