Fizik tarihi - History of physics

Bir Newton beşiği fizikçi adını, Isaac Newton

Fizik , temel çalışma konuları madde ve enerji olan bir bilim dalıdır . Fiziğin keşifleri, doğa bilimlerinde ve teknolojide uygulama bulur . Fizik bugün gevşek bir şekilde klasik fizik ve modern fizik olarak ikiye ayrılabilir .

Antik Tarih

Fiziğe dönüşen şeyin unsurları öncelikle geometri çalışmasıyla metodolojik olarak birleştirilen astronomi , optik ve mekanik alanlarından alındı . Bu matematiksel disiplinler başlayan antik ile Babilliler ile Helenistik gibi yazarlar Arşimed ve Batlamyus . Bu arada antik felsefe - " fizik "  denilen şey dahil

Yunan kavramı

Rasyonel bir doğa anlayışına doğru hareket, en azından Yunanistan'daki Arkaik dönemden ( 650-480 ) Pre-Sokratik filozoflarla başladı . Doğa olayları için çeşitli doğaüstü, dini veya mitolojik açıklamaları kabul etmeyi reddettiği için "Bilimin Babası" olarak adlandırılan Miletli filozof Thales (MÖ 7. ve 6. yüzyıllar), her olayın doğal bir nedeni olduğunu ilan etti. Thales ayrıca MÖ 580'de suyun temel element olduğunu öne sürerek, mıknatıslar ve ovuşturulmuş kehribar arasındaki çekimi deneyerek ve kaydedilen ilk kozmolojileri formüle ederek ilerlemeler kaydetti . Proto- evrim teorisiyle ünlü Anaximander , apeiron adı verilen bir madde , tüm maddelerin yapı taşıydı . MÖ 500 civarında Herakleitos , Evreni yöneten tek temel yasanın değişim ilkesi olduğunu ve hiçbir şeyin süresiz olarak aynı durumda kalmadığını öne sürdü. Bu gözlem onu , modern ve günümüz fiziğinde anahtar ve bazen tartışmalı bir kavram olan evrendeki zamanın rolünü ele alan antik fizikteki ilk bilim adamlarından biri yaptı .

Aristoteles
( 384-322 )

Sırasında Klasik dönemde Yunanistan'da (6, 5 ve 4. yüzyıllarda M.Ö.) ve in Helenistik zamanlarda , doğal felsefesi yavaş yavaş çalışmanın heyecan verici ve çekişmeli alanına dönüşmüştür. Platon'un bir öğrencisi olan Aristoteles ( Yunanca : Ἀριστοτέλης , Aristotélēs ) (MÖ 384 - 322), fiziksel fenomenlerin gözlemlenmesinin nihayetinde onları yöneten doğal yasaların keşfine yol açabileceği kavramını destekledi. Aristoteles'in yazıları fizik, metafizik , şiir , tiyatro , müzik , mantık , retorik , dilbilim , politika , hükümet , etik , biyoloji ve zoolojiyi kapsar . Bu çalışma hattına "Fizik" olarak atıfta bulunan ilk eseri yazdı - MÖ 4. yüzyılda Aristoteles, Aristoteles fiziği olarak bilinen sistemi kurdu . Hareket (ve yerçekimi ) gibi fikirleri dört element teorisiyle açıklamaya çalıştı . Aristoteles, tüm maddelerin eterden veya dört elementin bir kombinasyonundan oluştuğuna inanıyordu: toprak, su, hava ve ateş. Aristoteles'e göre, bu dört karasal element kendi aralarında dönüşüm ve doğal yerlerine doğru hareket etme yeteneğine sahiptir, bu nedenle bir taş kozmosun merkezine doğru aşağı düşer, ancak alevler yukarı doğru çevreye doğru yükselir . Sonunda, Aristoteles fiziği , Orta Çağ'ın bilimsel ve skolastik gelişmelerini bildirerek, Avrupa'da yüzyıllar boyunca son derece popüler hale geldi . Galileo Galilei ve Isaac Newton zamanına kadar Avrupa'daki ana akım bilimsel paradigma olarak kaldı .

Klasik Yunanistan'ın başlarında, Dünya'nın küresel ("yuvarlak") olduğu bilgisi yaygındı. MÖ 240 civarında, ufuk açıcı bir deneyin sonucu olarak , Eratosthenes (MÖ 276–194) çevresini doğru bir şekilde tahmin etti. Aristoteles'in yer merkezli görüşlerinin aksine, Sisamlı Aristarchus ( Yunanca : Ἀρίσταρχος ; c.310 – c.230 BCE) , Güneş sisteminin güneş merkezli bir modeli için açık bir argüman sundu , yani merkezine Dünya'yı değil Güneş'i yerleştirmek için. . Aristarchus'un güneş merkezli teorisinin takipçisi Seleukoslu Seleukos , Dünya'nın kendi ekseni etrafında döndüğünü ve bunun da Güneş'in etrafında döndüğünü belirtti. Kullandığı argümanlar kaybedilmesine rağmen, Plutarch , Selevkos'un güneş merkezli sistemi akıl yürütme yoluyla kanıtlayan ilk kişi olduğunu belirtti.

Akışkanlar mekaniği ve kaldırma kuvveti ile ilgili fikirleriyle ünlü antik Yunan matematikçi Arşimet .

MÖ 3. yüzyılda, Yunan matematikçi Syracuse Arşimet ( Yunanca : Ἀρχιμήδης (287–212 BCE) - genellikle antik çağın en büyük matematikçisi ve tüm zamanların en büyüklerinden biri olarak kabul edilir - hidrostatik , statik ve hesaplamalı bilimin temellerini attı. kaldıracın altında yatan matematik.Klasik antik çağın önde gelen bilim adamlarından Arşimet, büyük nesneleri minimum çabayla hareket ettirmek için ayrıntılı kasnak sistemleri geliştirdi.Arşimet'in vidası , modern hidromühendisliğin temelini oluşturur ve onun savaş makineleri orduları geride tutmaya yardımcı olur. Roma'nın Birinci Pön Savaşı . Arşimed bile ayrı matematik ve doğa imkansız olmadığına dikkat çekerek, ayrı Aristo'nun argümanları ve onun metafiziği yırttı ve pratik buluşlar içine matematiksel teorileri dönüştürerek kanıtladı. Ayrıca, eserinde Yüzen Cisimler üzerine 250 civarında, Arşimet, Arşimet ilkesi olarak da bilinen kaldırma kuvveti yasasını geliştirdi.Matematikte , Arşimet sonsuz bir serinin toplamı ile bir parabolün yayının altındaki alanı hesaplamak için tükenme yöntemini kullandı ve pi'nin dikkate değer derecede doğru bir yaklaşımını verdi . Ayrıca kendi adını taşıyan spirali , devrim yüzeylerinin hacim formüllerini ve çok büyük sayıları ifade etmek için dahiyane bir sistemi tanımladı . Ayrıca denge durumları ve ağırlık merkezleri ilkelerini , iyi bilinen bilginleri, Galileo ve Newton'u etkileyecek fikirleri geliştirdi.

Astronomi ve matematiğe odaklanan Hipparchus (MÖ 190–120), yıldızların ve gezegenlerin hareketini haritalamak için karmaşık geometrik teknikler kullandı , hatta Güneş tutulmalarının ne zaman olacağını tahmin etti . Buna ek olarak, o sırada kullanılan gözlem araçlarındaki iyileştirmelerine dayanarak Güneş ve Ay'ın Dünya'dan uzaklığının hesaplamalarını ekledi. İlk fizikçilerin en ünlülerinden bir diğeri, Roma İmparatorluğu döneminde önde gelen akıllardan biri olan Ptolemy (MS 90-168) idi . Ptolemy, en az üçü daha sonraki İslam ve Avrupa bilimi için devam eden önemi olan birkaç bilimsel incelemenin yazarıydı. Birincisi, şimdi Almagest (Yunanca, Ἡ Μεγάλη Σύνταξις, "Büyük İnceleme", orijinal olarak Μαθηματικὴ Σύνταξις, "Matematiksel İnceleme") olarak bilinen astronomik incelemedir . İkinci Coğrafya coğrafi bilginin ayrıntılı bir tartışma, Yunan-Roma dünyasında .

Antik dünyanın birikmiş bilgisinin çoğu kayboldu. Daha iyi bilinen düşünürlerin eserlerinden bile birkaç parça hayatta kaldı. En az on dört kitap yazmasına rağmen, Hipparchus'un doğrudan çalışmasından neredeyse hiçbir şey günümüze ulaşmadı . 150 tanınmış Aristoteles eserinden sadece 30'u var ve bunlardan bazıları "ders notlarından biraz daha fazlası".

Hindistan ve Çin

Hindu-Arap rakam sistemi. Ashoka (MÖ 3. yüzyıl) fermanlarındaki yazıtlar , İmparatorluk Mauryaları tarafından kullanılan bu sayı sistemini gösterir .

Eski Çin ve Hint bilimlerinde de önemli fiziksel ve matematiksel gelenekler vardı .

Yıldız eşleyen 11. yüzyıl Çin tarafından Polymath Su Song bilinen en eski olan tahta baskılı yıldız günümüze kadar gelebilmiştir için eşler. 1092 tarihli bu örnekte silindirik izdüşüm kullanılmıştır .

In Hint felsefesi , Maharishi Kanada bazı yazarlar ona 6. yüzyılda M.Ö. önceki bir döneme ayrılan gelmiş olsa sistematik 200 M.Ö. etrafında atomism bir teori geliştirmek için ilk oldu. MS 1. binyılda Budist atomistler Dharmakirti ve Dignāga tarafından daha da detaylandırıldı . MÖ 6. yüzyılda yaşamış bir Hintli filozof ve Gautama Buddha'nın çağdaşı olan Pakudha Kaccayana da maddi dünyanın atomik yapısı hakkında fikirler ileri sürmüştü. Bu filozoflar, diğer elementlerin (eter hariç) fiziksel olarak hissedilebilir olduğuna ve dolayısıyla çok küçük madde parçacıklarından oluştuğuna inanıyorlardı. Daha fazla bölünemeyen maddenin son küçücük parçacığına Parmanu adı verildi . Bu filozoflar atomu yok edilemez ve dolayısıyla ebedi olarak kabul ettiler. Budistler atomları çıplak gözle görülemeyen, bir anda var olan ve bir anda yok olan küçük nesneler olarak düşündüler. Vaisheshika filozofların okul bir atom içinde sadece bir nokta olduğuna inanıyordu alan . Ayrıca, hareket ve uygulanan kuvvet arasındaki ilişkileri ilk kez tasvir eden oydu. Atomla ilgili Hint teorileri, kişisel deneyim veya deneylere değil, mantığa dayandıkları için büyük ölçüde soyuttur ve felsefeyle iç içedir. In Hint astronomi , Aryabhata 'ın Aryabhatiya (499 CE) önerdiği Dünya'nın dönüşünü yaparken, Nilakantha Somayaji ait (1444-1544) astronomi ve matematik Kerala okul benzeyen yarı Güneş merkezli model önerdi Tychonic sistemi .

Çalışma manyetizma içinde Antik Çin tarihleri 4. yüzyıl M.Ö. geri. ( Şeytan Vadisi Ustasının Kitabında ), Bu alana ana katkıda bulunanlardan biri, navigasyon için kullanılan manyetik iğneli pusulayı ilk tanımlayan ve aynı zamanda dünyanın en büyük bilgisini kuran bir bilge ve devlet adamı olan Shen Kuo (1031-1095) idi . gerçek kuzey kavramı . Optikte, Shen Kuo bağımsız olarak bir camera obscura geliştirdi .

İslam dünyası

İbnü'l-Heysem (c. 965-1040).

7. ve 15. yüzyıllarda İslam dünyasında bilimsel ilerlemeler meydana geldi. Aristoteles'in eserleri de dahil olmak üzere Hint , Asur , Sasani (Farsça) ve Yunanca birçok klasik eser Arapça'ya çevrildi . Modern optiğin kurucusu olarak kabul edilen Arap bilim adamı İbnü'l-Heysem (965-1040) tarafından önemli katkılarda bulunulmuştur . Ptolemy ve Aristoteles, ışığın ya gözden nesneleri aydınlatmak için parladığını ya da nesnelerin kendilerinden "biçimlerin" çıktığını teorileştirirken, el-Haytham (Latince "Alhazen" adıyla bilinir) ışığın göze farklı noktalardan gelen ışınlar halinde gittiğini öne sürdü. bir nesne üzerinde. İbnü'l-Heysem ve İranlı bir bilim adamı olan Ebu Reyhan Bīrūnī'nin (973-1050) çalışmaları, sonunda Batı Avrupa'ya geçti ve burada Roger Bacon ve Witelo gibi bilim adamları tarafından incelendi .

İbnü'l-Heysem ve Biruni, bilimsel yöntemin ilk savunucularıydı . İbnü'l-Heysem, deneysel verilere ve sonuçlarının tekrarlanabilirliğine yaptığı vurgu nedeniyle "modern bilimsel yöntemin babası" olarak kabul edilir . Modern anlamda deneylere en erken yöntemsel yaklaşım, sonuçlara ulaşmak için tümevarımsal-deneysel bir yöntem sunan İbn el-Heysem'in eserlerinde görülebilir. Bīrūnī , 1020'lerde ve 1030'larda, mekanik için erken deneysel bir yöntem de dahil olmak üzere, birkaç farklı araştırma alanı için erken bilimsel yöntemler tanıttı . Biruni'nin metodolojisi, özellikle tekrarlanan deneylere yaptığı vurguda, modern bilimsel yönteme benziyordu.

"Avicenna" olarak bilinen İbn Sīnā (980-1037), fizik, optik, felsefe ve tıbba önemli katkılardan sorumlu Buhara'dan (bugünkü Özbekistan'da ) bir bilgeydi . O kuramını yayınladı hareket içinde Şifa Kitabı o bir itici güç atıcı bir mermi kazandırılır savundu (1020), ve hatta bir boşlukta düşeceği geçici erdem olduğuna inanıyordu. Onu kalıcı olarak gördü ve onu dağıtmak için hava direnci gibi dış güçlere ihtiyaç duydu. İbn Sina 'kuvvet' ve 'eğilim' ("meyl" olarak adlandırılır) arasında bir ayrım yaptı ve bir nesnenin, nesne doğal hareketine karşıt olduğunda mayl kazandığını savundu. Hareketin devamının cisme aktarılan eğime bağlı olduğu ve mayıs bitene kadar cismin hareket halinde olacağı sonucuna varmıştır. Ayrıca, bir boşluktaki merminin, harekete geçilmedikçe durmayacağını da iddia etti. Hareket Bu anlayış ile tutarlıdır hareket Newton'un birinci yasası , atalet harici kuvvet karşısında tepki sürece hareket halindeki bir nesne hareket halinde kalacak belirtiyor. Aristotelesçi görüşe karşı çıkan bu fikir daha sonra İbn Sina'nın Şifa Kitabı'ndan etkilenen John Buridan tarafından " itici güç " olarak tanımlanmıştır .

A sayfa Harizmi 'ın Cebir .

Hibat Allah Ebu'l-Barakat el-Bağdadi (c. 1080-1165), İbn Sina'nın fırlatma hareketi teorisini benimsemiş ve değiştirmiştir . Ebu'l -Berekat , Kitab al-Mu'tabar adlı eserinde , hareket ettiricinin hareket ettirilen üzerinde şiddetli bir eğilim ( mayl qasri ) verdiğini ve hareketli nesne hareket ettiriciden uzaklaştıkça bunun azaldığını belirtmiştir. Ayrıca , ardışık hız artışlarıyla art arda güç artışlarının birikmesiyle düşen cisimlerin ivmesinin bir açıklamasını önerdi . Shlomo Pines'e göre , el-Bağdadi'nin hareket teorisi, "Aristoteles'in temel dinamik yasasının en eski olumsuzlamasıydı [yani, sabit bir kuvvetin tek biçimli bir hareket ürettiği] ve [ve dolayısıyla] temel yasanın belirsiz bir şekilde öngörülmesidir. klasik mekanik [yani, sürekli uygulanan bir kuvvet ivme üretir]." Jean Buridan ve Saksonyalı Albert, daha sonra, düşen bir cismin hızlanmasının artan ivmesinin bir sonucu olduğunu açıklarken Abu'l-Barakat'a atıfta bulundu.

Avrupa'da "Avempace" olarak bilinen İbn Bajjah (c. 1085-1138), her kuvvet için her zaman bir tepki kuvveti olduğunu öne sürmüştür. İbn Bajjah, Batlamyus'un bir eleştirmeniydi ve Aristoteles'in teorileştirdiği teorinin yerini alacak yeni bir hız teorisi yaratmaya çalıştı. Geleceğin iki filozofu, Avempace'nin yarattığı, Avempacean dinamikleri olarak bilinen teorileri destekledi. Bu filozoflar , bir Katolik rahip olan Thomas Aquinas ve John Duns Scotus'tur . Galileo , Avempace'nin "belirli bir nesnenin hızının, o nesnenin hareket gücünün farkı ile hareket ortamının direncinin farkı olduğu" formülünü benimsemeye devam etti.

Bağdat'ta ölen İranlı bir astronom ve matematikçi olan Nasir al-Din al-Tusi (1201-1274), Tusi çiftini tanıttı . Copernicus daha sonra, al-Din al-Tusi ve öğrencilerinin çalışmalarından yoğun bir şekilde yararlandı, ancak herhangi bir bilgi verilmedi.

Ortaçağ avrupası

Eski eserlerin farkındalığı, Arapça'dan Latince'ye yapılan çevirilerle Batı'ya yeniden girdi . Yahudi-İslam teolojik yorumlarıyla birlikte yeniden tanıtılmaları, Thomas Aquinas gibi Orta Çağ filozofları üzerinde büyük bir etkiye sahipti . Eski klasik filozofların felsefesini Hıristiyan teolojisi ile uzlaştırmaya çalışan skolastik Avrupalı ​​bilginler , Aristoteles'i antik dünyanın en büyük düşünürü ilan ettiler. Aristoteles fiziği, İncil'le doğrudan çelişmediği durumlarda, Avrupa Kiliselerinin fiziksel açıklamalarının temeli oldu. Niceleme, ortaçağ fiziğinin temel bir unsuru haline geldi.


Aristoteles fiziğine dayanan Skolastik fizik, şeyleri temel doğalarına göre hareket eden şeyler olarak tanımladı. Mükemmel dairesel hareket, göksel kürelerin bozulmamış aleminde var olan nesnelerin doğuştan gelen bir özelliği olarak kabul edildiğinden, gök cisimleri daireler halinde hareket ediyor olarak tanımlandı . İvme teorisi , kavramlarının atası atalet ve ivme , benzer çizgiler boyunca geliştirilen ortaçağ filozofları gibi , John Philoponus'un ve Jean Buridan . Ay küresinin altındaki hareketler kusurlu olarak görüldü ve bu nedenle tutarlı hareket göstermesi beklenemezdi. "Ay altı" alemde daha idealize edilmiş hareket ancak yapay zeka ile elde edilebilirdi ve 17. yüzyıldan önce pek çok kişi yapay deneyleri doğal dünya hakkında geçerli bir öğrenme aracı olarak görmedi. Ayaltı alemindeki fiziksel açıklamalar eğilimler etrafında dönüyordu. Taşlar toprak elementini içeriyordu ve dünyevi nesneler, aksi engellenmediği sürece, dünyanın merkezine (ve Aristotelesçi yer merkezli görüşte evrene) doğru düz bir çizgide hareket etme eğilimindeydi.

Bilimsel devrim

16. ve 17. yüzyıllarda, Avrupa'da Bilimsel devrim olarak bilinen bilimsel ilerlemede büyük bir ilerleme gerçekleşti. Eski felsefi yaklaşımlardan memnuniyetsizlik daha önce başlamış ve toplumda Protestan Reformu gibi başka değişiklikler üretmişti , ancak bilimdeki devrim, doğa filozoflarının Skolastik felsefi programa sürekli bir saldırı başlatmaya başladıklarında ve matematiksel betimleyici şemaların mekanik ve astronomi gibi alanlar, hareketin ve diğer kavramların evrensel olarak geçerli karakterizasyonlarını gerçekten verebilirdi.

Nicolaus Copernicus

Polonyalı gökbilimci Nicolaus Copernicus (1473-1543), Güneş sisteminin güneş merkezli bir modelini geliştirmesiyle hatırlanır .

Bir atılım astronomi Polonyalı astronom tarafından yapıldı Nicolaus Copernicus (1473-1543), 1543 yılında, o güçlü argümanlar verdi güneş merkezli modelin ait Güneş sisteminin görünüşte gezegen hareket daha doğru grafik tabloları işlemek için ve basitleştirmek için bir araç olarak, onların üretme. Güneş sisteminin heliosentrik modellerinde, Dünya, Dünya'nın galaksisindeki diğer cisimlerle birlikte Güneş'in etrafında döner ; bu , sistemi Dünya'yı dünyanın merkezine yerleştiren Yunan-Mısırlı astronom Batlamyus'a (MS 2. yüzyıl; yukarıya bakın) göre bir çelişkidir . Evren ve 1400 yılı aşkın süredir kabul edilmişti. Yunan astronom Sisamlı Aristarchus (c.310 – c.230 BCE) Dünya'nın Güneş'in etrafında döndüğünü öne sürmüştü, ancak Kopernik'in mantığı bu "devrimci" fikrin genel olarak genel kabul görmesine yol açtı. Copernicus'un teoriyi sunan kitabı ( De devrimibus orbium coelestium , "Göksel Kürelerin Devrimleri Üzerine") 1543'te ölümünden hemen önce yayınlandı ve şimdi genel olarak modern astronominin başlangıcını işaret ettiği kabul edildiğinden, aynı zamanda Bilimsel devrimin başlangıcını işaretleyin. Copernicus'un yeni bakış açısı, Tycho Brahe tarafından yapılan doğru gözlemlerle birlikte , Alman astronom Johannes Kepler'in (1571-1630) bugün hala kullanılan gezegensel hareketle ilgili yasalarını formüle etmesini sağladı .

Galileo Galilei

Galileo Galilei , modern bilimsel dünya görüşünün ve yönteminin ilk savunucusu
(1564-1642)

İtalyan matematikçi, astronom ve fizikçi Galileo Galilei (1564-1642), Kopernikçiliğe verdiği destek, astronomik keşifleri, ampirik deneyleri ve teleskopu geliştirmesiyle ünlüydü. Bir matematikçi olarak, Galileo'nun döneminin üniversite kültüründeki rolü , üç ana çalışma konusuna tabiydi : hukuk , tıp ve teoloji (felsefe ile yakından ilişkiliydi). Bununla birlikte Galileo, teknik disiplinlerin tanımlayıcı içeriğinin, özellikle astronomik gözlemlerin matematiksel analizinin – özellikle de Kopernik'in Güneş, Dünya, Ay ve gezegenlerin göreli hareketlerine ilişkin analizinin – filozofların ifadelerinin , felsefi ilgiyi haklı çıkardığına inanıyordu. evrenin doğası hakkında hatalı olduğu gösterilebilir. Galileo ayrıca mekanik deneyler de yaptı ve hareketin kendisinin - "doğal olarak" veya "yapay olarak" (yani kasıtlı olarak) üretilip üretilmediğine bakılmaksızın - matematiksel olarak tanımlanabilecek evrensel olarak tutarlı özelliklere sahip olduğunda ısrar etti.

Galileo'nun Pisa Üniversitesi'ndeki ilk çalışmaları tıptaydı, ancak kısa süre sonra matematik ve fiziğe yöneldi. 19 yaşında , nabzını kullanarak Pisa katedralindeki sallanan bir lambanın salınımlarını zamanladığında sarkacın eş zamanlı doğasını keşfetti (ve daha sonra doğruladı ) ve salınımın genliğinden bağımsız olarak her salınım için aynı kaldığını keşfetti. . Kısa süre sonra hidrostatik dengeyi icadı ve katı cisimlerin ağırlık merkezi konusundaki incelemesi ile tanındı . Pisa Üniversitesi'nde (1589–92) ders verirken, Aristoteles'in kabul edilen öğretileriyle o kadar çelişkili sonuçlar getiren hareket halindeki cisimlerin yasalarıyla ilgili deneylerini başlattı ve güçlü bir antagonizma uyandırdı. Cisimlerin ağırlıklarıyla orantılı bir hızla düşmediğini buldu . Galileo söyleniyor hangi ünlü hikaye gelen ağırlıkları düştü Pisa Kulesi asılsız olan, ama o buldunuz bir merminin yolu bir olan parabol ve beklenen sonuçlara crediteddir Newton'un hareket kanunları arasında örneğin kavramı ( atalet ). Bunların arasında , üç boyutlu geometrinin dışında uzay ve zamanın özellikleri hakkında kesin olarak formüle edilmiş ilk ifade olan Galilean göreliliği olarak adlandırılan şey vardır .

Jüpiter (sol taraf) ve dört Galile uydusunu (yukarıdan aşağıya: Io , Europa , Ganymede , Callisto ) karşılaştıran birleşik bir montaj .

Galileo "modern gözlemsel astronominin babası ", " modern fiziğin babası ", "bilimin babası" ve " modern bilimin babası " olarak anılmıştır . Stephen Hawking'e göre , "Galileo, modern bilimin doğuşundan belki de başka herhangi bir kişiden daha fazla sorumluydu." Dini ortodoksi bir karar olarak jeosentrik veya Tychonic Güneş sisteminin anlaşılmasını, için Galileo'nun destek heliocentrism tartışmalara yol ve o tarafından yargılandı Engizisyon . "Şiddetli bir sapkınlık şüphelisi" bulundu, geri çekilmeye zorlandı ve hayatının geri kalanını ev hapsinde geçirdi.

Galileo'nun gözlemsel astronomiye yaptığı katkılar arasında Venüs'ün evrelerinin teleskopla doğrulanması ; 1609'da Jüpiter'in en büyük dört uydusunu keşfetmesi (daha sonra topluca " Galile uyduları " olarak adlandırıldı); ve güneş lekelerinin gözlemi ve analizi . Galileo ayrıca uygulamalı bilim ve teknolojiyi takip etti ve diğer araçların yanı sıra askeri bir pusula icat etti . Jovian uydularını keşfi 1610'da yayınlandı ve Medici mahkemesine matematikçi ve filozof pozisyonunu almasını sağladı . Bu nedenle, Aristoteles geleneğindeki filozoflarla tartışmalara girmesi bekleniyordu ve Discourses and Mathematical Demonstrations Concerning Two New Sciences ( İki Yeni Bilime İlişkin Diyalog'un yayımlanması nedeniyle tutuklanmasının ardından yurt dışında yayınlanmıştır) gibi kendi yayınları için geniş bir dinleyici kitlesi edinmiştir. Chief World Systems ) ve The Assayer . Galileo'nun hareketin matematiksel tanımlarını denemeye ve formüle etmeye olan ilgisi, deneyi doğa felsefesinin ayrılmaz bir parçası olarak kurdu. Bu gelenek, William Gilbert ve Francis Bacon gibi felsefi reformistlerin "deneysel tarihlerin" derlenmesine yönelik matematiksel olmayan vurguyla birleşerek , Galileo'nun ölümünden önceki ve sonraki yıllarda Evangelista Torricelli ve katılımcılar da dahil olmak üzere önemli bir takipçi kitlesi çekti. içinde Accademia del Çimento İtalya'da; Fransa'da Marin Mersenne ve Blaise Pascal ; Hollanda'da Christiaan Huygens ; ve İngiltere'de Robert Hooke ve Robert Boyle .

Rene Descartes

René Descartes
(1596-1650)

Fransız filozof René Descartes (1596-1650), dönemin deneysel felsefe ağlarıyla iyi ilişkiler içindeydi ve bu ağlar içinde etkiliydi. Ne var ki Descartes'ın, Skolastik felsefe geleneğini tamamen değiştirmeye yönelik daha iddialı bir gündemi vardı. Duyularla yorumlanan gerçekliği sorgulayan Descartes, algılanan tüm fenomenleri görünmez bir "parçacıklar" denizinin hareketine atfedilebilir hale getirerek felsefi açıklayıcı şemaları yeniden kurmaya çalıştı. (Özellikle, insan düşüncesini ve Tanrı'yı kendi şemasından ayırmış, bunları fiziksel evrenden ayrı tutmuştur). Bu felsefi çerçeveyi önerirken, Descartes, gezegenlerinkiyle karasal nesnelerinki gibi farklı hareket türlerinin temelde farklı olmadığını, evrensel ilkelere uyan sonsuz bir parçacık hareketler zincirinin farklı tezahürleri olduğunu varsayıyordu. Dairesel astronomik hareketler için yaptığı açıklamalar, uzaydaki cisimciklerin girdap hareketi açısından özellikle etkiliydi (Descartes, yöntemleri olmasa bile, Skolastiklerin bir boşluğun olamayacağına dair inançlarına uygun olarak tartıştı ) ve cisimleri aşağı doğru iten cisimcikler cinsinden yerçekimi .

Descartes, Galileo gibi, matematiksel açıklamanın önemine ikna olmuştu ve o ve takipçileri, 17. yüzyılda matematik ve geometrinin gelişiminde kilit figürlerdi. Kartezyen matematiksel hareket tanımları, tüm matematiksel formülasyonların doğrudan fiziksel eylem açısından haklı olması gerektiğini, Huygens ve Alman filozof Gottfried Leibniz tarafından tutulan bir pozisyon , Kartezyen geleneği takip ederken, Skolastikliğe kendi felsefi alternatifini geliştirdi. 1714 tarihli The Monadology adlı eserinde ana hatlarıyla belirtti . Descartes, 'Modern Felsefenin Babası' olarak adlandırılmıştır ve daha sonraki Batı felsefesi , bugüne kadar yakından incelenen yazılarına bir yanıttır. Özellikle, İlk Felsefe Üzerine Meditasyonlar , çoğu üniversitenin felsefe bölümünde standart bir metin olmaya devam ediyor. Descartes'ın matematikteki etkisi de aynı derecede belirgindir; Kartezyen koordinat sistemi - ondan sonra seçildi - cebirsel denklemler sağlayan iki boyutlu bir koordinat sisteminde geometrik şekiller olarak ifade edilmesi. Analitik geometrinin babası olarak kabul edilir, cebir ve geometri arasındaki köprü , kalkülüs ve analizin keşfi için önemlidir .

Isaac Newton

Sir Isaac Newton
(1642-1727)

17. yüzyılın sonları ve 18. yüzyılın başlarında Cambridge Üniversitesi fizikçisi ve matematikçisi Sir Isaac Newton'un (1642-1727) başarıları görüldü. İngiltere Kraliyet Cemiyeti üyesi Newton, evrenin işleyişini tanımlamak için tek bir sistem oluşturmak için mekanik ve astronomideki kendi keşiflerini öncekilerle birleştirdi. Newton , hareket ve nesneler arasındaki ilişkiyi formüle eden üç hareket yasasını ve ayrıca evrensel yerçekimi yasasını formüle etti ; ikincisi, yalnızca dünyaya düşen cisimlerin değil, aynı zamanda gezegenlerin ve diğer gök cisimlerinin davranışını açıklamak için kullanılabilir. Sonuçlarına ulaşmak için Newton, tamamen yeni bir matematik dalının bir biçimini icat etti: matematiğin çoğu dalında daha sonraki gelişmelerin çoğunda önemli bir araç haline gelecek olan kalkülüs (ayrıca Gottfried Leibniz tarafından bağımsız olarak icat edildi ). Newton'un bulguları, 1687'de yayınlanması modern mekanik ve astronomi döneminin başlangıcını işaret eden Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica'da ("Doğal Felsefenin Matematiksel İlkeleri") ortaya kondu .

Newton, tüm hareketlerin cisimcikler tarafından uygulanan dolaysız kuvvete göre açıklanması gerektiği şeklindeki Kartezyen mekanik geleneği çürütmeyi başardı. Newton, üç hareket yasasını ve evrensel yerçekimi yasasını kullanarak, nesnelerin doğal şekiller tarafından belirlenen yolları takip ettiği fikrini ortadan kaldırdı ve bunun yerine, yalnızca düzenli olarak gözlemlenen yolların değil, herhangi bir cismin gelecekteki tüm hareketlerinin matematiksel olarak matematiksel olarak çıkarılabileceğini gösterdi. mevcut hareketleri, kütleleri ve üzerlerine etki eden kuvvetler . Bununla birlikte, gözlemlenen göksel hareketler tam olarak Newtoncu bir tedaviye uymuyordu ve aynı zamanda teolojiyle derinden ilgilenen Newton, Tanrı'nın güneş sisteminin sürekli istikrarını sağlamak için müdahale ettiğini hayal etti.

Gottfried Leibniz
(1646-1716)

Newton'un ilkeleri (ancak matematiksel tedavileri değil), hareket ve yerçekimi için metafizik açıklama eksikliğini felsefi olarak kabul edilemez bulan Kıta filozofları ile tartışmalı olduğunu kanıtladı . 1700 yıllarında başlayarak, acı bir sürtüşme Newton ve Leibniz analitik teknikler üzerinde öncelik ilişkin takipçileri arasında ısıtılır, süregelen ve gaddarca kişisel anlaşmazlıklar tarafından stoked Continental ve İngiliz felsefi gelenekler arasında açılan hesap her biri bağımsız geliştirdi. Başlangıçta, Kartezyen ve Leibnizci gelenekler Kıtada hüküm sürdü (Britanya dışında her yerde Leibnizan kalkülüs notasyonunun hakimiyetine yol açtı). Newton'un kendisi, yazılarında yerçekiminin gerçekliğini çıkarmak için hiçbirinin gerekli olmadığı konusunda ısrar ederken, felsefi bir yerçekimi anlayışının eksikliğinden özel olarak rahatsız olmaya devam etti. 18. yüzyıl ilerledikçe, Kıta Avrupası doğa filozofları, Newtoncuların matematiksel olarak tanımlanan hareketler için ontolojik metafizik açıklamalardan vazgeçme isteklerini giderek daha fazla kabul ettiler .

Newton ilk işleyen yansıtıcı teleskopu yaptı ve bir prizmanın beyaz ışığı görünür spektrumu oluşturan birçok renge ayrıştırdığı gözlemine dayanarak Opticks'te yayınlanan bir renk teorisi geliştirdi . Newton, ışığın küçük parçacıklardan oluştuğunu açıklarken, 1690'da Christiaan Huygens tarafından onun davranışını dalgalarla açıklayan rakip bir ışık teorisi sunuldu . Bununla birlikte, Newton'un itibarı ile birleşen mekanik felsefeye olan inanç, dalga teorisinin 19. yüzyıla kadar nispeten az destek gördüğü anlamına geliyordu. Newton ayrıca ampirik bir soğutma kanunu formüle etti , sesin hızını inceledi, güç serilerini araştırdı , genelleştirilmiş binom teoremini gösterdi ve bir fonksiyonun köklerine yaklaşmak için bir yöntem geliştirdi . Sonsuz seriler üzerindeki çalışmaları, Simon Stevin'in ondalık sayılarından esinlenmiştir . En önemlisi, Newton, Dünya üzerindeki nesnelerin ve gök cisimlerinin hareketlerinin, ne kaprisli ne de kötü niyetli olan aynı doğa yasaları tarafından yönetildiğini gösterdi. Newton, Kepler'in gezegensel hareket yasaları ile kendi yerçekimi teorisi arasındaki tutarlılığı göstererek, günmerkezlilik hakkındaki son şüpheleri de ortadan kaldırdı. Newton, Bilimsel devrim sırasında ortaya konan tüm fikirleri bir araya getirerek, matematik ve bilimde modern toplumun temelini etkili bir şekilde oluşturdu.

Diğer başarılar

Bilimsel devrim döneminde fiziğin diğer dalları da ilgi gördü. Kraliçe I. Elizabeth'in saray doktoru William Gilbert , 1600'de manyetizma üzerine önemli bir çalışma yayınladı ve dünyanın kendisinin nasıl dev bir mıknatıs gibi davrandığını açıkladı. Robert Boyle (1627–91) bir oda içinde bulunan gazların davranışını inceledi ve kendisi için adlandırılan gaz yasasını formüle etti ; fizyolojiye ve modern kimyanın kuruluşuna da katkıda bulundu. Bilimsel devrimdeki bir diğer önemli faktör, çeşitli ülkelerde eğitimli toplumların ve akademilerin yükselişiydi. Bunların en eskisi İtalya ve Almanya'daydı ve kısa ömürlüydü. İngiltere Kraliyet Cemiyeti (1660) ve Fransa'daki Bilimler Akademisi (1666) daha etkiliydi . İlki Londra'da özel bir kurumdu ve John Wallis , William Brouncker , Thomas Sydenham , John Mayow ve Christopher Wren (yalnızca mimariye değil, astronomi ve anatomiye de katkıda bulunan) gibi bilim adamlarını içeriyordu ; ikincisi, Paris'te bir devlet kurumuydu ve Hollandalı Huygens'i yabancı üye olarak dahil etti. 18. yüzyılda, Berlin'de (1700) ve St. Petersburg'da (1724) önemli kraliyet akademileri kuruldu. Dernekler ve akademiler, bilimsel devrim sırasında ve sonrasında bilimsel sonuçların yayınlanması ve tartışılması için başlıca fırsatları sağladı. 1690 yılında, James Bernoulli gösterdi sikloid Tautochrone sorununa çözüm; ve ertesi yıl, 1691'de Johann Bernoulli , iki noktadan serbestçe asılan bir zincirin , iki sabit nokta arasında asılı olan herhangi bir zincir için mümkün olan en düşük ağırlık merkezine sahip eğri olan bir katener oluşturacağını gösterdi . Daha sonra 1696'da sikloidin brakistokron sorununun çözümü olduğunu gösterdi .

Erken termodinamik

Motorun bir öncüsü Alman bilim adamı tarafından tasarlanmıştır Otto von Guericke , 1650'de, tasarlanmış ve inşa dünyanın ilk vakum pompası ve ilk oluyor dünya yaratmış vakumlu olarak bilinen Magdeburg'in yarımküreler deney. Aristoteles'in uzun süredir devam eden "Doğa boşluktan nefret eder " varsayımını çürütmek için bir boşluk yaratmaya yönlendirildi . Kısa bir süre sonra, İrlandalı fizikçi ve kimyager Boyle, Guericke'nin tasarımlarını öğrendi ve 1656'da İngiliz bilim adamı Robert Hooke ile koordineli olarak bir hava pompası yaptı. Bu pompayı kullanarak, Boyle ve Hooke bir gaz için basınç-hacim ilişki olduğunu fark: PV = k , nerede P olan basınç , V ise hacim ve k bir sabittir: bu ilişki olarak bilinir Boyle Yasası . O zamanlar havanın hareketsiz parçacıklardan oluşan bir sistem olduğu varsayıldı ve hareketli moleküller sistemi olarak yorumlanmadı. Termal hareket kavramı iki yüzyıl sonra ortaya çıktı. Bu nedenle Boyle'un 1660'taki yayını mekanik bir kavramdan bahseder: havalı yay. Daha sonra, termometrenin icadından sonra, özellik sıcaklığı ölçülebilirdi. Bu araç Gay-Lussac'a yasasını türetme fırsatı verdi ve bu da kısa süre sonra ideal gaz yasasına yol açtı . Ancak, ideal gaz yasasının oluşturulmasından önce, Boyle'un Denis Papin adlı bir ortağı, 1679'da, yüksek basınç oluşana kadar buharı hapseden, sıkıca oturan bir kapağa sahip kapalı bir kap olan bir kemik çürütücü inşa etti.

Daha sonraki tasarımlarda, makinenin patlamasını önlemek için bir buhar tahliye valfi uygulandı. Papin, valfin ritmik olarak yukarı ve aşağı hareketini izleyerek bir pistonlu ve silindirli motor fikrini tasarladı. Ancak tasarımını takip etmedi. Yine de, 1697'de, Papin'in tasarımlarına dayanarak, mühendis Thomas Savery ilk motoru yaptı. Bu erken motorlar kaba ve verimsiz olmasına rağmen, zamanın önde gelen bilim adamlarının dikkatini çekti. Bu nedenle, 1698'den ve Savery Engine'in icadından önce , İngiltere'deki su basmış tuz madenlerinden suyu kaldıran kovalara bağlı makaralara güç vermek için atlar kullanıldı. Takip eden yıllarda, Newcomen Engine ve daha sonra Watt Engine gibi daha fazla buhar motoru varyasyonu yapıldı . Zamanla, bu erken motorlar sonunda atların yerine kullanılacaktı. Böylece, her motor, kaç atın yerini aldığına bağlı olarak belirli bir miktarda "beygir gücü" ile ilişkilendirilmeye başlandı. Bu ilk motorlarla ilgili temel sorun, yavaş ve beceriksiz olmaları ve girdi yakıtının %2'sinden daha azını faydalı işe dönüştürmeleriydi. Başka bir deyişle, iş çıktısının yalnızca küçük bir kısmını elde etmek için büyük miktarlarda kömür (veya odun) yakılması gerekiyordu. Bu nedenle, yeni bir motor dinamiği bilimine duyulan ihtiyaç doğdu.

18. yüzyıl gelişmeleri

Alessandro Volta
(1745-1827)

18. yüzyıl boyunca, Newton tarafından kurulan mekanik, daha fazla matematikçi kalkülüs öğrenip ilk formülasyonunu detaylandırdıkça birkaç bilim adamı tarafından geliştirildi. Matematiksel analizin hareket problemlerine uygulanması, rasyonel mekanik veya karma matematik olarak biliniyordu (ve daha sonra klasik mekanik olarak adlandırıldı ).

mekanik

Daniel Bernoulli
(1700-1782)

1714 yılında, Brook Taylor türetilen temel frekansı bir çözerek birim uzunluk başına düşen gerilim ve kütle olarak, uzatılmış, titreşimli dize diferansiyel denklem . İsviçreli matematikçi Daniel Bernoulli (1700-1782), bir yüzyıldan fazla bir süre sonra geliştirilen gazların kinetik teorisini öngörerek gazların davranışı hakkında önemli matematiksel çalışmalar yaptı ve ilk matematiksel fizikçi olarak anıldı. 1733'te Daniel Bernoulli, bir diferansiyel denklemi çözerek asılı bir zincirin temel frekansını ve harmoniklerini elde etti . 1734'te Bernoulli, bir ucu sıkıştırılmış elastik bir çubuğun titreşimleri için diferansiyel denklemi çözdü. Bernoulli'nin akışkanlar dinamiği tedavisi ve akışkan akışını incelemesi , 1738 tarihli Hydrodynamica adlı çalışmasında tanıtıldı .

Rasyonel mekanik temel olarak Newton ilkelerini kullanarak gözlemlenen hareketlerin ayrıntılı matematiksel tedavilerinin geliştirilmesiyle ilgilendi ve karmaşık hesaplamaların izlenebilirliğinin iyileştirilmesini ve meşru analitik yaklaşım araçlarının geliştirilmesini vurguladı. Johann Baptiste Horvath tarafından temsili bir çağdaş ders kitabı yayınlandı . Yüzyılın sonuna gelindiğinde analitik tedaviler, ilahi müdahaleye atıfta bulunmaksızın yalnızca Newton yasalarına dayanarak güneş sisteminin kararlılığını doğrulamak için yeterince titizdi - yerçekimindeki üç cisim sorunu kadar basit sistemlerin deterministik tedavileri bile zorlu kaldı. 1705'te Edmond Halley , Halley Kuyruklu Yıldızı'nın periyodikliğini tahmin etti , William Herschel 1781'de Uranüs'ü keşfetti ve Henry Cavendish yerçekimi sabitini ölçtü ve 1798'de Dünya'nın kütlesini belirledi. 1783'te John Michell , bazı nesnelerin o kadar büyük olabileceğini öne sürdü. ışık bile onlardan kaçamazdı.

1739'da Leonhard Euler , zorlanmış harmonik osilatör için sıradan diferansiyel denklemi çözdü ve rezonans fenomenini fark etti. 1742'de Colin Maclaurin , düzgün bir şekilde dönen kendi kendine yerçekimi kürelerini keşfetti . 1742'de Benjamin Robins , aerodinamik bilimini kuran Gunnery'de Yeni İlkeler'i yayınladı . Taylor ve Maclaurin gibi matematikçiler tarafından yürütülen İngiliz çalışmaları, yüzyıl ilerledikçe Kıtasal gelişmelerin gerisinde kaldı. Bu arada, Kıtadaki bilim akademilerinde Bernoulli, Euler, Lagrange, Laplace ve Legendre gibi matematikçiler tarafından yürütülen çalışmalar gelişti . 1743'te Jean le Rond d'Alembert , hızlanan sistemler ve kısıtlamaları olan sistemler için genelleştirilmiş kuvvetler kavramını tanıttığı ve şimdi D' olarak bilinen dinamik problemi çözmek için yeni sanal çalışma fikrini uyguladığı Traite de Dynamique'i yayınladı. Alembert ilkesi , Newton'un ikinci hareket yasasına rakip olarak. 1747'de Pierre Louis Maupertuis , minimum ilkeleri mekaniğe uyguladı. 1759'da Euler, dikdörtgen bir tamburun titreşimi için kısmi diferansiyel denklemi çözdü. 1764'te Euler, dairesel bir tamburun titreşimi için kısmi diferansiyel denklemi inceledi ve Bessel fonksiyon çözümlerinden birini buldu. 1776'da John Smeaton , güç, , momentum ve kinetik enerji ile ilgili deneyler hakkında ve enerjinin korunumunu destekleyen bir makale yayınladı . 1788'de Joseph Louis Lagrange , tüm mekaniğin sanal çalışma ilkesi etrafında organize edildiği Mécanique Analytique'de Lagrange'ın hareket denklemlerini sundu . 1789'da Antoine Lavoisier kütlenin korunumu yasasını belirtir . 18. yüzyılda geliştirilen rasyonel mekanik, hem Lagrange'ın 1788'deki çalışmasında hem de Pierre-Simon Laplace'ın Gök Mekaniği'nde (1799-1825) parlak bir açıklama aldı .

Termodinamik

18. yüzyıl boyunca, termodinamik, ısı ("kalorik"), elektrik ve flojiston ( Lavoisier'in yüzyılın sonlarında oksijen gazı tanımlamasının ardından bir kavram olarak hızla devrildi ) gibi ağırlıksız "ölçülemeyen akışkanlar" teorileri yoluyla geliştirildi. . Bu kavramların gerçek akışkanlar olduğunu varsayarsak, akışları mekanik bir aparat veya kimyasal reaksiyonlar yoluyla izlenebilir. Bu deney geleneği, Leyden Kavanozu gibi yeni tür deneysel aygıtların geliştirilmesine yol açtı ; ve kalorimetre gibi yeni tür ölçüm aletleri ve termometre gibi eskilerin geliştirilmiş versiyonları . Deneyler ayrıca Glasgow Üniversitesi'nden deneyci Joseph Black'in gizli ısı kavramı ve Philadelphia entelektüeli Benjamin Franklin'in elektrik sıvısını fazlalık ve eksiklik yerleri arasında akan olarak nitelendirmesi gibi yeni kavramlar da üretti (bu kavram daha sonra pozitif ve negatif ücretler ). Franklin ayrıca 1752'de yıldırımın elektrik olduğunu da gösterdi.

18. yüzyılda kabul edilen ısı teorisi, onu kalori adı verilen bir tür sıvı olarak gördü ; Bu teorinin daha sonra hatalı olduğu gösterilmiş olsa da, buna bağlı kalan bir dizi bilim adamı, Joseph Black (1728–99) ve Henry Cavendish (1731–1810) dahil olmak üzere modern teorinin geliştirilmesinde faydalı önemli keşifler yaptı . Esas olarak kimyagerler tarafından geliştirilmiş olan bu kalori teorisine karşı, Newton'un zamanından kalma, ısının bir maddenin parçacıklarının hareketlerinden kaynaklandığına dair daha az kabul gören teori vardı. Bu mekanik teori, 1798'de, ısı ve mekanik enerji arasında doğrudan bir ilişki bulan Kont Rumford'un ( Benjamin Thompson ) can sıkıcı deneylerinden destek aldı .

18. yüzyılın başlarında, Newton'un hareket ilkelerine benzer mutlak elektrostatik ve manyetik kuvvet teorileri bulmanın önemli bir başarı olacağı kabul edildiyse de, hiçbiri gelecek değildi. Bu imkansızlık, 19. yüzyılın başlarında Londra'da yeni kurulan Kraliyet Enstitüsü gibi yerlerde deneysel uygulama daha yaygınlaştıkça ve daha rafine hale geldikçe yavaş yavaş ortadan kalktı . Bu arada, rasyonel mekaniğin analitik yöntemleri deneysel fenomenlere uygulanmaya başlandı, en etkili olanı Fransız matematikçi Joseph Fourier'in 1822'de yayınlandığı şekliyle ısı akışının analitik tedavisiyle oldu. Joseph Priestley 1767'de bir elektrik ters kare yasası önerdi. ve Charles-Augustin de Coulomb , 1798'de elektrostatiklerin ters kare yasasını tanıttı .

Yüzyılın sonunda, Fransız Bilimler Akademisi üyeleri bu alanda açık bir hakimiyet elde ettiler. Aynı zamanda Galileo ve takipçileri tarafından kurulan deneysel gelenek devam etti. Royal Society ve Fransız Bilimler Akademisi deneysel çalışma performansı ve raporlama için önemli merkezleriydi. 18. yüzyılda mekanik, optik, manyetizma , statik elektrik , kimya ve fizyolojideki deneyler birbirinden net olarak ayırt edilemedi, ancak açıklayıcı şemalarda önemli farklılıklar ve dolayısıyla deney tasarımı ortaya çıktı. Örneğin, kimyasal deneyciler, soyut Newton kuvvetlerinin bir şemasını kimyasal ilişkilere zorlama girişimlerine karşı çıktılar ve bunun yerine kimyasal maddelerin ve reaksiyonların izolasyonu ve sınıflandırılmasına odaklandılar.

19. yüzyıl

mekanik

1821'de William Hamilton , Hamilton'un karakteristik fonksiyonunun analizine başladı. 1835'te Hamilton'un kanonik hareket denklemlerini ortaya koydu .

1813'te Peter Ewart , Hareketli Kuvvetin Ölçüsü Üzerine adlı makalesinde enerjinin korunumu fikrini destekledi . 1829'da Gaspard Coriolis , (kuvvet çarpı mesafe) ve kinetik enerji terimlerini bugünkü anlamlarıyla tanıttı . 1841'de amatör bir bilim adamı olan Julius Robert von Mayer , akademik eğitim eksikliği reddedilmesine yol açsa da, enerjinin korunumu hakkında bir makale yazdı. 1847'de Hermann von Helmholtz , enerjinin korunumu yasasını resmen açıkladı .

elektromanyetizma

Michael Faraday
(1791-1867)

1800'de Alessandro Volta elektrik pilini ( voltaik pil olarak bilinir) icat etti ve böylece elektrik akımlarının da çalışılabileceği yolu geliştirdi. Bir yıl sonra Thomas Young , Augustin-Jean Fresnel'in çalışmalarından güçlü deneysel destek alan ışığın dalga doğasını ve girişim ilkesini gösterdi. 1820'de Hans Christian Ørsted , akım taşıyan bir iletkenin kendisini çevreleyen manyetik bir kuvvete yol açtığını keşfetti ve Ørsted'in keşfinin Fransa'ya ulaşmasından bir hafta sonra André-Marie Ampère , iki paralel elektrik akımının birbirine kuvvet uygulayacağını keşfetti. 1821'de Michael Faraday elektrikle çalışan bir motor inşa ederken, Georg Ohm 1826'da bir elektrik devresindeki voltaj, akım ve direnç arasındaki ilişkiyi ifade eden elektrik direnci yasasını ortaya koydu.

1831'de Faraday (ve bağımsız olarak Joseph Henry ), elektromanyetik indüksiyon olarak bilinen manyetizma yoluyla bir elektrik potansiyelinin veya akımın üretilmesi olan ters etkiyi keşfetti ; bu iki keşif, sırasıyla elektrik motorunun ve elektrik jeneratörünün temelidir.

termodinamik yasaları

19. yüzyılda, ısı ve mekanik enerji arasındaki bağlantı , 1840'larda ısının mekanik eşdeğerini ölçen Julius Robert von Mayer ve James Prescott Joule tarafından nicel olarak kuruldu . 1849'da Joule, ısının bir enerji biçimi olduğunu gösteren (kürek çarkı deneyi dahil) bir dizi deneyden elde edilen sonuçları yayınladı, bu 1850'lerde kabul edilen bir gerçekti. Isı ve enerji arasındaki ilişki buhar motorlarının gelişimi için önemliydi ve 1824'te Sadi Carnot'un deneysel ve teorik çalışması yayınlandı. Carnot, idealize edilmiş bir motorun verimliliği konusundaki tartışmasında termodinamiğin bazı fikirlerini yakaladı. Sadi Carnot'un çalışması , daha sonra Lord Kelvin olarak bilinen William Thomson ve Rudolf Clausius tarafından 1850 civarında belirtilen termodinamiğin birinci yasasının -enerjinin korunumu yasasının yeniden ifade edilmesinin- formülasyonu için bir temel sağladı . Mutlak sıfır kavramını 1848'de gazlardan tüm maddelere genişleten Lord Kelvin, Lazare Carnot , Sadi Carnot ve Émile Clapeyron'un mühendislik teorisinden ve James Prescott Joule'un mekanik, kimyasal, termal ve elektriksel çalışma biçimleri - birinci yasayı formüle etmek için.

Kelvin ve Clausius ayrıca , başlangıçta ısının daha soğuk bir cisimden daha sıcak bir cisme kendiliğinden akmadığı gerçeğiyle formüle edilen termodinamiğin ikinci yasasını da belirttiler . Bunu diğer formülasyonlar hızla izledi (örneğin, ikinci yasa Thomson ve Peter Guthrie Tait'in etkileyici eseri Treatise on Natural Philosophy'de açıklandı ) ve özellikle Kelvin yasanın genel imalarından bazılarını anladı. İkinci Yasa, gazların hareket halindeki moleküllerden oluştuğu fikriydi, 1738'de Daniel Bernoulli tarafından biraz ayrıntılı olarak tartışıldı, ancak gözden düştü ve 1857'de Clausius tarafından yeniden canlandırıldı. 1850'de Hippolyte Fizeau ve Léon Foucault , ışığın sudaki hızı ve ışığın dalga modelini desteklemek için havadakinden daha yavaş olduğunu bulun. 1852'de Joule ve Thomson, daha sonra Joule-Thomson etkisi veya Joule-Kelvin etkisi olarak adlandırılan hızla genişleyen bir gazın soğuduğunu gösterdi . Hermann von Helmholtz , Clausius'un dQ/T'nin ( Clausius'un teoremi ) önemini ortaya koyduğu (henüz niceliğin adını vermemiş olmasına rağmen) 1854'te evrenin ısı ölümü fikrini ortaya atmıştır .

İstatistiksel mekanik (bilime temelde yeni bir yaklaşım)

James Clerk Maxwell
(1831-1879)

1859'da James Clerk Maxwell moleküler hızların dağılım yasasını keşfetti . Maxwell, elektrik ve manyetik alanların kaynaklarından ışığın hızına eşit bir hızda yayıldığını ve ışığın, diğerlerinden yalnızca frekans ve dalga boyu bakımından farklı olan birkaç elektromanyetik radyasyon türünden biri olduğunu gösterdi. 1859'da Maxwell, bir gazın moleküllerinin hızlarının dağılımının matematiğini çalıştı. Işığın dalga teorisi, Maxwell'in elektromanyetik alan üzerindeki çalışmaları sırasında geniş çapta kabul gördü ve daha sonra ışık ve elektrik ve manyetizma çalışmaları yakından ilişkiliydi. 1864'te James Maxwell, elektromanyetik alanın dinamik bir teorisi üzerine makalelerini yayınladı ve Maxwell'in Elektrik ve Manyetizma Üzerine İnceleme'sinin 1873 yayınında ışığın elektromanyetik bir fenomen olduğunu belirtti . Bu çalışma, Carl Friedrich Gauss ve Wilhelm Weber gibi Alman teorisyenlerin teorik çalışmalarına dayanıyordu . Parçacık hareketinde ısının kapsüllenmesi ve Newton dinamiğine elektromanyetik kuvvetlerin eklenmesi, fiziksel gözlemler için son derece sağlam bir teorik temel oluşturdu.

Işığın bir " ışıklı eter " aracılığıyla dalga formunda bir enerji iletimini temsil ettiği öngörüsü ve bu öngörünün Helmholtz öğrencisi Heinrich Hertz'in 1888'de elektromanyetik radyasyon tespiti ile görünüşte doğrulanması, fiziksel teori için büyük bir zaferdi ve olasılığı artırdı. Alana dayalı daha da temel teorilerin yakında geliştirilebileceğini. Maxwell'in teorisinin deneysel doğrulaması, 1886'da elektrik dalgaları üreten ve tespit eden ve özelliklerini doğrulayan ve aynı zamanda radyo, televizyon ve diğer cihazlardaki uygulamalarının habercisi olan Hertz tarafından sağlandı. 1887'de Heinrich Hertz fotoelektrik etkiyi keşfetti . Elektromanyetik dalgalar üzerine araştırmalar, pek çok bilim adamı ve mucitin özellikleri üzerinde deneyler yapmasıyla kısa bir süre sonra başladı. 1890'ların ortalarından sonuna kadar Guglielmo Marconi , radyo dalgası tabanlı bir kablosuz telgraf sistemi geliştirdi (bkz . radyonun icadı ).

Maddenin atom teorisi 19. yüzyılın başlarında kimyager John Dalton tarafından tekrar önerildi ve Clausius ve James Clerk Maxwell tarafından termodinamik yasalarını açıklamak için geliştirilen kinetik-moleküler gaz teorisinin hipotezlerinden biri oldu.

Ludwig Boltzmann
(1844-1906)

Kinetik teori sırayla bilime devrimci bir yaklaşıma yol açtı , Ludwig Boltzmann (1844-1906) ve Josiah Willard Gibbs'in (1839-1903) istatistiksel mekaniği , bir sistemin mikro durumlarının istatistiklerini araştırıyor ve durumu belirlemek için istatistikleri kullanıyor. fiziksel bir sistemin Bu parçacıkların belirli organizasyon durumlarının istatistiksel olasılığını bu durumların enerjisiyle ilişkilendiren Clausius, enerji dağılımını moleküler konfigürasyonların giderek daha olası, giderek düzensiz durumlara geçme istatistiksel eğilimi olarak yeniden yorumladı (" entropi " terimini bir devletin düzensizliğini tanımlar). Termodinamiğin ikinci yasasının istatistiksel ve mutlak yorumları, birkaç on yıl sürecek (" Maxwell'in iblisi " gibi argümanlar üretecek ) ve atomların davranışı kesin olarak belirleninceye kadar kesin olarak çözülmeyecek bir anlaşmazlık yarattı. 20. yüzyılın başlarında. 1902'de James Jeans , yerçekimsel bozulmaların statik neredeyse homojen bir ortamda büyümesi için gereken uzunluk ölçeğini buldu.

Diğer gelişmeler

1822'de botanikçi Robert Brown Brownian hareketini keşfetti : sudaki polen taneleri, sıvıdaki hızlı hareket eden atomlar veya moleküller tarafından bombardımanından kaynaklanan harekete maruz kaldı.

1834'te Carl Jacobi , homojen olarak dönen, kendi kendine yerçekimi yapan elipsoidlerini ( Jacobi elipsoidi ) keşfetti .

1834'te John Russell , Edinburgh yakınlarındaki Union Kanalı'nda bozulmayan bir soliter su dalgası ( soliton ) gözlemledi ve soliter su dalgası hızlarının dalga genliği ve su derinliğine bağımlılığını incelemek için bir su tankı kullandı. 1835'te Gaspard Coriolis , su çarklarının mekanik verimliliğini teorik olarak inceledi ve Coriolis etkisini çıkardı . 1842'de Christian Doppler , Doppler etkisini önerdi .

1851'de Léon Foucault , Dünya'nın dönüşünü devasa bir sarkaçla ( Foucault sarkaç ) gösterdi.

Yüzyılın ilk yarısında sürekli ortam mekaniğinde , katılar için elastisite yasalarının formüle edilmesi ve akışkanlar için Navier-Stokes denklemlerinin keşfi gibi önemli gelişmeler oldu .

20. yüzyıl: modern fiziğin doğuşu

19. yüzyılın sonunda fizik, klasik mekaniğin makroskopik durumları içeren son derece karmaşık problemlerle başa çıkabileceği bir noktaya evrildi ; termodinamik ve kinetik teori iyi kurulmuştu; geometrik ve fiziksel optik, elektromanyetik dalgalar açısından anlaşılabilir; ve enerji ve momentum (ve kütle) için korunum yasaları yaygın olarak kabul edildi. Bunlar ve diğer gelişmeler o kadar derindi ki, genel olarak tüm önemli fizik yasalarının keşfedildiği ve bundan böyle araştırmaların küçük sorunları çözmek ve özellikle yöntem ve ölçüm iyileştirmeleriyle ilgili olacağı genel olarak kabul edildi. Bununla birlikte, 1900 civarında, klasik teorilerin eksiksizliği hakkında ciddi şüpheler ortaya çıktı - örneğin Maxwell'in teorilerinin zaferi, zaten ortaya çıkmaya başlayan yetersizlikler tarafından baltalandı - ve enerji dağılımı gibi belirli fiziksel fenomenleri açıklayamadılar. kara cisim ışıması ve fotoelektrik etki , bazı teorik formülasyonlar ise sınırlarına kadar zorlandığında paradokslara yol açtı. Hendrik Lorentz , Emil Cohn , Ernst Wiechert ve Wilhelm Wien gibi önde gelen fizikçiler , Maxwell denklemlerinin bazı modifikasyonlarının tüm fiziksel yasaların temelini oluşturabileceğine inanıyorlardı . Klasik fiziğin bu eksiklikleri hiçbir zaman giderilemedi ve yeni fikirler gerekliydi. 20. yüzyılın başında fizik dünyasını sarsan büyük bir devrim, genellikle modern fizik olarak adlandırılan yeni bir çağın başlamasına neden oldu .

radyasyon deneyleri

JJ Thomson ( 1856–1940 ) elektron ve izotopiyi keşfetti ve ayrıca kütle spektrometresini icat etti . 1906'da Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü .

19. yüzyılda, deneyciler beklenmedik radyasyon biçimlerini tespit etmeye başladılar: Wilhelm Röntgen , 1895'te X-ışınlarını keşfetmesiyle sansasyon yarattı ; 1896'da Henri Becquerel , belirli madde türlerinin kendiliğinden radyasyon yaydığını keşfetti. 1897'de JJ Thomson elektronu keşfetti ve Marie ve Pierre Curie tarafından bulunan yeni radyoaktif elementler , sözde yok edilemez atom ve maddenin doğası hakkında soruları gündeme getirdi. Marie ve Pierre , maddenin bu özelliğini tanımlamak için " radyoaktivite " terimini kullandılar ve radyoaktif elementler olan radyum ve polonyumu izole ettiler . Ernest Rutherford ve Frederick Soddy , Becquerel'in elektronlarla ve helyum elementiyle radyasyon formlarından ikisini tanımladılar . Rutherford, iki tür radyoaktivite tanımladı ve adlandırdı ve 1911'de deneysel kanıtları, atomun yoğun, pozitif yüklü bir çekirdekten, negatif yüklü elektronlarla çevrili olduğunu gösteren şekilde yorumladı. Ancak klasik teori, bu yapının kararsız olması gerektiğini öngördü. Klasik teori, 19. yüzyılın sonlarında ortaya çıkan diğer iki deneysel sonucu da başarılı bir şekilde açıklamakta başarısız olmuştu. Bunlardan biri , Michelson-Morley deneyi olarak bilinen Albert A. Michelson ve Edward W. Morley tarafından yapılan ve varsayımsal ışık saçan etere göre hareketsiz durumda tercih edilen bir referans çerçevesinin olmadığını gösteren gösteriydi . elektromanyetik olayları tanımlar. Radyasyon ve radyoaktif bozunma çalışmaları, 1930'lar boyunca, Lise Meitner ve Otto Frisch tarafından nükleer fisyonun keşfinin "atom" enerjisi olarak adlandırılan şeyin pratik olarak kullanılmasının yolunu açtığında, fiziksel ve kimyasal araştırmalar için önde gelen bir odak noktası olmaya devam etti. .

Albert Einstein'ın görelilik kuramı

Albert Einstein (1879–1955), burada 1905'te fotoğraflandı

1905 yılında, Albert Einstein adlı 26 yaşındaki bir Alman fizikçi (o zamanlar Bern , İsviçre'de bir patent memuruydu ), zaman ve uzay ölçümlerinin bir gözlemci ile gözlemlenen arasındaki hareketten nasıl etkilendiğini gösterdi. Einstein'ın radikal görelilik kuramı bilimde devrim yarattı. Einstein bilime başka birçok önemli katkı yapmış olsa da, tek başına görelilik teorisi tüm zamanların en büyük entelektüel başarılarından birini temsil ediyor. Görelilik kavramı Einstein tarafından ortaya atılmamış olsa da, onun asıl katkısı, ışığın boşluktaki hızının sabit, yani tüm gözlemciler için aynı ve hareket için mutlak bir fiziksel sınır olduğunun kabul edilmesiydi. Çoğu nesne ışık hızından çok daha yavaş hızlarda hareket ettiğinden, bu bir kişinin günlük yaşamını etkilemez. Bununla birlikte, ışık hızına yakın hareket eden nesneler için, görelilik teorisi, bu nesnelerle ilişkili saatlerin daha yavaş çalışacağını ve Dünya'daki bir gözlemcinin ölçümlerine göre nesnelerin uzunluklarının kısaldığını gösterir. Einstein ayrıca kütle ve enerjinin denkliğini ifade eden ünlü E = mc 2 denklemini türetmiştir .

Özel görelilik

Einstein, yerçekiminin kütlelerin (veya eşdeğer enerjilerinin ) içinde bulundukları uzay-zamanı bükmesinin ("bükme") ve içinde izledikleri yolları değiştirmesinin bir sonucu olduğunu öne sürdü .

Einstein, ışığın hızının tüm eylemsiz referans çerçevelerinde sabit olduğunu ve elektromanyetik yasaların referans çerçevesinden bağımsız olarak geçerli kalması gerektiğini savundu - esiri fiziksel teoriye "gereksiz" kılan ve zaman ve uzunluk gözlemlerinin göreceli olarak değiştiğini iddia eden iddialar. gözlemcinin ölçülen nesneye göre nasıl hareket ettiğiyle (" özel görelilik kuramı " olarak anılmaya başlandı ). Ayrıca, E = mc 2 denklemine göre kütle ve enerjinin birbirinin yerine geçebilen nicelikler olduğunu da takip etti . Aynı yıl yayınlanan başka bir makalede Einstein, elektromanyetik radyasyonun, teorik fizikçi Max Planck'ın 1900'de kara cisim radyasyonunun dağılımı için doğru bir teoriye ulaşmak için ortaya koyduğu bir sabite göre , ayrı niceliklerde (" kuanta ") iletildiğini iddia etti. —fotoelektrik etkinin tuhaf özelliklerini açıklayan bir varsayım .

Özel görelilik kuramı, fiziksel gözlemler ile uzay ve zaman kavramları arasındaki ilişkinin bir formülasyonudur. Teori, elektromanyetizma ve Newton mekaniği arasındaki çelişkilerden doğdu ve her iki alanda da büyük etkisi oldu. Orijinal tarihsel mesele, elektromanyetik dalga taşıyan "eter" ve ona göre hareketi tartışmanın anlamlı olup olmadığı ve ayrıca Michelson-Morley deneyinde başarısız bir şekilde denendiği gibi, böyle bir hareketi tespit edip edemeyeceğiydi. Einstein, özel görelilik kuramında bu soruları ve esir kavramını yıktı. Bununla birlikte, temel formülasyonu ayrıntılı elektromanyetik teoriyi içermez. "Zaman nedir?" sorusundan doğar. Newton, Principia'da (1686), açık bir cevap vermişti: "Mutlak, doğru ve matematiksel zaman, kendi başına ve kendi doğasından, dışsal hiçbir şeyle ilişkisi olmaksızın eşit bir şekilde akar ve başka bir adla süre denir." Bu tanım, tüm klasik fizik için temeldir.

Einstein bunu sorgulayacak dehaya sahipti ve eksik olduğunu gördü. Bunun yerine, her "gözlemci" zorunlu olarak kendi zaman ölçeğini kullanır ve göreli hareket halindeki iki gözlemci için zaman ölçekleri farklı olacaktır. Bu, konum ölçümleri üzerinde ilgili bir etkiye neden olur. Uzay ve zaman, temelde gözlemciye bağlı olarak iç içe geçmiş kavramlar haline gelir. Her gözlemci kendi uzay-zaman çerçevesine veya koordinat sistemine başkanlık eder. Mutlak bir referans çerçevesi olmadığından, belirli olayların tüm gözlemcileri farklı ama eşit derecede geçerli (ve uzlaştırılabilir) ölçümler yapar. Mutlak kalan şey Einstein'ın görelilik varsayımında belirtilir: "Birbirine göre sabit bir göreli hıza sahip iki gözlemci için fiziğin temel yasaları aynıdır."

Özel göreliliğin fizik üzerinde derin bir etkisi oldu: elektromanyetizma teorisinin yeniden düşünülmesiyle başladı , eski Galilean simetrisinin yerini alan , şimdi Poincaré simetrisi olarak adlandırılan yeni bir doğa simetri kanunu buldu .

Özel görelilik, dinamikler üzerinde uzun süreli başka bir etki yaptı . Bu "kütle ve enerji birleşmesi" ile yatırıldı başlangıçta rağmen, belli oldu göreli dinamiği sağlam bir tesis ayrım arasında kalan kütle , bir bir değişmez (gözlemci bağımsız) bir özelliktir, parçacık parçacıkların ya da sistem ve enerji ve bir sistemin momentumu . Son ikisi her durumda ayrı ayrı korunur , ancak farklı gözlemcilere göre değişmez değildir. Terimi, toplu olarak parçacık fiziği bir uygulanan semantik değişiklik ve geç 20. yüzyıldan beri neredeyse sadece belirtmektedir kalan (ya da değişmez ) kütle .

Genel görelilik

1916'da Einstein, genel görelilik teorisi haline gelen, düzgün olmayan ivme dahil tüm hareket durumlarıyla başa çıkmak için bunu daha da genelleştirebildi. Bu teoride Einstein, uzayın her noktasındaki yerçekimi etkisini tanımlayan uzay-zamanın eğriliği adlı yeni bir kavram da belirledi. Aslında, uzay-zamanın eğriliği, Newton'un evrensel yerçekimi yasasının yerini tamamen aldı. Einstein'a göre yerçekimi kuvveti normal anlamda uzayın geometrisinden kaynaklanan bir tür yanılsamadır. Bir kütlenin varlığı, kütlenin yakınında uzay-zamanda bir eğriliğe neden olur ve bu eğrilik, serbestçe hareket eden tüm nesnelerin izlemesi gereken uzay-zaman yolunu belirler. Bu teoriden, ışığın yerçekimine maruz kalması gerektiği de tahmin edildi - bunların tümü deneysel olarak doğrulandı. Göreliliğin bu yönü, ışığın güneş etrafında bükülmesi fenomenini, tahmin edilen kara delikleri ve ayrıca Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun özelliklerini açıkladı - klasik Durağan Durum hipotezinde temel anormallikleri ortaya çıkaran bir keşif. Görelilik, fotoelektrik etki ve kara cisim ışıması konusundaki çalışmaları için Einstein, 1921'de Nobel Ödülü'nü aldı.

Einstein'ın görelilik teorilerinin ve ışık iletiminin nicelleştirilmiş doğasının ve Niels Bohr'un atom modelinin kademeli olarak kabul edilmesi, çözdükleri kadar çok problem yarattı ve fiziği yeni temel ilkeler üzerinde yeniden kurmak için tam ölçekli bir çabaya yol açtı. Göreliliği 1910'larda hızlanan referans çerçeveleri (" genel görelilik teorisi ") vakalarına genişleten Einstein, ivmenin eylemsizlik kuvveti ile yerçekimi kuvveti arasında bir denklik öne sürerek, uzayın kavisli ve boyut olarak sonlu olduğu sonucuna varmıştır. ve kütleçekimsel merceklenme ve yerçekimi alanlarında zamanın bozulması gibi fenomenlerin tahmini .

Kuantum mekaniği

Maks Planck
(1858–1947)

Görelilik, Michelson ve Morley tarafından gösterilen elektromanyetik fenomen çatışmasını çözmüş olsa da, ikinci bir teorik problem, bir kara cisim tarafından yayılan elektromanyetik radyasyon dağılımının açıklanmasıydı ; deney, spektrumun ultraviyole ucuna doğru daha kısa dalga boylarında enerjinin sıfıra yaklaştığını gösterdi, ancak klasik teori bunun sonsuz olması gerektiğini öngördü. Ultraviyole felaketi olarak bilinen bu göze çarpan tutarsızlık, yeni kuantum mekaniği teorisi tarafından çözüldü . Kuantum mekaniği, atomların ve atom altı sistemlerin teorisidir . 20. yüzyılın yaklaşık olarak ilk 30 yılı, teorinin kavrandığı ve evrimleştiği dönemdir. Kuantum teorisinin temel fikirleri 1900 yılında Max Planck (1858–1947) tarafından tanıtıldı ve 1918'de enerjinin nicel doğasını keşfettiği için Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü . Kuantum teorisi (daha önce atomun nicelenmiş dünyası ile " klasik " dünyanın süreklilikleri arasındaki büyük ölçeklerde "karşılıklılığa" dayanan ), Compton Etkisi ışığın momentum taşıdığını ve parçacıkları saçabildiğini belirlediğinde kabul edildi ve zaman Louis de Broglie iddia maddenin elektromanyetik dalgalar parçacıklar (gibi davranır ile aynı şekilde bir dalga olarak davranmak olarak görülebilir dalga parçacık ikiliği ).

Werner Heisenberg
(1901–1976)

1905'te Einstein, fotoelektrik etkiyi açıklamak için kuantum teorisini kullandı ve 1913'te Danimarkalı fizikçi Niels Bohr , Rutherford atomunun kararlılığını ve hidrojen gazı tarafından yayılan ışığın frekanslarını açıklamak için aynı sabiti kullandı . Kuantize atom teorisi 1920'lerde yerini tam ölçekli bir kuantum mekaniğine bıraktı. 1925'te Werner Heisenberg , Max Born ve Pascual Jordan tarafından matris biçiminde formüle edilen "klasik" bir mekaniğin yerine "kuantum"un yeni ilkeleri, ayrık "durumlar" arasındaki olasılıksal ilişkiye dayanıyordu ve nedensellik olasılığını reddediyordu. . Kuantum mekaniği, 1926'da dalgalara dayalı eşdeğer bir teori kuran Heisenberg, Wolfgang Pauli , Paul Dirac ve Erwin Schrödinger tarafından kapsamlı bir şekilde geliştirildi ; fakat Heisenberg'in 1927'deki " belirsizlik ilkesi " (konum ve momentumu kesin ve aynı anda ölçmenin imkansızlığını gösterir ) ve kuantum mekaniğinin (Bohr'un memleketinden adını alan) " Kopenhag yorumu ", Einstein gibi karşıtları olsa da, temel nedensellik olasılığını reddetmeye devam etti. mecazi olarak "Tanrı evrenle zar atmaz" iddiasında bulunurdu. Yeni kuantum mekaniği, olayların atomik düzeyde araştırılmasında ve açıklanmasında vazgeçilmez bir araç haline geldi. Yine 1920'lerde, Hintli bilim adamı Satyendra Nath Bose'un fotonlar ve kuantum mekaniği üzerindeki çalışması, Bose-Einstein istatistiği olan Bose-Einstein yoğuşması teorisinin temelini oluşturdu .

Spin-istatistik kuramına kuantum mekaniğindeki parçacık olabilir kurulan ya boson (istatistiksel Bose-Einstein) ya da bir fermiyon (istatistiksel Fermi Dirac ). Daha sonra, tüm temel bozonların, elektromanyetizma ileten foton gibi kuvvetleri ilettiği bulundu .

Fermiyonlar "elektronlar ve nükleonlar gibi" parçacıklardır ve maddenin olağan bileşenleridir . Fermi-Dirac istatistikleri daha sonra astrofizikten (bkz. Dejenere madde ) yarı iletken tasarımına kadar çok sayıda başka kullanım alanı buldu .

Çağdaş ve parçacık fiziği

kuantum alan teorisi

Bir elektronun ve tamamlayıcı antiparçacığı olan pozitronun yok edilmesinden bir fotonun (mavi sinüs dalgası ) üretimini temsil eden (soldan sağa) bir Feynman diyagramı . Foton bir kuark - antikuark çifti olur ve bir gluon (yeşil spiral) salınır.
Richard Feynman'ın Los Alamos kimlik kartı

Felsefi eğilimliler evrenin temel doğasını tartışmaya devam ettikçe, Paul Dirac'ın 1928'de göreli bir kuantum teorisi formülasyonuyla başlayarak kuantum teorileri üretilmeye devam etti . Ancak, elektromanyetik teoriyi tamamen kuantize etme girişimleri 1930'lar boyunca sonsuz enerjiler veren teorik formülasyonlar. Bu durum yeterince sonrasına kadar çözülmüş sayılmaz edildi Dünya Savaşı sırasında, sona eren Julian Schwinger , Richard Feynman ve Siniçiro Tomonaga bağımsız tekniğini oturtulması Renormalizasyon sağlam bir şekilde kurulması sağlanmıştır, kuantum elektrodinamik (QED).

Bu arada, yeni teoriler temel parçacıkların düşüncesinin yükselişi ile çoğalmıştır alanların nicelenmesinin "yoluyla döviz kuvvetlerinin kısa ömürlü bir değişim tarafından düzenlenen" "sanal" parçacıkların yapısal belirsizlikleri yöneten yasalara göre mevcut izin verildi, kuantum dünyasında. Özellikle, Hideki Yukawa , çekirdeğin pozitif yüklerinin, kütlesi elektron ve proton arasında olan bir parçacığın aracılık ettiği güçlü ama kısa menzilli bir kuvvet sayesinde bir arada tutulduğunu öne sürdü . Bu parçacık, " pion ", 1947'de II. Dünya Savaşı'ndan sonra keşfedilen bir dizi parçacığın parçası olarak tanımlandı. Başlangıçta, bu tür parçacıklar kozmik ışınların bıraktığı iyonlaştırıcı radyasyon olarak bulundu , ancak giderek daha yeni ve daha güçlü parçacık hızlandırıcılarda üretilmeye başlandı .

Parçacık fiziğinin dışında, zamanın önemli gelişmeleri şunlardı:

Birleşik alan teorileri

Einstein , doğadaki tüm temel etkileşimlerin tek bir teoriyle açıklanabileceğini düşündü. Birleşik alan teorileri, çeşitli etkileşimleri "birleştirmek" için sayısız girişimdi. Bu tür teorilerin (genel olarak alan teorilerinin yanı sıra) birçok formülasyonundan biri , simetri fikrinin bir genellemesi olan bir ayar teorisidir . Sonunda Standart Model (aşağıya bakınız) güçlü, zayıf ve elektromanyetik etkileşimleri birleştirmeyi başardı. Yerçekimini başka bir şeyle birleştirmeye yönelik tüm girişimler başarısız oldu.

Standart Model

Chien-Shiung Wu, 1956'da parite ihlali üzerinde çalıştı ve sonuçlarını Ocak 1957'de açıkladı.

Ne zaman paritesi zayıf etkileşimlerde kırıldı Chien-Shiung Wu onun içinde deney , keşifler bir dizi daha sonra yaratıldı. Bu parçacıkların saçılma ve bozunma yoluyla etkileşimi, yeni temel kuantum teorileri için bir anahtar sağladı. Murray Gell-Mann ve Yuval Ne'eman , Gell-Mann'ın " Sekiz Katlı Yol " olarak adlandırdığı şeyden başlayarak, bu yeni parçacıkları belirli niteliklere göre sınıflandırarak onlara bir düzen getirdi . Daha da geliştirilmesi, kuark modeli , ilk başta güçlü nükleer kuvvetleri tanımlamak için yetersiz görünse de, 1970'lerde kuantum renk dinamiğinin kurulması , S-Matrix gibi rakip teorilerin geçici olarak yükselmesine izin vererek, bir dizi temel ve değişim parçacığını sonuçlandırdı, Bu , yerçekimi dışındaki tüm kuvvetleri başarıyla tanımlayan ve uygulama alanı içinde genel olarak kabul gören , ayar değişmezliği matematiğine dayanan bir " standart model " kurulmasına izin verdi .

Göre standart modeli, Yang Mills teorisi grupları elektrik etkileşme teorisi ve kuantum renk ile temsil edilen bir yapıya ölçer grubu SU (3) x SU (2) x u (1). Standart modelde elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerin birleştirilmesinin formülasyonu, Abdus Salam , Steven Weinberg ve daha sonra Sheldon Glashow'a bağlıdır . Elektrozayıf teori daha sonra deneysel olarak ( nötr zayıf akımların gözlemlenmesiyle) doğrulandı ve 1979 Nobel Fizik Ödülü ile ayırt edildi .

1970'lerden bu yana, temel parçacık fiziği erken evren kozmolojisine , özellikle de Einstein'ın genel görelilik kuramının bir sonucu olarak önerilen Büyük Patlama kuramına dair içgörüler sağlamıştır . Bununla birlikte, 1990'lardan başlayarak, astronomik gözlemler, galaktik kararlılık (" karanlık madde ") ve evrenin genişlemesindeki görünür hızlanma (" karanlık enerji ") hakkında yeni açıklamalara duyulan ihtiyaç gibi yeni zorluklar da getirdi .

Hızlandırıcılar, çeşitli çarpışma enerjilerinde beklenen parçacık etkileşimlerini tespit ederek Standart Modelin birçok yönünü doğrulamış olsa da, süpersimetri ve sicim teorisinin birçok teorisyen tarafından umut verici bir yol olduğuna inanılmasına rağmen, genel göreliliği Standart Model ile uzlaştıran hiçbir teori henüz bulunamadı. . Büyük Hadron Çarpıştırıcısı 2008 yılında faaliyete başlayan ancak, bu Süpersimetri ve sicim teorisi destekleyicidir herhangi bir kanıt bulmak için başarısız oldu.

kozmoloji

Kozmolojinin, " genel göreliliğin altın çağı " olarak bilinen döneme kadar bilimsel ana akıma girmemesine rağmen, Einstein'ın Genel Görelilik Kuramı'nın 1915'te yayımlanmasıyla ciddi bir araştırma sorusu haline geldiği söylenebilir .

Yaklaşık on yıl sonra, " Büyük Tartışma " olarak adlandırılan şeyin ortasında , Hubble ve Slipher 1920'lerde galaktik nebulalardan Doppler spektrumlarının kırmızıya kaymalarını ölçerek evrenin genişlemesini keşfettiler . Einstein'ın genel göreliliğini kullanan Lemaître ve Gamow , büyük patlama teorisi olarak bilinecek olanı formüle ettiler . Hoyle , Gold , Narlikar ve Bondi tarafından kararlı durum teorisi adı verilen bir rakip geliştirildi .

Kozmik fon radyasyonu 1960'larda Penzias ve Wilson tarafından doğrulandı ve bu keşif, sabit durum senaryosu pahasına büyük patlamayı destekledi. Daha sonra çalışma Smoot ve diğerleri tarafından yapıldı . (1989), diğer katkıda bulunanların yanı sıra, bu gözlemleri geliştiren Kozmik Arka Plan Gezgini (CoBE) ve Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Sondası (WMAP) uydularından gelen verileri kullanarak . 1980'ler (COBE ölçümlerinin aynı on yılı) , Alan Guth'un enflasyon teorisi önerisini de gördü .

Son zamanlarda karanlık madde ve karanlık enerji sorunları kozmoloji gündeminin en üst sıralarına yükseldi.

Higgs bozonu

Simüle edilmiş bir proton-proton çarpışmasından bir Higgs bozonunun olası bir imzası . Hemen hemen iki hadron jetine ve çizgiler olarak görülebilen iki elektrona bozunur .

4 Temmuz 2012'de CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda çalışan fizikçiler , Higgs bozonuna büyük ölçüde benzeyen yeni bir atom altı parçacık keşfettiklerini açıkladılar . Evren. Şimdilik, bazı fizikçiler ona "Higgslike" parçacık diyorlar. Santa Barbara'daki California Üniversitesi'nden Joe Incandela , "Sonunda, alanımızda son 30 veya 40 yıldaki herhangi bir yeni fenomenin en büyük gözlemlerinden biri olabilecek bir şey. örneğin kuarkların keşfi ." Chicago Üniversitesi'nde kozmolog ve fizik merkezi yönetim kurulu başkanı Michael Turner şunları söyledi:

" Bu, parçacık fiziği ve bir dönüm noktası için büyük bir an - bu yüksek su işareti mi olacak yoksa bizi ortaya koyduğumuz gerçekten büyük soruları çözmeye yönlendiren birçok keşiften ilki mi olacak? "

—  Michael Turner , Chicago Üniversitesi

Peter Higgs , 1964'te Higgs alanı ("kozmik melas") kavramını icat eden üç bağımsız grupta çalışan altı fizikçiden biriydi. Başkaları da vardı Tom Kibble ait Imperial College, Londra ; Carl Hagen ait Rochester Üniversitesi'nden ; Gerald Guralnik ait Brown Üniversitesi ; ve her ikisi de Université libre de Bruxelles'den François Englert ve Robert Brout .

Higgs benzeri alanlar, hiç görülmemiş olmalarına rağmen, evren teorilerinde ve sicim teorisinde önemli bir rol oynamaktadır. Einstein fiziğinin tuhaf muhasebesine göre, belirli koşullar altında, bir anti-yerçekimi kuvveti uygulayan enerjiyle kaplanabilirler. Bu tür alanlar, evrenin erken dönemlerinde enflasyon olarak bilinen ve muhtemelen şimdi evrenin genişlemesini hızlandırıyor gibi görünen karanlık enerjinin sırrı olarak bilinen muazzam bir genişleme patlamasının kaynağı olarak önerilmiştir.

fizik bilimleri

19. yüzyılda gelişmiş analitik teknikler üzerine artan erişilebilirlik ve detaylandırma ile, fizik hareket ve enerji ve temel nitelikteki evrensel ilkelerine arama tarafından daha o tekniklerle, çok olarak tanımlanan olmasa daha oldu konuyla . Gibi alanlar akustik , jeofizik , astrofizik , aerodinamik , plazma fiziği , düşük sıcaklık fizik ve katı hal fiziği birleştirilmiş optik , sıvı dinamiği , elektromanyetizma ve mekanik , fiziksel araştırma alanları gibi. 20. yüzyılda fizik, elektrik , uzay ve malzeme mühendisliği gibi alanlarla da yakından ilişkili hale geldi ve fizikçiler, akademik ortamlarda olduğu kadar devlet ve endüstriyel laboratuvarlarda da çalışmaya başladılar. İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra, fizikçilerin nüfusu çarpıcı bir şekilde arttı ve ABD merkezli hale gelirken, daha yakın yıllarda fizik, önceki tarihinin herhangi bir zamanından daha uluslararası bir arayış haline geldi.

Yeni ufuklar açan fizik yayınları

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

Kaynaklar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar