ფიზიკა

ფიზიკა — საბუნებისმეტყველო მეცნიერება, რომელიც შეისწავლის ბუნების უმარტივეს და ამავე დროს ყველაზე უზოგადეს კანონზომიერებებს, იკვლევს მატერიის აგებულებასა და თვისებებს, სივრცესა და დროში მის მოძრაობის ზოგად ფორმებს.
ფიზიკა სხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებთან ერთად შეისწავლის გარემომცველ სამყაროს ობიექტურ თვისებებს. მის ერთ-ერთ ცენტრალურ თემას წარმოადგენს მატერიის აგებულების შესწავლა.
ფიზიკაში ტრადიციულად გამოყოფენ მატერიის ორ ფუნდამენტალურ სახეს — ნივთიერებასა და ფიზიკურ ველს. თუმცა ასეთი დაყოფა პირობითია, რამდენადაც ველის კვანტური თეორიის მიხედვით ნებისმიერი ნაწილაკი აღიწერება დაკვანტული ფიზიკური ველით. ველების დაკვანტულობა მათ აძლევთ კორპუსკულარულ ნიშნებს.
უკანასკნელ წლებში სამყაროს აჩაქრებული გაფართოების (რაც დასტურდება ასტრონომიული დაკვირვებებით) ასახსნელად, წამოაყენეს ჰიპოთეზები ახალი სახის მატერიის არსებობის შესახებ, რომელიც ცნობილია ბნელი მატერიის სახელწოდებით. დღეისათვის ბნელი მატერიის ბუნება უცნობია.
ყველა მატერიალური ობიექტი განიცდის ცვლილებას, დროის მიხედვით იცვლება მათი ურთიერთმდებარეობა, ფორმა, ზომები, აგრეგატული მდგომარეობა, ფიზიკური და ქიმიური თვისებები და ა.შ. ყოველგვარი ცვლილება, ყოველგვარი პროცესი, რომელიც მიმდინარეობს ჩვენს გარემომცველ სამყაროში, წარმოადგენს მატერიის მოძრაობას. მოძრაობა მატერიის შინაგანი თვისებაა, იგი წარმოუდგენელია მატერიის გარეშე. მოძრაობა არის მატერიის არსებობის საშუალება.
ფიზიკის მიერ შესწავლადი მატერიის უზოგადესი მოძრაობის ფორმები (მექანიკური, მოლეკულურ-სითბური, ელექტო-მაგნიტური, ატომური, ბირთვული) წარმოადგენენ მატერიის უფრო რთული მოძრაობის ფორმების (ქიმიური, ბიოლოგიური და სხვ.) შემადგენელ ნაწილს, ამიტომაც ფიზიკა წარმოადგენს სხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების (ასტრონომია, ბიოლოგია, ქიმია, გეოლოგია და სხვ.) საფუძველს.
ამრიგად, ფიზიკა სწავლობს ამა თუ იმ სახის მატერიის თვისებებსა და ქცევას მისი გამოვლინების ფართო საზღვრებში, დაწყებული სუბმიკროსკოპული ელემენტარული ნაწილაკებიდან (ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა) დამთავრებული მთლიანად სამყაროთი (კოსმოლოგია).
ზოგადი მიმოხილვა
მეცნიერება, რომელსაც დღევანდელი გაგებით ჩვენ ვუწოდებთ ფიზიკას, ჩამოყალიბდა არც თუ ისე შორეულ წარსულში, კონკრეტულად კი დაახლოებით 200 წლის წინ.
რამდენიმე ასეული წლის წინ კაცობრიობის მიერ დაგროვილი მეცნიერული ცოდნა იმდენად მცირე იყო, რომ ერთ ადამიანს შეეძლო დაწვრილებით გაცნობოდა თითქმის ყველა ძირითად სამეცნიერო იდეას. მართლაც, იმდროინდელ მეცნიერებს უწოდებდნენ „ნატურფილოსოფოსებს“ (ძველ დროში კი ისინი „ფილოსოფოსებად“ იწოდებოდნენ), რომელშიც მოიაზრებოდა, რომ იგი სწავლობდა ბუნებისმცოდნეობის ყველა ასპექტს. აღორძინების ეპოქიდან, სამეცნიერო ინფორმაციის დაგროვება მიმდინარეობდა ისე სწრაფად, რომ წარმოდგენა მეცნიერზე, როგორც ადამიანზე, რომელიც ფლობდა უნივერსალურ ცოდნას, უკვე დაკარგა აზრი. ამჟამად მეცნიერებები იყოფიან ფიზიკოსებად, ქიმიკოსებად, ბიოლოგებად და ა.შ
საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებს შორის ფიზიკას ცენტრალური ადგილი უკავია. ფიზიკის ზუსტი განმარტება არც თუ ისე ადვილია. ის მჭიდროდაა გადაჯაჭვული სხვა დისციპლინებთან, რომლებიც მას გამოეყვნენ ცალკე დამოუკიდებელ კვლევის სფეროებად. ხშირად, რთულია მკაცრი საზღვარი გავავლოთ საკუთრივ ფიზიკასა და მექანიკას, ატომურ ფიზიკასა და ქიმიას შორის; ასევე არსებობენ მოსაზღვრე მეცნიერებები (მაგალითად, ბიოფიზიკა, ფიზიკური ქიმია) რომლებიც აქტიურად იყენებენ ფიზიკურ მეთოდებს თავიანთი ამოცანების გადასაწყვეტად. თუმცა, ფიზიკის ერთ-ერთი გამოკვეთილი განმასხვავებელი ფაქტორის მითითება მაინც შესაძლებელია: ფიზიკა — ეს არის მეცნიერება ბუნებაში მიმდინარე პროცესების განმსაზღვრელ ფუნდამენტალურ კანონზომიერებების შესახებ. მისი ძირითადი ამოცანაა — გამოავლინოს ჩვენი სამყაროს ფუნდამენტალური საზღვრები, სთავაზობს რა სხვა მეცნიერებებს ცოდნის საფუძვლებს, ხსნის ახალ შესაძლებლობებს საინჟინრო გადაწყვეტილებებში, იძლევა ძლიერ ბიძგს ახალ ტექნოლოგიებში. ფიზიკა მჭიდროდაა დაკავშირებული ბუნების შესახებ ჩვენი წარმოდგენის განვითარებაში, ფაქტობრივად ის განსაზღვრავს თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერულ მსოფლმხედველობას.
ფიზიკის ძირითადი ცნებები; მატერია,სივრცე,დრო და ენერგია
ფიზიკის მიერ დადგენილი კანონზომიერებები ყველაზე უფრო ზოგადი და ძირეულია. ისინი უნდა იძლეოდნენ იმ კერძო სახის კანონზომიერებათა ახსნის პრინციპულ შესაძლებლობას, რომელსაც აყალიბებს დანარჩენი საბუნებისმეტყველო მეცნიერებები. ეს სრულებით არ ნიშნავს იმას, რომ ნებისმიერი მოვლენის ახსნა უკვე შესაძლებელია თანამედროვე ფიზიკის კანონებზე დაყრდნობით, ვინაიდან თანამედროვე ფიზიკა ჯერ კიდევ შორსაა ამ მიზნისგან.
ძირითად დებულებას, რომელსაც ეყრდნობა მთელი მეცნიერული შემეცნება, წარმოადგენს დებულება გარე სამყაროს ობიექტური, ჩვენი ცნობიერებისგან დამოუკიდებელი არსებობის შესახებ. ამ დებულების გარეშე შეუძლებელი იქნებოდა ყოველგვარი ნამდვილი მეცნიერების არსებობა, რასაც ამტკიცებს მეცნიერებისა და ტექნიკის განვითარების მთელი ისტორია. მაგრამ იმისათვის, რომ ამ დებულებას ჰქონდეს გარკვეული აზრი, უნდა გაირკვეს, როგორია გარე სამყაროს შინაარსი და მისი არსებობის ფორმები.
ფილოსოფისაა და ბუნებისმეტყველობის განვითარებამ ცხადყო, რომ გარე სამყაროს შინაარს შეადგენს მატერია და რომ ცალკეული სხეულები და მოვლენები წარმოადგენენ მატერიის სხვადასხვა სახეს და მისი ცვლილების ფორმებს. ამ ფორმების მრავალსახეობა არ ეწინააღმდება სამყაროს ერთიანობას; იგი არის ამ ერთიანობის აუცილებელი პირობა. მატერია ობიექტური რეალობაა, რომელიც მოქმედებს ჩვენი გრძნობის ორგანოებზე და არსებობს ჩვენი ცნობიერებისგან დამოუკიდებლად.
მატერიიის მრავალი სახე არსებობს. პირველად შესწავლილი იყო მატერიის ის უმარტივესი სახე, რომელსაც ხშირად ეწოდება მატერია ვიწრო გაგებით, ანუ ნივთიერება. შემდგომში აღმოჩნდა, რომ, გარდა მატერიის ამ სახისა, არსებობს კიდევ სხვა სახეები — ელექტრომაგნიტური და სხვა ბუნების ველები, რომელთა აგებულება და თვისებები მნიშვნელოვნად განსხვავდება ნივთიერების აგებულებისა და თვისებებისგან, მიუხედავად იმისა , რომ მათაც აქვთ ენერგია, იმპულსი, გავრცელების სიჩქარე და მრავალი სხვა სიდიდე, რომლებიც ჩვეულებრივი მატერიის — ნივთიერების დამახასიათებელ სიდიდეებად ითვლებოდნენ.
კლასიკური ფიზიკა თვლიდა, რომ ნივთიერება ყოველთვის შეიძლება წარმოვიდგინოთ როგორც ნივთიერი წერტილების ერთობლიობა, ე.ი. ისეთი ნაწილაკების ერთობლიობა, რომელთა ხაზოვანი ზომები შეიძლება უგულებელვყოთ მათ შორის მანძილებთან შედარებით. ყოველი ფიზიკური მოვლენა განიხილებოდა როგორც ნაწილაკების ურთიერთქმედებისა და მოძრაობის შედეგი.
სულ სხვა ხასიათისაა მატერიის მეორე სახე — ველი. შეუძლებელი იყო მისი წარმოდგენა მცირე ზომის ნაწილაკთა ერთობლიობის სახით, ვინაიდან იგი უწყვეტად იყო გავრცელებული მთელს სივრცეში. ყოველი ცვლილება ველში განიხილებოდა როგორც უწყვეტი ტალღების გავრცელება და ამ ცვლილებათა კანონები არ დაიყვანებოდა ნაწილაკების მოძრაობის კანონებზე. ცხადია, რომ ის მკვეთრი განსხვავება (აღნაგობის მხრივ), რომელიც კლასიკური ფიზიკის თანახმად არსებობს ნივთიერებასა და ველს შორის, საკითხისადმი ცალმხრივი მიდგომის შედეგია, თუ ნივთიერება მხოლოდ წყვეტილია, ხოლო ველი — უწყვეტი, მაშინ შეუძლებელია არსებობდეს მათ შორის ის მჭიდრო კავშირი, რომლის არსებობა თანამედროვე ფიზიკის თვალსაზრისით წარმოადგენს საბოლოოდ დადგენილ ფაქტს; ამიტომაც ვერ შეძლო კალასიკურმა ფიზიკამ ნივთიერებისა და ველს შორის არსებული კავშირის ახსნა.
ფიზიკის განვითარებამ ცხადყო, რომ ველი უწყვეტობასთან ერთად ატარებს წყვეტილი აღნაგობის მრავალ ნიშანს და ნივთიერებაც წყვეტილ აღნაგობასთან ერთად უწყვეტობის თვისებათა მატარებელია. ნივთიერებისა და ველის თვისებების ასეთი დაახლოების შედეგად შესაძლებელი გახდა მნიშვნელოვანი ნაბიჯის გადადგმა მატერიიის აღნაგობის საკითხის გარკვევაში.
მატერიის არსებობის ფორმებია სივრცე და დრო. ისინი არ არიან მატერიალური ობიექტები, მაგრამ წარმოადგენენ ჩვენი ცნობიერებისგან დამოუკიდებელ ობიექტურ რეალობებს და აუცილებელნი არიან როგორც ცალკეული სხეულების არსებობისა და ურთიერთქმედებისათვის, ისე მოვლენათა მიმდინარეობისათვის. არ არსებობს სხეული და მოვლენა, რომელიც არ იმყოფებოდეს და არ მიმდინარეობდეს სივრცესა და დროში და არ იარსებებდა სივრცე და დრო, რომ არ არსებობდნენ ცალკეული სხეულები და მოვლენები. ცხადია სივრცე და დრო არ არიან დამოუკიდებელნი მატერიისგან და მატერიის, სივრცისა და დროის თვისებებს შორის უნდა არსებობდეს მჭიდრო კავშირი. კლასიკური ფიზიკის ძირითად ნაკლს წარმოადგენდა სწორედ სივრცისა და დროის აბსოლუტირება და მათი სრული მოწყვეტა მატერიისგან. ფიზიკა ჯერ კიდევ შორსაა მატერიის, სივრცისა და დროს შორის არსებული კავშირების სრულად ამომწურავად გაგებისგან, მაგრამ ფარდობითობის თეორიის საშუალებით შესაძლებელი გახდა ამ კავშირის ნაწილობრივ გარკვევა მაინც.
ყოველივე ზემოთქმული მატერიის, სივრცისა და დროის შესახებ არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ რამდენად კარგად არის ჩვენთვის ცნობილი მათი კონკრეტული თვისებები. ფიზიკისა და საზოგადოდ მთელი ბუნებისმეტყველების განვითარებასთან ერთად იცვლება შეხედულებები მატერიის, სივრცისა და დროის სტრუქტურების შესახებ; სულ უფრო და უფრო ცნობილი ხდება კავშირი მათ შორის, მაგრამ ამ ცვლილებებს არავითარ შემთხვევაში არ შეუძლია მიგვიყვანონ მატერიის, სივრცისა და დროის ობიექტური არსებობის უარყოფამდე.
მატერია არსებობს დროსა და სივრცეში. სივრცე განსაზღვრავს ერთდროულად არსებული ობიექტების ერთმანეთის მიმართ ურთიერთ განლაგებას და მათ ფარდობით სიდიდეს (მანძილსა და ორიენტაციას). ბუნების ყველა მოვლენა მიმდინარეობს განსაზღვრული თანმიმდევრობით და გააჩნია სასრულო განგრძობადობა.
დრო განსაზღვრავს ბუნებაში მიმდინარე მოვლენების თანმიმდევრობას და მათ ფარდობით ხანგრძლივობას.
სივრცე და დრო არ არსებობენ თავისთავადად, მატერიისგან მოწყვეტილად, ისევე როგორც მატერია არ არსებობს სივრცისა და დროისგან მოწყვეტილად.
მატერიის სხვადასხვა მოძრაობების ფორმათა ზომას წარმოადგენს ენერგია. ხარისხობრივად მატერიის სხვადასხვა ფიზიკური მოძრაობის ფორმები ერთმანეთში ურთიერთგარდაქმნადია, მაგრამ ამასთან თვით მატერია არ ისპობა.
ფიზიკის სამეცნიერო მეთოდი
ფიზიკას უდიდესი მნიშვნელობა აქვს არა მარტო თავისი შინაარსის, არამედ მეთოდის მხრივაც. ექსპერიმენტალური და თეორიული მეთოდების გაერთიანება და მათი ერთდროული გამოყენება დამახასიათებელია ფიზიკისთვის, ხოლო მოვლენათა მიმდინარეობაში პირობების შეცვლის შესაძლებლობა, ბუნების პროცესების ყოველმხრივი შესწავლა და მათ მახასიათებელ სიდიდეთა შორის რაოდენობრივი კავშირის დამყარება - ფიზიკის ექსპერიმენტალური მეთოდისთვის. მეორე მხრივ, თეორიული მსჯელობა, რომელიც აკაშირებს სხვადასხვა მოვლენას ერთმანეთთან და ხსნის ამ კავშირს დასაშვებ ძირითად დებულებებზე დაყრდნობით,საშუალებას გვაძლევს არამარტო ჩამოვაყალიბოთ მოვლენათა ცალკეული ჯგუფის თეორია, არამედ ვიწინასწარმეტყველოთ კიდეც ფაქტები და კავშირები მოვლენათა შორის.
ექსპერიმენტალური და თეორიული ფიზიკა
თავისი არსით ფიზიკა - ექსპერიმენტალური მეცნიერებაა: მისი კანონები ემყარება ცდის საფუძველზე დადგენილ ფაქტებს. ექსპერიმენტალური ფაქტების განზოგადების შედეგად დგინდება ფიზიკური კანონები - ბუნებაში არსებული, მდგრადი განმეორებადი ობიექტური კანონზომიერებები, რომლებიც ამყარებენ კავშირს ფიზიკურ სიდიდეებს შორის.
განასხვავებენ ექსპერიმენტალურ და თეორიულ ფიზიკას. ექსპერიმენტალური ფიზიკა მოიცავს ცდებს, რომლებიც ტარდება ახალი ფაქტების აღმოსაჩენად და მანამდე ცნობილი ფიზიკური კანონების შესამოწმებლად. თეორიული ფიზიკის მიზანს წარმოადგენს ბუნების კანონთა ფორმულირება და კონკრეტული მოვლენების ახსნა ამ კანონების საფუძველზე, ასევე ახალი მოვლენების წინასწარმეტყველება.
თანამედროვე ფიზიკური თეორიები (მაგალითად, კვანტური მექანიკა) ერთი შეხედვით წარმოგვიდგება როგორც რთული აბსტრაქტული მათემატიკური კონსტრუქციები, თუმცა ყველა ეს თეორია დამყარებულია ცდებზე, მხოლოდ ცდა წარმოადგენს მათი მართებულობის კრიტერიუმს. უნდა შეინიშნოს, რომ ყველა გაზომვა არ წარმოადგენს ფიზიკურ ცდას.
ფიზიკურ ცდას, ანუ ფიზიკურ ექსპერიმენტს წარმოადგენს მხოლოდ ისეთი გაზომვები, რომლებშიც ყველა ზემოქმედება, რომელიც ხორციელდება საკვლევ სისტემაზე ექვემდებარება აღრიცხვას.
ფიზიკური ცდის მნიშვნელოვან თვისებას წარმოადგენს მისი აღწარმოებადობა. ფიზიკური ცდის განმეორებამ სხვა ლაბორატორიებში განსხვავებული კონსტრუქციის გამზომი ხელსაწყოებით უნდა მოგვცეს იგივე შედეგი, რაც მიღებული იქნა საწყის ცდის დროს. ერთნაირი მიზეზები ყოველთვის იწვევენ ერთნაირ შედეგებს. ეს ნიშნავს, რომ თუ დროის მიხედვით ცვალებად რაიმე მოვლენისთვის მოცემულია გარკვეული საწყისი პირობები, მაშინ ერთნაირი საწყისი პირობებისთვის ეს მოვლენა ყოველთვის მსგავსად მიმდინარეობს.
ცდას საფუძველზე ჩვეულებრივად მყარდება რაოდენობრივი კავშირი მოვლენის დამახასიათებელ ფიზიკურ სიდიდეებს შორის. ეს არის მათემატიკური თანაფარდობები, რომლებიც იძლევა ცალკეული სიდიდეების მიხედვით დანარჩენი სიდიდეების განსაზღვრის საშულებას. ასეთი შედეგების საფუძველზე იქმნება ცალკეული ჰიპოთეზები. მაგრამ თეორიიის დანიშნულებაა ახსნას მოვლენა რაც შეიძლება მცირე რაოდენობის ძირითად ჰიპოთეზებზე დაყრდნობით.
ამრიგად ცდასა და თეორიას შირის არსებობს მჭიდრო კავშირი: ცდა იძლევა თეორიის შექმნისთვის საჭირო ცნობებს, ხოლო თეორია და მისგან გამომდინარე დასკვნები მოწმდება ცდის საშუალებით. თუ აღმოჩნდა, რომ თეორიის თუნდაც ერთი შედეგი არ მართლდება ცდებით, მაშინ ეს თეორია არაზუსტია და მოითხოვს გადამუშავებას. ყოველი თეორიის ღირსება ძირითადად განისაზღვრება იმით, თუ რამდენად ეფექტურად ემსახურება იგი ექსპერიმენტული ფაქტების რაოდენობრივ ახსნას.
ფიზიკის კავშირი მათემატიკასთან და სხვა მეცნიერებებთან
1623 წელს, რომში გამოცემულ სამეცნიერო-ფილოსოფიურ პოლემიკურ ტრაქტატში „შემმოწმებელი“ (იტალ. „IL Saggiatore“), გამოჩენილი იტალიელი ფიზიკოსი, ასტრონომი და ფილოსოფოსი გალილეო გალილეი მიუთითებს, რომ მხოლოდ მათემატიკის მეშვეობით შეიძლება ჭეშმარიტების დადგენა ფიზიკაში. სწორედ ამ ნაშრომს უკავშირდება გამოთქმა: „ბუნების წიგნი დაწერილია მათემატიკის ენაზე. ისინი, ვინც უგულებელყოფენ მათემატიკას, უსასრულოდ იხეტიალებენ ბნელ ლაბირინთში“.
თავისი თეორიების ჩამოყალიბებისას ფიზიკა ფართოდ სარგებლობს ისეთი მძლავრი იარაღით, როგორიც არის მათემატიკური ანალიზი და მით ანიჭებს ამ თეორიებს ლოგიკურ სიმკაცრესა და ასხმულობას. ენათესავება რა მათემატიკას თავისი თეორიული მეთოდით, ფიზიკა ყველა სხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებაზე უფრო მჭიდროდ არის დაკავშირებული მასთან. მათემატიკისა და ფიზიკის ისტორია ნათლად გვიჩვენებს, თუ რამდენად ძლიერ ბიძგებს აძლევდა და აძლევს ფიზიკა მათემატიკას. მეორე მხრივ, მათემატიკა ხშირად წინასწარ ჭვრეტს ფიზიკის განვითარების გზებს, აყალიბებს რა მათემატიკურ სქემებს, რომელებისც შემდგომში ფიზიკური კვლევა-ძიების აუცილებელ იარაღად იქცევა.
ფიზიკა ეყრდნობა მათემატიკას იმისათვის, რათა ის იყოს მისი ლოგიკური საფუძველი, რომლის მეშვეობით ზუსტად იქნება ჩამოყალიბებული ფიზიკური კანონები, და ამასთან მოსალოდნელი შედეგები განისაზღვროს რაოდენობრივად. ყოველთვის, როცა განტოლებების ანალიზური ამოხსა ვერ ხერხდება, ასეთ შემთხვევებში გამოიყენება რიცხვითი ანალიზი და მოდელირება. ამრიგად, მეცნიერული მატემატიკური გამოთვლების ჩატარება ფიზიკის განუყოფელი ნაწილია და ის წარმოადგენს გამოთვლითი ფიზიკის სფეროს.
ფიზიკისა და მათემატიკის ძირითადი განსხვავება მდგომარეობს იმაში, რომ ფიზიკა საბოლოო ჯამში ახორციელებს მატერიალური სამყაროს აღწერას, ის ამოწმებს თავის თეორიებს, ადარებს რა მისი თეორიიდან გამომდინარე შედეგებს და მონაცემებს ექსპერიმენტალურ მონაცემებთან, მაშინ როდესაც მათემატიკას საქმე აქვს მხოლოდ აბსტრაქტულ ობიექტებთან და ნიმუშებთან. თუმცა ეს განსხვავება ყოველთვის არ არის ცხადი. არსებობს ფიზიკისა და მათემატიკის დიდი შემაკავშირებელი შუალედური რგოლი რომელიც ცნობილია მათემატიკური ფიზიკის სახელწოდებით.
ფიზიკას ასევე მჭიდო კავშირი აქვს სხვა მეცნიერებებთან, ისევე როგორც გამოყენებით სფეროებთან, როგორიცაა გამოგონება და მედიცინა. ფიზიკის პრინციპები არის საფუძველი სხვა მეცნიერებებისათვის, იმდენად რამდენადაც ფიზიკის მიერ შესწავლადი ზოგიერთი მოვლენა, როგორიცაა ენერგიის შენახვა და გარდაქმნა, ვრცელდება ყველა მატერიალურ სისტემებში.
ფიზიკა, როგორც ხშირად აღნიშნავენ წარმოადგენს „ფუნდამენტალურ მეცნიერებას“. რამეთუ ყოველ სხვა დისციპლინას (ბიოლოგია, ქიმია, გეოლოგია, მედიცინა და სხვ.) საქმე აქვს სპეციფიკური ტიპის მატერიალურ სისტემებთან, რომლებიც თავის მხირვ ემორჩილებიან სწორედ ფიზიკის კანონებს.
ასე მაგალითად, ქიმია შეისწავლის მთელ რიგ ისეთ საკითხებსა და პროცესებს, რომლებიც ცნობილია როგორც ქიმიური რეაქციები, რომლებიც იწვევენ ქიმიური ნივთიერებების ცვლილებას. ქიმიური ნაერთების სტრუქტურა, რეაქციისუნარიანობა და თვისებები განისაზღვრება ძირითად შემადგენელ მოლეკულათა თვისებებით, რომლებიც კარგად აღიწერებიან ფიზიკის ისეთი დარგების მიერ როგორიცაა კვანტური მექანიკა, ან კვანტური ქიმია, თერმოდინამიკა და ელექტრომაგნეტიზმი.
ფიზიკური სიდიდეების ერთეულთა სისტემა
ფიზიკა ცდისეული მეცნიერებაა, სწორედ ამიტომ, ფიზიკურ პროცესებზე დაკვირვებას და სხვადასხვა ფიზიკური სიდიდეების გაზომვას აქ განსაკუთრებული ყურადღება ექცევა. ფიზიკურ სიდიდეებს შორის რაოდენობრივი თანაფარდობების დასადგენად საჭიროა მათი გაზომვა.
სიდიდის გაზომვა - ეს ნიშნავს ამ სიდიდის შედარებას პირობით ერთეულად მიღებულ ერთგვაროვან სიდიდესთან - ეტალონთან.
ერთეულთა სისტემის აგების მეთოდიკა შემოთავაზებულიქნა გერმანელი მეცნიერის კ. გაუსის მიერ XIX საუკუნის პირველ ნახევარში. მან აჩვენა, რომ ფიზიკურ სიდიდეთა ერთეულთა სისტემის ასაგებად საკმარისია შეირჩეს რამდენიმე ერთმანეთისგან დამოუკიდებელი ერთეული. ამ ფიზიკურ სიდიდეთა ერთეულებს უწოდებენ ძირითად სიდიდებს. ხოლო დანარჩენი ფიზიკური სიდიდეები,რომლებიც განისაზღვრებიან ძირითადი სიდიდეებით (განტოლებების მეშვეობით) იწოდებიან წარმოებულ ერთეულებად.
ძირითად და წარმოებულ ერთეულთა ერთობლიობას უწოდებენ ერთეულთა სისტემას.იმისდა მიხედვით, თუ რომელი ფიზიკური სიდიდეებია შერჩეული ძირითად სიდიდეებად და რა ერთეულებია დადგენილი მათ გასაზომად, შეიძლება შეიქმნას ესა თუ ის ერთეულთა სისტემა.
ისტორიულად სხვადასხვა სახელმწიფო ქმნიდა საკუთარ ერთეულთა სისტემას, რომელიც უმეტეს შემთხვევაში არ ემთხვეოდა მეზობელი სახელმწიფოების ერთეულთა სისტემებს, რაც იწვევდა ძალიან დიდ სირთულეებს როგორც საერთაშორისო ვაჭრობაში, ასევე მეცნიერებასა და ტექნიკის სფეროში სიახლეების გაცვლისას.
უნივერსალური ერთეულთა სისტემის შექმნის საკითხის განხილვა მოხდა IX (1948 წ ), X (1954 წ ), XI (1960 წლის ოქტომბერი) ზომა-წონის საერთაშორისო კონფერენციებზე. 1971 წელს ზომა-წონის მე-14 საერთაშორისო კონფერენციაზე დადგინდა შვიდი საბაზისო (ძირითადი) სიდიდე, რომლებიც ერთეულთა საერთაშორისო სისტემის (შემოკლებით SI) საფუძველს შეადგენს.
საერთაშორისო ერთეულთა სისტემა შვიდი საბაზისო ერთეულის გარდა ასევე შეიცავს ორ დამატებით და საკმაოდ დიდი რიცხვ წარმოებულ ერთეულებს.
ძირითად ერთეულებად მიღებულ იქნენ:
მეტრი - მანძილი, რომელსაც სინათლე გაივლის ვაკუუმში 1/299 792 458 წმ დროის მონაკვეთში;
კილოგრამი - მასის ერთეული - წარმოდგენილია საერთაშორისო კილოგრამის ეტალონის მასით, რომელიც ინახება ზომისა და წონის საერთაშორისო ბიუროში (ქ. სევრში პარიზის მახლობლად). კილოგრამის ეტალონი წარმოადგენს პლატინა-ირიდიუმის შენადნობის (90% პლატინა, 10 % ირიდიუმი) ცილინდრს, რომლის დიამეტრი და სიმაღლე ტოლია 39.17 მმ-ის.
წამი - დროის ინტერვალი, რომელიც ტოლია 9192631770 გამოსხივების პერიოდისა, რომელიც შეესაბამება 0 К-ზე (აბსოლუტურ ნულზე) წონასწორობაში მყოფი და გარე ველებისგან შეუშფოთებელი ცეზიუმ-133-ის ატომის ძირითადი (კვანტური) მდგომარეობის ორ ზენაზ დონეებს შორის გადასვლას.
ამპერი - მუდმივი დენის ძალა, რომელიც ვაკუუმში ერთმანეთისაგან ერთი მეტრით დაშორებულ ორ პარალელურ უსასრულოდ გრძელ წრფივ გამტარში გავლისას ამ გამტარებს შორის აღძრავს 2•10-7 ნიუტონ ურთიერთქმედების ძალას სიგრძის თითოეულ მეტრზე.
კელვინი - ტემპერატურის ერთეული, რომელიც ტოლია 1/273,16 წყლის სამმაგი წერტილის თერმოდინამიკური ტემპერატურისა.
მოლი - ისეთი სისტემის ნივთიერებათა რაოდენობაა, რომელიც შეიცავს იმდენივე სტრუქტურულ ელემენტს (მაგ. ატომს, მოლეკულას, იონს, ელექტრონს), რამდენ ატომსაც შეიცავს 0,012 კგ მასის ნახშირბად-12.
კანდელა - სინათლის ძალა, რომელიც გამოსხივდება მოცემული მიმართულებით 540×1012 ჰერცი სიხშირის მონოქრომატული გამომსხივებელი წყაროს მიერ, რომლის სინათლის ენერგეტიკული ძალა ამ მიმართულებით შეადგენს (1/683) ვტ/სტერადიანს.
ფიზიკა და ფილოსოფია
ფიზიკის ფესვები, ისევე როგორც მთლიანად დასავლური მეცნიერების, მომდინარეობს ბერძნული ფილოსოფიის საწყის პერიოდიდან ჩვ.წ.აღ.-მდე მე-6 საუკუნიდან. ის ჩაისახა ისეთ კულტურაში, რომელიც არ აკეთებდა განსხვავებას მეცნიერებას, ფილოსოფიასა და რელიგიას შორის. იონში მილეთის სკოლის ბრძენებს არ აინტერესებდათ ასეთი დანაწევრება. ისინი ცდილობდნენ შეეცნოთ ჭეშმარიტი ბუნება, ანუ ნივთიერების ჭეშმარიტი შემადგენლობა, რომელსაც ისინი უწოდებდნენ „ფიზისს“. სწორედ ამ ბერძნული სიტყვიდან მომდინარეობს ტერმინი ფიზიკა და თავდაპირველი განმარტებით ის მოიაზრებდა - ნივთიერების ჭეშმარიტი შემადგენლობის შეცნობისაკენ სწრაფვას.
მოგვიანებით მილეთის სკოლის ფილოსოფოსებს ბერძნებმა უწოდეს „ჰილოძოისტები“ ანუ „მატერიის როგორც ცოცხალის მაღიარებლები“, რამდენადაც ეს უკანასკნელნი ვერ ხედავდნენ განსხვავებას სულიერ და არასულიერს, მატერიასა და სულს შორის. უფრო მეტიც, მათ არ გააჩნდათ ცნება მატერიის აღსანიშნავი სიტყვაც კი, აღიქვამდნენ რა არსებობის ყველა ფორმებს როგორც „ფიზისის“ გამოვლინებად, რომელიც იმთავითვე დაჯილდოებული იყო სიცოცხლითა და სულიერებით. ისინი სამყაროს განიხილავდნენ როგორც ადამიანის ორგანიზმის მსგავს ცალკეულ ორგანიზმს, რომელიც სუნთქავს ჰაერს კოსმიური „პნევმით“.
ფიზიკის ისტორია
ფიზიკა, ისევე როგორც ზოგადად მეცნიერება, წარმოადგენს საზოგადოებრივ მოვლენას და გააჩნია თავისი ობიექტური განვითარების კანონები, რომელთა დადგენა ასევე შესაძლებელია მხოლოდ ამ მეცნიერების ისტორიული მსვლელობის შესწავლით.
უძველესი დროიდანვე დიდი იყო ადამიანის ინტერესი ბუნებისა და ბუნებრივი მოვლენების მიმართ: მას აინტერესებდა თუ რატომ ვარდებოდა მიწაზე სხეულები, რატომ ჰქონდა სხვადასხვა ნივთიერებებს სხვადასხვა თვისებები, რისგან შესდგებოდა დედამიწა და ციური სხეულები და ა.შ. იმ პერიოდში შექმნილი თეორიების უმრავლესობა მცდარი იყო, ვინაიდან მხოლოდ ფილოსოფიურ ჭრილში იყო გააზრებული და არ იყო შემოწმებული სისტემური ექსპერიმენტული ხერხებით.
ფიზიკის განვითარების ძირითადი ეტაპები
გარემომომცველ ბუნებაში მიმდინარე ფიზიკური მოვლენები უძველესი დროიდან იქცევდნენ ადამიანთა ყურადღებას. ამ მოვლენების ახსნის მცდელობები წინ უსწრებდა ფიზიკის როგორც მეცნიერების წარმოშობას. ბერძნულ-რომაული კულტურის ეპოქაში (VI-II სს ჩვ.წ.აღ-მდე) პირველად ჩაისახა იდეები ნივთიერების ატომური აგებულების შესახებ (ლევკიპი, ანაქსაგორა, დემოკრიტე, ეპიკურე, ლუკრეციუსი), შეიქმნა სამყაროს გეოცენტრული სისტემა (პტოლემიოსი, მზის, მთვარისა და პლანეტების მოძრაობის გეოცენტრული მოდელი მე-2 საუკუნე). აღსანიშნავია, რომ ეპიციკლების მოდელზე დაფუძნებული სამყაროს ასეთივე სისტემა ინდოეთში შეიქმნა გამოჩენილი ინდოელი ასტრონომისა და მათემატიკოსის არიაბხატის მიერ. (ეპიციკლების მოდელი შექმნეს ასევე არაბმა იბნ აშ-შატირმა 1306—1375 და ირანელმა ნასირ ად-დინ ატ-ტუსიმ 1201-1274 წწ)).
დადგინდა სტატიკის უმარტივესი კანონები (ბერკეტის წესი), აღმოჩენილიქნა სინათლის წრფივი გავრცელებისა და არეკვლის კანონები, ფორმულირებულიქნა ჰიდროსტატიკის საწყისები (არქიმედეს კანონი), დაიმზირა ელექტრობისა და მაგნიტიზმის უმარტივესი გამოვლენებები.
იმდროინდელი ცოდნის სისტემატიზაცია და საერთო დასკვნები გაკეთდა ბერძენი ფილოსოფოსის არისტოტელეს მიერ (IV ს.ჩვ.წ.აღ.მდე). არისტოტელეს ფიზიკა შეიცავდა ცალკეულ მართებულ პოზიციებს, მაგრამ ამავე დროს უარყოფდა წინამორბედთა მრავალ პროგრესულ იდეებს, კერძოდ კი ატომურ ჰიპოთეზას. არისტოტელე უპირატესობას ანიჭებდა გონებაჭვრეტით წარმოდგენებს და ცდას არ მიიჩნევდა ცოდნის მთავარ საიმედო კრიტერიუმად. არისტოტელეს მოძღვრება დიდი ავტორიტეტით სარგებლობდა და მრავალი საუკუნეების განმავლობაში მისი გადამოწმება არავის უფიქრია, ამან კი მნიშვნელოვანწილად შეაფერხა მეცნიერების განვითარება.
მეცნიერება აღორძინდა მხოლოდ XV-XVI სს.ში როდესაც დაიწყო ბრძოლა არისტოტელეს მოძღვრების წინააღმდეგ. მე-16 საუკუნის პირველ ნახევარში ნ.კოპერნიკმა (N. Kopernik) დაუდო საფუძველი ბუნებისმეტყველების თეოლოგიისგან განთავისუფლებას, წამოაყენა რა თავისი სამყაროს ჰელიოცენტრული სისტემა მანამდე არსებული და მყარად დამკვიდრებული გეოცენტრული სისტემის საპირისპიროდ. მე-17 საუკუნეში დაიწყო ფიზიკაში ექსპერიმენტული მეთოდების გამოყენება, ამან განაპირობა პირველი ფუნდამენტური ფიზიკური თეორიის - ნიუტონის კლასიკური მექანიკის შექმნა.
ფიზიკის, როგორც მეცნიერების, ამ სიტყვის თანამედროვე გაგებით, განვითარება დაიწყო გალილეო გალილეის შრომებით (G. Galilei; 17 საუკუნის 1-ლი ნახევარი.). გალილეი მიხვდა, რომ მოძრაობის კანონების აღმოსაჩენად საჭირო იყო მოძრაობის აღწერა მათემატიკურად. არ შეიძლება შემოვისაზღვროთ მხოლოდ მოძრავი სხეულებზე უბრალო დაკვირვებით; რომ საჭიროა ცდების ჩატარება, რათა გაირკვეს თუ როგორ იცვლება დროის მიხედვით მოძრავი სხეულის მახასიათებელი სიდიდეები. გალილეიმ აჩვენა, რომ მოცემულ სხეულზე გარემომცველი სხეულების ზემოქმედებას განსაზღვრავს არა სიჩქარე, როგორც ითვლებოდა არისტოტელეს მექანიკაში, არამედ სხეულის აჩქარება. ეს მტკიცება წარმოადგენდა ინერციის კანონის პირველ ფორმულირებას. გალილეიმ აღმოაჩინა მექანიკაში ფარდობითობის პრინციპი (გალილეის ფარდობითობის პრინციპი), დაამტკიცა, რომ სხეულთა თავისუფალი ვარდნის აჩქარება დამოკიდებული არ არის მის სიმკვრივესა და მასაზე, მექანიკის მეშვეობით დაასაბუთა კოპერნიკის თეორია. გალილეის მიერ მნიშვნელოვანი შედეგები იქნა მიღებული ფიზიკის სხვა სფეროშიც. მან გამოიგონა ჭოგრიტი და მის მეშვეობით გააკეთა მთელი რიგი ასტრონომიული აღმოჩენები (მთები მთვარეზე, იუპიტერის თანამგზავრი და სხვ.). სითბური მოვლენების რაოდენობრივი შესწავლა დაიწყო გალილეის მიერ პირველი თერმომეტრის გამოგონების შემდგომ.
ფიზიკაში უმნიშვნელოვანესი მიღწევა იყო მე-17 საუკუნეში კლასიკური მექანიკის შექმნა. გალილეის, ქ.ჰიუგენსის (С. Huygens) და სხვა წინამორბედების იდეების განვითარებით ისააკ ნიუტონმა (I. Newton) ჩამოაყალიბა კლასიკური მექანიკის ყველა ძირითადი კანონი 1687 წელს დაბეჭდილ საკუთარ შრომაში სახელწოდებით „ნატურფილოსოფიის მათემატიკური საწყისები“ (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica).
მე-17 საუკუნის მეორე ნახევარში სწრაფად განვითარდა გეომეტრიული ოპტიკა. ყალიბდება ფიზიკური ოპტიკის საფუძვლები. ჰიუგენსმა საფუძველი ჩაუყარა სინათლის ტალღურ თეორიას, რომლის თანახმადაც სინათლე - ეს არის ტალღების ნაკადი, რომლებიც ვრცელდებიან განსაკუთრებულ ჰიპოთეტურ გარემოში — ეთერში, რომელიც ავსებს მთელს სივრცეს და აღწევს ყველა სხეულის შიგნით.
ძირითადად მე-17 საუკუნეში აიგო კლასიკური მექანიკა და დაიწყო ოპტიკის, ელექტრობის, მაგნეტიზმის, სითბური და აკუსტიკური მოვლენების კვლევა.
მე-18 საუკუნეშიც გრძელდებოდა კლასიკური მექანიკის, კერძოდ კი ციური მექანიკის განვითარება. მის საფუძველზე შეიქმნა მსოფლიოს ერთიანი მექანიკური სურათი, რომლის თანახმადაც სამყაროს მრავალფეროვნება - არის სხეულის შემადგენელ ატომთა მოძრაობების სხვადასხვაობის შედეგი, მოძრაობებისა, რომლებიც ემორჩილებიან ნიუტონის კანონებს. ეს სურათი მრავალი წლის განმავლობაში ახდენდა უძლიერეს გავლენას ფიზიკის განვითარებაზე. ფიზიკური მოვლენის ახსნა ითვლებოდა მეცნიერულად და სრულად, თუ ამ მოვლენის ახსნა მოხდებოდა კლასიკური მექანიკის კანონებით.
ფიზიკის სხვა სფეროებშიც მიმდინარეობდა ცდისეული ფაქტების შემდგომი დაგროვება, ხდებოდა უმარტივესი ექსპერიმენტალური კანონების ფორმულირება. ჰ. ქავენდიშმა (Н. Cavendish) და შ. კულონმა (С. Coulomb) ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად აღმოაჩინეს ელექტროსტატიკის კანონი, რომელიც განსაზღვრავს უძრავი ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედების ძალას (კულონის კანონი). წარმოიშვა მოძვღვრება ელექტრობის შესახებ. ასევე მნიშვნელოვანი პროგრესი განიცადა სითბური მოვლენების კვლევამ.
კლასიკური ფიზიკა
მე-19 საუკუნის დასაწყისში ხანგრძლივი კონკურენტული ბრძოლა სინათლის კორპუსკულარულ და ტალღურ თეორიებს შორის დასრულდა ტალღური თეორიის გამარჯვებით. ეს მოხდა მას შემდეგ, რაც თ. იუნგმა (Т. Ybung) და მასთან ერთად ერთდროულად ო.ჟ.ფრენელმა (О. J. Fresnel) ტალღური წარმოდგენების მეშვეობით წარმატებით ახსნეს სინათლის ინტერფერენციისა და დიფრაქციის მოვლენები;
1831 წელს ფარადეიმ აღმოაჩინა ელექტრომაგნიტური ინდუქციის მოვლენა. ამან საფუძველი ჩაუყარა მატერიის განსაკუთრებული ფორმის - ელექტრომაგნიტური ველის თვისებებისა და ქცევის კანონების შესახებ ახალი მეცნიერების ფორმირებას.
განსაკუთრებული მნიშვნელობა ფიზიკისათვის და საერთოდ მთელი ბუნებისმეტყველებისათვის ჰქონდა ენერგიის შენახვის კანონის აღმოჩენას, რომელიც არეთიანებდა და ერთმანეთთან აკავშირებდა ბუნების ყველა მოვლენას. მე-19 საუკუნის ექსპერიმენტალურად დამტკიცდა სითბოს რაოდენობისა და მუშაობის ეკვივალენტურობა. ენერგიის შენახვის კანონი გახდა თერმოდინამიკის - სითბური მოვლენების თეორიის ძირითადი კანონი, რომელშიც არ ითვალისწინება სხეულების მოლეკულური აგებულება;
თერმოდინამიკის განვითარებასთან ერთად ვითარდებოდა სითბური პროცესების მოლეკულურ-კინეტიკური თეორია.
მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის განვითარების მეორე ეტაპი დაწყო ჯ. მაქსველის (J. С. Maxwell) შრომებით. 1859 წელს მან ფიზიკაში პირველად შემოიტანა ალბათობის ცნება და იპოვა მოლეკულების სიჩქარეების მიხედვით განაწილების კანონი - ალბათობა იმისა, რომ მოლეკულის სიჩქარე მოთავსებულია მნიშვნელობათა განსაზღვრულ ინტერვალში (მაქსველის განაწილება).
სტატისტიკურმა მექანიკამ დასრულებული სახე მიღო 1902 წელს ჯ. გიბსის (J. W. Gibbs) შრომებში, რომელმაც შექმნა თერმოდინამიკურ წონასწორობაში ნებისმიერი სისტემისათვის (და არა მხოლოდ აირებისთვის) განაწილების ფუნქციის გამოთვლის მეთოდი.
მე-19 საუკუნის მე-2 ნახევარში ელექტრომაგნიტური მოვლენების შესწავლის პროცესი დასრულებულ იქნა მაქსველის მიერ, რომელმაც ელექტრომაგნიტური ველისათვის დაწერა განტოლებები (მაქსველის განტოლებები), რომლებმაც არამარტო ახსნეს იმ დროისათვის ცნობილი ყველა ფაქტები ერთიანი თვალსაზრისით, არამედ მოხერხდა ახალი მოვლენების წინასწარმეტყველებაც. ჰ. ჰერცის (Н. R. Hertz; 1886-89) მიერ ელექტრომაგნიტური ტალღების ექსპერიმენტალურად აღმოჩენამ დაამტკიცა ამ დასკვნის სამართლიანობა.
მე-19 საუკუნეში ასევე გრძელდებოდა მყარი სხეულების მექანიკის განვითარება. 1859 წელს გ. კირხოფმა (G. R. Kirchhof) და რ.ბუნზენმა (R. Bunsen) საფუძველი ჩაუყარეს სპექტრალურ ანალიზს. აკუსტიკაში შემუშავებულ იქნა დრეკადი რხევებისა და ტალღების თეორია ჰ.ჰელმჰოლცი (Hermann von Helmholtz), ჯ. რელეი (J. W. Rayleigh) და სხვ. შეიქმნა დაბალი ტემპერატურების მიღების ტექნიკა. თხევად მდგომარეობაში მიღებული იქნა ყველა აირი, გარდა ჰელიუმისა, ხოლო მე-20 საუკუნის დასაწყისში ჰ. კამერლინგ-ონესის (Н. Kammerling-Onnes) მიერ შეძლო ჰელიუმის გათხევადება; 1901 წელს მის მიერ აღმოჩენილი იქნა ზეგამტარობის მოვლენა.
რელატივისტური და კვანტური ფიზიკა
ფიზიკაში ახალი ეპოქის დადგომა მომზადდა მე-19 საუკუნის დასასრულს ჯ. ტომსონის (J. J. Thomson) მიერ ელექტრონის აღმოჩენით. გაირკვა, რომ ატომები არ არიან ელემენტარული, არამედ წარმოადგენენ რთულ სისტემებს, რომელთა შემადგენლობაში შედიან ელექტრონები. მნიშვნელოვანი როლი ამ აღმოჩენაში ითამაშა აირებში განმუხტვის მოვლენების კვლევამ.
მე-19 საუკუნი დასასრულსა და მე-20 საუკუნის დასაწყისში ჰ. ლორენცის (Н. A. Lorentz) მიერ საფუძველი ჩაეყარა ელექტრონული თეორიის შექმნას, რომელსაც ხშირად უწოდებდნენ მიკროსკოპულ ელექტროდინამიკას.
მე-20 საუკუნის დასაწყისში გაირკვა, რომ ელექტროდინამიკა მოითხოვს სივრცისა და დროის შესახებ წარმოდგენების ძირეულ გადახედვას, იმ წარმოდგენების, რომლებიც საფუძვლად უდევს ნიუტონის კლასიკურ მექანიკას. 1905 წელს აინშტაინმა შექმნა ფარდობითობის სპეციალური (კერძო) თეორია - ახალი მოძღვრება სივრცისა და დროის შესახებ.
ფარდობითობის სპეციალური თეორიის შექმნამ აჩვენა მსოფლიოს მექანიკური სურათის შემოსაზღვრულობა. მცდელობები ელექტრომაგნიტური პროცესები დაეყვანათ მექანიკურ ჰიპოთეტურ გარემოს - ეთერის წარმოდგენამდე არმოჩნდა უსაფუძვლო.
1916 წელს ა.აინშტაინმა ფარდობითობის პრინციპი განავრცო ათვლის არაინერციულ სისტემებზე და ააგო ფარდობითობის ზოგადი თეორია - სივრცის, დროისა და მიზიდულობის ფიზიკური თეორია. ეს თეორია გარდაქმნიდა ნიუტონისეულ მიზიდულობის თეორიას.
წარმოდგენა ქმედების კვანტის h≈ 6,6.10-27 ერგ.წმ არსებობის შესახებ ჩაისახა წონასწორული სითბური გამოსხივების სტატისტიკური თეორიის ჩარჩოებში.
1900 წელს მ. პლანკის (М. Planck) მიერ გამოთქმულიქნა ჰიპოთეზა, რომ ატომები ელექტრომაგნიტურ ენერგიას ასხივებენ ცალკეული პორციებით - კვანტებით. ყოველი ასეთი კვანტის ენერგია პირდაპირპორპორციულია სიხშირისა, ხოლო პროპორციულობის კოეფიციენტს წარმოადგენს ქმედების კვანტი h, რომელმაც შემდგომ პლანკის მუდმივას სახელწოდება მიიღო.
1095 წელს აინშტანიმა გაავრცო პლანკის ჰიპოთეზა, ივარაუდა რა, რომ გამოსხივებადი ელექტრო-მაგნიტურო ენერგიის პორცია ინარჩუნებს თავის ინდივიდუალურობას - ვრცელდება და შთაინთქმება მხოლოდ მთლიანად, ანუ იქცევა ნაწილაკის მსგავსად (მოგვიანებით ის წოდებულ იქნა ფოტონად). ამ ჰიპოთეზის საფუძველზე აინშტაინმა ახსნა ფოტოეფექტის კანონზომიერებები, რომლის ახსნა კლასიკური ელექტროდიმანიკით ვერ ხერხდებოდა.
ამრიგად მოხდა სინათლის კორპუსკულაული თეორიის აღორძინება და ახალ ხარისხობრივ დონეზე აყვანა.შედეგად აღმოჩნდა, რომ კლასიკური ფიზიკის თვალსაზრისით შეუთავსებელი ტალღური და კორპუსკულარული თვისებები თანაბრად არის დამახასიათებელი სინათლისთვის - ანუ მას გააჩნია ორმაგი ბუნება (დუალიზმი) ტალღური და კორპუსკულარული.
გამოსხივების დაკვანტვა იძლეოდა იმის დასკვნის საშუალებას, რომ შიგაატომური მოძრაობის ენერგია ასევე იცვლება ნახტომისებურად. სწორედ ასეთი დასკვნა გაკეთდა ნ. ბორის (N. Bhor) მიერ 1913 წელს. ამ დროისთვის ე. რეზერფორდმა (Е. Rutherford; 1911), რომელიც ახდენდა მის მიერ ჩატარებული α-ნაწილაკების ნივთიერებაზე გაბნევის ექსპერიმენტალური შედეგების ინტერპრეტირებას, აღმოაჩინა ატომის ბირთვი და წარმოადგინა საკუთარი, ატომის ბირთვული (პლანეტარული) მოდელი.ატომთა მდგრადობისა და მისი წრფივი სპექტრის ასახსნელად, ბორმა ჩამოაყალიბა პოსტულატი, რომლის თანახმადაც ატომებს შეუძლიათ იმყოფებოდნენ მხოლოდ განსაკუთრებულ სტაციონარულ მდგომარეობებში, ამ მდგომარეობაში ყოფნისას ელექტრონები არ ასხივებენ, და მხოლოდ ერთი სტაციონარული მდგომარეობიდან სხვა სტაციონარულ მდგომარეობაში გადასვლისას ასხივებს ან შთანთქავს ენერგიას.
ქმედების დისკრეტულობა - ეს ფუნდამენტური ფაქტი ითხოვდა როგორც მექანიკის კანონების ისე ელექტროდინამიკის კანონების რადიკალურ გარდაქმნას. პლანკის მუდმივა - ეს არის უნივერსალური მსოფლიო მუდმივა, რომელიც თამაშობს ბუნების მოვლენების მასშტაბის როლს. კლასიკური კანონები სამართლიანია მხოლოდ საკმაოდ დიდი მასის ობიექტთა მოძრაობის განხილვისას.
1920 წელს აიგო თანმიმდევრული, ლოგიკურად დასრულებული, მიკრონაწილაკების მოძრაობის თეორია - კვანტური, ანუ ტალღური თეორია, მექანიკა რომელიც ყველაზე ღრმაა თანამედროვე ფიზიკურ თეორიებს შორის. მას საფუძვლად დაედო პლანკი-ბორის დაკვანტვის იდეა და 1924 წელს ლ. დე ბროილის (L. de Broglie) ჰიპოთეზა იმის შესახებ, რომ ორმაგი კორპუსკულარულ-ტალღური ბუნება დამახასიათებელია არა მხოლოდ ელექტრო-მაგნიტური გამოსხივებისათვის (ფოტონებისათვის), არამედ ნებისმიერი სხვა სახის მატერიისთვის. ყველა მიკრონაწილაკს (ელექტრონები, პროტონები, ატომები და სხვ.) გააჩნია არამარტო კორპუსკულარული, არამედ ტალღური თვისებები: ყოველი მათგანს შეიძლება შეუსაბამოთ ტალღა, რომლის ტალღის სიგრძეც ტოლია პლანკის მუდმივის h-ის ფარდობისა ამ ნაწილაკის იმპულსთან, ხოლო სიხშირე - ეს არის ენერგიის ფარდობა h -თან.
1926 წელს ე. შრედინგერმა (Е. Schrodinger), რომელიც ცდილობდა ატომში დისკრეტული ენერგიების მიღებას ტალღური ტიპის განტოლებიდან, მოახდინა არარელატივისტური კვანტური მექანიკისთვის ძირითადი განტოლების ფორმულირება, რომელსაც შემდგომ მისი სახელი ეწოდა. ვ. ჰაიზენბერგმა (W. Heisenberg) და სხვებმა შექმნეს კვანტური მექანიკა განსხვავებული მათემატიკურ ფორმით - ე.წ მატრიცული მექანიკა.
1925 წელს პაულიმ ჩამოაყალიბა ე.წ აკრძალვის პრინციპი, რომლის თანახმადაც ერთ კვანტურ მდგომარეობაში არ შეიძლება იმყოფებოდეს ერთზე მეტი ელექტრონი (პაულის პრინციპი). ამ პრინციპმა ითამაშა უმნიშვნელოვანესი როლი მრავალ ნაწილაკიანი სისტემების კვანტური თეორიის აგებისას, კერძოდ კი სწორედ ამ პრინციპმა ახსნა მრავალელექტრონიან ატომებში ელექტრონების მიერ ატომური ღრუბლებისა და შრეების შევსების კანონზომიერება და ამით მისცა თეორიული ახსნა ელემენტთა პერიოდული სისტემას.
ატომური ბირთვისა და ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა
რეზერფორდის მიერ ატომის ბითვის აღმოჩენას წინ უსწრებდა რადიოაქტივობის, მძიმე ატომების რადიოაქტიური გარდაქმნები (ჰ. ბეკერელი (Н. Becquerel), პიერ და მარია კიურები (Р. და М. Curi)], ასევე იზოტოპების [ფ.სოდდი (F. Soddy)] აღმოჩენა. 1932 წელს ჯ.ჩედვიკის (J. Chad-wick) მიერ ნეიტრონის აღმოჩენამ განაპირობა ბითვის თანამედროვე პროტონულ-ნეიტრონული მოდელის შექმნა (ჰეიზენბერგი, დ. ივანენკო). 1934 წელს ფრედერიკ და ირენ ჟოლიო-კიურიმ (F.Joliot-Curi , I. Joliot-Curi) აღმოაჩინეს ხელოვნური რადიაქტივობა.
დამუხტული ნაწილაკების ამაჩქარებლების შექმნამ ხელი შეუწყო სხვადასხვა ბირთვული რეაქციის შესწავლას. ამ ეტაპის ფიზიკაში უმნიშვნელოვანეს შედეგს წარმოადგენდა ბირთვის გაყოფის აღმოჩენა და ბირთვული ენერგიის გამონთავისუფლების შესაძლებლობა.
ატომ-ბირთვის ფიზიკის განვითარებასთან ერთდროულად სწრაფი განვითარება დაიწყო ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკამაც.
ფიზიკის საბაზისო თეორიები
მიუხედავად იმისა, რომ ფიზიკას საქმე აქვს სხვადასხვა სისტემებთან, ზოგიერთი ფიზიკური თეორია შეიძლება გამოყენებულიქნას ფიზიკის სხვადასხვა სფეროში. ასეთი თეორიები სამართლიანია გარკვეულ საზღვრებში. მაგალითად, კლასიკური მექანიკა სამართლიანია („კარგად მუშაობს“) თუ საკვლევი ობიექტები რამდენადმე აღემატებიან ატომურ ზომებს, სიჩქარეები გაცილებით ნაკლებია სინათლის სიჩქარეზე და გრავიტაციული ძალები მცირეა. ეს თეორიები ჯერ კიდევ აქტიურად გამოიკვლევიან; მაგალითად, კლასიკური მექანიკის ისეთი ასპექტი, როგორიცაა ქაოსის თეორია აღმოჩენილ იქნა მხოლოდ მე-20 საუკუნეში. სწორედ ფიზიკური თეორიები წარმოადგენენ ყველა ფიზიკური კვლევების საფუძველს.
ფიზიკის ძირითადი დარგები
ფიზიკური მატერიის საკვლევ ობიექტებისა და მოძრაობის ფორმების ნაირსახეობათა შესაბამისად ფიზიკა დაყოფილია ერთმანეთთან მჭიდროდ დაკავშირებულ სხვადასხვა დარგებად. ფიზიკის დაყოფა ცალკეულ დარგებად პირობითია და შეიძლება მოხდეს სხვადასხვა კრიტერიუმებზე დაყრდნობით. ფიზიკის ეს დარგები შეისწავლიან მატერიალური სამყაროს ცალკეულ ასპექტებს.
ფიზიკის ერთ-ერთი უდიდეს დარგი, კონდენსირებული გარემოს ფიზიკა შეისწავლის მყარ სხეულებსა და სითხეებს. ატომური, მოლეკულური ფიზიკა და ოპტიკის კვლევის საგანს წარმოადგენს ინდივიდუალური ატომები და მოლეკულები. ელემენტარულ ნაწილაკთა ფიზიკა, რომელიც ასევე ცნობილია მაღალი ენერგიების ფიზიკის სახელწოდებით, შეისწავლის სუბმიკროსკოპულ, ატომებზე გაცილებით მცირე ზომის ნაწილაკებს, რომლისგანაც შედგება მთელი მატერია. დაბოლოს, ასრტოფიზიკას საქმე აქვს ასტროფიზიკური მოვლენებთან და მათ ახსნათან.
მეცნიერებათაშორისი დისციპლინები
ბიოფიზიკა – გეოფიზიკა – ფიზიკური ქიმია
მონათესავე მეცნიერებები
ბირთვული ელექტრონიკა – ბირთვული ენერგეტიკა – კოსმოსური ტექნოლოგია
გამოჩენილი ფიზიკოსები
ალბერტ აინშტაინი – ანდრე მარი ამპერი – ანტუან ბეკერელი - ნილს ბორი – პოლ დირაკი – პიერ კიური – შარლ ოგიუსტენ კულონი – ჯეიმზ კლარკ მაქსველი – ისააკ ნიუტონი – მაქს პლანკი – ვილჰელმ კონრად რენტგენი – მაიკლ ფარადეი – ჯეიმზ ჯოული – კრისტიან ჰიუიგენსი
ქართველი ფიზიკოსები
რევაზ დოღონაძე
გია დვალი
ელეფთერ ანდრონიკაშვილი
ალბერტ თავხელიძე
ნოდარ ცინცაძე
ფიზიკის დაწესებულებები
ფიზიკის ინსტიტუტი
ფიზიკოსთა საერთაშორისო კავშირი
იხილეთ აგრეთვე
ფიზიკის კანონები
ნობელის პრემიის ლაურეატები ფიზიკის დარგში
ლიტერატურა
მათე მირიანაშვილი ზოგადი ფიზიკის კურსი ნაწილი I (მექანიკა); თსუ 1973; 509 გვ.
დ.ღონღაძე ზოგადი ფიზიკის კურსი I ნაწილი; გამომცემლობა ”განათლება” თბილისი 1976; 462 გვ.
ტ. გუნჯუა ზოგადი ფიზიკის კურსი ნაწილი I; გამომცემლობა განათლება, თბილისი 1973, 397 გვ.
მ. კუჭაიძე თეორიული მექანიკა; გამომცემლობა განათლება, თბილისი - 1971; 406 გვ.
დევიდ ჰოლიდეი, რობერტ რეზნიკი, ჯერლი უოლკერი ფიზიკის საფუძვლები; ილიას უნივერსიტეტი 2010
Benjamin Crowell Discover Physics; rev. December 15, 2006 ISBN 0-9704670-8-7
Christoph Schiller Motion Mountain the adventure of physics – vol. i; Copyright © 2011 by Christoph Schiller
В.Ф. Дмитриева В.Л.Прокофьев Основы Физики; Москва «Высшая школа» 2001
Кингсеп А. С., Локшин Г. Р., Ольхов О. А. Основы физики. Курс общей физики: Учебн. В 2 т. Т. 1. Механика, электричество и магнетизм, колебания и волны, волновая оптика / Под ред. А. С. Кингсепа.
А. В. Астахов Курс физики; под общей редакцией Ю.М. Широкова Том 1; Москва 1977.
Дж.Б.Мэрион Физика и Физический Мир; Издательство Мир; Москва 1975; М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001, - 560 с. — ISBN 5-9221-0164-1 (Т. 1).
Леденев А. Н. Физика: Учебное пособие: Для вузов. В 5 кн. Кн. 1. Механика. - М.: ИЗМАТЛИТ, 2005. - 240 с. - ISBN 5-9221-0461-6.
Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс Фейнмановские лекции по физике 1977 (Т. 1)
Пономарев Л. По ту сторону кванта - 1971
Черноуцан А. И. Краткий курс физики. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 320 с. - ISBN 5-9221-0292-3.
А. Ф. Лихин КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ; Москва 2006
Нурбей Владимирович Гулиа УДИВИТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА; Издательство: НЦ ЭНАС 2005 г.
Л. Купер Физика для всех, Ведение в сущност и структуру физики (т. 1); ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»
МОСКВА 1973
Матвеев А.Н.том 1.Механика и теория относительности_3-е изд 2003
П. Типлер, Р. Ллуэллин СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКА; Том 1 Москва «Мир» 2007
რესურსები ინტერნეტში
ფიზიკა-მათემატიკური და ზოგადად სამეცნიერო საიტი
საიტი ფიზიკა-მათემატიკის შესახებ
იაკოვ პერელმანი სახალისო ფიზიკა
მაღალი ენერგიების ფიზიკის ინსტიტუტი
http://physicsworld.com/
http://physics.about.com/
http://physics.nad.ru/
http://www.freescience.info/books.php?id=2
http://nplit.ru/books/
http://osnovanija.narod.ru/history.html
http://www.physel.ru/
http://www.fizika.ru/
http://nrc.edu.ru/est/r1/index.html
http://physics-animations.com/Physics/English/index.htm
http://www.youtube.com/watch?v=ABVQoSPA0iE&feature=player_embedded#!
სქოლიო
მეცნიერება
საბუნებისმეტყველო მეცნიერებები