Предыстория физики

Дисциплина: История физики

специальность: «01.04.00 – Физика и математика»



Распределение учебного времени на лекционные, практические (семинарские) занятия по курсу «История физики» (5 курс, IX семестр)

Общее количество часов на лекционные, практические и лабораторные занятия – 30.

Вид занятий

Количество часов

		Лекционные занятия

20

Практические (семинарские) занятия

10

Форма отчёта – зачёт



Содержание курса

Введение

Предмет, задачи и методы истории физики. Закономерности развития физической науки. Связь физики с другими разделами естествознания и математикой. Основные этапы развития физики и периодизация её истории.

Предыстория физики

Характер науки античности. Натурфилософские представления древнегреческих учёных. Физика Аристотеля. Исследования Архимеда по механике.

Физика на арабском средневековом Востоке.

Развитие физических представлений в Европе в эпоху Возрождения. Исследования Леонардо да Винчи.

Формирование и развитие классической физики

Научная революция 17 века. Социальные и экономические предпосылки научной революции 17 века. Значение работы Н. Коперника «Об обращениях небесных сфер» для развития естествознания. Философия и естествознание (работы Дж. Бруно, Ф. Бэкона, Р. Декарта). Характеристика научной революции 17 века.

Г. Галилей и значение его трудов для развития экспериментального метода. Работы И. Кеплера по оптике и небесной механике. Проблематика исследований по физике в 17 веке (работы Б. Паскаля, Х. Гюйгенса, Р. Бойля, Р. Гука).

И. Ньютон и его подход к исследованию физических явлений. Цели науки по Ньютону. Значение ньютоновской методологии для развития физики в 18-19 веках.

Особенности исследований в области физики в 18-19 веках. Проблематика физических исследований в 18 веке. Становление новых областей физики (изучение электрических и тепловых явлений). Профессионализация науки. М.В. Ломоносов и развитие науки в России.

Изменение социального положения науки в 19 веке. Усиление связи физики с техникой. Становление научных школ. Образование физических лабораторий.

Развитие отдельных областей физики

Механика. Экспериментальные основы и постулаты механики Ньютона. «Математические начала натуральной философии». Развитие классической механики в трудах учёных 18-19 веков. Значение успехов механики для развития других областей физики.

Термодинамика и представления о строении вещества. Развитие термометрии в 17-18 веках. Исследование закономерностей тепловых явлений в 18 веке (опыты Г. Рихмана, Дж. Блэка). Борьба теории теплорода и кинетической теории тепла в конце 18 – начале 19 века. Опыты Румфорда. Работа С. Карно «Размышления о движущей силе огня». Установление закона сохранения энергии (работы Р. Майера, Дж. Джоуля, Г. Гельмгольца). Формирование классической термодинамики. Развитие теплотехники.

Работы Дж. Дальтона, Ж. Гей-Люссака и А. Авогадро и их значение для обоснования атомно-молекулярной гипотезы. Становление статистической физики в трудах Дж. К. Максвелла, Л. Больцмана, Дж. Гиббса. Теория броуновского движения А. Эйнштейна и М. Смолуховского и её экспериментальное подтверждение Ж. Перреном.

Оптика. Возникновение физической оптики в 17 веке. Корпускулярные и волновые представления о свете конца 17 века. Работы Т. Юнга и О. Френеля и победа волновой теории света. Трудности волновой оптики упругого эфира.

Электродинамика и кризис механицизма. Открытие основных законов электромагнетизма: обоснование основного закона электростатики Ш. Кулоном, работы Л. Гальвани и А. Вольты, открытие Х. Эрстеда, эксперименты Г. Ома, исследования М. Фарадея. Электродинамика А Ампера. Проблема дальнодействия и близкодействия. Создание теории электромагнитного поля Дж. К. Максвеллом и её экспериментальное обоснование (опыты Г. Герца, исследования давления света П.Н. Лебедева). Кризис механицизма. Переход к электромагнитной картине мира.

Успехи физики и развитие естествознания в 19 веке. Связи физики с другими разделами естествознания. Значение открытия закона сохранения энергии для прогресса естествознания. Проникновение физических методов исследования в астрономию. Успехи химической атомистики. Открытие Д. И. Менделеевым периодического закона химических элементов и его значение для развития физики и химии. Достижения физики и техники (на примере развития электротехники). Изобретение радио А. С. Поповым.

Научная революция конца 19 – первой трети 20 века

Состояние физики в конце 19 – начале 20 века. Экспериментальные открытия конца 19 века: рентгеновские лучи, радиоактивность, электрон.

Исследования структуры атома. Достижения спектроскопии. Модель атома Дж. Дж. Томсона. Опыты Э. Резерфорда по рассеянию α-частиц. Планетарная модель атома.

Проблема эфира и создание теории относительности. Проблема увлечения эфира. Принцип относительности и электродинамика Максвелла. Опыт Майкельсона–Морли. Идеи Г. Лоренца и А. Пуанкаре. Создание специальной теории относительности А. Эйнштейном. Общая теория относительности и её экспериментальное обоснование.

Развитие квантовых представлений и становление квантовой теории. Проблема теплового излучения. Взаимодействие излучения и вещества (исследование спектров, обнаружение фотоэффекта Г. Герцем и его исследование А. Г. Столетовым, изучение закономерностей люминесценции). Гипотеза М. Планка. Работы А. Эйнштейна по квантовой теории излучения. Открытие эффекта Комптона.

Разработка А. Эйнштейном и П. Дебаем квантовой теории теплоёмкости твёрдых тел.

Теория атома Н. Бора, её развитие и трудности. Принцип соответствия. Работы В. Гейзенберга. Гипотеза Л. де Бройля. Построение волновой механики Э. Шредингером. Опыты К. Дэвиссона и Л. Джермера. Открытие спина электрона. Работы М. Борна и В. Паули. Принцип неопределённости. Принцип дополнительности. П. Дирак и создание релятивистской квантовой механики.

Возникновение квантовой статистики и развитие термодинамики.

Важнейшие направления и открытия современной физики

Физика атомного ядра и элементарных частиц. Исследования школы Э. Резерфорда. Открытие нейтрона. Изучение радиоактивных превращений. Обнаружение спонтанного деления атомного ядра. Создание атомного оружия и атомной энергетики. Проблема управляемого термоядерного синтеза.

Развитие методов исследования элементарных частиц (создание ускорителей и детекторов заряженных частиц различных типов). Открытие новых элементарных частиц и попытка их классификации.

Физика твёрдого тела. Создание зонной теории твёрдого тела. Разрешение парадоксов классической электронной теории. Теоретические и экспериментальные методы физики твёрдого тела. Физика твёрдого тела и прогресс техники (на примере физики и техники полупроводников).

Оптика и квантовая электроника. Создание квантовых генераторов (Н. Г. Басов, А. М. Прохоров, Ч. Таунс). Развитие лазерной техники. Возникновение новых методов спектроскопии. Квантовая электроника и развитие техники.

Создание голографии.

Физика низких температур. Развитие методов получения низких температур. Открытие явлений сверхпроводимости и сверхтекучести и их теоретическое объяснение. Проблема высокотемпературной сверхпроводимости.

Астрофизика. Рождение всеволновой астрономии. Открытие расширения Вселенной и обнаружение реликтового излучения. Успехи космологии. Космические исследования и достижения в изучении Солнечной системы.

Достижения советской физики. Научные школы А. Ф. Иоффе, Д. С. Рождественского, Л. И. Мандельштама, С. И. Вавилова.

Открытие Л. И. Мандельштамом и Г. С. Ландсбергом комбинационного рассеяния света.

Оптические исследования С. И. Вавилова. Открытие эффекта Вавилова–Черенкова и его теоретическое объяснение.

Работы П. Л. Капицы по физике низких температур.

И. В. Курчатов и развитие советской ядерной физики.

Успехи советской теоретической физики (работы В. А. Фока, А. А. Фридмана, И. Е. Тамма, Я. И. Френкеля, Л. Д. Ландау).

Заключение

Развитие физики и изменение картины мира. Квантово-релятивистские представления – основа современной картины мира. Фундаментальные проблемы современной физики. Научно-техническая революция.



Рабочая программа лекций



№

п/п

Тема

Содержание

Кол-во

часов

1

Введение

Предмет истории физики, его значение в развитие физической науки. Связь физики с историей общества и с другими науками.

1

2

Наука древности

Возникновение наук.

Наука Древней Греции.

Древние атомисты.

Аристотель.

Архимед.

3

3

Физика средневековья

Характеристика эпохи.

Наука Востока – связующее звено между античной наукой и европейской.

Развитие науки в Европе.

2

4

Научная революция 16 века и борьба за новое мировозрение

Характеристика эпохи.

Учение Коперника.

Галилей – основоположник механики.

2

5

Физика 17 века

Механика (Г.В. Лейбниц, Х. Гюйгенс, И. Ньютон и другие).

Оптика 17 века (оптические инструменты, открытие дифракции, интерференции, поляризации, дисперсии).

2

6

М.В. Ломоносов и физика 18 века

Развитие физики в Европе.

Биография М.В. Ломоносова.

Вклад М.В. Ломоносова в науку.

2

7

Физика первой половины 19 века

Особенности развития физики.

Электричество и магнетизм.

Оптика.

Термодинамика.

2

8

Физика второй половины 19 века

Теория электромагнитного поля и её влияние на развитие оптики

2

9

Открытия в физике 19 века, выросшие в целые отрасли физической науки

Фотоэффект и тепловое излучение.

Квантовая механика.

Радиоактивность.

Ядерная и атомная физика.

4


План семинарских занятий



№

п/п

Тема

Содержание

Кол-во

часов

1

История механики

Аристотель – выдающийся учёный древности.

Архимед – выдающийся учёный древности.

Галилео Галилей – основоположник механики.

Жизнь и научная деятельность И. Ньютона.

История открытия закона всемирного тяготения.

Закон сохранения импульса (Декарт, Гюйгенс, Циолковский).

Создание теоретических основ механики.

2

2

История развития термодинамики

Проблемы термометрии и калориметрии в 18 веке.

Открытие основных газовых законов.

История установления закона сохранения энергии.

Первое начало термодинамики, термодинамические функции, второе начало термодинамики.

Работы Клаузиуса и Максвелла по молекулярно-кинетической теории.

Статистическая трактовка второго начала термодинамики. Работы Больцмана.

2

3

История электродинамики

Открытия в области электричества в 18 веке.

Изобретение источника тока, исследование действий электрического тока.

Ампер и его работы по электродинамике.

Фарадей и его вклад в изучение электромагнитных явлений.

Практическое применение электричества «телеграф, электрическое освещение, трансформатор, передача электроэнергии».

Работы Максвелла по теории электромагнитного поля.

Г. Герц и А.С. Попов.

2

4

История оптики, атомной и ядерной физики

Оптика древности и средневековья.

Крупнейшие открытия в оптике в 17 веке.

Зарождение и борьба волновой и корпускулярной теории света.

Френель и его работы по оптике.

Измерение скорости света.

История открытия электрона.

Резерфорд и ядерная модель атома.

Открытие основных элементарных частиц.

От гипотезы квантов к квантовой теории.



2

5

Развитие физики в России

Создание Российской Академии наук. М.В. Ломоносов.

Выдающиеся российские физики – Рихман, Ленц, Якоби, Остроградский, Менделеев.

Развитие физики в советский период. Создание новых физических институтов.

Советские и Российские физики – Лауреаты Нобелевской премии:

Тамм, Франк и Черенков;

Ландау;

Капица;

            Басов и Прохоров.

2

Темы рефератов по истории физики

Учёные Древней Греции.

Древние атомисты. Научная деятельность Демокрита.

Аристотель – выдающийся учёный древности.

Архимед – выдающийся учёный древности.

Жизнь и деятельность Леонардо да Винчи.

Жизнь и подвиг Галилео Галилея.

Исаак Ньютон и его вклад в развитие науки.

Законы сохранения в механике.

Жизнь и деятельность учёных 17 века (Б. Паскаль, Р. Гук, Р. Бойль).

Возникновение двух взглядов на природу света.

Важнейшие открытия в оптике в 17 веке.

Христиан Гюйгенс и его вклад в развитие механики и оптики.

Жизнь и научная деятельность М.В. Ломоносова.

Работы М.В. Ломоносова по физике.

Андре Мари Ампер – основоположник электродинамики.

Биографии и вклад в науку Г. Ома, М. Фарадея и Х. Эрстеда.

Вклад Т. Юнга и О. Френеля в победу волновой оптики.

Жизнь и научная деятельность Р. Майера, Д. Джоуля и Г. Гельмгольца.

Роль Р. Клаузиуса в создании основ МКТ и термодинамики.

Дж. Максвелл – биография и вклад в создание молекулярно-кинетической теории.

Дж. Максвелл – биография и вклад в создание теории электромагнитного поля.

Труды Генриха Герца.

История открытия электрона.

История открытия радиоактивности.

От гипотезы квантов к квантовой теории.

Открытие элементарных частиц.

Исследования отечественных учёных в области физики 19 века.

Советские и Российские физики – лауреаты Нобелевской премии.

И.В. Курчатов и ядерная физика.

Вклад советских учёных в победу в Великой Отечественной войне 1941-1945 годов.

Жизнь и научная деятельность А.Ф. Иоффе.

П.Л. Капица.

Нильс Бор – классик физической науки.

Развитие взглядов на пространство и время.

Жизнь и деятельность Н.И. Лобачевского.

Жизнь и деятельность Альберта Эйнштейна.

Жизнь и деятельность К.Э. Циолковского.

Жизнь и деятельность А.С. Попова.



Вопросы к зачёту по истории физики

	Вклад древнегреческих учёных в развитие физики.

	Аристотель – выдающийся учёный древности.

	Архимед – выдающийся учёный древности.

	Развитие науки в средневековье: а) Индия и Китай; б) Средняя Азия; в) Европа.

	Система Коперника и научная революция в естествознании.

	Биография и научные труды Галилея.

	Жизнь и деятельность Ньютона.

	Работы Ньютона по оптике.

	Вклад Ньютона в развитие механики.

	М.В. Ломоносов и его роль в развитии научных исследований в России.

	Оптика 17 века. Работы Р. Декарта, Ф. Гримальди, Х. Гюйгенса.

	Развитие представлений о теплоте и температуре в 17-18 веках.

	Основные достижения в области физики в 18 веке.

	Основные этапы развития теории газов (Р. Бойль, Ж. Гей-Люссак, Шарль, Б. Клапейрон, Р. Клаузиус).

	История открытия закона сохранения и превращения энергии.

	Томас Юнг и его работы по физике.

	Огюстен Жан Френель – создатель волновой оптики.

	Изобретение источника постоянного тока, открытие действий электрического тока. Закон Ома.

	История исследований природы электрического тока.

	Исследования А. Ампера по электромагнетизму.

	Биография и исследования по электромагнетизму М. Фарадея.

	Работы Дж. Максвелла по теории электромагнитного поля.

	История электрического освещения.

	История измерений скорости света.

	Советские и Российские физики – лауреаты Нобелевской премии.

	Вклад отечественных учёных в развитие физики.

	

	Список литературы

	

			Агасян Н.О., Беляев С.Т., Окунь Л.Б., Саперштейн Э.Е. Воспоминания об академике А.Б. Мигдале. - М.: Физматлит, 2003. - 256 с.

			Андерсон Дэвид Л. Открытие электрона (Развитие атомных концепций электричества). М.: Атомиздат, 1968.- 160 с.

			Анцелович Е.С. Галилео Галилей. – М.: Учпедгиз, 1955. –.120 с.

			Араго Ф. Биографии знаменитых астрономов, физиков и геометров. Том 1.-Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2000.- 496 с.

			Араго Ф. Биографии знаменитых астрономов, физиков и геометров. Том 2,3.-Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2000.- 464 с.

			Арнольд В.И. Гюйгенс и барроу, Ньютон и Гук - первые шаги математического анализа и теории катастроф, от эвольвент до квазикристаллов / Серия "Современная математика для студентов" - М.:Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. - 1989. -96 с.

			Бессараб М.Я. Так говорил Ландау. - М.: Физматлит, 2004.-128 с.

			Боголюбов А.Н. Математики. Механики. Биографический справочник. Киев: Наукова думка, 1983.-640 с.

			Боголюбов А.Н. Роберт Гук (1653-1703). -М.: Наука, 1984.- 240 с.

			Болотовский Б.М. Оливер Хевисайд.- М.Наука, 1985.-260 с.

			Борн М. Размышления и воспоминания физика. Сборник статей. М.: Наука, 1977.- 280 с.

		Бублейников Ф.Д. Галилео Галилей. Серия: Люди науки и техники М.: Просвещение, 1964.- 88 с.

		Вавилов С.И. Исаак Ньютон. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1945.- 121 с.

		Веселовский И. Н. Христиан Гюйгенс. М., Учпедгиз, 1959. – 110 с.

		Гастев, А.А. Леонардо да Винчи /А.А. Гастев.-М.: Молодая гвардия, 1982.-400с.

			Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики. Изд.2., перераб. и доп. 1981 – 536 с.

			Голубь П.Д. Физики от А до Я: Биографический справочник.- Барнаул: Изд-во БГПУ, 2002.-141 с.: ил.

			Гуриков В.А. Эрнст Аббе.- М.:Наука, 1985.- 228с.

			Данин Д.С. Резерфорд. Серия биографий ЖЗЛ. Выпуск 18 (431). М.: Молодая гвардия,1966.- 650 с.

			Данин Д.С. Труды и дни Нильса Бора.-М.:Знание, 1985.-80 с.

			Добровольский Е.Н. Почерк Капицы. 1966. – 194 с.

			Дорфман Я.Г. Всемирная история физики (с начала XIX до середины XX вв.). М.: Наука, 1979,-317с.

			Дуков В.М. Исторические обзоры в курсе физики средней школы. М.: Просвещение. 1983.– 160 с.

			Елисеев А.А. Г.В.Рихман. – М.: Просвещение, 1975.  150 с.

			Житомирский С.В. Архимед: Пособие для учащихся.-М.: Просвещение, 1981.- 191 с.

			Илек Ф., Куба Й. Илкова Я. Мировые изобретения в деталях: Хронологический обзор знаменательных событий из истории изобретений в области техники / пер. с чешского с дополнениями Матвеевой Г.В.; под ред. Соболева Д.А. /. - Т.: Узбекистан, 1982. - 271 с. ил.

			Карцев В.П. Максвелл. Вып.5., 1974. – 334 с

			Кедров Ф. Капица: жизнь и открытия.-М.: Моск. рабочий, 1984.-189 с., ил.

			Кикоин И.К. Рассказы о физике и физиках. (Библиотечка "Квант". Вып. 53.)-М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.-160с.

			Кляус Е.М., Франкфурт У.И., Френк А.М. Нильс Бор. М.: Наука,-1977. – 384 с.

	Космодемьянский А.А. Константин Эдуардович Циолковский (1857–1935) М.: Наука, 1987. – 304 с.

	Космодемьянский А.А. Очерки по истории механики. М., 1982.  421 с.

			Кошманов В.В. Георг Ом. – М.: Просвещение, 1980. – 112 с.

			Кудрявцев П.С. История физики, Т.1. М.: Учпедгиз, 1956.- 564 с.

			Кудрявцев П.С. История физики, Т.2. М.: Просвещение, 1971.- 424 с.

			Кудрявцев П.С. История физики, Т.2. М.: Учпедгиз, 1956.- 488 с.

			Кудрявцев П.С., Конфедератов И.Я. История физики и техники. М.: Учпедгиз, 1960.- 508 с.

	Кудрявцев П.С. Исаак Ньютон. М.: Гос. Учебно-Педагогическое изд-во Наркомпроса РСФСР, 1943. – 128 с.

	Кудрявцев Б.Б. М.В. Ломоносов. М., 1955. – 115 с.

	Кудрявцев П.С. Максвелл. М.: Просвещение, 1976. – 117 с.

	Кудрявцев П.С. Фарадей. М., 1969.  120 с.

			Лауэ М. История физики / пер. с немецкого Горнштейн Т.Н. / М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1956.- 231 с.

			Лебедев Е.Н. Ломоносов. ЖЗЛ (827) М.: Молодая гвардия, 1990.- 605 с.

			Лебединский А.В., Франкфурт У.И., Френк А.М. Гельмгольц (1821-1894). М.: Наука, 1966.- 320 с.

			Ливанова А.М. Ландау. М.:Знание, 1983.-240 с. ил.

			Липсон Г. Великие эксперименты в физике/ Пер с англ. под ред. Рыдника В. И. М.: Мир, 1972.- 214 с.

			Луи де Бройль. Революция в физике (Новая физика и кванты), М., 1965. – 128 с.

			Льоцци Марио. История физики./ пер. с итальянского Э.Л. Бурштейна М.: Мир, 1970.-460 с.

			Меншуткин Б.Н. Михайло Васильевичъ Ломоносовъ. Жизнеописанiе. Санктпетербургъ. Типографiя Императорской Академiи Наукъ, 1912.- 160 с.

			Мур Р. Нильс Бор - человек и ученый / пер. с английского Почиталина И.Г. / М.: Мир, 1969.-471 с.

			Пайс А. Гении науки. М.: Институт компьютерных исследований, 2002, 448 с.

			Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна: пер. с англ. / под ред. акад. Логунова А.А.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989.-568 с.

	Развитие физики в России: Очерки. Т.1. - М.: Просвещение, 1970. - 415 с. 

	Развитие физики в России: Очерки. Т.2. - М.: Просвещение, 1970. - 447 с. 

			Ржонсницкий Б.Н. Никола тесла. М.: Молодая гвардия, 1959.-224 с.

			Розенберг Ф. История физики / пер. с немецкого под ред. И. Сеченова/ часть вторая: история физики в новое время. М.-Л.: Государственное технико - теоретическое изд-во, 1933.- 343 с.

			Розенберг Ф. История физики / пер. с немецкого под ред. И. Сеченова/ часть первая: история физики в древности и в средние века. М.-Л.: Государственное технико - теоретическое изд-во, 1934.- 150 с.

			Розенберг Ф. История физики / пер. с немецкого под ред. И. Сеченова/ часть третья: история физики за последнее (XIX) столетие. М.-Л.: Объединенное научно-техническое изд-во НКТП СССР, 1935.- 302 с.

			Ч.П. Сноу, Портреты и размышления, М., Изд. "Прогресс", 1985.-.332 с.

			Спасский Б.И. История физики ч.1. М.: Высшая школа, 1977.- 320 с.

			Спасский Б.И. История физики ч.2. М.: Высшая школа, 1977.- 310 с.

			Тарасов Б. Н. Паскаль. — М.: Молодая гвардия, 1982.  334 с.

			Тригг Дж. Физика XX века. Ключевые эксперименты. М., Мир, 1978. – 376 с.

			Уиттекер Э. История теории эфира и электричества. Классические теории. / пер. с английского Зубченко Н.А. - Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2001.-512 с.

			Р. Ф. Фейнман, "Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман?", изд-во: "Регулярная и хаотическая динамика", 2001. – 205 с.

		Филонович С.Р. Самая большая скорость. М.: Наука, 1983.-176 с.

			Шафранова М.Г. Владимир Иосифович Векслер. Дубна: ОИЯИ, 2003.-407 с.

			Шепф Х.-Г. От Кирхгофа до Планка. Пер. с нем. / пер. Мищенко Л.Г.- М.: Мир, 1981.-192 с.

			Шноль С.Э. Герои и злодеи российской науки. М.: Крон-пресс, 1997.- 462 с.

			Энштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. Развитие идей от первоначальных понятий до теории относительности и квантов. / пер. с английского Суворова С.Г. М.: Наука, 1965.-327 с.