Fizika, fiziķi
Grieķiski physikē (theōria - "dabas pētīšana") no vārda physis - "daba."
Dabaszinātne, mācība par matērijas - atomu, molekulu, kristālu, šķidrumu, gāzu u.c., vispārīgākajām īpašībām un uzbūvi, kā arī matērijas kustības pamatformām - mehāniskajiem, termiskajiem, elektromagnētiskajiem, gravitācijas, atomu, kodolu u.c. procesiem.
Fizikālās izziņas pamatā ir sistemātiski novērojumi un eksperimenti. Balstoties uz eksperimentāliem faktiem, tiek formulēti fizikas likumi, ko izsaka matemātisko formulu veidā, tiek izveidotas teorijas, paredzētas jaunas dabas parādību likumsakarības. Jebkuru fizikas teoriju apstiprina eksperimentāli iegūti fakti.
Vēsture. Senajās arābu zemēs, Senajā Grieķijā un Senajā Romā blakus fenomenoloģiskiem pētījumiem (formulēti daži vienkāršākie mehānikas un hidrostatikas likumi, gaismas atstarošanas likums, veikti novērojumi elektrībā un magnētismā) radās arī parādību izskaidrošanas mikroskopiskā pieeja, kas balstās uz priekšstatu par vielas mazāko sastāvdaļu - atomu.
Līdz IV gs. pmē. uzkrātās zināšanas daļēji apkopotas Aristoteļa mācībā. Tajā ir atsevišķi pareizi priekšstati, tomēr daudzas progresīvas idejas (atomu teorija) ir atmestas. Atzīstot eksperimenta nozīmi, Aristotelis tomēr neuzskatīja to par galveno patiesuma kritēriju, bet deva priekšroku tīrā prāta apsvērumiem.
XII gs. pāvests Aleksandrs III aizliedza garīdzniecībai nodarboties ar fiziku.
Aristoteļa mācību kanonizēja kristiešu baznīca, tādejādi aizkavējot fizikas attīstību līdz XV-XVI gs.
Dabaszinātnes no teoloģijas ietekmes sāka atbrīvoties XVI gs., kad N.Koperniks izvirzīja heliocentriskā Visuma uzbūves sistēmu.
Keplera un Ņūtona atklāti fizikas likumi izskaidroja debess ķermeņu kustību.
Fizika kā zinātne mūsdienu izpratnē (eksperimenti, matemātisks apraksts) sāka veidoties XVII gs. 1.pusē ar G.Galileja darbiem. Šai laikā sākti arī pētījumi gāzu fizikā, elektrībā, magnētismā, siltumfizikā, akustikā.
XVII gs. 2.pusē attīstījās ģeometriskā optika, sāka veidoties fizikālā optika - vienlaikus radās teorija par gaismas korpuskulāro dabu un teorija par gaismas viļņējādo dabu.
Galvenais XVII gs. sasniegums ir mehānikas izveidošana. Tās galvenās likumības formulēja Ī.Ņūtons. Lielākos panākumus klasiskā mehānika guva, izskaidrojot debess ķermeņu kustību. XVII-XVIII gs., balstoties uz klasisko mehāniku, tika izveidota vienota pasaules aina, kurā pasaules daudzveidību izskaidroja ar daļiņu (atomu) mehānisko kustību. Ī.Ņūtona formulētie priekšstati par laiku un telpu palika nemainīgi līdz pat XX gs. sākumam.
XVIII gs. izveidojās hidrodinamika, radās materiālu fizika, elektrostatika, kalorimetrija, pilnveidojās termometrija. Uzkrātais eksperimentālais materiāls tika interpretēts ar vecajām metafiziskajām teorijām - korpuskulu emisijas teorija optikā, magnētisko un elektrisko fluīdu teorija, mācība par siltumradi.
XIX gs. sākumā tika iegūti pierādījumi, ka gaismai piemīt viļņējāda daba - gaismas interferences, gaismas difrakcijas, gaismas polarizācijas izskaidrošana - tie it kā noliedza gaismas korpuskulu emisijas teoriju. Tika atkāta elektriskās strāvas magnētiskā un ķīmiskā darbība; tas pierādija magnētisko fluīdu teorijas nepareizību.
XIX gs. 30.gados M.Faradejs elektromagnētiskās indukcijas izskaidrošanai izmantoja priekšstatu par spēka līnijām. Tas bija sākums zinātnei par īpašas matērijas formas - fizikālā lauka īpašībām.
XIX gs. 1.pusē mehānisko atomismu aizstāja fizikāli ķimiskais atomisms. Liela nozīme fizikā un visas dabaszinātnes attīstībā bija enerģijas nezūdamības un pārvēršanās likuma atklāšanai XIX gs. 40.gados. Šis likums kļuva par siltumparādību teorijas (termodinamikas) pamatu. Vienlaikus ar termodinamiku attīstījās siltumprocesu molekulāri kinētiskā teorija - statiskā fizika.
Astronomijas un fizikas attīstība sasniedza tādu līmeni, ka Kantam un Laplasam tapa iespējams radīt pirmo zinātnisko kosmogonisko hipotēzi - vācu filozofs I.Kants izveidoja mācību par Saules sistēmas rašanos no gāzu un putekļu mākoņa.
XIX gs. 60.gados Dž.K.Maksvels, balstīdamies uz M.Faradeja ieviesto fizikālā lauka jēdzienu, izstrādāja jaunu elektromagnētisko parādību teoriju - Maksvela teoriju. Svarīgs šās teorijas secinājums bija tas, ka elektromagnētiskā mijiedarbība izplatās ar galīgu ātrumu, kas ir vienāds ar gaismas ātrumu. Šo teoriju apstiprināja elektromagnētisko viļņu atklāšana. No Maksvela teorijas izrietēja, ka gaismai ir elektromagnētiska daba.
XIX gs. beigās izveidojās spektrālanalīze, turpinājās nepārtrauktās vides mehānikas attīstība, tika izstrādīta elektrisko svārstību un viļņu teorija, izveidota zemu temperatūru iegūšanas tehnika. XIX gs. beigās šķita, ka fizika ka klasiska zinātne ir pilnīgi pabeigta un ka visas fizikālās parādības var izskaidrot ar molekulu (atomu) vai ētera mehāniku.
XIX gs. beigās un XX gs. sākumā tika izdarīti atklājumi - atklāts rentgenstarojums, radioaktivitāte, elektrons, fotoefekts, kas nebija ietilpināmi klasiskās fizikas priekšstatos,. Tāpēc tika meklēti jauni dabas parādību izskaidrojumi. 1905.gadā A.Einšteins, balstoties uz pēdējiem fizikas sasniegumiem, izveidoja speciļo relativitātes teoriju - jaunu mācību par telpu un laiku. Tā pierādīja pasaules mehāniskās ainas ierobežotību. Kļuva skaidrs, ka elektromagnētiskais lauks ir īpaša matērijas forma. Lai izskaidrotu absolūti melna ķermeņa sytarojumu, M.Planks izvirzīja akcijas kvanta fipotēzi.
1905.gadā A.Einšteins ieviesa fotona jēdzienu. Līdz ar to jaunā pakāpē atdzima gaismas korpuskulārā teorija, kas nenoliedza arī gaismas viļņējādās īpašības - gaismas duālismu. Balstoties uz atoma modeli, ko 1911.gadā izveidoja E.Rezerfords. Viens no mūsdienu fizikas pamatlicējiem ir dāņu fiziķis Nils Bors, kas 1913.gadā formulēja pirmo kvantu teoriju - Bora atoma teoriju.
XX gs. 20.gados izveidojās dziļākā un aptverošākā modernās fizikas nozare - kvantu jeb viļņu mehānika. Paralēli kvantu mehānika attīstījās arī kvantu statistika - kvantu teorija fizikālajām sistēmām, kas sastāv no daudzām mikrodaļiņām.
XIX un XX gs. mijā sāka veidoties modernā cietvielu fizika, kas sastāv no ļoti daudzām daļiņām. Līdz 1925.gadam fizika attīstījās 2 neatkarīgos virzienos: atsevišķi tika pētīts kristālrežģis un elektronparādības cietvielā. Cietvielu kvantu teorijā, kuras izveidošanā liela nozīme bija kvantu statistikai, abi šie virzieni tika saistīti. Centieni izveidot konsekventu atoma starojuma teoriju radīja kvantu elektrodinamiku.
XX gs. 30.gados izveidojās kodolfizika. Vienlaikus ar kodolfiziku sāka veidoties arī elementārdaļiņu fizika. Pirmie atklājumi šajā nozarē saistīti ar kosmiskā starojuma izpēti. Pēc augstu enerģiju lādētu daļiņu paātrinātāju izveides sākās plānveidīga elementārdaļiņu, to īpašību un mijiedarbības izpēte. jauns elementārdaļiņu fizikas attīstības posms sākās 1955.gadā, kad sāka pētīt arī elementārdaļiņu struktūru. Elementārdaļiņu un to mijiedarbības teorija ir kvantu lauka teorija, kas joprojām pilnveidojas. tiek veikti mēģinājumi izveidot vienoto lauka teoriju.
Pastāv cieša saistība starp fiziku un citām dabaszinātnēm. Dabas un tehnikas zinātnes daļēji izmanto fizikas jēdzienus un likumus, kā arīpētīšanas metodes. Tādēļ ir arī robežzin'tnes - biofizika, fizikālā ķīmija, ģeofizika, astrofizika. Fizika vienmēr ir bijusi saistīta ar filozofiju un arī pati ietekmējusi filozofijas attīstību. Modernās fizikas sasniegumi pamato un konkretizē dialektisko materiālismu. Fizikā sevišķi svarīga ir pareiza filozofiska analīze revolucionāros attīstības posmos, kad vecie priekšstati tiek radikāli pārskatīti.
Fizika ir tehnikas teorētiskā bāze. Balstoties uz fizikas sasniegumiem, radīti tādi jauni tehnikas virzieni kā pusvadītāju ierīču tehnoloģija, skaitļošanas tehnika, kodolenerģētika. Tehnikas attīstība savukārt ietekmē eksperimentālās fizikas attīstību. Fizikai ir liela nozīme zinātniski tehniskajā revolūcijā.
Fizikas pētījumi. Līdz XIX gs. 2.pusei pētījumi fizikā tika veikti augstskolu, ZA vai privātās laboratorijās.
XIX gs. beigās - XX gs. sākumā par pasaulslaveniem fizikas pētniecības centriem kļuva Kembridžas universitātes Kevendiša laboratorija (dibināta1874.g.), Mančesteras universitātes fizikas laboratorija (vadītājs E.Rezerfords), Leidenes u iversitātes fizikas laboratorija (1894.g. dibinājis H.Kamerlings-Onness), Rādija institūts (to 1914.g. noorganizēja M.Sklodovska-Kirī uz Parīzes universitātes laboratorijas bāzes). Pirmais starptautiskais fizikas institūts bija Teorētiskās fizikas institūts Kopenhāgenā (dibinājis N.Bors 1920.g.).
Krievijā pirmā fizikas zinātniski pētnieciskā iestāde bija Pēterpils ZA Fizikas kabinets (dibināts 1725.g., 1912.-1921.gados - Fizkikas laboratorija). 1872.gadā tika nodibināta Krievijas Fizikas biedrība (no 1878.g. - Krievijas Fizikas un ķīmijas biedrība). Pirmais ievērojamais krievu zinātnieks, kas veica pētījumus fizikā, bija M.Lomonosovs. Svarīgus atklājumus veikuši V.Petrovs, E.Lencs, A.Stoļetovs, J.Fjodorovs, A.Sadovskis, J.Vulfs.
Palielinoties rūpnieciskās ražošanas apmēriem un koncentrācijai, savus zinātniski pētnieciskos centrus dibināja arī uzņēmumi. Piemēram, svarīgus atklājumus optikā izdarīja uzņēmums "Carl Zeiss Jena" laboratorija, ko 1866.-1905.gados vadīja E.Abe. Lielu zinātniski pētniecisko darbu veica ASV uzņēmuma "American Telephone and Telegraph" (dibināts 1887.g.) zinātniski pētnieciskā laboratorija "Bell Telephone Laboratories."
Krievijā pēc Oktobra apvērsuma 1918.gadā tika nodibināts Valsts Rentgenoloģijas un radioloģijas institūts, uz kura bāzes vēlāk izveidoja Valsts optikas institūtu un PSRS ZA Fizikāli tehnisko institūtu. 1918.gadā noorganizēja arī Ņižņijnovgorodas radiolaboratoriju, 1934.gadā nodibināja PSRS ZA Fizikas institūtu.
XX gs. 2.pusē pētījumi fizikā strauji paplašinājās un koncentrējās lielos zinātnes centros, tika izveidotas starptautiskas organizācijas fizikas zinātnisko pētījumu koordinēšanai un kontrolei: Starptautiskā tīrās un lietišķās fizikas savienība, Eiropas Kodolpētījumu organizācija, Eiropas Atomenerģijas apvienība, Starptautiskā atomenerģijas aģentūra, Ziemeļu teorētiskās atomfizikas institūts ("NORDITA," dibināts 1957.g. Kopenhāgenā), Starptautiskais teorētiskās fizikas centrs (1964.g. Triestē), Eiropas Fizikas biedrība (1968.g. Ženēvā).
ASV lielākās fizikas zinātniski pētnieciskās iestādes ir t.s. nacionālās laboratorijas - fizikas institūtu kompleksi, kas koncentrējas ap lielām eksperimentālām iekārtām un ko apvieno vai nu administratīvā pakļautība, vai kopīga tematika. Valsts pētījumus fizikā ASV vada Nacionālais standartu birojs (National Buerau of Standards, NBS, dibināts 1901.g.) un Enerģētisko pētījumu un izstrādņu pārvalde (Energy Research and Development Administration, ERDA, dibināta 1964.g., līdz 1974.g. Atomenerģijas komisija). ERDA pārziņā ir Argonas Nacionālā laboratorija (dibināta 1946.g., pārvalda Čikāgas universitāte), Brukheivenas nacionālā laboratorija (1947.g. Aptonā), Losalamosas Nacionālā laboratorija (pārvalda Kalifornijas universitāte, šai laboratorijā tika radīti kodolieroči), Lourensa Nacionālā radiācijas un paātrinātāju laboratorija Bērklijā (pārvalda Kalifornijas universitāte). Bateivijas Nacionālo laboratoriju pārvalda 51 universitāšu asociā ija, kas noorganizēta 1961.gadā pēc ASV Nacionālās ZA un Atomenerģijas komisijas iniciatīvas.
Liela nozīme fizikas pētījumos ASV ir augstskolu un koncernu pētniecības centriem. Konsultatīvo darbu fizikālo pētījumu koordinēšanā un programmēšanā ASV veic Amerikas Fizikas biedrība (dibināta 1899.g.) un Amerikas Fizikas institūts (dibināts 1931.g.).
Lielbritānijā fizikas pētījumus koordinē un konsultē Londonas Karaliskā biedrība (dibināta 1660.g.) un Fizikas institūts un fizikas biedrība (dibināta 1960.g.). Valsts organizācija, kas vada pētījumus kodolfizikā, elementārdaļiņu fizikā un plazmas fizikā, ir lielbritānijas Atomenerģijas pārvalde (dibināta 1954.g.).
Francijā lielākās valsts organizācijas, kas vada fizikas pētījumus, ir Nacionālais zinātnisko pētījumu centrs (Centre National de la Reserche Scientifique, CNRS, dibināts 1939.g.), Atomenerģijas komisariāts (Commissariat a' l'Energie Atomique, CEA, dibinājis F.Žolio-Kirī 1945.g.).
Analoģiskas organizācijas Itālijā ir nacionālā pētniecības padome (Consiglio Nazionale delle Ricerche, CNR, dibināta 1923.g.) un Nacionālā atomenerģijas komiteja (Comitato Nazionale per l'Energia Nucleare, CNEN, dibināta 1960.g.).
Vācijā fizikas pētījumus organizē galvenokārt zinātņu biedrības, galvenās no tām ir M.Planka biedrība (dibināta 1911.g.). Japānā fizikas pētījumus kooerdinē japānas Zinātņu biedrības Dabaszinātņu sekcija un Japānas akadēmijas Dabaszinātņu sekcija.
PSRS 1956.gadā nodibināja Apvienotās kodolpētniecības institūtu, kurā tolaik piedalījās arī sociālistiskās nometnes valstis.
Fizikas pamatnozares. Atbilstoši pētāmo objektu un to kustības formu daudzveidībai fiziku iedala nozarēs. Šis iedalījums nav viennozīmīgs, un tam var būt dažādi kritēriji. Fizikas nozares nav savstarpējis stingri norobežotas, jo pastāv cieša iekšēja saistība starp materiālās pasaules objektiem un procesiem, kuros tie piedalās.
Biofizika.
Elektromagnētisms.
Elektronu un jonu optika.
Elementārdaļiņu fizika. Pēta vielas struktūrelementus - elementārdaļiņas, atoma kodolus, atomus, molekulas, un to makroagregātus - plazmu, gāzi, šķidrumus, cietvielu.
Atomfizika.
Cietvielu fizika.
Kodolfizika.
Molekulārā fizika.
Plazmas fizika.
Atbilstoši matērijas kustības formām - mehāniskā kustība, siltuma procesi, kā arī mijiedarbības veidiem - gravitācijas mijiedarbība, elektromagnētiskā mijiedarbība, stiprā mijiedarbība un vājā mijiedarbība, fizikā nodalīta:
Akustika.
Elektrodinamika.
Kvantu elektrodinamika.
Kvantu mehānika.
Kvantu lauka teorija.
Mehānika.
Relativitātes teorija.
Statistiskā fizika.
Optika.
Termodinamika.
Mehāniskās, akustiskās, elektriskās un optiskās svārstības un viļņus no vienota viedokļa pēta svārstību un viļņu teorija.
Pēc pētījuma rakstura un mērķiem nodala:
Eksperimentālo fiziku.
Teorētisko fiziku.
Lietišķo fiziku.
Kvantu fizika.
Fiziķi.
A.Volta (~1800.g.). Itālija.
Braians Deivids Džozefsons (dz.1940.g.). Lielbritānija.
Džeimss Džīnss (1877.-1946.g.).
Džeimss Preskots Džouls (1818.-1889.g.).
Džozefs Bleks (1728.-1799.g.). Skotija.
Džozefs Džons Tomsons (1856.-1940.g.). Anglija.
Enriki Fermī (1901.-1954.g.). Itālija.
E.Lencs (~1842.g.). Krievija.
E.Mahs. Austrija.
E.Mariots (~1676.g.). Francija.
E.Pērsels (~1946.~1952.g.). ASV. N.
E.Vīherts (~1899.g.). Vācija.
Ēriks Burops (1911.-1980.g.). Lielbritānija.
F.Savārs (~1820.g.). Francija.
Fēlikss Blohs (1905.-1983.g.). ASV.
G.S.Oms. Vācija.
Gustavs Teodors Fehners (1801.-1887.g.). Vācija.
Hans Kristians Ersteds (1777.-1851.g.). Dānija.
H.Bušs (~1926.g.). Vācija.
H.Deilijs (~1807.g.). Anglija.
Ivans Borgmanis (1849.-1914.g.). Krievija.
Karls Frīdrihs Brauns (1850.-1918.g.). Vācija.
Kazimežs Fajanss (1877.-1975.g.). Polija/ASV.
Lorānds Etvešs (1848.-1919.g.). Ungārija.
L.Alvaress (~1940.g.). ASV
L.Brijuēns (~1928.g.). Francija.
Ludvigs Bolcmanis (1844.-1906.g.). Austrija.
L.V. de Brojī (~1924.g.). Francija.
Ļ.Landauss (~1937.g.). Krievija.
Maikls Faradejs (1791.-1867.g.). Anglija.
Makss Borns (1882.-1970.). Vācija.
Marija Sklodovska-Kirī (1867.-1934.g.). Francija.
Nilss Bors (1885.-1962.g.). Dānija.
Oge Bors (1922.-2009.g.). Dānija.
Patriks Blekets (1897.-1974.). Anglija.
P.Drūde (~1900.g.). Vācija.
P.Laplass (~1820.). Francija.
Persijs Viljams Bridžmens (1882.-1961.g.). ASV.
Povils Brazdžūns (1897.-1986.g.). Lietuva.
P.Ērenfests (~1933.g.). Nīderlande.
R.Klauziuss (~1865.g.). Vācija.
Roberts Boils (1627.-1691.g.). Anglija.
S.Grejs (~1729.g.). Anglija.
Šatjendranats Boze (1894.-1974.g.). Indija.
Šerbans Ciceika (1908.-1985.g.). Rumānija.
Š.Difē (~1733.g.). Francija.
Tomass Edisons (1847.-1931.g.). ASV.
Viktors Andrejs Boroviks-Romānovs (1920.-1997.g.). Krievija.
Viljams Henrijs Bregs (1862.-1842.g.). Anglija.
Viljams Lourenss Bregs (1890.-1971.g.). Anglija.
V.Gilberts (~1600.g.). Anglija.
V.Petrovs (~1802.g.). Krievija.
Volters Hausers Breteins (1902.-1987.g.). ASV.
V.R.Hamiltons (~1934.g.). Īrija.
Žans Batista Bio (~1815.~1820.g.). Francija.
Fizika cieši saistīta ar tādām zinātnēm kā bioloģija, ķīmija, astronomija, ģeoloģija un matemātika.
Pirms 100 gadiem cilvēki uzskatīja, ka viss sastāv no elektroniem, neitroniem un protoniem. XX gs. 60. un 70.gados jau bija zināms, ka patiesībā pastāv daudz vairāk elementārdaļiņu.
Raksti.
Fiziķi atklāj, kā nedzīvas daļiņas var “atdzīvoties” un mainīt savu stāvokli.
Saites.
Filozofija un filozofi.
