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
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 | 1. Возникновение наук. 2. Наука Древней Греции. 3. Древние атомисты. 4. Аристотель. 5. Архимед. | 3 |
| 3 | Физика средневековья | 1. Характеристика эпохи. 2. Наука Востока – связующее звено между античной наукой и европейской. 3. Развитие науки в Европе. | 2 |
| 4 | Научная революция 16 века и борьба за новое мировозрение | 1. Характеристика эпохи. 2. Учение Коперника. 3. Галилей – основоположник механики. | 2 |
| 5 | Физика 17 века | 1. Механика (Г.В. Лейбниц, Х. Гюйгенс, И. Ньютон и другие). 2. Оптика 17 века (оптические инструменты, открытие дифракции, интерференции, поляризации, дисперсии). | 2 |
| 6 | М.В. Ломоносов и физика 18 века | 1. Развитие физики в Европе. 2. Биография М.В. Ломоносова. 3. Вклад М.В. Ломоносова в науку. | 2 |
| 7 | Физика первой половины 19 века | 1. Особенности развития физики. 2. Электричество и магнетизм. 3. Оптика. 4. 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 | 1. Фотоэффект и тепловое излучение. 2. Квантовая механика. 3. Радиоактивность. 4. Ядерная и атомная физика. | 4 |
План семинарских занятий