|
A fizika rövid története
Az emberek az ókorok óta próbalták megérteni az anyag viselkedését: miért esnek le az elengedett testek a földre, miért vannak a különféle anyagoknak különböző tulajdonságai, és így tovább. Ugyancsak misztikusak voltak számukra a Világegyetem jellemzői, mint például a Föld alakja, az égitestek, pl. a Nap és a Hold viselkedése. Sok, többségében helytelen elméletet állítottak fel. Nagy mértékben filozófiai terminusokban fektették őket, és soha nem ellenőrizték őket szisztematikus kísérletekkel. Voltak azonban kivételek és anakronizmusok, például Arkhimédész, a nagy görög gondolkodó a mechanika és a hidrosztika területén számos kvantitatív módon helyes következtetésre jutott.A 17. század elején Galilei volt az úttörője a fizikai elméletek kísérletekkel való igazolásának, ami a tudományos módszer kulcsa. Galilei számos helyes képletet alkotott a dinamikában, különösképpen a tehetetlenség törvényében. 1687-ben Newton publikálta Principia Mathematica c. művét (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica = A természetfilozófia matematikai alapjai), amiben két átfogó és sikeres fizikai elméletét részletezte: Newton mozgástörvényeit, amiből a klasszikus mechanika fejlődött ki; Newton gravitációs törvényét amiben az alapvető kölcsönhatás gravitációt írja le. Mindkét elmélet jól egyezett a kísérletekkel. A klasszikus mechanikát Lagrange, Hamilton és mások terjesztették ki kimerítően, új formalizmusokat és elveket kifejlesztve. A gravitációs törvény ösztönözte az asztrofizikát, ami a csillagászati jelenségeket fizikai elvek segítségével írja le.
A 18. századtól kezdődően Boyle, Young és mások fejlesztették a termodinamikát. 1733-ban Bernoulli statisztikus érvekkel kombinálva a klasszikus mechanikát, hogy termodinamikai eredményeket kapjon, elindította a statisztikus fizika tudományát. 1798-ban Thompson demonstrálta a mechanikai munka hővé alakulását, 1847-ben pedig Joule felállította a mechanikai energiára és hőre együtt érvényes energiamegmaradás törvényét.
Az elektromosság és mágnesség tulajdonságait Ohm, Faraday és mások vizsgálták. 1855-ben Maxwell egyesítette a két jelenséget az elektromágnesség elméletében, amit a Maxwell-egyenletek írnak le. Az elmélet jóslata szerint a fény elektromágneses hullám.
1895-ben Röntgen felfedezte a röntgensugárzást, ami nagy frekvenciájú elektromágneses sugárzásnak bizonyult. A radioaktivitást Becquerel fedezte fel 1896-ban, majd Pierre Curie és Marie Curie tanulmányozták tovább. Ez indította el a magfizika fejlődését.
1897-ben Thomson felfedezte az elektront. 1904-ben ő javasolta az első modern atommodellt, az ún. mazsolás puding modellt. (Az atom létezését 1808-ban Dalton javasolta.)
1905-ben Albert Einstein megalkotta a speciális relativitáselméletet, ami a teret és időt az egységes téridőben egyesíti. A relativitáselmélet másféle formulákkal írja le a különböző vonatkoztatási rendszerek közötti transzformációt, mint a klasszikus mechanika, ami szükségessé tette a relativisztikus mechanika kifejlesztését a klasszikus mechanika helyett. Kis relatív sebességkülönbségek esetén a két elmélet jóslatai megegyeznek. 1915-ben Einstein kiterjesztette elméletét a gravitáció magyarázatára is, megalkotva az általános relativitáselméletet, ami helyettsíti Newton gravitációelméletét. Kis tömegek és energia esetén a két elmélet jóslatai megegyeznek.
1911-ben Rutherford szórási kísérletéből egy nagyon kompakt, kis méretű, nagy tömegű, pozitív töltésű atommag létére következtetett, amit ő protonnak hívott. Később kiderült, hogy az atommag pozitív és semleges összetevőkből áll. Az atommag semleges összetevőit, a neutronokat Chadwick fedezte fel 1932-ben és a pozitív összetevőket, nem az egész atommagot hívjuk protonnak.
1900-tól kezdve Planck, Einstein, Bohr és mások kvantumelméleteket fejlesztettek ki a kísérleti eredmények megmagyarázására diszkrét energiaszintek bevezetésével. 1925-ben Schrödinger és 1926-ban Heisenberg és Dirac megfogalmazták a kvantummechanikát, ami megmagyarázta a megelőző kvantumelméleteket. A kvantummechanikában a kísérletek kimenetele lényegüktől fogva valószínűségi, az elmélet ezen valószínűségek kiszámítását adja meg és sikeresen írja le az anyag viselkedését a kis távolságok skáláján.
A kvantummechanika adja az elméleti eszközöket kondenzált anyagok fizikája kezébe, ami a szilárd testek és folyadékok viselkedését írja le, ideértve az olyan jelenségeket, mint a szupravezetés és a félvezetők. A kondenzált anyagok fizikájának úttörői között van Bloch, aki 1928-ban az elektronoknak kristálystruktúrákban való viselkedésének kvantummechanikai magyarázatát adta.
A második világháború idején mindkét fél a magfizikára fektette a hangsúlyt, hogy létrehozhassa az atombombát. A Heisenberg vezette német erőfeszítés nem járt sikerrel, de a szövetséges Manhattan-terv igen. Az Egyesült Államokban, a Chicagói Egyetemen Fermi csoportja 1942-ben létrehozta az első nukleáris láncreakcót, és 1945-ben az első nukleáris bombát felrobbantották Alamogordo mellett, Új-Mexikóban.
A kvantumtérelméletet azért alkották meg, hogy a kvantummechanika összhangba kerüljön a speciális relativitáselmélettel. Modern formáját a késő 1940-es években nyerte el Feynman, Tomonaga, Schwinger és Dyson munkássága nyomán. Ők fogalmazták meg a kvantumelektrodinamikát, ami az elektromágneses kölcsönhatást írja le. A kvantumtérelmélet adja a modern részecskefizika kereteit, ami az elemi részecskéket és az alapvető kölcsönhatásokat kutatja. 1954-ben Yang és Mills fejlesztette ki a mértékelméletek alapjait, amik a standard modell vázát alkotják. A standard modell, amit az 1970-es években fejeztek be, sikeresen írja le szinte az összes eddig felfedezett elemi részecskét.
Az ENSZ 2005-öt a fizika világévének nyilvánította.
Forrás: Ez a cikk a GNU Szabad Dokumentációs Licenc alá tartozik, az "Fizika" Wikipédia szócikk anyagából tartalmaz részeket.