Период революционных изменений в физике
Научные открытия 1895 - 1904 гг.
1895г.
Открытие В.Рентгеном излучения, названного его именем (рентгеновские лучи).
А.С.Попов изобрел радио.
Экспериментально доказано, что катодные лучи являются потоком отрицательно заряженных частиц (Ж.Перрен).
Построена первая промышленная установка для получения жидкого воздуха (К.Линде).
Открытие П.Кюри температурной зависимости удельной магнитной восприимчивости парамагнетиков (закон Кюри). В 1907г. уточнен П.Вейссом (закон Кюри – Вейсса).
1895...1902гг.
Создание Х.Лоренцом электродинамики движущихся сред.
1896г.
А.Беккерель открыл естественную радиоактивность урана.
М.Склодовская-Кюри высказала предположение о том, что излучение урана является свойством его атомов.
Открытие П.Зееманом явления расщепления спектральных линий в магнитном поле (эффект Зеемана).
Л.Джуэлл обнаружил смещение спектральных линий Солнца в красную сторону (красное смещение).
Французский физик Ш.Фабри теоретически рассмотрел возможность создания сильных магнитных полей с помощью соленоидов.
Открыт 63-й элемент – европий (Э.Демарсе).
1897г.
Дж. Дж. Томсон и Э.Вихерт открыли электрон.
К.Браун сконструировал катодную трубку, в которой движением электронов управляло магнитное поле (электроннолучевая трубка).
Создание радиолокации (А.С.Попов).
И.Ридберг выдвинул идею, что независимой переменной является порядковый номер элемента, а не его атомный вес.
Дж. Лармор установил теорему о прецессии электронов во внешнем магнитном поле (теорема Лармора), имеющую большое значение для атомного магнетизма.
Х.Лоренц дал классическую теорию эффекта Зеемана, предсказывающую нормальный триплет.
1898г.
Открытие М.Склодовской-Кюри и П.Кюри новых радиоактивных элементов – полония и радия.
Экспериментально установлена радиоактивность тория (М.Склодовская-Кюри, Г.Шмидт).
Обнаружен аномальный эффект Зеемана (П.Зееман, М.Корню).
Впервые А.И.Садовским теоретически обосновано вращающее действие световых лучей (эффект Садовского).
Открыты: 36-й элемент – криптон, 10-й – неон и 54-й – ксенон (У.Рамзай, М.Траверс).
К.Рикке разработал теорию проводимости металлов (теория Рикке).
Дж. Дьюар получил жидкий водород.
1899г.
П.Н.Лебедев экспериментально доказал давление света на твердые чела (в 1907г. он сделал это для газов).
Обнаружено отклонение радиоактивного излучения радия в магнитном поле (Ст. Мейер, Э.Швейдлер).
Э.Резерфорд доказал наличие в излучении урана двух компонентов – альфа- и бета-лучей.
Доказана электронная природа фототока, показано, что энергия фотоэлектронов зависит не от интенсивности падающего света, а от длины его волны.
Открыт 86-й элемент – радон (Э.Резерфорд).
Открыт 89-й элемент – актиний (А.Дебьерн).
Ю.Эльстер и Г.Гейтель высказали мысль о превращении элементов в радиоактивных процессах.
Изобретен интерферометр Фабри-Перо (Ш.Фабри, А.Перо).
Разработка Дж. Рэлеем теории молекулярного рассеяния света (рэлеевское рассеяние).
Разработано тензорное исчисление (Г.Риччи-Курбастро, Т.Леви-Чивита).
1900г.
М.Планк ввел квант действия, положив начало квантовой теории.
М.Планк предложил новую формулу для распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела (закон Планка), экспериментально ее в том же году подтвердил Г.Рубене.
П.Друде и Дж. Дж. Томсоном заложены основы классической теории металлов. Дальнейшее развитие она получила в 1904г. у Х.Лоренца (теория Друде – Лоренца).
П.Кюри и М.Склодовская-Кюри доказали, что бета-лучи несут отрицательный заряд.
Обнаружение отклонения бета-лучей электрическим полем (Э.Дорн).
А.Беккерель, пропуская бета-лучи через пересекающие друг друга электрическое и магнитное поля, первый измерил отношение заряда к массе бета-частиц и установил, что оно того же порядка, что и для частиц катодных лучей.
П.Виллард открыл гамма-лучи.
М.Склодовская-Кюри первая указала на корпускулярную природу альфа-лучей.
Дж. Рэлей вывел закон распределения энергии в излучении абсолютно черного тела, развитый в 1905г. Дж. Джинсом (закон Рэлея – Джинса).
В.Бьеркнес предложил пульсационную гипотезу тяготения.
М.Бриллюэн разработал математическую теорию диффузии газов.
1901г.
Обнаружено физиологическое действие радиоактивного излучения (А.Беккерель, П.Кюри).
Впервые экспериментально доказана зависимость массы частицы от скорости (В.Кауфман).
Ж.Перрен сформулировал представление о ядерно-планетарной модели атома (модель Перрена) – Разработана магнитная запись звука.
1901г.
Создание Дж. Таунсендом теории несамостоятельного газового разряда (теория Таунсенда).
О.Люммер изобрел спектральный прибор высокого разрешения, который усовершенствовал в 1903г. совместно Э.Герке (пластинка Люммера-Герке).
Г.Маркони осуществил первую трансатлантическую радиопередачу, послав радиосигнал из Англии в Ньюфаундленд.
1902г.
Установлено отклонение каналовых лучей в электрическом и магнитном полях (В.Вин).
Получена чистая соль радия (М.Склодовская-Кюри).
Постулирование О.Хевисайдом ионизированного слоя атмосферы, отражающего электромагнитные волны.
Открыта вторичная электронная эмиссия.
Р.Вуд открыл оптический резонанс.
1902...1903гг.
Введение понятия электромагнитного импульса и получение формулы для электромагнитной массы электрона (М.Абрагам).
М.Абрагам высказал первую гипотезу о структуре электрона, согласно которой последний является твердым шариком с равномерно распределенным зарядом.
Э.Резерфорд и Ф.Содди создали теорию радиоактивного распада и сформулировали закон радиоактивных превращений.
1903г.
Введение П.Кюри понятия периода полураспада.
П.Кюри предложил использовать период полураспада в качестве эталона времени для определения абсолютного возраста земных пород.
Наблюдение непрерывного выделения теплоты солями радия и измерение энергии, выделяемой за 1 сек (П.Кюри, А.Лаборд).
У.Рамзай и Ф.Содди экспериментально доказали образование гелия из радия.
Э.Резерфорд доказал, что альфа-лучи состоят из положительно заряженных частиц.
Дж. Дж. Томсон разработал модель атома, названную его именем (модель Томсона).
Открытие эффекта сцинтилляций и использование его для регистрации заряженных частиц (У.Крукс, Г.Гейтель, Ю.Эльстер).
Ф.Троутон и Г.Нобл провели опыт с целью обнаружить момент кручения в подвешенном плоском конденсаторе, обусловленный влиянием «эфирного ветра» (опыт Троутона и Нобла).
А.А.Эйхенвальд показал, что поляризованный немагнитный диэлектрик становится при движении намагниченным (опыт Эйхенвальда).
О.Ричардсон установил закон для плотности тока насыщения термоэлектронной эмиссии в зависимости от температуры.
1903г.
М.С.Цвет открыл хроматографию.
Создание ультрамикроскопа (Р.Зигмонди, Г.Зидентопф).
1904г.
Осуществлена поляризация рентгеновских лучей (Ч.Баркла) и доказана их волновая природа.
Х.Лоренц нашел преобразования пространственных координат и времени в самом общем виде, названные его именем (преобразования Лоренца). В 1900г. эти преобразования получил Дж. Лармор, а в 1887г. близкие по типу преобразования использовал В.Фогт.
Х.Лоренц получил выражение для зависимости массы от скорости в случае электрона. Справедливость этой релятивистской формулы была подтверждена опытами А.Бухерера (1908г.) и др.
Создание Х.Нагаокой модели атома типа Сатурна.
Дж. Дж. Томсон ввел представление о том, что электроны в атоме разделяются на группы, образуя различные конфигурации, обусловливающие периодичность элементов. Первые идеи о внутренней структуре атома он высказал еще в 1898г.
Г.А.Вильсон провел опыт по зарядке пластин конденсатора вращением цилиндра из диэлектрика, помещенного в магнитное поле параллельно его пластинам (опыт Вильсона). Противоположен опыту Эйхенвальда.
Изобретена двухэлектродная лампа (Дж. Флеминг).
Выяснено, что полупроводники могут быть детекторами электромагнитных волн (Дж. Бозе).
1904 - 1905гг.
А.Пуанкаре дал общую формулировку принципа относительности, ввел термины «преобразования Лоренца», «группа Лоренца», показал, что невозможно обнаружить абсолютное движение, исходя из представлений об эфире и связанной с ним привеллигированной системы отсчета.
Период современной физики (1905 - 1931гг.)
1905г.
А.Пуанкаре и А.Эйнштейн установили ковариантность уравнений Максвелла относительно «группы Лоренца».
А.Эйнштейн выдвинул гипотезу о квантовом характере светового излучения (фотонная теория света).
А.Эйнштейн открыл закон взаимосвязи массы и энергии.
А.Эйнштейн предложил специальный принцип относительности и принцип постоянства скорости света и на их основе создал специальную теорию относительности, содержащую новые пространственно-временные представления. Совместно с квантовой теорией она составила фундамент физики XX в.
Обнаружен эффект Доплера в каналовых лучах.
Объяснение А.Эйнштейном законов фотоэффекта на основании существования квантов света, или фотонов.
Разработка П.Ланжевеном классической теории диа- и парамагнетизма.
Э.Швейдлер установил статистический характер закона превращения химических элементов, подтвержденный экспериментально в 1906г.
1905...1906гг.
А.Эйнштейн и М.Смолуховский дали последовательное объяснение броуновского движения на основе молекулярно-кинетической теории.
1906г.
Изобретен триод (Л.Форест).
М.Планк вывел уравнения релятивистской динамики, получив выражения для энергии и импульса электрона, ввел термин «теория относительности».
Открыт 71-й элемент – лютеций (Д.Урбен).
Открыта односторонняя проводимость у некоторых полупроводников и создан кристаллический детектор (К.Браун).
Т.Лайман открыл спектральную серию атома водорода (серия Лаймана).
Установление В.Нернстом третьего начала термодинамики (теорема Нернста). Предсказание им эффекта «вырождения газа».
Ч.Варила открыл характеристические рентгеновские лучи.
Э.Резерфорд обнаружил рассеяние альфа-частиц.
1907г.
А.Эйнштейн ввел принцип эквивалентности гравитации и инерции, являющийся фундаментом общей теории относительности, и, исходя из него, вычислил красное смещение света в поле тяготения Солнца.
Б.Л.Розинг изобрел первую электронную систему получения телевизионного изображения при помощи электроннолучевой трубки (в 1911г. продемонстрировал прием простых геометрических фигур).
Выдвинута гипотеза о существовании в ферромагнетиках участков самопроизвольной намагниченности и разработана первая статистическая теория ферромагнетизма (П.Вейсс). Подобную идею высказал еще в 1892г. Б.Л.Розинг.
Г.Минковский сформулировал точные инвариантные уравнения поля для движущихся тел.
Дж. Пирс доказал электрическую природу явления выпрямления.
М.Планк и А.Эйнштейн провели обобщение термодинамики в рамках специальной теории относительности.
Открытие Э.К.Оттоном и А.Мутоном явления двойного лучепреломления в веществах, помещенных в магнитное поле, при распространении света в направлении, перпендикулярном полю (эффект Коттона – Мутона).
Первое определение длины волны рентгеновских лучей (В.Вин).
Разработка А.Эйнштейном первой квантовой теории теплоемкости твердых тел.
1908г.
А.Бухерер провел опыт, окончательно подтвердивший справедливость релятивистской формулы Лоренца для зависимости массы от скорости.
В.Ритц улучшил предложенные в 1888г. И.Ридбергом приближенные формулы для частот спектральных серий, установив один из основных принципов систематики атомных спектров – комбинационный принцип (принцип Ридберга – Ритца).
Г.Гейгер и Э.Резерфорд сконструировали прибор для регистрации отдельных заряженных частиц. В 1928г. Гейгер усовершенствовал его с В.Мюллером (счетчик Гейгера – Мюллера).
Г.Минковский высказал идею объединения трех измерений пространства и времени в одно четырехмерное пространство (пространство Минковского) и развил современный четырехмерный аппарат теории относительности.
Ж.Перрен осуществил эксперименты по исследованию 1913гг. броуновского движения, окончательно доказавшие реальность существования молекул.
М.Смолуховский разработал теорию критической опалесценции.
Получение Г.Камерлинг-Оннесом жидкого гелия при температуре 4,2°К.
Ф.Пашен обнаружил спектральную серию атома водорода в инфракрасной области (серия Пашена).
Э.Грюнейзен установил, что отношение коэффициента теплового расширения к теплоемкости твердого тела не зависит от температуры (закон Грюнейзена).
1909г.
Доказано, что альфа-частицы являются дважды ионизированными атомами гелия (Э.Резерфорд, Т.Ройдс).
Разработан новый метод количественного изучения аномальной дисперсии света – «метод крюков» (Д.С.Рождественский).
1910г.
А.Гааз разработал модель атома, в которой впервые сделана попытка связать квантовый характер излучения со структурой атома.
Внедрение фотоэлементов в технику (Ю.Эльстер, Г.Гейтель). Прообразом фотоэлемента была еще установка А.Г.Столетова (1888г.) по исследованию фотоэффекта.
Обнаружение космологического красного смещения в спектрах галактик (В.Слайфер). Это смещение, как было показано со временем, связано с эффектом разбегания галактик.
Первое определение энергии бета-частиц по их отклонению в магнитном поле (О.Байер, О.Ган).
Получен металлический радий (М.Склодовская-Кюри, А.Дебьерн).
1911г.
А.Зоммерфельд заметил, что постоянная Планка имеет размерность механического действия и предложил произвести квантование действия в ряде задач.
А.Эйнштейн доказал искривление световых лучей в поле тяготения Солнца.
Г.Гейгер и Дж. Нэттол установили зависимость между временем жизни и энергией распада радиоактивных ядер (закон Гейгера – Нэттола).
Дж. Дж. Томсон разработал «метод парабол» для определения относительных масс частиц ионных пучков.
Изготовлен первый международный радиевый эталон (М.Склодовская-Кюри, А.Дебьерн).
Открытие Г.Камерлинг-Оннесом сверхпроводимости (обнаружил бесконечную проводимость, получив в металлическом кольце незатухающий ток).
Постулирование П.Вейссом кванта магнитного момента – магнетона. Независимо от П.Вейсса магнетон предсказал П.Ланжевен и вычислил его величину.
Э.Резерфорд дал формулу для эффективного поперечного сечения рассеяния нерелятивистских заряженных точечных частиц, взаимодействующих по закону Кулона (формула Резерфорда).
Э.Резерфорд построил теорию рассеяния альфа-частиц в веществе, открыл атомное ядро и создал планетарную модель атома.
Экспериментально доказана дискретность электрического заряда и впервые достаточно точно измерена величина заряда электрона (Р.Милликен).
1912г.
А.И.Бачинский установил закон вязкости жидкостей (закон Бачинского).
В.Гесс открыл космические лучи. В 1900...1901гг. к мысли о существовании ионизирующего воздействия, способного проникать через толстые слои грунта, пришел Ч.Вильсон. В 1900г. неизвестный источник ионов в воздухе заметили также Г.Гейтель и Ю.Эльстер.
Дж. Нордстрем предложил теорию гравитации, обобщающую закон тяготения Ньютона в соответствии с требованиями специальной теории относительности и принципом эквивалентности.
Л.Брэгг сформулировал условие дифракции падающего на кристалл монохроматического потока рентгеновских лучей. Это же уравнение, связывающее длину волны рентгеновского излучения с периодом решетки кристалла, дал в 1913г. также Ю.В.Вульф (отсюда и название – формула Брэгга – Вульфа).
М.Абрагам предложил теорию гравитации, обобщающую закон Ньютона, но не учитывающую принцип эквивалентности.
Открытие П.Дебаем закона зависимости теплоемкости от абсолютной температуры (закон теплоемкости Дебая).
Открыто явление дифракции (интерференции) рентгеновских лучей при прохождении их через кристаллы, что окончательно подтвердило их электромагнитную природу (М.Лауэ, В.Фридрих, П.Книппинг).
П.Дебай развил упрощенное представление твердого тела в виде изотропной упругой среды (модель твердого тела Дебая).
П.Эвальд развил теорию поляризации диэлектрических кристаллов.
Построен спектрометр с магнитной фокусировкой (Дж. Даныш).
Р.Милликен проверил уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и вычислил из него постоянную Планка.
Развита теория колебаний кристаллической решетки (П.Дебай, М.Борн, Т.Карман).
Разработана теория интерференции рентгеновских лучей на кристаллах и предложено использовать их как своеобразные дифракционные решетки для рентгеновских лучей (М.Лауэ).
Установление А.Эйнштейном основного закона фотохимии (закон Эйнштейна).
Ф.Пашен и Э.Бак открыли эффект, названный их именем (эффект Пашена – Бака).
Ч.Вильсон изобрел прибор для наблюдения следов заряженных частиц (камера Вильсона). В 1923г. П.Л.Капица и Д.В.Скобельцын впервые поместили камеру в сильное магнитное поле и наблюдали искривление треков частиц.
Экспериментальное доказательство периодичности атомной структуры кристаллов, существования кристаллической решетки (Г. и Л.Брэгги).
1913...1914гг.
Г.Мозли установил зависимость между частотой спектральных линий характеристического рентгеновского излучения элемента и его порядковым номером (закон Мозли) и доказал равенство заряда ядра атома порядковому номеру его элемента.
1913...1914гг.
Предсказано диффузионное рассеяние рентгеновских лучей колебаниями кристаллической решетки (П.Дебаи, Л.Бриллюэн).
1913г.
А.Эйнштейн и М.Гроссман отождествили гравитационное поле с 10-компонентным метрическим тензором геометрии Римана и предложили теорию тяготения, учитывающую принцип эквивалентности.
В.К.Аркадьев дал феноменологическое описание и первую теорию магнитных спектров, заложив основы магнитной спектроскопии.
В.К.Аркадьев обнаружил избирательное поглощение радиоволн в ферромагнетиках (эффект Аркадьева), что было по существу открытием ферромагнитного резонанса. Он же разработал общую макроскопическую теорию электромагнитного поля в ферромагнитных металлах.
Введено понятие дефекта массы (П.Ланжевен).
Г.Брэгг изобрел рентгеновский спектрометр.
Г.Ми построил теорию тяготения, основывающуюся на специальной теории относительности, но не удовлетворяющую принцип эквивалентности.
Дж. Франк и Г.Герц экспериментально доказали существование дискретных уровней энергии атомов (опыты Франка – Герца).
Использование триода для генерирования незатухающих электрических колебаний (А.Мейсснер).
Обнаружение Г.Камерлинг-Оннесом разрушения сверх-, проводимости под влиянием сильных магнитных полей и токов.
Открытие явления расщепления спектральных линий в электрическом поле. Впервые (1899г.) обратил внимание на возмущение атомов электрическим полем В.Фогт. Н.Бор, применив идею квантования энергии к теории планетарного атома, сформулировал три квантовых постулата, которые характеризуют особенности движения электронов в атоме и разработал первую квантовую теорию атома водорода (теория атома Бора), ввел главное квантовое число.
Положено начало рентгеноструктурному анализу (Г. и Л.Брэгги, Ю.В.Вульф) и рентгеновской спектроскопии.
Разработана теория дифракции рентгеновских лучей (Ч.Г.Дарвин).
Создан магнитный спектрометр с фокусировкой и фотографической регистрацией (Дж. Даныш, Э.Резерфорд, Г.Робинсон).
Сформулировано положение, что заряд ядра атома численно равен порядковому номеру соответствующего элемента в периодической таблице (А.Ван ден Брук).
Сформулировано представление об изотопах элементов и введен термин «изотопы» (Ф.Содди). Впервые изотопы были открыты Дж. Дж. Томсоном, который в 1912г. обнаружил существование атомов неона с массой 20 и 22. Мысль о неодинаковости атомов одного и того же элемента высказал в 1886г. У.Крукс.
Установление И.Ленгмюром закона для термоионного тока (закон Ленгмюра).
Установлено, что различные изотопы свинца являются конечным продуктом трех естественных радиоактивных семейств.
Ф.Астон предложил метод газовой диффузии для разделения изотопов.
Ф.Седди и К.Фаянс независимо друг от друга установили правило смещения при радиоактивном распаде (закон Содди – Фаянса). Это сделал также А.С.Рассел.
Ч.Бялобжеский высказал идею о лучистом переносе энергии в звездах.
Э.Резерфорд предсказал протон. А.Ван ден Брук выдвинул гипотезу строения атомных ядер из протонов и электронов (протонно-электронная гипотеза). Однако с годами последняя привела ко многим противоречиям. В 1932г. протонно-электронная гипотеза была заменена протонно-нейтронной.
1914...1915гг.
А.Эйнштейн вывел полевые уравнения для метрического тензора и вычислил гравитационное отклонение света и смещение перигелия Меркурия.
1914г.
В.Коссель объяснил возникновение рентгеновских спектров излучения, исходя из представлений об электронных оболочках атома, которые создают вокруг ядра последовательные слои.
Дж. Чэдвик открыл непрерывный спектр энергии бета-излучения.
Доказана идентичность рентгеновских спектров изотопов, чем окончательно подтверждено равенство порядковых номеров у изотопов данного элемента (Э.Резерфорд, Э.Андраде).
Доказано существование стабильных изотопов свинца (Ф.Содди и др.).
Н.Бор дал формулу для уровней энергии атома.
Наблюдение слабого ферромагнетизма (Т.Смит).
Обнаружено, что ток, циркулирующий в сверхпроводящем кольце, не изменяется по величине в течение нескольких дней без приложения какой-либо внешней э. д. с.
С.Барнеттом обнаружено явление возникновения в теле при вращении в отсутствие внешнего магнитного поля намагниченности (эффект Барнетта).
Э.Резерфорд выдвинул идею об искусственном превращении атомных ядер.
Э.Резерфорд и Э.Андраде экспериментально осуществили дифракцию гамма-лучей на кристалле, доказав их электромагнитную природу.
Э.Резерфорд предсказал внутреннюю конверсию.
1915...1916гг.
А.Зоммерфельд усовершенствовал теорию атома Бора, распространив ее с просто периодических на случай многократно периодических систем, разработал квантовую теорию эллиптических орбит (теория Бора – Зоммерфельда), ввел радиальное и азимутальное квантовые числа.
1915г.
А.Зоммерфельд построил теорию тонкой структуры водородного спектра.
А.Эйнштейном и В. де Гаазом обнаружено возникновение вращения при намагничивании (эффект Эйнштейна – де Гааза).
Разработан метод меченых атомов (Д.Хевеши, Ф.Панет).
Разработана теория химической связи в органических соединениях и предложена гипотеза валентных электронов.
Установлен коротковолновой предел непрерывного спектра рентгеновских лучей.
1916г.
А.Зоммерфельд и П.Дебай завершили построение квантовой теории эффекта Зеемана.
В.Коссель, исходя из теории атома Бора, объяснил химические взаимодействия, в том числе и гетерополярных молекул.
Вышла работа А.Эйнштейна «Основы общей теории относительности», которой он завершил создание релятивистской теории гравитации, дав систематическое изложение ее физических основ и математического аппарата.
Немецкий ученый К.Шварцшильд получил первое решение уравнения тяготения Эйнштейна, описывающее гравитационное поле сферической массы (решение Шварцшильда).
П.Дебай и А.Зоммерфельд показали, что компоненты момента. количества движения в направлении поля также квантуются, и ввели понятие магнитного квантового числа.
П.Дебай и П.Шеррер