Классическая наука: летопись открытий
(конец XVII в – конец XIX в.)
Классическая физика начинается И.Ньютоном, заложившим основы той совокупности законов природы, которая дает возможность понять закономерности большого круга явлений. И.Ньютон построил первую физическую картину мира (механическую картину природы) как завершенную систему механики. Возведенная Ньютоном и его последователями грандиозная система классической физики (конец XVII в. – конец XIX в.) просуществовала почти два века и только в конце XIX в. начала рушиться под напором новых фактов, не укладывающихся в ее рамки.
Первый ощутимый удар по физике Ньютона нанесла еще в 60-х годах XIX в. теория электромагнитного поля Максвелла – вторая после ньютоновской механики великая физическая теория, дальнейшее развитие которой углубило ее противоречия с классической механикой и привело к революционным изменениям в физике. Поэтому период классической физики делится на два этапа:
первый этап – от И.Ньютона до Дж. Максвелла (конец XVII в. – 60-егг. XIX в.);
второй этап – от Максвелла до 1895г (60-егг. XIX в. – 1894г.).
Первый этап проходил под знаком полного господства механики Ньютона. Механическая картина мира совершенствуется и уточняется, физика представляется уже целостной наукой. Второй этап начинается с создания в 1860...1865гг. Дж. Максвеллом общей строгой теории электромагнитных процессов. Используя концепцию поля М.Фарадея, он дал точные пространственно-временные законы электромагнитных явлений в виде системы известных уравнений – уравнений Максвелла для электромагнитного поля. Теория Максвелла получила дальнейшее развитие в трудах Г.Герца и Х.Лоренца, в результате чего была создана электродинамическая картина мира, которой и завершается период классической физики.
Первый этап (конец XVII в. – 60-егг. XIX в.)
1687г.
Вышел в свет труд И.Ньютона «Математические начала натуральной философии» («Начала»), содержащие основные понятия и аксиоматику механики, в частности три основные ее закона (законы Ньютона) и закон всемирного тяготения. Выход в свет «Начал» открыл новый период в истории физики, так как в них впервые содержалась законченная система механики, законы которой управляют большим количеством процессов в природе.
Французский механик П.Вариньон в книге «Проект новой механики» формулирует понятие момента силы и дает в общей геометрической форме теорему о моменте равнодействующей.
1690г.
Вышел в свет «Трактат о свете» Х.Гюйгенса (завершен в 1678г.), в котором помещены волновая теория света (световые возбуждения являются упругими импульсами в эфире), принцип построения огибающей волны (принцип Гюйгенса) и описано открытое им явление поляризации света.
Д.Папен дал описание замкнутого термодинамического цикла паровой машины.
1693г.
Э.Галлей вывел общую формулу линзы.
1694г.
К.Ренальдини предложил в качестве фиксированных температур при градуировке термометра использовать температуры таяния льда и кипения воды.
1698г.
Открытие электрической искры (Волл).
1702г.
Г.Амонтон усовершенствовал воздушный термометр Г.Галилея, сконструировав термометр, в основном похожий на современный газовый. Этот термометр дал возможность Амонтону прийти к понятию абсолютного нуля, который по его данным составлял –239,5°C.
1703г.
Вышел в свет труд Х.Гюйгенса «О центробежной силе».
1704г.
Вышел в свет труд И.Ньютона «Оптика».
1705г.
Т.Ньюкомен изобрел тепловую машину – первую машину, успешно применяемую для подъема воды.
1706г.
Начало исследований разрядов в газах (Ф.Гауксби).
Построена первая стеклянная электрическая машина (Ф.Гауксби).
1710г.
Открыто свечение воздуха в стеклянной трубке при электрическом разряде (Ф.Гауксби).
1714г.
Введение Г.Фаренгейтом термометрической шкалы, названной его именем (шкала Фаренгейта).
1717г.
И.Бернулли сформулировал в общей форме принцип возможных перемещений.
1718г.
Э.Галлей открыл собственное движение звезд, чем разрушил давние представления об их неподвижности.
Ж.Жюрен открыл закон подъема жидкости в капиллярных трубках, названный его именем (закон Жюрена). Обратная пропорциональная зависимость высоты подъема жидкости в капиллярах диаметру капилляра была известна еще в 1670г. Дж. Борелли.
1721г.
Выдвинута теория теплорода.
1725г.
Дж. Брадлей открыл аберрацию света и в 1728г. дал ей правильное объяснение, чем окончательно подтвердил факт конечности скорости распространения света.
1729г.
Вышел в свет «Оптический трактат о градации света» П.Бугера, в котором, в частности, помещен закон ослабления света.
Открыто явление электропроводности (С.Грей).
1730г.
Р.Реомюр предложил применять в термометрах спирт и ввел шкалу, названную его именем (шкала Реомюра).
1733г.
Открытие двух видов электричества, установление притяжения разноименных зарядов и отталкивания одноименных (Ш.Дюфе).
1736г.
Вышел в свет труд Л.Эйлера «Механика», положивший начало превращению механики из геометрической науки в аналитическую.
1737г.
Открытие Дж. Брадлеем явления нутации земной оси.
1738г.
Вышла в свет работа Д.Бернулли «Гидродинамика», в которой содержится уравнение, выражающее закон сохранения энергии применительно к стационарному движению идеальной несжимаемой жидкости (уравнение Бернулли).
1739г.
Л.Эйлер дал полную теорию колебания струны.
1740г.
Изобретение фотометра (П.Бугер).
1742г.
А.Цельсий предложил стоградусную шкалу термометра, названную его именем (шкала Цельсия).
1742г.
Введены понятия «проводник» и «непроводник» электричества (Ж.Дезагюлье).
1743г.
Вышел в свет «Трактат о динамике» Ж.Даламбера, где впервые сформулированы общие правила составления дифференциальных уравнений движения любых материальных систем и дан принцип, сводящий задачи динамики к задачам статики (принцип Даламбера).
1744г.
Г.Рихман дал формулу для определения температуры смеси однородных жидкостей.
М.В.Ломоносов ввел представление о молекулах и атомах и создал молекулярно-кинетическую теорию строения вещества.
Л.Эйлер сформулировал принцип наименьшего действия (независимо от Эйлера этот принцип применительно к механике развил также в 1744...1746гг. П.Мопертюи).
1745г.
М.В.Ломоносов высказал мысль, что причина теплоты заключается в движении («теплота состоит во внутреннем движении материи»).
1745г.
Изобретен первый электрический конденсатор – лейденская банка (Э.Клейст, П.Мушенбрук).
1746г.
Установлен закон сохранения момента количества движения (Л.Эйлер, Д.Бернулли).
Вышел в свет труд М.В.Ломоносова «Экспериментальная физика».
Вышел в свет труд Л.Эйлера «Новая теория света и цветов», в которой он придерживается волновой теории и считает различную длину волны причиной различия цветов.
1747г.
Л.Эйлер вывел формулу двояковыпуклой линзы.
Исследование Б.Франклином атмосферного электричества, доказательство электрической природы молнии (подобные опыты провели в 1752...1753гг. М.В.Ломоносов и Г.Рихман).
1749г.
П.Мушенбрук изобрел пирометр.
1750г.
Изобретение молниеотвода (Б.Франклин). В 1754г. молниеотвод построил чех П.Дивиш.
Б.Франклин сформулировал теорию электричества и закон сохранения электрического заряда.
1751г.
Открыт 28-й элемент – никель (Д.Кронштедт).
1752г.
Л.Эйлер выдвинул утверждение, что максимальная длина световой волны соответствует красным лучам, а минимальная – фиолетовым.
1752...1754гг.
Л.Эйлер проводит гидродинамическое исследование и выводит уравнение гидродинамики (уравнение Эйлера), вводит потенциал скоростей, записывает основное уравнение теории потенциала (уравнение Лапласа).
1753г.
Дж. Беккариа показал, что электрический заряд в проводнике распределяется по его поверхности.
1754г.
Дж. Блэк открыл углекислый газ.
1755г.
Разработка И.Кантом гипотезы происхождения солнечной системы.
1756г.
Открытие М.В.Ломоносовым закона сохранения массы вещества в химических реакциях. Этот же закон в 1774г. установил А.Лавуазье.
Ф.Эпинус открыл явление пироэлектричества.
1757г.
Открытие скрытой теплоты и первые измерения теплоты плавления и парообразования (Дж. Блэк).
1758г.
Английский оптик Дж. Доллонд сконструировал ахроматический объектив.
Вышел в свет труд Р.Бошковича «Теория натуральной философии, приведенная к единому закону сил, существующих в природе», в которой сделана попытка на основании одной теории объяснить все физические явления.
1759г.
Разработка первой математической теории электрических и магнитных явлений (Ф.Эпинус).
1760г.
Введено понятие удельной теплоемкости. Положено начало калориметрии (Дж. Блэк).
Вышел в свет труд И.Ламберта «Фотометрия, или об измерении и сравнении света, цветов и тени», в котором приведены основные понятия и законы фотометрии, в частности закон, названный его именем (закон Ламберта).
1762г.
Вышел в свет двухтомник «Введение в натуральную философию» П.Мушенбрука, представляющий собой физическую энциклопедию того времени.
1763г.
И.И.Ползунов разработал проект паровой машины (в 1765г. машина была построена, а в 1766г. начала эксплуатироваться).
1765г.
Вышел в свет «Трактат о движении твердых тел» Л.Эйлера (закончен в 1760г.), в котором Л.Эйлер развил теорию вращения твердого тела около закрепленной точки.
Вышли в свет «Письма к одной немецкой принцессе» Эйлера, в которых изложены его физические и философские взгляды.
1766г.
Открытие водорода (Г.Кавендиш).
1771г.
Дж. Пристли открыл фотосинтез.
1772г.
И.Вильке ввел единицу измерения тепла – калорию.
Открыт 7-й элемент – азот (Д.Рутерфорд).
1774г.
Открыт 8-й элемент – кислород (Дж. Пристли).
Открыты 17-й и 25-й элементы – хлор и марганец (К.Шееле).
1775г.
Усовершенствование электрофора (А.Вольта). Изобретен в 1757г. Ф.Эпинусом.
1775г.
А.Лавуазье разработал основные положения кислородной теории, доказал сложный характер воздуха, объяснил горение, показал, что при дыхании поглощается кислород и образуется углекислый газ.
1777г.
И.Ламберт показал, что тепловые лучи, как и световые, распространяются прямолинейно.
1778г.
Открыт 42-й элемент – молибден (К.Шееле).
Дж. С.Валлис, А.Бургманс и Ш.Кулон развили двухфлюидную теорию магнетизма.
1781г.
И.Вильке осуществил первые измерения удельной теплоемкости методом смешивания (он также ввел понятие водяного эквивалента и предложил новый метод определения удельной теплоемкости – по количеству льда, расплавленного исследуемым горячим телом).
Установление законов трения (Ш.Кулон).
А.Вольта изобрел чувствительный электроскоп с соломинками.
В.Гершель открыл планету Уран.
Открыт 52-й элемент – теллур (М.Рейхенштейн).
1783г.
Открыт 74-й элемент – вольфрам (Ж. и Ф.Эльгуйяр).
Изобретен волосяной гигрометр (Г.Сосюр).
А.Лавуазье и П.Лаплас изобрели калориметр и определили удельные теплоемкости многих твердых и жидких тел. Они открыли также, что удельная теплоемкость тела не является постоянной, а зависит от температуры.
1784г.
Ш.Кулон осуществил исследование упругого кручения нитей и построил крутильные весы.
И.Гадолин дал формулу для температуры смеси.
Сконструирован первый ахроматический микроскоп (Ф.Эпинус).
Дж. Уатт построил универсальный паровой двигатель.
1785г.
Установление Ш.Кулоном основного закона электрического взаимодействия (закон Кулона).
А.Лавуазье и Ж.Менье синтезировали воду из кислорода и водорода.
1786г.
Установление связи теплоты с электрической искрой (М.Ван Марум).
1786г.
Разработка новой химической номенклатуры (А.Лавуазье).
1787г.
Э.Хладни осуществил опыты по изучению колебаний пластин с образованием «фигур Хладни».
Французский физик Ж.Шарль установил один из газовых законов, названный его именем (закон Шарля).
1788г.
Сжигая водород в кислороде при помощи искры, Г.Кавендиш получил воду.
1788г.
Вышел в свет труд французского ученого Ж.Лагранжа «Аналитическая механика», где выведены аналитические условия равновесия материальной точки и системы.
Ш.Кулон распространил открытый им закон взаимодействия точечных электрических зарядов на взаимодействие точечных полюсов магнита.
1789г.
Открыты цирконий и уран (М.Клапрот).
1789г.
Разработана метрическая система единиц длины, массы, 1794гг. силы и др. физических величин.
1791г.
Опубликован «Трактат о силах электричества при мышечном движении» Л.Гальвани, в котором содержалось открытие электрического тока (1780г.).
Открыт 22-й элемент – титан (В.Грегор).
1791...1792гг.
П.Прево выдвинул теорию теплового равновесия.
1794г.
Открыт 39-й элемент – иттрий (А.В.Гадолин).
1795г.
Установление пробоя твердого тела (М.Ван Марум).
1796г.
Э.Хладни установил законы колебания стержней, чем заложил основы экспериментальной акустики.
А.Вольта открыл явление диффузии водорода и воздуха.
Вышел в свет труд П.Лапласа «Изложение системы мира», в котором содержится его космогоническая гипотеза образования солнечной системы.
1797г.
Открыты бериллий и хром (Н.Вокелен).
1798г.
Г.Кавендиш при помощи крутильных весов измерил притяжение двух тел, подтвердив закон всемирного тяготения И.Ньютона, вычислил плотность Земли.
Б.Румфорд осуществил опыты, свидетельствующие в пользу механической теории теплоты.
1799г.
А.Вольта сконструировал первый источник электрического тока – «вольтов столб» (электрическую батарею).
Получение тепла от трения двух кусков льда (Г.Дэви).
1800г.
Открытие явления электролиза (У.Никольсон, А.Карлейль).
В.Гершель открыл инфракрасные лучи.
Открытие Т.Юнгом явления интерференции звука.
1801г.
Открытие ультрафиолетовых лучей (У.Волластон, И.Риттер).
У.Волластон и Н.Готро дали теорию «вольтового столба» (впервые химическое объяснение механизма возникновения гальванического тока предложил в 1792г. Дж. Фаброни).
Открыт 23-й элемент – ванадий (дель Рио).
Открыт 41-й элемент – ниобий (К.Гатчетт).
Открытие закона парциальных давлений (Дж. Дальтон).
Т.Юнг сформулировал принцип интерференции света.
1802г.
Открытие У.Волластоном линий поглощения в солнечном спектре, названных в дальнейшем «фраунгоферовыми» в связи с переоткрытием их в 1815г. И.Фраунгофером.
1802г.
Осуществление Т.Юнгом опыта по получению интерференции света от двух отверстий.
Наблюдение поляризации химического элемента.
Открытие В.В.Петровым электрической дуги и осуществление с ней ряда опытов (плавление металлов, сжигание различных веществ). Электрическую дугу и подобные опыты осуществил в 1810г. также Г.Дэви.
Вышел в свет систематический труд по акустике Э.Хладни «Акустика».
Исследование Ж.Гей-Люссаком расширения газов и открытие им зависимости изменения объема газа от температуры (закон Гей-Люссака). Этот закон открыл в этом же году и Дж. Дальтон.
Открыт 73-й элемент – тантал (А.Экеберг).
1803г.
Открытие закона зависимости растворимости газов от их парциального давления (Дж. Дальтон).
Дж. Дальтон ввел понятие атомного веса.
Открыт 58-й элемент – церий (И.Берцелиус, В.Гизингер, М.Клапрот).
Открыты 45-й и 46-й элементы – родий и палладий (У.Волластон).
Открыт 77-й элемент – иридий (С.Теннант).
Измерение Т.Юнгом длины волн разных цветов. Он получил для длины волны красного света значение – 0,7 микрона, для фиолетового – 0,42 микрона.
1804г.
Открыт 76-й элемент – осмий (С.Теннант).
Т.Юнг выдвинул идею неподвижного, не увлекаемого Землей эфира (в 1818г. идею частично увлекаемого эфира высказал О.Френель).
1805г.
Х.Гроттгус разработал теорию, объясняющую механизм химического разложения воды при прохождении тока.
Открыто явление термоупругости (Гаух).
1806г.
П.Лаплас установил один из основных законов капиллярности (закон Лапласа).
1807г.
Установлено понижение температуры при адиабатическом расширении газа и повышение – при его сжатии (Ж.Гей-Люссак). Это явление отмечали также Э.Дарвин (1788г.) и Дж. Дальтон (1802г.).
Введение Т.Юнгом модуля упругости (модуль Юнга).
Открыты 11-й и 19-й элементы – натрий и калий (Г.Дэви).
1808г.
Открыты 12-й, 20-й, 38-й и 56-й элементы – магний, кальций, стронций и барий (Г.Дэви).
Ж.Гей-Люссак открыл закон объемных отношений.
Открыт 5-й элемент – бор (Ж.Гей-Люссак, Л.Тенар).
Открытие Э.Малюсом поляризации света при отражении и закона, названного его именем (закон Малюса).
1811г.
Разработка А.Авогадро молекулярной гипотезы строения вещества и установление закона, названного его именем (закон Авогадро).
Вышел в свет двухтомный «Курс механики» С.Пуассона.
1811г.
Открыт 53-й элемент – йод (Б.Куртуа).
Открытие Д.Араго хроматической поляризации.
Д.Араго обнаружил оптическую активность (у кварца).
С.Пуассон распространил теорию потенциала на явления электростатики, сформулировав, в частности, важную теорему, названную его именем, – теорему Пуассона (в 1824г. он распространил ее и на магнетизм).
1814г.
И.Берцелиус опубликовал таблицу атомных весов 41 химического элемента, взяв за основу атомный вес кислорода и введя обозначения элементов (химическую символику, применяемую и сейчас).
1814...1815гг.
Обнаружение И.Фраунгофером в солнечном спектре темных линий поглощения, названных его именем (фраунгоферовы линии). Эти линии также наблюдал еще в 1802г. У.Волластон, однако не оценил свое открытие и неверно их интерпретировал.
1815г.
Английский ученый У.Проут выдвинул гипотезу о том, что атомы всех химических элементов выражаются целыми числами, т.е. являются комбинациями атомов водорода (гипотеза Проута).
Открытие Ж.Био круговой поляризации и закона вращения плоскости поляризации света (закон Био). Он же установил существование правовращательных и левовращательных веществ (вращение плоскости поляризации света в кварце наблюдал еще в 1811г. Д.Араго).
Д.Брюстер открыл закон, названный его именем (закон Брюстера).
О.Френель дополнил оптический принцип Гюйгенса, введя представление о когерентности элементарных волн и их интерференции (принцип Гюйгенса – Френеля).
1816г.
О.Френель осуществил опыт с двумя зеркалами (зеркала Френеля) для получения интерференции света.
О.Френель и Д.Араго обнаружили, что лучи, поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях, не интерферируют.
Первое достаточно точное определение размеров молекулы (Т.Юнг).
1817г.
Открыт 3-й элемент – литий (А.Арфведсон).
Открыт 48-й элемент – кадмий (Ф.Штромейер).
Предположение о поперечности световых лучей (Т.Юнг, О.Френель).
Создан биметаллический термометр (А.Бреге).
1818г.
Открыт 34-й элемент – селен (И.Берцелиус).
Создание О.Френелем теории дифракции света.
Г.Катер сконструировал прибор для определения ускорения силы тяжести в данном месте (оборотный маятник).
1819г.
Проведение О.Френелем опыта с бипризмой (бипризма Френеля) для получения интерференции света.
Вышел в свет труд О.Френеля «Мемуар о дифракции света».
1819г.
Немецкий химик Э.Митчерлих открыл явление изоморфизма.
Установление П.Дюлонгом и А.Пти закона, названного их именем (закон Дюлонга и Пти).
1820г.
Открытие Х.Эрстедом магнитного действия тока.
А.Ампер установил правило, определяющее зависимость между направлением электрического тока и направлением магнитного поля, создаваемого этим током (правило Ампера).
А.Ампер открыл взаимодействие электрических токов и установил закон этого взаимодействия (закон Ампера).
А.Ампер высказал гипотезу молекулярных токов, положив в ее основу теорему эквивалентности токов и магнитов (теорема Ампера), в которой последовательно проводилась чисто токовая идея происхождения магнетизма. В гипотезе Ампера была предвосхищена в качественной форме современная электронная теория магнитных свойств атомов и веществ.
А.Ампер высказал идею использования электромагнитных явлений для передачи сигналов.
Д.Араго обнаружил намагничивание железных опилок электрическим током.
Изобретен гальванометр (И.Швейггер).
Открытие А.Ампером магнитного эффекта катушки с током (соленоида).
Ж.Био и Ф.Савар открыли закон, определяющий напряженность магнитного поля прямого тока (закон Био-Савара).
Определение Ф.Саваром пределов слышимости нормального уха человека.
У.Николь изобрел прибор для получения линейно поляризованного света (призма Николя).
Создан гигрометр Даниэля.
1821г.
Установлена зависимость сопротивления проводника от его длины, поперечного сечения и температуры (Г.Дэви).
Получение М.Фарадеем вращения проводника с током в магнитном поле (создание модели электродвигателя).
Т.Зеебек открыл термоэлектричество (эффект Зеебека).
Широкое применение И.Фраунгофером дифракционных решеток для исследования спектров. Некоторые считают его изобретателем дифракционной решетки, однако принцип действия ее открыл еще в 1785г. Д.Риттенхауз.
К.Навье создал теорию упругости твердых тел.
1822г.
Французский ученый О.Коши заложил основы математической теории упругости.
Вышел в свет труд Ж.Фурье «Аналитическая теория теплоты». В нем впервые использовались формулы размерностей.
1823г.
Создание термобатареи (Ж.Фурье, Х.Эрстед).
Изобретено динамо (У.Стерджен).
П.Барлоу построил раннюю модель электромотора (колесо Барлоу).
1823г.
Опубликован труд А.Ампера «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта».
Открытие О.Френелем эллиптической и круговой поляризации света.
О.Френель установил количественные законы преломления и отражения света (формулы Френеля).
Открыт 14-й элемент – кремний (И.Берцелиус).
1824г.
Вышел в свет труд С.Карно «Рассуждения о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», в котором приведены формулировка второго начала термодинамики, цикл Карно и теорема Карно.
Открытие действия вращающейся металлической пластинки на магнитную стрелку – магнетизма вращения (Д.Араго).
1825г.
Открыта анизотропия кристаллов (Э.Митчерлих).
Открыт 35-й элемент – бром (Левиг).
Л.Нобили изобрел астатический гальванометр.
Создание У.Стердженом электромагнита.
1826г.
Ж.В.Понселе ввел понятие «работа» для произведения силы на путь, пройденный точкой ее приложения.
Объединены закон Гей-Люссака с законом Бойля – Мариотта и записано уравнение газового состояния (Ж.Гей-Люссак).
Создание Н.И.Лобачевским новой геометрии, отличной