Реферат : История физики: теория относительности 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Наука и техника


История физики: теория относительности




История физики: теория относительности

Горяев М.А.

В конце 19 - начале 20 века в физике были сделаны важные открытия, которые в значительной мере видоизменили классическую физику и внесли революционные идеи в понимание окружающих нас физических явлений, прежде всего, на уровнях микро- и мегамира. При этом всё развитие новейшей физики, в особенности, учения о строении материи поразительно точно соответствует гениальному пророчеству Ньютона, которое он высказал в своей "Оптике": "Мельчайшие частицы материи могут сцепляться посредством сильнейших притяжений, составляя большие частицы, но более слабые; многие из них могут также сцепляться и составлять еще большие частицы с еще более слабой силой - и так в ряде последовательностей, пока прогрессия не закончится самыми большими частицами, от которых зависят химические действия и цвета природных тел; при сцеплении таких частиц составляются тела заметной величины... Таким образом, в природе существуют агенты, способные сжимать вместе частицы тел весьма сильными притяжениями. Обязанность экспериментальной философии их разыскать".

Во второй половине 19 века появились трудно преодолимые противоречия в классической физике. Одно из них связано с опытом Альберта Майкельсона (1852-1931), в котором он установил, что эфир движется вместе с Землей, что противоречило наблюдениям по аберрации света. С другой стороны, уравнения Максвелла неинвариантны относительно преобразований Галилея. В 1904 г. Лоренц нашел, что эти противоречия снимаются при другом виде преобразований, которые получили название лоренцовых.

Лоренц Хендрик Антон (18.07.1853-04.02.1928) - нидерландский физик, член Нидерландской и многих других академий наук и научных обществ, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1910), почетный член АН СССР (1925). Родился в Арнеме. Учился в Лейденском университете, степень доктора (1875). В 1878-1913 - профессор Лейденского университета и заведующий кафедрой теоретической физики. С 1913 - директор физического кабинета Тейлеровского музея в Гарлеме.

Работы в области электродинамики, термодинамики, статистической механики, оптики, теории излучения, теории металлов, атомной физики. Создал классическую электронную теорию как теорию электрических, магнитных и оптических свойств вещества и электромагнитных явлений на основе теории Максвелла-Герца и анализа движения дискретных электрических зарядов (уравнения Лоренца-Максвелла). Вывел формулу связи диэлектрической проницаемости с плотностью диэлектрика и зависимость показателя преломления вещества от его плотности (формула Лоренца-Лоренца), дал выражение для силы, действующей на электрический заряд в электромагнитном поле (сила Лоренца), объяснил зависимость электропроводности вещества от его теплопроводности, развил теорию дисперсии света. Предсказал расщепление спектральных линий в магнитном поле и после открытия в 1896 этого явления П.Зееманом разработал его теорию (Нобелевская премия, 1902).

Независимо от Дж.Фитцжеральда в 1892 выдвинул гипотезу о сокращении размеров тел в направлении их движения (сокращение Лоренца-Фитцжеральда), ввел в 1895 понятие о местном времени. Вывел формулы, связывающие пространственные координаты и моменты времени одного и того же события в различных инерциальных системах отсчета, получил зависимость массы электрона от скорости, подготовив переход к теории относительности.

Был организатором и председателем (1911-27) Сольвеевских конгрессов физиков.

Однако применение преобразований Лоренца было чисто формальным решением проблемы. В 1904-05 г.г. Пуанкаре показал, что невозможно обнаружить абсолютное движение, исходя из представлений об эфире и уравнений Максвелла-Лоренца, и в 1905 г. в работе "О динамике электрона" развил математические следствия постулата относительности.

Пуанкаре Жюль Анри (29.04.1854-17.07.1912) - французский математик, физик, астроном и философ, член Парижской АН (1887), почетный член многих академий наук, член-корреспондент Петербургской АН (1895), медали Дж.Сильвестера, Н.И.Лобачевского и др. Родился в Нанси. Учился в Политехнической школе, окончил горную школу (1879). С 1881 работал в Парижском университете (с 1886 - заведующий кафедрой). В 1883-97 - репетитор, в 1904-08 - профессор Политехнической школы, с 1902 - также заведующий кафедрой Высшей школы ведомства связи.

Физические работы относятся к области теории относительности, термодинамики, электричества, оптики, теории упругости, молекулярной физики. Независимо от А.Эйнштейна высказал принцип относительности в качестве всеобщего положения. В математике большой цикл работ относится к теории дифференциальных уравнений, Пуанкаре провел важные исследования в теории трансцендентных функций, топологии. Широко применил свои математические результаты в небесной механике и физике.

Радикально согласовать механику и электродинамику удалось лишь с появлением в 1905 г. работы Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел".

Эйнштейн Альберт (14.03.1879–18.01.1955) – физик-теоретик, член многих академий наук и научных обществ, иностранный член АН СССР (1926), медали Копли, Франклина и др., в его честь назван 99 химический элемент - эйнштейний. Родился в Ульме в семье предпринимателя. Окончил Федеральный технологический институт в Цюрихе (1901), получил степень доктора в Цюрихском университете (1905). В 1902-08 работал в патентном бюро в Берне, в 1909-12 – профессор Цюрихского политехникума, в 1911 – профессор Немецкого университета в Праге, в 1914-33 – профессор Берлинского университета и директор Института физики. После установления фашизма в Германии в 1933 переехал в США, где до конца жизни работал в Принстонском институте перспективных исследований.

Создатель специальной и общей теорий относительности, коренным образом изменивших представление о пространстве, времени и материи. Эти теории заставили пересмотреть основные положения классической физики в случае движения со скоростями, соизмеримыми со скоростью света. Все положения и выводы специальной теории относительности подтвердились в многочисленных экспериментах. В 1905 открыл закон взаимосвязи массы и энергии, который лежит в основе расчета энергетического баланса ядерных реакций, всей ядерной физики.

Эйнштейн сыграл важную роль в создании квантовой теории, ввел в 1905 представление о квантовой структуре самого излучения, теоретически открыл фотон, экспериментально обнаруженный А.Комптоном в 1922. Исходя из квантовых представлений, объяснил фотоэффект, правило Стокса для флуоресценции, фотоионизацию и другие световые явления, которые не могла объяснить электромагнитная теория света (Нобелевская премия, 1921). В 1907 распространил идеи квантовой теории на процессы тепловых колебаний в твердом теле, объяснив уменьшение теплоемкости при понижении температуры и разработав первую квантовую теорию теплоемкости твердых тел. В 1909 рассмотрел корпускулярно-волновой дуализм для излучения, получил формулу для флуктуаций энергии равновесного излучения. В 1912 установил основной закон фотохимии: каждый поглощенный фотон вызывает элементарную фотореакцию. Предсказал в 1916-17 явление индуцированного излучения, ввел вероятности спонтанного и вынужденного излучения (коэффициенты Эйнштейна).

В статистической физике развил молекулярно-статистическую теорию броуновского движения, в 1924-25 создал квантовую статистику частиц с целым спином (статистика Бозе-Эйнштейна). В 1915 предсказал и совместно с В. де Гаазом экспериментально обнаружил изменение механического момента при намагничивании тела (эффект Эйнштейна-де Гааза).

В 1915 завершил создание общей теории относительности или современной релятивистской теории тяготения, установившей связь между пространством-временем и материей. В ее основе лежат принципы эквивалентности (отношение инертной и гравитационной масс одинаково для всех тел) и относительности. Общая теория относительности объясняет сущность тяготения, состоящую в изменении геометрических свойств, искривления четырехмерного пространства вокруг тел, которые создают поле тяготения. Она экспериментально подтвердилась в искривлении светового луча в поле тяготения Солнца, смещении перигелия Меркурия и гравитационном красном смещении. В 1916 постулировал гравитационные волны и в 1918 вывел формулу для мощности гравитационного излучения. Начиная с 1933, Эйнштейн занимался вопросами космологии и единой теории поля, но построить последнюю не удалось.

Эйнштейн, прежде всего, обратил внимание на асимметрию уравнений Максвелла для движущихся тел и поставил задачу добиться инвариантности законов и механики, и электродинамики во всех инерциальных системах (принцип относительности). Другой принцип новой теории - постоянство скорости света. В релятивистской теории пересматривается такое фундаментальное понятие как время, а также меняется представление о массе, которая в определенном смысле становится эквивалентной энергии. Эти положения специальной теории относительности, конечно, были очень новы, но почти сразу же получили дополнительные экспериментальные подтверждения, в частности, по релятивистскому изменению массы в ряде ядерных явлений.

Вслед за этим Эйнштейном была сформулирована и общая теория относительности, в которой утверждался принцип эквивалентности поля тяготения и ускоренного движения. Основным постулатом теории опять же стало требование инвариантности законов физики в любых системах отсчета, в том числе и неинерциальных. Эта теория также получила экспериментальное подтверждение по исследованию отклонения светового луча в гравитационном поле и в других астрономических наблюдениях.

Теперь уже теория относительности считается частью классической физики, т.к. основным ее законам не противоречит, а лишь раздвигает границы ее применимости. Кроме того, объединив понятия пространства и времени, энергии и массы, тяготения и инерции, эта теория в определенной степени воплотила основную идею 19 века по созданию единой картины мира.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://lscore.lspace.etu.ru/

Похожие работы:

  • История физика

    Реферат >> Физика
    ... 1.История физики 2. Предмет и структура физики 3. Основные этапы истории развития физики 4. Связь современной физики с ... термодинамика, статистическая физика, теория относительности, квантовая механика, квантовая теория поля. Физика начала развиваться еще ...
  • История физики: квантовая теория

    Реферат >> Наука и техника
    ... Института теоретической физики. Работы относятся к термодинамике, теории теплового излучения, теории относительности, квантовой теории, истории и методологии физики, философии ...
  • История физики: строение материи

    Реферат >> Наука и техника
    ... История физики: строение материи Горяев М.А. К середине 19 века атомно-молекулярная теория ... массы с использованием выводов теории относительности: при соединении нескольких протонов ... в соответствии с идеей Астона и теорией относительности. В том же году на ...
  • Теория относительности

    Курсовая работа >> Биология
    ... нём материей. 2.1 История создания общей теории относительности До теории относительности в физике было две прекрасно работающих ... Спасский Б. И.. История физики. Том 2, часть 2-я. М.: Высшая школа, 1977. Эйнштейн А. Сущность теории относительности. — М.: ...
  • Теория относительности

    Реферат >> Биология
    ... красивым теоретическим построением за всю историю физики. Опираясь на всем известный факт ... закономерности теории относительности надежно подтверждены на опыте. Теория относительности выявила ограниченность представлений классической физики об ...
  • История физики

    Реферат >> Физика
    Реферат на тему: «История физики» Развитие физики Физика относится к числу естественных наук, задачей ... заняты попыт­ками извлечь из физической теории относительности вывод о конеч­ности вселенной и вычислить «радиус» ...
  • Теория относительности. Эволюция и структурная организация Вселенной

    Реферат >> Биология
    ... дыр. На основании уравнений теории относительности отечественный математик-физик А. Фридман в 1922г. нашел новое ... природного целого. При этом вся история Вселенной, начиная от Большого взрыва ...
  • История России XX век

    Учебное пособие >> История
    ... лженаукой кибернетика, подвергнута критике квантовая физика, теория относительности и т.д. В июле-августе 1948 г. завершился ... Т.1. -М., 1997. Ивницкий Н.А. Коллективизация и раскулачивание. -М., 1994. История Башкортостана (1917-1990 г..).-Уфа. 1997 ...
  • История ложных теорий в медицине

    Реферат >> Медицина, здоровье
    ... по предмету: история медицины на тему: «История ложных теорий в медицине» Содержание ... понимании жизненных явлений, физико-химическое направление вульгарно- ... проблемы социальными экологами рассматриваются в относительно замкнутых группах населения: в ...
  • Философские аспекты теории относительности

    Реферат >> Философия
    ... точках пространства. В классической физике существовалопредставление о потоке времени, ... можноувидеть некоторую существенную для истории науки связь между ме ... временное представление. С точкизрения теории относительности в картине мира должны ...